DE69924786T2

DE69924786T2 - Zündkerze

Info

Publication number: DE69924786T2
Application number: DE69924786T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Mizuho-ku Iwata; Takahiro Mizuho-ku Suzuki; Yoshihiro Mizuho-ku Matsubara
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: US6229253B1; DE69924786D1; EP0964490A3; JP2000068032A; JP3140006B2; EP0964490A2; EP0964490B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die zur Zündung in einem Verbrennungsmotor verwendet wird.
Im Allgemeinen ist eine herkömmliche Zündkerze mit einer mittigen Elektrode und einer parallelen Masseelektrode ausgestattet. Die mittige Elektrode ragt nach unten von der unteren Stirnfläche des Isolators hervor. Die parallele Masseelektrode ist gegenüber der mittigen Elektrode angeordnet, wobei ein Ende davon mit einer Haupt-Metallummantelung verbunden ist, um ein mit Kraftstoff vermischtes Gas durch eine Funkenentladung in einem Luftspalt zwischen der mittigen Elektrode und der parallelen Masseelektrode zu zünden.
Um die Zündfähigkeit im Luftspalt zu verbessern, wird in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (kokai) Nr. Hei. 5-326 107, im US Patent Nr. 5 581 145 und in der Druckschrift EP 0 774 812 A eine Zündkerze vorgeschlagen, die mit zusätzlichen Masseelektroden gegenüber der Seitenfläche einer mittigen Elektrode zusätzlich zu einer parallelen Masseelektrode gegenüber der Stirnfläche der mittigen Elektrode ausgestattet ist. Diese zusätzlichen Masseelektroden werden nicht bereitgestellt, damit Funken in einem Spalt zwischen der zusätzlichen Masseelektrode und der mittigen Elektrode überspringen. Diese zusätzlichen Masseelektroden werden jedoch bereitgestellt, um die Verteilung von elektrischen Feldern zwischen der parallelen Masseelektrode und der mittigen Elektrode durch das Vorhandensein der zusätzlichen Masseelektroden zu verbessern.
Demzufolge ist die Zündfähigkeit durch das Überspringen eines Funkens im Spalt zwischen der parallelen Masseelektrode und der mittigen Elektrode bei einer niedrigeren Entladungsspannung verbessert. Daher muss beim Aufbau dieser Zündkerzen die Kante der Stirnfläche der zusätzlichen Masseelektrode nicht unbedingt in der Umgebung der unteren Stirnfläche des Isolators angeordnet sein.
Des Weiteren wird im US Patent Nr. Anmeldungs-Seriennummer 08/749 309 und in der Druckschrift EP 0 774 812 A eine Zündkerze, die mit einer zusätzlichen Masseelektrode in der Umgebung der unteren Stirnfläche des Isolators zusätzlich zu einer parallelen Masseelektrode gegenüber der Stirnfläche einer mittigen Elektrode ausgestattet ist, vorgeschlagen.
Es gibt jedoch ein Problem, dass die herkömmliche Zündkerze, die sowohl in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-326 107 als auch im US Patent Nr. 5 581 145 offenbart ist, bei einer so genannten Verrußung empfindlich ist. Zum Zeitpunkt des normalen Betriebs, an dem der Verbrennungsmotor mit einer Motordrehzahl gedreht wird, die gleich oder schneller als eine vorgegebene Motordrehzahl bei einer vorgegebenen Temperatur ist, wird ein Fußteil, der ein unterer Teil des Isolators der Zündkerze ist, entsprechend verbrannt, wobei die Oberflächentemperatur in der Umgebung der unteren Stirnfläche des Isolators in einer Verbrennungskammer auf annähernd 500°C ansteigt. Daher wird der Kohlenstoff, der an der Oberfläche des Isolators haftet, verbrannt, wobei die Oberfläche des Isolators sauber gehalten wird. Folglich wird keine Verrußung verursacht. Im Fall einer geringen Last jedoch, in der die Temperatur des Verbrennungsmotors extrem niedrig ist und auch die Motordrehzahl niedrig ist, steigt die Oberflächentemperatur des Isolators nicht an, wobei Kohlenstoff durch die Verbrennung an der Oberfläche des Isolators haftet und sich so ansammelt, dass er einem so genannten Verrußungs-Zustand bildet. Wenn dies weiter voranschreitet, verschlechtert sich die Isolierung zwischen der mittigen Elektrode und der Masseelektrode, die Funkenentladung wird blockiert und ein Motorstillstand wird verursacht.
Was die im US Patent Nr. Anmeldungs-Seriennummer 08/749 309 offenbarte herkömmliche Zündkerze betrifft, wird ein Verhältnis zwischen der Entfernung (ein Haupt-Luftspalt oder ein Halb-Flächen-Spalt) von der parallelen Masseelektrode oder der zusätzlichen Masseelektrode zu mittigen Elektrode und der Entfernung (ein Spalt zwischen einer Halb-Fläche und dem Isolator) von der Stirnfläche der zusätzlichen Masseelektrode zur Seitenfläche des Isolators nicht offenbart.
Des Weiteren ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (kokai) Nr. Sho. 59-71 279 eine Halb-Flächen-Zündkerze offenbart, in der eine Masseelektrode gegenüber der Seitenfläche des Isolators angeordnet ist. Da in der obigen Zündkerze die Funken entlang der Oberfläche des Isolators fliegen, wird Kohlenstoff, der an der Oberfläche des Isolators haftet, abgebrannt, wobei das Problem der Verrußung kaum verursacht wird. Da die Funken jedoch immer entlang der Oberfläche des Isolators fliegen, wird das Problem der so genannten Kanalbildung, bei der die Oberfläche des Isolators durch Funken beschädigt wird, verursacht. Daher gibt es ein Problem, dass die Lebensdauer der Zündkerze kurz ist.
Die Wendung "fliegende Funken" und davon abgeleitete Ausdrücke, die hier verwendet werden, können das Verursachen, dass ein Funke in einem Spalt überspringt, das Auftreten einer Funkenentladung usw. betreffen.
Die Druckschrift GB-1 370 762 offenbart eine Zündkerze entsprechend des vorkennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze bereitrustellen, die gegenüber der Verrußung widerstandsfähig ist, eine lange Lebensdauer und eine ausgezeichnete Zündfähigkeit hat.
Eine Zündkerze entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst einen Isolator, eine mittige Elektrode, eine Haupt-Metallummantelung, eine parallele Masseelektrode und wenigstens eine Halb-Flächen-Masseelektrode. Der Isolator hat ein mittiges Durchgangsloch. Die mittige Elektrode wird in dem mittigen Durchgangsloch gehalten und ragt von der unteren Stirnfläche des Isolators nach unten hervor. Die Haupt-Metallummantelung hält den Isolator. Die parallele Masseelektrode hat ein Ende, das mit der Haupt-Metallummantelung verbunden ist, wobei das andere Ende so angeordnet ist, dass das andere Ende der Stirnfläche der mittigen Elektrode gegenüberliegt, um den Isolator und eine angeordnete parallele Masseelektrode zu halten. Durch die parallele Masseelektrode und die Stirnfläche der mittigen Elektrode wird ein Haupt-Luftspalt (A) gebildet. Die wenigstens eine Halb-Flächen-Masseelektrode hat ein Ende, das mit der Haupt-Metallummantelung verbunden wird, wobei das an dere Ende so angeordnet ist, dass das andere Ende der Seitenfläche der mittigen Elektrode oder der Seitenfläche des Isolators gegenüberliegt. Zwischen der Stirnfläche des anderen Endes der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Seitenfläche der mittigen Elektrode gegenüber der Stirnfläche ist ein Halb-Flächen-Spalt (B) ausgebildet. Ein Spalt (C) zwischen einer Halb-Flächen-Masseelektrode und dem Isolator (nachfolgend als ein Halb-Flächen-Luftspalt (C) bezeichnet) ist zwischen der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Seitenfläche des Isolators gegenüber der Stirnfläche ausgebildet. In der Zündkerze ist ein Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche des Isolators und der Höhe der Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode kleiner oder gleich +0,7 mm, wobei '+' eine Richtung bedeutet, in der sich die Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode nach unten von der unteren Stirnfläche des Isolators abtrennt. Die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) ist größer als die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A). Wenn eine erste verlängerte Linie, die durch Verlängern einer Linie, die die untere Stirnfläche des Isolators zeigt, nach außen entsteht, eine zweite verlängerte Linie, die durch Verlängern einer Linie, die die Seitenfläche in der Umgebung des Halb-Flächen-Spalts (B) des Isolators zeigt, in die Richtung der unteren Stirnfläche entsteht, und eine dritte verlängerte Linie, die durch Verlängern einer Linie, die die Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode zeigt, nach unten entsteht, in dem Fall gezogen werden, dass die Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Isolator entlang der mittigen Achse des Isolators geschnitten werden, ist die Entfernung, die die Entfernung C eines Halb-Flächen-Luftspalts (C) zwischen dem Schnittpunkt der ersten und zweiten verlängerten Linie und dem Schnittpunkt der ersten und dritten verlängerten Linie ist, kürzer als die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A).
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Halb-Flächen-Masseelektrode durch ein schaftförmiges Element gebildet wird, das mit der Haupt-Metallummantelung verbunden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine teilweise Schnittansicht, die eine Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2A eine teilweise Schnittansicht, die eine vergrößerte Umgebung einer Elektrode einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2B eine erläuternde Zeichnung, die eine vergrößerte Halb-Flächen-Masseelektrode 12 zeigt;
3 eine teilweise Schnittansicht, die eine vergrößerte Umgebung einer Elektrode einer Zündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 eine teilweise Schnittansicht, die die vergrößerte Umgebung einer Elektrode einer Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) und der Entladungsspannung zeigt;
6 eine grafische Darstellung, die die Rate von überspringenden Funken von 50% zeigt, in der Punkte eingetragen sind, von denen die Rate der überspringenden Funken in einem Haupt-Luftspalt (A) und einem Halb-Flächen-Luftspalt (C) jeweils 50% beträgt, wobei die y-Achse die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A) und die x-Achse die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) zeigt;
7 eine grafische Darstellung, die Beispiele einer Messung bei einem Vor-Auslieferungs-Verschmutzungstest zeigt;
8 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) und einem unerwünschten Ergebnis des Vor-Auslieferungs-Verschmutzungstests zeigt;
9A und 9B erläuternde Zeichnungen, die einen Zustand zeigen, in dem die mittige Elektrode verschlissen ist;
10 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen einem Maß H, mit dem die mittige Elektrode hervorragt, und dem maximalen Verschleißmaß Δd zeigt;
11 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Maß H, mit dem die mittige Elektrode hervorragt, und dem als Zündbegrenzung vorgesehenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
12 eine grafische Darstellung, die das Maß H, mit dem die mittige Elektrode hervorragt, und die Temperatur am Ende der mittigen Elektrode zeigt;
13 eine teilweise Schnittansicht, die die vergrößerte Umgebung einer Elektrode einer Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode und der Wahrscheinlichkeit eines Funkens im Haupt-Luftspalt (A) zeigt;
15 eine teilweise Schnittansicht, die die vergrößerte Umgebung einer Elektrode einer Zündkerze gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt; und
16 eine teilweise Schnittansicht, die die vergrößerte Umgebung einer Elektrode einer Zündkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
Eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Isolator, eine mittige Elektrode, eine Haupt-Metallummantelung und eine Haupt-Masseelektrode, die auch als parallele Masseelektrode bekannt ist. Der Isolator ist mit einem mittigen Durchgangsloch versehen. Die mittige Elektrode wird in dem oben genannten, mittigen Durchgangsloch gehalten und ragt nach unten von der unteren Stirnfläche des Isolators hervor. Die Haupt-Metallummantelung hält den Isolator. Die parallele Mas seelektrode hat ein Ende, das mit der Haupt-Ummantelung verbunden ist, wobei das andere Ende davon gegenüber der Stirnfläche der mittigen Elektrode angeordnet ist. Durch die parallele Masseelektrode und die Stirnfläche der mittigen Elektrode wird ein Haupt-Luftspalt (A) ausgebildet. Die Zündkerze ist ferner mit einer einzelnen oder mehreren Halb-Flächen-Masseelektroden ausgestattet, von denen ein Ende mit der oben genannten Haupt-Metallummantelung verbunden ist, wobei das andere Ende gegenüber der Seitenfläche der mittigen Elektrode oder der Seitenfläche des Isolators angeordnet ist. Zwischen der Stirnfläche des anderen Endes der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Seitenfläche der mittigen Elektrode gegenüber der Stirnfläche ist ein Halb-Flächen-Spalt (B) ausgebildet. Zwischen der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Seitenfläche des Isolators gegenüber der Stirnfläche ist ein Halb-Flächen-Luftspalt (C) ausgebildet. Ein Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche des Isolators und der Höhe der Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode ist kleiner oder gleich +0,7 mm ('+' bedeutet eine Richtung, in der sich die Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode nach unten von der unteren Stirnfläche des Isolators abtrennt). Die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) ist größer als die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A). Wenn eine erste verlängerte Linie, die durch Verlängern einer Linie, die die untere Stirnfläche des Isolators zeigt, nach außen entsteht, eine zweite verlängerte Linie, die durch Verlängern einer Linie, die die Seitenfläche in der Umgebung des Halb-Flächen-Spalts (B) des Isolators zeigt, in die Richtung der oben genannten unteren Stirnfläche entsteht, und eine dritte verlängerte Linie, die durch Verlängern einer Linie, die die Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode zeigt, nach unten entsteht, jeweils in dem Fall gezogen werden, dass die Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Isolator entlang der mittigen Achse des Isolators geschnitten werden, ist die Entfernung (nachfolgend die Entfernung C genannt) eines Halb-Flächen-Luftspalts (C) vom Schnittpunkt der ersten und zweiten verlängerten Linie zum Schnittpunkt der ersten und dritten verlängerten Linie kürzer als die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A).
Die Zündkerze ist so dargestellt, dass sich die Stirnfläche der mittigen Elektrode unten befindet.
Da die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A) durch den oben genannten Aufbau kürzer ist (A < B) als die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B), wird im Haupt-Luftspalt (A) zwischen der mittigen Elektrode und der parallelen Masseelektrode zu einem normalen Zeitpunkt, an dem keinem Verrußungs-Zustand verursacht wird, eine Funkenentladung erzeugt. Die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) ist kürzer (C < A) als die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A), wobei der Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche des Isolators und der Höhe der Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode kleiner oder gleich +0,7 mm ist. Daher wird in einem durch Kohlenstoff, der durch die Verbrennung an der unteren Stirnfläche des Isolators erzeugt wurde, verschmutzten Verrußungs-Zustand zwischen der Kante der Halb-Flächen-Masseelektrode und der Seitenfläche der mittigen Elektrode über die Oberfläche der unteren Stirnfläche des Isolators eine Funkenentladung erzeugt (nachfolgend Halb-Flächen-Entladung genannt). Nachdem der Funke der Halb-Flächen-Entladung in den Halb-Flächen-Luftspalt (C) fliegt, verläuft er entlang der Oberfläche des Isolators. Wenn sich die Halb-Flächen-Entladung einige Male wiederholt, wird der Kohlenstoff, der sich an der unteren Stirnfläche des Isolators ansammelt, abgebrannt. Die Oberfläche des Isolators wird auf einen sauberen Zustand wiederhergestellt. Die Isolation auf der Oberfläche des Isolators wird wieder zurückgewonnen. Eine Verrußung löst sich auf, wobei eine Funkenentladung nicht im Halb-Flächen-Luftspalt (B), sondern im Haupt-Luftspalt (A) erzeugt wird.
Daher erzeugt die vorliegende Erfindung die folgende Wirkung.
In der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Funkenentladung die meiste Zeit im Haupt-Luftspalt (A) zwischen der mittigen Elektrode und der parallelen Masseelektrode erzeugt Nur zum Zeitpunkt des Verrußungs-Zustands, in dem die Oberfläche des Isolators durch Kohlenstoff verschmutzt ist, wird mit der Halb-Flächen-Masseelektrode im Halb-Flächen-Spalt (B) eine Halb-Flächen-Entladung erzeugt, wobei das Kraftstoffgemisch in einer Verbrennungskammer gezündet wird. Da das Kraftstoffgemisch die meiste Zeit durch die Funkenentladung im Haupt-Luftspalt (A) gezündet wird, ist die Zündfähigkeit der Zündkerze ausgezeichnet. Da die Halb-Flächen-Entladung mit einer Selbstreinigungswirkung versehen ist, in der Kohlenstoff, der sich auf der Oberfläche des Isolators angesammelt hat, abgebrannt wird, ist die Zündkerze bei einer Verrußung äußerst standfest. Da des Weiteren die Häufigkeit, mit der eine Halb-Flächen-Entladung erzeugt wird, niedrig und die Entladezeit äußerst kurz ist, wird die Wirkung der Kanalbildung durch Funken geschwächt, wobei eine Kanalbildung kaum verursacht wird. Daher ist die Lebensdauer dieser Zündkerze ausreichend lang.
In der vorliegenden Erfindung können der Abstand A des Haupt-Luftspalts (A), der Abstand B des Halb-Flächen-Spalts (B) und der Abstand C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) in dem Verhältnis von "A ≤ (0,8(B – C) + C)" mm sein.
Wenn die Zündkerze wie oben beschrieben ausgebildet ist, beträgt zu einem normalen Zeitpunkt, in dem sich die Zündkerze nicht in einem Verrußungs-Zustand befindet, die Rate von fliegenden Funken im Haupt-Luftspalt (A) 50% oder mehr. Folglich fliegen zum normalen Zeitpunkt die Funken im Haupt-Luftspalt (A), wobei die Zündkerze in Anbetracht von Zündfähigkeit und Kanalbildung vorteilhaft ist.
In der vorliegenden Erfindung ist die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) kleiner oder gleich 2,2 mm, wobei die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) größer oder gleich 0,4 mm und kleiner oder gleich (A – 0,1) mm (A: die Entfernung des Haupt-Luftspalts (A)) ist.
Wenn die Zündkerze so aufgebaut ist, kann die Halb-Flächen-Entladung zwischen einer Halb-Flächen-Masseelektrode und einer mittigen Elektrode sicherer erzeugt werden, wenn sich die Oberfläche des Isolators in einem Verrußungs-Zustand befindet. Wenn die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) größer als 2,2 mm ist, wird zwischen der Halb-Flächen-Masseelektrode und der mitigen Elektrode keine Entladung erzeugt, wobei die Wahrscheinlichkeit eines so genannten Überschlags, bei dem zwischen der Halb-Flächen-Masseelektrode und der mitigen Elektrode keine Entladung erzeugt wird, erhöht ist, wobei eine Entladung, die entlang der Oberfläche eines Fußteils des Isolators zwischen der mittigen Elektrode und der Umgebung eines am Isolator der Haupt-Metallummantelung angebrachten Teils erzeugt wird, verursacht wird. Wenn die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) kleiner ist als 0,4 mm, wird zwischen der Halb-Flächen-Masseelektrode und dem Isolator durch den Kohlenstoff eine Brücke erzeugt, wobei sich die Wahrscheinlichkeit, dass eine Entladung unterdrückt wird, erhöht. Wenn unterdessen die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) größer als 0,1 mm ist, welches die Entfernung A des Haupt Luftspalts (A) ist, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, in der die Entladung dahingehend ausgeführt wird, dass keine Entladung im Halb-Flächen-Luftspalt (C) mit der Halb-Flächen-Masseelektrode und dem Isolator, sondern im Haupt-Luftspalt (A) mit der parallelen Elektrode stattfindet, selbst zum Zeitpunkt der Verrußung.
In der vorliegenden Erfindung kann der Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche des Isolators und der Höhe der Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode vorzugsweise kleiner oder gleich +0,5 mm sein ('+' bedeutet eine Richtung, in der sich die Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode nach unten von der unteren Stirnfläche des Isolators abtrennt).
Wenn die Zündkerze so wie oben beschrieben aufgebaut ist, kann die Funkenreinigungswirkung der Oberfläche des Isolators durch die Funken der Halb-Flächen-Entladung wirksam aufrechterhalten werden. Wenn der Niveauunterschied E der Höhe der unteren Stirnfläche des Isolators und der Höhe der Kante der oberen Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode größer ist als +0,5 mm, erreichen die Funken der Halb-Flächen-Entladung die untere Stirnfläche des Isolators, wobei die Wirkung der Funkenreinigungsaktion der Oberfläche des Isolators verschlechtert sein kann.
Wenn der oben genannte Niveauunterschied E in eine Richtung abnimmt, (das heißt in eine Richtung, in der sich die Oberkante der Stirnfläche der Halb-Flächen-Masseelektrode nach oben von der unteren Stirnfläche des Isolators trennt), kann die Entladungsspannung in einer Zündkerze ohne die parallele Masseelektrode erhöht sein.
Da die Entladungsspannung zum normalen Zeitpunkt jedoch durch die parallele Masseelektrode in der Zündkerze bestimmt wird, die auch mit der parallelen Masseelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, wird die Entladungsspannung nicht erhöht. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Querschnitt der Halb-Flächen-Masseelektrode 3 mm² oder kleiner ist. Im Halb-Flächen-Luftspalt (C) kann die Entstehung einer Brücke zum Zeitpunkt eines Starts bei niedriger Temperatur durch das Ausbilden, wie oben beschrieben, verzögert werden.
In der vorliegenden Erfindung kann der oben genannte Niveauunterschied E auch kleiner oder gleich –0,7 mm sein.
Die Funkenreinigungsaktion auf der Oberfläche des Isolators durch Funken der Halb-Flächen-Entladung kann durch das Ausbilden, so wie oben beschrieben, weiter wirksam aufrechterhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung kann das Maß H, mit dem die mittige Elektrode von der unteren Stirnfläche des Isolators hervorragt, größer oder gleich 1,0 mm und kleiner oder gleich 4,0 mm sein.
Der Verschleiß der mittigen Elektrode auf Grund der Halb-Flächen-Entladung kann durch das Ausbilden, so wie oben beschrieben, verringert werden. Der Unterschied zwischen der Zündfähigkeit durch die Funkenentladung im Haupt-Luftspalt (A) mit einer parallelen Masseelektrode und der Zündfähigkeit einer Halb-Flächen-Masseelektrode durch die Halb-Flächen-Entladung kann verringert werden, wobei die Abweichung des Drehmoments eines Verbrennungsmotors auf Grund der Änderung der Zündfähigkeit entsprechend der Änderung einer Entladungselektrode so weit wie möglich verzögert werden kann. Wenn das Maß H, mit dem die mittige Elektrode hervorragt, kleiner ist als 1,0 mm, steigt der Verschleiß der Seitenfläche der mittigen Elektrode an.
Wenn unterdessen das Maß H, mit dem die mittige Elektrode hervorragt, mehr als 4,0 mm beträgt, verschlechtert sich die Zündfähigkeit durch die Halb-Flächen-Entladung verglichen mit der Zündfähigkeit im Haupt-Luftspalt (A), wobei die Zündfähigkeit von beiden unterschiedlich und nicht erwünscht ist. Die Temperatur der mittigen Elektrode ist zu hoch, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass eine Frühzündung verursacht wird, zunimmt.
Um den Unterschied der Zündfähigkeit weiter zu verringern und den Anstieg der Temperatur der mittigen Elektrode weiter zu verzögern, ist es wünschenswert, dass H kleiner oder gleich 2,0 mm ist.
In der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser am Ende der mittigen Elektrode verglichen mit dem Durchmesser am Sockel, der von der unteren Stirnfläche des Isolators hervorragt, verringert werden, der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode ist größer oder gleich 0,4 mm und ist kleiner oder gleich 1,6 mm, wobei der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode, die von der unteren Stirnfläche des Isolators hervorragt, größer oder gleich (D1 + 0,3 mm) ist.
Wenn der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode wie oben beschrieben verringert ist, verringert sich die Entladungsspannung zwischen der mittigen Elektrode und einer parallelen Masseelektrode, wobei die Zündfähigkeit im Haupt-Luftspalt (A) erhöht ist. Wenn der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode kleiner ist als 0,4 mm, ist der Verschleiß durch die Funken erhöht, selbst wenn für das Ende der mittigen Elektrode Edelmetall verwendet wird, wobei die Zündkerze unpraktisch ist. Wenn der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode größer ist als 1,2 mm, wird die Wirkung der Verringerung der Entladungsspannung unbedeutend.
Wenn der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode größer ist als der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode, fliegen die Funken zum Zeitpunkt der Verrußung ohne weiteres im Halb-Flächen-Spalt (B), wobei die Funken zum normalen Zeitpunkt ohne weiteres im Haupt-Luftspalt (A) fliegen. Wenn ferner der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode bis zu einem gewissen Ausmaß lang ist, wird die Wirkung der Wärmereduzierung aktiviert, wobei das Ende der mittigen Elektrode vor dem Überhitzen geschützt wird. Es wird berücksichtigt, dass die oben genannte Wirkung erzeugt wird, wenn der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode größer oder gleich (D1 + 0,3) mm ist.
In der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode größer oder gleich 2,0 mm sein.
Das Ende der mittigen Elektrode kann weiter wirksam vor dem Überhitzen geschützt werden, indem es so ausgebildet wird, dass der Durchmesser am Sockel der mittigen Elektrode groß ist, wie oben beschrieben wurde, wobei der Verschleiß der mittigen Elektrode im Fall der Entladung im Halb-Flächen-Spalt (B) verzögert werden kann. Da die Konzentration von elektrischen Feldern durch das Ausdehnen des Durchmessers D2 am Sockel der mittigen Elektrode verringert wird, kann die Rate der Entstehung von Funken im Halb-Flächen-Spalt (B) zum normalen Zeitpunkt verringert werden. Als das für die mittige Elektrode verwendete Material ist es wünschenswert, dass Nickel als Hauptbestandteil verwendet wird, wobei es weiterhin erwünscht ist, dass eine Legierung verwendet wird, die mit einer guten Wärmeleitfähigkeit versehen ist und in der der Nickelgehalt 85 Gewichtsprozente oder mehr beträgt. Wärme wird weiterhin durch das Erhöhen eines Nickelgehalts, wie oben beschrieben, verringert, wobei der Verschleiß der mittigen Elektrode im Fall der Entladung im Halb-Flächen-Spalt (B) weiter verzögert werden kann. Wenn der Haupt-Luftspalt (A) ausgeweitet wird, im Fall, dass der Halb-Flächen-Spalt (B) fixiert ist, verstärkt sich die Entladung im Halb-Flächen-Spalt (B). Je breiter der Haupt-Luftspalt angefertigt ist, umso mehr ist es jedoch in Anbetracht des Verschleißes der mittigen Elektrode erwünscht, dass die Entladung im Halb-Flächen-Spalt ebenfalls mit der Breite des Haupt-Luftspalts (A) im Zusammenhang steht. Gegenwärtig ist das Verhältnis zwischen beiden nicht definiert, wobei es jedoch wünschenswert ist, dass der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode auf annähernd das doppelte der Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A) oder größer eingestellt wird.
In der vorliegenden Erfindung kann das Ende der mittigen Elektrode aus Edelmetall bestehen, dessen Schmelzpunkt 1600°C oder mehr beträgt, wie zum Beispiel eine Platinlegierung oder eine Iridiumlegierung. Durch den obigen Aufbau wird die Verschleißfestigkeit gegenüber der Funkenentladung der mittigen Elektrode verbessert, wobei die Lebensdauer der Zündkerze verlängert wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass das Material verwendet wird, dessen speziell oben genannter Nickelgehalt der mittigen Elektrode 85 Gewichtsprozente oder mehr beträgt. Da hierdurch die Wärme am Ende der mittigen Elektrode verringert und die Temperatur der Iridiumlegierung, deren Verschleiß durch Oxidation ganz besonders bei hohen Tem peraturen stattfindet, gesenkt wird, ist es gegenüber dem Verschleiß von Edelmetall sehr vorteilhaft.
In der vorliegenden Erfindung kann die Halb-Flächen-Masseelektrode ein gerader Schaft sein, wobei die Seite der Halb-Flächen-Masseelektrode mit der unteren Stirnfläche der Haupt-Metallummantelung verbunden ist.
Da sich die Halb-Flächen-Masseelektrode in der Umgebung der unteren Stirnfläche des Isolators befindet, kann das folgende Problem verursacht werden, wenn die Abmessung, mit der der Isolator von der unteren Stirnfläche der Haupt-Metallummantelung hervorragt, klein ist. Das heißt, die Halb-Flächen-Masseelektrode ist mit der unteren Stirnfläche der Haupt-Metallummantelung durch Schweißen oder andere Verfahren verbunden, wobei jedoch die Nähe des verbundenen Teils in annähernd der Form des Buchstaben L auf der Seite der mittigen Elektrode gebogen werden muss. Daher muss die Krümmung des gebogenen Teils verringert werden, wobei Fertigungsprobleme wie ein Bruch und ein Riss verursacht werden können. Folglich können solche Probleme durch Ausbilden gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden wie folgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine Zündkerze entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Ein Isolator 1, der aus Aluminiumoxid und anderen Materialien besteht, ist mit Riffelungen 1A, die sich über die Oberflächenentfernung in den oberen Teil erstrecken, und einem Fußteil 1B, der zur Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors im unteren Teil freiliegt, und einem mittigen Durchgangsloch 1C in der axialen Mitte versehen. Am unteren Ende des mittigen Durchgangslochs 1C wird eine mittige Elektrode 2, die aus einer Nickellegierung wie Inconel besteht, in einem Zustand gehalten, dass die mittige Elektrode 2 nach unten von der unteren Fläche des Isolators 1 hervorragt. Die mittige Elektrode 2 ist mit einer oberen Anschlussmutter 4 über einen Keramikwiderstand 3 elektrisch verbunden, der im Inneren des mittigen Durchgangslochs 1C angeordnet ist. Ein Hochspannungskabel, in 1 nicht dargestellt, ist mit der Anschlussmutter 4 verbunden, wobei an die Anschlussmutter eine Hochspannung angelegt wird. Der oben genannte Isolator 1 wird durch eine Haupt-Metallummantelung 5 gelagert, wobei der Isolator von der Haupt Metallummantelung umgeben wird. Die Haupt Metallummantelung 5 ist aus einem allgemeinen Baustahl angefertigt und besteht aus einem sechseckigen Teil 5A, um mit einem Zündkerzenschlüssel in Eingriff zu kommen, und einem Gewindeteil 5B. Die Haupt-Metallummantelung 5 wird in den Isolator 1 durch seinen Einsteckteil 5C eingesteckt, wobei die Haupt-Metallummantelung 5 und der Isolator 1 einstückig ausgebildet sind. Um die Abdichtung durch das Einstecken zu vervollständigen, werden ein Scheiben-Dichtungselement 6 und Dichtungselemente 7 und 8 in der Form eines Drahtes zwischen der Haupt-Metallummantelung 5 und dem Isolator 1 eingefügt, wobei zwischen die Dichtungselemente 7 und 8 Talkum gefüllt wird. Auf das obere Ende des Gewindeteils 5B wird ein Dichtungsring 10 aufgepasst.
Eine parallele Masseelektrode 11 aus einer Nickellegierung ist mit dem unteren Ende der Haupt-Metallummantelung 5 durch eine Schweißung verbunden. Die parallele Masseelektrode 11 liegt der Stirnfläche der mittigen Elektrode 2 axial gegenüber, wobei die mittige Elektrode 2 und die parallele Masseelektrode 11 einen Haupt-Luftspalt (A) bilden.
Die Zündkerze gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zur parallelen Masseelektrode 11 mit zwei Halb-Flächen-Masseelektroden 12 versehen. Die Halb-Flächen-Masseelektrode 12 besteht aus einer Nickellegierung, wobei ein Ende mit dem unteren Ende der Haupt-Metallummantelung 5 durch eine Schweißung verbunden ist und die Stirnfläche 12C des anderen Endes der Seitenfläche 2A der mittigen Elektrode 2 oder der Seitenfläche 1E des Fußteils 1B gegenüberliegt. Die zwei Halb-Flächen-Masseelektroden 12 sind jeweils in einer Position um 90° von der parallelen Masseelektrode 11 weg angeordnet, wobei jede Halb-Flächen-Masseelektrode 12 in einer Position um 180° voneinander angeordnet ist. Die Stirnfläche 12C von jeder Halb-Flächen-Masseelektrode 12 und die Seitenfläche 2A der mittigen Elektrode 2 bilden einen Halb-Flächen-Spalt (B), wobei die Stirnfläche 12C von jeder Halb-Flächen-Masseelektrode 12 und die Seitenfläche 1E des Fußteils 1B einen Halb-Flächen-Luftspalt (C) bilden.
2A ist eine teilweise Querschnittsansicht, die die vergrößerte Umgebung der mittigen Elektrode 2, der parallelen Masseelektrode 11 und der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 der Zündkerze zeigt. 2B ist eine erläuternde Zeichnung, die die vergrößerte Halb-Flächen-Masseelektrode 12 zeigt.
Die Entfernung des Haupt-Luftspalts (A) zwischen der Stirnfläche der mittigen Elektrode 2 und der parallelen Masseelektrode 11 ist A. Die Entfernung des Halb-Flächen-Spalts (B) zwischen der Seitenfläche 2A der mittigen Elektrode 2 und der Stirnfläche 12C der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 ist B. Eine erste verlängerte Linie 31 entsteht durch das Verlängern einer Linie, die die untere Stirnfläche 1D des Isolators 1 zeigt, nach außen. Eine zweite verlängerte Linie 32 entsteht durch das Verlängern einer Linie, die die Seitenfläche 1E in der Umgebung des Halb-Flächen-Spalts (B) des Isolators 1 zeigt, in die Richtung der unteren Stirnfläche 1D. Eine dritte verlängerte Linie 33 entsteht durch das Verlängern einer Linie, die die Stirnfläche 12C der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 zeigt, nach unten. Diese Linien werden in dem Fall gezogen, dass die Halb-Flächen-Masseelektrode 12 und der Isolator 1 entlang einer mittigen Achse 30 geschnitten werden und die Entfernung vom Schnittpunkt P1 der ersten verlängerten Linie 31 und der zweiten verlängerten Linie 32 zum Schnittpunkt P2 der ersten verlängerten Linie 31 und der dritten verlängerten Linie 33 die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) ist, wobei A kürzer als B und C kürzer als A ist.
Wenn zu einem normalen Zeitpunkt durch Einstellen, so wie oben beschrieben, der Isolationswert der Oberfläche des Isolators 1 hoch ist, kann eine Entladung über den Haupt-Luftspalt (A) zwischen dem Isolator und der parallelen Masseelektrode 11 vorgenommen werden. Wenn alternativ die Isolation der Oberfläche des Isolators 1 sich verschlechtert, kann die Entladung über den Halb-Flächen-Spalt (B) zwischen dem Isolator und der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 vorgenommen werden. Der Niveauunterschied zwischen der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 und der Ober kante 12B der Stirnfläche 12C der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 ist E. Das Maß, mit dem der Isolator 1 von der unteren Stirnfläche 5D der Haupt-Metallummantelung 5 hervorragt, ist F. Das Maß, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorragt, ist H.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Maß F, mit dem der Isolator 1 hervorragt, auf 3,0 mm eingestellt. Der Durchmesser D2 der mittigen Elektrode 2 ist auf 2,0 mm eingestellt. Es wird die Halb-Flächen-Masseelektrode mit der Breite von 2,2 mm und der Dicke von 1,3 mm verwendet. Es wird die parallele Masseelektrode 11 mit der Breite von 1,5 mm und der Dicke von 2,8 mm verwendet. Es kann auch die parallele Masseelektrode 11 verwendet werden, die mit einem Kupferkern ausgestattet ist, um die Temperatur des Endes zu senken und zu verhindern, dass ein Funke vergeudet wird.
Was den Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 und der Höhe der Oberkante 12B der Stirnfläche 12C der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 anbetrifft, gibt es drei folgende Fälle. Erstens, die Oberkante 12B bzw. die Unterkante 12A gemäß 2B der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 sind gemäß 2(a) höher angeordnet als die untere Stirnfläche 1D des Isolators 1. Zweitens, nur die Oberkante 12B der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 ist gemäß 3 höher angeordnet als die untere Stirnfläche 1D des Isolators 1. Drittens, die Oberkante 12B der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 ist gemäß 4 jeweils niedriger angeordnet als die untere Stirnfläche 1D des Isolators 1, abhängig von der Höhe der Halb-Flächen-Masseelektrode 12.
In jedem Fall ist es erwünscht, dass sich sowohl die Oberkante 12B als auch die Unterkante 12A der Stirnfläche 12C der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 in der Höhe der Umgebung der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 befinden. Das heißt, es ist erwünscht, dass der Niveauunterschied E klein ist. Der Grund ist, dass Funken, die von der Oberkante 12B und der Unterkante 12A fliegen, nahe an die untere Stirnfläche 1D des Isolators 1 herangebracht werden, wobei eine Selbstreinigungswirkung verbessert wird, in der Kohlenstoff, der sich auf der Oberfläche des Isolators 1 ansammelt, verbrannt wird, da die Halb-Flächen-Entladung in einem spitzen Winkel vorgenommen wird. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass Funken von der Oberkante 12B und der Unterkante 12A der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 fliegen, in der sich elektrische Felder konzentrieren.
(Begründung, dass B kleiner oder gleich 2,2 mm ist)
5 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) und der Entladungsspannung zeigt. Um das Verhältnis zwischen der Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) und der Entladungsspannung zu beurteilen, wurde ein Test vom Leerlauf zum Lastlauf durchgeführt, in dem ein Motor betrieben wurde, wobei der Lastlauf durch das weite Öffnen einer Drosselklappe vom Zustand des Leerlaufs durchgeführt würde, um die Entladungsspannung zu beobachten. Als Zündkerze wird eine verwendet, deren parallele Masseelektrode 11 in einem Teil eingeschnitten ist, der an der Haupt-Ummantelung 5 angeschweißt ist. Außerdem wird ein 4-Zylinder-Reihenmotor verwendet, der mit einem Hubraum von 1,6 l ausgestattet ist. Wenn die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) 2,2 mm übersteigt, übersteigt die Entladungsspannung 25 kV, wobei ein so genannter Überschlag verursacht werden kann, in dem Funken von der mittigen Elektrode 2 zur Umgebung des Sockels des Fußteils 1B des Isolators 1 der Haupt-Metallummantelung 5 fliegen, bevor zwischen der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 und der mittigen Elektrode 2 eine Entladung erzeugt wird. Daher ist es erforderlich, dass die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) 2,2 mm oder weniger beträgt.
(Begründung, dass A ≤ (0,8(B – C) + C) mm und 0,4 ≤ C ≤ (A – 0,1) mm ist)
In 6 zeigt die y-Achse die Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A), wobei die x-Achse die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) zeigt. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Rate von fliegenden Funken von 50% zeigt, in der die Punkte eingetragen sind, bei denen die Rate von fliegenden Funken im Haupt-Luftspalt (A) und im Halb-Flächen-Luftspalt (C) jeweils 50% beträgt. Die Rate der fliegenden Funken wird durch einen Sessel-Test ausgewertet, bei dem die Richtung der fliegenden Funken beobachtet wird, indem die Zündkerze in einer Kammer eingebaut wird, die mit einem Fenster versehen ist, von dem aus der Haupt Luftspalt (A) und der Halb-Flächen-Spalt (B) beobachtet werden können. Als Zündkerze in einem Verrußungs-Zustand wird eine Probe vorbereitet, deren Isolations-Widerstandswert mittels eines Allzweckmotors und anderem zuvor auf 5 bis 10 MΩ gesenkt wurde. In 6 zeigt eine gerade Linie 101 die Rate von fliegenden Funken von 50%, die zum normalen Zeitpunkt gemessen wurden, wenn sich die Zündkerze im Fall des Teils der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 im Halb-Flächen-Spalt (B) nicht in einem Verrußungs-Zustand befindet. Das heißt, die Differenz (B – C) zwischen der Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) und der Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) beträgt 1,0 mm, eine gerade Linie 101' zeigt ähnlich dazu eine Rate von fliegenden Funken von 50% in dem Fall, dass die obige Differenz (B – C) 1,2 mm beträgt, wobei eine gerade Linie 101'' ähnlich dazu die Rate von fliegenden Funken von 50% in dem Fall zeigt, dass die Differenz (B – C) 0,8 mm beträgt.
Im Verrußungs-Zustand wird unabhängig vom Maß der Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) die Rate der fliegenden Funken von 50% durch die gleiche gerade Linie gezeigt. Wenn die obige Differenz (B – C) zum Beispiel 1,0 mm ist, ist daher ein Bereich AA auf der linken Seite der geraden Linie 101 ein Bereich, in dem Funken auch im Halb-Flächen-Luftspalt (C) zum normalen Zeitpunkt fliegen, wobei die Bereiche BB und CC auf der rechten Seite der gerade Linie 101 Bereiche sind, in denen Funken im Haupt-Luftspalt (A) zum normalen Zeitpunkt fliegen. Unterdessen sind die Bereiche AA und BB auf der linken Seite der geraden Linie 102 Bereiche, in denen Funken im Halb-Flächen-Luftspalt (C) zum Zeitpunkt der Verrußung fliegen, wobei ein Bereich CC auf der rechten Seite der geraden Linie 102 ein Bereich ist, in dem die Funken zum Zeitpunkt der Verrußung auch im Haupt-Luftspalt (A) fliegen. Daher ist ein Bereich, in dem Funken im Haupt-Luftspalt (A) zum normalen Zeitpunkt und Funken im Halb-Flächen-Luftspalt (C) zum Zeitpunkt der Verrußung fliegen, der Bereich BB zwischen den zwei geraden Linien 101 und 102.
Da die gerade Linie 101 durch C = A – 0,8 mm und die gerade Linie 102 durch C = A – 0,1 ausgedrückt werden, wird der Bereich BB zwischen den geraden Linien 101 und 102 durch die folgende Formel (1) ausgedrückt. A – 0,8 ≤ C ≤ A – 0,1 (mm) (1)
Die gerade Linie 101', die man durch linear rückläufige Daten erhält, falls die obige Differenz (B – C) 1,2 mm beträgt, wird durch C = A – 0,96 ausgedrückt, wobei die gerade Linie 101'', die man durch linear rückläufige Daten erhält, falls die Differenz (B – C) 0,8 mm beträgt, durch C = A – 0,64 ausgedrückt wird. Wenn daher die oben genannten drei Typen von geraden Linien 101, 101' und 101'' verglichen werden, weiß man, dass eine Bedingung in der folgenden Formel (2) so erforderlich ist, dass die Rate von fliegenden Funken im Haupt Luftspalt (A) zum normalen Zeitpunkt in Anbetracht des Halb-Flächen-Spalts (B) 50% oder mehr beträgt. A ≤ 0,8(B – C) + C (mm) (2)
Andererseits beweist es, dass, wenn die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) zu klein ist, die Zündkerze bei einer so genannten Vor-Auslieferungs-Verschmutzung empfindlich ist. Die Vor-Auslieferungs-Verschmutzung bedeutet eine Verschmutzung, bei der die Temperatur einer Zündkerze nicht ansteigt und die Zündkerze verrußt, weil ein neues Fahrzeug viele Male über eine äußerst kurze Entfernung vom Fahrzeug-Montagewerk zu einem Händler gefahren wird, wobei sich der Isolationswiderstand der Zündkerze verschlechtert. Um die Vor-Auslieferungs-Verschmutzung zu bewerten, wird ein Verfahren vorgenommen, ein Fahrzeug in einem Testraum mit niedriger Temperatur von –10°C anzuordnen, wie es in einem Niedriglast-Vergleichstest in JIS D 1606 definiert ist, es in 10 Zyklen mit einem vorgegebenen Betriebsmuster einschließlich einem Tippen für mehrere Male bei niedriger Drehzahl als einen Zyklus zu betreiben, und den Isolations-Widerstandswert einer Zündkerze in der Mitte und am Ende von jedem Zyklus zu messen.
7 zeigt ein Beispiel eines Vor-Auslieferungs-Verschmutzungstests von Zündkerzen, deren Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) unterschiedlich ist. In 7 zeigt ☐ den gemessenen Isolations-Widerstandswert einer Halb-Flächen-Zündkerze mit einem Doppelschaft, wenn C 0,4 mm beträgt, O zeigt den obigen Wert, wenn C 0,6 mm beträgt, wobei Δ den obigen Wert zeigt, wenn C 0,8 mm beträgt. Als Motor wird ein Sechszylinder-Reihenmotor verwendet, der mit einem Hubraum von 2,5 l versehen ist. Wenn C 0,4 mm beträgt, wird in sechs Zyklen eine Kohlenstoffbrücke verursacht, wobei die Entladung unterdrückt und ein Motorstillstand verursacht wird.
8 zeigt die ungefähre Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls, wobei der obige Vor-Auslieferungs-Verschmutzungstest einige Male durchgeführt, eine Kohlenstoffbrücke verursacht und ein Motorstillstand bewirkt wurde, wobei die x-Achse die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) zeigt. Wie anhand von 8 deutlich wird, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ausfall auftritt, rasch an, wenn die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) kleiner als 0,4 mm ist. Daher muss die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) die folgende Formel (3) erfüllen (Einheit: mm). 0,4 ≤ C (mm) (3)
Wie anhand der Bedingungen in den Formeln (1) und (3) deutlich wird, ist es wünschenswert, dass die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) wenigstens die folgende Formel (4) erfüllt. 0,4 ≤ C ≤ A – 0,1 (4)
(Begründung, dass E ≤ +0,7 mm, wünschenswerterweise E ≤ +0,5 mm ist)
Es ist wünschenswert, dass der Niveauunterschied E zwischen der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 und der Oberkante 12B der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 +0,7 mm oder weniger beträgt, wobei vorzuziehen ist, dass er +0,5 mm oder weniger beträgt. In der obigen Beschreibung bedeutet '+' eine Richtung, in der sich die Oberkante 12B der Stirnfläche 12C der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 nach unten abtrennt. Um das Verhältnis zum Niveauunterschied zu untersuchen, wurde der obige Vor-Auslieferungs-Verschmutzungstest in dem Fall, dass der Niveauunterschied E gemäß 2A minus war, und in dem Fall durchgeführt, dass der Niveauunterschied E gemäß 4 plus war. Es wurde ein Vierzylinder-Reihenmotor verwendet, der mit einem Hubraum von 1,8 Liter ausgestattet war. Als Ergebnis erhielt man das in der folgenden Tabelle 1 der Untersu chung gezeigte Ergebnis. In der Tabelle zeigt ⌾ einen Fall, dass die Zündkerze den Isolations-Widerstandswert von 10 MΩ oder mehr auch nach dem Betrieb von 12 Zyklen aufrecht erhält, O zeigt einen Fall, dass die Zündkerze den Isolations-Widerstandswert von 10 MΩ oder mehr auch nach einem Betrieb von 10 Zyklen aufrechterhält, Δ zeigt einen Fall, dass der Betrieb von 10 Zyklen noch möglich ist, obwohl der Isolations-Widerstandswert auf bis zu 10 MΩ oder weniger abnimmt, wobei X einen Fall zeigt, dass das Starten des Motors in 8 Zyklen nicht möglich ist. Tabelle 1

Abmessung von E Widerstand gegenüber Verschmutzung

–1,0 ⌾

–0,7 ⌾

–0,5 O

0,0 O

+0,2 O

+0,5 O

+0,7 Δ

+1,0 X
Um in dieser Untersuchung dem Betrieb von 10 Zyklen zu ermöglichen, muss der Niveauunterschied E nur +0,7 mm oder weniger (E ≤ +0,7) betragen, wie anhand der obigen Tabelle 1 deutlich wird, wobei es erwünscht ist, dass der Niveauunterschied E +0,5 mm oder weniger (E ≤ +0,5) beträgt. Im Übrigen ist es nicht vorzuziehen, dass die Abmessung von E zu klein ist. Wenn die Abmessung von E zu klein ist, wird die Entfernung der Halb-Flächen-Entladung groß und die Entladungsspannung wird hoch, wobei kaum Funken fliehen. Demzufolge ist es schwierig, eine Verrußung zu beseitigen. Des Weiteren wird berücksichtigt, dass der Grund, warum sich der Vor-Auslieferungs-Widerstand gegenüber Verschmutzung verschlechtert, wenn der Niveauunterschied E größer ist als +0,7 mm, der ist, dass Funken von der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 sich von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 ab trennen, wenn der Niveauunterschied E ansteigt, wobei sich die Selbstreinigungswirkung, in der Kohlenstoff durch die Halb-Flächen-Entladung verbrannt wird, verschlechtert.
(Begründung, dass 1,0 ≤ H ≤ 4,0 mm ist)
Zuerst ist es wünschenswert, dass das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorragt, 1,0 mm oder mehr beträgt (1,0 ≤ H mm).
Wenn in einer Zündkerze, in der das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D hervorragt, klein ist, wird von der Halb-Flächen-Masse-Elektrode 12 eine Halb-Flächen-Entladung erzeugt, die Funken konzentrieren sich in der Umgebung der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 außerhalb der Seitenfläche 2A der mittigen Elektrode 2 und die Umgebung verschleißt. Wenn das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorsteht 1,0 mm oder mehr beträgt, ist die Seitenfläche 2A der mittigen Elektrode 2 gemäß 9A eingedellt. Wenn jedoch das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorragt, kleiner ist als 1,0 mm, verengt sich gemäß 9B die mittige Elektrode 2 allmählich in die Richtung der Stirnfläche.
Der Maximalwert des Maßes, mit dem die Seitenfläche 2A der mittigen Elektrode 2 verschleißt, soll Δd sein. Da berücksichtigt wird, dass das Volumen der Elektrode, die durch einen Funken verschleißt, annähernd feststehend ist, ist das maximale Verschleißmaß Δd, falls die Seitenfläche der mittigen Elektrode gemäß 9B verschleißt, größer als das maximale Verschleißmaß Δd in dem Fall, dass die Seitenfläche gemäß 9A verschleißt. Um das Verhältnis zwischen dem maximalen Verschleißmaß Δd und dem hervorstehenden Maß H zu untersuchen, wurden Zündkerzen, die im hervorstehenden Maß H unterschiedlich sind, vorbereitet, wobei eine Halb-Flächen-Entladung von der Halb-Flächen-Masseelektrode 12 jeweils '4 × 10⁷' Mal (40 Millionen Mal) durchgeführt wurde, um den Widerstand gegenüber Funken zu untersuchen. 10 zeigt das Ergebnis. Wenn das hervorstehende Maß H 0,5 mm betrug, betrug das maximale Verschleißmaß Δd 0,37 mm, wenn das hervorste hende Maß H 0,7 mm betrug, betrug das maximale Verschleißmaß Δd 0,33 mm, wenn das hervorstehende Maß H 1,0 mm betrug, betrug das maximale Verschleißmaß Δd 0,30 mm und selbst wenn das hervorstehende Maß H weiter erhöht wurde, war das maximale Verschleißmaß Δd annähernd feststehend, wie anhand von 10 deutlich wird. Daher ist es wünschenswert, dass das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 hervorragt, 1,0 mm oder mehr (1,0 ≤ H mm) beträgt, um das maximale Verschleißmaß Δd zu verringern.
Jede parallele Masseelektrode 11 der für diesen Test verwendeten Zündkerze ist an der mit der Haupt-Metallummantelung 5 verschweißten Fläche eingeschnitten. Hierdurch wurde das Verschleißmaß durch immer fliegende Funken im Halb-Flächen-Spalt (B) untersucht. Dieser Test wurde durch den Einbau der obigen Zündkerze in einer Kammer ausgeführt, die mit einem Fenster versehen ist, durch das der Haupt-Luftspalt (A) und der Halb-Flächen-Spalt (B) beobachtet werden kann. Für diesen Test wurde eine allgemeine, kontaktlose Transistor-Zündung, deren Funkenentladungs-Energie annähernd 70 mJ betrug, verwendet.
Als Nächstes ist es erwünscht, dass das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorragt, 4,0 mm oder weniger beträgt (H ≤ 4,0 mm). Dafür gibt es zwei Gründe.
Ein erster Grund ist, dass bei der Zündfähigkeit durch die Entladung im Haupt-Luftspalt (A) und durch die Entladung im Halb-Flächen-Spalt (B) kein großer Unterschied gemacht werden sollte. 11 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem hervorstehenden Maß H der mittigen Elektrode 2 in dem Fall, dass die Abmessung, mit der die mittige Elektrode 2 von der Stirnfläche 5D der Haupt-Metallummantelung 5 hervorragt, feststehend ist, und das als Zündbegrenzung vorgesehene Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) zeigt. Das als Zündbegrenzung vorgesehene Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) wird auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) eingestellt, dessen Verhältnis von verlorenen Zündungen 1% beträgt. Eine Kurve 103 zeigt ein durch einen Funken als Zündbegrenzung vorgesehenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Haupt-Luftspalt (A), wobei eine Kurve 104 ein durch einen Funken als Zündbegrenzung vorgesehenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Halb-Flächen-Spalt (B) zeigt. Es wird ein Sechszylinder-Reihenmotor verwendet, der mit einem Hubraum von 2 Litern ausgestattet ist, wobei das obige Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim Leerlaufbetrieb von 700 UpM gemessen wird. Die Abmessung (F + H), mit der die mittige Elektrode 2 der Zündkerze von der Stirnfläche 5D der Haupt-Metallummantelung 5 hervorragt, wird auf 6,0 mm eingestellt, wobei die Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) auf 1,7 mm eingestellt wird. Da die Haupt-Entladung im Haupt-Luftspalt (A) im Wesentlichen nicht durch das hervorstehende Maß H der mittigen Elektrode 2 beeinflusst wird, wird die Kurve 103 eine flache, gerade Linie. Da sich unterdessen bei der Halb-Flächen-Entladung die Position eines Funken der Wand der Verbrennungskammer nähert, wenn das hervorstehende Maß H zunimmt, verschlechtert sich die Zündfähigkeit, wobei die Kurve 104 eine Kurve wird, deren rechte Seite sich abgesenkt Wenn es einen großen Unterschied zwischen der Zündfähigkeit bei der Haupt-Entladung und der Zündfähigkeit bei der Halb-Flächen-Entladung gibt, schwankt das Drehmoment eines Motors, wenn die Entladung im Haupt-Luftspalt (A) zur Entladung im Halb-Flächen-Spalt (B) wechselt, wobei dies nicht erwünscht ist. Um den Unterschied der Zündfähigkeit in Toleranzen zu halten, ist es wünschenswert, dass das hervorstehende Maß H der mittigen Elektrode 2 4,0 mm oder weniger (H ≤ 4,0 mm) beträgt.
Ein zweiter Grund ist es, eine Frühzündung auf Grund der Überhitzung der mittigen Elektrode 2 zu verhindern. 12 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem hervorstehenden Maß H der mittigen Elektrode 2 und der Temperatur der mittigen Elektrode 2 zeigt. Das hervorstehende Maß F des Isolators 1 beträgt 3,0 mm, wobei eine Zündkerze verwendet wird, deren Wärmewert 5 ist. Wenn das hervorstehende Maß H der mittigen Elektrode 2 erhöht wird, verschlechtert sich die Wärmeverringerung durch den Isolator 1, wobei die Temperatur am Ende der mittigen Elektrode 2 hoch wird. Wenn das hervorstehende Maß H 5,0 mm beträgt, übersteigt die Temperatur am Ende der mittigen Elektrode 2 850°C, wobei eine Frühzündung verursacht werden kann. Daher ist es wünschenswert, dass das hervorstehende Maß H der mittigen Elektrode 2 4,0 mm oder weniger beträgt (H ≤ 4,0 mm).
Aus den oben genannten Gründen ist es erwünscht, dass das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2 von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorragt, 1,0 ≤ H ≤ 4,0 beträgt.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die Zeichnungen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da dieses Ausführungsbeispiel das gleiche ist wie das obige erste Ausführungsbeispiel, außer der Form des Endes der mittigen Elektrode 2, wird eine Beschreibung unterlassen, wobei unten nur ein abweichender Teil beschrieben wird.
13 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine vergrößerte Umgebung einer mittigen Elektrode 2', eine parallele Masseelektrode 11 und jeweils eine Halb-Flächen-Masseelektrode 12 einer Zündkerze zeigt. Der Durchmesser des Endes der mittigen Elektrode 2' ist im Vergleich mit dem des von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorstehenden Sockels verringert. Der Durchmesser des Endes der mittigen Elektrode 2' ist D1 und der Durchmesser des Sockels ist D2. Ein Chip 21, der aus einer Platinlegierung besteht, ist mit dem Ende der mittigen Elektrode 2' verbunden, deren Durchmesser durch Leserschweißen verringert ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Maß H, mit dem die mittige Elektrode 2' von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 hervorragt, auf 2,0 mm eingestellt, wobei das Maß J, mit dem die mittige Elektrode 2' von der unteren Stirnfläche 1D des Isolators 1 an einem Ausgangspunkt 22 hervorragt, von dem aus die Verringerung des Durchmessers der mittigen Elektrode 2' beginnt, auf 0,6 mm eingestellt ist.
(Begründung, dass 0,4 ≤ D1 ≤ 1,6 mm ist)
Es ist wünschenswert, dass der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode 2' 0,4 mm oder mehr und 1,6 mm oder weniger beträgt. Wenn der Durchmesser D1 am Ende kleiner ist als 0,4 mm, steigt der Verschleiß der Elektrode durch die Funken an, selbst wenn eine Platinlegierung oder eine Iridiumlegierung für das Ende der mittigen Elektrode 2' verwendet wird, wobei dies unpraktisch ist.
14 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode und der Wahrscheinlichkeit eines Funkens im Haupt-Luftspalt (A) zeigt. Eine Kurve 105 zeigt die Wahrscheinlichkeit eines Funkens im Haupt-Luftspalt (A) zu einem normalen Zeitpunkt, der kein Zeitpunkt der Verru ßung ist. Es wird eine Zündkerze verwendet, deren Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode 2,6 mm, deren Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A) 1,1 mm und deren Entfernung B des Halb-Flächen-Spalts (B) 1,4 mm beträgt. Da die Entladungsspannung ansteigt, wenn der Durchmesser der mittigen Elektrode 2' zunimmt, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Funkens im Haupt-Luftspalt (A) von 100% verringert wird, wenn der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode 1,6 mm zum normalen Zeitpunkt übersteigt, und instabil wird, muss die Entladung im Haupt-Luftspalt (A) oder dem Halb-Flächen-Spalt (B) ausgeführt werden.
Aus den oben genannten Gründen ist es wünschenswert, dass der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode 2' 0,4 mm oder mehr und 1,6 mm oder weniger beträgt (0,4 ≤ D1 ≤ 1,6 mm).
(Begründung, dass (D1 + 0,3) ≤ D2 mm ist)
Damit Funken im Halb-Flächen-Spalt (B) zum Zeitpunkt der Verrußung fliegen und damit Funken im Haupt-Luftspalt (A) zum normalen Zeitpunkt stabil fliegen, ist es erwünscht, dass der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode 2' dicker ist als er Durchmesser D1 am Ende. Wenn der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode dick ist, wird dem Ende der mittigen Elektrode mehr Wärme entzogen, wobei die mittige Elektrode davor geschützt wird, überhitzt zu werden. Daher wurde eingeschätzt, dass es erwünscht war, dass der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode größer war als (der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode +3 mm). Die obere Begrenzung des Durchmessers D2 am Sockel der mittigen Elektrode wird unvermeidlich durch die Dicke des Isolators 1 bestimmt, der für die Isolation in der Umgebung des unteren Endes des Isolators 1 erforderlich ist.
(Begründung, dass 2,0 ≤ D2 mm ist)
Um eine Überhitzung am Ende der mittigen Elektrode weiter wirksam zu verhindern und dem Verschleiß der mittigen Elektrode im Fall der Entladung im Halb-Flächen-Spalt (B) entgegenzuwirken, ist es wünschenswert, dass der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode verstärkt wird. Da die Konzentration von elektrischen Feldern durch das Verstärken des Durchmessers D2 am Sockel der mittigen Elektrode abgeschwächt wird, kann die Rate der Erzeugung von Funken im Halb-Flächenspalt (B) zum normalen Zeitpunkt verringert werden.
Um das oben genannte zu testen, wurden Proben, deren Entfernung A des Haupt-Luftspalts (A) auf 1,0 mm eingestellt wurde, deren Entfernung B des Halb-Flächen-Entladungsspalts (B) auf 1,5 mm eingestellt wurde, deren Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspalts (C) auf 0,5 mm eingestellt wurde und deren Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode von jeder verändert wurde, in einem Motor eingebaut und wurden basierend auf den Maximalwert Δd des Verschleißmaßes der Seite von jeder mittigen Elektrode ausgewertet, nachdem ein Dauertest bei 6000 UpM × WOT (Vollgas) vorgenommen wurde.
Bei dem oben genannten Test wird ein Sechszylinder-Reihenmotor verwendet, der mit einem Hubraum von 2 Litern ausgestattet ist, wobei die Testbedingung 400 Stunden bei 6000 UpM × WOT (Vollgas) ist. In dem Test wird außerdem eine allgemeine, kontaktlose Transistor-Zündung verwendet, deren Funkenentladungs-Energie ungefähr 70 mJ beträgt.
Als Ergebnis erhielt man das in der folgenden Tabelle gezeigte Testergebnis. In der Tabelle zeigt ⌾ die Abmessung des Durchmessers D2, wenn das maximale Verschleißmaß Δd kleiner als 0,35 mm ist, O zeigt die Abmessung des Durchmessers D2, wenn das maximale Verschleißmaß Δd 0,35 mm oder mehr und 0,5 mm oder weniger beträgt, wobei Δ die Abmessung des Durchmessers D2 zeigt, wenn das maximale Verschleißmaß Δd 0,5 mm übersteigt. Tabelle 2

Abmessung von D2 maximales Verschleißmaß Δd

1,5 Δ

1,75 O

2,0 ⌾

2,25 ⌾

2,5 ⌾
Wie anhand der obigen Tabelle 2 deutlich wird, ist es wünschenswert, dass der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode 2,0 mm oder mehr beträgt (2,0 ≤ D2 mm). Es wird berücksichtigt, dass der Grund, warum der Maximalwert Δd des Verschleißmaßes der mittigen Elektrode abnimmt, wenn der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode verstärkt wird, der ist, dass das Volumen der Elektrode, die durch einen Funken verschleißt, annähernd feststehend ist und dass die Rate der Erzeugung eines Funkens im Halb-Flächen-Spalt (B) verringert werden kann, weil die Konzentration von elektrischen Feldern durch das Verstärken des Durchmessers D2 am Sockel der mittigen Elektrode verringert wird.
Als Nächstes werden mit Bezug auf die Zeichnungen ein drittes und viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Da diese Ausführungsbeispiele die gleichen sind wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel, außer der Form von jeder Halb-Flächen-Masseelektrode 12, wird die Beschreibung unterlassen, wobei unten nur abweichende Teile beschrieben werden.
15 ist eine teilweise Schnittansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer mittigen Elektrode 2, einer parallelen Masseelektrode 11 und einer Halb-Flächen-Masseelektrode 12' bzw. die Umgebung des unteren Endes der Haupt-Metallummantelung 5 einer vergrößerten Zündkerze zeigt. Die Halb-Flächen-Masseelektrode 12' ist in der Form eines geraden Schaftes ausgebildet, wobei die Seite an die untere Stirnfläche 5D der Haupt-Metallummantelung 5 widerstandsgeschweißt ist.
16 ist eine teilweise Schnittansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel mit einer mittigen Elektrode 2, einer parallelen Masseelektrode 11, einer Halb-Flächen-Masseelektrode 12' bzw. der Umgebung des unteren Endes der Haupt-Metallummantelung 5 einer vergrößerten Zündkerze zeigt. Die untere Stirnfläche 5D ist so ausgebildet, dass sie durch das Ausbilden eines hervorstehenden Teils 5E, der an der Seite des inneren Durchmessers am unteren Ende der Haupt-Metallummantelung 5 hervorragt, breit ist, wobei ein zusätzlicher Spalt (K) zwischen der Haupt-Metallummantelung und dem Isolator 1 bereitgestellt wird. Eine Halb-Flächen-Masseelektrode 12' in der Form eines geraden Schaftes ist an die untere Stirnfläche 5D widerstandsgeschweißt, die so ausgebildet ist, dass sie breit ist. Da die Halb-Flächen-Masseelektrode 12' nicht in annähernd der Form eines Buchstaben L auf der Seite der mittigen Elektrode 2 in der Umgebung eines verbundenen Teils der Stirnfläche der Haupt-Metallummantelung durch Ausbilden, so wie oben beschrieben, gebogen werden muss, wird kein Herstellungsproblem wie ein Bruch und ein Riss verursacht.
(Integrierter Test)
Um die Wirkung der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung zu prüfen, wurden der Verrußungs-Test und ein Kanalbildungs-Test mittels einer allgemeinen Zündkerze (Typ PFR6G-11), einer Halb-Flächen-Zündkerze (Typ BKR6EKUC) und der Zündkerzen vorgenommen, die zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung äquivalent sind.
Beim Verrußungs-Test wird ein Viertakt-Allzweckmotor verwendet, der mit einem einzelnen Zylinder von 440 cm² ausgestattet ist, wobei ein strenger Betrieb des Leerlaufbetriebs in einem Zustand ausgeführt wird, dass eine Luftklappe halb geöffnet ist. Als Ergebnis wurde im Fall der allgemeinen Zündkerze ein Motorstillstand auf Grund einer Verrußung bei einem Betrieb von fünf Minuten verursacht. Obwohl die Halb-Flächen-Zündkerze einen längeren Betrieb als die allgemeine Zündkerze aushält, wurde auf Grund einer Verrußung bei einem Betrieb von 15 Minuten ein Motorstillstand verursacht. Unterdessen wurde die Zündkerze entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung 20 Minuten lang ohne ein Problem weiter betrieben. Es wird berücksichtigt, dass der Grund, warum die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber der Halb-Flächen-Zündkerze überlegen ist, der ist, dass im Fall der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung der Verbrennungszustand gut ist, weil die Funken zum normalen Zeitpunkt im Haupt-Luftspalt (A) fliegen, und dass das Ausmaß, in dem eine unvollständige Verbrennung verursacht wird, die eine Verrußung bewirkt, klein ist.
Beim Kanalbildungstest wurde ein durchgehender Funken-Dauertest für 100 Stunden bei 100 Hz mittels einer kontaktlosen Transistor-Energieversorgung in einer Umgebung ausgeführt, in der der Druck 0,8 MPa beträgt. Da der Druck in einer normalen Verbrennungskammer unmittelbar vor der Zündung ungefähr 0,4 MPa beträgt, wird ein Druck zugeführt. Infolgedessen wird auf der Oberfläche des Isolators der Halb-Flächen-Zündkerze eine große Kanalbildungs-Spur zurückgelassen, wobei die Tiefe am Maximum 0,4 mm erreicht. Währenddessen konnte in der allgemeinen Zündkerze und der Zündkerze entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung keine Kanalbildungs-Spur festgestellt werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
In den oben genannten Ausführungsbeispielen werden zwei Halb-Flächen-Masseelektroden 12 bereitgestellt, wobei jedoch auch eine einzelne Halb-Flächen-Masseelektrode bereitgestellt werden kann, oder es können auch mehrfache Halb-Flächen-Masseelektroden, die aus drei oder mehr bestehen, bereitgestellt werden. Im Fall einer einzelnen Elektrode ist es jedoch schwierig, den Kohlenstoff durch die Funken über die ganze Stirnfläche des Isolators zu verbrennen, wobei die Reinheit durch die Funken verschlechtert wird. Es wird berücksichtigt, dass es wünschenswert ist, zwei oder drei Halb-Flächen-Masseelektroden bereitrustellen.
Es wird die Zündkerze beschrieben, in der der Durchmesser der mittigen Elektrode innerhalb des Endes des Isolators nicht verringert ist (kein so genannter Thermostat). Der Durchmesser der Zündkerze kann jedoch auch in einer oder mehr Stufen verringert werden.
Wie oben beschrieben wurde, werden in der vorliegenden Erfindung die Halb-Flächen-Masseelektroden in der Umgebung der unteren Stirnfläche des Isolators zusätzlich zur parallelen Masseelektrode bereitgestellt, um eine Haupt-Entladung auszuführen, wobei die vorliegende Erfindung mit einer Selbstreinigungswirkung versehen ist, die Kohlenstoff durch die Halb-Flächen-Entladung von der Halb-Flächen-Masseelektrode zum Zeitpunkt der Verrußung abbrennt, an dem die Oberfläche des Isolators durch Kohlenstoff verschmutzt ist, und da die Haupt-Entladung durch die parallele Masseelektrode ausgeführt wird, gibt es die ausgezeichnete Wirkung, dass die vorliegende Erfindung äußerst widerstandsfest gegen Verrußung ist, mit einer hohen Zündfähigkeit versehen ist, eine Kanalbildung kaum verursacht wird, wobei eine lange Lebensdauer vorgegeben wird.

Claims

Zündkerze, die folgendes umfasst: einen Isolator (1), der ein mittiges Durchgangsloch (1C) aufweist; eine mittige Elektrode (2, 2'), die in dem mittigen Durchgangsloch (1C) gehalten wird und nach unten aus der unteren Stirnfläche (1D) des Isolators (1) hervorragt; eine Haupt Metallummantelung (5), die den Isolator (1) hält; eine Haupt Masseelektrode (11), die ein Ende aufweist, das mit der Haupt-Metallummantelung (5) verbunden ist, und das andere Ende ist gegenüber der Stirnfläche der mittigen Elektrode (2, 2') angeordnet, wobei ein Haupt Luftspalt (A) durch die Haupt-Masseelektrode (11) und die Stirnfläche der mittigen Elektrode (2, 2') gebildet wird; und mindestens eine Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12'), die ein Ende aufweist, das mit der Haupt Metallummantelung (5) verbunden ist, und das andere Ende ist gegenüber der Seitenfläche (2A) der mittigen Elektrode (2, 2') oder der Seitenfläche (2B) des Isolators (1) angeordnet, wobei ein Halb-Flächen-Spalt (B) zwischen der Stirnfläche des anderen Endes der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') und der Seitenfläche (2A) der mittigen Elektrode (2, 2') gegenüber der Stirnfläche gebildet wird, und ein Halb-Flächen-Luftspalt (C) zwischen der Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') und der Seitenfläche (1E) des Isolators (1), gegenüber der Stirnfläche (12C), gebildet wird; worin der Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche (1D) des Isolators (1) und der Höhe der Oberkante (12B) der Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') kleiner oder gleich +0,7 mm ist, wobei '+' eine Richtung bedeutet, in der die Oberkante (12B) der Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') nach unten aus der Stirnfläche (1D) des Isolators (1) herausragt; die Entfernung B des Halb-Flächen-Spaltes (B) ist größer als die Entfernung A des Haupt-Luftspaltes (A); und wenn eine erste verlängerte Linie (31), die durch Verlängern einer Linie nach außen entsteht, die die untere Stirnfläche (1D) des Isolators (1) bezeichnet, eine zweite verlängerte Linie (32), die durch Verlängern einer Linie in Richtung der unteren Stirnfläche (1D) entsteht, die die Seitenfläche (1E) in der Nähe des Halb-Flächen-Spaltes (B) des Isolators (1) bezeichnet und eine dritte verlängerte Linie (33), die durch Verlängern einer Linie nach unten entsteht, die die Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') bezeichnet, in dem Fall gezeichnet sind, in dem die Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') und der Isolator (1), entlang der mittigen Achse (30) des Isolators (1) geschnitten sind, ist die Entfernung, das heißt die Entfernung C eines Halb-Flächen-Luftspaltes (C) zwischen dem Schnitttpunkt (P1) der ersten und zweiten verlängerten Linie (31, 32) und dem Schnittpunkt (P2) der ersten und dritten verlängerten Linie (31, 33) kürzer als die Entfernung A des Haupt Luftspaltes (A), dadurch charakterisiert, dass mindestens eine Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') durch ein schaftförmiges Element gebildet wird, das mit der Haupt-Metallummantelung (5) verbunden ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, in der sich ein Verhältnis zwischen dem Abstand A des Haupt-Luftspaltes (A), dem Abstand B des Halb-Flächen-Spaltes (B) und dem Abstand C des Halb-Flächen-Luftspaltes (C) so darstellt: A ≤ (0,8(B – C) + C).
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, in der die Entfernung B des Halb-Flächen-Spaltes (B) kleiner oder gleich 2,2 mm ist; und die Entfernung C des Halb-Flächen-Luftspaltes (C) liegt im Bereich von 0,4 bis (A – 0,1) mm, wobei A den Abstand des Haupt-Luftspaltes (A) bezeichnet.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der der Niveauunterschied E zwischen der Höhe der unteren Stirnfläche (1D) des Isolators (1) und der Höhe der Oberkante (12B) der Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') kleiner oder gleich +0,5 mm ist, wobei '+' eine Richtung bedeutet, in der die Oberkante (12B) der Stirnfläche (12C) der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') nach unten aus der Stirnfläche (1D) des Isolators (1) herausragt.
Zündkerze nach Anspruch 4, in der der Niveauunterschied E kleiner oder gleich –0,7 mm ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der die Entfernung H, um die die mittige Elektrode (2, 2') aus der unteren Stirnfläche (1D) des Isolators (1) hervorragt, im Bereich von 1,0 bis 4,0 mm liegt.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der der Durchmesser am Ende der mittigen Elektrode (2, 2'), verglichen mit dem Durchmesser des Sockels, der aus der unteren Stirnfläche (1D) des Isolators (1) hervorragt, verringert ist; der Durchmesser D1 am Ende der mittigen Elektrode (2, 2') liegt im Bereich von 0,4 bis 1,6 mm; und der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode (2, 2') an der unteren Stirnfläche 1D ist größer oder gleich (D1 + 0,3) mm.
Zündkerze nach Anspruch 7, in der der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode (2, 2') an der unteren Stirnfläche 1D größer oder gleich 2,0 mm ist.
Zündkerze nach Anspruch 8, in der der Durchmesser D2 am Sockel der mittigen Elektrode (2, 2') so festgelegt ist, dass er etwa doppelt so groß oder größer ist als die Entfernung A des Haupt Luftspaltes (A).
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in der das Ende der mittigen Elektrode (2, 2') aus Edelmetall besteht, das einen Schmelzpunkt von 1600°C oder mehr aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 10, in der das Edelmetall eine Platinlegierung und eine Iridiumlegierung ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in der die Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') ein gerader Schaft ist; und die Seite dieser Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') ist mit der unteren Stirnfläche (5D) der Haupt Metallummantelung (5) verbunden.
Zündkerze nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der der Querschnitt der Halb-Flächen-Masseelektrode (12, 12') 3 mm² oder mehr beträgt.
Zündkerze nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in der die mittige Elektrode (2, 2') 85% oder mehr Nickel enthält.