DE69821172T2

DE69821172T2 - Zündkerze

Info

Publication number: DE69821172T2
Application number: DE1998621172
Authority: DE
Inventors: Yutaka Mizuho-ku Nagoya Tanaka; Makoto Mizuho-ku Nagoya Sugimoto
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: DE69821172D1; DE69837406D1; EP1306948A2; EP1306948B1; EP0899839B1; US6191525B1; EP0899839A1; EP1306948A3; DE69837406T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, und insbesondere eine Zündkerze, in welcher ein Widerstand integriert ist, um das Auftreten von Hochfrequenzstörungen zu vermeiden.
Als Zündkerze dieses Typs war konventionell eine mit einem Aufbau bekannt, wobei eine Klemme in eine Durchgangsbohrung eingeführt und befestigt ist, die entlang der Axialrichtung eines Isolators von einer Endseite der Durchgangsbohrung aus geformt ist, während eine Mittelelektrode dementsprechend von der anderen Endseite der Durchgangsbohrung aus darin eingeführt und befestigt ist, und wobei ein Widerstand zwischen der Klemme und der Mittelelektrode im Inneren der Durchgangsbohrung angeordnet ist. Zwischen dem Widerstand und der Klemme oder zwischen dem Widerstand und der Mittelelektrode ist allgemein ein stromleitender Glasdichtungsabschnitt angeordnet, um die zwei Elemente miteinander zu verbinden. Diese Zündkerze wird zum Beispiel durch das folgende Verfahren hergestellt.
Das heißt, nachdem die Mittelelektrode in die Durchgangsbohrung des Isolators eingeführt wurde, wird leitfähiges Glaspulver zugesetzt, dann Materialpulver für die Widerstandszusammensetzung, gefolgt von weiterem leitfähigen Glaspulver. Im Ergebnis sind in der Durchgangsbohrung eine leitfähige Glaspulverschicht, eine Widerstandszusammensetzungsschicht und eine weitere leitfähige Glaspulverschicht in dieser Reihenfolge von der Seite der Mittelelektrode aus geformt. Dann wird der Isolator in diesem Zustand über den Glaserweichungspunkt erwärmt, und ferner wird eine Klemme von der Seite aus, die der Mittelelektrode entgegengesetzt ist, in die Bohrung preßgepaßt, wobei die in dieser Anordnung aufgeschichteten Schichten in der Axialrichtung so gepreßt werden, daß sie verdichtet und gesintert werden, wodurch jeweils ein leitfähiger Glasdichtungsabschnitt, ein Widerstand und ein anderer leitfähiger Glasdichtungsabschnitt geformt werden.
Bei der konventionellen Zündkerze, wie in 16 gezeigt, liegt das Problem vor, daß der Kegelwinkel eines mittelelektrodenaufnehmenden Abschnitts 104, der in einer Durchgangsbohrung 103 eines Isolators 102 geformt ist (wobei der Kegelwinkel ein Winkel zu einer Bezugsfläche ist, die die Mittelachslinie der Durchgangsbohrung 103 schneidet), auf 20°–40° eingestellt ist. Dann haben die Erfinder herausgefunden, daß die konventionelle Zündkerze (bei welcher der Kegelwinkel des mittelelektrodenaufnehmenden Abschnitts 104 20°–40° beträgt) den folgenden Nachteil aufweist. Das heißt, da ein Abstand (Dichtungsabschnitt) 109 zwischen einem vorspringenden Abschnitt 105 zur Elektrodenbefestigung und einer Innenwand 107 der Durchgangsbohrung in der Nachbarschaft 106 eines mittelelektrodenaufnehmenden Abschnitts eng und tief ist, wird eine leitfähige Glaspulverschicht 108 nicht ausreichend verflüssigt, wodurch ein leitfähiger Glasdichtungsabschnitt 109 leicht eine ungleichmäßige Dichte aufweisen kann. Insbesondere das Sinterverhalten der leitfähigen Glaspulverschicht 108 in der Nachbarschaft 106 des mittelelektrodenaufnehmenden Abschnitts kann leicht nachlassen, wodurch das Problem einer Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit verursacht werden kann. Ferner führt ein schlechtes Sinterverhalten des leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 109 zu einer Verschlechterung der Wärmeleistung (Frühzündungsschutzleistung) der Zündkerze, während das Auftreten einer Ungleichmäßigkeit in der Dichte des leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 109 zu Schwankungen in der Wärmeleistung von Produkt zu Produkt führen kann, sowie zu weiteren Nachteilen.
EP-A2-0.377.938 offenbart eine Zündkerze nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Zündkerze, die entwickelt wurde, um das Sinterverhalten zu verbessern und die Dichte des Zwischenraums (Dichtungsabschnitts) zwischen dem vorspringenden Abschnitt zur Elektrodenbefestigung und der Innenwand der Durchgangsbohrung des mittelelektrodenaufnehmenden Abschnitts zu stabilisieren, und die eine Verbesserung und Stabilisierung der Wärmeleistung erreicht.
Die erfindungsgemäße Zündkerze umfaßt: Einen Isolator, der in einem zylindrischen Metallgehäuse angeordnet ist; eine Durchgangsbohrung, die entlang einer axialen Richtung des Isolators geformt ist; eine Klemme, die an einem Ende der Durchgangsbohrung angeordnet ist; eine Mittelelektrode, die am anderen Ende der Durchgangsbohrung angeordnet ist; und
einen stromleitenden Verbindungsabschnitt, der in der Durchgangsbohrung zwischen der Klemme und der Mittelelektrode geformt ist, wobei der stromleitende Verbindungsabschnitt stromleitende Glasdichtungsabschnitte umfaßt und dazu dient, die Klemme und die Mittelelektrode miteinander zu verbinden;
wobei ein Abschnitt der Durchgangsbohrung, der auf der Vorderseite einer Fläche zur Aufnahme eines konischen, vorspringenden Abschnitts angeordnet ist, einen ersten Abschnitt mit kleinerem Durchmesser umfaßt, und wobei ein Abschnitt der Durchgangsbohrung, der auf der Rückseite der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts angeordnet ist, einen zweiten Abschnitt mit größerem Durchmesser umfaßt;
wobei die Mittelelektrode einen stabförmigen Mittelelektrodenkörperabschnitt aufweist, der mindestens teilweise im ersten Abschnitt angeordnet ist, und einen vorspringenden Abschnitt zur Elektrodenbefestigung, der an einem hinteren Endabschnitt des Mittelelektrodenkörperabschnitts so geformt ist, daß er von einer Außenumfangsfläche des Mittelelektrodenkörperabschnitts nach außen vorspringt, und der mit der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts im Eingriff steht; und
wobei das stromleitende Glas eines dieser Glasdichtungsabschnitte in den engen Spalt zwischen der Außenfläche der Mittelelektrode und dem zweiten Abschnitt der Durchgangsbohrung eingeführt wird; dadurch gekennzeichnet, daß ein Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts im Bereich von 45° bis 85° liegt, wobei der Kegelwinkel durch eine Bezugsebene definiert wird, die rechtwinklig zu einer Mittelachslinie der Durchgangsbohrung liegt.
Da in diesem Aufbau der Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts relativ groß ist, kann der Strömungswiderstand des stromleitenden Glasdichtungsabschnitts an der Innenwand der Durchgangsbohrung in der Nachbarschaft der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts klein gehalten werden, so daß ein ausreichendes Fließvermögen gewährleistet werden kann. Dadurch wird die Druckausbreitung bei der Erwärmung und Abdichtung nicht beeinträchtigt, so daß das Sinterverhalten in den kleinen Räumen (Dichtungsabschnitten), die zwischen der Kegelfläche des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung und der Kegelfläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts vorhanden sind, verbessert werden kann, und daß zudem die Wärmeleistung verbessert werden kann. Daher kann die Wärmewiderstandsleistung (Frühzündungsschutzleistung) der Zündkerze verbessert werden. Da die Dichte des Dichtungsabschnitts einheitlich gemacht werden kann, wird die Wärmewiderstandsleistung (Frühzündungsschutzleistung) der Zündkerze ferner allgemein von Produkt zu Produkt einheitlich.
Der Zahlenwert der Begrenzung für den Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts ist wie folgt zu begründen.
Wenn der Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts kleiner als 45° ist, dann kann es schwer sein, die stromleitende Glaspulverschicht so aufzubringen, daß sie den vorspringenden Abschnitt zur Elektrodenbefestigung in der Glasdichtung ausreichend umgibt und erreicht, wodurch Ungleichmäßigkeiten in der Dichte der Dichtungsstellen auftreten können. Und wenn der Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts 85° übersteigt, dann kann der vorspringende Abschnitt zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode nicht von der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts aufgenommen werden, wenn der Heißpressendruck im Abdich tungsvorgang angelegt wird. Zudem kann es aufgrund geringer Maß- oder Winkelfehler schwer sein, die Spitzenendposition der Mittelelektrode innerhalb der spezifizierten Maße zu halten. Der Kegelwinkel beträgt vorzugsweise 60°–85°, und bevorzugt 75°–85°.
In diesem Fall kann die Zündkerze so aufgebaut sein, daß:
Der stromleitende Verbindungsabschnitt einen ersten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt, einen Widerstand und einen zweiten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt umfaßt, die dieser Reihenfolge nach von der Seite der Klemme aus in der Durchgangsbohrung geformt sind;
die Klemme so in die Durchgangsbohrung eingeführt ist, daß ein Klemmenabschnitt von einer hinteren Endseite des Isolators vorspringt, und ein Spitzenendabschnitt der Klemme durch den ersten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt in der Durchgangsbohrung abgedichtet ist, und daß
der vorspringende Abschnitt zur Elektrodenbefestigung durch den zweiten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt in der Durchgangsbohrung abgedichtet ist. Da bei diesem Aufbau der Klemmenabschnitt der Klemme von der hinteren Endseite des Isolators vorspringt, besteht nicht die Notwendigkeit, spezielle Einstellvorrichtungen oder dergleichen bei der Herstellung der Glasdichtung zu verwenden. Dadurch wird der Arbeitsvorgang vereinfacht und die Arbeitsstunden können reduziert werden.
Vorzugsweise ist der Kegelwinkel eines kegelförmigen Verbindungsabschnitts zwischen dem vorspringenden Abschnitt zur Elektrodenbefestigung und dem Mittelelektrodenkörperabschnitt, mit welchem die Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts in Kontakt steht, auf nicht mehr als (θ + 5)° eingestellt, wobei θ° der Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts ist. Mit dieser Anordnung kann die stromleitende Glaspulverschicht während des Glasabdichtungsvorgangs leichter um den vorspringenden Abschnitt zur Elektrodenbefestigung herum verteilt werden und diesen erreichen, wodurch Schwankungen in der Dichte des Dichtungsabschnitts vermieden werden können.
Wenn zum Beispiel, wie in 17 gezeigt, der Kegelwinkel des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode größer als der Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts eingestellt ist, wird zwischen der Kegelfläche des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts der Mittelelektrode und der Kegelfläche der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts ein kleiner Raum geformt. Es ist schwer, die stromleitende Glaspulverschicht während des Glasdichtungsvorgangs ausreichend in diesen Raum eindringen zu lassen. Wenn dieser Raum klein ist, treten weniger Probleme auf, doch mit zunehmender Größe des Raums kann die Stabilität der Mittelelektrode leicht abhanden kommen, wodurch Schwankungen in der Dichte des Dichtungsabschnitts auftreten können.
Wenn, wie zum Beispiel in 18 gezeigt, der Kegelwinkel des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode kleiner eingestellt ist als der Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts, ist es auch nicht erforderlich, die stromleitende Glaspulverschicht in den Spalt zwischen der Kegelfläche des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode und die Kegelfläche der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts eindringen zu lassen. Das heißt, die stromleitende Glaspulverschicht kann leicht zur Außenumfangsfläche des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode fließen, und die Stabilität der Mittelelektrode kann gewährleistet werden, indem die stromleitende Glaspulverschicht nur in diesen Abschnitt eindringt, und zudem kann die Dichte des Dichtungsabschnitts einheitlich gemacht werden. Daher ist es wünschenswert, wenn der Kegelwinkel des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode auf nicht mehr als (θ + 5)° eingestellt ist.
Während die Zündkerze an einem laufenden Motor montiert ist, entweicht in dieser Verbindung die meiste Wärme, die von der Zündkerze aufgenommen wird, vom Verbindungsabschnitt über die Mittelelektrode zum Isolator. Deshalb kann die Wärmewiderstandsleistung durch Vergrößerung der Kontaktfläche des Verbindungsabschnitts und der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts zusätzlich stabilisiert werden. Da die Kraft, mit der die Mittelelektrode zur Zündvorrichtungsseite hinausgeschoben wird, von diesem Abschnitt aufgenommen wird, kann ein übermäßiges Ausschieben der Mittelelektrode (was heißt, die Spitzenendposition der Mittelelektrode über das spezifizierte Maß hinausgeht) durch die Vergrößerung dieser Kontaktfläche vermieden werden. Zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Verbindungsabschnitt und der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts ist es wünschenswert, daß der Kegelwinkel des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode innerhalb eines Bereichs von –5° bis +5° vom Kegelwinkel der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts eingestellt wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhaft Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Längsquerschnitt ist, der ein Beispiel einer Zündkerze zeigt, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern;
2 ein Frontquerschnitt ist, der einen Hauptabschnitt der Zündkerze von 1 zeigt;
3 ein Frontquerschnitt des Hauptabschnitts ist, der eine erste Modifikation der Zündkerze von 1 zeigt;
4 ein Frontquerschnitt des Hauptabschnitts ist, der eine zweite Modifikation derselben zeigt;
5A ein Frontquerschnitt des Hauptabschnitts ist, der eine dritte Modifikation derselben zeigt;
5B ein Frontquerschnitt des Hauptabschnitts ist, der eine vierte Modifikation derselben zeigt;
6 ein Frontquerschnitt des Hauptabschnitts ist, der eine fünfte Modifikation derselben zeigt;
7A eine erläuternde Ansicht ist, die das Herstellungsverfahren für die Zündkerze von 1 zeigt;
7B eine auf 7A folgende erläuternde Ansicht ist;
7C eine auf 7B folgende erläuternde Ansicht ist;
7D eine auf 7C folgende erläuternde Ansicht ist;
8A eine auf 7D folgende erläuternde Ansicht ist;
8B eine auf 8A folgende erläuternde Ansicht ist;
9 eine Ansicht ist, die die Wirkung des vorspringenden Abschnitts der Zündkerze von 1 erläutert;
10A ein Frontquerschnitt ist, der ein anderes Beispiel des Isolators veranschaulicht;
10B ein Frontquerschnitt ist, der ein weiteres Beispiel desselben veranschaulicht;
11A eine erläuternde Ansicht ist, die eine Zündkerze nach dem Stand der Technik zeigt;
11B eine erläuternde Ansicht ist, die die Probleme derselben zeigt;
12 ein Längsquerschnitt ist, der ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Zündkerze zeigt;
13 eine vergrößerte Ansicht des Hauptabschnitts von 1 ist;
14 ein Graph ist, der die Verteilung der Zündzeitvorläufe zeigt, an denen Frühzündungen bei Zündkerzen auftraten, die mit Prüflingen Nr. 1–9 (jeweils fünf Stück) durchgeführt wurden;
15 eine erläuternde Ansicht ist, die die Beziehung zwischen dem Kegelwinkel am Verbindungsabschnitt und der Stoßfestigkeit zeigt;
16 ein Querschnitt des Hauptabschnitts einer Zündkerze nach dem Stand der Technik ist, sowie eines vergrößerten Abschnitts davon;
17 eine erläuternde Ansicht eines Falles ist, bei dem der Kegelwinkel am Verbindungsabschnitt des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode größer eingestellt ist als der Kegelwinkel an der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts; und
18 eine erläuternde Ansicht eines Falles ist, bei dem der Kegelwinkel am Verbindungsabschnitt des vorspringenden Abschnitts zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode kleiner eingestellt ist als der Kegelwinkel an der Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts
1 zeigt ein Beispiel einer Zündkerze. Das heißt, die Zündkerze 100 umfaßt ein zylindrisches Metallgehäuse 1, einen Isolator 2, der so in das Metallgehäuse 1 eingepaßt ist, daß sein Spitzenendabschnitt vorspringt, eine Mittelelektrode 3, die im Inneren des Isolators 2 vorgesehen ist, eine Masseelektrode 4, deren eines Ende mit dem Metallgehäuse 1 verbunden ist und die so angeordnet ist, daß sie der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt, und dergleichen, wobei ein Spalt g zwischen der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 vorgesehen ist. Die Basisendseite der Masseelektrode 4 ist zum anderen durch Schweißen oder ähnliches mit dem Metallgehäuse 1 fest verbunden. Das Metallgehäuse 1 besteht aus Carbonstahl oder ähnliches, und ein gewindeter Abschnitt 12 zur Befestigung an der Brennkraftmaschine ist, wie in 1 gezeigt, an seiner Außenumfangsfläche geformt. Die Mittelelektrode 3 besteht aus einer Ni-Legierung oder ähnliches. Ferner ist der Isolator 2 aus einem keramisch gesinterten Körper wie z. B. Alimina geformt.
Eine Durchgangsbohrung 50 ist in der Axialrichtung im Isolator 2 geformt, wobei eine Klemme 13 eingeführt und an einer Endseite der Durchgangsbohrung 50 befestigt ist, während die Mittelelektrode 3 dementsprechend an der anderen Endseite der Durchgangsbohrung 50 eingeführt und befestigt ist. Im Inneren der Durchgangsbohrung 50 ist auch ein Widerstand 15 zwischen der Klemme 13 und der Mittelelektrode 3 angeordnet. Beide Endabschnitte dieses Widerstands 15 sind jeweils über leitfähige Glasdichtungsabschnitte 16, 17 mit der Mittelelektrode 3 und der Klemme 13 elektrisch verbunden. Der Widerstand 15 besteht aus einer Widerstandszusammensetzung, die durch Mischen eines Glaspulvers mit einem leitfähigen Materialpulver (und, je nach Bedarf, mit einem anderen Keramikpulver als Glas) und Sintern des Gemischs mit einer Heißpresse oder ähnliches erhalten wird. Die leitfähigen Glasdichtungsab schnitte 16, 17 bestehen aus einem Glas, das mit einem Metallpulver aus Cu, Fe (oder deren Legierungen) und dergleichen vermischt ist.
Als nächstes wird der Schaftquerschnittsdurchmesser der Mittelelektrode 3 kleiner eingestellt als der Schaftquerschnittsdurchmesser des Widerstands 15. Hier wird angenommen, daß eine Seite zum Spitzenende der Mittelelektrode 3 hin als Vorderseite gilt, die Durchgangsbohrung 50 des Isolators 2 einen ersten Abschnitt 51 aufweist, durch welchen die Mittelelektrode 3 eingeführt werden kann, und ein zweiter Abschnitt 52, der auf der Rückseite (Oberseite in der Zeichnung) des ersten Abschnitts 51 so geformt ist, daß er einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 51 aufweist, und in dem der Widerstand 15 untergebracht ist. Dann ist der zweite Abschnitt 52 über einen Verbindungsabschnitt 55, der einen zweistufigen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser einschließt, mit dem ersten Abschnitt 51 verbunden, und an einer Stelle, die dem Verbindungsabschnitt 55 entspricht, ist der leitfähige Glasdichtungsabschnitt 16 zwischen dem Widerstand 15 und der Mittelelektrode 3 angeordnet.
2 ist ein Querschnitt eines Hauptabschnitts in der Nähe des Verbindungsabschnitts 55 durch eine Ebene, die eine Mittelachslinie O des Isolators 2 enthält. Das heißt, an einem hinteren Endabschnitt der Mittelelektrode 3 ist ein vorspringender Abschnitt 3a zur Elektrodenbefestigung so geformt, daß er von der Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 3 nach außen vorspringt. Dann ist am Verbindungsabschnitt 55 der Durchgangsbohrung 50 eine Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts 3a zur Elektrodenbefestigung mit solch einer Form geformt, daß sie an der hinteren Endkante des ersten Abschnitts 51 angrenzt und von der Innenumfangsfläche des ersten Abschnitts 51 nach außen vorspringt.
Im Verbindungsabschnitt 55 ist auch ein vorspringender Abschnitt 60 einem Kreuzungsabschnitt zwischen einer nach außen verlängerten Fläche 20a der Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und einer verlängerten Fläche 52a des zweiten Abschnitts 52 entsprechend so geformt, daß der vorspringende Abschnitt 60 sich über diese zwei verlängerten Flächen 20a, 52a erstreckt, wobei die Fläche des vorspringenden Abschnitts 60 als eine vorspringende Fläche 53 angegeben ist.
Wenn in der Zündkerze 100 „I" die Länge, in Richtung der Mittelachslinie, von einem Verbindungspunkt P zwischen der Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und dem ersten Abschnitt 51 bis zu einem Verbindungspunkt S zwischen der vorspringenden Fläche 53 und dem zweiten Abschnitt 52 ist, und wenn „L" die Länge, in Richtung der Mittelachslinie, vom Verbindungspunkt P bis zur hinteren Endkante der Mittelelektrode 3 ist, dann ist der Wert von I/L auf nicht kleiner als 0,5 (bevorzugt nicht kleiner als 1,0) eingestellt.
Als nächstes ist die Innenumfangsfläche des zweiten Abschnitts 52 der Durchgangsbohrung 50 zu einer allgemein zylindrischen Fläche geformt. Ferner können geringe Verjüngungen hinzugefügt werden, um die einfachere Entnahme von Gußstiften während des Gußvorgangs oder dergleichen zu erlauben. Der Winkel dieser Verjüngungen als Winkel, der zur Mittelachslinie O gebildet wird, beträgt etwa 1–1,2°. Die vorspringende Fläche 53 des Verbindungsabschnitts 55 weist auch eine allgemein zylindrische Mantelfläche 53a auf, die mit der Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts verbunden ist und konzentrisch mit dem zweiten Abschnitt 52 angeordnet ist, und eine Fläche 53b mit reduziertem Durchmesser, um die Mantelfläche 53a und den zweiten Abschnitt 52 miteinander zu verbinden. Wenn in dieser Verbindung „D" der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 52 ist und „d" der Innendurchmesser der Mantelfläche 53a ist, dann ist der Wert von D/d auf einen Bereich von 0,5 bis 0,95 (bevorzugt 0,75–0,8) eingestellt.
Auch die Fläche 53b mit reduziertem Durchmesser der vorspringenden Fläche 53 ist zu einer Kegelfläche geformt, die nach außen ansteigend geneigt ist, wenn der Isolator 2 aufrecht mit dem ersten Abschnitt 51 nach unten angeord net ist. Wenn eine Ebene, die rechtwinkelig zur Mittelachslinie O des Isolators 2 (Durchgangsbohrung 50) verläuft, als Bezugsebene Q genommen wird, dann ist der Neigungswinkel θ der Kegelfläche zur Bezugsebene Q in einem Bereich von 20–80° (vorzugsweise 30–50°) eingestellt. Im Verbindungsabschnitt 55 stellt diese Fläche 53b mit reduziertem Durchmesser einen ersten Stufenabschnitt mit reduziertem Durchmesser dar, und die Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts stellt einen zweiten Stufenabschnitt mit reduziertem Durchmesser dar.
Bei dieser Zündkerze 100 können der Einbau der Mittelelektrode 3 und der Klemme 13 am Isolator 2 sowie die Herstellung des Widerstands 15 und der leitfähigen Glasdichtungsabschnitte 16, 17 wie folgt durchgeführt werden. Zuerst, wie in 7A gezeigt, wird die Mittelelektrode 3 in den ersten Abschnitt 51 der Durchgangsbohrung 50 des Isolators 2 eingeführt, und dann, wie in 7B gezeigt, wird leitfähiges Glaspulver H dort eingefüllt. Dann, wie in 7C gezeigt, wird eine Preßstange 90 in die Durchgangsbohrung 50 eingeführt, und das eingefüllte Pulver H wird gepreßt, wodurch eine erste leitfähige Glaspulverschicht 71 geformt wird. Danach wird Materialpulver der Widerstandszusammensetzung dort eingefüllt, auf ähnliche Weise gepreßt, und weiteres leitfähiges Glaspulver wird eingefüllt, wonach das erhaltene Erzeugnis gepreßt wird. Im Ergebnis sind, wie in 7D gezeigt, von der Seite der Mittelelektrode 3 (von unten) aus gesehen, die erste leitfähige Glaspulverschicht 71, eine Pulverschicht 72 der Widerstandszusammensetzung und eine zweite leitfähige Glaspulverschicht 73 in der Durchgangsbohrung 50 übereinander aufgeschichtet.
Dann wird, wie in 8A gezeigt, das gesamte Produkt in diesem Zustand in einen Brennofen F eingeführt, wo es auf eine Temperatur von 900–1000°C erhitzt wird, was über dem Glaserweichungspunkt liegt. Danach wird die Klemme 13 von einer Seite aus, die der Mittelelektrode 3 entgegengesetzt ist, in die Durchgangsbohrung 50 preßgepaßt, wodurch die Schichten 71 bis 73 im übereinander angeordneten Zustand in der Axialrichtung gepreßt werden. Im Ergebnis werden die einzelnen Schichten, wie in 8B gezeigt, komprimiert und gesintert, um jeweils den leitfähigen Glasdichtungsabschnitt 16, den Widerstand 15 und den leitfähigen Glasdichtungsabschnitt 16 zu ergeben.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 werden nun im Vergleich zum Stand der Technik beschrieben. Zunächst werden in der Zündkerze nach dem Stand der Technik, wie in 11A gezeigt, bei der Formung eines zweiten Abschnitts 152 und eines ersten Abschnitts 151 in einer Durchgangsbohrung 150 eines Isolators 102 diese Abschnitte allgemein durch eine einstufige Kegelfläche (Fläche zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts) 120 so verbunden, daß diese Kegelfläche 120 einen vorspringenden Abschnitt 103a zur Elektrodenbefestigung einer Mittelelektrode 103 trägt. Wenn der Verbindungsabschnitt aber auf diese Weise zu einer einstufigen Kegelfläche 120 geformt ist, wird zwischen der Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 103a zur Elektrodenbefestigung und dem zweiten Abschnitt 152 ein geräumiges „U" geformt. Wenn die Preßkraft im obigen Herstellungsverfahren durch die Reibung zwischen den oberen Schichten 72, 73 (7D) und der Wandfläche der Durchgangsbohrung 50 reduziert wird, kann die Verdichtungskraft für das leitfähige Glaspulver nicht ausreichen, wodurch in manchen Fällen kein erfolgreicher Verbindungszustand hergestellt werden kann.
Doch in der Zündkerze 100, wie in 2 gezeigt, ist eine Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts sowie ein vorspringender Abschnitt 60 (vorspringende Fläche 53) vorgesehen, die einem Kreuzungsabschnitt zwischen der nach außen hin verlängerten Fläche 20a der Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und einer zur Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts hin verlängerten Fläche 52a des zweiten Abschnitts 52 entsprechend so geformt ist, daß der vorspringende Abschnitt 60 sich über diese zwei verlängerten Flächen 20a, 52a erstreckt. Dadurch werden, wie in 9 gezeigt, das Raumvolumen zwischen der Seitenfläche des vorspringenden Abschnitts 3a zur Elektrodenbefestigung und dem zweiten Abschnitt 52 und zudem die axiale Druckquerschnittsfläche der ersten leitfähi gen Glaspulverschicht 71 (7C, 7D), die in den Spalt eingefüllt ist, so reduziert, daß eine genügende Verdichtungskraft selbst dann gewährleistet werden kann, wenn die Preßkraft durch die Reibung reduziert wird. Daher kann das leitfähige Glaspulver, das durch die Erwärmung halb geschmolzen ist, leicht in die engen Zwischenräume zwischen dem vorspringenden Abschnitt 3a zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode 3 und dem vorspringenden Abschnitt 60 und dergleichen fließen. Dadurch wird das Sintern des Glasdichtungsabschnitts ausreichend durchgeführt, so daß der Einbrand von Kohlenstoff im Glasdichtungsabschnitt und die Oxidation von Metallbestandteilen unwahrscheinlich werden. Auf diese Weise kann ein leitender Zustand zwischen dem Widerstand 15 und der Mittelelektrode 3 in 1 leicht und mit Erfolg gewährleistet werden.
Wieder Bezug nehmend auf 2, erlaubt das Vorsehen des vorspringenden Abschnitts im Verbindungsabschnitt 55 das Erreichen der folgenden Wirkungen. Das heißt, die vor Hochfrequenzstörungen schützende Wirkung der Zündkerze neigt allgemein dazu, mit zunehmender Länge des Widerstands besser zu werden. Doch aufgrund der Spezifikationen der Zündkerze ist es nicht möglich, die Außenabmessungen des Isolators frei zu ändern, weshalb die Erhöhung der Länge des Widerstands begrenzt ist, wenn die Außenabmessungen des Isolators unverändert bleiben. Zum Beispiel wäre es denkbar, die Position der Fläche 120 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts zum Spitzenende der Mittelelektrode 103 hin zu verschieben, wie in 11B gezeigt, wodurch der zweite Abschnitt 152 der Durchgangsbohrung 150 in seiner axialen Länge verlängert wird und die Länge des Widerstands 105 proportional zunimmt. Doch diese Methode weist den Nachteil auf, daß die Wanddicke des Isolators 102 an einer Stelle verdünnt wird, die der Fläche 120 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts entspricht, wie in 11B gezeigt, wodurch es diesem Abschnitt an Festigkeit mangeln kann. In diesem Falle kann insbesondere der Kreuzungsabschnitt C zwischen der Fläche 120 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und dem zweiten Abschnitt 152 als eine Art Kerbe wirken, was oft Probleme hinsichtlich der Festigkeit verursacht.
Doch mit dem obigen Aufbau, wie in 2 gezeigt, wird selbst, wenn die Position der Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts verändert wird, um auf der axialen Länge des zweiten Abschnitts 52 zu verlaufen, der vorspringende Abschnitt 60 so geformt, daß er sich auf den verlängerten Flächen 20a, 52a der Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und des zweiten Abschnitts 52 erstreckt, wodurch vermieden wird, daß die Wanddicke des Isolators 2 wie oben erwähnt verdünnt wird. Da der Kreuzungsabschnitt C der verlängerten Flächen 20a, 52a zudem im vorspringenden Abschnitt 60 versenkt ist, tritt die Kerbwirkung nicht auf. Dadurch kann die Länge des Widerstands 15 erhöht werden, wobei eine ausreichende Stärke des Isolators 2 gewährleistet wird, so daß eine Zündkerze mit höherer Schutzleistung vor Hochfrequenzstörungen realisiert werden kann.
Darüber hinaus zeigen 10A, 10B ein anderes Beispiel des Isolators 2. Ein eingreifender vorspringender Abschnitt 2e ist zum Beispiel mit einer Flanschform an einem axialen Zwischenabschnitt des in 10A gezeigten Isolators 2 geformt. Dann ist im Isolator 2, angenommen, daß die Seite zum Spitzenende der Mittelelektrode 3 (1) die Vorderseite ist, auf der Rückseite des Isolators 2 über dem eingreifenden vorspringenden Abschnitt 2e ein Körperabschnitt 2b so geformt, daß er einen dünneren Durchmesser aufweist als die Vorderseite. Zum anderen sind auf der Vorderseite des eingreifenden vorspringenden Abschnitts 2e ein erster Schaftabschnitt 2g, der dünner ist als der eingreifende vorspringende Abschnitt 2e, und ein zweiter Schaftabschnitt 2i, der noch dünner ist als der erste Schaftabschnitt 2g, in dieser Reihenfolge geformt. Darüber hinaus ist eine Glasur 2d auf der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts 2b aufgebracht, während eine Riffelung 2c am hinteren Endabschnitt der Außenumfangsfläche geformt ist. Die Außenumfangsfläche des ersten Schaftabschnitts 2g weist ferner eine allgemein zylindrische Form auf, und die Außenumfangsfläche des zweiten Schaftabschnitts 2i ist zu einer allgemein konischen Fläche geformt, deren Durchmesser zum Spitzenende hin abnimmt.
Die Durchgangsbohrung 50 des Isolators 2 weist einen allgemein zylindrischen ersten Abschnitt 51 auf, die das Einführen der der Mittelelektrode 3 dadurch erlaubt, und einen allgemein zylindrischen zweiten Abschnitt 52, der auf der Rückseite (Oberseite in der Zeichnung) des ersten Abschnitts 51 so geformt ist, daß er einen größeren Durchmesser aufweist als der erste Abschnitt 51. Dann sind, wie in 1, die Klemme und der Widerstand im zweiten Abschnitt 52 untergebracht, während die Mittelelektrode im ersten Abschnitt 51 eingeführt ist. Der erste Abschnitt 51 und der zweite Abschnitt 52 der Durchgangsbohrung 50 sind innerhalb des ersten Schaftabschnitts 2g in 10a miteinander verbunden, und eine Fläche 20 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und ein vorspringender Abschnitt 60 sind an ihrer Verbindungsstelle geformt.
Die Maße der obigen Einzelabschnitte in einem Isolator 2, wie in 10A gezeigt, sind zum Beispiel wie folgt: L1 = ca. 60 mm, L2 = ca. 10 mm, L3 = ca. 14 mm, D1 = ca. 11 mm, D2 = ca. 13 mm, D3 = ca. 7,3 mm, D4 = 5,3 mm, D5 = 4,3 mm, D6 = 3,9 mm, D7 = 2,6 mm, t1 = 3,3 mm, t2 = 1,4 mm, t3 = 0,9 mm, t3 = 1,2 mm.
In einem anderen Isolator 2, der in 10B gezeigt wird, weisen der erste Schaftabschnitt 2g und der zweite Schaftabschnitt 2i Außendurchmesser auf, die etwas größer sind die des Isolators 2 von 10A. Die Maße der Einzelabschnitte sind zum Beispiel wie folgt: L1 = ca. 60 mm, L2 = ca. 10 mm, L3 = ca. 14 mm, D1 = ca. 11 mm, D2 = ca. 13 mm, D3 = ca. 9,2 mm, D4 = 6,9 mm, D5 = 5,1 mm, D6 = 3,9 mm, D7 = 2,7 mm, t1 = 3,3 mm, t2 = 2,1 mm, t3 = 1,2 mm, tA = 1,7 mm.
Nachstehend werden modifizierte Beispiele der oben beschriebenen Zündkerze erläutert.
Zuerst wurde der vorspringende Abschnitt 60 in 2 so geformt, daß der Verbindungspunkt S zwischen der vorspringenden Fläche 53 und dem zweiten Abschnitt 52 (d. h., eine Rückkantenposition des vorspringenden Abschnitts 60) so angeordnet ist, daß er in Richtung der Mittelachslinie O weiter hinten liegt als die Rückkante der Mittelelektrode 3. Doch der vorspringende Abschnitt 60 kann, wie in 3 gezeigt, auch so geformt sein, daß die obige Lagebeziehung umgekehrt ist, innerhalb solch eines Bereichs, daß der Wert von I/L nicht kleiner als 0,5 ist.
Die vorspringende Fläche 53 des vorspringenden Abschnitts 60 wurde auch in 2 als eine abgestufte Fläche geformt, umfassend, in Verbindung, eine Kegelfläche (Fläche mit reduziertem Durchmesser) 53b und eine aufrecht geschnittene Mantelfläche 53a. Doch die vorspringende Fläche 53 kann auch so geformt sein, daß der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 50 vom Verbindungspunkt S in Richtung des Verbindungspunkts P kontinuierlich abnimmt, derart, daß die Außenlinie, im Querschnitt, der vorspringenden Fläche 53 eine glatte, konvex gekrümmte Linie ist, wie in 4 gezeigt, eine lineare Form (Kegelfläche), wie in 5A gezeigt, oder auch eine konkav gekrümmte Linie, wie in 5B gezeigt. Zudem kann der Verbindungsabschnitt 55 so geformt sein, daß er drei- oder mehrstufige Abschnitte mit reduziertem Durchmesser aufweist, wie in 6 gezeigt.
Um die Wirkungen der Zündkerze des obigen Beispiels 1 zu prüfen, wurden die folgenden Experimente durchgeführt. Zuerst wurden Zündkerzen hergestellt, wie in 1 und 2 gezeigt, wobei d, D, θ, I und L wie oben beschrieben auf verschiedene Werte gesetzt wurden. Als beschleunigter Haltbarkeitstest wurden die Zündkerzen dann auf 350°C erwärmt und dem in Paragraph JISB8031 6.10 beschriebenen Verfahren gemäß 300 Stunden lang entladen, um wieder auf Normaltemperatur zurückzukommen. Dann wurden Widerstandswerte gemessen, und die Änderungsraten von den vor Beginn der Tests gemessenen Anfangswiderstandswerten wurden berechnet, woraus die Widerstandsänderungsraten für die Funkendauer ermittelt wurden. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 2 aufgeführt:
Daraus ist zu entnehmen, daß Zündkerzen mit einem Wert von I/L nicht kleiner als 0,5, einem Wert von d/D von 0,5–0,95, einem Wert θ von 20°–80° besonders erfolgreiche Ergebnisse aufwiesen.
Beispiel der vorliegenden Erfindung
12 und 13 zeigen ein Beispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze. Das heißt, eine Zündkerze 200 umfaßt ein zylindrisches Metallgehäuse 301, das eine Masseelektrode 310 aufweist, die vorspringend auf einer Spitzenendseite 111 vorgesehen ist, einen Isolator 302 mit einer Durchgangsbohrung 320, der im Metallgehäuse 301 befestigt ist, eine Klemme 303, die einen Klemmenabschnitt 331 aufweist, der von einer hinteren Endseite 231 des Isolators 302 vorspringt und in der Durchgangsbohrung 320 eingepaßt ist, ein Glasdichtungsmaterial 304 (stromleitender Verbindungsabschnitt), das einen Spitzenendabschnitt 332 der Klemme 303 abdichtet, und eine Mittelelektrode 305, die in der Durchgangsbohrung 320 so befestigt ist, daß ein stangenförmiger Abschnitt 351 von einer Spitzenendseite 322 des Isolators 302 vorspringt. Dann ist die Zündkerze über eine Dichtung 121 an einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) geschraubt, und eine Zündkerzenkappe (nicht gezeigt) ist am Klemmenabschnitt 331 angebracht, wobei die Zündkerze 200 in dieser Anordnung mit einer Hochspannung versorgt wird.
Das Metallgehäuse 301, das aus kohlenstoffarmem Stahl besteht, umfaßt einen gewindeten Abschnitt 311 mit einem Gewinde 112, das am Umfang geformt ist, einen Rumpfabschnitt 312 mit der Dichtung 121, die auf der Vorderseite vorgesehen ist, und eine dünnwandige Zone 122, die umlaufend auf der Rückseite vorgesehen ist, und einen sechskantigen Abschnitt 313, um das Anlegen eines Zündkerzenschlüssels daran zu erlauben. Darüber hinaus bezeichnet das Bezugszeichen 123 eine Dichtung und 124 bezeichnet einen Ring.
Der Isolator 302, in dem die Durchgangsbohrung 320 entlang der Achse geformt wurde, besteht aus einem keramisch gesinterten Körper, hauptsächlich aus Alulina, und umfaßt einen langbeinigen Abschnitt 321, der im Inneren des gewindeten Abschnitts 311 angeordnet ist, einen Abschnitt 323 mit großem Durchmesser, der über einem Bereich von einem sechskantigen Abschnitt 313 des Metallgehäuses 301 bis zum Inneren des Rumpfabschnitts 312 angeordnet ist, und einen Körperabschnitt 324 mit einer Riffelung 232, die am Außenumfang geformt ist. Von der Durchgangsbohrung 320 wird ein Abschnitt, der im langbeinigen Abschnitt 321 auf der Vorderseite einer Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts angeordnet ist, als ein erster Abschnitt 320a mit kleinerem Durchmesser genommen (der etwas größer ist als der Durchmesser der Mittelelektrode (⌀ 2,6 mm)), während ein Abschnitt, der zwischen dem Körperabschnitt 324 und einem Abschnitt 323 mit größerem Durchmesser angeordnet ist uns auf der Rückseite der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts liegt, als ein zweiter Abschnitt 320b mit größerem Durchmesser (⌀ 4,2 mm) genommen wird.
In Zündkerzen, die als Prüflinge Nr. 3–9 bezeichnet werden, wie in 14 gezeigt, die erfindungsgemäße Produkte sind, ist der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts (ein Winkel, der durch eine Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und eine Bezugsebene 252 gebildet wird, die rechtwinklig zur Achslinie der Durchgangsbohrung 320 liegt), auf 45°–85° eingestellt. In den Zündkerzen, die durch als Prüflinge Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 10 bezeichnet werden, die Vergleichsprodukte sind, ist der Kegelwinkel (ein Winkel, der durch die Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und die Bezugsebene 252 gebildet wird), auf jeweils 30°, 40° und 90° eingestellt.
Die Klemme 303, die aus kohlenstoffarmem Stahl besteht und deren Oberfläche mit Nickel überzogen ist, umfaßt einen Klemmenabschnitt 331, der von der hinteren Endseite 231 vorspringt, einen Spitzenendabschnitt 332, der in der Durchgangsbohrung 320 mit Glas abgedichtet ist, und einen stangenförmigen Abschnitt 333, um den Klemmenabschnitt 331 und den Spitzenendabschnitt 332 miteinander zu verbinden. Der Klemmenabschnitt 331 ist am zentralen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser geformt, um das Abfallen der Zündkerzenkappe zu verhindern, wenn sie angebracht ist. Der Spitzenendabschnitt 332 weist einen Außenumfang auf, der zu einer gewindeten und gerändelten Form bearbeitet ist, und durch das Glasdichtungsmaterial 304 (leitfähiger Verbindungsabschnitt in 12) in der Durchgangsbohrung 320 abgedichtet ist.
Das Glasdichtungsmaterial 304 ist eine verfestigte Schmelze aus Materialien auf Glasbasis, das hergestellt wird, indem ein zweites Pulverglasmaterial, ein Widerstandsmaterial und ein erstes Pulverglasmaterial in dieser Reihenfolge zusammengestellt werden, und umfaßt einen ersten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt 341, einen Widerstand 342 und einen zweiten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt 343. Das erste und das zweite Glasdichtungsmaterial sind Mischungen aus Kupferpulver und Glaspulver (mit einem Mischgewichtsverhältnis von etwa 1 : 1). Das Widerstandsmaterial ist eine Mischung, die erhalten wird, indem dem Glaspulver Carbonpulver, Metallpulver (Al, Sn usw.), Keramikpulver und organisches Bindemittel zugesetzt werden.
Die Mittelelektrode 305 weist einen stangenförmigen Abschnitt 351 und einen vorspringenden Abschnitt 352 zur Elektrodenbefestigung auf, wobei der vorspringende Abschnitt 352 zur Elektrodenbefestigung mit der Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts im Eingriff steht, das Spitzenende des stangenförmigen Abschnitt 351 so in der Durchgangsbohrung 320 eingeführt ist, daß es von der Spitzenendseite 322 des Isolators vorspringt, wobei die Mittelelektrode 305 im Inneren der Durchgangsbohrung 320 durch das Glasdichtungsmaterial 304 (zweiter leitfähiger Glasdichtungsabschnitt 343) abgedichtet ist. Zudem steht im vorspringenden Abschnitt 352 zur Elektrodenbefestigung eine Kegelfläche 521 des tonnenförmigen Verbindungsabschnitts mit der Kegelfläche 251 im Eingriff, und ein V-förmiger Ausschnitt 522 ist an einem hinteren Ende geformt.
Diese Mittelelektrode 305, die ein komplexes Material aus einem Überzugmaterial aus Nickellegierung und einem Kernmaterial (wärmeleitendes Metall wie z. B. Kupfer) ist, das im Überzugmaterial eingeschlossen ist, ist über das Glasdichtungsmaterial 304 mit der Klemme 303 elektrisch verbunden. Der gesamte Abschnitt der Mittelelektrode kann aus Nickel oder einer Legierung davon bestehen. Ferner wird der Glasabdichtungsvorgang wie oben beschrieben durchgeführt.
Als nächstes wurde ein Wärmewiderstandstest durchgeführt, wobei der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts auf verschiedene Weise variiert wurde, und die Vorteile der erfindungsgemäßen Produkte werden beschrieben. Zuerst wurden Zündkerzen 200 vorbereitet, in denen der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts (ein Winkel, der durch die Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und eine radiale Ebene 252 gebildet wird) auf 30°–90° eingestellt waren (Prüflinge Nr. 1–Nr. 10) (fünf Stück je Prüfling)), an einem 4-Takt-Einzylindermotor mit 125 cm³ montiert und mit 6000 U/min betrieben. 14 zeigt geplottete Vorzündungsdaten, deren Zündzeitpunkt der Reihe nach vorgeschoben wurde. Die Zündeinstellung wurde bei 20°CA gestartet, 1 Minute lang gehalten, und dann in Schritten von 1°CA Vorzündung geändert. Ferner wurde der Kegelwinkel des vorspringenden Abschnitt 352 zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode 305 (ein Winkel, der durch die Kegelfläche 521 des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitt 352 zur Elektrodenbefestigung und eine radiale Ebene 252 gebildet wird) auf den gleichen Wert gesetzt wie der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts.
Es ist anzumerken, daß Zündkerzen des Prüflings Nr. 10, in denen der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts (ein Winkel, der durch die Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und die radiale Ebene 252 gebildet wird) auf 90° eingestellt war, nicht dem Wärmewiderstandstest unterzogen wurden, wie in 14 gezeigt, da die Mittelelektrode 305 in all diesen fünf Zündkerzen um mehr als das spezifizierte Maß vorsprang.
Andrerseits haben Zündkerzen 200 der Prüflinge Nr. 3–9, bei denen der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts (ein Winkel, der durch die Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts und die radiale Ebene 252 gebildet wird) innerhalb eines Bereichs von 45°–85° eingestellt waren, bestätigt, daß der Wärmewiderstand gegenüber Zündkerzen nach dem Stand der Technik (mit dem Kegelwinkel von 20°–40°) verbessert wird (um 4°CA bis 8°CA Vorzündung), und daß das Auftreten von Frühzündungen unterdrückt werden kann.
Ferner haben die Zündkerzen 200 der Prüflinge Nr. 3–9 bestätigt, daß Schwankungen im Wärmewiderstand im Vergleich zu Zündkerzen nach dem Stand der Technik reduziert werden können (um 6°CA–3°CA Vorzündung), wodurch die Einheitlichkeit der Produktqualität erreicht werden kann.
Die Wirkungen, die mit den Zündkerzen 200 erreicht wurden, in denen der Kegelwinkel der Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts auf 45°–85° (Prüflinge Nr. 3–9) eingestellt waren, daß der Frühzündungsschutzleistung verbessert wird, während Schwankungen im Wärmewiderstand reduziert werden können, so daß eine Einheitlichkeit der Produktqualität erreicht werden kann, konnte den folgenden Gründen zugeschrieben werden:
Da der Kegelwinkel der Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts groß eingestellt ist (45°–85°), wird der Strömungswiderstand des zweiten leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 343 an der Innenwand der Durchgangsbohrung in der Nachbarschaft der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts niedrig gehalten, so daß ein ausreichendes Fließvermögen gewährleistet werden kann. Aufgrund dessen wird die Druckausbreitung bei der Erwärmung und Abdichtung nicht beeinträchtigt, so daß das Sinterverhalten (Wärmeleitfähigkeit) in den kleinen Räumen (nachstehend Dichtungsabschnitte genannt), die zwischen der Kegelfläche 521 des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts 352 zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode und der Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts verbessert werden kann.
Das gute Sinterverhalten der Dichtungsabschnitte führt zu einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Wärmewiderstandsleistung (Frühzündungsschutzleistung) der Zündkerzen 200 verbessert werden kann. Aufgrund des einheitlichen Sinterverhaltens der Dichtungsabschnitte kann die Wärmewiderstandsleistung (Frühzündungsschutzleistung) der Zündkerzen 200 allgemein von Produkt zu Produkt einheitlich gemacht werden.
Als nächstes werden eine Stoßprüfung, wobei der Kegelwinkel der Kegelfläche 251 der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts auf verschiedene Weise variiert wurde, sowie die Vorteile der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 zeigt die Bewertungsergebnisse der Stoßprüfung, wie in Paragraph 3.3 von JISB8031 definiert, mit Zündkerzen 200 (fünf Stück je Prüfling), wobei der Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts auf 50° eingestellt war und der Kegelwinkel des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts 352 zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode 305 auf +0°, +5°, +7° relativ zum Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts eingestellt war. Dieser Test wurde mit einem Hubweg von 22 mm für jeden Prüfling 10 Minuten lang durchgeführt. Dann wurden die Prüflinge, die die Spezifikation erfüllten, daß die Änderungsrate des Widerstands nach Abschluß des Tests in einem Bereich von ±10% liegt, mit O gekennzeichnet, die anderen wurden mit × gekennzeichnet.
Einige der Prüflinge, die den 7°-Kegelwinkel der Fläche 325 zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts aufwiesen, hielten die Spezifikation nicht ein, und es wurde bestätigt, daß die Stoßfestigkeit mit zunehmendem Kegelwinkel des vorspringenden Abschnitts 352 zur Elektrodenbefestigung abnimmt.
Als ein Ergebnis der Feststellung des Zustands des zweiten leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 343 durch Aufschneiden der Prüflinge, die diesem Test unterzogen wurden, wurde nachgewiesen, daß der Dichtegrad der des zweiten leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 343 unter den Prüflingen verschieden ist. Das heißt, während an der äußeren Umfangsfläche des vorspringenden Abschnitts 352 zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode 305 keine signifikanten Unterschiede in der Dichte des zweiten leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 343 erkannt wurden, wurde festgestellt, daß die Dichte des zweiten leitfähigen Glasdichtungsabschnitts 343 in den oben erwähnten kleinen Räumen (Dichtungsabschnitten) mit zunehmendem Kegelwinkel des Verbindungsabschnitts des vorspringenden Abschnitts 352 zur Elektrodenbefestigung der Mittelelektrode 305 allmählich abnimmt. Ein Ergebnis der durchgeführten Stoßprüfung ist daher, daß der zweite leitfähige Glasdichtungsabschnitt 343 in den kleinen Abschnitten leicht zu Rißbildung führt und die Stabilität der Mittelelektrode 305 verschlechtert, wenn er einen geringen Dichtegrad aufweist.

Claims

Zündkerze (200), umfassend: einen Isolator (302), der in einem zylindrischen Metallgehäuse (301) angeordnet ist; eine Durchgangsbohrung (320), die entlang einer axialen Richtung des Isolators (302) geformt ist; eine Klemme (303), die an einem Ende der Durchgangsbohrung (320) angeordnet ist; eine Mittelelektrode (305), die am anderen Ende der Durchgangsbohrung (320) angeordnet ist; und einen stromleitenden Verbindungsabschnitt (304), der in der Durchgangsbohrung (320) zwischen der Klemme (303) und der Mittelelektrode (305) geformt ist, wobei der stromleitende Verbindungsabschnitt (304) stromleitende Glasdichtungsabschnitte (341, 343) umfaßt und dazu dient, die Klemme (303) und die Mittelelektrode (305) miteinander zu verbinden; wobei ein Abschnitt der Durchgangsbohrung (320), der auf der Vorderseite einer Fläche (325) zur Aufnahme eines konischen, vorspringenden Abschnitts angeordnet ist, einen ersten Abschnitt (320a) mit kleinerem Durchmesser umfaßt, und wobei ein Abschnitt der Durchgangsbohrung (320), der auf der Rückseite der Fläche (325) zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts angeordnet ist, einen zweiten Abschnitt (320b) mit größerem Durchmesser umfaßt; wobei die Mittelelektrode (305) einen stabförmigen Mittelelektrodenkörperabschnitt (351) aufweist, der mindestens partiell im ersten Abschnitt (320a) angeordnet ist, und einen vorspringenden Abschnitt (352) zur Elektrodenbefestigung, der an einem hinteren Endabschnitt des Mittelelektrodenkörperabschnitts (351) so geformt ist, daß er von einer Außenumfangsfläche des Mittelelektrodenkörperabschnitts (351) nach außen vorspringt, und der mit der Fläche (325) zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts im Eingriff steht; und wobei das stromleitende Glas eines dieser Glasdichtungsabschnitte (343) in den engen Spalt zwischen der Außenfläche der Mittelelektrode (305) und dem zweiten Abschnitt (320b) der Durchgangsbohrung eingeführt wird; dadurch gekennzeichnet, daß ein Kegelwinkel der Fläche (325) zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts im Bereich von 45° bis 85° liegt, wobei der Kegelwinkel durch eine Bezugsebene (252) definiert wird, die rechtwinklig zu einer Mittelachsenlinie der Durchgangsbohrung (320) liegt.
Zündkerze (200) nach Anspruch 1, wobei der stromleitende Verbindungsabschnitt (304) einen ersten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt (341), einen Widerstand (342) und einen zweiten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt (343) umfaßt, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Klemme (303) aus in der Durchgangsbohrung (320) geformt sind; die Klemme (303) in der Durchgangsbohrung (320) so angeordnet ist, daß ein Klemmenabschnitt (331) von einer hinteren Endfläche (231) des Isolators (302) vorspringt, und ein Spitzenabschnitt (332) der Klemme (303) in der Durchgangsbohrung (320) durch den ersten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt (341) abgedichtet wird, und der vorspringende Abschnitt (352) zur Elektrodenbefestigung in der Durchgangsbohrung (320) durch den zweiten stromleitenden Glasdichtungsabschnitt (343) abgedichtet wird.
Zündkerze (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kegelwinkel der Fläche (325) zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts im Bereich von 60° bis 85° liegt, und bevorzugt von 75° bis 85°.
Zündkerze (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kegelwinkel eines konischen Verbindungsabschnitts zwischen dem vorspringenden Abschnitt (352) zur Elektrodenbefestigung und dem Mittelelektrodenkörperabschnitt (351), mit welchem die Fläche (325) zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts in Kontakt ist, auf nicht mehr als (θ + 5)° eingestellt ist, wobei θ° der Kegelwinkel der Fläche (325) zur Aufnahme des vorspringenden Abschnitts ist.