DE69103803T2

DE69103803T2 - Zündkerze.

Info

Publication number: DE69103803T2
Application number: DE69103803T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kagawa; Wataru Matsutani
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2011-04-19
Also published as: EP0453277A1; JPH044583A; US5144188A; DE69103803D1; EP0453277B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine, und im einzelnen bezieht sie sich auf ein Metallgehäuse, das sich in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erstreckt.
Es ist vorgeschlagen worden, daß sich bei einer Zündkerze, wie sie normalerweise in einer Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, eine Zündungsspitze weiter in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine hinein erstrecken sollte, um den Zündungswirkungsgrad zu verbessern.
Zusammen mit dem neuen Positionieren der Zündungsspitze wird das vordere Ende des Metallgehäuses der Zündkerze in den Brennraum hinein ausgedeht, um die Masseelektrode vor Überhitzung zu schützen.
Um zu verhindern, daß die Masseelektrode zufällig zerbrochen wird, ist an dem vorderen Ende des Metallgehäuses eine kegelförmige Oberfläche vorgesehen, um die Biegeverformung der Masseelektrode (Außenelektrode) zu verringern, wenn die Masseelektrode an der kegelförmigen Endfläche des Metallgehäuses angeschweißt wird.
Außerdem ist vorgeschlagen worden, daß der ringförmige Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des Metallgehäuses und dem eines Isolators, der sich in dem Metallgehäuse befindet, verringert werden soll. Dies stellt eine Gegenmaßnahme gegenüber der Verschmutzung des vorderen Endes des Isolators dar, wodurch Kohlenstoffablagerungen auf dem Isolator durch eine Funkenentladung entfernt werden, die durch den ringförmigen Zwischenraum hindurch stattfindet.
Durch die modernen Hochleistungs-Verbrennungskraftmaschinen ist es bedingt, daß verhindert wird, daß die Masseelektrode zufällig zerbrochen wird, und daß gleichzeitig der Isolator vor Verschmutzung geschützt wird, wenn der Motor bei niedrigen Lasten betätigt wird.
Um dieser Anforderung gerecht zu werden, hat man die Ergreifung der einzelnen Gegenmaßnahmen in Kombination erwogen.
Aber man hat herausgefunden, daß das Kombinieren der einzelnen Gegenmaßnahmen die einzelnen Vorteile verringert, was zu keiner Verbesserung führt.
Die US 4211952 bezieht sich auf das Vorhandensein von Drosselspalten und ihre Größen in bezug auf die Größen der Zündkerze und des Kriechüberschlagspalts. Die JP-A-1 302678 spezifiziert den Vorsprung einer Zündkerze in den Brennraum mit 1 mm bis 3 mm, sowie auch die Vorsehung einer inneren Verjüngung an dem Außengehäuse. Die US 2684060 offenbart eine Einfassung auf der Außenelektrode mit axialen Schlitzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen mit:
einem zylindrischen Metallgehäuse, wobei ein vorderes Ende davon so ausgelegt ist, daß es sich in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erstrecken kann;
einem rohrförmigen Isolator, der so ausgelegt ist, daß er konzentrisch in dem Metallgehäuse plaziert ist, und daß er einen ringförmigen Zwischenraum zwischen der inneren Wand des vorderen Endes des Metallgehäuses und der äußeren Wand des vorderen Endes des Isolators mit einer Breite im Bereich von einschließlich 0,4 bis 0,9 mm vorsehen kann;
einem Verlängerungsmantel, der auf dem Metallgehäuse vorgesehen ist und so ausgelegt ist, daß er sich in den Brennraum erstrecken kann, wobei die Länge des Verlängerungsmantels im Bereich von einschließlich 1,0 mm bis 3,0 mm liegt, wobei eine Vielzahl von axialen Schlitzen umfangsseitig verteilt in dem Verlängerungsmantel vorgesehen ist;
einer kegelförmigen Oberfläche, die auf dem vorderen Ende des Verlängerungsmantels vorgesehen ist, wobei der Kegel von dem Durchmesser der Innenfläche gebildet wird, der in Richtung auf das vordere Ende der Zündkerze ansteigt, wobei der Kegelwinkel in dem Bereich von einschließlich 20º bis 40º hinsichtlich einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Achse der Zündkerze verläuft; und
bei der eine Masseelektrode der Zündkerze ein Ende, das fest an der kegelförmigen Oberfläche des Verlängerungsmantels angeschweißt ist, und ein anderes Ende aufweist, das so abgebogen ist, daß es einem vorderen Ende einer Mittelelektrode gegenüberliegt, um einen Elektrodenabstand zu bilden.
Durch die Erstreckung des vorderen Endes des Metallgehäuse in den Brennraum ist es möglich, eine gute Zündung bei einem verringerten Auftreten von Fehlzündungen zu erhalten. Eine Verlängerung über 3 mm hinaus könnte eine Oxidation der Elektroden bei hohen Temperaturen bewirken. Durch Verkleinern des ringförmigen Zwischenraums zwischen dem vorderen Ende des Metallgehäuses und dem des Isolators kann die Hitzebeständigkeit der Zündkerze verbessert werden, da verhindert wird, daß eine übermässige Hitze zu dieser gelangt.
Eine Kohlenstoffablagerung auf dem Isolator verringert dessen elektrischen Widerstand mit dem Ergebnis, daß der Funkenüberschlag durch den Zwischenraum wandert und somit die Kohlenstoffablagerung entfernt.
Man hat herausgefunden, daß die optimale Breite des Zwischenraums bei 0,65 mm ± 0,25 mm liegt, wobei die Länge des Verlängerungsmantels zwischen 1 mm und 3 mm beträgt.
Um zu verhindern, daß die Masseelektrode möglicherweise zerbrochen wird, wenn die Masseelektrode gebogen wird, ist an dem vorderen Ende des Metallgehäuses eine kegelförmige Oberfläche vorgesehen, um die Biegeverformung der Masseelektrode zu verringern, wenn diese an der kegelförmigen Endfläche des Metallgehäuses angeschweißt wird.
Durch eine größere Verjüngung der Endfläche des Metallgehäuses wird zwar die Notwendigkeit verringert, die Masseelektrode zu stark zu biegen, aber oftmals entsteht dadurch ein abnormaler Spalt zwischen der inneren Wand des Metallgehäuses und dem vorderen Ende des Isolators, es sei denn der Kegel bzw. die Verjüngung beträgt zwischen 20 und 40 Grad.
Darüberhinaus wirken die axialen Schlitze, die umfangsseitig in dem Verlängerungsmantel vorgesehen sind, dahingehend, den Isolator zu kühlen, um so der Zündkerze eine zusätzliche Hitzebeständigkeit zu verleihen, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum eingeleitet wird, damit es entlang dem Verlängerungsmantel fließt.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, die nur beispielshalber gezeigt sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 2 eine Bodenansicht der Zündkerze; und
Fig. 3 ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie sich eine Antiverschmutzungswirkung und das Auftreten von Fehlzündungen während des Leerlaufbetriebs in Abhängigkeit von dem ringförmigen Zwischenraum zwischen einem Metallgehäuse und einem Isolator verändern.
Wie in den Fig. 1 und 2 zu sehen ist, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zündkerze zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine. Die Zündkerze 1 weist ein zylindrisches Metallgehäuse 2 auf, dessen axiale Länge (1) 20,5 mm beträgt, was etwas länger als die 19,0 mm einer normalen Zündkerze ist. In dem Metallgehäuse 2 ist ein rohrförmiger Isolator 4 konzentrisch plaziert, in dem eine Mittelelektrode 5 konzentrisch angeordnet ist. In diesem Fall erstreckt sich das vordere Ende des Isolators 4 über das des Metallgehäuses 2 um eine Länge von 0 mm bis 0,5 mm hinaus, wie in Fig. 1 mit (n) angegeben ist.
Andererseits weist der vordere Endabschnitt des Metallgehäuses 2 einen Verlängerungsmantel 6 auf, der sich in einen Brennraum (Ch) des Motors erstreckt. Die Länge (m), um die sich der Verlängerungsmantel 6 in den Brennraum (Ch) erstreckt, wird z.B. auf 1,5 mm festgelegt, aber die Länge (m) des Mantels 6 ist akzeptabel, solange sie in einem Bereich von einschließlich 1,0 mm bis 3,0 mm liegt.
Der Verlängerungsmantel 6 weist eine vordere Endfläche auf, wobei eine innere Kante davon abgehobelt ist, um eine kegelförmige Fläche 7 zu bilden, deren diametrale Abmessung sich in Richtung auf das hintere Ende des Metallgehäuses 2 fortschreitend verkleinert. Der Kegelwinkel (Θ) der kegelförmigen Oberfläche 7 ist z.B. auf 29 Grad festgelegt, aber dieser kann winkelmäßig auch zwischen Winkeln von einschließlich 20 bis 40 Grad liegen. Das Bezugszeichen 3 ist eine Außenelektrode (Masseelektrode), die z.B. aus einer Nickelbasislegierung hergestellt ist, damit sie eine funkenkorrosionsbeständige Eigenschaft erhält. Bei der Masseelektrode 3 ist ein Ende fest an der kegelförmigen Oberfläche 7 des Metallgehäuses 2 angeschweißt, und das andere Ende der Masseleektrode 3 ist so abgebogen, daß es dem vorderen Ende (Zündspitze) der Mittelelektrode 5 vertikal gegenüberliegt, um so einen Elektrodenabstand (Gs) dazwischen zu bilden. In diesem Fall beseitigt die kegelförmige Fläche 7 die Notwendigkeit, daß die Masseelektrode 3 zu stark gebogen werden muß, wodurch verhindert wird, daß die Masseelektrode 3 möglicherweise zerbrochen wird.
Außerdem befindet sich das vordere Ende des Isolators in dem Verlängerungsmantel 6, um einen ringförmigen Zwischenraum 9 zwischen einer inneren Wand des vorderen Endabschnitts des Verlängerungsmantels 6 und der Außenwand des vorderen Endabschnitts des Isolators 4 zu bilden. Die Breite (p) des ringförmigen Zwischenraums 9 wird auf z.B. 0,65 mm festgelegt, was schmal genug ist, um im wesentlichen zu verhindern, daß Hitze in die Zündkerze 1 eingeleitet wird. Aber die Breite (p) des ringförmigen Zwischenraums 9 kann in dem Bereich von einschließlich 0,65 mm ± 0,25 liegen. Mit dem Verlängerungsmantel 6 ist eine Vielzahl von axialen Schlitzen 8 umfangsseitig vorgesehen, die dahingehend wirkt, den Isolator 4 zu kühlen, um so den Isolator 4 mit einer weiteren Hitzebeständigkeitseigenschaft zu versehen, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum (Ch) aufgenommen wird, wodurch es entlang dem Verlängerungsmantel 6 fließt. In diesem Fall beträgt die Anzahl der axialen Schlitze 8 z.B. vier, und jede Breite (q) der axialen Schlitze 8 ist auf 1,5 mm festgelegt.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie sich eine Antiverschmutzungswirkung und das Auftreten von Fehlzündungen während eines Leerlaufbetriebs des Motors bedingt durch die Breite (p) des ringförmigen Zwischenraums 9 zwischen dem Verlängerungsmantel 6 und dem Metallgehäuse 2 verändern. In Fig. 3 wird anhand des elektrischen Widerstands (MΩ) des Isolators 4 gemessen, wie stark er durch die auf dem Isolator 4 angesammelte Kohlenstoffablagerung verschmutzt ist. Fig. 3 macht ersichtlich, wie gut die oben festgelegte Breite (p) des ringförmigen Zwischenraums 9 die Antiverschmutzungswirkung und das Auftreten einer Fehlzündung während des Leerlaufbetriebs des Motors verbessert hat.
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, erstreckt sich der Verlängerungsmantel 6 in den Brennraum (Ch), um eine gute Zündung aufrechtzuerhalten, ohne daß es zu einer Oxidation bei hohen Temperaturen kommt, und die kegelförmige Oberfläche 7 verhindert, daß die Masseelektrode 3 zufällig zerbrochen wird, ohne daß dafür die gute Zündung geopfert werden muß.
Darüberhinaus funktionieren die axialen Schlitze, die umfangsseitig in dem Verlängerungsmantel 6 vorgesehen sind, dahingehend, den Isolator 4 zu kühlen, um so den Isolator noch zusätzlich mit einer Hitzebeständigkeitseigenschaft zu versehen, damit dieser mit der Kohlenstoffablagerung fertig wird, die sich anderenfalls auf dem Isolator 4 ansammelt.
Gemäß der Erfindung kann die Zündkerze 1 mit einem Hochleistungsmotor mit einer hohen Umdrehungszahl pro Minute fertig werden, kann eine gute Zündung ohne Fehlzündungen aufrechterhalten und kann verhindern, daß eine Masseelektrode möglicherweise zerbrochen wird, und gleichzeitig kann sie den Isolator vor Verschmutzung schützen, wenn der Motor bei einer niedrigen Last betätigt wird.
Es sei angemerkt, daß die Masseelektrode an dem Verlängerungsmantel durch Löten, Punktschweißen oder Widerstandsschweißen befestigt werden kann.

Claims

1. Zündkerze (1) mit:

einem zylindrischen Metallgehäuse (2), wobei ein vorderes Ende davon so ausgelegt ist, daß es sich in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erstrecken kann;

einem rohrförmigen Isolator (4), der so ausgelegt ist, daß er konzentrisch in dem Metallgehäuse (2) plaziert ist, und daß er einen ringförmigen Zwischenraum (9) zwischen der inneren Wand des vorderen Endes des Metallgehäuses (2) und der äußeren Wand des vorderen Endes des Isolators (4) mit einer Breite (p) im Bereich von einschließlich 0,4 bis 0,9 mm vorsehen kann;

einem Verlängerungsmantel (6), der auf dem Metallgehäuse (2) vorgesehen ist und so ausgelegt ist, daß er sich in den Brennraum erstrecken kann, wobei die Länge (m) des Verlängerungsmantels (6) im Bereich von einschließlich 1,0 mm bis 3,0 mm liegt, wobei eine Vielzahl von axialen Schlitzen (8) umfangsseitig verteilt in dem Verlängerungsmantel (6) vorgesehen ist;

einer kegelförmigen Oberfläche (7), die auf dem vorderen Ende des Verlängerungsmantels (6) vorgesehen ist, wobei der Kegel von dem Durchmesser der Innenfläche gebildet wird, der in Richtung auf das vordere Ende der Zündkerze ansteigt, wobei der Kegelwinkel (8) in dem Bereich von einschließlich 20º bis 40º hinsichtlich einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Achse der Zündkerze verläuft; und

bei der eine Masseelektrode (3) der Zündkerze (1) ein Ende, das fest an der kegelförmigen Oberfläche (7) des Verlängerungsmantels (6) angeschweißt ist, und ein anderes Ende aufweist, das so abgebogen ist, daß es einem vorderen Ende einer Mittelelektrode (5) gegenüberliegt, um einen Elektrodenabstand zu bilden.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, bei der der Kegel dadurch erhalten wird, daß eine innere Kante des vorderen Endes des Verlängerungsmantels (6) entfernt wird.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, bei der die axiale Länge (1) des Metallgehäuses (2) 20,5 mm beträgt.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Breite (g) der axialen Schlitze (8) 1,5 mm beträgt.

5. Verbrennungskraftmaschine mit einer Zündkerze gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.