DE69900064T2 - Spark plug and ignition arrangement for use in an internal combustion engine - Google Patents

Spark plug and ignition arrangement for use in an internal combustion engine

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DE69900064T2 DE1999600064 DE69900064T DE69900064T2 DE 69900064 T2 DE69900064 T2 DE 69900064T2 DE 1999600064 DE1999600064 DE 1999600064 DE 69900064 T DE69900064 T DE 69900064T DE 69900064 T2 DE69900064 T2 DE 69900064T2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, weiterhin betrifft sie eine Zündanlage zur Verwendung bei einem mit Zündkerzen ausgerüsteten Verbrennungsmotor.The present invention relates to a spark plug for use in an internal combustion engine, and further relates to an ignition system for use in an internal combustion engine equipped with spark plugs.

Wie in Fig. 11 der begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, wurde in einer Zündanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor mit Zündkerzen üblicherweise ein Verteiler eingesetzt. In einer Zündanlage 249 gemäß Fig. 11 enthält eine Zündspule 251 eine Primärspule 252, die Elektrizität von einer Batterie 256 über einen Zündschalter 257 empfängt und an eine Zündvorrichtung angeschlossen ist, weiterhin eine Sekundärspule 253, die an einen Verteiler 250 angeschlossen ist. Wenn eine elektronische Steuereinheit 255 an die Zündvorrichtung 254 zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt ein Unterbrechungs-Befehlssignal gibt, veranlaßt die Zündvorrichtung 254 eine kontaktlose Schaltanordnung zum Arbeiten, damit der Stromfluß durch die Primärspule 252 unterbrochen wird. Im Ergebnis wird in der Sekundärspule 253 ein Hochspannungsstrom induziert. Der Verteiler 250 verteilt den induzierten Strom über Hochspannungskabel C an Zündkerzen 100.As shown in Fig. 11 of the accompanying drawings, a distributor has been conventionally used in an ignition system for an automotive internal combustion engine having spark plugs. In an ignition system 249 shown in Fig. 11, an ignition coil 251 includes a primary coil 252 which receives electricity from a battery 256 through an ignition switch 257 and is connected to an ignition device, and a secondary coil 253 which is connected to a distributor 250. When an electronic control unit 255 gives an interruption command signal to the ignition device 254 at a predetermined ignition timing, the ignition device 254 causes a contactless switching arrangement to operate so that the flow of current through the primary coil 252 is interrupted. As a result, a high-voltage current is induced in the secondary coil 253. The distributor 250 distributes the induced current via high-voltage cable C to spark plugs 100.

In der jüngeren Zeit wurde das oben beschriebene Verteiler-Zündsystem durch ein volltransistorisiertes Spulenkerzen-Zündsystem ersetzt (im folgenden mit "DLI-System" abgekürzt, abgeleitet von dem Begriff Distributor-Less Ignition, also verteilerfreies Zündsystem). Das DLI-System ermöglicht eine einfache Zündzeitpunkt-Steuerung und erfordert keinerlei Wartung von Kontakten. Bei dem DLI-System ist direkt auf jeder Zündkerze eine Zündspule angeordnet. Eine Steuereinheit unterbricht den Stromfluß in die Primärspule der Zündspule jeder Zündkerze zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, damit die Zündkerze einen Funken erzeugt. Da Zündspulen direkt auf den einzelnen Zündkerzen montiert sind, werden keine Hochspannungskabel benötigt.In recent times, the distributor ignition system described above has been replaced by a fully transistorized coil plug ignition system (hereinafter abbreviated to "DLI system", derived from the term Distributor-Less Ignition). The DLI system enables simple ignition timing control and does not require any contact maintenance. In the DLI system, an ignition coil is arranged directly on each spark plug. A control unit interrupts the flow of current in the primary coil of the ignition coil of each spark plug at a predetermined time so that the spark plug generates a spark. Since Since ignition coils are mounted directly on the individual spark plugs, no high-voltage cables are required.

Um die Beständigkeit gegenüber durch Funken verursachen Verbrauch einer Zündkerze zu verbessern, ist üblicherweise ein als Zündabschnitt füngierendes Pt-(Platin-)Plättchen an einem Ende einer Elektrode der Zündkerze ausgebildet. Allerdings ist Pt teuer, sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 1769ºC, was daraufhinweist, daß die Beständigkeit gegenüber funkenbedingtem Verbrauch des Pt unzureichend ist, weshalb Ir (Iridium) als Material für das Plättchen vorgeschlagen wurde, da Ir einen Schmelzpunkt von etwa 2454ºC besitzt. Allerdings erzeugt ein Zündabschnitt aus Ir ein flüchtiges Oxid bei einer Temperatur von 900ºC bis 1000ºC, was auf die Neigung des Materials hinweist, innerhalb dieses Temperaturbereichs verbraucht zu werden.In order to improve the spark consumption resistance of a spark plug, a Pt (platinum) chip acting as an ignition portion is usually formed at one end of an electrode of the spark plug. However, Pt is expensive and its melting point is about 1769ºC, indicating that the spark consumption resistance of Pt is insufficient, so Ir (iridium) has been proposed as the chip material because Ir has a melting point of about 2454ºC. However, an ignition portion made of Ir generates a volatile oxide at a temperature of 900ºC to 1000ºC, indicating the tendency of the material to be consumed within this temperature range.

Bei einer Zündkerze mit einem Plättchen aus Material auf Ir-Basis als Zündabschnitt kann der Einsatz des oben erläuterten DLI-Systems einen beträchtlichen abträglichen Einfluß auf die Haltbarkeit des Zündabschnitts haben. Die Funkenentladung einer Zündkerze wird abhängig von der Form allgemein in eine Glühentladung und eine Bogenentladung klassifiziert. Eine Glühentladung erfolgt zum Beispiel, wenn die Impedanz einer Spannungsversorgung (im folgenden als "Spannungsversorgungs-Impedanz" bezeichnet) relativ hoch ist. Da ein Entladungsstrom relativ schwach ist, verursacht die Glühentladung eine weniger beträchtliche Temperaturzunahme und geringeren Verbrauch des Zündabschnitts. Eine Bogenentladung hingegen erfolgt häufig, wenn eine Spannungsversorgungs-Impedanz relativ niedrig ist. Folglich besteht die Tendenz, daß ein starker Entladestrom fließt, mit der Folge einer beträchtlichen Temperaturzunahme des Zündabschnitts, wodurch der Verbrauch des Zündabschnitts begünstigt wird. Vom Standpunkt der Unterdrückung des Verbrauchs des Zündabschnitts ist daher bei der Zündentladung die Glühentladung vorzugsweise dominant.In a spark plug having a chip made of Ir-based material as an ignition section, the use of the DLI system explained above may have a significant adverse effect on the durability of the ignition section. The spark discharge of a spark plug is generally classified into a glow discharge and an arc discharge depending on the shape. For example, a glow discharge occurs when the impedance of a power supply (hereinafter referred to as "power supply impedance") is relatively high. Since a discharge current is relatively weak, the glow discharge causes a less significant temperature increase and less consumption of the ignition section. On the other hand, an arc discharge often occurs when a power supply impedance is relatively low. Consequently, a large discharge current tends to flow, resulting in a considerable increase in the temperature of the ignition section, thereby promoting the consumption of the ignition section. From the standpoint of suppressing the consumption of the ignition section, therefore, the glow discharge is preferably dominant in the ignition discharge.

Bei einem Verteiler-Zündsystem ist die Spannungsversorgungs-Impedanz aufgrund der elektrischen Widerstände eines Kontaktabstands und eines Hochspannungskabels groß. Dementsprechend herrscht bei einer Zündentladung die Glühentladung vor. In dem DLI-System jedoch ist die Spannungsversorgungs-Impedanz niedrig, da die elektrischen Widerstände eines Kontaktabstands und eines Hochspannungskabels nicht vorhanden sind. Folglich nimmt abhängig von dem für eine Elektrode verwendeten Material die Übergangsrate von der Glühentladung zur Bogenentladung bei einer Zündentladung zu, was möglicherweise Ursache für den Elektrodenverbrauch ist. Gemäß einer von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Studie zeigt ein Zündabschnitt aus einem Material auf Ir-Basis eine besonders hohe Übergangsrate von Glühentladung zu Bogenentladung, was die Lebensdauer der Zündkerze möglicherweise verkürzt. Diese Tendenz wird noch beschleunigt durch den Verbrauch des Zündabschnitts, der durch die Verflüchtigung mittels Oxidation verursacht wird.In a distributor ignition system, the power supply impedance is large due to the electrical resistances of a contact gap and a high-voltage cable. Accordingly, the glow discharge predominates in an ignition discharge. However, in the DLI system, the power supply impedance is low because the electrical resistances of a contact gap and a high-voltage cable are absent. Consequently, depending on the material used for an electrode, the transition rate from the glow discharge to the arc discharge increases in an ignition discharge, which may cause the electrode consumption. According to a study conducted by the inventors of the present invention, an ignition portion made of an Ir-based material exhibits a particularly high transition rate from the glow discharge to the arc discharge, which may shorten the life of the spark plug. This tendency is further accelerated by the consumption of the ignition portion caused by volatilization by oxidation.

Die japanische Patent-Offenlegungsschrift 7-50192 (US-Patent 5 514 929), von der angenommen wird, daß sie den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, offenbart, daß bei Verwendung einer Zündkerze mit einer hauptsächlich aus Ir bestehenden Spitze in einem Gasmotor die Energie der induzierten Entladung durch die Verwendung eines Widerstands mit einem Widerstandswert von nicht weniger als 50 kΩ und nicht mehr als 200 kΩ verringert werden kann. Obschon aber ein Gasmotor das Problem der Zündfähigkeit selbst dann nicht kennt, wenn die Entladungsenergie abnimmt, so hat ein Benzinmotor jedoch ein Problem bezüglich der Zündfähigkeit, wenn die Entladungsenergie geringer wird.Japanese Patent Laid-Open No. 7-50192 (US Patent 5,514,929), which is believed to be the closest prior art, discloses that when a spark plug having a tip composed mainly of Ir is used in a gas engine, the energy of induced discharge can be reduced by using a resistor having a resistance value of not less than 50 kΩ and not more than 200 kΩ. However, although a gas engine does not have the problem of ignitability even if the discharge energy decreases, a gasoline engine has a problem of ignitability when the discharge energy decreases.

Ein erstes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zündkerze, bei der das Zustandekommen einer Bogenentladung unwahrscheinlich wird, ungeachtet der Tatsache, daß ein Funkenabschnitt aus einem Metall auf Ir-Basis gebildet ist, um dadurch den Verbrauch einer Elektrode und die Verschlechterung der Zündfähigkeit zu unterdrücken.A first object of the invention is to provide a spark plug in which arc discharge is unlikely to occur, despite the fact that a spark portion is formed of an Ir-based metal, to thereby suppress consumption of an electrode and deterioration of ignitability.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zündanlage zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor mit Zündkerzen.A second object of the invention is to provide an ignition system for use in an internal combustion engine with spark plugs.

Um das erste Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Zündkerze, welche umfaßt: eine Mittelelektrode; einen die Mittelelektrode umgebenden Isolator; eine Metallhülse, die den Isolator umgibt; eine der Mittelelektrode gegenüberstehende Erdungselektrode; einen Funkenabschnitt aus seinem Metall, das nicht weniger als 60 Gew.-% Ir enthält und fest an der Mittelelektrode und/oder der Erdungselektrode angebracht ist, um dadurch eine Funkenentladungsstrecke zu definieren, wobei in dem einen Endabschnitt eines axial in dem Isolator gebildeten Durchgangslochs ein metallischer Anschluß fest angebracht ist, die Mittelelektrode fest an dem anderen Endabschnitt des Durchgangslochs befestigt ist; und einen Widerstand, der in dem Durchgangsloch zwischen dem metallischen Anschluß und der Mittelelektrode angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einen elektrischen Widerstandswert von nicht weniger als 10 kΩ, jedoch nicht mehr als 25 kΩ aufweist.To achieve the first object, the present invention provides a spark plug comprising: a center electrode; an insulator surrounding the center electrode; a metal shell surrounding the insulator; a ground electrode facing the center electrode; a spark portion made of metal containing not less than 60 wt% of Ir and fixedly attached to the center electrode and/or the ground electrode to thereby define a spark discharge gap, a metallic terminal being fixedly attached to one end portion of a through hole formed axially in the insulator, the center electrode being fixedly attached to the other end portion of the through hole; and a resistor connected in the through hole between the metallic terminal and the center electrode, characterized in that the resistor has an electrical resistance value of not less than 10 kΩ but not more than 25 kΩ.

Um das zweite Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Zündanlage zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze und einer Spuleneinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7.To achieve the second object, the present invention provides an ignition system for use in an internal combustion engine comprising a spark plug and a coil unit according to the features of claim 7.

Die Zündkerze enthält eine Mittelelektrode; einen die Mittelelektrode umgebenden Isolator; eine den Isolator umgebende Metallhülse; eine Erdungselektrode, die der Mittelelektrode gegenübersteht, und einen Funkenabschnitt, der fest an entweder der Mittelelektrode oder der Erdungselektrode befestigt ist, um dadurch eine Funkenentladungsstrecke zu definieren. Der Funkenabschnitt ist aus einem Metall gebildet, welches nicht weniger als 60 Gew.-% Ir enthält. Die Zündkerze enthält außerdem einen metallischen Anschluß, der fest in dem einen Endabschnitt eines axial in dem Isolator ausgebildeten Durchgangslochs befestigt ist, während die Mittelelektrode in dem anderen Endabschnitt des Durchgangslochs fest angebracht ist.The spark plug includes a center electrode; an insulator surrounding the center electrode; a metal shell surrounding the insulator; a ground electrode facing the center electrode, and a spark portion fixedly attached to either the center electrode or the ground electrode to thereby define a spark discharge gap. The spark portion is formed of a metal containing not less than 60 wt% Ir. The spark plug also includes a metallic terminal fixedly attached in one end portion of a through hole formed axially in the insulator, while the center electrode is fixedly attached in the other end portion of the through hole.

Die Spuleneinheit enthält ein an der Zündkerze befestigtes Gehäuse und eine in dem Gehäuse aufgenommene und mit dem metallischen Anschluß der Zündkerze verbundene Zündspule zum Anlegen einer Hochspannung an die Zündkerze, um eine elektrische Entladung zu bewirken.The coil unit includes a housing attached to the spark plug and an ignition coil housed in the housing and connected to the metal terminal of the spark plug for applying a high voltage to the spark plug to cause an electrical discharge.

Das Zündsystem enthält außerdem einen zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode liegenden Widerstandsabschnitt, um einen elektrischen Widerstand von nicht weniger als 10 kΩ und nicht mehr als 25 kΩ zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode zu schaffen.The ignition system further includes a resistance portion disposed between the ignition coil and the center electrode to provide an electrical resistance of not less than 10 kΩ and not more than 25 kΩ between the ignition coil and the center electrode.

Wenn der Funkenabschnitt aus einem Metall auf Ir-Basis gebildet ist, muß das Metall Ir in einem Anteil von nicht weniger als 60 Gew.-% enthalten, da ansonst der hohe Schmelzpunkt von Ir nicht dazu führen kann, daß es zu einer ausreichenden Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Funkenabschnitts gegenüber durch Funken verursachtem Verbrauch kommt. Wie oben allerdings bereits beschrieben wurde, neigt bei einem DLI- System ein hoher Ir-Anteil des Funkenabschnitts dazu, den Übergang zu einer Starkstromentladung zu veranlassen, beispielsweise in Form einer Bogenentladung. Im Ergebnis erhöht sich die Temperatur des Funkenabschnitts auf einen derartigen Wert, daß sich eine Ir-Komponente durch Oxidation verflüchtigt, mit der Folge, daß der Funkenabschnitt entsprechend aufgebraucht wird.When the spark portion is formed of an Ir-based metal, the metal must contain Ir in a proportion of not less than 60 wt%, otherwise the high melting point of Ir cannot result in a sufficient improvement in the resistance of the spark portion to consumption caused by sparks. However, as described above, in a DLI system, a high Ir content of the spark portion tends to cause transition to a high current discharge such as an arc discharge. As a result, the temperature of the spark portion increases to such a level that an Ir component evaporates by oxidation, with the result that the spark portion is consumed accordingly.

Die Erfinder haben umfangreiche Studien betrieben und im Ergebnis herausgefunden, daß selbst beim DLI-System eine Zündkerze mit einem Funkenabschnitt aus dem oben beschriebenen Metall auf Ir-Basis (diese wird im folgenden gelegentlich auch als "Ir-Kerze" bezeichnet) eine elektrische Entladung bei einem relativ schwachen Strom stabil aufrechterhält, beispielsweise in Form einer Glühentladung, und zwar durch die Schaffung eines elektrischen Widerstands von nicht weniger als 10 kΩ (entsprechend einer Spannungsversorgungs-Impedanz) zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis wurde die vorliegende Erfindung geschaffen. Durch Einrichten eines derartigen elektrischen Widerstands ist selbst bei Verwendung von Ir-Kerzen in dem DLI- System der Übergang zu einer Starkstromentladung, beispielsweise einer Bogenentladung, unwahrscheinlich. Somit kann sogar bei Hochgeschwindigkeits- oder Schwerlastbetrieb ein Verbrauch des Funkenabschnitts, der ansonsten durch Verflüchtigung von Ir durch Oxidation erfolgen würde, unterdrückt und damit die Lebensdauer der Zündkerze verlängert werden. Insbesondere ist der zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode gemessene elektrische Widerstand vorzugsweise nicht geringer als 15 kΩ. Wenn allerdings der elektrische Widerstand mehr als 25 kΩ beträgt, wird die Zündfähigkeit möglicherweise beeinträchtigt.The inventors have made extensive studies and, as a result, found that even in the DLI system, a spark plug having a spark portion made of the Ir-based metal described above (hereinafter, this will be occasionally referred to as "Ir plug") stably maintains an electric discharge at a relatively low current, for example, in the form of a glow discharge, by providing an electric resistance of not less than 10 kΩ (corresponding to a power supply impedance) between the ignition coil and the center electrode. Based on this finding, the present invention has been completed. By providing such an electric resistance, even when using Ir plugs in the DLI system, system, transition to a high-current discharge such as an arc discharge is unlikely. Thus, even during high-speed or heavy-load operation, consumption of the spark portion, which would otherwise occur due to volatilization of Ir by oxidation, can be suppressed, thus extending the life of the spark plug. In particular, the electrical resistance measured between the ignition coil and the center electrode is preferably not less than 15 kΩ. However, if the electrical resistance is more than 25 kΩ, the ignitability may be impaired.

Um einen elektrischen Widerstand von nicht weniger als 10 kΩ und nicht mehr als 25 kΩ zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode zu schaffen, kann ein in eine Zündkerze eingebauter und zur Reduzierung von hochfrequentem Rauschen dienender Widerstand verwendet werden. In diesem Fall erhöht sich möglicherweise der elektrische Widerstandswert des Widerstands derart, daß ein elektrischer Widerstandswert von nicht weniger als 10 kΩ (vorzugsweise nicht weniger als 15 kΩ) und nicht mehr als 25 kΩ zwischen dem metallischen Anschluß und der Mittelelektrode geschaffen wird. Wenn der Widerstand nicht eingebaut ist, wie es der Fall bei einer billigen, gewöhnlichen Zündkerze ist, kann ein Widerstandsabschnitt als Widerstand in der Spuleneinheit untergebracht sein, so daß ein elektrischer Widerstandswert in dem oben angegebenen Bereich zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode geschaffen wird.In order to provide an electrical resistance of not less than 10 kΩ and not more than 25 kΩ between the ignition coil and the center electrode, a resistor built into a spark plug and used to reduce high frequency noise may be used. In this case, the electrical resistance of the resistor may be increased so that an electrical resistance of not less than 10 kΩ (preferably not less than 15 kΩ) and not more than 25 kΩ is provided between the metallic terminal and the center electrode. When the resistor is not built in, as is the case with an inexpensive ordinary spark plug, a resistance portion may be housed as a resistor in the coil unit so that an electrical resistance in the above range is provided between the ignition coil and the center electrode.

Wenn bei einer Zündkerze der Durchmesser eines Endabschnitts der Mittelelektrode abnimmt, nimmt das Volumen des Endabschnitts ab. Im Ergebnis absorbiert der Endabschnitt der Mittelelektrode weniger Wärme von der gezündeten Flamme und verbessert dadurch die Zündfähigkeit. Bei der Zündkerze oder der Zündanlage gemäß der Erfindung, in der der Zündabschnitt aus dem oben angegebenen Metall auf Ir-Basis an einem Endabschnitt der Mittelelektrode ausgebildet ist, ist der Durchmesser des Endabschnitts vorzugsweise so eingestellt, daß er nicht mehr als 1,1 mm beträgt. Durch Einstellen des Durchmessers des Endabschnitts auf nicht mehr als 1,1 mm wird die Zündfähigkeit signifikant verbessert. Noch mehr bevorzugt wird der Durchmesser des Endabschnitts auf 0,3 mm bis 0,8 mm eingestellt. Indem der Durchmesser des Endabschnitts auf nicht mehr als 0,8 mm beschränkt wird, wird die Zündfähigkeit noch weiter gesteigert. Wenn der Durchmesser des Endabschnitts weniger als 0,3 mm beträgt, neigt die Temperatur des Zündabschnitts aufgrund der Funkenkonzentration zur Zunahme, und als Ergebnis davon neigt der Zündabschnitt zum Verbrauch durch Verflüchtigung von Ir durch Oxidation.In a spark plug, when the diameter of an end portion of the center electrode decreases, the volume of the end portion decreases. As a result, the end portion of the center electrode absorbs less heat from the ignited flame, thereby improving ignitability. In the spark plug or the ignition system according to the invention in which the igniting portion is formed of the above-mentioned Ir-based metal at an end portion of the center electrode, the diameter of the end portion is preferably set to be not more than 1.1 mm. By setting the diameter of the end portion to be not more than 1.1 mm, ignitability is significantly improved. Even more Preferably, the diameter of the end portion is set to 0.3 mm to 0.8 mm. By limiting the diameter of the end portion to not more than 0.8 mm, the ignitability is further enhanced. When the diameter of the end portion is less than 0.3 mm, the temperature of the ignition portion tends to increase due to spark concentration, and as a result, the ignition portion tends to be consumed by volatilization of Ir by oxidation.

Allgemein wird bei einer Zündkerze der Isolator von der Metallhülse umfaßt. Wenn die Oberfläche des Isolators verunreinigt wird, beispielsweise durch Haftenbleiben von Ruß oder Kraftstoff, so kommt es zu einem Entstehen von Funken zwischen der Innenfläche der Metallhülse und der Außenfläche des Isolators, was möglicherweise eine normale Bildung einer elektrischen Entladung über eine Funkenentladungsstrecke behindert. Die Verkleinerung der Funkenentladungsstrecke ist ein wirksames Mittel zum Aufrechterhalten der normalen elektrischen Entladung über die Strecke, wenn die Oberfläche des Isolators verschmutzt wird. Um die Widerstandsfähigkeit der Zündkerze gegen Verunreinigung zu erhalten, wird die Funkenentladungsstrecke vorzugsweise auf nicht mehr als 1,2 mm, bevorzugter auf nicht mehr als 0,8 mm eingestellt. Um das Auftreten eines Kurzschlusses an der Strecke zu verhindern, wird die Funkenentladungsstrecke auf nicht weniger als 0,3 mm eingestellt.Generally, in a spark plug, the insulator is enclosed by the metal shell. When the surface of the insulator becomes contaminated, for example, by soot or fuel adhering thereto, sparks occur between the inner surface of the metal shell and the outer surface of the insulator, possibly hindering normal formation of an electric discharge across a spark discharge gap. Reducing the spark discharge gap is an effective means of maintaining normal electric discharge across the gap when the surface of the insulator becomes contaminated. In order to maintain the contamination resistance of the spark plug, the spark discharge gap is preferably set to not more than 1.2 mm, more preferably not more than 0.8 mm. In order to prevent the occurrence of a short circuit at the gap, the spark discharge gap is set to not less than 0.3 mm.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the invention are explained by way of example with reference to the accompanying drawings. They show:

Fig. 1 eine Längs-Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze;Fig. 1 is a longitudinal partial sectional view of an embodiment of a spark plug according to the invention;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht von Teilen der Zündkerze nach Fig. 1, welche sich in der Nähe einer Funkenentladungsstrecke befinden;Fig. 2 is an enlarged sectional view of parts of the spark plug according to Fig. 1, which are located near a spark discharge gap;

Fig. 3 eine Schaltungsskizze eines Beispiels einer Zündanlage, die von Zündkerzen gemäß Fig. 1 Gebrauch macht;Fig. 3 is a circuit diagram of an example of an ignition system using spark plugs according to Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Frontansicht der Zündanlage nach Fig. 3, eingebaut in einen Motor;Fig. 4 is a schematic front view of the ignition system according to Fig. 3, installed in an engine;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ergebnisse eines Tests bezüglich des Verhaltens bei Funkenstrecken-Vergrößerung, durchgeführt für die Zündkerzen gemäß Fig. 1;Fig. 5 is a graphical representation of the results of a test concerning the behavior of spark gap enlargement, carried out for the spark plugs according to Fig. 1;

Fig. 6A eine graphische Darstellung der Wellenform einer elektrischen Entladung;Fig. 6A is a graphical representation of the waveform of an electrical discharge;

Fig. 6B eine graphische Darstellung der Wellenform einer weiteren elektrischen Entladung;Fig. 6B is a graphical representation of the waveform of another electrical discharge;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Effekte der Funkenentladungsstrecke und des elektrischen Widerstands auf die Häufigkeit des Übergangs von Glühentladung zu Bogenentladung;Fig. 7 is a graphical representation of the effects of the spark discharge gap and the electrical resistance on the frequency of the transition from glow discharge to arc discharge;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Häufigkeit des Übergangs von Glühentladung auf Bogenentladung, gemessen für das Zündsystem nach Fig. 3 und ein Zündsystem gemäß Fig. 11;Fig. 8 is a graphical representation of the frequency of transition from glow discharge to arc discharge, measured for the ignition system according to Fig. 3 and an ignition system according to Fig. 11;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einem verbrauchten Volumen einer Elektrode und einem Elektrodendurchmesser;Fig. 9 is a graphical representation of the relationship between a consumed volume of an electrode and an electrode diameter;

Fig. 10 eine Graphik, die das Verhalten der Funkenstreckenzunahme in Abhängigkeit von Betriebsstunden zeigt;Fig. 10 is a graph showing the behavior of the spark gap increase as a function of operating hours;

Fig. 11 eine Schaltungsskizze eines Verteiler-Zündsystems;Fig. 11 is a circuit diagram of a distributor ignition system;

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Anzahl von Haltbarkeitszyklen und einer Funkenstrecke; undFig. 12 is a graphical representation of the relationship between the number of durability cycles and a spark gap; and

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Widerstand und Zündgrenze.Fig. 13 is a graphical representation of the relationship between resistance and ignition limit.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine Zündkerze 100, in die ein Widerstand eingebaut ist, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Die Zündkerze 100 enthält eine zylindrische Metallhülse 1, einen Isolator 2, der in die Metallhülse 1 derart eingepaßt ist, daß ein Spitzen-Endabschnitt aus der Metallhülse 1 vorsteht, und eine Erdungselektrode 4, die derart angeordnet ist, daß ein Ende mit der Metallhülse 1 verbunden ist und das andere Ende der Spitze der Mittelelektrode 3 gegenübersteht. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist an der Erdungselektrode 4 ein Funkenabschnitt 32 in der Weise ausgebildet, daß dieser einem Funkenabschnitt 31 der Mittelelektrode 3 gegenübersteht. Die einander gegenüberstehenden Funkenabschnitte 31 und 32 definieren zwischen sich eine Funkenentladungsstrecke γ.Fig. 1 shows a spark plug 100 in which a resistor is built, according to an embodiment of the invention. The spark plug 100 includes a cylindrical metal shell 1, an insulator 2 fitted into the metal shell 1 such that a tip end portion protrudes from the metal shell 1, and a ground electrode 4 arranged such that one end is connected to the metal shell 1 and the other end faces the tip of the center electrode 3. As shown in Fig. 2, a spark portion 32 is formed on the ground electrode 4 in such a way that it faces a spark portion 31 of the center electrode 3. The opposing spark portions 31 and 32 define a spark discharge gap γ therebetween.

Der Isolator 2 ist aus einem Keramik-Sinterkörper gebildet, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. Die Metallhülse 1 besteht zum Beispiel aus schwach kohlenstoffhaltigem Stahl und dient als Gehäuse für die Zündkerze 100. Ein Gewindeabschnitt 7 ist auf der Außenfläche der Metallhülse 1 ausgebildet und dient zum Befestigen der Zündkerze 100 an einem nicht dargestellten Motorblock. Die Maßgebung des Gewindeteils 7 entspricht beispielsweise M14S. Die Länge L&sub1; zwischen einem offenen Ende, aus dem die Mittelelektrode 3 nach außen ragt, und dem hinteren Teil des Isolators 2 ("hinten" bezieht sich auf die Oberseite in Fig. 1) beträgt zum Beispiel 58,5 mm.The insulator 2 is formed of a ceramic sintered body, for example, of alumina or aluminum nitride. The metal shell 1 is made of, for example, low carbon steel and serves as a housing for the spark plug 100. A threaded portion 7 is formed on the outer surface of the metal shell 1 and serves to fasten the spark plug 100 to an engine block (not shown). The dimension of the threaded portion 7 corresponds to, for example, M14S. The length L₁ between an open end from which the center electrode 3 protrudes outward and the rear part of the insulator 2 ("rear" refers to the top in Fig. 1) is, for example, 58.5 mm.

Hauptmasseabschnitte 3a und 4a (Fig. 2) der Mittelelektrode 3 bzw. der Erdungselektrode 4 sind aus einer Ni-Legierung (zum Beispiel Iconel, Handelsbezeichnung) gebildet. Die Funkenabschnitte 31 und 32 sind aus einem Metall gebildet, welches Ir in einer Menge von nicht weniger als 60 Gew.-% enthält.Main ground portions 3a and 4a (Fig. 2) of the center electrode 3 and the ground electrode 4, respectively, are formed of a Ni alloy (for example, Iconel, trade name). The spark portions 31 and 32 are formed of a metal containing Ir in an amount of not less than 60 wt%.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Hauptmasseabschnitt 3a der Mittelelektrode 3 derart verjüngt ausgebildet, daß der Durchmesser zur Spitze hin abnimmt, wobei die Stirnfläche der Spitze als flache Ebene bearbeitet ist. Ein kreisrundes Scheibchen einer Legierung, welches als Funkenabschnitt 31 füngiert, ist fest an der Stirnfläche des Hauptmasseabschnitts 3a durch eine Umfangsschweißung entlang der Grenze zwischen dem Scheibchen und dem Hauptmasseabschnitt 3a befestigt. Als Ergebnis des Schweißvorgangs verläuft entlang der Grenze eine Schweißzone W. Spezielle Beispiele für dieses Schweißen enthalten die Laserschweißung, das Elektronenstrahlschweißen und das Widerstandsschweißen. Der Funkenabschnitt 32 wird in folgender Weise hergestellt: es wird ein kreisrundes Scheibchen auf die Erdungselektrode 4 aufgesetzt, so daß es mit dem gegenüberliegenden Funkenabschnitt 31 fluchtet. Entlang der Grenze zwischen dem Scheibchen und der Erdungselektrode 4 wird durch Schweißen eine Schweißzone W gebildet, so wie bei dem Funkenabschnitt 31, um dadurch das Scheibchen fest an der Erdungselektrode 4 anzubringen. Diese Scheibchen können beispielsweise aus einem geschmolzenen Material hergestellt werden, gewonnen durch Mischen von Komponenten einer Legierung in vorbestimmten Anteilen und Schmelzen des erhaltenen Gemisches, oder aus einem Sintermaterial, erhalten durch Kompaktieren und Sintern eines Legierungspulvers oder eines Gemisches von Pulvern von Metallkomponenten in vorbestimmten Verhältnissen.As shown in Fig. 2, the main mass portion 3a of the center electrode 3 is tapered so that the diameter decreases toward the tip, the end face of the tip is machined as a flat plane. A circular disk of an alloy, which functions as a spark portion 31, is firmly attached to the end face of the main ground portion 3a by circumferential welding along the boundary between the disk and the main ground portion 3a. As a result of the welding, a weld zone W extends along the boundary. Specific examples of this welding include laser welding, electron beam welding, and resistance welding. The spark portion 32 is manufactured in the following manner: a circular disk is placed on the ground electrode 4 so as to be flush with the opposite spark portion 31. A weld zone W is formed along the boundary between the disk and the ground electrode 4 by welding, as in the spark portion 31, thereby firmly attaching the disk to the ground electrode 4. These discs can be made, for example, from a molten material obtained by mixing components of an alloy in predetermined proportions and melting the resulting mixture, or from a sintered material obtained by compacting and sintering an alloy powder or a mixture of powders of metal components in predetermined proportions.

Beispiele der verwendeten Legierung für das Material der oben angesprochenen Scheibchen sind folgende:Examples of the alloy used for the material of the above-mentioned discs are as follows:

(1) Eine Legierung, die Ir als Hauptkomponente und Rh in einem Anteil von 3 Gew.-% bis 40 Gew.-% enthält. Durch die Verwendung der Legierung wird der Verbrauch des Zündabschnitts, welcher ansonsten durch die Verflüchtigung von Ir aufgrund von Oxidation bei hoher Temperatur erfolgen würde, wirksam unterdrückt, so daß eine Zündkerze mit hervorragender Haltbarkeit erhalten wird.(1) An alloy containing Ir as a main component and Rh in a proportion of 3 wt% to 40 wt%. By using the alloy, consumption of the ignition portion, which would otherwise occur due to volatilization of Ir due to oxidation at high temperature, is effectively suppressed, so that a spark plug with excellent durability is obtained.

Wenn der Rh-Anteil der Legierung weniger als 3 Gew.-% beträgt, wird der Effekt der Unterdrückung der Verflüchtigung durch Oxidation von Ir unzureichend. Im Ergebnis neigt der Funkenabschnitt zu Schwund, was eine Beeinträchtigung der Haltbarkeit der Zündkerze zur Folge hat. Wenn der Rh-Anteil der Legierung 40 Gew.-% oder mehr beträgt, beginnt der Schmelzpunkt der Legierung zu sinken, mit dem Ergebnis, daß in einigen Fällen die Haltbarkeit der Zündkerze ebenfalls zu sinken beginnt. Folglich wird der Rh-Anteil der Legierung auf 3 Gew.-% bis (exklusive) 50 Gew.- %, vorzugsweise 7 Gew.-% bis 30 Gew.-%, noch mehr bevorzugt auf 15 Gew.-% bis 25 Gew.-%, am meisten bevorzugt auf 18 Gew.-% bis 22 Gew.-% eingestellt.If the Rh content of the alloy is less than 3 wt%, the effect of suppressing the volatilization by oxidation of Ir becomes insufficient. As a result, the spark section tends to shrink, which causes Deterioration of the durability of the spark plug. When the Rh content of the alloy is 40 wt% or more, the melting point of the alloy begins to decrease, with the result that in some cases the durability of the spark plug also begins to decrease. Accordingly, the Rh content of the alloy is set to 3 wt% to 50 wt% (exclusive), preferably 7 wt% to 30 wt%, more preferably 15 wt% to 25 wt%, most preferably 18 wt% to 22 wt%.

(2) Eine Legierung, die Ir als Hauptkomponente und Pt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% enthält. Durch die Verwendung der Legierung wird der Verzehr des Funkenabschnitts, der sich ansonsten durch Verflüchtigung von Ir aufgrund von Oxidation bei hoher Temperatur einstellen würde, wirksam unterdrückt, so daß man eine Zündkerze mit hervorragender Haltbarkeit erhält. Insbesondere dann, wenn der Pt-Anteil der Legierung weniger als 1 Gew.-% beträgt, wird der Effekt der Unterdrückung der Verflüchtigung durch Oxidation von Ir unzureichend. Im Ergebnis neigt der Funkenabschnitt zum Verbrauch, was die Haltbarkeit der Zündkerze beeinträchtigt. Wenn der Pt-Anteil der Legierung 20 Gew.-% oder höher ist, sinkt der Schmelzpunkt, was die Haltbarkeit der Zündkerze beeinträchtigt.(2) An alloy containing Ir as a main component and Pt in an amount of 1 wt% to 20 wt%. By using the alloy, consumption of the spark portion which would otherwise occur due to volatilization of Ir due to oxidation at high temperature is effectively suppressed, so that a spark plug with excellent durability is obtained. In particular, when the Pt content of the alloy is less than 1 wt%, the effect of suppressing volatilization due to oxidation of Ir becomes insufficient. As a result, the spark portion tends to be consumed, which affects the durability of the spark plug. When the Pt content of the alloy is 20 wt% or more, the melting point decreases, which affects the durability of the spark plug.

Ein Material für das Scheibchen (den Funkenabschnitt) kann ein Oxid oder ein Verbundoxid eines metallischen Elements der Gruppe 3A (sogenannte Seltenerdmetalle) oder der Gruppe 4A (Ti, Zr und Hf) des Periodensystems in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-% enthalten. Durch die Zugabe eines solchen Oxids läßt sich der Verbrauch des Zündabschnitts, der ansonsten aus der Verflüchtigung von Ir aufgrund von Oxidation entstehen würde, wirksamer unterdrücken. Wenn also ein solches Oxid dem Material des Scheibchens hinzugegeben wird, kann eine Metallkomponente des Materials elementares Ir ebenso sein wie die oben bei (1) oder (2) beschriebene Ir-Legierung. Wenn der Oxidanteil des Materials weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, kann die Zugabe eines solchen Oxids nicht in ausreichendem Maß den Effekt der Unterdrückung einer Verflüchtigung durch Oxidation von Ir erzielen. Wenn der Oxidanteil des Materials über 15 Gew.-% beträgt, wird die Beständigkeit des Scheibchens gegen Thermoschock beeinträchtigt. Im Ergebnis kann zum Beispiel beim Anschweißen des Scheibchens an die Elektrode das Scheibchen brechen. Insbesondere wird als das vorerwähnte Oxid Y&sub2;O&sub3; bevorzugt, außerdem werden zum Beispiel La&sub2;O&sub3;, ThO&sub2; oder ZrO&sub2; bevorzugt.A material for the wafer (spark portion) may contain an oxide or a composite oxide of a metallic element of Group 3A (so-called rare earth metals) or Group 4A (Ti, Zr and Hf) of the periodic table in an amount of 0.1 wt.% to 15 wt.%. By adding such an oxide, consumption of the ignition portion which would otherwise result from volatilization of Ir due to oxidation can be more effectively suppressed. Therefore, when such an oxide is added to the material of the wafer, a metal component of the material may be elemental Ir as well as the Ir alloy described in (1) or (2) above. If the oxide content of the material is less than 0.1 wt.%, the addition of such an oxide cannot sufficiently achieve the effect of suppressing volatilization by Oxidation of Ir. If the oxide content of the material is over 15 wt. %, the resistance of the wafer to thermal shock is impaired. As a result, for example, when the wafer is welded to the electrode, the wafer may break. In particular, Y₂O₃ is preferred as the above-mentioned oxide, and La₂O₃, ThO₂ or ZrO₂, for example, are also preferred.

Der Durchmesser δ des Funkenabschnitts 31, das heißt der Durchmesser δ des Endabschnitts der Mittelelektrode 3, beträgt nicht mehr als 1,1 mm, vorzugsweise 0,3 mm bis 0,8 mm. Eine Abmessung y der Funkenentladungsstrecke γ beträgt nicht mehr als 1,2 mm, vorzugsweise 0,3 mm bis 1,1 mm, noch mehr bevorzugt 0,6 mm bis 0,9 mm. Entweder der Funkenabschnitt 31 oder der Funkenabschnitt 32 kann auch weggelassen werden. In diesem Fall wird die Funkenentladungsstrecke γ von dem Funkenabschnitt 31 und der Erdungselektrode 4 oder durch den Funkenabschnitt 32 und die Mittelelektrode 3 gebildet.The diameter δ of the spark portion 31, that is, the diameter δ of the end portion of the center electrode 3, is not more than 1.1 mm, preferably 0.3 mm to 0.8 mm. A dimension y of the spark discharge gap γ is not more than 1.2 mm, preferably 0.3 mm to 1.1 mm, more preferably 0.6 mm to 0.9 mm. Either the spark portion 31 or the spark portion 32 may be omitted. In this case, the spark discharge gap γ is formed by the spark portion 31 and the ground electrode 4 or by the spark portion 32 and the center electrode 3.

Zurückkehrend zu Fig. 1, ist in der Zündkerze 100 ein Durchgangsloch 6 axial in dem Isolator 2 ausgebildet. In das eine Ende des Durchgangslochs 6 ist fest sitzend ein metallischer Anschluß 13 eingesetzt, während die Mittelelektrode 3 fest in den anderen Endabschnitt des Durchgangslochs 6 eingesetzt ist. Ein Widerstand 15 befindet sich innerhalb des Durchgangslochs 6 zwischen dem metallischen Anschluß 13 und der Mittelelektrode 3. Die einander abgewandten Enden des Widerstands 15 sind mit der Mittelelektrode 3 und dem metallischen Anschluß 13 über leitende Glasabdichtungsschichten 16 bzw. 17 verbunden.Returning to Fig. 1, in the spark plug 100, a through hole 6 is formed axially in the insulator 2. A metallic terminal 13 is tightly fitted into one end of the through hole 6, while the center electrode 3 is tightly fitted into the other end portion of the through hole 6. A resistor 15 is located within the through hole 6 between the metallic terminal 13 and the center electrode 3. The opposite ends of the resistor 15 are connected to the center electrode 3 and the metallic terminal 13 via conductive glass sealing layers 16 and 17, respectively.

Der metallische Anschluß 13 ist zum Beispiel aus schwach kohlenstoffhaltigem Stahl gebildet. Eine Ni-Überzugsschicht (mit einer Dicke von zum Beispiel 5 um) ist auf der Oberfläche des metallischen Anschlusses 13 als Mittel gegen Korrosion gebildet. Der metallische Anschluß 13 enthält einen Dichtungsabschnitt 13c (eine Endspitze), einen Anschlußabschnitt 13a, der aus dem hinteren Ende des Isolators 2 vorsteht, und einen Stababschnitt 13b, der sich zwischen dem Anschlußabschnitt 13a und dem Dichtungsabschnitt 13c erstreckt. Der Dichtungsabschnitt 13c nimmt eine axial verlaufende zylindrische Form an und ist in die leitende Glasabdichtungsschicht 17 eingesetzt, so daß der Abstand zwischen dem Dichtungsabschnitt 13c und der Wandung des Durchgangslochs 6 von der Dichtungsschicht 17 abgedichtet ist.The metallic terminal 13 is formed of, for example, low carbon steel. A Ni plating layer (with a thickness of, for example, 5 µm) is formed on the surface of the metallic terminal 13 as an anti-corrosive agent. The metallic terminal 13 includes a sealing portion 13c (an end tip), a terminal portion 13a protruding from the rear end of the insulator 2, and a rod portion 13b located between the terminal portion 13a and the sealing portion 13c. The sealing portion 13c assumes an axially extending cylindrical shape and is inserted into the conductive glass sealing layer 17 so that the distance between the sealing portion 13c and the wall of the through hole 6 is sealed by the sealing layer 17.

Der Widerstand 15 wird durch folgende Schritte hergestellt: Mischen von Glaspulver, Keramikpulver, Metallpulver (welches als Hauptanteil ein einzelnes oder eine Kombination aus der Gruppe Zn, Sb, Sn, Ag und Ni enthält), ein nichtmetallisches Pulver aus einer leitenden Substanz (zum Beispiel amorpher Kohlenstoff (Ruß) oder Graphit), und eines organischen Bindemittels in vorbestimmten Anteilen; und Sintern des erhaltenen Gemisches gemäß einem bekannten Verfahren, zum Beispiel unter Einsatz einer Heißpresse. Zusammensetzung und Abmessungen des Widerstands 15 werden so eingestellt, daß ein elektrischer Widerstand von nicht weniger 10 kΩ gebildet wird (vorzugsweise nicht weniger als 15 kΩ), jedoch nicht größer als 25 kΩ, gemessen zwischen dem metallischen Anschluß 13 und der Mittelelektrode 3.The resistor 15 is manufactured by the following steps: mixing glass powder, ceramic powder, metal powder (containing as a main component a single or a combination of Zn, Sb, Sn, Ag and Ni), a non-metallic powder of a conductive substance (for example, amorphous carbon (soot) or graphite), and an organic binder in predetermined proportions; and sintering the resulting mixture according to a known method, for example, using a hot press. The composition and dimensions of the resistor 15 are adjusted so as to form an electrical resistance of not less than 10 kΩ (preferably not less than 15 kΩ), but not greater than 25 kΩ, measured between the metallic terminal 13 and the center electrode 3.

Die leitenden Glasabdichtungsschichten 16 und 17 werden aus mit Metallpulver vermischtem Glas gemischt, wobei das Metallpulver als Hauptkomponente ein einzelnes oder eine Kombination der Metalle Cu und Fe enthält. Der Metallanteil des erhaltenen Gemisches beträgt 35 Gew.-% bis 70 Gew.-%, vorzugsweise können die leitenden Glasabdichtungsschichten 16 und 17 ein halbleitendes anorganisches Verbindungspulver enthalten, beispielsweise TiO&sub2; in einem geeigneten Anteil.The conductive glass sealing layers 16 and 17 are mixed from glass mixed with metal powder, the metal powder containing as a main component a single or a combination of the metals Cu and Fe. The metal content of the resulting mixture is 35 wt.% to 70 wt.%, preferably the conductive glass sealing layers 16 and 17 may contain a semiconductive inorganic compound powder, for example TiO₂ in an appropriate proportion.

Fig. 3 zeigt eine Zündanlage, welche die Zündkerzen 100 verwendet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet eine Zündanlage 150 keinen Verteiler, sondern enthält Zündspulen 51, die direkt eine Spannung an zugehörige Zündkerzen 100 legen können. Jede der Zündspulen 150 enthält eine Primärspule 52 zur Aufnahme von Elektrizität auf einer Batterie 156, angeschlossen an einen Unterbrecher 154. Die Zündspule 51 enthält weiterhin eine Sekundärspule 53, die an die zugehörige Zündkerze 100 angeschlossen ist. Der Unterbrecher 154 enthält kontaktlose Schalter, beispielsweise Transistoren, die den Zündspulen 51 zugeordnet sind. Nach Erhalt eines Unterbrechungs-Befehlssignals, welches von dem zugehörigen Ausgang einer elektronischen Steuereinheit 155 ausgegeben wird, nimmt jeder der kontaktlosen Schalter einen getrennten oder offenen Zustand ein. Eine Diode 51a zwischen jeweils einer Zündspule 51 und einer zugehörigen Zündkerze 100 verhindert ein erneutes Bestromen der Zündkerze 100, welches ansonsten eintreten würde, wenn der entsprechende kontaktlose Schalter vom offenen Zustand in den leitenden Zustand übergeht.Fig. 3 shows an ignition system using the spark plugs 100. As shown in Fig. 3, an ignition system 150 does not use a distributor, but includes ignition coils 51 that can directly apply a voltage to associated spark plugs 100. Each of the ignition coils 150 includes a primary coil 52 for receiving electricity from a battery 156 connected to a breaker 154. The ignition coil 51 further includes a secondary coil 53 that is connected to the associated spark plug 100. The interrupter 154 contains contactless switches, such as transistors, associated with the ignition coils 51. Upon receipt of an interrupt command signal issued from the associated output of an electronic control unit 155, each of the contactless switches assumes a disconnected or open state. A diode 51a between each ignition coil 51 and an associated spark plug 100 prevents renewed energization of the spark plug 100, which would otherwise occur when the corresponding contactless switch changes from the open state to the conductive state.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist bei einem Verbrennungsmotor 180 in Form eines Mehrzylinder-Benzinmotors die Zündkerze 100 mit Hilfe des Gewindeteils 7 in jeden der Zylinder 181 eingebaut, so daß die Funkenentladungsstrecke γ sich innerhalb einer Brennkammer befindet. Spuleneinheiten 50 sind an den Zündkerzen 100 in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung befestigt und stehen mit der elektronischen Steuereinheit 155 in Verbindung. Die Spuleneinheit 50 enthält ein Gehäuse 60, das in den hinteren Endabschnitt der Zündkerze 100 eingesetzt ist. Das Gehäuse nimmt die Zündspule 51 und den Unterbrecher 154 auf. Die Zündspule 51 ist elektrisch mit dem metallischen Anschluß 13 der Zündkerze 100 über einen nicht dargestellten Anschlußteil der Spuleneinheit 50 verbunden.As shown in Fig. 4, in an internal combustion engine 180 in the form of a multi-cylinder gasoline engine, the spark plug 100 is installed in each of the cylinders 181 by means of the threaded part 7 so that the spark discharge gap γ is located within a combustion chamber. Coil units 50 are attached to the spark plugs 100 in a one-to-one correspondence and are connected to the electronic control unit 155. The coil unit 50 includes a housing 60 which is inserted into the rear end portion of the spark plug 100. The housing accommodates the ignition coil 51 and the breaker 154. The ignition coil 51 is electrically connected to the metal terminal 13 of the spark plug 100 via a terminal part of the coil unit 50 (not shown).

In der Zündkerze 100 kann der Widerstand 15 entfallen, und der metallische Anschluß 13 und die Mittelelektrode 3 können beispielsweise über eine einzelne Dichtungsschicht aus leitendem Glas verbunden sein. In der Zündkerze 100 mit dem Widerstand 15 und der Abdichtungsschicht 16 aus leitendem Glas zwischen dem Widerstand 15 und der Mittelelektrode 3 kann die Abdichtungsschicht 16 aus leitendem Glas weggelassen werden. In diesem Fall kann ein Widerstand beispielsweise zwischen der Zündspule 51 und dem Anschlußteil der Spuleneinheit 50 vorhanden sein, um einen elektrischen Widerstand von nicht weniger als 10 kΩ (vorzugsweise nicht weniger als 15 kΩ), jedoch nicht mehr als 25 kΩ zwischen der Zündspule 51 und der Mittelelektrode 3 der Zündkerze 100 zu bilden.In the spark plug 100, the resistor 15 may be omitted, and the metallic terminal 13 and the center electrode 3 may be connected, for example, through a single conductive glass sealing layer. In the spark plug 100 having the resistor 15 and the conductive glass sealing layer 16 between the resistor 15 and the center electrode 3, the conductive glass sealing layer 16 may be omitted. In this case, a resistor may be provided, for example, between the ignition coil 51 and the terminal part of the coil unit 50 to form an electrical resistance of not less than 10 kΩ (preferably not less than 15 kΩ), but not more than 25 kΩ between the ignition coil 51 and the center electrode 3 of the spark plug 100.

BEISPIELEXAMPLE

Um den Effekt der oben beschriebenen Zündkerze 100 und der Zündanlage 150 zu bestätigen, wurden folgende Versuche durchgeführt: feines Glaspulver (durchschnittliche Korngröße 80 um; 30 Gewichtsteile), ZrO&sub2;- Pulver (durchschnittliche Korngröße 3 um; 60 Gewichtsteile) als Keramikpulver, Al-Pulver (durchschnittliche Korngröße 20-50 um; 1 Gewichtsteil) als Metallpulver, Ruß (2-9 Gewichtsteile) als nicht- metallisches, leitendes Pulver, und Dextrin (3 Gewichtsteile) als organisches Bindemittel wurden gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde in einer Kugelmühle mit Wasser als Lösungsmittel naß gemahlen. Das erhaltene Gemisch wurde getrocknet, wodurch ein Vorläufermaterial gewonnen wurde. Grobes Glaspulver (durchschnittliche Korngröße 250 um) wurde mit dem Vorläufermaterial in einer Menge von 400 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Vorläufermaterial gemischt, wodurch eine Widerstands- Zusammensetzung in Pulverform erhalten wurde. Ein Material für das Glaspulver war Borsilicat-Lithium-Glas, welches durch die Schritte des Mischens von 50 Gewichtsteilen SiO&sub2;, 29 Gewichtsteilen B&sub2;O&sub5;, 4 Gewichtsteilen Li&sub2;O und 17 Gewichtsteilen BaO und Schmelzen des erhaltenen Gemisches erhalten wurde, wobei die Erweichungstemperatur des Gemisches 585ºC betrug.In order to confirm the effect of the above-described spark plug 100 and ignition system 150, the following experiments were conducted: fine glass powder (average grain size 80 µm; 30 parts by weight), ZrO₂ powder (average grain size 3 µm; 60 parts by weight) as ceramic powder, Al powder (average grain size 20-50 µm; 1 part by weight) as metal powder, carbon black (2-9 parts by weight) as non-metallic conductive powder, and dextrin (3 parts by weight) as organic binder were mixed. The resulting mixture was wet-milled in a ball mill using water as a solvent. The resulting mixture was dried to obtain a precursor material. Coarse glass powder (average grain size 250 µm) was mixed with the precursor material in an amount of 400 parts by weight per 100 parts by weight of the precursor material, thereby obtaining a resistor composition in powder form. A material for the glass powder was borosilicate lithium glass, which was obtained through the steps of mixing 50 parts by weight of SiO₂, 29 parts by weight of B₂O₅, 4 parts by weight of Li₂O and 17 parts by weight of BaO and melting the resulting mixture, the softening temperature of the mixture being 585°C.

Sodann wurden die Widerstände 15 mit Hilfe einer Heißpresse aus dem Widerstands-Zusammensetzungspulver gebildet. Mit Hilfe des Widerstands 15 wurden verschiedene Proben der Zündkerze 100 gemäß Fig. 1 gebildet, in die der Widerstand 15 eingebaut wurde. Bei den Proben war die Mittelelektrode 3 aus einer Ni-Legierung gebildet (INCONEL 600) und besaß eine axiale Länge von 20,7 mm bei einem Querschnittsdurchmesser von 2,6 mm. Der Durchmesser des Durchgangslochs 6 in dem Isolator 2 (im wesentlichen identisch dem Querschnittsdurchmesser des Widerstands 15) betrug 4,0 mm. Das Heißpressen erfolgte bei einer Erwärmungstemperatur von 900ºC und einem aufgebrachten Druck von 100 kg/cm². Das verwendete leitende Glaspulver war ein Gemisch aus leitenden Pulvern aus beispielsweise Cu, Fe, Sn und TiO&sub2; sowie Borsilicat-Calcium-Glaspulver (die leitenden Pulver sind in einer Menge von etwa 50 Gew.-% enthalten). In den erhaltenen Zündkerzen-Proben betrug die Länge L2 des Widerstands 15 7,0 bis 15,0 mm. Der elektrische Widerstand Rk, gemessen zwischen der Mittelelektrode 3 und dem metallischen Anschluß 13, wurde durch Einstellen der Länge L2 und der Zusammensetzung des Widerstands 15 auf 5 kΩ bis 30 kΩ eingestellt.Then, the resistors 15 were formed from the resistor composition powder by means of a hot press. Using the resistor 15, various samples of the spark plug 100 shown in Fig. 1 were formed, in which the resistor 15 was incorporated. In the samples, the center electrode 3 was made of a Ni alloy (INCONEL 600) and had an axial length of 20.7 mm and a cross-sectional diameter of 2.6 mm. The diameter of the through hole 6 in the insulator 2 (substantially identical to the cross-sectional diameter of the resistor 15) was 4.0 mm. The hot pressing was carried out at a heating temperature of 900°C and an applied pressure of 100 kg/cm². The conductive glass powder used was a mixture of conductive powders of for example, Cu, Fe, Sn and TiO₂ and borosilicate calcium glass powder (the conductive powders are contained in an amount of about 50 wt%). In the obtained spark plug samples, the length L2 of the resistor 15 was 7.0 to 15.0 mm. The electric resistance Rk measured between the center electrode 3 and the metallic terminal 13 was adjusted to 5 kΩ to 30 kΩ by adjusting the length L2 and the composition of the resistor 15.

Die Zündabschnitte 31 und 32 wurden folgendermaßen gefertigt: Ir und Pt wurden in vorbestimmten Mengen gemischt und geschmolzen, um eine Legierung zu erhalten, die Pt in einer Menge von 5 Gew.-% mit dem Rest Ir enthielt. Die Legierung wurde zu kreisrunden Scheibchen mit einem Durchmesser von 0,2 mm bis 1,6 mm und einer Dicke von 0,6 mm geformt. Mit Hilfe dieser Scheibchen wurden die in Fig. 1 und 2 dargestellten Funkenabschnitte 31 und 32 der Zündkerze 100 gebildet (in anderen Worten: es wurden Zündkerzen-Proben mit Funkenabschnitten unterschiedlicher Größen von 0,2 mm bis 1,6 mm gefertigt).The spark portions 31 and 32 were prepared as follows: Ir and Pt were mixed in predetermined amounts and melted to obtain an alloy containing Pt in an amount of 5 wt% with the balance Ir. The alloy was formed into circular disks with a diameter of 0.2 mm to 1.6 mm and a thickness of 0.6 mm. Using these disks, the spark portions 31 and 32 of the spark plug 100 shown in Figs. 1 and 2 were formed (in other words, spark plug samples with spark portions of different sizes from 0.2 mm to 1.6 mm were prepared).

Die Funkenentladungsstrecke γ wurde zunächst auf verschiedene Werte y von 0,4 mm bis 1,4 mm eingestellt.The spark discharge gap γ was initially set to different values y from 0.4 mm to 1.4 mm.

Die so erhaltenen Zündkerzen-Proben wurden in einen 6-Zylinder- Benzinmotor (Hubraum 1998 cm³) eingebaut. Der Motor wurde kontinuierlich bis zu 800 Stunden bei einer Motordrehzahl von 5600 UpM betrieben (bei einer Mittelelektrodentemperatur von etwa 780ºC) bei vollständig geöffneten Drosseln. Nach Anhalten des Motorbetriebs wurde eine Zunahme der Funkenentladungsstrecke γ gemessen. Der Test machte Gebrauch von dem in Fig. 3 gezeigten Zündsystem. Diese Zündanlage bewirkte eine elektrische Ladung unter folgenden Bedingungen: die Polarität der Mittelelektrode war negativ; der Spitzenwert des Sekundärstroms betrug 70 mA, und die Entladungsenergie betrug 65 mJ. Während der Entladung wurden mit Hilfe eines Oszilloskops Strom- und Spannungsverläufe aufgezeichnet. Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Test mit dem in Fig. 11 gezeigten Verteiler-Zündsystem (DIS; Distributer Ignition System) durchgeführt. In diesem Fall wurde der elektrische Widerstand zwischen der Zündspule 251 und dem abgewandten Ende jedes Hochspannungskabels C zu 5 kΩ bis 10 kΩ gemessen.The spark plug samples thus obtained were installed in a 6-cylinder gasoline engine (displacement 1998 cm³). The engine was operated continuously for up to 800 hours at an engine speed of 5600 rpm (at a center electrode temperature of about 780ºC) with the throttles fully open. After stopping the engine operation, an increase in the spark discharge gap γ was measured. The test made use of the ignition system shown in Fig. 3. This ignition system caused an electric charge under the following conditions: the polarity of the center electrode was negative; the peak value of the secondary current was 70 mA, and the discharge energy was 65 mJ. During the discharge, current and voltage waveforms were recorded using an oscilloscope. For comparison, a similar test was carried out using the ignition system shown in Fig. 11. In this case, the electrical resistance between the ignition coil 251 and the opposite end of each high voltage cable C was measured to be 5 kΩ to 10 kΩ.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse eines Tests auf das Verhalten bei Funkenabstand-Vergrößerung (das heißt Elektrodenverbrauch). Durchgeführt wurde der Test unter folgenden Bedingungen: der elektrische Widerstand Rk betrug 5 kΩ, der Enddurchmesser δ der Mittelelektrode betrag 1,0 mm; und die Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ betrag 0,5; 0,8 und 1,1 mm. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, gibt es bei Zündkerzen mit einer Anfangs- Funkenstrecke γ von 0,8 oder 1,1 mm einen starken Elektrodenverbrauch, so daß der Elektrodenabstand beträchtlich zunimmt. Da berücksichtigt wurde, daß die Form der elektrischen Entladung verantwortlich war für eine Differenz der Elektrodenabstandszunahme, wurden Wellenverläufe der Entladung beobachtet. Fig. 6A zeigt die Wellenform einer elektrischen Entladung bei einem γ-Wert von 0,5 mm, und Fig. 6B zeigt die Wellenform einer elektrischen Entladung bei einem γ-Wert von 0,8 mm. Gemäß Fig. 6A zeigt der Strom ein relativ stabiles Verhalten, was nahelegt, daß die Glühentladung dominiert. In Fig. 6B hingegen zeigt der Strom häufig ein abrupt zunehmendes Verhalten, was impliziert, daß Bogenentladungen auftreten. Insbesondere ist verständlich, daß ein starker Strom zur Zeit des Übergangs von Glühentladung auf Bogenentladung fließt. Ersichtlich wird im Fall der Fig. 6B die Häufigkeit des Übergangs von Glühentladung zu Bogenentladung innerhalb eines einzigen Entladungszyklus gesteigert. Folglich kommt es häufig zu einem momentanen Fluß eines starken Stroms mit der Folge eines beträchtlichen Elektroden- Verbrauchs.Fig. 5 shows the results of a test on the behavior of spark gap increase (i.e., electrode consumption). The test was carried out under the following conditions: the electric resistance Rk was 5 kΩ, the final diameter δ of the center electrode was 1.0 mm, and the initial spark discharge gap γ was 0.5, 0.8, and 1.1 mm. As can be seen from Fig. 5, in spark plugs with an initial spark gap γ of 0.8 or 1.1 mm, there is a large electrode consumption, so that the electrode gap increases considerably. Since it was considered that the shape of the electric discharge was responsible for a difference in the electrode gap increase, waveforms of the discharge were observed. Fig. 6A shows the waveform of an electric discharge at a γ value of 0.5 mm, and Fig. 6B shows the waveform of an electric discharge at a γ value of 0.8 mm. According to Fig. 6A, the current shows a relatively stable behavior, which suggests that the glow discharge dominates. In contrast, in Fig. 6B, the current often shows an abruptly increasing behavior, which implies that arc discharges occur. In particular, it is understandable that a large current flows at the time of transition from glow discharge to arc discharge. It is apparent that in the case of Fig. 6B, the frequency of transition from glow discharge to arc discharge is increased within a single discharge cycle. Consequently, an instantaneous flow of a large current often occurs, resulting in considerable electrode consumption.

In Fig. 6A nimmt in einer Zone, in der eine beträchtliche Glühentladung stattfindet, während die Stromschwankung in einen Bereich von 5 mA fällt, der Absolutwert des Stroms allmählich in Richtung des Endes des Entladungszyklus ab, das heißt es bildet sich ein Hintergrund-Strompegel aus. Im vorliegenden Beispiel wird ein Entladungszyklus in Einheiten von 0,5 ms unterteilt, und es wird ein Durchschnittswert in jeder Teilung berechnet, um dadurch den vorerwähnten Hintergrund-Strompegel zu ermitteln. Wenn der Strom um mindestens 20 mA größer ist als der ermittelte Hintergrund-Strompegel, so wird dies als Übergang von Glühentladung zu Bogenentladung interpretiert. Die Anzahl (Häufigkeit) der Übergänge innerhalb eines einzelnen Entladungszyklus wurde gezählt, um dadurch die Übergangs-Empfindlichkeit zu ermitteln.In Fig. 6A, in a zone where a significant glow discharge occurs, while the current fluctuation falls within a range of 5 mA, the absolute value of the current gradually decreases toward the end of the discharge cycle, that is, a background current level is formed. In the present example, a discharge cycle is measured in units of 0.5 ms and an average value is calculated at each division to determine the above-mentioned background current level. If the current is at least 20 mA greater than the determined background current level, this is interpreted as a transition from glow discharge to arc discharge. The number (frequency) of transitions within a single discharge cycle was counted to determine the transition sensitivity.

Fig. 7 zeigt ein Ergebnis eines Tests, bei dem die Häufigkeit des Übergangs von Glühentladung zu Bogenentladung gemessen wurde, während der elektronische Widerstand Rk und die Anfangs- Funkenentladungsstrecke γ geändert wurden. Speziell wurde eine erste Gruppe von Zündkerzen hergestellt, bei denen der Enddurchmesser 5 der Mittelelektrode auf 1,0 mm und der elektronische Widerstand Rk auf 5 kΩ eingestellt wurde, während die Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ im Bereich von 0,4-1,4 mm geändert wurde. Es wurde eine zweite Gruppe von Zündkerzen hergestellt, bei denen der Enddurchmesser 8 der Mittelelektrode auf 1,0 mm und der elektronische Widerstand Rk auf 10 kΩ eingestellt wurde, während die Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ im Bereich von 0,4-1,4 mm geändert wurde. In ähnlicher Weise wurde eine dritte Gruppe von Zündkerzen hergestellt, bei denen der Enddurchmesser δ der Mittelelektrode auf 1,0 mm und der elektronische Widerstand Rk auf 15 kΩ eingestellt wurde, während die Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ im Bereich von 0,4-1,4 mm geändert wurde. Anschließend wurde die Häufigkeit des Übergangs von Glühentladung auf Bogenentladung für jede der so gefertigten Zündkerzen gemessen. In Fig. 7 ist die Häufigkeit des Übergangs in Index-Form dargestellt, wobei die Häufigkeit des Übergangs bei Messung bei einem γ-Wert von 0,8 mm und einem Rk-Wert von 5 kΩ zu 100 genommen wurde. Tabelle 1 zeigt die Meßergebnisse. Tabelle 1 Fig. 7 shows a result of a test in which the frequency of transition from glow discharge to arc discharge was measured while changing the electronic resistance Rk and the initial spark discharge gap γ. Specifically, a first group of spark plugs was manufactured in which the final diameter 5 of the center electrode was set to 1.0 mm and the electronic resistance Rk to 5 kΩ while the initial spark discharge gap γ was changed in the range of 0.4-1.4 mm. A second group of spark plugs was manufactured in which the final diameter 8 of the center electrode was set to 1.0 mm and the electronic resistance Rk to 10 kΩ while the initial spark discharge gap γ was changed in the range of 0.4-1.4 mm. Similarly, a third group of spark plugs was manufactured in which the final diameter δ was set to 1.0 mm and the electronic resistance Rk to 10 kΩ while the initial spark discharge gap γ was changed in the range of 0.4-1.4 mm. of the center electrode was set to 1.0 mm and the electronic resistance Rk to 15 kΩ, while the initial spark discharge gap γ was varied in the range of 0.4-1.4 mm. Then, the frequency of transition from glow discharge to arc discharge was measured for each of the spark plugs thus manufactured. Fig. 7 shows the frequency of transition in index form, where the frequency of transition when measured at a γ value of 0.8 mm and a Rk value of 5 kΩ was taken as 100. Table 1 shows the measurement results. Table 1

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, nimmt die Übergangshäufigkeit ab, wenn der elektrische Widerstand Rk zunimmt. Um nun die Widerstandsfähigkeit gegen Verunreinigung bei den Zündkerzen zu untersuchen, wurde ein Vorauslieferungs-Haltbarkeitstest gemäß der japanischen Industrienorm (JIS) D1606 bei den drei Zündkerzen-Gruppen durchgeführt, von denen die erste Zündkerzen-Gruppe in der Weise gefertigt war, daß ihre elektrischen Widerstände auf 10 kΩ und ihre Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ auf 0,8 mm eingestellt waren, bei der zweiten Gruppe von Zündkerzen die elektrischen Widerstände auf 10 kΩ und die Anfangs- Funkenentladungsstrecken γ auf 1,2 mm eingestellt waren, und bei der dritten Gruppe von Zündkerzen die elektrischen Widerstände auf 10 kΩ und ihre Anfangs-Funkenentladungsstrecken γ auf 1,3 mm eingestellt waren. Die Zündkerzen wurden im Motor eines Prüffahrzeugs montiert, und das Prüffahrzeug wurde einem Test unterzogen. Während ein Fahrtenmuster gemäß JIS D1606 als ein Zyklus hergenommen wurde, wurde die Anzahl von Zyklen gezählt, bis zu der es zu einem unruhigen Leerlauf kam, oder bis der Isolierwiderstand der Proben-Zündkerze auf 1 MΩ oder weniger abgenommen hatte (Anzahl der Haltbarkeits-Zyklen). Die Beständigkeit gegenüber Verunreinigung wurde ausgedrückt durch die Haltbarkeits- Zyklen ermittelt. Die Testergebnisse sind in Fig. 12 dargestellt. Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, beginnt bei einem γ-Wert, der 1,2 mm übersteigt, die Anzahl der Haltbarkeits-Zyklen abzunehmen, was auf eine Beeinträchtigung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Verunreinigung hinweist.As is clear from Fig. 7, the transition frequency decreases as the electrical resistance Rk increases. Now, in order to examine the contamination resistance of the spark plugs, a pre-shipment durability test was conducted in accordance with Japanese Industrial Standard (JIS) D1606 on the three groups of spark plugs, of which the first group of spark plugs was manufactured such that their electrical resistances were set to 10 kΩ and their initial spark discharge distances γ were set to 0.8 mm, the second group of spark plugs had their electrical resistances set to 10 kΩ and their initial spark discharge distances γ were set to 1.2 mm, and the third group of spark plugs had their electrical resistances set to 10 kΩ and their initial spark discharge distances γ were set to 1.3 mm. The spark plugs were mounted in the engine of a test vehicle, and the test vehicle was subjected to a test. While taking a driving pattern according to JIS D1606 as one cycle, the number of cycles until rough idling occurred or until the insulation resistance of the sample spark plug decreased to 1 MΩ or less was counted. had decreased (number of durability cycles). The contamination resistance was determined in terms of durability cycles. The test results are shown in Fig. 12. As can be seen from Fig. 12, when the γ value exceeds 1.2 mm, the number of durability cycles begins to decrease, indicating deterioration of the contamination resistance.

Fig. 8 zeigt Ergebnisse eines Tests, der für sowohl das DLI-System nach Fig. 3 als auch das DIS-System nach Fig. 11 durchgeführt wurde und bei dem die Häufigkeit des Übergangs von Glühentladung auf Bogenentladung gemessen wurde, während der elektrische Widerstand Rk geändert wurde. Das heißt: sowohl für das DLI-System nach Fig. 3 als auch für das DIS-System nach Fig. 11 wurden Zündkerzen mit einer Anfangs- Funkenentladungsstrecke γ von 0,8 mm in der Weise gefertigt, daß die Zündkerzen Rk-Werte im Bereich von 5 kΩ bis 30 kΩ besaßen. Die Häufigkeit des Übergangs wurde für jede der so gefertigten Zündkerzen gemessen. Tabelle 2 zeigt die Meßergebnisse. Tabelle 2 Fig. 8 shows results of a test conducted for both the DLI system of Fig. 3 and the DIS system of Fig. 11, in which the frequency of transition from glow discharge to arc discharge was measured while the electrical resistance Rk was changed. That is, for both the DLI system of Fig. 3 and the DIS system of Fig. 11, spark plugs with an initial spark discharge gap γ of 0.8 mm were manufactured so that the spark plugs had Rk values in the range of 5 kΩ to 30 kΩ. The frequency of transition was measured for each of the spark plugs thus manufactured. Table 2 shows the measurement results. Table 2

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, nimmt selbst bei Verwendung des DLI- Systems die Übergangs-Häufigkeit von Glühentladung auf Bogenentladung mit dem elektrischen Widerstand Rk ab. Bei einem elektrischen Widerstand Rk von nicht weniger als 10 kΩ wird die Häufigkeit des Übergangs auf einen Wert gedrückt, wie er im Fall des DIS-Systems gegeben ist. Es sei beachtet, daß bei einem elektrischen Widerstand Rk von nicht weniger als 20 kΩ die Abnahme der Übergangshäufigkeit allmählich stattfindet.As can be seen from Fig. 8, even when the DLI system is used, the transition frequency from glow discharge to arc discharge decreases with the electric resistance Rk. When the electric resistance Rk is not less than 10 kΩ, the transition frequency is suppressed to a value as in the case of the DIS system. Note that when the electric resistance Rk is not less than 20 kΩ, the decrease in the transition frequency takes place gradually.

Fig. 9 zeigt ein verbrauchtes Volumen einer Mittelelektrode pro Funken, gemessen für Zündkerzen mit unterschiedlichen Werten des Enddurchmessers S der Mittelelektrode nach einem Dauertest über 800 Stunden. Dieser Test verwendete eine Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ von 1,1 mm und einen elektrischen Widerstand Rk von 5 kΩ. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, wird eine Elektrode mit einem kleineren Durchmesser pro Funken stärker verbraucht. Ersichtlich geschieht dies deshalb, weil eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser ihre Temperatur leichter erhöht und so empfänglicher ist für Temperaturzunahmen, die durch einen Glüh-Bogen-Übergang veranlaßt sind. Fig. 10 zeigt das Verhalten des Funkenstrecken-Abstands abhängig von Betriebsstunden (bis hin zu 800 Stunden), gemessen für einen elektrischen Widerstand Rk von 5 kΩ, 10 kΩ und 15 kΩ. Dieser Test verwendete eine Anfangs-Funkenentladungsstrecke γ von 0,5 mm und einen Enddurchmesser δ von 1,0 mm der Mittelelektrode. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, läßt sich der Elektrodenverbrauch wirksamer dadurch unterdrücken, daß man den elektrischen Widerstand Rk auf 10 kΩ erhöht, wobei dieser Effekt noch verstärkt wird, wenn man den elektrischen Widerstand Rk auf 15 kΩ erhöht.Fig. 9 shows a consumed volume of a center electrode per spark, measured for spark plugs with different values of the final diameter S of the center electrode after a duration test over 800 hours. This test used an initial spark discharge gap γ of 1.1 mm and an electrical resistance Rk of 5 kΩ. As can be seen from Fig. 9, an electrode with a smaller diameter is consumed more per spark. Obviously, this happens because an electrode with a smaller diameter increases its temperature more easily and is thus more susceptible to temperature increases caused by a glow-arc transition. Fig. 10 shows the behavior of the spark gap distance depending on operating hours (up to 800 hours), measured for an electrical resistance Rk of 5 kΩ, 10 kΩ and 15 kΩ. This test used an initial spark discharge gap γ of 0.5 mm and a final diameter δ of 1.0 mm of the center electrode. As can be seen from Fig. 10, the electrode consumption can be suppressed more effectively by increasing the electrical resistance Rk to 10 kΩ, and this effect is further enhanced by increasing the electrical resistance Rk to 15 kΩ.

Fig. 13 ist eine Graphik, die die Ergebnisse eines Tests zeigt, der mit dem Ziel durchgeführt wurde, die Zündfähigkeit der Proben-Zündkerzen zu ermitteln, die jeweils so hergestellt wurden, daß die Funkenentladungsstrecke γ auf 0,8 mm, der Enddurchmesser δ der Mittelelektrode auf 0,8 mm und der elektrische Widerstand Rk auf einen Wert im Bereich von 10 kΩ bis 30 kΩ eingestellt wurde (die Werte sind in Tabelle 3 dargestellt). Die Proben-Zündkerzen wurden in einem 6-Zylinder-Benzinmotor mit doppelter obenliegender Nockenwelle vom Magergemisch- Verbrennungstyp (Hubraum 1998 cm) montiert. Der Motor wurde bei einem Ladedruck von 350 mmHg und einer Motordrehzahl von 2000 Upm betrieben (dies entspricht einer Fahrgeschwindigkeit von 60 km/h), während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wurde. Als Zündfähigkeitsgrenze wurde ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der Zeit gemessen, als Fehlzündungen einen Wert von 1% erreichten.Fig. 13 is a graph showing the results of a test conducted to determine the ignitability of sample spark plugs each manufactured so that the spark discharge gap γ was set at 0.8 mm, the final diameter δ of the center electrode was set at 0.8 mm and the electrical resistance Rk was set to a value in the range of 10 kΩ to 30 kΩ (the values are shown in Table 3). The sample spark plugs were mounted in a 6-cylinder double overhead camshaft lean-burn type gasoline engine (displacement 1998 cm). The engine was operated at a boost pressure of 350 mmHg and an engine speed of 2000 rpm (corresponding to a vehicle speed of 60 km/h) while the air-fuel ratio was changed. As an ignitability limit, an air-fuel ratio was measured at the time when misfire reached a value of 1%.

Tabelle 3Table 3

Widerstand (kΩ) Luft-Kraftstoff-Verhälmis (L/K)Resistance (kΩ) Air-fuel ratio (L/F)

10 22,210 22.2

15 22,215 22.2

20 22,120 22.1

21 22,0721 22.07

22 22,0322 22.03

23 21,9823 21,98

24 21,9224 21.92

25 21,8525 21,85

26 21,7726 21,77

27 21,6927 21.69

28 21,628 21.6

29 21,529 21.5

30 21,430 21.4

Aus den obigen Testergebnissen ist verständlich, daß, wenn der Widerstand gleich oder größer 20 kΩ wird, die Zündfähigkeitsgrenze allmählich abnimmt (es wird unmöglich, Kraftstoff zu zünden, wenn nicht das Luft- Kraftstoff-Verhältnis erhöht wird), und daß die Zündfähigkeitsgrenze scharf abzunehmen beginnt, wenn der Widerstandswert 25 kΩ übersteigt.From the above test results, it is understood that when the resistance becomes equal to or greater than 20 kΩ, the ignitability limit gradually decreases (it becomes impossible to ignite fuel unless the air-fuel ratio is increased), and that the ignitability limit begins to decrease sharply when the resistance value exceeds 25 kΩ.

Ersichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen der Erfindung im Lichte der obigen Lehre möglich. Es versteht sich daher, daß die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzumfangs gemäß beigefügten Ansprüchen auch anders ausgeführt werden kann, als dies hier speziell beschrieben wurde.Obviously, numerous modifications and variations of the invention are possible in light of the above teachings. It is therefore to be understood that within the scope of the appended claims, the present invention may be practiced otherwise than as specifically described herein.

Claims (11)

1. Zündkerze, umfassend eine Mittelelektrode (3), einen die Mittelelektrode (3) umgebenden Isolator (2), eine den Isolator (2) umgebende Metallhülse (1), eine der Mittelelektrode (3) gegenüberliegende Masseelektrode (4), einen Zündabschnitt (31, 32), der aus einem Metall gebildet ist, welches nicht weniger als 60 Gew.-% Ir enthält, fest an zumindest einer Elektrode von der Mittelelektrode (3) und der Masseelektrode (4) angebracht ist, um eine Funkenentladungsstrecke (g) zu definieren, einen metallischen Anschluß (13), der fest in dem einen Endabschnitt eines axial in dem Isolator (2) ausgebildeten Durchgangslochs (6) angebracht ist, wobei die Mittelelektrode (3) fest in dem anderen Endabschnitt des Durchgangslochs (6) angebracht ist, und ein Widerstand in dem Durchgangsloch (6) zwischen dem metallischen Anschluß (13) und der Mittelelektrode (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (15) einen elektrischen Widerstandswert von nicht weniger als 10 kΩ, jedoch nicht mehr als 25 kΩ besitzt.1. Spark plug comprising a center electrode (3), an insulator (2) surrounding the center electrode (3), a metal shell (1) surrounding the insulator (2), a ground electrode (4) opposite the center electrode (3), an ignition portion (31, 32) formed of a metal containing not less than 60 wt.% Ir, fixedly attached to at least one of the center electrode (3) and the ground electrode (4) to define a spark discharge gap (g), a metallic terminal (13) fixedly attached in one end portion of a through hole (6) formed axially in the insulator (2), the center electrode (3) fixedly attached in the other end portion of the through hole (6), and a resistor arranged in the through hole (6) between the metallic terminal (13) and the center electrode (3), characterized in that the resistor (15) has an electrical resistance value of not less than 10 kΩ, but not more than 25 kΩ. 2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstandswert zwischen dem metallischen Anschluß (13) und der Mittelelektrode (3) nicht weniger als 15 kΩ beträgt.2. Spark plug according to claim 1, characterized in that the electrical resistance value between the metallic terminal (13) and the center electrode (3) is not less than 15 kΩ. 3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündabschnitt (31, 32) an einem Endabschnitt der Mittelelektrode (3) ausgebildet ist, und der Durchmesser des Endabschnitts der Mittelelektrode (3) nicht größer als 1,1 mm ist.3. Spark plug according to claim 1 or 2, characterized in that the ignition portion (31, 32) is formed at an end portion of the center electrode (3), and the diameter of the end portion of the center electrode (3) is not larger than 1.1 mm. 4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Endabschnitts der Mittelelektrode (3) auf 0,3 mm bis 0,8 mm eingestellt ist.4. Spark plug according to claim 3, characterized in that the diameter of the end portion of the center electrode (3) is set to 0.3 mm to 0.8 mm. 5. Zündkerze nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsstrecke (g) nicht größer als 1,2 mm ist.5. Spark plug according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the spark discharge gap (g) is not greater than 1.2 mm. 6. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsstrecke (g) nicht größer als 0,8 mm ist.6. Spark plug according to claim 5, characterized in that the spark discharge gap (g) is not greater than 0.8 mm. 7. Zündanlage zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor, umfassend:7. Ignition system for use with an internal combustion engine, comprising: eine Zündkerze (100), welche aufweist:a spark plug (100) comprising: eine Mittelelektrode (3), einen die Mittelelektrode (3) umgebenden Isolator (2), eine den Isolator (2) umgebende Metallhülse (1), eine der Mittelelektrode (3) gegenüberliegende Masseelektrode (4), einen Zündabschnitt (31, 32), der aus einem Metall gebildet ist, welcher nicht weniger als 60 Gew.-% Ir enthält, fest an zumindest einer Elektrode von der Mittelelektrode (3) und der Masseelektrode (4) angebracht ist, um eine Funkenentladungsstrecke zu definieren, einen metallischen Anschluß (13), der fest in dem einen Endabschnitt eines axial in dem Isolator (2) ausgebildeten Durchgangslochs (6) angebracht ist, wobei die Mittelelektrode (3) fest in dem anderen Endabschnitt des Durchgangslochs (6) angebracht ist, und ein Widerstand in dem Durchgangsloch (6) zwischen dem metallischen Anschluß (13) und der Mittelelektrode (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:a center electrode (3), an insulator (2) surrounding the center electrode (3), a metal sleeve (1) surrounding the insulator (2), a ground electrode (4) opposite the center electrode (3), an ignition section (31, 32) formed of a metal containing not less than 60 wt.% Ir fixedly attached to at least one of the center electrode (3) and the ground electrode (4) to define a spark discharge gap, a metallic terminal (13) fixedly attached in one end portion of a through hole (6) formed axially in the insulator (2), the center electrode (3) fixedly attached in the other end portion of the through hole (6), and a resistor arranged in the through hole (6) between the metallic terminal (13) and the center electrode (3), characterized in that it further comprises: eine Spuleneinheit (50), mit einem an der Zündkerze (100) befestigten Gehäuse (60), wobei in dem Gehäuse eine Zündspule (51) aufgenommen ist, welche an dem metallischen Anschluß (13) der Zündkerze (100) angeschlossen ist, um eine Hochspannung an die Zündkerze (100) zum Bewirken einer elektrischen Entladung anzulegen,a coil unit (50) with a housing (60) attached to the spark plug (100), wherein an ignition coil (51) is accommodated in the housing, which is connected to the metal terminal (13) of the spark plug (100) in order to apply a high voltage to the spark plug (100) to cause an electrical discharge, wobei ein Widerstandsabschnitt zwischen der Zündspule (51) und der Mittelelektrode (3) angeordnet ist, um einen elektrischen Widerstandswert von nicht weniger als 10 kΩ und nicht mehr als 25 kΩ zwischen der Zündspule (51) und der Mittelelektrode (3) zu schaffen.wherein a resistance portion is arranged between the ignition coil (51) and the center electrode (3) to provide an electrical resistance value of not less than 10 kΩ and not more than 25 kΩ between the ignition coil (51) and the center electrode (3). 8. Zündanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsabschnitt einen elektrischen Widerstand von nicht weniger als 15 kΩ zwischen der Zündspule und der Mittelelektrode (3) schafft.8. Ignition system according to claim 7, characterized in that the resistive section creates an electrical resistance of not less than 15 kΩ between the ignition coil and the center electrode (3). 9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Zündanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündabschnitt (31, 32) aus einem Metall gebildet ist, welches Ir als Hauptkomponente und außerdem Rh in einer Menge von 3 Gew.-% bis (ausschließlich) 50 Gew.-.% enthält.9. Spark plug according to one of claims 1 to 6 or ignition system according to claim 7 or 8, characterized in that the ignition section (31, 32) is formed from a metal which contains Ir as the main component and also Rh in an amount of 3 wt.% to (exclusively) 50 wt.%. 10. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Zündanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündabschnitt (31, 32) aus einem Metall gebildet ist, welches Ir als Hauptkomponente und Pt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% enthält.10. Spark plug according to one of claims 1 to 6 or ignition system according to claim 7 or 8, characterized in that the ignition section (31, 32) is formed from a metal which contains Ir as the main component and Pt in an amount of 1 wt.% to 20 wt.%. 11. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder Zündanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Zündabschnitts (31, 32) ein Oxid oder Komposit-Oxid eines metallischen Elements der Gruppe 3A oder der Gruppe 4A des Periodensystems in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-% enthält.11. Spark plug according to one of claims 1 to 6 or ignition system according to claim 7 or 8, characterized in that the material of the ignition section (31, 32) is an oxide or composite oxide of a metallic element of group 3A or group 4A of the periodic table in an amount of 0.1 wt.% to 15 wt.%.
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