DE60101947T2 - Zündkerze - Google Patents

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DE60101947T2
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Akira Nagoya Suzuki
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
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Description

  • Gemäß eines weitverbreitet praktizierten Verfahrens zum dichten Befestigen einer zylindrischen, metallischen Hülse an einen Isolator, der in die metallische Hülse eingeschoben wird, wird ein Endbereich der metallischen Hülse gecrimpt. Wenn das Crimpverfahren eingesetzt werden soll, muß der Aufbau der metallischen Hülse so festgelegt sein, daß das Crimpen weder die Erzeugung von Spannung in einem Bereich der Zündkerze mit sich bringt, in welchem die Erzeugung von Spannung nicht wünschenswert ist, noch die Erzeugung von Spannung in eine unerwünschte Richtung. Weiterhin ist ein Aufbau erwünscht, der unnötige Verwerfung während des Crimpens verhindert, um damit eine stetige Produktion von hochgenauen metallischen Hülsen zu ermöglichen.
  • In der allgemeinen Praxis hat ein Werkzeugangriffsbereich (ein sogenannter sechseckiger Bereich) einer Zündkerze, dessen Abmessungen der Industrienorm für das Angreifen mit einem Werkzeug entsprechen, die Abmessung von beispielsweise 16 mm, 19 mm oder 20,8 mm, wenn über die gegenüberliegenden Seiten gemessen wird. Um jedoch einer neueren Tendenz bei Zündkerzen Rechnung zu tragen, deren Größe sich verringert hat, erscheinen Werkzeugangriffsbereiche kleinerer Größe (z.B. mit einer Abmessung zwischen den gegenüberliegenden Seiten eines sechseckigen Bereichs von 14 mm oder weniger). Wenn die äußeren Abmessungen eines solchen sechseckigen Bereichs bestimmt werden, ist die maximale Wandstärke des sechseckigen Bereichs aufgrund des Außendurchmessers eines Isolators beschränkt (in einigen Fällen wird die Wandstärke unzureichend und der sechseckige Bereich ist dementsprechend anfällig gegenüber Verformung, die durch Spannung erzeugt wird).
  • Daher ist ein Aufbau erwünscht, der eine stetige Produktion von hochgenauen metallischen Hülsen zu ermöglicht, sogar wenn die metallischen Hülsen einen Bereich beinhalten, der anfällig gegenüber Verformung ist, die durch Spannung erzeugt wird, wie oben beschrieben.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze bereitzustellen, die eine metallische Hülse aufweist, bei der Abmessungen mit hoher Genauigkeit eingehalten werden und deren gecrimpter Bereich eine hohe Dichtungsfähigkeit aufweist.
  • EP-A-1,022,828 offenbart eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Um diese Aufgabe zu lösen stellt die vorliegende Erfindung eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tangente zur äußeren Kontour an einem Basispunkt des gecrimpten Kurvenbereichs und eine Linie, die senkrecht zur Achse, die auf die virtuelle Ebene projiziert ist, einen Winkel von 50°–110° bilden. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugangriffsbereichs nicht weniger als 10 mm. Wenn der Abstand weniger als 10 mm beträgt, wird die Wandstärke des Werkzeugangriffsbereichs unzureichend, womit sich die Möglichkeit ergibt, daß die benötigte Genauigkeit und Festigkeit nicht eingehalten werden.
  • Damit ein Bereich der metallischen Hülse, die wünschenswerterweise beim Crimpen nicht gegenüber Verwerfungen anfällig ist, nach dem Crimpen eine hohe Formgenauigkeit beibehält, werden die Crimpbedingungen, wie beispielsweise die Schlaggeschwindigkeit eines Crimpstempels zum Niederdrücken des zu crimpenden Vorsprungs und das Lageverhältnis zwischen der metallischen Hülse und dem Crimpstempel, sorgfältig bestimmt. Je größer die Toleranzen der Crimpbedingungen, um so kürzer ist die für das Einrichten der Crimpbedingungen benötigte Zeit, wodurch zur Verbesserung des Ertrags beigetragen wird. Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird der Großteil der Crimpkraft während des Crimpens in axialer Richtung auf die metallische Hülse aufgebracht, und die Spannung, die in der metallischen Hülse in radialer Richtung erzeugt wird, ist sehr klein. Durch Festlegen von mindestens einer gewissen Wandstärke in einem Bereich (z.B. dem Werkzeugangriffsbereich) der metallischen Hülse, die wünschenswerterweise beim Crimpen nicht gegenüber Verwerfungen anfällig ist, kann der Bereich nach dem Crimpen somit nachhaltig eine hohe Formgenauigkeit einhalten. Auch kann für die Wandstärke eines solchen Bereichs eine ziemlich große minusseitige Toleranz verwendet werden.
  • Zusätzlich zum oben beschriebenen Aufbau kann eine Dichtungsfüllschicht in der Lücke zwischen der inneren Oberfläche der metallischen Hülse und der äußeren Oberfläche des Isolators in einem Füllzustand bereitgestellt werden, und zwar während sie zwischen dem gecrimpten Bereich und dem Crimpauflagebereich zusammengedrückt wird, um damit die Lücke abzudichten. Durch den Einsatz der obenerwähnten Winkelbedingung für den gecrimpten Bereich der metallischen Hülse, kann, insbesondere wenn die Dichtungsfüllschicht aus Talkum oder ähnlichem Material besteht, ein Bereich der metallischen Hülse, die als Außenwand für das Dichtungsfüllmaterial (kann hiernach Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereich genannt werden) dient, effektiv an einer Verformung in radialer Richtung gehindert werden, d.h. ein radiales Anschwellen des Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereichs der metallischen Hülse nach außen kann effektiv verhindert werden, wodurch eine auf die Dichtungsfüllschicht wirkende Druckkraft beibehalten werden kann. Somit behält die Dichtungsfüllschicht eine ausreichende Dichte, womit sie erheblich zur Verhinderung von Leckverlusten beim Verbrennungsgas beiträgt.
  • Vorzugsweise werden Dichtungsringe an axial gegenüberliegenden Seiten der Dichtungsfüllschicht so bereitgestellt, daß sie gegen den Isolator und die metallische Hülse abdichten, wodurch Dichtungseffekte sichergestellt werden. Falls bei einer Zündkerze solche Dichtungsringe eingesetzt sind, ist die Dichtungsfüllschicht axial zwischen den Dichtungsringen zusammengedrückt und wird somit radial nach außen gequetscht. Demgemäß verbessern die Dichtungsringe die Gasdichtheit, sie verursachen aber das Aufbringen einer radial nach außen auf den Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereich der metallischen Hülse wirkenden Last. Daher wird wünschenswerterweise ein angemessenes Einstellen durchgeführt, um so eine Verwerfung des Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereichs zu verhindern. Da sich, wie vorher schon erwähnt, eine radial nach außen wirkende Kraft, die bezüglich des Crimpens erzeugt wird, verringert, erhöht sich die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Druck, mit dem der Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereich durch die Dichtungsfüllschicht beaufschlagt wird. Somit kann die Dichtungsfüllschicht verdichtet werden, während die Form des Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereichs mit großer Genauigkeit beibehalten wird. Das heißt, daß der Einsatz der obenerwähnten Winkelbedingung sehr wirksam für eine Zündkerze ist, die eine Dichtungsfüllschicht verwendet, wie auch für eine Zündkerze, die so aufgebaut ist, daß die Dichtungsfüllschicht zwischen Dichtungsringen eingepreßt ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft beschrieben, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen:
  • 1 eine vertikale Halbschnitt-Ansicht ist, die eine Zündkerze gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A–A der 1 ist;
  • 3 eine vergrößerte Ansicht ist, die den Hauptbereich der 1 zeigt;
  • 4 eine erläuternde Ansicht ist, die einen Basispunkt des gecrimpten Bereichs und die Höhe des gecrimpten Bereichs illustriert;
  • 5 eine erläuternde Ansicht ist, die eine Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts und einen Winkel R illustriert;
  • 6 eine erläuternde Ansicht ist, die eine Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts und einen Winkel R in einem gecrimpten Bereich illustriert, der von dem in 5 verschieden ist;
  • 7 eine erläuternde Ansicht ist, die einen Crimpvorgang illustriert;
  • 8 eine erläuternde Ansicht ist, die einen anderen Crimpvorgang illustriert;
  • 9 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem Winkel R und der sechseckigen Seite-zu-Seite-Abmessung zeigt;
  • 10 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem Winkel R und der Gasdichtheit zeigt;
  • 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Zündkerze 100, die einen Widerstand enthält. Die Zündkerze 100 beinhaltet eine zylindrische, metallische Hülse 1; einen Isolator 2, der so in die metallische Hülse 1 eingepaßt ist, daß ein Endbereich davon aus der metallischen Hülse 1 herausragt; eine Mittelelektrode 3, die im Isolator 2 bereitgestellt ist, wobei ein Endbereich aus dem Isolator 2 herausragt; und eine Masseelektrode 4, die so angeordnet ist, daß ein Ende davon mit der metallischen Hülse 1 verbunden ist, während das andere Ende als Gegenstück zur Mittelelektrode 3 angeordnet ist. Ein Funkenüberschlag-Abstand g ist zwischen der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 gebildet. Hiernach bedeutet der Ausdruck „vorne", oder Ableitungen davon, ein Bereich zum Funkenabstand g hin entlang der axialen Richtung der Mittelelektrode 3, und bedeutet der Ausdruck „hinten", oder Ableitungen davon, ein Bereich weg vom Funkenabstand g.
  • Der Isolator 2 ist aus einem gesinterten Keramikkörper gebildet, wie beispielsweise Alumina oder Aluminiumnitrid, und hat darin in der Axialrichtung ein Durchgangsloch 6 gebildet. Das Durchgangsloch 6 wird dazu verwendet, die Mittelelektrode 3 aufzunehmen. Ein metallisches Terminalelement 13 ist fest in den rückwärtigen Endbereich des Durchgangslochs 6 eingesetzt, wogegen die Mittelelektrode 3 fest in den vorderen Endbereich des Durchgangslochs 6 eingesetzt ist. Zwischen dem metallischen Terminalelement 13 und der Mittelelektrode 3 ist innerhalb des Durchgangslochs 6 ein Widerstand 15 angeordnet. Entgegengesetzte Endbereiche des Widerstands 15 sind elektrisch an die Mittelelektrode 3 und das metallische Terminalelement 13 über leitende Glasdichtungsschichten 16 bzw. 17 angeschlossen.
  • Die metallische Hülse 1 ist aus Metall hergestellt, wie beispielsweise Baustahl, um so die Funktion eines Gehäuses für die Zündkerze 100 zu erfüllen. Ein Außengewindebereich 7 ist auf der äußeren Umfangsoberfläche der metallischen Hülse 1 gebildet und wird zum Einschrauben der Zündkerze 100 in einen nicht dargestellten Motorblock verwendet. Ein Werkzeug, wie beispielsweise ein Schraubenschlüssel oder ein verstellbarer Schraubenschlüssel, wird mit dem Werkzeugangriffsbereich in Eingriff gebracht, wenn die metallische Hülse 1 eingeschraubt werden soll. Eine ringförmige Schnurdichtung 62 ist zwischen der inneren Oberfläche eines rückwärtigen Öffnungsbereichs der metallischen Hülse 1 und der äußeren Oberfläche des Isolators 2 angeordnet, während sie mit dem rückwärtigen Endbereich des flanschförmigen Vorsprungs 2e (kann hiernach als ein erster Isolatoreingriffsvorsprung 2e bezeichnet sein) des Isolators 2 in Kontakt ist. Eine ringförmige Schnurdichtung 60 ist rückwärtig von der Dichtung 62 angeordnet, während eine Dichtungsfüllschicht 61 (kann hiernach nur als Füllschicht 61 bezeichnet sein), die beispielsweise aus Talkum hergestellt ist, zwischen den Dichtungen 60 und 62 angeordnet ist. Der Isolator 2 ist in die metallische Hülse 1 zur Vorderseite der metallischen Hülse 1 hin eingepreßt. In diesem Zustand ist der hintere Öffnungsrandbereich der metallischen Hülse 1 radial nach innen zur Dichtung 60 hin gecrimpt, um dadurch einen gecrimpten Bereich 200 zu bilden, wobei die metallische Hülse 1 mit dem Isolator 2 fest verbunden wird.
  • Eine Dichtungsmanschette 30 ist am Gewindegrund des Außengewindebereichs 7 der metallischen Hülse 1 angeordnet. Die Dichtungsmanschette 30 ist ein ringförmiges Element, das durch Biegen einer Metallplatte, wie beispielsweise einer Baustahlplatte, gebildet ist. Wenn der Außengewindebereich 7 in ein Gewindeloch, das in einem Zylinderkopf gebildet ist, eingeschraubt wird, wird die Dichtungsmanschette 30 axial zusammengedrückt und zwischen einem flanschförmigen Gasdichtungsbereich 1f der metallischen Hülse 1 und einem Öffnungsrandbereich des Gewindelochs deformiert, wodurch die Lücke zwischen dem Gewindeloch und dem Außengewindebereich 7 abgedichtet wird.
  • Wie in 2 (eine Schnittansicht entlang der Linie A–A der 1) und 3 (eine vergrößerte Ansicht des Hauptbereichs der 1) gezeigt, hat der Werkzeugangriffsbereich 201 eine Vielzahl von ebenen Bereichen 201a. Wie in 2 dargestellt, nimmt der transversale Querschnitt des Werkzeugangriffsbereichs 201 einen vieleckigen Umriß an. Der Werkzeugangriffsbereich 201 der vorliegenden Ausführungsform weist sechs ebene Bereiche 201a auf; d.h. der Werkzeugangriffsbereich 201 ist ein sechseckiger Bereich. Die gegenüberliegenden ebenen Bereiche 201a stehen parallel zueinander. Drei Paare von gegenüberliegenden ebenen Bereichen 201a sind bereitgestellt. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden ebenen Bereichen 201a wird als Seite-zu-Seite-Abstand N bezeichnet (oder als Fläche-zu-Fläche-Abstand N; im Fall einer sechseckigen Form kann der Abstand als sechseckiger Seite-zu-Seite-Abstand N bezeichnet werden). Im Fall der Form eines Ikositetraeders (eine sogenannte Bi-HEX-Form), wie in 2b dargestellt, wird der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen, wie dargestellt, auch als Seite-zu-Seite-Abstand N bezeichnet werden.
  • Jetzt soll der gecrimpte Bereich im Detail beschrieben werden.
  • Wie in 3 dargestellt, ist ein an einem Öffnungsbereich der zylindrischen metallischen Hülse 1 gebildeter Vorsprung zum Crimpauflagebereich 2a hin gecrimpt, der auf der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 2 gebildet ist, der in die metallische Hülse 1 eingesetzt ist und sich axial erstreckt, wobei der gecrimpte Bereich 200 zum Befestigen der metallischen Hülse 1 an den Isolator 2 gebildet wird. In dem Längsschnitt der metallischen Hülse 1 einschließlich der Achse des Isolators 2 ist der gecrimpte Bereich 200 so gebogen, daß ein Ende davon sich dem Isolator 2 annähert.
  • In der vorliegenden Erfindung ist ein Basispunkt des gecrimpten Bereichs 200 wie folgt definiert. Die Definition eines Basispunkts verwendet eine virtuelle Definitionsebene parallel zu einer Ebene, die in dem transversalen Querschnitt des Werkzeugangriffsbereichs 201 der 2 durch den Mittelpunkt F und die beiden Scheitelpunkte C läuft, die bezüglich des Mittelpunkts F symmetrisch angeordnet sind und welche die Achse beinhalten. Die Abbildungen der in 2a gezeigten sechseckigen Form und die Form des in 2b gezeigten Ikositetraeders, so wie sie rechtwinklig auf die Definitionsebene projiziert sind, können in derselben Art behandelt werden. Besonders wenn ein gerundeter Bereich zwischen den nebeneinanderliegenden ebenen Bereichen 201a gebildet ist, die als Werkzeugkontaktflächen dienen, wird der Schnittpunkt der Linien, die sich von den ebenen Bereichen 201a erstrecken, als ein Scheitelpunkt angesehen (siehe 2a).
  • In der obenerwähnten, rechtwinklig projizierten Abbildung, wie in 4 dargestellt (zeigt einen Hauptbereich der Abbildung auf der Definitionsebene), ist eine gemeinsame Tangente zu einem gecrimpten Kurvenbereich 200a, der ein äußerer, konvexer Bereich des Umrisses des gecrimpten Bereichs 200 ist, und dem Umriß des Werkzeugangriffsbereichs 201 gezogen. Die gemeinsame Tangente dient als Bezugslinie J. In einem Bereich des Umrisses der metallischen Hülse 1, der sich zwischen einem Punkt H der Tangente auf der gecrimpten Kurvenbereichseite und einem Punkt G der Tangente auf der Werkzeugangriffsbereichs-Seite erstreckt (in 4 ein äußerer Randbereich des Werkzeugangriffsbereichs, der auf der Seite des gecrimpten Bereichs angeordnet ist), wird ein Punkt, dessen Abstand t von der Bezugslinie J maximal ist, als ein Basispunkt D des gecrimpten Bereichs 200 definiert (kann hiernach als ein Basispunkt D des gecrimpten Bereichs bezeichnet sein). Der gecrimpte Bereich 200 ist so ausgebildet, daß eine Höhe h1 in dem obenerwähnten Querschnitt (4, etc.), entlang der axialen Richtung des Isolators 2, 1,0 mm bis 3,0 mm beträgt.
  • Wie in 4 dargestellt, ist die Höhe h1 in der vorliegenden Erfindung als ein maximaler Abstand definiert, über den sich der gecrimpte Bereich 200 axial von dem Basispunkt D des gecrimpten Bereichs projiziert. 4a zeigt einen Fall, bei dem eine hintere Endfläche 201b des Werkzeugangriffsbereichs, die sich von einer Hinterkante der Werkzeugkontaktfläche des Werkzeugangriffsbereichs 201 zum gecrimpten Bereich 200 erstreckt, eben ist. In beiden Fällen dient eine gemeinsame Tangente zum Umriß des Werkzeugangriffsbereichs 201 und dem gecrimpten Kurvenbereich 200a als Bezugslinie J.
  • Wie in 5 dargestellt und wie bereits erwähnt, ist der nach außen hin konvexe, gecrimpte Kurvenbereich 200a auf einem Bereich des äußeren Umrisses des gecrimpten Bereichs 200 gebildet, der sich bis an das Ende des gecrimpten Bereichs 200 erstreckt. Auf der Definitionsebene bilden eine Tangente zum gecrimpten Kurvenbereich 200a an einem Basispunkt des gecrimpten Kurvenbereichs 200a (die Tangente kann hiernach als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts bezeichnet werden) und einer rechwinklig zur Achse auf die Definitionsebene projizierten Linie einen Winkel R von 50°–110°. In der vorliegenden Erfindung ist der Basispunkt des gecrimpten Kurvenbereichs 200a wie folgt definiert. Wie in 5a dargestellt, wenn ein gecrimpten Kurvenbereich 200a mit einem nach außen hin konvexen Umriß mit einem nach innen hin konvexen Umriß so verbunden ist, daß eine Tangente zu diesem Umriß sich kontinuierlich ändert, ist ein Übergangspunkt, an dem die Orientierung der konvexen Linie sich umkehrt, als Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs definiert, und eine Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs 200a am Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs ist als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts definiert.
  • Wie in 5b dargestellt, wenn der nach außen hin konvexe, gecrimpte Kurvenbereich 200a mit einem gradlinigen Bereich 200c verbunden ist, der einen solchen geraden Umriß aufweist, daß eine Tangente zu diesem Umriß sich kontinuierlich ändert, ist ein Übergangspunkt, an dem der gekrümmte Bereich in einen gradlinigen Bereich 200c übergeht, als Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs definiert, und eine Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs 200a am Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs ist als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts definiert. Wenn der nach oben hin konvexe, gecrimpte Kurvenbereich 200a, wie in 6 dargestellt, mit einem gradlinigen Bereich, einem nach oben hin konvexen Kurvenbereich oder einem nach unten hin konvexen Kurvenbereich so verbunden ist, daß eine Tangente sich diskret ändert (d.h. eine Tangente ändert sich abrupt an dem Übergangspunkt oder, im Fall einer Verbindung an einen gradlinigen Bereich, fluchtet die Tangente zum gecrimpten Kurvenbereich 200a am Über gangspunkt nicht mit dem gradlinigen Bereich), ist der Übergangspunkt als Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs definiert, und eine Tangente zum gecrimpten Kurvenbereich 200a am Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs ist als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts definiert. 6 zeigt einen Fall, bei dem der Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs mit dem Basispunkt D des gecrimpten Kurvenbereichs zusammenfällt.
  • Indem der gecrimpte Bereich 200 so geformt ist, daß ein Winkel R zwischen der Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts und einer senkrecht zur Achse stehenden Linie nicht weniger als 50° beträgt, kann eine radial nach außen gerichtete Komponente einer Kraft, die während des Crimpens im Werkzeugangriffsbereich 201 erzeugt wird, klein gehalten werden, wodurch eine Verformung des Werkzeugangriffsbereichs 201 effektiv verhindert wird. Diese Wirkung wird bei einem Winkel R von 70° oder mehr deutlich erreicht, und wird bei einem Winkel R von 80° oder mehr noch deutlicher und stetig erreicht.
  • Wiederum mit Bezugnahme auf 3 beinhaltet die metallische Hülse 1 einen dünnwandigen, konvexen Bereich 1j, der axial an einer Zwischenstelle davon angeordnet und radial nach außen gewölbt ist, wobei der Werkzeugangriffsbereich 201 als der erste flanschförmige Bereich dient, der am Umfang in einem Projektionszustand bereitgestellt ist, und der Gasdichtungsbereich 1f, der als der zweite flanschförmige Bereich dient, der am Umfang in einem Projektionszustand bereitgestellt ist, wobei die ersten und zweiten flanschförmigen Bereiche an axial gegenüberliegenden Enden des dünnwandigen, konvexen Bereichs 1j angeordnet sind.
  • Der gecrimpte Bereich 200 steht von der Innenkante der Stirnfläche des Werkzeugangriffsbereichs 201 vor, und zwar gegenüber vom dünnwandigen, konvexen Bereichs 1j. Besonders in der vorliegenden Ausführungsform bedeutet die Stirnfläche des Werkzeugangriffsbereichs 201 eine Ebene, die mit dem obenerwähnten Basispunkt D des gecrimpten Bereichs übereinstimmt (d.h. ein transversaler Querschnitt durch den Basispunkt D des gecrimpten Bereichs). Im Fall von Heißcrimpen, bei dem Crimpen ausgeführt wird, während elektrischer Strom angelegt ist, wird die äußere Oberfläche des dünnwandigen, konvexen Bereichs 1j radial nach außen hin gewölbt und die innere Oberfläche des dünnwandigen, konvexen Bereichs 1j radial nach innen hin gewölbt.
  • Beim Herstellen der Zündkerze 100 wird die metallische Hülse 1 in der folgenden Art fest mit dem Isolator 2 verbunden. Zunächst wird der Isolator 2, in dem die Mittelelektrode 3, die Glasdichtungsschichten 16 bzw. 17, der Widerstand 15 und das metallische Terminalelement 13 in dem Durchgangsloch 6 angeordnet sind, in die metallische Hülse 1 eingesetzt, an welche die Masseelektrode 4 nicht befestigt ist, und zwar durch einen Öffnungsbereich der metallischen Hülse 1, wodurch ein Zustand hergestellt wird, in dem ein Eingriffsbereich 2h des Isolators 2 und ein Eingriffsbereich 1c der metallischen Hülse 1 über eine Schnurdichtung (nicht dargestellt) miteinander im Eingriff stehen (diese Elemente sind in 1 dargestellt). Als nächstes wird die Schnurdichtung 62 durch den Einsetzöffnungsbereich in die metallische Hülse 1 eingesetzt und in seine Stellung gebracht. Dann wird die Dichtungsfüllschicht 61 aus Talkum oder Ähnlichem gebildet, worauf die Anordnung der Schnurdichtung 60 folgt. Der sich daraus ergebende Zustand ist in 7a gezeigt. Danach wird ein zu crimpender Vorsprung 200' gegen die Schnurdichtung 62, die Dichtungsfüllschicht 61 und die Schnurdichtung 60 mithilfe eines Crimpstempels 111 gecrimpt, wobei der dünnwandige, konvexe Bereich 1j gebildet wird. Infolgedessen, wie in 7b gezeigt, ist die metallische Hülse 1 fest mit dem Isolator 2 verbunden. Eine Oberfläche des Crimpstempels 111, die an den zu crimpenden Vorsprung 200' anstößt, nimmt eine Form an, die der des Winkels R entspricht.
  • In 7 wird im einzelnen ein vorderer Endbereich der metallischen Hülse 1 in eine Aufnahmebohrung 110a eingesetzt, die so in einer Crimpbasis 110 ausgebildet ist, daß der flanschförmige Gasdichtungsbereich 1f der metalli schen Hülse 1 auf einem Öffnungsrandbereich der Aufnahmebohrung 110a aufliegt. Im Fall von Heißcrimpen wird elektrischer Strom so an die metallische Hülse 1 angelegt, daß ein enger, dünnwandiger Bereich 1j', der zwischen dem Werkzeugangriffsbereich 201 und dem Gasdichtungsbereich 1f gebildet ist, durch elektrischen Widerstand erhitzt wird. Während der dünnwandige Bereich 1j' so erhitzt wird, wird der zu crimpende Vorsprung 200' mithilfe des Crimpstempels 111 nach unten gedrückt, wodurch der dünnwandige, konvexe Bereich 1j gebildet wird. Im Fall von Kaltcrimpen wird der dünnwandige Bereich 1j' gedrückt, um bei Raumtemperatur umgebogen zu werden, um dadurch in den dünnwandigen, konvexen Bereich 1j geformt zu werden.
  • Wenn dem gecrimpten Bereich 200 ein Winkel R von 90° oder größer verliehen werden soll, trifft das in 8 dargestellte Verfahren zu. Im einzelnen ist ein Spielraum zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des zu crimpenden Vorsprungs 200' und der inneren Oberfläche des Crimpstempels 111 vorgesehen, um so die Verformung des zu crimpenden Vorsprungs 200' in dem Spielraum zu ermöglichen. Wenn dem gecrimpten Bereich 200 ein Winkel R von 90° oder größer verliehen werden soll, wird der zu crimpende Vorsprungs 200' in 8a relativ hoch ausgeführt, so daß das Crimpen den gecrimpten Kurvenbereich 200a dazu veranlaßt, nach außen in den Spielraum gequetscht zu werden.
  • In jedem Fall wird die Dichtungsfüllschicht 61 beim Crimpen verdichtet, um dadurch gegen den Einsetzöffnungsbereich der metallischen Hülse 1 und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 2 abzudichten. Indem die Bildung des gecrimpten Bereichs 200 dem obenerwähnten Winkelbereich (der Winkel ist 50° bis 110°) entspricht, wird eine axiale Verdichtungskraft auf den Werkzeugangriffsbereich 201 gerichtet, der als ein Außenwandbereich der Dichtungsfüllschicht dient. Somit wird der Werkzeugangriffsbereich 201 nicht radial verformt und verdichtet damit effektiv die Dichtungsfüllschicht 61 gegen den von der Dichtungsfüllschicht 61 ausgeübten Druck, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Dichtungsleistung in der Zündkerze 100 geliefert wird. Danach wird die Masseelektrode 4 an die metallische Hülse 1 angebracht, beispielsweise durch Schweißen.
  • Die Auswirkung des Einsatzes des obenerwähnten Winkelbereichs ist von besonderem Interesse für Zündkerzen mit einer Seite-zu-Seite-Abmessung N (2) von 14 mm oder weniger (sogenannte M14 oder kleiner). Im Vergleich zu einer Zündkerze, die für die Seite-zu-Seite-Abmessung N einen größeren Wert aufweist, ist bei einer solchen Zündkerze das Verwenden einer relativ dünnen Wandstärke im Werkzeugangriffsbereich 201 unvermeidbar; d.h. ein relativ dünner Außenwandbereich der Dichtungsfüllschicht aufgrund des inneren Aufbaus. Der Einsatz einer solch dünnen Wandung verursacht eine Beeinträchtigung der Festigkeit des Werkzeugangriffsbereichs 201, der mit dem Schraubenschlüssel in Eingriff gebracht wird. Infolgedessen, wenn Crimpen wie in 7b dargestellt durchgeführt wird, wird der mit einem Schraubenschlüssel oder Ähnlichem in Eingriff zu bringende Werkzeugangriffsbereich 201 erheblich verformt (aufgewölbt), und zwar aufgrund des Einflusses von Spannung, die durch Druck von der Dichtungsfüllschicht 61 und den vertikalen Kräften vom Crimpstempels 111 und dem dünnwandigen, konvexen Bereich 1j erzeugt wird, sowie auch von Spannung, die bezüglich der Verformung des zu crimpenden Vorsprungs 200' erzeugt wird. Somit bestehen für die Seite-zu-Seite-Abmessung N Schwierigkeiten, in den erforderlichen Bereich zu fallen, während die erforderliche Gasdichtheit hergestellt wird (um die erforderliche Gasdichtheit herzustellen, muß ein Crimpdruck erhöht werden). Durch den Einsatz des obenerwähnten Bereichs von Winkel R ist es unwahrscheinlich, daß der Werkzeugangriffsbereich 201 nachgibt, selbst wenn die Wandstärke des Werkzeugangriffsbereichs 201 ziemlich dünn ist.
  • Um die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurde der folgende Test durchgeführt.
  • Ein Öffnungsende der metallischen Hülse 1 wurde mit dem in 7 und 8 gezeigten Crimpverfahren gecrimpt, um dadurch einen gecrimpten Bereich 200 zu bilden. Crimpen wurde durchgeführt, während der Winkel R zwischen der Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts und einer entsprechenden radialen Linie von 10° bis 120° variiert wurde, um dadurch das Verhältnis zwischen dem Winkel R und der Seite-zu-Seite-Abmessung zu untersuchen (die sechseckige Seite-zu-Seite-Abmessung in 2). Der Test verwendete vier Arten von Baustahl für den Einsatz bei Maschinengestellen wie in JIS G4051 vorgeschrieben (1979); insbesondere S5C, S15C, S25C und S35C. 9 ist ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen dem Winkel R und der sechseckigen Seite-zu-Seite-Abmessung N zeigt.
  • Wie in 9 dargestellt, beweist ein Winkel R von 50° oder mehr seine Wirksamkeit für alle Materialien. Ein Winkel R von 70° oder mehr zeigt besonders seine Wirksamkeit. Ein Winkel R von 80° oder mehr zeigt stetig seine hohe Wirksamkeit. Besonders bei einem Winkel R von 110° oder kleiner bereitet das Bilden der Form des gecrimpten Bereichs keine Schwierigkeiten. Bei einem Winkel R größer als 110° wird das Bilden der Form jedoch sehr schwierig. Bei einem Winkel R von 120° oder größer ist das Bilden der Form kaum möglich.
  • Als nächstes wurde das Verhältnis zwischen dem Winkel R und der Gasdichtheit untersucht, während der Winkel R wie beim obigen Test stufenweise variiert wurde. Es wurden dieselben Materialien wie im obigen Test verwendet. Die Luftleckage von der Zündkerze wurde gemessen, während ein Luftdruck von 14,7 MPa an einen Funkenbereich der Zündkerze angelegt war. Die getesteten Zündkerzen wiesen eine Seite-zu-Seite-Abmessung von 13,8 mm auf. Die Temperatur, bei welcher die Leckage 10 ccm/min erreicht, wurde erfaßt, während der Winkel R von 10° bis 120° variiert wurde. 10 ist ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen dem Winkel R und der Temperatur zeigt, bei welcher die Leckage 10 ccm/min erreicht.
  • Gemäß der Testergebnisse ergibt ein Winkel R von 50° oder größer einen verbesserten Effekt bei der heißen Gasdichtheit. Bei einem Winkel R von 70° oder größer ergibt sich dieser Effekt verstärkt. Bei einem Winkel R von 80° oder größer ergibt sich dieser Effekt stetig und sehr stark. Bei niedrigem Kohlenstoffgehalt ergibt sich niedrige Festigkeit und eine große Wahrscheinlichkeit plastischer Verformung. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei hohem Kohlenstoffgehalt hohe Festigkeit und eine kleine Wahrscheinlichkeit plastischer Verformung. Diese Eigenschaften sind in den Schaubildern von 9 und 10 wiedergegeben.
  • 1
    metallische Hülse
    2
    Isolator
    3
    Mittelelektrode
    4
    Masseelektrode
    60, 62
    Schnurdichtungen (Dichtungsringe)
    61
    Dichtungsfüllschicht
    100
    Zündkerze
    200
    gecrimpter Bereich
    200a
    gecrimpter Kurvenbereich
    201
    Werkzeugangriffsbereich

Claims (7)

  1. Zündkerze, bei der eine zylindrische, metallische Hülse (1), die einen Werkzeugangriffsbereich (201) zum Montieren der Zündkerze auf einem Motor aufweist, fest an einem axial sich erstreckenden Isolator (2) angeordnet ist, der in der metallischen Hülse (1) eingesetzt ist, indem ein Vorsprung, der an einem Öffnungsbereich der metallischen Hülse (1) gebildet ist, gegen einen Crimpauflagebereich (2a) gequetscht wird, der auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Isolators (2) ausgebildet ist, um damit den Vorsprung in einen Quetschbereich (200) der metallischen Hülse (1) umzuformen, und wobei eine Distanz zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugangriffsbereichs (201) nicht größer als 14 mm ist; und wobei der Quetschbereich (200), wenn er rechtwinklig auf eine virtuelle Ebene projiziert ist, die parallel zur Achse des Isolators (2) angeordnet ist, so gerundet ist, daß ein Seitenendbereich des Quetschbereichs (200) sich dem Isolator (2) so annähert, daß eine äußere Kontur des Quetschbereichs (200) einen nach außen hin konvexen, gerundeten Quetschbereich (200a) an seinem Seitenendbereich aufweist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Tangente (E) zur äußeren Kontour an einem Basispunkt (B) des gerundeten Quetschbereichs (200a) und eine Linie, die senkrecht zur Achse, die auf die virtuelle Ebene projiziert ist, einen Winkel (R) von 50°–110° bilden.
  2. Zündkerze wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei der Quetschbereich (200), wenn er rechtwinklig auf die virtuelle Ebene projiziert ist, eine Höhe von 1,0–3,0 mm entlang der Achse des Isolators (2) aufweist.
  3. Zündkerze wie in Anspruch 1 oder 2 beschrieben, wobei eine Dichtungsfüllschicht (61) in einem Hohlraum zwischen der inneren Oberfläche der metallischen Hülse (1) und einer äußeren Oberfläche des Isolators (2) in einem Füllzustand bereitgestellt ist, während sie zwischen dem Quetschbereich (200) und dem Crimpauflagebereich (2a) zusammengedrückt wird, um damit den Hohlraum dicht abzuschließen.
  4. Zündkerze nach Anspruch 3, wobei Dichtungsringe (60, 62) an den axial entgegengesetzten Enden der Dichtungsfüllschicht (61) bereitgestellt sind, um so gegen den Isolator (2) und die metallische Hülse (1) abzudichten.
  5. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein ringförmiges Dichtungselement (60; 62) zum Dichten des Hohlraums zwischen einer inneren Oberfläche der metallischen Hülse (1) und einer äußeren Oberfläche des Isolators (2) zwischen dem Quetschbereich (200) und dem Crimpauflagebereich (2a) so angeordnet ist, daß es zwischen dem Quetschbereich (200) und dem Crimpauflagebereich (2a) axial zusammengedrückt wird.
  6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die metallische Hülse (1) umfaßt einen dünnwandigen, konvexen Bereich (1j), der axial an einer mittleren Stelle der Hülse angeordnet ist, und radial nach außen hin konvex ist, einen ersten flanschförmigen Bereich (201), dessen Umfang nach außen hin vorspringt, und einen zweiten flanschförmigen Bereich (1f), dessen Umfang nach außen hin vorspringt, wobei die ersten und zweiten flanschförmigen Bereiche (201, 1f) axial an entgegengesetzten Enden des dünnwandigen, konvexen Bereichs (1j) angeordnet sind; und wobei der Quetschbereich (200) sich axial von einer Innenkante einer Endfläche des ersten flanschförmigen Bereichs (201) erstreckt, und zwar entgegengesetzt zum dünnwandigen, konvexen Bereich (1j).
  7. Zündkerze nach Anspruch 6, wobei eine äußere Oberfläche des dünnwandigen, konvexen Bereichs (1j) radial nach außen hin konvex ist, und eine innere Oberfläche des dünnwandigen, konvexen Bereichs (1j) radial nach innen hin konvex ist.
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