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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, welche benutzt wird,
um eine Zündung
einer Verbrennungsmaschine bereitzustellen.
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2. Beschreibung der betreffenden
Technik
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Eine
bekannte Zündkerze
zum Bereitstellen einer Zündung
einer Verbrennungsmaschine, wie etwa eines Automotors, umfasst:
einen Isolator, welcher eine axiale Öffnung in der axialen Richtung
der Zündkerze
hat; eine mittlere Elektrode, welche an einer Seite eines Spitzenendes
der axialen Öffnung des
Isolators angeordnet ist; eine Metallhülse, welche den Isolator umgibt;
eine erste Masseelektrode, in welcher ein Ende mit der Metallhülse verbunden
ist und ein anderer Endteil der Spitzenendfläche der mittleren Elektrode
gegenübersteht;
und eine zweite Masseelektrode, in welcher ein Ende mit der Metallhülse verbunden
ist, und ein anderes Ende einer peripheren Seitenfläche der
mittleren Elektrode gegenübersteht
oder der des Isolators. In solch einer Zündkerze ist eine Funkenentladung
in einem ersten Entladungsspalt bewirkt, welcher durch die mittlere
Elektrode und die erste Masseelektrode gebildet ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch
zu zünden.
Auf der anderen Seite kann Kohlenstoff oder dergleichen an der Spitzenendfläche des
Isolators anhaften, um eine sogenannte "Ablagerung" ("fouling") zu bewirken. In diesem
Fall entsteht ein Kriechen der Zündentladung auf
der Oberfläche
des Isolators in einem zweiten Entladungsspalt, welcher durch die
zweite Masseelektrode und die periphere Seitenfläche der mittleren Elektrode
gebildet ist. Daher wird die Verschmutzung verbrannt, sodass eine
gegen eine Verschmutzung gerichtete Eigenschaft erreicht werden
kann (z.B. siehe JP-A 2001-32 7045).
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Die
Patentanmeldung USA 2002/109447 A1 offenbart eine Zündkerze
gemäß des Oberbegriffs des
Anspruchs 1, welche eine Metallhülse,
einen Porzellanisolator, eine mittlere Elektrode, eine erste Masseelektrode
und ein Paar von zweiten Masseelektroden umfasst. Funken werden
zwischen einer zweiten Masseelektrode und der mittleren Elektrode gebildet,
wenn der Porzellanisolator mit Kohlenstoff verschmutzt ist. In der
ersten Masseelektrode ist ein Edelmetall-Chip eingebettet, welcher
gegenüber
einem Edelmetall-Chip ist, welcher mit der mittleren Elektrode verschweißt ist.
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Neuerdings
hat sich die Nachfrage zum weiteren Verbessern der Leistungsfähigkeit
eines Motors erhöht,
und es gibt eine Notwendigkeit, die Zündfähigkeit einer Zündkerze
weiter zu verbessern. In einer Zündkerze,
in welcher nur eine erste Masseelektrode angeordnet ist (eine zweite
Masseelektrode ist nicht angeordnet), ist das unten beschriebene
Verfahren wirkungsvoll, die Zündfähigkeit
zu verbessern. Ein Verfahren ist auch wirkungsvoll, in welchem in
einer Edelmetallspitze (Edelmetallspitze), welche mit einer inneren
Seitenfläche
eines anderen Endteils eines Körpers
der ersten Masseelektrode verbunden ist, der Abstand in der axialen
Richtung zwischen einer Fläche,
welche der mittleren Elektrode gegenübersteht, und der inneren Seitenfläche (nachfolgend auch
als Hervorstehungsbetrag bezeichnet) erhöht wird. Der Grund ist wie
folgt. Ein Flammenkern, welcher in einem ersten Entladungsspalt
erzeugt ist, welcher durch die mittlere Elektrode und die erste
Masseelektrode gebildet ist, wird veranlasst, durch Verwirbelung
oder dergleichen zu wachsen. Wenn der Hervorstehungsbetrag der Edelmetallspitze
klein ist, ist jedoch der Abstand zwischen dem ersten Entladungsspalt
und dem Körper
der ersten Masseelektrode so klein, dass der Flammenkern in einem
frühen Stadium
des Prozesses des Wachsens des Flammenkerns einen Kontakt mit dem
Körper
der ersten Masseelektrode macht. Als ein Resultat kann das Wachsen
des Flammenkerns behindert sein (nachfolgend wird dies auch als
eine Flammenlöschwirkung
bezeichnet). Daher wird häufig
eine Struktur eingesetzt, in welcher der Hervorstehungsbetrag einer
Edelmetallspitze so groß wie
möglich
gemacht ist, um ein Wachsen eines Flammenkerns zu beschleunigen.
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Um
die Zündfähigkeit
weiter zu verbessern, haben die Erfinder eine Konfiguration studiert,
in welcher eine Edelmetallspitze, welche einen größeren Hervorstehungsbetrag
hat, mit dem Körper
der ersten Masseelektrode der Zündkerze
von JP-A-2001-237045 verbunden ist. Die Zündkerze von JP-A-2001-237045
hat jedoch eine Struktur, in welcher, obwohl sie eine zweite Masseelektrode
hat, ein Flammenkern Kontakt mit der zweiten Masseelektrode macht,
wenn der Flammenkern wächst.
Daher gibt es eine Möglichkeit,
dass die Flammenlöschwirkung
das Wachsen des Flammenkerns behindert. Auch gibt es in dem Körper der
ersten Masseelektrode, in welchem die Edelmetallspitze um einen
großen
Betrag hervorsteht, weiter eine Möglichkeit, dass, wenn der Flammenkern
weiter wächst,
um den oben erwähnten
Zustand zu überschreiten,
das Wachsen des Flammenkerns behindert ist. Als ein Resultat tritt
ein Problem auf, dass eine Zündfähigkeit nicht
ausreichend sichergestellt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze
bereitzustellen, welche eine erste und zweite Masseelektrode umfasst,
und deren Struktur verhindert, dass die zweite Masseelektrode und
der Körper
der ersten Masseelektrode, zu dem möglichen Ausmaß, mit einem
Flammenkern derart Kontakt macht, dass eine Zündfähigkeit genügend sichergestellt ist.
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Dieses
Ziel wird durch den unabhängigen Anspruch
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Aspekte der Erfindung sind von
den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen offensichtlich.
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Als
ein Resultat einer ausgedehnten Studie durch die Erfinder, gemäß eines
bevorzugten Aspekts, ist die vorliegende Erfindung erreicht worden durch
eine Zündkerze,
welche umfasst: einen Isolator, welcher eine axiale Öffnung in
einer axialen Richtung der Zündkerze
hat; eine mittlere Elektrode, welche in einer Spitzenendseite der
axialen Öffnung
des Isolators angeordnet ist; eine Metallhülse, welche den Isolator umgibt;
eine erste Masseelektrode, welche einen Körper der ersten Masseelektrode
hat, in welchem ein Ende mit der Metallhülse verbunden ist; und eine
Edelmetallspitze, welche mit einer inneren Seitenfläche eines
anderen Endteils des Körpers
der ersten Masseelektrode verbunden ist und welche einer Spitzenendfläche der
mittleren Elektrode über
einen ersten Entladungsspalt gegenübersteht; und eine zweite Masseelektrode,
in welcher ein Ende mit der Metallhülse verbunden ist, und ein
anderes Ende einer peripheren Seitenfläche der mittleren Elektrode oder
einer peripheren Seitenfläche
des Isolators über einen
zweiten Entladungsspalt gegenübersteht,
wobei
ein Abstand t in der axialen Richtung zwischen einer gegenüberliegenden
Fläche
der Edelmetallspitze, welche der Spitzenendfläche der mittleren Elektrode
gegenübersteht,
und der inneren Seitenfläche des
Körpers
der ersten Masseelektrode 0,3 mm oder mehr ist und
wobei in
einem virtuellen Abschnitt, welcher durch einen Schwerpunkt der
zweiten Masseelektrode tritt und welcher eine Achse der Zündkerze
aufnimmt, ein eingeschlossener Winkel θ zwischen einer virtuellen Linie
s1 und einer virtuellen Linie s2 die folgende Beziehung erfüllt:
θ ≥ 55°,
wobei
die virtuelle Linie s1 durch einen Mittelpunkt des ersten Entladungsspalts
auf der Achse tritt und Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode macht,
und die virtuelle Linie s2 durch den Mittelpunkt des ersten Entladungsspalts
tritt und Kontakt mit einer äußeren Seitenfläche der
zweiten Masseelektrode macht.
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Die
Zündkerze
der Erfindung ist so konfiguriert, dass der Abstand t in der axialen
Richtung zwischen der gegenüberliegenden
Fläche
der Edelmetallspitze und der inneren Seitenfläche des Körpers der ersten Masseelektrode,
welcher der mittleren Elektrode gegenübersteht, 0,3 mm oder mehr
ist. In dieser Konfiguration steht die Edelmetallspitze um einen
großen
Betrag von dem Körper
der ersten Masseelektrode hervor. Wenn ein Flammenkern, welcher in
dem ersten Entladungsspalt erzeugt ist, welcher durch die mittlere
Elektrode und die Edelmetallspitze gebildet ist, als ein Ergebnis
von Verwirbelung oder dergleichen wächst, ist die Möglichkeit,
dass der Flammenkern Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode
macht, vermindert und ein Wachsen des Flammenkerns wird beschleunigt,
wodurch eine Zündfähigkeit
verbessert ist.
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Wenn
der Abstand t in der axialen Richtung zwischen der gegenüberliegenden
Fläche
des Edelmetalls und der inneren Seitenfläche des Körpers der ersten Masseelektrode
kleiner als 0,3 mm ist, wird die Wirkung oder ein Verhindern, dass
ein Flammenkern Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode macht,
schwierig erhalten werden, wie oben beschrieben. Im Gegensatz dazu
ist vorzugsweise der Abstand t in der axialen Richtung zwischen
der gegenüberliegenden
Fläche
des Edelmetalls und der inneren Seitenfläche des Körper der ersten Masseelektrode
1,5 mm oder weniger. Wenn der Abstand t in der axialen Richtung
zwischen der gegenüberliegenden
Fläche
des Edelmetalls und der inneren Seitenfläche des Körpers der ersten Masseelektrode
größer als
1,5 mm ist, ist die Wärmekapazität der Edelmetallspitze
erhöht,
und die Haltbarkeit der Edelmetallspitze kann erniedrigt sein. Wie
hierin benutzt, meint "innere
Seitenfläche" ("inner side face") eine Fläche des
Körpers
der ersten Masseelektrode auf der Seite, welche der mittleren Elektrode
gegenübersteht.
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Gemäß eines
weiteren Aspekts, eine Zündkerze,
in welcher eine Edelmetallspitze um einen großen Betrag, wie oben beschrieben,
hervorsteht, abhängig
von der Anordnung der zweiten Masseelektrode, wenn ein Flammenkern
wächst,
gibt es eine Möglichkeit,
dass der Flammenkern Kontakt mit der zweiten Masseelektrode macht,
um zu einer Flammenlöschwirkung
zu führen,
wodurch ein Wachsen des Flammenkerns behindert wird. Auch gibt es
in dem Körper
der ersten Masseelektrode, in welchem die Edelmetallspitze um einen
großen
Betrag hervorsteht, wenn der Flammenkern weiter wächst, um
den oben erwähnten
Zustand zu überschreiten,
eine Möglichkeit,
dass das Wachsen des Flammenkerns behindert ist. Als ein Resultat
entsteht ein Problem, dass eine Zündfähigkeit der Zündkerze
nicht genügend
sichergestellt werden kann.
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Daher
ist die Zündkerze
der Erfindung so konfiguriert, dass in einem virtuellen Abschnitt,
welcher durch einen Schwerpunkt der zweiten Masseelektrode tritt,
und welcher eine Achse der Zündkerze umfasst,
ein eingeschlossener Winkel θ zwischen
einer virtuellen Linie s1 und einer virtuellen Linie s2 die folgende
Beziehung erfüllt θ ≥ 55°, wobei die
virtuelle Linie s1 durch einen Mittelpunkt des ersten Entladungsspalts
auf der Achse tritt und mit dem Körper der ersten Masseelektrode
Kontakt macht, wobei die zweite virtuelle Linie s2 durch den Mittelpunkt
des ersten Entladungsspalts tritt und Kontakt mit einer äußeren Seitenfläche der
zweiten Masseelektrode macht. In der Konfiguration, in welcher der
Abstand zwischen dem Körper
der ersten Masseelektrode und der zweiten Masseelektrode groß gemacht
ist, wie oben beschrieben, kann, während des Wachsens des Flammenkerns,
welcher in der Nähe
des Mittelpunkts des ersten Entladungsspalts erzeugt ist, das Auftreten
vermindert werden, dass der Flammenkern die zweite Masseelektrode
und den Körper
der ersten Masseelektrode kontaktiert. Es ist daher möglich, es dem
Flammenkern zu ermöglichen,
effektiv zu wachsen und die Zündfähigkeit
der Zündkerze
genügend zu
verbessern. Wenn θ kleiner
als 55° ist
wird die oben erwähnte
Wirkung, einem Flammenkern zu erlauben, wirkungsvoll zu wachsen,
schwierig erhalten. Im Gegensatz dazu wird θ vorzugsweise festgesetzt, nicht
größer als
90° zu sein.
Wenn θ > 90° ist, kann eine Fehlfunktion,
wie etwa Überhitzen
des Körpers der
ersten Masseelektrode oder eine Kraftstoffbrücke auftreten. Wie hierin benutzt,
bedeutet "eingeschlossener
Winkel" ("included angle") den spitzen Winkel, welcher
durch die virtuellen Linien s1 und s2 gebildet ist, wie etwa der
in 2 gezeigte (der spitze Winkel θ1 in 2).
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In
der Zündkerze
der Erfindung ist der eingeschlossene Winkel θ zwischen der virtuellen Linie
s1 und der virtuellen Linie s2 vorzugsweise θ ≥ 60°. Gemäß dieser Konfiguration kann
das Auftreten, dass ein Flammenkern die zweite Masseelektrode und den
Körper
der ersten Masseelektrode kontaktiert, weiter vermindert werden,
und es ist möglich,
dem Flammenkern zu ermöglichen,
wirkungsvoll zu wachsen und eine Zündfähigkeit der Zündkerze
genügend zu
verbessern.
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In
der Zündkerze
der Erfindung ist der Körper der
ersten Masseelektrode vorzugsweise so konfiguriert, um einen abgeschrägten Teil
zu bilden, welcher mindestens einen Kontaktpunkt einer äußeren peripheren
Kante der inneren Seitenfläche
und der virtuellen Linie s1 umfasst. Gemäß dieser Konfiguration kann
der Abstand zwischen dem Körper
der ersten Masseelektrode und der zweiten Masseelektrode weiter
erhöht
werden. Während
eines Wachsens des Flammenkerns, welcher in der Nähe des Mittelpunkts des
ersten Entladungsspalts gebildet ist, kann daher das Auftreten,
dass der Flammenkern den Körper
der ersten Masseelektrode kontaktiert, vermindert werden, und es
ist möglich,
dem Flammenkern zu ermöglichen,
wirkungsvoll zu wachsen.
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In
der Zündkerze
der Erfindung umfasst vorzugsweise der andere Endteil des Körpers der
ersten Masseelektrode einen Kontaktpunkt mit der virtuellen Linie
s1 und verkleinert sich in einer Querschnittsgröße, wenn er zu dem anderen
Ende voranschreitet. Gemäß dieser
Konfiguration kann der Abstand zwischen dem Körper der ersten Masseelektrode
und der zweiten Masseelektrode weiter erhöht werden. Während eines
Wachsens des Flammenkerns, welcher in der Nähe des Mittelpunkts des ersten
Entladungsspalts erzeugt ist, kann daher das Auftreten, dass der
Flammenkern den Körper
der ersten Masseelektrode kontaktiert, vermindert werden, und es ist
möglich,
dem Flammenkern zu erlauben, wirkungsvoll zu wachsen. Wie hierin
benutzt, bedeutet "Verkleinern
in "Querschnittsgröße" ("decreases in sectional
size") eine konische
Form, in welcher der andere Endteil schrittweise dünner wird,
oder bezeichnet ein schrittweises Verkleinern.
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Vorzugsweise
ist die Zündkerze
der Erfindung so konfiguriert, dass in dem virtuellen Abschnitt, wenn
ein eingeschlossener Winkel θ zwischen
einer virtuellen Linie s3 und der virtuellen Linie s2 die Beziehung
von θ ≥ 55° (mehr bevorzugt θ ≥ 60°) erfüllt, die
virtuelle Linie s3 durch einen Mittelpunkt des ersten Entladungsspalts
auf der Achse tritt und einen Kontakt mit der Edelmetallspitze macht.
In der Konfiguration, in welcher der Abstand zwischen der Edelmetallspitze
und der zweiten Masseelektrode groß gemacht ist, kann während eines
Wachsens des Flammenkerns, welcher in der Nähe des Mittelpunktes des ersten
Entladungsspalts erzeugt ist, das Auftreten, dass der Flammenkern
die Edelmetallspitze kontaktiert, vermindert werden. Es ist daher
möglich, dem
Flammenkern zu ermöglichen,
wirkungsvoll zu wachsen und die Zündfähigkeit der Zündkerze
genügend
zu verbessern.
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In
der Zündkerze
der Erfindung hat vorzugsweise die Edelmetallspitze eine zylindrische
säulenförmige Form,
welche einen Durchmesser ΦB
von 0,3 mm oder mehr und 1,0 mm oder weniger hat. Wenn der Durchmesser ΦB der Edelmetallspitze
1,0 mm oder weniger ist, ist die Entladungsspannung erniedrigt und
die Zündfähigkeit
ist weiter verbessert. Im Gegensatz dazu kann die Haltbarkeit der
Edelmetallspitze verbessert werden, wenn der Durchmesser ΦB der Edelmetallspitze
0,3 mm oder mehr ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vordere Schnittansicht, welche eine Zündkerze 100 der Erfindung
zeigt.
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2 ist
eine vordere Schnittansicht, welche Hauptteile der 1 zeigt.
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3 ist
eine vordere Schnittansicht, welche Hauptteile von Ausführungsform
2 der Erfindung zeigt.
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4 ist
eine vordere Schnittansicht, welche Hauptteile eines weiteren Beispiels
der 3 zeigt.
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5(A) ist eine Draufsicht und 5(B) ist eine vordere Schnittansicht, welche Hauptteile
von Ausführungsform
3 der Erfindung zeigen.
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6 ist
eine vordere Schnittansicht, welche ein weiteres Beispiel von Ausführungsform
1 zeigt.
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7 ist
ein Graph, welcher A/F bei einer Zündgrenze als eine Funktion
des eingeschlossenen Winkels θ(°) zeigt,
wie in den Beispielen bestimmt.
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Beschreibung und Bezugsnummern
und Bezugszeichen:
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Bezugszeichen,
welche benutzt werden, verschiedene strukturelle Elemente in den
Zeichnungen zu identifizieren, umfassen die folgenden:
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- 1
- Metallhülse
- 2
- Isolator
- 3
- mittlere
Elektrode
- 4
- erste
Masseelektrode
- 5
- zweite
Masseelektrode
- 6
- Durchgangsöffnung
- 31
- erste
Edelmetallspitze
- 41
- zweite
Edelmetallspitze
- 100,
200, 300
- Zündkerze
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend
werden einige Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
werden. Von der vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht angenommen werden,
darauf beschränkt
zu sein.
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Eine
einen Widerstand enthaltende Zündkerze 100 der
Ausführungsform
1 der Erfindung ist in den 1 und 2 gezeigt,
und umfasst: eine zylindrische Metallhülse 1; einen Isolator 2,
welcher in die Metallhülse 1 so
eingepasst ist, dass ein Spitzenendteil davon hervorsteht; eine
mittlere Elektrode 3, welche innerhalb des Isolators 2 angeordnet
ist, während
eine erste Edelmetallspitze 31, welche mit der Spitzenendseite
verbunden ist, hervorsteht; eine erste Masseelektrode 4,
welche so platziert ist, um der Spitzenendfläche der ersten Edelmetallspitze 31 (die mittlere
Elektrode 3) gegenüberzustehen;
und zwei zweite Masseelektroden 5, welche so angeordnet sind,
um der mittleren Elektrode 3 und dem Isolator 2 gegenüber zu stehen.
Die zweiten Masseelektroden 5 sind jeweils in Positionen
platziert, welche um 90° von
der ersten Masseelektrode 4 getrennt sind, und um 180° voneinander.
Die zweiten Masseelektroden 5 sind in derselben Weise strukturiert.
In der folgenden Beschreibung wird daher nur eine der zweiten Masseelektroden 5 beschrieben
werden. Die erste Masseelektrode 4 ist so gebogen, dass
ein anderer Endteil der Spitzenendfläche der ersten Edelmetallspitze 31 in
einer im wesentlichen parallelen Weise gegenübersteht, und eine zweite Edelmetallspitze 41 ist
an einer Position gebildet, welche der ersten Edelmetallspitze 31 gegenübersteht.
Ein Spalt zwischen der ersten Edelmetallspitze 31 und der
zweiten Edelmetallspitze 41 ist als ein erster Zündspalt
g1 gebildet. Ein Spalt zwischen der anderen Endfläche der zweiten
Masseelektrode 5 und der peripheren Seitenfläche der
mittleren Elektrode ist als ein zweiter Zündspalt g2 gebildet. In dem
zweiten Zündspalt
ist eine Zündentladung
in Form einer kriechenden Entladung entlang der Oberfläche des
Isolators erzeugt und auch in der Form einer Luftentladung durch
die Luft.
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Die
Metallhülse 1 ist
aus Kohlenstoffstahl oder dergleichen gefertigt. Wie in der 1 gezeigt, ist
ein Gewindeteil 12 zum Anbringen der Zündkerze 100 an einem
Motorblock (nicht gezeigt) in der äußeren peripheren Fläche der
Metallhülse
gebildet. Der Isolator 2 ist durch einen gesinterten Keramikkörper, wie
etwa Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, konfiguriert. Eine Durchgangsöffnung 6,
in welche die mittlere Elektrode 3 einzupassen ist, ist
innerhalb des Isolators entlang seiner axialen Richtung gebildet. Ein
Anschlussstab 13 ist angepasst und angebracht an einer
Endseite der Durchgangsöffnung 6,
und die mittlere Elektrode 3 ist ähnlich angepasst und angebracht
an der anderen Endseite. In der Durchgangsöffnung 6 ist ein widerstand 15 zwischen
dem Anschlussstab 13 und der mittleren Elektrode 3 platziert.
Leitende Glasabdichtungsschichten 16, 17 sind in
den Endteilen des Widerstands 15 angeordnet und die Enden
sind jeweils elektrisch mit der mittleren Elektrode 3 und
dem Anschlussstab 13 über
die leitenden Glasabdichtungsschichten 16, 17 verbunden.
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Ein
Elektrodenbasiselement 3a ist in der Oberfläche der
mittleren Elektrode 3 gebildet, und ein Metallkern 3b ist
in den inneren Teil eingefügt.
Das Elektrodenbasiselement 3a der mittleren Elektrode 3 ist
aus einer Nickellegierung, wie etwa INCONEL 600 (Markenzeichen von
INCO Limited), gefertigt. Im Gegensatz dazu ist der Metallkern 3b aus
einer Legierung gefertigt, welche hauptsächlich Cu, Ag und dergleichen
enthält.
Der Metallkern 3b hat eine höhere thermische Leitfähigkeit
als das Elektrodenbasiselement 3a. In dem Elektrodenbasiselement 3a der
mittleren Elektrode 3 ist der Durchmesser der Spitzenendseite
vermindert, und die Spitzenendfläche
ist abgeflacht. Eine Edelmetallspitze einer kreisförmigen plattenähnlichen
Form ist auf der Spitzenendfläche platziert,
und ein geschweißter
Teil ist entlang der äußeren Kante
der verbindenden Fläche
gebildet, um die Spitze durch Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen, oder
dergleichen zu befestigen, um dadurch die erste Edelmetallspitze 31 zu
bilden. Die erste Edelmetallspitze 31 ist aus einem Metall
gefertigt, welches hauptsächlich
Pt, Ir, oder W enthält.
Insbesondere sind Pt-Legierungen, wie etwa Pt-20 Gew.-% Ir und Pt-20
Gew.-% Rh, und Ir-Legierungen,
wie etwa Ir-5 Gew.-% Pt, Ir-20 Gew.-% Rh, Ir-5 Gew.-% Pt-1 Gew.-%
Rh-1 Gew.-% Ni, und Ir-10 Gew.-% Rh-5 Gew.-% Ni nützlich.
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Die
erste Masseelektrode 4 ist durch einen Körper der
ersten Masseelektrode 4a konfiguriert und die zweite Edelmetallspitze 41.
In dem Körper der
ersten Masseelektrode 4a ist ein Ende (nicht gezeigt) durch
Schweißen
oder dergleichen angebracht und integriert mit der Spitzenendfläche der
Metallhülse 1.
Im Gegensatz dazu ist die zweite Edelmetallspitze 41 auf
dem anderen Endteil 43 des Körpers der ersten Masseelektrode 4a angeordnet.
Die zweite Edelmetallspitze 41 ist durch Anordnen einer
zylindrischen säulenförmigen Edelmetallspitze
in eine vorbestimmte Position des Körpers der ersten Masseelektrode 4a gebildet,
und durch Befestigen der Spitze daran durch Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen, oder
dergleichen. Die zweite Edelmetallspitze 41 ist aus einem
Metall gefertigt, welches im wesentlichen Pt, Ir, und W enthält. Insbesondere
sind Pt-Legierungen, wie etwa Pt-20 Gew.-% Ni, Pt-20 Gew.-% Rh,
und Pt-20 Gew.-% Rh-5 Gew.-% Ni, und Ir-Legierungen, wie etwa Ir-5
Gew.-% Pt, Ir-20 Gew.-% Rh, und Ir-11 Gew.-% Ru-8 Gew.-% Rh-1 Gew.-%
Ni nützlich.
Eine gegenüberliegende
Fläche 41a der
zweiten Edelmetallspitze 41 steht der Spitzenendfläche der
mittleren Elektrode gegenüber
(insbesondere der Spitzenendfläche 31a der
ersten Edelmetallspitze 31). Der Körper der ersten Masseelektrode 4a ist
aus einer Nickellegierung, wie etwa INCONEL 600 gefertigt.
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In
der zweiten Edelmetallspitze 41 in Ausführungsform 1 hat die gegenüberliegende
Fläche 41a einen
Durchmesser B von 0,7 mm, und die Spitze steht von dem Körper der
ersten Masseelektrode 4a um einen Hervorstehungsbetrag
t von 0,8 mm hervor. In dieser Konfiguration ist der Hervorstehungsbetrag t,
um welche die zweite Edelmetallspitze 41 von dem Körper der
ersten Masseelektrode 4a hervorsteht, 0,3 mm oder mehr.
Wenn ein Flammenkern, welcher in dem ersten Entladungsspalt g1 erzeugt
ist, welcher durch die erste Edelmetallspitze 31 und die
zweite Edelmetallspitze 41 gebildet ist, als ein Resultat
einer Verwirbelung oder dergleichen wächst, ist die Möglichkeit,
dass der Flammenkern Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode 4a zu
einem frühen Stadium
macht, vermindert. Als solches ist ein Wachsen eines Flammenkerns
beschleunigt, wodurch die Zündfähigkeit
verbessert ist.
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Da
in Ausführungsform
1 der Durchmesser ΦB
der zweiten Edelmetallspitze 41 0,3 mm oder mehr und 1,0
mm oder weniger ist, ist die Entladungsspannung erniedrigt, die
Zündfähigkeit
verbessert, und die Haltbarkeit der zweiten Edelmetallspitze 41 kann
verbessert werden.
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In
der zweiten Masseelektrode 5 ist ein Ende durch Schweißen oder
dergleichen angebracht an und integriert mit der Spitzenendfläche der
Metallhülse 1.
Im Gegensatz dazu steht der andere Endteil 53 der zweiten
Masseelektrode 5 der peripheren Seitenfläche der
mittleren Elektrode und dem Isolator 2 gegenüber. Die
zweite Masseelektrode 5 ist aus einer Nickellegierung gefertigt,
welche 90 Gew.-% oder mehr an Nickel beinhaltet.
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Eine
virtuelle Linie s1 tritt durch den Mittelpunkt (h in 2)
des ersten Entladungsspalts g1 auf der Achse O, und macht Kontakt
mit dem Körper
der ersten Masseelektrode 4a, und eine virtuelle Linie
s2 tritt durch den Mittelpunkt h des ersten Entladungsspalts g1,
und macht Kontakt mit einer äußeren Seitenfläche der
zweiten Masseelektrode 5. In Ausführungsform 1 ist der eingeschlossene
Winkel θ1 zwischen
der virtuellen Linie s1 und der virtuelle Linie s2 θ1 = 65°. In dieser
Konfiguration, wobei der eingeschlossene Winkel θ zwischen der virtuellen Linie
s1 und s2 θ ≥ 55° (bevorzugter, θ ≥ 60°) ist, kann
der Spalt zwischen dem Körper
der ersten Masseelektrode 4a und der zweiten Masseelektrode 5 erweitert werden.
Während
eines Wachsens eines Flammenkerns, welcher in der Nähe des Mittelpunkts
h des ersten Entladungsspalts g1 erzeugt ist, kann daher das Auftreten,
dass der Flammenkern die zweite Masseelektrode 5 und dem
Körper
die erste Masseelektrode 4a kontaktiert, vermindert werden
und es ist möglich,
dem Flammenkern zu ermöglichen,
wirkungsvoll zu wachsen. Folglich ist es möglich, die Zündfähigkeit
der Zündkerze 100 genügend zu
verbessern. Wenn eine virtuelle Linie s3, welche durch den Mittelpunkt
h des ersten Entladungsspalts g1 tritt und Kontakt mit der zweiten
Edelmetallspitze 41 macht, betrachtet wird, ist der eingeschlossene
Winkel θ1' zwischen den virtuellen
Linien s2 und s3 θ1' = 76°. Da θ1' 55° oder mehr
ist, wie oben beschrieben, ist eine Struktur erhalten, in welcher
die zweite Edelmetallspitze 41 nur schwer das Wachsen des
Flammenkerns behindert.
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Die
Zündkerze 100 wird
in der folgenden Weise hergestellt. Im Folgenden wird eine Beschreibung
gegeben werden, wobei ein Schwerpunkt auf ein Verfahren zum Erzeugen
von Hauptteilen der Zündkerze 100 gelegt
wird, und eine Beschreibung von bekannten Komponenten weggelassen
wird.
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Als
erstes wird Aluminiumoxid als ein Hauptrohmaterial benutzt und ein
Sinterprozess wird bei einer hohen Temperatur durchgeführt, um
das Aluminiumoxid in eine vorbestimmte Form zu bringen, wodurch
der Isolator 2 gebildet wird. Ein Stahlelement wird benutzt,
und ein plastischer Formungsprozess wird durchgeführt, um
das Stahlelement in eine vorbestimmte Form zu bilden, wodurch die
Metallhülse 1 gebildet
wird. In diesem Prozess wird ein Gewindeteil 12 in der äußeren peripheren
Fläche
des Spitzenendteils der Metallhülse 1 gebildet.
Dann wird die Stab-ähnliche
mittlere Elektrode 3, der Körper der ersten Masseelektrode 4a und
die zweite Masseelektrode 5 gebildet, welche aus einer
hitzebeständigen Nickellegierung
gefertigt sind. Beim Formen der mittleren Elektrode 3 wird
der Metallkern 3b eingefügt, um die Elektrode zu bilden.
Der Körper
der ersten Masseelektrode 4a und die zweite Masseelektrode 5 werden
an die Spitzenendfläche
der Metallhülse 1 durch
Widerstandsschweißen
geschweißt.
Danach wird die zweite Masseelektrode 5 in eine Richtung senkrecht
zu der axialen Richtung durch eine bekannte Technik gebogen. In
der mittleren Elektrode 3 wird der Durchmesser des Spitzenendteils
graduell vermindert, und eine Edelmetallspitze wird an der Spitzenendseite
durch Widerstandsschweißen,
Laserschweißen,
oder dergleichen befestigt, um dadurch die erste Edelmetallspitze 31 zu
bilden.
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Dann
wird die mittlere Elektrode 3 in die Durchgangsöffnung 6 des
Isolators 2 eingefügt,
so dass die Spitzenendseite von dem Isolator 2 hervorsteht.
Als Nächstes
werden die leitende Abdichtungsschicht 16, der Widerstand 15,
und die leitende Abdichtungsschicht 17 in Folge in die
hintere Endseite eingefügt,
der Anschlussstab 13 wird in die hintere Endseite des Isolators 2 eingefügt, so dass
die hintere Endseite des Anschlussstabs 13 von dem hinteren Ende
des Isolators 2 hervorsteht, und der Anschlussstab wird
daran durch eine bekannte Technik angebracht. Dann wird der Isolator 2,
an welchem die mittlere Elektrode 3, der Anschlussstab 13,
und dergleichen befestigt sind, durch eine bekannte Technik an der
Metallhülse 1 angebracht,
an welcher der Körper der
ersten Masseelektrode 4a und die zweite Masseelektrode 5 angebracht
sind, während
der zweite Zündspalt
g2 zwischen der mittleren Elektrode und der zweiten Masseelektrode 5 eingestellt
wird. Eine Edelmetallspitze wird an dem anderen Endteil 43 des Körpers der
ersten Masseelektrode 4a durch Widerstandsschweißen, Laserschweißen, oder
dergleichen angebracht, um dadurch die zweite Edelmetallspitze 41 zu
bilden. Danach wird die erste Masseelektrode 4 (der Körper der
ersten Masseelektrode 4a) so gebogen, dass die entgegengesetzte
Fläche 41a der
zweiten Edelmetallspitze 41 der Spitzenendfläche 31a der
ersten Edelmetallspitze 31 der mittleren Elektrode 3 über den
ersten Entladungsspalt g1 gegenübersteht,
wodurch die in 1 gezeigte Zündkerze 100 für einen
Verbrennungsmotor vollendet ist.
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Als
Nächstes
wird Ausführungsform
2 der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
werden.
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Eine
Zündkerze 200,
welche in den 3 und 4 gezeigt
ist, hat eine erste Masseelektrode 4, welche von der oben
beschriebenen Zündkerze 100 verschieden
ist. In den 3 und 4 werden Komponenten,
welche identisch mit denen der 2 sind,
durch dieselben Bezugsnummern bezeichnet. Die Ausführungsform
ist in derselben Weise wie Ausführungsform
1 konfiguriert, mit Ausnahme der Form der ersten Masseelektrode 4,
und wird beschrieben werden, wobei ein Schwerpunkt auf die erste
Masseelektrode 4 gelegt wird. In der Zündkerze 200 der Ausführungsform
2 ist der Körper
der ersten Masseelektrode 4a aus einer Nickellegierung,
wie etwa INCONEL 600 gefertigt. In dem Körper der ersten Masseelektrode 4a ist
ein Ende (nicht gezeigt) durch Schweißen oder dergleichen angebracht
an und integriert mit der Spitzenendfläche der Metallhülse 1.
Im Gegensatz dazu steht der andere Endteil 43 des Körpers der
ersten Masseelektrode 4a der Spitzenendfläche 31a der
mittleren Elektrode gegenüber
(insbesondere der Spitzenendfläche 31a der
ersten Edelmetallspitze 31). Ein abgeschrägter Teil 45 ist
in der äußeren peripheren
Kante der inneren Seitenfläche eines
anderen Endteils 43 angeordnet. Der abgeschrägte Teil 45 in
Ausführungsform
2 kann durch Schleifen, wie in 3 gezeigt,
oder durch Abrunden der peripheren Kante (rundes Abschrägen), wie
in 4 gezeigt, gebildet werden. Alternativ kann eine Form
eingesetzt werden, welche durch Wegschneiden der Kanten der äußeren Peripherie
der inneren Seitenfläche
erhalten ist. In der Erfindung ist die Größe des abgeschrägten Teils 45 so
gesetzt, dass der Teil in 3 ein C
von 0,5 mm hat, und der in 4 ein R
von 0,5 mm hat. In jeder dieser Konfigurationen ist, wenn die virtuelle
Linie s1, welche Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode 4a in 3 oder 4 macht,
und die virtuelle Linie s2, welche durch den Mittelpunkt h des ersten
Entladungsspalts g1 tritt und Kontakt mit einer äußeren Seitenfläche der
zweiten Masseelektrode 5 macht, betrachtet werden, der
eingeschlossene Winkel θ2
oder θ3
zwischen der virtuellen Linie s1 und der virtuellen Linie s2 θ2 = 70° oder θ3 = 67°. Wenn der
abgeschrägte Teil 45 mindestens
in der äußeren peripheren
Kante der inneren Seitenfläche
in dem Körper
der ersten Masseelektrode 4a gebildet ist, wie oben beschrieben,
kann der Abstand zwischen dem Körper
der ersten Masseelektrode 4a und der zweiten Masseelektrode 5 weiter
erhöht
werden. Während
eines Wachsens eines Flammenkerns, welcher in der Nähe des Mittelpunkts
h des ersten Entladungsspalts g1 erzeugt ist, kann daher das Auftreten,
dass der Flammenkern Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode 4a macht,
vermindert werden, und es ist möglich,
es dem Flammenkern zu ermöglichen,
wirkungsvoll zu wachsen. Wenn in den 3 oder 4 die
virtuelle Linie s3, welche durch den Mittelpunkt h des ersten Entladungsspalts
g1 tritt und Kontakt mit der zweiten Edelmetallspitze 41 macht,
betrachtet wird, ist der eingeschlossene Winkel θ2' oder θ3' zwischen den virtuellen Linien s2 und
s3 θ2' = 71° oder θ3' = 73°. Da θ2' oder θ3' 55° oder mehr
ist, wie oben beschrieben, ist eine Struktur erhalten, in welcher
die zweite Edelmetallspitze 41 schwerlich das Wachsen eines
Flammenkerns behindert.
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Als
Nächstes
wird Ausführungsform
3 der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
werden.
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Eine
Zündkerze 300,
welche in 5 (5(A) und 5(B)) gezeigt ist, hat eine erste Masseelektrode 4,
welche von der oben beschriebenen Zündkerze 100 verschieden
ist. In 4 werden die Komponenten, welche
identisch mit denen der 2 sind, durch dieselben Bezugsnummern
bezeichnet. Die Ausführungsform
ist in derselben Weise wie Ausführungsform
1 konfiguriert, mit Ausnahme der Form der ersten Masseelektrode 4,
und wird beschrieben werden, wobei ein Schwerpunkt auf die erste
Masseelektrode 4 gelegt wird.
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In
der Zündkerze 300 von
Ausführungsform 3
ist der Körper
der ersten Masseelektrode 4a aus einer Nickellegierung,
wie etwa INCONELL 600, gefertigt. In dem Körper der ersten Masseelektrode 4a ist das
eine Ende (nicht gezeigt) durch Schweißen oder dergleichen angebracht
an und integriert mit der Spitzenendfläche der Metallhülse 1.
Im Gegensatz dazu steht der andere Endteil 43 des Körpers der
ersten Masseelektrode 4a der Spitzenendfläche 31a der mittleren
Elektrode gegenüber
(insbesondere der Spitzenendfläche 31a der
ersten Edelmetallspitze 31). Der andere Endteil 43 des Körpers der
ersten Masseelektrode 4a vermindert sich in einer Querschnittgröße, wenn
er zu der anderen Endfläche 43a voranschreitet
(in dieser Ausführungsform
als eine konische Form gebildet). In dieser Konfiguration ist, wenn
die virtuelle Linie s1, welche Kontakt mit dem Körper der ersten Masseelektrode 4a in 5 macht, und die virtuelle Linie s2, welche
durch den Mittelpunkt des ersten Entladungsspalts g1 tritt und einen Kontakt
mit einer äußeren Seitenfläche der
zweiten Masseelektrode 5 macht, betrachtet werden, der
eingeschlossene Winkel θ4
zwischen der virtuelle Linie s1 und der virtuellen Linie s2 θ4 = 70°. Der Abstand zwischen
dem Körper
der ersten Masseelektrode 4a und der zweiten Masseelektrode 5 kann
nämlich
weiter erhöht
werden. Während
eines Wachsens eines Flammenkerns, welcher in der Nähe des Mittelpunkts h
des ersten Entladungsspalts g1 erzeugt ist, kann daher das Auftreten,
dass der Flammenkern den Körper
der ersten Masseelektrode 4a kontaktiert, vermindert werden,
und es ist möglich,
dem Flammenkern zu erlauben, wirkungsvoll zu wachsen. Wenn in 5 die virtuelle Linie s3, welche durch
den Mittelpunkt h des ersten Entladungsspalts g1 tritt und Kontakt
mit der zweiten Edelmetallspitze 41 macht, betrachtet wird,
ist der eingeschlossene Winkel θ4' zwischen den virtuellen
Linien s2 und s3 θ4' = 70°. Da θ4' 55° oder mehr
ist, wie oben beschrieben, ist eine Struktur erhalten, in welcher
die zweite Edelmetallspitze 41 schwerlich das Wachsen eines
Flammenkerns behindert.
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Beispiele
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Um
die Wirkungen der Erfindung zu demonstrieren, wurden die folgenden
verschiedenen Experimente durchgeführt. Die vorliegende Erfindung
sollte jedoch nicht ausgelegt werden, darauf beschränkt zu sein.
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Verschiedene
Proben der Zündkerze,
welche die in 1 und 2 gezeigte
Form hat, wurden in der folgenden Weise vorbereitet. Als erstes wurde
eine gesinterte Aluminiumoxidkeramik als das Material des Isolators 2,
INCONEL 600 als das Elektrodenbasiselement 3a der mittleren
Elektrode 3, ein Kupferkern als der Metallkern 3b,
INCONEL 600 als der Körper
der ersten Masseelektrode 4a, eine hitzebeständige Nickellegierung
(eine Legierung von Ni-90 Gew.-% Ni) als die zweite Masseelektrode 5, Ir-20
Gew.-% Rh als das Material der ersten Edelmetallspitze 31 und
Pt-20 Gew.-% Ni als das der zweiten Edelmetallspitze 41 ausgewählt. Die
erste Edelmetallspitze 31 wurde als eine zylindrische säulenförmige Form
gebildet, welche einen Durchmesser Φ von 0,6 mm hat, und die zweite
Edelmetallspitze 41 wurde als eine zylindrische säulenförmige Form
gebildet, welche eine Höhe
t von 0,8 mm und einen Durchmesser Φ von 0,6 mm hat. Der Körper der
ersten Masseelektrode 4a wurde gesetzt, eine Breite von
2,5 mm und eine Höhe
von 1,4 mm zu haben, und die zweite Masseelektrode 5 wurde
gesetzt, eine Breite von 2,2 mm und eine Höhe von 1,2 mm zu haben. Die Größe des ersten
Entladungsspalts g1 ist 1,1 mm.
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Zündkerzen 100,
in welchen der Winkel θ1 (in
der Tabelle θ)
in 2 auf 46°,
52°, 55°, 60°, 65°, 70° und 72° gesetzt
war, wurden in einen Sechszylinder-DOHC-Benzinmotor eingesetzt,
welcher 2000 ccm Hubraum hat. Unter Betriebsbedingungen, welche
60 km/h entsprechen (Motorumdrehungen 2000 rpm), wurde ein Zündfähigkeitstest
durchgeführt.
In diesem Test wurde eine Entladung 1000-mal in dem ersten Entladungsspalt
unter den obigen Motorbedingungen durchgeführt und der Wert von A/F, wenn Fehlzündung 10-mal
auftrat, wurde als die Zündgrenze
definiert. Ergebnisse sind in 7 gezeigt.
Wie aus 7 gesehen wird, war A/F 22,4
in dem Fall, wo der Winkel θ1
46° war,
A/F war 22,5 in dem Fall, wo der Winkel θ1 52° war, A/F war 23,2 in dem Fall, wo
der Winkel θ1
55° war,
A/F war 23,4 in dem Fall, wo der Winkel θ1 60° war, A/F war 23,4 in dem Fall, wo
der Winkel θ1
65° war,
A/F war 23,5 in dem Fall, wo der Winkel θ1 70° war, und A/F war 23,5 in dem Fall,
wo der Winkel θ1
72° war.
Wenn θ1
55° oder mehr
ist, ist A/F 23,2, und die Zündfähigkeit
ist plötzlich
verbessert. Wenn θ1
erhöht
oder auf 60° gesetzt wird,
ist A/F 23,4 und die Zündfähigkeit
ist weiter verbessert.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen spezifischen Ausführungsformen
beschränkt und
kann in Ausführungsformen
verwirklicht sein, welche auf verschiedene Weise in Übereinstimmung mit
dem Zweck und Gebrauch innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung
abgewandelt sind.
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In
der Zündkerze 100 der
Erfindung ist zum Beispiel der Metallkern 3b nur in die
mittlere Elektrode 3 eingefügt. Die Erfindung ist nicht
beschränkt
auf diese Konfiguration. Ein weiterer Metallkern kann in den Körper der
ersten Masseelektrode 4a oder die zweite Masseelektrode 5 eingefügt sein.
In diesem Fall ist das Material des Metallkerns ein einzelnes Metall
wie etwa Cu oder Ag oder eine Legierung.
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Die
Zündkerze 100 der
Erfindung umfasst die zweite Masseelektrode 5. Die Erfindung
ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Zündkerze kann nur eine zweite
Masseelektrode umfassen oder drei oder mehr zweite Masseelektroden.
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Die
Zündkerze 100 der
Erfindung hat die Form, in welcher nur der Spitzenendteil der mittleren Elektrode 3 von
dem Isolator 2 hervorsteht. Alternativ kann der basale
Teil der mittleren Elektrode 3 von dem Isolator hervorstehen,
wie in 6 gezeigt. In der Alternative kann der Abstand
zwischen dem ersten Entladungsspalt g1 und der zweiten Masseelektrode 5 vergrößert werden.
Daher kann der Abstand zwischen dem Körper der ersten Masseelektrode 4a und
der zweiten Masseelektrode 5 vergrößert werden, so dass die Zündfähigkeit
weiter verbessert wird.
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Diese
Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung JP 2003-422770,
eingereicht am 19. Dezember 2003.