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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die als Zündvorrichtung
für Verbrennungsmotoren verwendet
wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Zündkerze
zur Verwendung mit hochleistungsstarken und hochwirksamen Verbrennungsmotoren,
wie etwa Umlaufmotoren und Kolbenmotoren mit hohem Kompressionsverhältnis.
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In
den hochleistungsstarken und hochwirksamen Verbrennungsmotoren kann
die Standard-Zündkerze
mit parallelen Elektroden nicht verwendet werden, nicht nur auf
Grund der mechanischen Haltbarkeitsprobleme, wie die niedrige Hitzebeständigkeit
und das Brechen der Masseelektrode, sondern auch auf Grund des Problems
der Kohlenstoffverrußungen
während
das Fahrzeug mit wenig Blei betrieben wird. Stattdessen wurden Halbgleitfunken-Zündkerzen
oder Intervall-Halbgleitfunken-Zündkerzen
verwendet, die eine Mehrzahl von Masseelektroden haben, die zur
seitlichen Umfangsfläche
der Mittelelektrode gegenüber
liegend angeordnet sind. Ein Problem mit diesen Halbgleitfunken-Zündkerzen ist, wie man die Funken-Resistenz
verbessert und die Erosion (Abbrand) der Mittelelektrode verringert.
Gemäß der ungeprüften japanischen
Patent-Publikation (kokai) Nr. 6-176849, wird eine Zündkerze
zur Verfügung
gestellt, in der ein Antifunkenabbrandelement, das gewöhnlich aus
einer Platinlegierung gebildet wird, um die Mittelelektrode in einen
Bereich nahe der Stirnfläche des
Keramikisolators angeordnet, so dass ungefähr die Hälfte des Antifunkenabbrandelements
in dem Keramikisolator eingebettet ist. Dieses ist wirkungsvoll,
um den Funkenabbrand der Mittelelektrode zu verhindern. Wenn die
Oberfläche
des Keramikisolators mit Kohlenstoff verrußt ist, wird eine Oberflächenentladung
veranlasst, um eine Kerzenreinigung zu erzielen. Die Zündkerze
hatte zu der Zeit als sie erfunden wurde eine ausreichende Zündleistung
und ihre Funktionsdauer war zufriedenstellend.
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Wie
sich jedoch herausstellte, hat diese herkömmliche Zündkerze keine genügend große Lebensdauer,
um den gegenwärtigen
Anforderung zu genügen.
Bis jetzt ist nicht gefordert worden, dass leistungsstarke Zündkerze
ein sehr langes Leben haben und sie sind als zufriedenstellend erachtet
worden, wenn sie einen Betrieb von 50.000 bis 60.000 Kilometer überstehen
konnten. Jedoch wird in den letzten Jahren sogar von den leistungsstarken
Zündkerzen
gefordert, dass sie eine genügende
Lebensdauer haben, um den Betrieb von 100.000 bis 120.000 Kilometer
zu überstehen.
Diese Anforderung kann nicht durch die Zündkerze entsprochen werden,
die in der ungeprüften
veröffentlichten
japanischen Patent-Publikation (kokai) Nr. 6-176849 beschrieben
wird, da die Oberfläche der
Keramikisolators durch Funkenentladung geriefelt wird. Es ist herausgefunden worden,
dass dieses Problem, welches "Riefenbildung" genannt wird, aus
den folgenden Gründen
auftritt.
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In
der Zündkerze,
wie sie in der ungeprüften
japanischen Patent-Publikation (kokai) Nr. 6-176849 beschrieben
wird, wird ein Antifunkenabbrandelement, das gewöhnlich aus einer Platinlegierung
gebildet wird, um die Mittelelektrode in einem Bereich nahe der
Stirnfläche
des Keramikisolators in einer solchen Weise angeordnet, dass es
teilweise in dem Keramikisolator eingebettet ist. In der Zündkerze,
wenn sie neu ist und der Keramikisolator nicht mit Kohlenstoff verrußt ist,
treten ungefähr
70% der Funkenüberschläge zwischen
der Oberseite der Mittelelektrode und der seitlichen Masseelektrode
auf. Die restlichen 30% der Funkenüberschläge treten als Oberflächenentladung
auf, die auf der Stirnfläche
des Keramikisolators gleiten. Wenn die Oberfläche des Keramikisolators mit
Kohlenstoff verrußt
ist, treten Funkenüberschläge natürlich ausschließlich als eine
Oberflächenentladung
auf, was die Funkenreinigung des Keramikisolators bewirkt.
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Jedoch
ist nach einer Verwendung, die mit dem Betrieb über einige zehntausend Kilometer
gleichwertig ist, der distale Endabschnitt der Mittelelektrode,
der nicht von dem Antifunkenabbrandelement umgeben ist, durch Funkenentladung
erodiert (abgebrannt). Dieses erhöht den Abstand zwischen dem
distalen Endabschnitt der Mittelelektrode und der seitlichen Masseelektrode,
und folglich wird der Entladungsabstand erhöht, so dass es schwierig ist,
Funkenüberschläge zu erzielen.
Als ein Resultat des Abbrands des distalen Endabschnitts der Mittelelektrode,
würde das
nahe gelegene elektrische Feld verringert worden sein. Infolgedessen
ist die Primärentladung,
die in der Zündkerze
auftritt, die Oberflächenentladung,
die durch das Überschlagen
von Elektrizität
zwischen der Nachbarschaft der Basis der Mittelelektrode, die von
dem Antifunkenabbrandelement umgeben ist, und der seitlichen Masseelektrode
verursacht wird. Deshalb ist nach einem Betrieb von einigen zehntausend
Kilometern die Entladung, die hauptsächlich in der Zündkerze
stattfindet, die Oberflächenentladung,
die auf der Stirnfläche
des Keramikisolators gleitet, und das Voranschreiten der "Riefenbildung" wird beschleunigt.
Wenn die "Riefenbildung" voranschreitet,
wird die mechanische Haltbarkeit wie die Hitzebeständigkeit
der Zündkerze
beeinträchtigt
oder seine Zuverlässigkeit
wird gesenkt, was schließlich
zu einen kürzeren
Funktionsdauer der Zündkerze
führt.
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EP-A1-0671739
offenbart einen Halbgleit-Typ einer Zündkerze, worauf der vorcharakterisierende
Abschnitt des Anspruchs 1 beruht. Wie in 5e und 5f dieses Dokuments gezeigt, wird eine
Edelmetallschicht auf die Mittelelektrode geschweißt, die
sich auf der Höhe
des Isolators befindet und sich teilweise in diesen hinein erstreckt.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze
zur Verwendung mit den hochleistungsstarken, hochwirksamen Verbrennungsmotoren
zur Verfügung
zu stellen, die eine hohe Resistenz nicht nur gegen Verrußen, sondern
auch gegen Riefenbildung hat, so dass sie geeignet ist, über eine
verlängerte Lebensdauer
zu funktionieren. Ein Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst: einen Keramikisolator, der ein Mitteldurchgangsloch
hat; eine Mittelelektrode, die in dem Mitteldurchgangsloch gehalten
wird, wobei die Mittelelektrode ein distales Ende hat, dass mit
einem Antifunkenabbrandelement versehen ist; eine Metallummantelung,
welche den Keramikisolator hält;
und eine Mehrzahl von Masseelektroden, die elektrische Verbindung
zur Metallummantelung haben, wobei die Mehrzahl der Masseelektroden
eine Funkenentladungsstrecke vom distalen Endabschnitt der Mittelelektrode
bilden; wobei der kürzeste
Abstand von der Stirnfläche jeder
Masseelektrode zum Keramikisolator kleiner als die Funkenentladungsstrecke
ist; und das distale Ende der Mittelelektrode von einer Stirnfläche des
Keramikisolators hervorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode
eine Mittelelektrodenmatrix in einer Ebene umfasst, die mit der
Stirnfläche
des Keramikisolators koextensiv ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 ist
eine teilweise Schnittansicht einer Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3A und 3B sind
Schnittansichten, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer herkömmlichen
Zündkerze
darstellen;
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4 ist
eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Zunahme eines
seitlichen Luftspalts G und einer Betriebsdauer zeigt;
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5 ist
eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Entladungsspannung
und einer Betriebsdauer zeigt;
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6A ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6B ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8A ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8B ist
eine Perspektivansicht, die vergrößert einen distalen Endabschnitt
einer Zündkerze
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9A ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der voriegenden Erfindung zeigt;
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9B bis 9D sind
Perspektivansichten, die einen distalen Endabschnitt einer Mittelelektrode zeigen;
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10A ist eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10B ist eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12A ist eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
zehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12B ist eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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13 ist
eine Schnittansicht, die vergrößert einen
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer
zwölften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden wie folgt im Detail beschrieben:
Ein Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung hat einen Keramikisolator, der ein Mitteldurchgangsloch
hat, eine Mittelelektrode, die in dem Mitteldurchgangsloch gehalten wird,
eine Metallummantelung, welche den Keramikisolator hält, und
eine Mehrzahl von Masseelektroden, die elektrischen Verbindung zur
Metallummantelung haben. In der Zündkerze bilden die Mehrzahl
der Zündkerzen
eine Funkenentladungsstrecke vom distalen Endabschnitt der Mittelelektrode.
Die Zündkerzen
sind so ausgebildet, dass der kürzeste
Abstand von der Stirnfläche
jeder Masseelektrode zum Keramikisolator kleiner als die Funkenentladungsstrecke
ist. Die Mittelelektrode ist derart, dass sein distales Ende, das
mit einem Antifunkenabbrandelement versehen ist, von der Stirnfläche des
Keramikisolators hervorsteht und dass sie aus einer Mittelelektrodenmatrix
in einer Ebene gebildet wird, die mit dem Stirnfläche der
Keramikisolators koextensiv ist.
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Das
Antifunkenabbrandelement kann aus irgendwelchen Edelmetallmaterialien
gebildet werden, die höhere
Schmelzpunkte als Inconel haben, welches eine in hohem Maße korrosionsbeständige Nickellegierung ist,
die allgemein als Elektrodenmaterial verwendet wird. Insbesondere
kann das Antifunkenabbrandelement aus irgendwelchen Materialien
einschließlich
Edelmetallen, Edelmetalllegierungen und Edelmetallsinter wie Platin
(Pt), Platin-Iridium (Pt-Ir), Platin-Nickel (Pt-Ni), Platin-Iridium-Nickel
(Pt-Ir-Ni), Platin-Iriodium (Pt-Rh), Iridium-Rhodium (Ir-Rh) und
Iridium-Yttriumoxid (Ir-Y2O3)
gebildet werden.
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Mit
dem oben beschrieben Aufbau sind ungefähr 70% der Funkenüberschläge, die
in einer neuen Zündkerze
auftreten, solche die zwischen der seitlichen Umfangsoberfläche des
distalen Endabschnitts der Mittelelektrode und der Stirnfläche der
seitlichen Masseelektrode auftreten. Die restlichen 30% treten als
Oberflächenentladung
auf, die auf der Stirnfläche
des Keramikisolators gleitet und die durch das Überschlagen von Elektrizität zwischen
dem Bereich der Mittelelektrode, der nahe ihrer Basis ist, und der
seitlichen Masseelektrode verursacht wird. Der kürzeste Abstand von der Stirnfläche jeder
Masseelektrode zum Keramikisolator wird kleiner ausgebildet als
der kürzeste
Abstand von der Stirnfläche
jeder Masseelektrode zur seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode. Wenn die Stirnfläche des Keramikisolators mit
Kohlenstoff verrußt
ist, werden folglich 100% der Funkenüberschläge als Oberflächenentladung
auftreten, so dass die mit Kohlenstoff verrußte Stirnfläche der Keramikisolators einer
Funkenreinigung unterzogen wird. Wegen dieses Mechanismus hat die
Zündkerze
der vorliegenden Erfindung eine hohe Resistenz gegen Verrußen.
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Nach
der Verwendung, die mit einer Fahrzeuglaufleistung von einigen zehntausend
Kilometern vergleichbar ist, wird die Basis der Mittelelektrode
(die nahe der Stirnfläche
des Keramikisolators ist), durch die Oberflächenfunkenentladung verbraucht
und ihr Durchmesser wird ein wenig kleiner. Weil die Mittelelektrode mit
ihrer Matrix in einer Fläche
gebildet wird, die mit der Stirnfläche des Keramikisolators koextensiv
ist, wird das Antifunkenabbrandelement in einem Bereich an die Mittelelektrode
befestigt, der mindestens einen vorbeStirnmten Abstand von der Stirnfläche des
Keramikisolators hat. Das Antifunkenabbrandelement wird nicht nahe
der Stirnfläche
des Keramikisolators zur Verfügung
gestellt. Dieser Teil der Mittelelektrode, der sicher mit dem Antifunkenabbrandelement
befestigt ist, verbraucht sich in verhältnismäßig geringem Maße. Info
gedessen wird der Entladungsabstand zwischen der seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode nahe der Stirnfläche
des Keramikisolators und der seitlichen Masseelektrode größer als
wenn die Zündkerze
in einem fabrikneuen Zustand wäre.
Andererseits verändert
sich der Entladungsabstand zwischen diesem Teil der Mittelelektrode,
der sicher mit dem Antifunkenabbrandelement befestigt ist, und der
seitlichen Masseelektrode nicht viel.
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Nach
einer Laufleistung von einigen zehntausend Kilometern ist die Entladung,
die hauptsächlich
in der Zündkerze
auftritt, die Funkenentladung zwischen diesem Teil der Mittelelektrode,
der sicher mit dem Antifunkenabbrandelement befestigt ist, und der
seitlichen Masseelektrode, während
eine Oberflächenentladung von
der Basis der Mittelelektrode sehr selten auftritt. So wird das
Fortschreiten der "Riefenbildung" verzögert, und
die Lebensdauer der Zündkerze
wird ausgedehnt. Weiterhin wird der kürzeste Abstand von der Stirnfläche jeder
Masseelektrode zum Keramikisolator kleiner als der kürzeste Abstand
von der Stirnfläche
jeder Masseelektrode zur seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode gewählt.
Wenn die Stirnfläche
des Keramikisolators mit Kohlenstoff verrußt ist, schlagen deshalb Funken
von der seitlichen Masseelektrode zur Stirnfläche des Keramikisolators über und
die resultierende Oberflächenentladung
erzielt die Funkenreinigung des Keramikisolators, so dass die Resistenz
der Zündkerze
gegen Verrußen
aufrecht erhalten wird.
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In
der Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung, ist es zu bevorzugen, dass die Stirnfläche des Keramikisolators
vorzugsweise von dem Antifunkenabbrandelement mit einen Abstand
von mindestens 0,2 mm beabstandet ist.
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Dementsprechend,
selbst wenn die Häufigkeit
der Funkenüberschläge von dem
Antifunkenabbrandelement zur seitlichen Masseelektrode zunimmt wenn
die Basis der Mittelelektrode durch Funken erodiert ist, oder wenn
die Oberfläche
des Antifunkenabbrandelements oxidiert oder anderweitig aufgeraut
wird, wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass der Keramikisolator
durch Funkenentladung beschädigt
wird und „Riefenbildung" verursacht wird.
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Bei
der Zündkerze
ist es vorzuziehen, dass der Durchmesser der Mittelelektrode vorzugsweise
nicht mehr als 2 mm ist.
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Diese
Struktur hat den Vorteil, es zu ermöglichen, dass Kohlenstoffverrußungen durch
Funkenreinigung während
des Prozesses der Oberflächenentladung
beseitigt werden, in welchem Funkenentladung auf der Stirnfläche der
Keramikisolators auftritt. Ein weiterer Vorteil ist eine verbesserte
Zündleistung
der Zündkerze.
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In
der Zündkerze
ist es vorzuziehen, dass das distale Ende der Mittelelektrode zwischen
der Kante der Stirnfläche
jeder Masseelektrode, die näher
an dem distalen Ende der Zündkerze
ist, und der gegenüberliegenden
Kante der Stirnfläche
angeordnet ist.
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Mit
dieser Struktur ist die Entladung, die hauptsächlich in der Zündkerze
auftritt, eine Entladung zwischen dem distalen Ende der Mittelelektrode
und der Stirnfläche
der seitlichen Masseelektrode, und Oberflächenentladung tritt nur stoßweise auf
der Stirnfläche
des Keramikisolators auf. Dieses Phänomen tritt ungeachtet dessen
auf, ob die Zündkerze
von diskontinuierlichem Halbgleitfunkentyp ist, in welcher sich
die Stirnfläche
jeder Masseelektrode näher
an dem distalen Ende der Zündkerze
befindet, als der Keramikisolator oder vom Halbgleitfunkentyp ist,
in welchem sich der Keramikisolator zwischen der Stirnfläche jeder
Masseelektrode und der Mittelelektrode befindet. Infolgedessen wird
die Stirnfläche
des Keramikisolators durch Funken mit einer geringeren Häufigkeit
beeinträchtigt,
und die Zündkerze
hat ausreichende Resistenz gegenüber „Riefenbildung". Als weiterer Vorteil
ist der kürzeste
Abstand von der Stirnfläche
jeder Masseelektrode zum Keramikisolator kleiner als der kürzeste Abstand
von der Stirnfläche
jeder Masseelektrode zur Umfangsoberfläche der Mittelelektrode. Wenn
die Oberfläche
der Keramikisolators mit Kohlenstoff verrußt ist, treten folglich Halbgleitfunkenentladungen
positiv auf, um sicherzustellen, dass die Oberfläche des Keramikisolators einer
Funkenreinigung unterzogen wird.
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In
der Zündkerze
ist es vorzuziehen, jede Masseelektrode so einzustellen, dass der
Abstand zum Keramikisolator mindestens 0,3 mm beträgt.
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Mit
dieser Gestaltung ist es weniger wahrscheinlich, dass sich eine
Kohlenstoffbrücke
zwischen jeder Masseelektrode und der Stirnfläche des Keramikisolator ausbildet,
wenn Kohlenstoffverrußung
auftritt und die Zündkerze
dementsprechend resistenter gegen Kohlenstoffverrußung beim
Kaltstart wird.
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In
der Zündkerze
ist es vorzuziehen, dass die Stirnfläche des Keramikisolators wie
ein umgekehrter Kegel geformt ist, der in Richtung zur Mittelelektrode
ausgerichtet ist.
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Mit
dieser Gestaltung erhöht
sich der Abstand, über
den Oberflächenentladungen
auf der Stirnfläche des
Keramikisolators auftritt, so dass die Zündkerze beständiger gegen
Kohlenstoffverrußen,
und folglich „Riefenbildung" wird. Wenn es der
alleinige Zweck ist, den Abstand, über den Oberflächenentladungen
auf der Stirnfläche
des Keramikisolators auftreten, zu erhöhen, kann letzterer wie ein
Kegel anstatt eines umgekehrten Kegels geformt werden. Tatsächlich jedoch
ist die konische Form empfindlich gegen „Riefenbil dung", da der Winkel,
mit dem die Stirnfläche
des Keramikisolators der Funkenentladung von der seitlichen Masseelektrode ausgesetzt
wird, nahe 90 Grad ist.
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In
der Zündkerze
ist vorzugsweise der Durchmesser der Mittelelektrode am distalen
Ende größer als an
der Stirnfläche
des Keramikisolators.
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Mit
dieser Gestaltung tritt Funkenentladung primär am distalen Endabschnitt
der Mittelelektrode auf, wo der Entladungsabstand klein ist, und
die Häufigkeit
der Funkenentladung, die nahe der Basis der Mittelelektrode auftritt,
ist so klein, dass die Zündkerze
eine erhöhte
Resistenz gegen „Riefenbildung" hat. Ein anderer Vorteil
ist eine verbesserte Zündleistung
in der Brennkammer.
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In
der Zündkerze
wird vorzugsweise das Antifunkenabbrandelement am oder nahe am distalen
Ende der Mittelelektrode befestigt.
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Mit
dieser Gestaltung, wenn die Umfangsoberfläche der Mittelelektrode Funkenerosion
unterworfen ist, die aus dem Lauf über einen beträchtlichen
Zeitabschnitt hervorgeht, wird der Funkenüberschlag von dem Antifunkenabbrandelement
zum distalen Ende der Mittelelektrode überwiegen, so dass die Zündkerze
resistenter gegen die „Riefenbildung" wird. Zusätzlich hat
der Funken eine verbesserte Zündleistung
in der Brennkammer.
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In
der Zündkerze
ist vorzugsweise die axiale Position der Stirnfläche des Keramikisolators zwischen der
Kante der Stirnfläche
jeder Masseelektrode, die sich näher
an dem distalen Ende der Zündkerze
befindet, und der gegenüberliegenden
Kante der Stirnfläche,
und der axiale Abstand der Stirnfläche des Keramikisolators zur
gegenüberliegenden
Kante der Stirnfläche
jeder Masseelektrode mindestens 40% der Dicke der Stirnfläche jeder
Masseelektrode ist (d.h., der Abstand zwischen der Kante der Stirnfläche, die
näher an
dem distalen Ende der Zündkerze
ist, und der gegenüberliegenden
Kante der Stirnfläche).
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Mit
dieser Gestaltung ist es wahrscheinlicher, dass die Funkenentladung
zur Kante der Stirnfläche
jeder Masseelektrode überschlägt, die
näher am
distalen Ende der Zündkerze
ist, während
es weniger wahrscheinlich ist, dass Funken engen Kontakt mit der
Oberfläche
des Keramikisolators haben; als Resultat hat die Zündkerze
eine größere Resistenz
gegen „Riefenbildung".
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Verschiedene
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen unten beschrieben.
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1 ist
ein Teilabschnitt einer Zündkerze 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Keramikisolator 1, der gewöhnlich aus
Tonerde gebildet wird, hat einen gewellten oberen Bereich 1A,
der einen genügenden Abstand
für Oberflächenentladung
sichert, und einen länglichen
unteren Beinbereich 1B, welcher der Brennkammer eines Verbrennungsmotors
ausgesetzt werden soll. Ein Mitteldurchgangsloch 1C erstreckt
sich axial durch den Keramikisolator 1. Eine Mittelelektrode 2,
die aus einer Nickellegierung wie Inconel gebildet wird, wird am
unteren Ende (dem distalen Ende) des Mitteldurchgangslochs 1C gehalten,
und erstreckt sich abwärts von
der unteren Stirnfläche
des Keramikisolators 1. In der Praxis wird die Mittelelektrode 2 nicht
allein aus Inconel gebildet, sondern es wird ein Kupferkern (Cu)
in der Mitte eingesetzt, um eine höhere Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung zu
stellen, obgleich er nicht dargestellt ist, um Komplexität der Zeichnung
zu vermeiden. Die Mittelelektrode 2 wird elektrisch an
einen oberen Anschluss 4 über einen Glaswiderstand 3 angeschlossen, der
innerhalb des Mitteldurchgangslochs 1C bereitgestellt wird.
Ein hochspannungsbeständiges
Kabel (nicht gezeigt) wird an den Anschluss 4 angeschlossen,
damit Hochspannung daran angelegt wird. Der Keramikisolator 1 ist
umschlossen und wird getragen von einer Metallummantelung 5.
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Die
Metallummantelung 5 wird aus einem kohlenstoffarmen Stahlmaterial
gebildet und hat einen sechseckigen Bereich 5A, an den
ein Zündkerzenschlüssel passt
und einen Gewindebereich 5B, der in einen Zylinderkopf
geschraubt wird. Die Metallummantelung 1 hat auch einen
Klemmbereich 5C, der erlaubt, dass sie an dem Keramikisolator 1 festgeklemmt
wird, um eine integrale Anordnung der zwei Elemente zur Verfügung zu
stellen. Um eine vollständige
Dichtheit durch Klemmen sicherzustellen, wird eine Platte des Elements 6 zwischen
einer Stufe 5E auf der inneren Peripherie der Metallummantelung 5 und
des Keramikisolators 1 zur Verfügung gestellt, damit der ausgedehnte
Bereich 1B, der in der Brennkammer hervorsteht, eine vollständige Dichtheit
mit dem oberen Bereich des Keramikisolators 1 hat. Drähte der
Dichtungselemente 7 und 8 werden zwischen dem
Klemmbereich 5C und dem Keramikisolator 1 zur
Verfügung
gestellt. Der Abstand zwischen den zwei Dichtungselementen 7 und 8 wird
mit den Partikeln aus Talkum 9 gefüllt, um ein Dichtungsband zur
Verfügung
zu stellen, welches dicht genug ist, um sicherzustellen, dass die
Metallummantelung 5 formschlüssig an dem Keramikisolator 1 befestigt
ist. Selbstverständlich
kann die Zündkerze
von einer talkum-freien Art sein. Eine Dichtung 10 wird
zwischen dem sechseckigen Bereich 5A und dem Gewindebereich 5B eingepasst.
Zwei Masseelektroden 11 aus einer Nickellegierung werden
an das untere Ende des Metallummantelung 5 geschweißt. Die
Masseelektroden 11 sind so ausgebildet, dass ihre Stirnflächen der
seitlichen Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 entgegen stehen.
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2 ist
eine Schnittansicht, die vergrößert den
distalen Endabschnitt einer Zündkerze
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Die Zündkerze
wird in 2 mit dem distalen Ende oben
dargestellt, nicht nach unten zeigend, wie in 1.
Die Mittelelektrode 2 wird durch eine durchgezogene Linie
angezeigt, um einen abgenutzten Zustand als Resultat des Betriebs über ungefähr 100.000
Kilometer darzustellen, und wird durch eine zwei-kurz-ein-lang-gestrichelte
Linie dargestellt, die einen fabrikneuen Zustand veranschaulicht.
Der abgenutzte Zustand ist ein wenig übertrieben dargestellt. Ein
Antifunkenabbrandelement 21, speziell aus Platin (Pt) gebildet,
wird an der seitlichen Umfangsoberfläche der Mittelelektrode 2 durch
Laserschweißen
befestigt. Das Antifunkenabbrandelement 21 ist von Stirnfläche des
Keramikisolator 1 um einen Abstand H beabstandet. Die zwei
Masseelektroden 11 werden in diametralen Positionen zur
Verfügung
gestellt werden, damit die Stirnfläche 11A jeder Masseelektrode 11 der
seitlichen Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 entgegen steht. Der kürzeste Abstand
F von der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11 zum Keramikisolator 1 wird kleiner
gewählt
als der kürzeste
Abstand G von der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11 zur seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode 2.
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Details
der Dimensionierung der einzelnen Teile, die in 2 gezeigt
sind, werden unten angegeben. Die Mittelelektrode 2 hat
einen Durchmesser A, der gleich 2,0 mm ist (alle Maße, die
unten genannt werden, sind in Millimeter); die Mittelelektrode 2 steht
von dem Keramikisolator 1 um einen Betrag B hervor, der
gleich 1,8 ist; die Stirnfläche
des Keramikisolators 1 hat einen Durchmesser C, der gleich
4,6 ist. Der Abstand D von der Stirnfläche des Keramikisolators 1 zur
Kante der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11, die näher an dem distalen Ende der
Zündkerze
ist (was in 2 oben gezeigt wird), ist gleich
2,1 (dieses Maß wird
nachstehend als der Hervorstehbetrag D jeder Masseelektrode bezeichnet).
Die Dicke E jeder Masseelektrode 11 (d.h., der Abstand
von der oberen Kante der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode zur unteren Kante der Stirnfläche, wie in 2 gezeigt)
ist gleich 1,6. Der Abstand F von der unteren Kante der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11 zur Stirnfläche des Keramikisolators 1 (dieses
Maß wird
nachstehend als der Halbgleit-Entladungsluftabstand F bezeichnet),
ist gleich 0,5. Der Abstand G von der Stirnfläche 11A jeder Masseelektrode 11 zur
seitlichen Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 (dieses Maß wird nachstehend als der
seitliche Elektroden-Luftabstand
G bezeichnet) ist gleich 1,3. Der Abstand H, um den die Stirnfläche des
Keramikisolators 1 vom Antifunkenabbrandelement 21 beabstandet
wird, ist gleich 0,5.
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Der
Halbgleit-Entladungsabstand F ist kleiner als der seitliche Elektroden-Luftabstand
G. Der Abstand H, um den die Stirnfläche des Keramikisolators von
dem Antifunkenabbrandelement beabstandet ist, ist 0,5, was größer als
0,2 ist. Der Durchmesser A der Mittelelektrode ist 2,0. Der Betrag
des Hervorstehens D jeder Masseelektrode ist größer als der Betrag des Hervorstehens
B der Mittelelektrode und (D-B) ist kleiner als die Dicke E jeder
Masseelektrode. Weiter ist die Halboberflächen-Entladungs-Luftabstand
F gleich 0,5, was größer als
0,3 ist. Experimente wurden durchgeführt, um die Haltbarkeit dieser
Zündkerze
mit der von zwei herkömmlichen
Zündkerzen
zu vergleichen.
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3A und 3B zeigen
im Schnitt die distalen Endabschnitte der zwei herkömmlichen
Zündkerzen,
die in den vergleichenden Experimenten verwendet wurden. Die Zündkerze,
die in 3A gezeigt ist, hat ein Antifunkenabbrandelement
(Pt) 21, dass so an die seitliche Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode 2 befestigt ist, dass es teilweise in dem
Keramikisolator 1 eingebettet ist. Diese herkömmliche
Zündkerze
wird Zündkerze
B genannt. Die Zündkerze,
die in 3B gezeigt ist, hat kein Antifunkenabbrandelement,
das an der Mittelelektrode 2 angebracht ist, die nur allein
aus einer Nickellegierung besteht (95 Gewichtsprozent Ni). Diese
herkömmliche
Zündkerze
wird Zündkerze
C genannt. Die Zündkerze
der vorliegenden Erfindung, die in 2 gezeigt
ist, wird Zündkerze
A genannt. Die drei Zündkerzen
sind mit völlig
gleichen Maßen
ausgebildet und der einzige Unterschied besteht darin, ob ein Antifunkenabbrandelement
verwendet wird, oder in welcher Lage es befestigt wird, wenn es
verwendet wird. In Figuren. 3A und 3B wird die
Mittelelektrode 2 durch eine durchgezogene Linie angezeigt,
um ein wenig übertrieben
einen abgenutzten Zustand darzustellen, der aus dem Lauf über einige
zehntausend Kilometern hervorgeht, und durch eine zwei-kurz-ein-lang-gestrichelte
Linie, um einen fabrikneuen Zustand zu zeigen, ähnlich wie in 2.
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4 und 5 zeigen
die Resultate der Bordzuverlässigkeitstests.
Die Testzündkerzen
wurden mit einem 2-Liter-6-Zylinder-Reihenmotor betrieben, der unter
Vollgas-Bedingungen
(WOT: weit offene Drossel) bei 5.000 U/min laufen gelassen wurde.
Dieser Betrieb war mit dem Fahren bei ungefähr 170 Kilometern pro Stunde
gleichwertig; eine Haltbarkeitsdauer von 300 h war mit dem Fahren über 50.000
Kilometer und eine Haltbarkeitsdauer von 600 h war mit dem Fahren über 100.000
Kilometer gleichwertig. In beiden 4 und 5,
bezieht sich O auf die Daten für
Zündkerze
A (die Erfindungsprobe), σ bezieht
sich auf die Daten für Zündkerze
B (die herkömmliche
Probe mit Pt), und Δ bezieht
sich auf die Daten für
Zündkerze
C (die herkömmliche
Probe ohne Pt).
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4 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Zunahme des seitlichen
Luftspalts G und der Betriebsdauer zeigt. Wenn die Betriebsdauer
200 h überstieg,
begannen die Daten für
die drei Zündkerzen
auseinander zu laufen und bei 400 h war die Abweichung erheblich.
Bis zu 600 h verschoben sich die Daten für die drei Zündkerzen
im Allgemeinen parallel zueinander. Zu jeder Betriebsstunde erfuhr
die Zündkerze
A der Erfindung die kleinste Zunahme des seitlichen Luftspalts G
und hatte die höchste
Haltbarkeit. Die Zündkerze
B war schlechter und die Zündkerze
C war die schlechteste.
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5 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Entladungsspannung
und der Betriebsdauer zeigt. Die Entladungsspannung wurde durch
eine momentane maximale Entladungsspannung, die während des
Leerlauflaufs auftrat (Leerlauf gefolgt vom Lauf) ausgedrückt und
ausgewertet. In einem fabrikneuen Zustand zeigte die Zündkerze A
der Erfindung eine höhere
Entladungsspannung als die herkömmlichen
Zündkerzen
B und C. Als der Betrieb fortgesetzt wurde, drehte sich die Tendenz
um, und als die Betriebsdauer 100 h überstieg, hatte Zündkerze
A die niedrigste Entladungsspannung, gefolgt von den Zündkerzen
B und C. Diese Tendenz setzte sich weiter fort bis zu einer Betriebsdauer
von 600 h. Die Zunahme der Entladungsspannung von Zündkerze
A verringerte sich stufenweise. Die Entladungsspannungen der Zündkerzen
B und C erhöhten sich
auch bei einer Betriebsdauer von 200 h bis 300 h, aber in der Periode
von 300 h bis 600 h, neigte die Zunahme der Entladungsspannung dazu,
sich ein wenig zu erhöhen.
Diese Resultate zeigen auch, dass die Zündkerze A der Erfindung haltbarer
ist als die Zündkerzen
B und C.
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Die
Zündkerzen
A, B und C, die den Zuverlässigkeitstests
für 600
h unterworfen wurden, wurden auch auf ihre Anti-Riefenbildung und
andere Eigenschaften untersucht. Die Resultate werden in Tabelle
1 unten gezeigt, aus der man ersehen kann, dass während des
Kohlenstoffverrußens
des Keramikisolators
1 der Funkenüberschlag in jeder Zündkerze
zu 100% Halbgleitentladung verursachte. Das heißt, zu jeder Betriebsdauer, verursachte
die Kohlenstoffverrußung,
dass Elektrizität
von der seitlichen Masseelektrode
11 zu der Kante der Stirnfläche des
Keramikisolators
1 überschlägt, worauf
Funken auf das Stirnfläche
wanderten, um die Mittelelektrode
2 zu erreichen. Infolgedessen
wurde die Kohlenstoffablagerung auf der Oberfläche des Keramikisolators durch
die Funken sauber gebrannt und der mit Kohlenstoff verrußte Isolator
war positiv funkengereinigt. Tabelle
1
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Der
Funkenüberschlag,
der im oberen Bereich der Mittelelektrode 2 auftrat, nachdem
sie für
50.000 Kilometer gelaufen war (300 h), war 90% bei Zündkerze
A, 35% bei Zündkerze
B und 55% bei Zündkerze
C. Die übrigen
Funkenüberschläge traten
nahe der Basis der Mittelelektrode 2 auf und verursachten
Halboberflächenentladungen
auf der Stirnfläche
des Keramikisolator 1. Wie in 2 gezeigt,
hatte die Zündkerze
A ein Antifunken abbrandelement (Pt) 21 an der Mittelelektrode 2 in
einem Bereich befestigt, der von der Stirnfläche des Keramikisolators 1 um
den spezifizierten Abstand von H = 0,5 mm beabstandet war. Als Ergebnis
des Laufs über
die ersten 50.000 Kilometer, wurde folglich der Bereich der Mittelelektrode 2,
der nahe der Basis war und der nicht das Antifunkenabbrandelement 21 hatte,
durch Funkenerosion geriefelt. Als Ergebnis wurde der Abstand von
jeder Masseelektrode 11 zum Antifunkenabbrandelement 21 auf
der Mittelelektrode 2 kürzer als
der Abstand von jeder Masseelektrode 11 zum Bereich der
Mittelelektrode 2 nahe der Basis, und der Funkenüberschlag
zum Antifunkenabbrandelement 21 entfernt von dem Keramikisolator 1 wäre dominierend
geworden (verantwortlich für
90% der Funkenüberschläge, die
in der Zündkerze
auftraten). Eine andere Vermutung ist, dass die Riefenbildung der
Mittelelektrode 2 im Bereich nahe der Unterseite das elektrische
Feld in diesem Bereich verringert.
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Wie
in 3A gezeigt, hatte die Zündkerze B ein Antifunkenabbrandelement
(Pt) 21 derart an die Mittelelektrode 2 befestigt,
dass es teilweise in dem Keramikisolator 1 eingebettet
war. In einer Weise die zum Fall der Zündkerze A entgegengesetzt ist,
wurde der distale Endabschnitt der Mittelelektrode 2 durch
Funken erodiert, nachdem sie über
die ersten 50.000 Kilometer gelaufen war. Als Ergebnis erhöhte sich
der Abstand von jeder Masseelektrode 11 zum distalen Endabschnitt
der Mittelelektrode 2, oder das elektrische Feld im distalen Endabschnitt
der Mittelelektrode 2 wurde verringert, was schließlich dazu
führte,
dass der Funkenüberschlag zum
distalen Endabschnitt der Mittelelektrode 2 auf 35% abfiel.
Stattdessen wurde der Funkenüberschlag
zu dem Bereich der Mittelelektrode 2, der nahe ihrer Basis
war und mit dem Antifunkenabbrandelement 21 bedeckt war, überwiegend.
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Wie
in 3B gezeigt, hatte die Zündkerze C kein Antifunkenabbrandelement,
das an die Mittelelektrode 2 befestigt ist. Dem gemäß war die
Basis und der distale Endabschnitt der Mittelelektrode 2 das
Resultat des Laufs über
die ersten 50.000 Kilometer. Der Funkenüberschlag zum distalen Endabschnitt
der Mittelelektrode 2 machte 55% der Funkenüberschläge aus,
die in der Zündkerze
auftraten. Mit anderen Worten, die Funkenüberschläge wurden in fast gleiche Anteile
zwischen dem distalen Endabschnitt der Mittelelektrode und ihrem
Basisbereich aufgeteilt.
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Als
nächstes
wurde die Tiefe der Rille, die sich in der Oberfläche des
Keramikisolators 1 nach dem Lauf über 100.000 Kilometer bildet
(600 h), durch Prüfung
mit einem Rasterelektronenmikroskop gemessen. Die folgenden Kriterien
wurden verwendet, um die Resultate der Prüfung auszuwerten, einschließlich jener
der Prüfungen,
die später
beschrieben werden, und die durchgeführt wurden, um einen optimalen
Wert des Abstands H zu ermitteln: geringfügig (⊙), die Nuttiefe war kleiner
als 0,2 mm; klein (O), 0,2 bis 0,3 mm; moderat (Δ), 0,3 bis 0,4 mm; ausgedehnt
(x), mehr als 0,4 mm.
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Die
Zündkerze
A der vorliegenden Erfindung wurde mit ⊙ bewertet und nur geringfügige Riefenbildung trat
bei einigen Gelegenheiten auf. Andererseits wurden die herkömmlichen
Zündkerzen
B und C als Δ bewertet
und flache Riefenbildung trat auf. Diese Resultate sind die natürliche Konsequenz
der zuvor erwähnten
Daten für
den Funkenüberschlag
im oberen Teil der Mittelelektrode, die sich nach dem Lauf über 50.000
Kilometer ergaben.
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Dann
wurden, um einen optimalen Wert des Abstands H zu beStirnmen, verschiedene
Probestücke der
Zündkerze
vorbereitet, deren einzelne Teile die gleichen Maße hatten
wie in der Zündkerze
A, und in welchen H zu 0, 0,1, 0,2, 0,3 und 0,4 verändert wurde.
Diese Probestücke
wurden einem Bordzuverlässigkeitstest für 600 h
mit den Bedingungen unterworfen, die bereits oben beschrieben wurden.
Die so geprüften
Anti-Riefenbildungs-Eigenschaften
des Keramikisolators
1 werden in Tabelle 2 unten gezeigt. Tabelle
2
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Wie
aus Tabelle 2 deutlich wird, tritt erhebliche Riefenbildung auf,
wenn H = 0 mm, oder im Fall, in dem das Antifunkenabbrandelement
(Pt) 21 an die Mittelelektrode 2 in einer Fläche befestigt
wurde, die mit dem Stirnfläche
der Keramikisolators 1 koextensiv ist. Wenn H = 0,1 mm,
war der Grad der Riefenbildung ein wenig vermindert und als H =
0,2 mm oder mehr war, war das Auftreten der Riefenbildung unwesentlich.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 2 gezeigt,
eine Zündkerze
eines zeitweiligen Halbgleit-Entladungstyps zur Verfügung gestellt,
welche die Vorteile einer hohen Resistenz gegen Riefenbildung, einer
hohen Haltbarkeit und einer hohen Resistenz gegen Kohlenstoffverrußen hat,
während
sie unter niedriger Last betrieben wird (siehe die Diagramme in 4 und 5 und
die Daten in Tabelle 1). Vorzugsweise wird die Stirnfläche des
Keramikisolators 1 von dem Antifunkenabbrandelement 21 um
den Abstand H von mindestens 0,2 mm beabstandet.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Ausführungsform, die in 2 gezeigt
wird, nicht der alleinige Fall der Erfindung ist und verschiedene
Veränderungen
denkbar sind, wie unten beschrieben wird.
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6A ist
eine Schnittansicht des distalen Endabschnitts einer Zündkerze
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Zündkerze ist eine Scheibe des
Antifunkenabbrandelements (Pt) 22, die an die Spitze, anstatt
an der seitlichen Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2, durch Widerstandsschweißung befestigt
ist. Die zweite Ausführungsform
ist ansonsten dieselbe wie die erste Ausführungsform, die in 2 gezeigt
ist.
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Bei
dieser Gestaltung verringert sich die seitliche Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode 2 auf Grund der Funkenerosion, die aus
dem Lauf über
einige zehntausend Kilometern resultiert, etwas im Durchmesser. Da
der Durchmesser des Antifunkenabbrandelements 22 an der
Spitze der Mittelelektrode 2 im wesentlichen derselbe bleibt,
werden Funkenüberschläge auf den
distalen Endabschnitt der Mittelelektrode 2 und entfernt vom
Keramikisolator 1 konzentriert. Die Zündkerze hat folglich eine hohe
Resistenz gegen Riefenbildung. Wenn der Keramikisolator 1 verrußt, schlägt Elektrizität von jeder
Masseelektrode 11 zum Keramikisolator 1 über und
die resultierende Halbgleit-Entladung verrichtet eine Funkenreinigung.
In der zweiten Ausführungsform
behält
der distale Endabschnitt der Mittelelektrode, in der ein elektrisches
Feld dazu neigt, sich zu konzentrieren, seine Form bei. Dem gemäß erhöht sich
die Wahrscheinlichkeit von Funkenüberschlägen in dem distalen Endabschnitt
auf einen höheren
Wert, und die Resistenz gegen Riefenbildung, und folglich die Funktionsdauer
der Zündkerze,
wird entsprechend erhöht.
Als weiterer Vorteil verbessert das Auftreten der Funkenüberschläge im distalen
Endabschnitt der Mittelelektrode 2 die Zündleistung
der Zündkerze.
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6B ist
ein Schnitt des distalen Endbereichs einer Zündkerze gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird der Durchmesser
des ungeschützten
Teils der Mittelelektrode in allen Bereichen, den distalen Endabschnitt
ausgenommen, kleiner ausgebildet. Der Bereich der Mittelelektrode 2' mit kleinem
Durchmesser hat einen Durchmesser J der 1,6 mm ist, einen Wert 0,4
mm kleiner als der zugehörige
Durchmesser A der Mittelelektrode 2', der 2,0 mm ist. Eine Scheibe
des Antifunkenabbrandelements (Platin Pt) 23, die einen
Durchmesser von 2,0 mm hat, wird an der Spitze der Mittelelektrode 2' durch Widerstandschweißung befestigt.
Die dritte Ausführungsform
ist ansonsten dieselbe wie die zweite Ausführungsform, die in 6A gezeigt
ist.
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Mit
dieser Gestaltung werden schon in einem solch frühen Anfangsstadium des Fahrzeugbetriebs Funkenüberschläge auf das
Antifunkenabbrandelement 23 im distalen Endabschnitt der
Mittelelektrode 2' konzentriert,
wo der Entladungsabstand klein genug ist, um die Konzentration eines
elektrischen Feldes zu ermöglichen
und die Häufigkeit
der Funkenüberschläge, die
nahe der Basis der Mittelelektrode 2' auftreten, wird be trächtlich
verringert. Infolgedessen wird der Resistenz gegen Riefenbildung
erhöht,
so dass die Funktionsdauer der Zündkerze
entsprechend erhöht
wird, und es wird der zusätzliche
Vorteil einer guten Zündleistung
erreicht.
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Der
Durchmesser J des Bereichs der Mittelelektrode 2' mit kleinem
Durchmesser wird vorzugsweise um 0,2 bis 1,0 mm, höchst vorzugsweise
0,3 bis 0,6 mm kleiner gebildet als sein inhärenter Durchmesser A. Der Durchmesser
J ist vorzugsweise mindestens 1,0 mm, um der Anforderung für das Sichern
der Haltbarkeit der Mittelelektrode 2' zu entsprechen.
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7 ist
eine Schnittansicht des distalen Endabschnitts einer Zündkerze
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der Zündkerze ist die Stirnfläche 11A' jeder Masseelektrode 11' bezüglich der
seitlichen Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 schräg angeordnet. Der kürzeste Abstand
F' von jeder Masseelektrode 11' zum Keramikisolator 1 ist
kleiner als der kürzeste
Abstand G' von der
unteren Kante 11B der Stirnfläche 11A' jeder Masseelektrode 11' zur seitlichen
Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 gebildet, wie in 7 zu
sehen. Die vierte Ausführungsform
ist ansonsten dieselbe wie die zweite Ausführungsform, die in 6A gezeigt
ist.
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Mit
dieser Gestaltung werden schon im Ausgangsstadium des Fahrbetriebs
Funkenüberschläge im Bereich
zwischen der unteren Kante 11B der Stirnfläche 11A' jeder Masseelektrode 11' und der seitlichen
Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 konzentriert, wo der Entladungsabstand
klein genug ist, um die Konzentration eines elektrischen Feldes
zu ermöglichen,
und die Häufigkeit
der Funkenüberschläge, die
nahe der Basis der Mittelelektrode 2 auftreten, wird beträchtlich
verringert. Zusätzlich
verringert sich der Durchmesser der seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode 2 wegen der Funkenerosion etwas, die aus
dem Lauf über einige
zehntausend Kilometer resultiert. Da der Durchmesser des Antifunkenabbrandelements 22 an
der Spitze der Mittelelektrode 2 im wesentlichen derselbe
bleibt, werden Funkenüberschläge mehr
im distalen Endabschnitt der Mittelelektrode 2 konzentriert.
Die Zündkerze
hat folglich eine hohe Resistenz gegen Riefenbildung. Wenn der Keramikisolator 1 verrußt ist,
schlägt
Elektrizität
von jeder Masseelektrode 11' zum
Keramikisolator 1 über
und die resultierende Halboberflächen-Entladung verrichtet
eine Funkenreinigung.
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In
der vierten Ausführungsform
behält
der distale Endabschnitt der Mittelelektrode, in der ein elektrisches
Feld dazu neigt, sich zu konzentrieren, seine Form bei. Dem gemäß erhöht sich
die Wahrscheinlichkeit von Funkenüberschlägen in diesem distalen Endabschnitt
auf einen höheren
Wert, und die Resistenz gegen Riefenbildung erhöht sich. Folglich wird die
Funktionsdauer der Zündkerze
entsprechend erhöht.
Als weiterer Vorteil verbessert das Auftreten der Funkenüberschläge im distalen
Endabschnitt der Mittelelektrode die Zündleistung der Zündkerze.
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8A und 8B zeigen
eine fünfte
Ausführungsform
der Erfindung. 8A ist eine Schnittansicht des
distalen Endabschnitts einer Zündkerze
gemäß der fünften Ausführungsform. 8B ist
eine Perspektivansicht des distalen Endabschnitts. In der fünften Ausführungsform
wird ein Band als Antifunkenabbrandelement 21 nicht um
die gesamte Umfangsseite der Mittelelektrode 2 zur Verfügung gestellt,
wie in der ersten Ausführungsform,
die in 2 gezeigt wird. Stattdessen werden zwei kreisförmige Antifunkenabbrandelemente 24,
die aus Platin (Pt) gebildet sind, in den Bereichen der Mittelelektrode 2 zur
Verfügung
gestellt, die den Stirnflächen 11A der
zwei Masseelektroden 11 gegenüber stehen, und werden in diesen
Bereichen durch Laserschweißen
befestigt.
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Die
fünfte
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass eine geringere Menge des kostspieligen Antifunkenabbrandelements
verwendet wird.
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9A bis 9D zeigen
eine sechste Ausführungsform
der Erfindung. 9A ist eine Schnittansicht des
distalen Endabschnitts einer Zündkerze
gemäß der sechsten
Ausführungsform. 9B, 9C und 9D sind
Perspektivansichten von drei Versionen des Antifunkenabbrandelements.
In der sechsten Ausführungsform
wird die Scheibe des Antifunkenabbrandelements 22 nicht
auf der gesamten Oberfläche
der distalen Stirnfläche
der Mittelelektrode 2 zur Verfügung gestellt, wie in der zweiten
Ausführungsform,
die in 6A gezeigt ist. Stattdessen
ist ein Stab des Antifunkenabbrandelements 25 auf die distale
Stirnfläche
der Mittelelektrode 2 gesetzt, und wobei das Antifunkenabbrandelement 25 mit
ihren Endbereichen den Endflächen 11A der
Masseelektroden 11 gegenüberliegend durch Laserschweißen oder
Widerstandschweißen
befestigt wird. In 9B wird ein Prisma als Antifunkenabbrandelement
befestigt, so dass eine seiner Kanten in Verbindung mit der distalen
Stirnfläche
der Mittelelektrode 2 ist. In 9C wird
auch ein Prisma als Antifunkenabbrandelement 26 befestigt,
derart, dass eine seiner Seiten in Verbindung mit der distalen Stirnfläche der Mittelelektrode 2 ist.
In 9D wird ein Zylinder als Antifunkenabbrandelement 27 befestigt,
so dass der Bereich seiner Umfangsseite in Verbindung mit der distalen
Stirnfläche
der Mittelelektrode 2 ist.
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Obwohl
in 9A bis 9D nicht
gezeigt, können
die Stäbe
der Antifunkenabbrandelemente 25, 26 und 27 so
zur Verfügung
gestellt werden, dass beide Endabschnitte etwas von der seitlichen
Umfangsoberfläche
der Mittelelektrode 2 abstehen.
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Die
sechste Ausführungsform,
die oben beschrieben wird, hat den Vorteil, dass eine geringere
Menge des kostspieligen Antifunkenabbrandelements verwendet wird.
Als weiterer Vorteil neigt ein elektrisches Feld dazu, sich auf
die Endabschnitte der Stäbe
der An tifunkenabbrandelemente 25, 26 oder 27 zu
konzentrieren. Dem gemäß treten
mehr Funkenüberschläge in diesen
Endabschnitten des Antifunkenabbrandelements auf.
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10A zeigt eine siebente Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In dieser Zündkerze
wird ein Gürtel
des Antifunkenabbrandelements 28, der aus Platin (Pt) gebildet
ist, durch Laserschweißen
an der Umfangsseite der Mittelelektrode 2 in den Positionen
befestigt, die den Stirnflächen 11A der
Masseelektroden 11 gegenüber liegend angeordnet sind.
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10B ist eine Querschnittansicht des distalen Endabschnitts
einer Zündkerze
gemäß einer
achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in der Form zu der Zündkerze
identisch ist, die in 9A gezeigt ist, außer dass
der distale Endabschnitt der Mittelelektrode 2 durch Schneiden
oder Schleifen entfernt wurde, damit das obere Ende des Antifunkenabbrandelements 29 in
der Gürtelform
von der Spitze der Mittelelektrode 2 absteht. Die achte
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass es ermöglicht
wird, ein elektrisches Feld leicht auf die Spitze der Mittelelektrode 2 zu
konzentrieren, damit mehr Funkenüberschläge am Antifunkenabbrandelement 29 an
der Spitze der Mittelelektrode 2 auftreten, so dass sich
die Zündleistung
der Zündkerze verbessert
und sie beständiger
gegen die Riefenbildung wird.
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11 ist
ein Schnitt des distalen Endabschnitts einer Zündkerze gemäß einer neunten Ausführungsform
der Erfindung. Die Mittelelektrode 2 und das Antifunkenabbrandelement 28 in
der neunten Ausführungsform
haben die gleichen Abmessungen wie in der siebenten Ausführungsform,
die in 10A gezeigt ist. Der Unterschied
liegt in der Geometrie der Stirnfläche 1D des Keramikisolators 1'. Sie ist nicht
flach, sondern wie ein umgekehrter Kegel geformt, der in Richtung
zur Mittelelektrode 2 ausgehöhlt ist. Die Stirnfläche 1D,
die wie ein umgekehrter Kegel geformt ist, erhöht den Abstand über den
Oberflächenentladung
auf der Stirnfläche 1D des
Keramikisolators 1' auftreten,
so dass er resistenter gegen Verrußen und folglich gegen Riefenbildung wird.
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12A ist eine Schnittansicht des distalen Endabschnitts
einer Zündkerze
gemäß einer
zehnten Ausführungsform
der Erfindung. In dieser Ausführungsform
steht die Mittelelektrode 41 nur wenig von der Stirnfläche des
Keramikisolators 1 ab. Eine Scheibe des Antifunkenabbrandelements 30 wird
an die distale Stirnfläche
der Mittelelektrode 41 durch Widerstandsschweißen befestigt.
Die Stirnflächen
der Masseelektroden 11 werden der seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode 41 gegenüber angeordnet. Die Stirnfläche des
Keramikisolators 1 wird zwischen der Kante der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11, die näher an dem distalen Ende des
Zündkerze
ist (und die in der 12A oben ist), und der entgegengesetzten
unteren Kante der Stirnfläche 11A angeordnet.
Deshalb ist der Zündkerze
gemäß der zehnten
Ausführungsform
vom sogenannten Halbgleit-Entladungstyp. Der axiale Abstand K von
der Stirnfläche
der Keramikisolator 1 zur unteren Kante der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11 ist mindestens 40% der Dicke (d.h. der
Abstand von der oberen Kante der Stirnfläche 11A zur unteren
Kante) jeder Masseelektrode 11.
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Mit
dieser Gestaltung neigt Elektrizität dazu, von der oberen Kante
der Stirnfläche 11A jeder
Masseelektrode 11 zum Antifunkenabbrandelement 30 auf
der Mittelelektrode 41 über
zu schlagen, und keine Funken bleiben an der Oberfläche des
Keramikisolators 1 haften; dieses trägt dazu bei, die Zündkerze
resistenter gegen die Riefenbildung auszubilden.
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12B ist ein Schnitt des distalen Endabschnitts
einer Zündkerze
gemäß einer
elften Ausführungsform
der Erfindung, in der ein ringförmiges
Antifunkenabbrandelement 31 anstatt einer Scheibe des Antifunkenabbrandelements
an der Spitze der Mittelelektrode 42 durch Laserschweißen oder
Widerstandsschweißen befestigt
ist. Die elfte Ausführungsform
ist ansonsten dieselbe wie die zehnte Ausführungsform, die in 12A gezeigt ist und erzielt das gleiche Resultat
wie letztere. Die elfte Ausführungsform
hat den Vorteil, dass eine geringere Menge des kostspieligen Antifunkenabbrandelements
verwendet wird.
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13 ist
ein Querschnitt des distalen Endabschnitts einer Zündkerze
gemäß einer
zwölften
Ausführungsform
der Erfindung, in der die Mittelelektrode 43 ein wenig
von der Stirnfläche
des Keramikisolators 1 absteht und ein Band des Antifunkenabbrandelements 32 ist
an der Umfangsseite der Mittelelektrode 43 in einem Bereich
nahe der Spitze durch Laserschweißen befestigt. Die zwölfte Ausführungsform
ist ansonsten dieselbe wie die zehnte Ausführungsform.
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Bei
der vorangehenden Beschreibung der zwölften Ausführungsformen der Erfindung
ist die Verwendung von zwei Masseelektroden 11 angenommen
worden. Dieses ist nicht der einzige Fall der Erfindung und es können Multipol-Zündkerzen
gebaut werden, wie solche die drei oder vier Masseelektroden verwenden. Aus
Sicht der Verhinderung der Verrußung, werden Multipol-Zündkerzen
bevorzugt, aber in der Praxis müssen auch
die Herstellungskosten in Betracht gezogen werden, um die passende
Zahl von Masseelektroden zu beStirnmen.
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Gewöhnliche
Zündkerzen
werden in vielen Fällen
mit negativer Polarität
verwendet, da sie Niederspannung erfordem. Die erfindungsgemäße Zündkerze
erfährt
keine beträchtliche
Zunahme der erforderlichen Spannung, selbst wenn sie mit positiver
Polarität
verwendet wird. Folglich kann die Zündkerze mit einer zweipoligen
Stromversorgung verwendet werden, um die Kosten des Zündsystems
zu verringern.
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Wie
auf den vorangehenden Seiten beschrieben, ist die Zündkerze
der Erfindung so ausgebildet, dass der kürzeste Abstand von der Stirnfläche jeder
Masseelektrode zum Keramikisolator kleiner ausgebildet wird, als
der kürzeste
Abstand von der Stirnfläche
jeder Masseelektrode zur seitlichen Umfangsoberfläche der
Mittelelektrode, und das Antifunkenabbrandelement wird an einem
Bereich der Mittelelektrode befestigt, so dass es mindestens einen
vorgegebenen Abstand von der Stirnfläche des Keramikisolators hat.
Wegen dieser Gestaltungsmerkmale ist die Zündkerze der Erfindung gegenüber Kohlenstoffverrußungen in
hohem Maße
resistent, erleidet nur begrenzte Riefenbildung des Keramikisolators
und schützt
die Mittelelektrode vor Funkenerosion, was in Kombination die Funktionsdauer
der Zündkerze
verlängert.