-
Diese Erfindung betrifft eine Zündkerze
und insbesondere eine miniaturisierte Zündkerze, die eine verbesserte
Verschmutzungsbeständigkeit
aufweist.
-
In den letzten Jahren wurde der Aufbau
eines Motorkopfs mit der Steigerung der Leistung von Motoren auf
höhere
Ebenen komplizierter. Auch der verfügbare Raum zum Anbringen einer
Zündkerze,
die verwendet wird, um einen Verbrennungsmotor wie etwa einen Autobenzinmotor
u. ä. zu
zünden,
hat sich verringert. Daher wurde die Entwicklung einer miniaturisierten
Zündkerze
verstärkt
gefordert. Die Miniaturisierung einer Zündkerze umfasst eine Verringerung
des Durchmessers eines Hauptmetallelements (einer metallischen Umhüllung),
auf dem ein Anbringungsabschnitt in Bezug auf einen Motorkopf ausgebildet
ist. Ein Durchmesser eines Isolierkörpers, der durch eine innere
Seite des Hauptmetallelements eingefügt ist, kann jedoch angesichts
der Notwendigkeit des Aufrechterhaltens der Spannungsbeständigkeit
der Zündkerze
nicht unbedacht verringert werden.
-
Der Durchmesser eines vorderen Endabschnitts
eines Isolierkörpers
einer Zündkerze
der verwandten Technik wird durch die Bereitstellung eines darauf
ausgebildeten abgestuften Abschnitts verringert, und der Isolierkörper wird
mit einem Hauptmetallelement kombiniert, wobei der abgestufte Abschnitt
mit einem Vorsprung, der an einer inneren Umfangsfläche des
Hauptmetallelements ausgebildet ist, in Eingriff gebracht wird. Daher
wird zur Verringerung des Durchmessers des Hauptmetallelements in
einem derartigen Aufbau ein Verfahren des Verringerns der Zwischenraumbreite
zwischen der inneren Umfangsfläche
des Vorsprungs des Hauptmetallelements und der äußeren Umfangsfläche des
diesem Vorsprung gegenüber
angeordneten Isolierkörpers
eingesetzt. Der Grund dafür
ist, dass hinsichtlich der Verringerung des Außendurchmessers des Isolierkörpers eine
Grenze besteht.
-
Doch wenn die Breite des Zwischenraums
verringert wird, wird die Verschmutzungsbeständigkeit der Zündkerze
verschlechtert. Wenn die Zündkerze
in einer Niedertemperaturumgebung einer Elektrodentemperatur von
nicht höher
als 450°C
verwendet wird, erzeugt sie nämlich
eine große
Menge an unverbranntem Gas. Wenn ein derartiger, unverbranntes Gas
erzeugender Zustand für
einen langen Zeitraum während,
beispielsweise, der Vorlieferung eines gasförmigen Gemischs andauert, wird
der Isolierkörper
in einen so genannten "qualmenden" oder "ausdünstenden" Zustand gestellt.
Als Ergebnis wird die Oberfläche
des Isolierkörpers
im Inneren des Metallhauptkörpers
mit einem leitfähigen
Stoff wie etwa Kohlenstoff usw. verunreinigt und kann leicht ein
mangelhafter Betrieb des Isolierkörpers auftreten. Besonders
dann, wenn die Oberfläche
im oben erwähnten
Zwischenraum durch den Eintritt von unverbranntem Gas in diesen
Zwischenraum verunreinigt ist, tritt eine Funkenentladung im Zwischenraum
auf und kann die normale Zündung
nicht aufrechterhalten werden.
-
Patent Abstracts of Japan, Vol. 2000,
Nr. 1 und JP-A-11 273827 offenbaren eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
-
Die vorliegende Erfindung erfolgte
angesichts der obigen Probleme des Stands der Technik, und eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, eine Zündkerze bereitzustellen, die
einen Aufbau aufweist, der ohne Beeinträchtigung ihrer Verschmutzungsbeständigkeit
passend miniaturisiert ist.
-
Die obige Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wurde durch eine Bereitstellung einer Zündkerze
mit einer Mittelelektrode, einem Isolierkörper, der an der Außenseite
der Mittelelektrode vorgesehen ist, einem zylindrischen Hauptmetallelement,
das an der Außenseite
des Isolierkörpers
vorgesehen ist, und einer Erdungselektrode, die so vorgesehen ist,
dass die Erdungselektrode an einem Endabschnitt davon mit dem Hauptmetallelement
vereinigt ist und am anderen Endabschnitt davon einem freien Ende
der Mittelelektrode gegenüberliegt,
und die einen Funkenentladungsspalt g zwischen der Erdungselektrode
und der Mittelelektrode bildet, erreicht. Die Zündkerze weist eine Vorderseite
auf, an der der Funkenentladungsspalt in Bezug auf eine axiale Richtung
des Isolierkörpers
angeordnet ist, wobei die andere Seite eine Rückseite ist, wobei der Isolierkörper, bei
dem ein Durchmesser eines vorderen Endabschnitts davon durch einen
sich peripher erstreckenden abgestuften Abschnitt davon, der als
ein isolierkörperseitiger
Feststellabschnitt vorgesehen ist, verringert ist, von einer hinteren Öffnung davon
in das Metallhauptelement eingefügt
ist. Der isolierkörperseitige
Feststellabschnitt ist mit einem metallelementseitigen Feststellabschnitt,
der von einer inneren Umfangsfläche
des Hauptmetallelements vorsteht, in Eingriff gebracht, wobei eine
einen Zwischenraum bildende äußere Umfangsfläche des
Abschnitts vor dem Feststellabschnitt des Isolierkörpers gegenüber der
einen Zwischenraum bildenden inneren Umfangsfläche angeordnet ist, um in einer
Feststellposition dazwischen einen Zwischenraum von einem vorherbestimmten
Maß zu
bilden, wobei die Kennzeichnung darin besteht, dass das Maß β des Zwischenraums
in der Feststellposition durch die Gleichung β = (D1 – d1)/2 (1)ausgedrückt ist,
wobei d1 einen Außendurchmesser
der einen Zwischenraum bildenden äußeren Umfangsfläche darstellt;
und D1 einen Innendurchmesser der einen Zwischenraum bildenden inneren
Umfangsfläche
darstellt, wobei β nicht
größer als
0,4 mm, aber nicht kleiner als 0,05 mm ist.
-
Wenn der Unterschied D1 – d1 zwischen
dem Außendurchmesser
d1 der einen Zwischenraum bildenden äußeren Umfangsfläche und
dem Innendurchmesser D1 der einen Zwischenraum bildenden inneren
Umfangsfläche
abhängig
von der axialen Position unterschiedlich ist, wird das Maß β eines Zwischenraums
in der Feststellposition durch einen Wert dargestellt, der an einer
Position erhalten wird, an der der Durchmesserunterschied minimal
wird. Obwohl der metallelementseitige Feststellabschnitt beispielsweise
aus einem ringförmigen
Vorsprung gebildet sein kann, ist er nicht auf diese Form beschränkt, solange
er als ein Feststellabschnitt tätig
sein kann.
-
Um den Außendurchmesser des Hauptmetallelements
zu verringern, ohne die Spannungsbeständigkeitseigenschaften der
wie oben beschriebenen Zündkerze
zu beeinträchtigen,
kann die Wandstärke
des Isolierkörpers
nicht stark verringert werden. Daher wird notwendigerweise das Maß β des Zwischenraums
in der Feststellposition verringert. Das Festlegen eines Werts für β auf das
höchstmögliche Maß, um die
Erzeugung von springenden Funken in diesem Zwischenraum, wenn die
Zündkerze
verschmutzt ist, zu verhindern, war jedoch vordem die herkömmliche
Annäherung.
Daher wurde das Verringern des Maßes β des Zwischenraums in der Feststellposition,
um den Bedarf an der Miniaturisierung einer Zündkerze zu erfüllen, angesichts
der Notwendigkeit des Verhinderns des Auftretens von springenden
Funken, wenn die Zündkerze
verschmutzt ist, vordem als problematisch betrachtet.
-
Die vorliegenden Erfinder haben das
Maß β des Zwischenraums
in der Feststellposition sorgfältig
untersucht, um festzustellen, dass die Verschmutzungsbeständigkeit
der Zündkerze
unerwarteterweise um ein bemerkenswertes Ausmaß erhöht wird und springende Funken,
die im Zwischenraum in der Feststellposition auftreten, wenn die
Zündkerze
verschmutzt ist, verhindert werden können, wenn dieses Maß tatsächlich auf weniger
als einen bestimmten Grenzwert (für den herkömmlich mindestens 0,5 mm als
notwendig erachtet wurden) verringert wird. Die vorliegende Erfindung
wurde somit auf Grundlage dieser Erkenntnisse vervollständigt. Konkreter
kann der Eintritt von unverbranntem Gas in den Zwischenraum in der
Feststellposition verlässlich
blockiert werden und eine Verunreinigung der Isolierkörperoberfläche im Zwischenraum
in der Feststellposition verhindert werden, wenn das Maß β des Zwischenraums
in der Feststellposition auf nicht mehr als 0,4 mm festgelegt wird.
Als Ergebnis kann eine Miniaturisierung einer Zündkerze wirksam erreicht werden,
ohne ihre Verschmutzungsbeständigkeit
zu beeinträchtigen.
-
Wenn das Maß β des Zwischenraums in der Feststellposition
0,4 mm übersteigt,
wird es schwierig, den Eintritt von unverbranntem Gas in den Zwischenraum
zu verhindern. Dadurch wird es unmöglich, eine Verunreinigung
der Isolierkörperoberfläche im Zwischenraum
in der Feststellposition zu verhindern. Wenn das Maß β des Zwischenraums
in der Feststellposition äußerst klein
wird, dringen Verunreinigungsstoffe nicht in den Zwischenraum in
der Feststellposition ein. Wenn jedoch Verunreinigungsstoffe am
Abschnitt der Isolierkörperoberfläche, die
sich vom Zwischenraum in der Feststellposition vorwärts erstreckt,
abgelagert sind, tritt eine Schicht von abgelagerten Verunreinigungsstoffen
mit dem Feststellabschnitt des Hauptmetallelements, das über den
Zwischenraum in der Feststellposition hinweg an der gegenüberliegenden
Seite davon gelegen ist, in Kontakt und kann leicht das Auftreten
eines Kurzschlusses verursachen. Als Folge kann in manchen Fällen die
Zündfähigkeit
der Zündkerze
beeinträchtigt
werden. Unter Berücksichtigung
dieses Punkts ist es günstig,
das Maß β des Zwischenraums
in der Feststellposition mit nicht weniger als 0,05 mm und noch
bevorzugter mit nicht weniger als 0,2 mm festzulegen.
-
Nach einem anderen Gesichtspunkt
der Erfindung erfordert dieser Zwischenraum Q eine sich
in der Feststellposition erstreckende Zwischenraumstrecke (βL), was bedeutet,
dass ein ringförmiger
Raum, der durch das in einer radialen Richtung der Zündkerze
gemessene Zwischenraummaß (β) und die
in einer axialen Richtung der Zündkerze
gemessene Zwischenraumstrecke (βL)
definiert ist, zwischen einer inneren Umfangsfläche 52 des Hauptmetallelements 1 und
einer äußeren Umfangsfläche (2k)
des Isolierkörpers 2 beinhaltet
ist (wie in der eingekreisten Zeichnung in 1 veranschaulicht ist). Mit anderen Worten
sollte das Zwischenraummaß (β) von 0,05
bis 0,4 mm auf einer Strecke von zumindest 0,5 mm in der axialen
Richtung fortgesetzt sein oder aufrechterhalten werden, um einen
wirksamen Schutz des Zwischenrauminneren vor der Verschmutzung zu
erzielen. Wenn die Zwischenraumstrecke (βL) jedoch 2,5 mm überschreitet,
sammeln sich jedoch leicht Ablagerungen wie etwa Kohlenstoff am
Isolierkörper
um den Zwischenraum Q an, was dort springende Funken verursacht.
Daher sollte die Zwischenraumstrecke 0,5 bis 2,5 mm groß sein,
solange das Zwischenraummaß (β) (oder vielmehr
die Breite) von 0,05 bis 0,4 mm auf der Strecke aufrechterhalten
wird. Die beste Verschmutzungsbeständigkeit für die Zündkerzen wird erzielt, wenn
die oben erwähnten
peripheren Oberflächen,
die den ringförmigen
Raum bilden, auf einer Strecke von 1 bis 2,5 mm unter Aufrechterhaltung
eines Zwischenraummaßes
von 0,2 bis 0,4 mm parallel verlaufen. Als Ergebnis kann eine miniaturisierte
Zündkerze ohne
Beeinträchtigung
ihrer Verschmutzungsbeständigkeit
funken.
-
Ausführungsformen der Erfindung
werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Figuren beschrieben werden, in denen
-
1 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform der Zündkerze
nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Hauptabschnitt eines vorderen Endabschnitts der Ausführungsform
von 1 in einem vergrößerten Maßstab zeigt;
-
3 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Hauptabschnitt eines ersten abgewandelten Beispiels der
Zündkerze
von 1 zeigt;
-
4(a) eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Hauptabschnitt eines zweiten abgewandelten Beispiels
der Zündkerze
von 1 zeigt;
-
4(b) und 4(c) weitere Abwandlungen
an einer Position zeigen, an der sich ein flacher Abschnitt 52a und
ein geneigter Abschnitt 52b der inneren Umfangsfläche 52 des
Isolierkörpers
treffen;
-
5 eine
Kurvendarstellung ist, die die Ergebnisse eines Versuchs in Beispiel 3 zeigt;
-
6(a) und 6(b) Zeichnungen sind, die
die Ergebnisse der Simulationen von Beispiel 4 zeigen.
-
1 und 2 zeigen eine Zündkerze 100 als
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 ist
eine Längsschnittansicht
der Ausführungsform
als Ganzes, und 2 zeigt
einen vorderen endseitigen Hauptabschnitt davon in einem vergrößerten Maßstab. Die
Zündkerze 100 ist
mit folgendem versehen: einem zylinderförmigen Hauptmetallelement 1,
einem so in das Hauptmetallelement eingesetzten Isolierkörper 2,
dass ein vorderer Endabschnitt 2i des Isolierkörpers aus
dem Hauptmetallelement vorsteht, einer im Inneren des Isolierkörpers 2 bereitgestellten
Mittelelektrode 3 mit einem vorderen Endabschnitt 3e,
der aus dem Isolierkörper
vorsteht, einer Erdungselektrode 4, die so angeordnet ist,
dass sie an einem Ende davon durch Schweißen usw. mit dem Hauptmetallelement 1 verbunden
ist und am anderen Ende davon seitwärts gebogen ist und an einer
Seitenfläche
des gebogenen Endabschnitts einem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 3 und
anderen Teilen gegenüber
liegt. Wie in 2 gezeigt
ist zwischen der Erdungselektrode 4 und der Mittelelektrode 3 ein
Funkenentladungsspalt g mit der Breite a ausgebildet. Die Erdungselektrode 4 und
ein Hauptkörper 3a der
Mittelelektrode 3 sind aus einer Nickellegierung gebildet.
Ein aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildetes Kernelement 3b ist
in einem inneren Abschnitt des Hauptkörpers 3a der Mittelelektrode 3 begraben,
um die Wärmeausstrahlung
zu fördern.
-
Das in einer zylinderförmigen Form
aus einem Metall wie kohlenstoffarmem Stahl u. ä. ausgebildete Hauptmetallelement 1 bildet
ein Gehäuse
der Zündkerze 100 und
weist eine Befestigungsschraube (ein Passgewinde) 7 auf,
die benutzt wird, um die Zündkerze 100 an
einem (nicht gezeigten) Motorblock zu befestigen, und an einer äußeren peripheren
Oberfläche
davon ausgebildet ist. Das Bezugszeichen 1e bezeichnet
einen Werkzeugeingriftsabschnitt, mit dem ein Werkzeug wie etwa
ein Schraubenschlüssel
oder ein Gabelschlüssel in
Eingriff gebracht wird, wenn das Hauptmetallelement 1 an
einer äußeren Oberfläche des
Isolierkörpers
befestigt wird, und dieser Werkzeugeingriffsabschnitt weist eine
sechseckige Querschnittsform auf. Der Isolierkörper 2 ist ein einstückig ausgebildeter
Aluminiumoxidkeramiksinterkörper
und ist mit einer Durchgangsöffnung 6 versehen,
die sich entlang einer Achse O davon erstreckt. Ein Klemmenmetallelement 13 ist
in einem Endabschnitt der Durchgangsöffnung und die Mittelelektrode 3 in
gleicher Weise im anderen Endabschnitt davon befestigt. Ein Widerstandselement 15 ist
in jenem Abschnitt des Inneren der Durchgangsöffnung 6 bereitgestellt,
der sich zwischen dem Klemmenmetallelement 13 und der Mittelelektrode 3 befindet.
Beide Endabschnitte des Widerstandselements 15 sind über leitfähige Glasdichtungsschichten 16, 17 elektrisch
mit der Mittelelektrode 3 bzw. dem Klemmenmetallelement 13 verbunden.
Das Widerstandselement 15 und die leitfähigen Glasdichtungsschichten 16, 17 bilden
ein gesintertes leitfähiges
Material. Das Widerstandselement 15 ist aus einer Widerstandszusammensetzung
gebildet, die aus einem Rohmaterial aus einem gemischten Pulver
aus einem Glaspulver und einem Pulver aus einem leitfähigen Material
(und, wie erforderlich, einem Pulver aus einem anderen keramischen
Material als Glas) hergestellt ist.
-
Ein Vorsprung 2e, der sich
beispielsweise in der Form eines Flansches in der peripher auswärts gerichteten
Richtung erstreckt, ist an einem Zwischenabschnitt des Isolierkörpers 2 in
Achsenrichtung bereitgestellt. Im Isolierkörper 2 wird der Abschnitt,
der sich in der axialen Richtung O zum vorderen Endabschnitt 3e (d.
h. einem Funkenentladungsspalt g) der Mittelelektrode 3 erstreckt,
als ein vorderer Abschnitt bezeichnet, und im Abschnitt an der hinteren
Seite des Vorsprungs 2e ist ein Hauptabschnitt 2b mit
einem Durchmesser ausgebildet, der kleiner als jener des Vorsprungs 2e ist.
An der Vorderseite des Vorsprungs 2e sind ein erster Schaftabschnitt 2g,
dessen Durchmesser kleiner als jener des Vorsprungs ist, und ein
zweiter Schaftabschnitt 2i, dessen Durchmesser wiederum
kleiner als jener des ersten Schaftabschnitts 2g ist, in
der angeführten
Reihenfolge ausgebildet. Der Hauptabschnitt 2b kann an
einem hinteren Endabschnitt der äußeren Umfangsoberfläche davon
mit einer Wellung versehen sein.
-
Ein Durchmesser eines Querschnitts
der Mittelelektrode 3 ist kleiner als jener eines Querschnitts
des Widerstandselements 15 festgelegt. Die Durchgangsöffnung 6 des
Isolierkörpers 2 weist
einen ersten im wesentlichen zylinderförmigen Abschnitt 6a,
durch den die Mittelelektrode 3 eingefügt ist, und einen zweiten im wesentlichen
zylinderförmigen
Abschnitt 6b, der an der Hinterseite (der Oberseite in
den Zeichnungen) des ersten Abschnitts 6a mit einem größeren Durchmesser
als jenem des ersten Abschnitts ausgebildet ist, auf. Das Klemmenmetallelement 13 und
das Widerstandselement 15 sind im zweiten Abschnitt 6b untergebracht, und
die Mittelelektrode 13 ist durch das Innere des ersten
Abschnitts 6a eingefügt.
An einem hinteren Endabschnitt der Mittelelektrode 3 ist
ein Elektrodenbefestigungsvorsprung 3c ausgebildet, der
sich von einer äußeren Umfangsfläche
davon auswärts
erstreckt. Der erste Abschnitt 6a und der zweite Abschnitt 6b der
Durchgangsöffnung 6 sind
im ersten Schaftabschnitt 2g von 2 miteinander verbunden. An einer Position,
an der der erste und der zweite Abschnitt 6a, 6b miteinander
verbunden sind, ist eine Aufnahmefläche 6c zum Aufnehmen
des Elektrodenbefestigungsvorsprungs 3c als eine Verjüngungsfläche oder
eine bogenförmige
Fläche
ausgebildet.
-
Der Isolierkörper 2 ist von einer
hinteren Öffnung
her in das Hauptmetallelement 1 eingefügt, und ein Abschnitt, an dem
der erste Schaftabschnitt 2g und der zweite Schaftabschnitt 2j miteinander
verbunden sind, ist als ein sich peripher erstreckender abgestufter
Abschnitt ausgebildet. Dieser abgestufte Abschnitt dient als ein
Isolierkörperfeststellabschnitt
2h und ist über
eine ringförmige
Plattendichtung 63 mit einem sich peripher erstreckenden
ringförmigen
Vorsprung 1c als ein metallelementseitiger Feststellabschnitt,
der an der inneren Oberfläche
des Hauptmetallelements 1 ausgebildet ist, in Eingriff
gebracht, um dadurch zu verhindern, dass der Isolierkörper 2 axial
aus dem Hauptmetallkörper
gleitet. Zwischen einer inneren Oberfläche einer hinteren Öffnung des
Hauptmetallelements 1 und einem entsprechenden Abschnitt
der äußeren Oberfläche des
Isolierkörpers 2 ist
eine ringförmige
Liniendichtung 62 bereitgestellt, die mit einem hinteren
peripheren Rand des flanschartigen Vorsprungs 2e in Eingriff
gebracht ist. An der Hinterseite der Dichtung 63 ist über eine
gefüllte Schicht 61 aus
Talk u. ä.
eine ringförmige
Zeilendichtung 60 bereitgestellt. Der Isolierkörper 2 wird
in das Hauptmetallelement 1 vorwärts gezwängt und dann ein offener Rand
des Hauptmetallelements 1 einwärts zur Dichtung 60 hin
umgebogen, um dadurch einen umgebogenen Abschnitt 1d zu
bilden. Das Hauptmetallelement 1 ist dadurch am Isolierkörper 2 befestigt.
-
Wie in 2 gezeigt
liegt der Abschnitt des Isolierkörpers,
der vor dem Isolierkörperfeststellabschnitt 2h
gelegen ist, d. h., eine äußere Umfangsfläche (eine
einen Zwischenraum bildende äußere Umfangsfläche) 2k des
zweiten Schaftabschnitts 2i, einer inneren Umfangsfläche (einer
einen Zwischenraum bildenden inneren Umfangsfläche) 52 des Vorsprungs 1c,
der einen Metallelementfeststellabschnitt bildet, gegenüber, um
in der Feststellposition ein vorherbestimmtes Zwischenraummaß Q zu bilden.
Ein durch die Gleichung β = (D1 – d1)/2 (1),wobei d1
einen Außendurchmesser
der einen Zwischenraum bildenden äußeren Umfangsfläche 2k darstellt; und
D1 einen Innendurchmesser der einen Zwischenraum bildenden inneren
Umfangsfläche 52 darstellt,
ausgedrücktes
Maß β eines Zwischenraums
in der Feststellposition ist nicht größer als 0,4 mm (vorzugsweise nicht
kleiner als 0,05 mm) festgelegt.
-
Wenn das Maß β eines Zwischenraums in der
oben erwähnten
Feststellposition nicht größer als
0,4 mm festgelegt ist, kann ein Eintritt von unverbranntem Gas in
den Zwischenraum Q verlässlich
blockiert werden. Dies ist sogar in einer Verwendungsumgebung, in
der eine Verunreinigung der Zündkerze
leicht beispielsweise während
der Vorlieferzeit auftritt, der Fall. Daher kann eine Verunreinigung
der Oberfläche
(der einen Zwischenraum bildenden äußeren Umfangsfläche 2k)
des Isolierkörpers
im Zwischenraum Q in der Feststellposition verhindert werden. Als
Ergebnis kann die Zündkerze 100 ohne
Beeinträchtigung
ihrer Verschmutzungsbeständigkeit
miniaturisiert werden. Beispielsweise kann eine hervorragende Verschmutzungsbeständigkeit
sogar dann aufrechterhalten werden, wenn eine Nenngröße der Befestigungsschraube 7,
die an der äußeren Umfangsfläche eines
vorderen Endabschnitts des Hauptmetallelements 1 ausgebildet
ist, auf nicht mehr als M12 verringert wird. Konkret kann die Befestigungsschraube 7 tatsächlich einen
Wert von M12 oder M10 usw. anwenden (wie hierin verwendet bedeutet
die Nenngröße der Befestigungsschraube
einen Wert, der durch ISO 2705 (M12) und ISO 2704 (M10) spezifiziert
ist) und gestattet sie selbstverständlich eine Abweichung innerhalb
des Umfangs der Maßtoleranz
dieser Standards). Nach der vor liegenden Erfindung ist der Zwischenraum
Q in der Feststellposition auf nicht mehr als 0,4 mm festgelegt,
was weniger als ein entsprechendes Niveau bei einer Zündkerze
der verwandten Technik ist. Daher muss die Wandstärke des
Abschnitts des Isolierkörpers 2,
der sich an einer Position befindet, an der der Isolierkörper mit
dem Hauptmetallelement 1 in Eingriff gebracht ist, sogar
dann nicht stark verringert werden, wenn die Größe der Befestigungsschraube 7 verringert
ist. Demgemäß wird die
Verschmutzungsbeständigkeit
der Zündkerze
aufgrund des breitenverringerten Zwischenraums Q in der
Feststellposition verbessert und werden die spannungsbeständigen Eigenschaften
des Isolierkörpers 2 aufrechterhalten.
-
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist
die äußere Umfangsfläche des
ersten Schaftabschnitts 2g zu einer im wesentlichen zylinderförmigen Form
geformt, während
die äußere Umfangsfläche, die
die einen Zwischenraum bildende äußere Umfangsfläche 2k des
Basisendabschnitts des zweiten Schaftabschnitts 2i bildet,
in einer solchen Weise zu einer mit der einen Zwischenraum bildenden
inneren Umfangsfläche 52 gleichachsigen,
im wesentlichen zylinderförmigen
Form geformt ist, dass der Zwischenraum Q in der Feststellposition
in der axialen Richtung O im wesentlichen konstant (und minimal)
wird. Die äußere Umfangsfläche des
Abschnitts des Isolierkörpers
vor dem zweiten Schaftabschnitt 2i ist kegelförmig geformt,
so dass der Durchmesser dieses Abschnitts zu seinem vorderen Ende
hin nach und nach abnimmt.
-
Wenn die Nenngröße der Befestigungsschraube 7 wie
oben erwähnt
verringert wird, sollte beachtet werden, dass die Breite J für einen
Gasraumabschnitt GV, d. h. einen weit offenen Zwischenraum, der
vor dem Zwischenraum Q gebildet ist, oder vielmehr zwischen einem
kegelförmigen
Abschnitt (zweiten Schaftabschnitt 2i) des Isolierkörpers und
der metallischen Umhüllung 1 gebildet
ist, verringert werden muss. Wenn die Breite J übermäßig klein wird und sogar, wenn
das Innere des Zwischenraums Q in der Feststellposition sauber ist, wird
der kegelförmige
zweite Schaftabschnitt 2i, der sich aus dem Zwischenraum
Q vonnrärts
erstreckt, verunreinigt, um so genannte seitliche springende Funken
zu ergeben, die im Gasraumabschnitt GV zwischen dem kegelförmigen zweiten
Schaftabschnitt des Isolierkörpers
und dem Metallelement auftreten. Um das Auftreten derartiger springender
Funken zu verhindern, ist es wirksam, eine Breite E eines vorderen
Endabschnitts des Gasraumabschnitts, die durch die Gleichung E = (D2 – d2)/2 (2)ausgedrückt ist,
wobei D2 einen Innendurchmesser eines geöffneten Abschnitts der vorderen
Endfläche
des Hauptmetallelements 1 darstellt; und d2 einen Außendurchmesser
des Abschnitts des Isolierkörpers 2 (des zweiten
Schaftabschnitts 2i) darstellt, der sich an der Position
der erwähnten
vorderen Endfläche
befindet, in einer solchen Weise festzulegen, dass die Breite E
den Ausdruck 1,1α ≤ E (3),wobei α eine Breite
des Funkenentladungsspalts g darstellt, erfüllt.
-
Das elektrische Feld neigt dazu,
sich im Abschnitt des Isolierkörpers 2,
der sich in der Nähe
des vorderen Endabschnitts davon nahe am Funkenentladungsspalt g
befindet, zu konzentrieren. Da am inneren Umfang der Endfläche des
Hauptmetallelements 1 ein Rand gebildet ist, an dem das
elektrische Feld zur Konzentration neigt, neigt das Problem der
seitlichen springenden Funken im Gasraumabschnitt GV dazu, leicht
an der Position der vorderen Endfläche des Hauptmetallelements 1 aufzutreten.
Wenn die Breite des Gasraumabschnitts GV an dieser Position, d.
h., die Breite E der vorderen Endfläche des Hauptmetallelements 1 des
Gasraumabschnitts, jedoch größer als
die Breite α des
Funkenentladungsspalts g festgelegt wird, welcher sich in einer
richtigen Funkensprungposition befindet, kann das Auftreten der
seitlichen springenden Funken sogar dann wirksam unterdrückt werden,
wenn die Oberfläche
des Isolierkörpers 2 (des
zweiten Schaftabschnitts 2i) verunreinigt ist. Wie hierin
verwendet ist die Breite E der vorderen Endfläche des Hauptmetallelements 1 des
Gasraumabschnitts als der in Gleichung (2) gezeigte Unterschied
zwischen dem Durchmesser des Hauptmetallelements 1 und
jenem des Isolierkörpers 2 definiert.
Wenn beim Kombinieren beispielsweise des Isolierkörpers 2 mit
dem Hauptmetallelement 1 eine geringfügige Abweichung von Teilen
von der Mitte auftritt, wird jedoch erwartet, dass eine tatsächliche
Entfernung zwischen der inneren Umfangsfläche des Hauptmetallelements 1 und
der äußeren Umfangsfläche des
Isolierkörpers 2 (des
zweiten Schaftabschnitts 2i) örtlich abnimmt, um das Problem
von seitlichen springenden Funken in der oben erwähnten Position
zu verursachen. Zur Verhinderung eines derartigen Einflusses ist
der Wert von E wie im Ausdruck (3) daher auf ein leicht
großzügiges Niveau
festgelegt. Wenn eine Abweichung von Teilen von der Mitte usw. während ihrer
Kombination jedoch verlässlich
verhindert werden kann, kann der Wert von E problemlos auf α < E festgelegt werden.
-
Die seitlichen springenden Funken,
die einer Verunreinigung des vorderen Endabschnitts des Isolierkörpers 2 (des
zweiten Schaftabschnitts i) zugeschrieben werden, treten nicht immer
an der Position der Endfläche
des Hauptmetallelements 1 auf. Seitliche springende Funken
können
auch an einer Position an einem leicht rückwärtigen Abschnitt des Hauptmetallelements
auftreten, wenn sich die Breite des Gasraumabschnitts GV bei einem
bestimmten Niveau befindet. Zur Verhinderung des Auftretens derartiger
seitlicher springender Funken ist es wirksam, dass der folgende
Ausdruck α < (D3 – d3)/2 (4),wobei d3
einen Durchmesser einer Kontur eines Querschnitts des Abschnitts
des Isolierkörpers 2 vorwärts vom
Isolierkörperfeststellabschnitt
2h entlang einer die Achse O kreuzenden imaginären Ebene darstellt; und D3
einen Innendurchmesser des diesem Abschnitt des Isolierkörpers entsprechenden
Abschnitts des Hauptmetallelements 1 darstellt, an einer
willkürlichen
Position in einem Abschnitt zwischen der Position der vorderen Endfläche des
Hauptmetallelements 1 und einer Position, die um zumindest
7 mm höher
als diese liegt, erfüllt
wird, d. h., dass α < (D3 – d3)/2
in einem Abschnitt L, der nicht weniger als 7 mm über der
Position der vorderen Endfläche
des Hauptmetallelements 1 liegt, erfüllt wird.
-
Wenn eine Breite J (≡ (D3 – d3)/2)
des Gasraumabschnitts GV an einer bestimmten Position in der axialen
Richtung O größer als
die Breite α des
Funkenentladungsspalts g ist, neigen seitliche springende Funken
dazu, an dieser Position nicht aufzutreten. Andererseits wird die
Stärke
des elektrischen Felds, das das Auftreten von seitlichen springenden
Funken beeinflusst, an der Oberfläche des Isolierkörpers an
einer Position in der Nähe
des vorderen Endabschnitts dicht am Funkenentladungsspalt g hoch,
nimmt jedoch zur hinteren Seite in der axialen Richtung O hin nach
und nach ab. Nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder sagt
jedoch eine Simulation der Verteilung der elektrischen Feldstärke auf
Basis einer Finite-Elemente-Methode vorher, dass die elektrische
Feldstärke
des Isolierkörpers
in einem Abschnitt zwischen der Position der vorderen Endfläche des
Hauptmetallelements und einer Position etwa 7 mm über dieser
Position in Bezug auf die axiale Richtung etwas hoch wird. Daher
bestand die Erwartung, dass seitliche springende Funken auftreten. Angesichts
des Obigen kann das Auftreten seitlicher springender Funken an einer
Position an einem hinteren Seitenabschnitt des Hauptmetallelements 1 wirksam
unterdrückt
werden, wenn die Breite J des Gasraumabschnitts zumindest in diesem
Abschnitt so festgelegt wird, dass die Breite größer als α des Funkenentladungsspalts
g wird, der eine richtige Stelle für die elektrische Entladung
darstellt.
-
Eine Kontur eines Querschnitts entlang
einer die Achse O des Isolierkörpers 2 (die
in dieser Ausführungsform
auch mit der Achse des Hauptmetallelements 1 übereinstimmt)
beinhaltenden imaginären
Ebene der einen Zwischenraum bildenden inneren Umfangsfläche 52 des
Vorsprungs 1c, der den metallelementseitigen Feststellabschnitt
bildet, weist einen flachen Abschnitt 52a gegenüber der
einen Zwischenraum bildenden äußeren Umfangsfläche 2k und
einen geneigten Abschnitt 52b, der sich vom vorderen Ende
des flachen Abschnitts 52a abwärts zur inneren Umfangsfläche des
Hauptmetallelements 1 erstreckt, auf. Ein Winkel θ, der zwischen
dem flachen Abschnitt 52a und dem geneigten Abschnitt 52b gebildet
ist, erfüllt
den Ausdruck 140° ≤ θ ≤ 160° (5).
-
An einer Position, an der der flache
Abschnitt 52a und der geneigte Abschnitt 52b einander
kreuzen (treffen), ist ein Randabschnitt gebildet. Wenn der Winkel θ, der zwischen
den Abschnitten 52a und 52b gebildet ist, wie
im Ausdruck (5) gezeigt etwas größer festgelegt ist, kann die übermäßige Konzentration
des elektrischen Felds auf dem Randabschnitt vermieden werden und
kann die spannungsbeständige
Leistung der Zündkerze
weiter verbessert werden. Doch wenn θ kleiner als 140° ist, ist
die Wirkung zur Verbesserung der spannungsbeständigen Leistung gering. Wenn θ 160° überschreitet,
erstreckt sich der untere Endabschnitt des geneigten Abschnitts 52b nach
und nach über
eine lange Entfernung zum unteren Teil der inneren Umfangsfläche des
Hauptmetallelements 1, und erstreckt sich ein Bereich einer
hohen elektrischen Feldstärke des
Gasraumabschnitts GV zum vorderen Endabschnitt einer ge ringen Wandstärke des
Isolierkörpers 2 (des zweiten
Schaftabschnitts 2i). Folglich wird die spannungsbeständige Leistung
der Zündkerze
in manchen Fällen
beeinträchtigt.
Darüber
hinaus wird ein Abschnitt, in dem die Breite J des Gasraumabschnitts
GV abnimmt, lang, was sich in manchen Fällen nachteilig in Bezug auf
die Verhinderung des Auftretens seitlicher springender Funken auswirkt.
In dieser Ausführungsform
der Erfindung bildet der flache Abschnitt 52a eine zylinderförmige Oberfläche, die
mit der äußeren Umfangsfläche 2k des
Basisendabschnitts des zweiten Schaftabschnitts 2i konzentrisch
ist, während
der geneigte Abschnitt 52b in einer kegelförmigen Form
ausgebildet ist.
-
Es werden nun verschiedene Abänderungen
beschrieben werden, die dazu geeignet sind, der Zündkerze 100 hinzugefügt zu werden
(wobei Teilen, die sowohl in 1 als
auch 2 gezeigt sind,
die gleichen Bezugszeichen verliehen sind und auf ausführliche
Beschreibungen derartiger Teile verzichtet wird). Unter Bezugnahme
auf 3 wird zuerst eine
Form angewendet, bei der ein vorderer Endkörperabschnitt 2s über einen
Abschnitt 2j mit verringertem Durchmesser mit einem zylinderförmigen Basisendabschnitt 2r des
zweiten Schaftabschnitts 2i verbunden ist, so dass eine
Länge des
Abschnitts L, in dem die Breite J des Gasraumabschnitts. GV größer als
die Breite α des
Funkenentladungsspalts g wird, so groß wie möglich festgelegt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ist der Abschnitt 2j mit verringertem Durchmesser
so geformt, dass er eine kegelförmige
(verjüngte)
Oberfläche
aufweist. Somit wird ein Rand aus einem spitzen Winkel, an dem ein
elektrisches Feld zur Konzentration neigt, vermieden.
-
In der Ausführungsform der 4(a) weist eine Kontur eines Querschnitts
entlang einer eine Achse O beinhaltenden imaginären Ebene einer einen Zwischenraum
bildenden inneren Umfangsfläche 52 eines
Vorsprungs 1c, der einen metallelementseitigen Feststellabschnitt
bildet, ebenfalls einen flachen Abschnitt 52a gegenüber einer
einen Zwischenraum bildenden äußeren Umfangsfläche 2k und
einen geneigten Abschnitt 52b, der sich von einem vorderen
Endabschnitt des flachen Abschnitts 52a abwärts zu einem
weiter unten gelegenen Abschnitt der inneren Umfangsfläche des
Hauptmetallelements 1 erstreckt, auf. An einer Position,
an der der flache Abschnitt 52a und der geneigte Abschnitt 52b einander
kreuzen, ist ein abgeschrägter
Abschnitt 52c gebildet (eine vergrößerte Ansicht ist in 4(b) gezeigt). Infolge dieses
Aufbaus neigt ein elektrisches Feld nicht zu einer Konzentration
an der Position, an der der flache Abschnitt 52a und der
geneigte Abschnitt 52 einander kreuzen, und kann eine Wirkung
erzielt werden, die mit jener identisch ist, die erhalten wird,
wenn zwischen dem flachen Abschnitt 52a und dem geneigten
Abschnitt 52b ein großer
Winkel θ gebildet
ist. Die Ausführungsform
von 4(a) weist eine
Form auf, in der ein zweiter Schaftabschnitt 2i des Isolierkörpers 2 einen
vorderen Endkörperabschnitt 2s aufweist,
der in der gleichen Weise wie in der Ausführungsform von 3 über
einen Abschnitt 2j mit verringertem Durchmesser mit einem
zylinderförmigen
Basisendabschnitt 2r verbunden ist. In der Ausführungsform
von 3 ist die äußere Umfangsfläche des
vorderen Endkörperabschnitts 2s zu
einer kegelförmigen
Oberfläche
geformt ist, während
die äußere Umfangsfläche des
vorderen Endabschnitts 2s in der Ausführungsform von 4(a) zu einer zylinderförmigen Oberfläche geformt
ist, so dass die Breite J des Gasraumabschnitts GV bis zu einer
Position an der hinteren Seite des vorderen Endes des Hauptmetallelements 1 so
groß wie
möglich
ist. Wie in 4(c) gezeigt
kann anstelle des abgeschrägten Abschnitts 5c ein
bogenförmiger
Abschnitt 52r bereitgestellt sein.
-
Ein Edelmetallzündabschnitt mit einen Durchmesser
von nicht mehr als 1 mm, der Iridium oder Platin als einen Hauptbestandteil
enthält,
kann an einer vorderen Endfläche
der Mittelelektrode 3 befestigt sein. Wenn der Durchmesser
des vorderen Endabschnitts dieser Elektrode auf nicht mehr als 1
mm verringert wird, kann ein elektrisches Feld am vorderen Endabschnitt
der Elektrode, der einem Funkenentladungsspalt g gegenüberliegt,
konzentriert werden, so dass die notwendige Entladungsspannung verringert
werden kann und dadurch seitliche springende Funken im Gasraum GV
wirksam unterdrückt
werden. Da der vordere Endabschnitt der Elektrode mit dem Edelmetallzündabschnitt
ausgestattet ist, wird ein Funkenverbrauch unterdrückt und
die Lebensdauer der Zündkerze
verlängert.
Durch die Verringerung des Durchmessers der Befestigungsschraube 7 am
Hauptmetallelement nimmt die Entladungsspannung sogar dann ab, wenn
die Wandstärke
des Isolierkörpers 2 etwas
verringert ist. Dies kann der Zündkerze
in Übereinstimmung
mit der verringerten Entladungsspannung eine mehr als ausreichende
spannungsbeständige
Eigenschaft bereitstellen. Angesichts der Notwendigkeit des Unterdrückens des
Fortschreitens eines Funkenverbrauchs im Edelmetallzündabschnitt,
der einer übermäßigen Konzentration
des elektrischen Felds zugeschrieben wird, ist der Durchmesser des
Edelmetallzündabschnitts
vorzugsweise auf mehr als 0,2 mm, aber nicht größer als 1,0 mm festgelegt.
-
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist
der Edelmetallzündabschnitt
aus einer Iridiumlegierung (Legierungsbestandteile sind beispielsweise
Rhodium, Platin oder Nickel usw.) durch Laserschweißen am vorderen
Endabschnitt der Mittelelektrode 3 befestigt. Ein aus Platin
oder einer Platinlegierung (der Legierungsbestandteil ist beispielsweise
Nickel usw.) gebildeter Zündabschnitt
ist durch Widerstandsschweißen
an einer Erdungselektrode 4 befestigt, so dass er dem Zündabschnitt
gegenüber
liegt. Der Zwischenraum zwischen dem Zündabschnitt und dem diesem
gegenüberliegenden
Zündabschnitt
ist als der Funkenentladungsspalt g ausgebildet.
-
BEISPIELE
-
Zur Veranschaulichung der Wirkung
der vorliegenden Erfindung wurden die folgenden Versuche durchgeführt:
-
Beispiel 1
-
Mit der in 1 und 2 gezeigten
identische Zündkerzen,
bei denen die Nenngröße einer
Befestigungsschraube 7 mit M12 festgelegt war; eine Breite α eines Funkenentladungsspalts
g mit 1,1 mm festgelegt war; ein Verhältnis E/α einer Breite E der vorderen
Endfläche
des Hauptmetallelements eines Gasraumabschnitts zu α mit 1,4
festgelegt war; eine Länge
eines Abschnitts L, in dem J > α in Bezug
auf die Breite J des Gasraumabschnitts mit 7 mm festgelegt war;
ein Winkel θ,
der zwischen einem flachen Abschnitt 52a und einem geneigten
Abschnitt 52b eines Vorsprungs 1c gebildet war,
mit 150° festgelegt
war; und ein Wert β eines
Zwischenraums in einer Feststellposition mit verschiedenen Niveaus
von 0,1 bis 0,6 mm festgelegt war, wurden als Versuchsstücke angefertigt.
Zur Untersuchung der Verschmutzungsbeständigkeit jeder Zündkerze wurde
unter den nachstehenden Bedingungen ein Vorlieferungsdauerversuch
durchgeführt.
Und zwar wurde jede der Zündkerzen
mit einer Spannungsanlegepolarität
einer Erdungselektrode und einer Mittelelektrode, die auf eine positive
Polarität
bzw. eine negative Polarität
festgelegt war, an einem Versuchskraftfahrzeug (Hubraum 1500 ccm,
vier serielle Zylinder) befestigt. Ein in JIS D1606 (1987) beispielhaft
erläutertes
Laufmuster (Versuchsraumtemperatur –10°C) wurde als ein Zyklus bestimmt
und das Laufmuster wiederholt, bis der Isolierwiderstand einer jeden
der Zündkerzen
auf nicht mehr als 10 MΩ abnahm.
Die Beurteilung wurde gemäß der Anzahl
der Zyklen vorgenommen. Nicht weniger als zehn Zyklen wurde als "O", acht bis neun Zyklen als "Δ", und nicht mehr als sechs Zyklen als "x" beurteilt (wobei "O" und "Δ" zulässig
und "x" nicht zulässig ist).
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
-
-
Wie oben gezeigt ist die Verschmutzungsbeständigkeit
bemerkenswert verbessert, wenn der Zwischenraum β in der Feststellposition auf
nicht mehr als 0,4 mm festgelegt wurde.
-
Beispiel 2
-
Mit der in 1 und 2 gezeigten
identische Zündkerzen,
bei denen die Nenngröße einer
Befestigungsschraube 7 mit M12 festgelegt war; eine Breite α eines Funkenentladungsspalts
g mit 1,1 mm festgelegt war; ein Verhältnis E/α einer Breite E der vorderen
Endfläche
eines Gasraumabschnitts zu α mit
1,4 festgelegt war; ein Winkel θ,
der zwischen einem flachen Abschnitt 52a und einem geneigten
Abschnitt 52b eines Vorsprungs 1c gebildet war,
mit 150° festgelegt
war; ein Maß β des Zwischenraums
in einer Feststellposition mit 0,4 mm festgelegt war; und eine Länge eines
Abschnitts L, in dem eine Breite J eines Gasraumabschnitts J > α wird, mit verschiedenen Niveaus
von 5 bis 8,3 mm festgelegt war, wurden als Versuchsstücke angefertigt. Zur
Untersuchung der Niedertemperatur-Startfähigkeit jeder Zündkerze
wurden unter den nachstehenden Bedingungen Versuche durchgeführt. Und
zwar wurde jede der Zündkerzen
mit einer Spannungsanlegepolarität einer
Erdungselektrode 4 und einer Mittelelektrode 3,
die auf eine positive Polarität
bzw. eine negative Polarität festgelegt
war, an einem Versuchskraftfahrzeug (Hubraum 1500 ccm, vier serielle
Zylinder) befestigt. Versuche, in denen ein Zyklus von 30 Sekunden
Leerlauf und 30 Minuten Anhalten wiederholt wurde, um die Anzahl der
Zyklen, bis ein Startvorgang nicht durchgeführt werden konnte, zu bestimmen,
wurden unter zwei Bedingungen durchgeführt, die eine Raumtemperatur
von –30°C bzw. –10°C beinhalteten.
In allen Fällen
wurde eine Beurteilung gemäß der Anzahl
der Zyklen vorgenommen. Nicht weniger als fünf Zyklen wurde als "0" und nicht mehr als vier Zyklen als "x" beurteilt (wobei "0" zulässig und "x" nicht zulässig ist). Die Ergebnisse sind
in Tabelle 2 gezeigt.
-
-
Gemäß diesen Ergebnissen traten
bei den Versuchen, die bei -10°C
durchgeführt
wurden, bei keinem der Versuchsstücke Probleme auf. Bei den Versuchen,
die bei –30°C durchgeführt wurden,
was eine niedriger Temperatur war und eine strenge Bedingung darstellte,
wurden bei Versuchsstücken,
bei denen L nicht kleiner als 7 mm war, hervorragende Ergebnisse
erhalten. Es wird angenommen, dass die verringerte Anzahl von Zyklen,
die einen Startvorgang gestatten, bei den Versuchsstücken, bei
denen L kleiner als 7 mm war, dadurch begründet ist, dass seitliche springende
Funken aufgrund der fortschreitenden Verunreinigung des Isolierkörpers zum
Auftreten neigen.
-
Beispiel 3
-
Mit der in 1 und 2 gezeigten
identische Zündkerzen,
bei denen die Nenngröße einer
Befestigungsschraube 7 mit M12 festgelegt war; eine Breite
a eines Funkenentladungsspalts g mit 1,1 mm festgelegt war; ein
Winkel θ,
der zwischen einem flachen Abschnitt 52a und einem geneigten
Abschnitt 52b eines Vorsprungs 1c gebildet war,
mit 150° festgelegt
war; ein Maß β des Zwischenraums
in einer Feststellposition mit 0,4 mm festgelegt war; und ein Verhältnis E/α einer Breite
E der vorderen Endfläche
eines Hauptmetallelements eines Gasraumabschnitts zu α durch Verändern des
Winkels der Neigung einer äußeren Umfangsfläche eines
zweiten Schaftabschnitts 2i mit verschiedenen Niveaus von
0,9 bis 1,7 festgelegt war, wurden als Versuchsstücke angefertigt.
Diese Zündkerzen
wurden an ihren Zündabschnitten
im Voraus einem Qualmen ausgesetzt und dann in einer durchsichtigen
Kammer angeordnet, in der der Luftdruck auf 0,4 MPa festgelegt war, um
eine elektrische Entladung zu erzeugen. Die Häufigkeit des Auftretens von
seitlichen springenden Funken wurde durch visuelles Feststellen
der Anzahl von seitlichen springenden Funken, die während eintausend elektrischen
Entladungen auf ein Metallelement erzeugt wurden, bestimmt. Die
Ergebnisse sind in 5 gezeigt.
Aus der Zeichnung wird verständlich,
dass die Häufigkeit
des Auftretens von seitlichen springenden Funken beträchtlich
abnimmt, wenn E/α auf
nicht weniger als 1,1 festgelegt ist.
-
Beispiel 4
-
Mit der in 1 und 2 gezeigten
identische Zündkerzen,
bei denen die Nenngröße einer
Befestigungsschraube 7 mit M12 festgelegt war; eine Breite
a eines Funkenentladungsspalts g mit 1,1 mm festgelegt war; ein
Verhältnis
E/α einer
Breite E der vorderen Endfläche
eines Hauptmetallelements eines Gasraumabschnitts zu a mit 1,4 festgelegt
war; eine Länge
eines Abschnitts L, in dem eine Breite J des Gasraumabschnitts J > α wird, mit 7 mm festgelegt war;
und ein Winkel θ,
der zwischen einem flachen Abschnitt 52a und einem geneigten
Abschnitt 52b gebildet wurde, mit 135 bis 170° festgelegt
war, wurden als Versuchsstücke
angefertigt. Es wurden auch Versuchsstücke angefertigt, die anstelle
einer Festlegung des Winkels θ mit
120° mit
einem abgeschrägten
Abschnitt 52c (Abschrägungsbreite
von 0,5 mm) versehen waren.
-
Die Verteilung der elektrischen Feldstärke im Gasraumabschnitt GV wurde
unter Verwendung der Größen und
der Form dieser Versuchsstücke
als Anfangsbedingungen bestimmt. Unter Verwendung einer im Handel
erhältlichen
Software und einer Finite-Elemente-Methode wurde eine simulierte
Spannung von 10 kV an eine Mittelelektrode 3 angelegt und
die elektrische Feldstärke
an einer Position, die sehr nahe an einer Position liegt, an der
der flache Abschnitt 52a und der geneigte Abschnitt 52b einander
kreuzen, wurde abgelesen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
-
-
Aus dieser Tabelle wird verständlich,
dass die elektrische Feldstärke
der Versuchsstücke,
bei denen der Winkel θ mit
nicht weniger als 140° festgelegt
war; oder bei denen ein abgeschrägter
Abschnitt bereitgestellt war, auf ein sehr niedriges Niveau abnahm. 6(a) und 6(b) zeigen die Ergebnisse von Simulationen
von Zündkerzen,
die θ =
135° bzw. θ = 150° aufweisen.
Unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen zeigt ein hellerer Bereich
einen Bereich mit höherer
elektrischer Feldstärke
an. Aus den Zeichnungen wird klar verständlich, dass ein Abschnitt
mit konzentrierter elektrischer Feldstärke bei der ersteren Zündkerze,
bei der der Winkel θ klein
ist, auffällig
an einer Position auftritt, die jener Position nahe ist, an der
der flache und der geneigte Abschnitt 52a, 52b einander
kreuzen, und dass der Grad der Konzentration des elektrischen Felds
bei der letzteren Zündkerze,
bei der der Winkel θ groß ist, gemäßigt ist.
-
Die Erdungselektrode wurde aus jedem
dieser Versuchsstücke
entfernt und die geöffnete
Seite eines Hauptmetallelements eines jeden der sich ergebenden
Versuchsstücke
in ein flüssiges
Isoliermedium wie etwa ein Silikonöl eingetaucht. Dadurch wurde
ein Raum zwischen der äußeren Oberfläche des
Isolierkörpers
und der inneren Oberfläche
des Hauptmetallelements mit dem flüssigen Isoliermedium gefüllt, so
dass die beiden Teile voneinander isoliert wurden. In diesem Zustand
wurde eine hohe Wechselstromspannung oder eine hohe Impulsspannung
von einer Hochspannungsquelle zwischen dem Hauptmetallelement und
einer Mittelelektrode 3 angelegt und eine Spannungswellenform
davon durch ein Oszilloskop aufgezeichnet. Ein Spannungswert, der
aufgezeichnet wurde, wenn im Isolierkörper eine durchbohrende Zerstörung auftrat,
wurde als eine durchgehende Durchbruchstehspannung aus der Spannungswellenform
gelesen. Unter jeder Versuchsbedingung wurden vierzig Versuchsstücke getestet
und ein durchschnittlicher Wert und ein Minimalwert der Stehspannung
bestimmt. Die Ergebnisse der obigen Versuche sind in Tabelle 4 gezeigt.
-
-
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass
sowohl die durchschnittlichen Werte als auch die Minimalwerte der
Stehspannung der Versuchsstücke,
die einen Winkel θ von
140° bis
160° oder
einen abgeschrägten
Abschnitt aufweisen, hoch sind, und dass derartige Versuchsstücke eine
stabile spannungsbeständige
Leistung aufweisen. Andererseits nimmt sowohl der durchschnittliche
Wert als auch der Minimalwert der Stehspannung ab und nimmt die
spannungsbeständige
Leistung der Versuchsstücke
relativ ab, wenn der Winkel θ geringer als
140° ist.
Die Ergebnisse zeigen auch, dass der Minimalwert der Stehspannung
abnimmt, obwohl der durchschnittliche Wert vergleichsweise gut ist,
und eine Streuung der spannungsbeständigen Leistung der Versuchsstücke leicht
dazu neigt, aufzutreten, wenn der Winkel θ 160° übersteigt.
-
Es sollte Fachleuten ferner einleuchtend
sein, dass verschiedenste Änderungen
in der Form und den Einzelheiten der wie oben gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen
vorgenommen werden können. Es
ist beabsichtigt, dass derartige Änderungen innerhalb des Umfangs
der hierzu beigefügten
Ansprüche
beinhaltet sind.
