DE102020204745A1

DE102020204745A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102020204745A1
Application number: DE102020204745.6A
Authority: DE
Inventors: Kenji Ban
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2020-10-22
Also published as: CN111834918A; US10714906B1; JP6962965B2; CN111834918B; JP2020177745A

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellung einer Zündkerze, die in der Lage ist, das Anwachsen eines Flammenkerns zu fördern.[Lösung] Eine Zündkerze umfasst eine Metallhülse; eine Mittelelektrode, die in der Metallhülse in isolierter Weise gehalten wird; eine Masseelektrode, die derart angeordnet ist, dass ein Zündfunkenspalt zwischen der Mittelelektrode und einem Endbereich der Masseelektrode ausgebildet ist; und eine Kerzenkappe, die die Mittelelektrode und dem Endbereich der Masseelektrode von vorne in einem Gebiet vor der Metallhülse abdeckt und in der eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Eine Innenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet vor einem hinteren Ende des Endbereichs der Masseelektrode und eine Innenfläche der Durchgangsbohrung haben jeweils eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkürze mit Vorkammer für eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine Zündkerze mit Vorkammer für eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors ist an sich bekannt (siehe beispielsweise PTL 1). Diese Art einer Zündkerze beinhaltet eine Kerzenkappe, die mit einer Metallhülse verbunden ist und die eine Durchgangsbohrung besitzt. Die Kerzenkappe ist in der Verbrennungskammer derart angeordnet, dass die Vorkammer in der Verbrennungskammer angeordnet ist. Eine brennbare Luft-Kraftstoffmischung strömt von der Verbrennungskammer durch die Durchgangsbohrung in die Kerzenkappe. Die Zündkerze zündet die brennbare Luft-Kraftstoffmischung, die einen Zündfunkenspalt erreicht hat, sodass die brennbare Luft-Kraftstoffmischung entzündet wird und ein Ausdehnungsdruck erzeugt wird, der bewirkt, dass Gas einschließlich der Flamme durch die Durchgangsbohrung in die Verbrennungskammer strömt. Die brennbare Luft-Kraftstoffmischung in der Verbrennungskammer wird von dem eingeprägten Strom aus Flammen entzündet.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift mit der Nr. 2006-144648
Gemäß der in der PTL 1 offenbarten Technik erreicht jedoch die brennbare Luft-Kraftstoffmischung den Zündfunkenspalt, der auf diese Weise gestaltet ist, nicht in effizienter Weise, wenn eine Schwankung bei Unterbrechung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die durch die Durchgangsbohrung von der Verbrennungskammer in die Kerzendecke geströmt ist, größer wird. Folglich wird ein Anwachsen eines Flammenkerns, der in dem Zündfunkenspalt erzeugt wird, unterdrückt und die Verbrennungsstabilität kann reduziert sein.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um das zuvor beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze bereitzustellen, die in der Lage ist, das Anwachsen eines Flammenkerns zu fördern.
Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu bewerkstelligen, beinhaltet eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Metallhülse mit einer Röhrenform, die sich entlang einer axialen Linie in Richtung von vorne nach hinten erstreckt; eine Mittelelektrode, die in der Metallhülse in isolierter Weise gehalten wird; eine Masseelektrode, die elektrisch mit der Metallhülse verbunden und derart angeordnet ist, dass ein Zündfunkenspalt zwischen der Mittelelektrode und einem Endbereich der Masseelektrode gebildet ist; und eine Kerzenkappe, die die Mittelelektrode und den Endbereich der Masseelektrode von vorne in einem Gebiet vor der Metallhülse abdeckt und an der eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Eine Innenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet vor einem hinteren Ende des Endbereichs der Masseelektrode und eine Innenfläche der Durchgangsbohrung haben jeweils eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner.
Gemäß der erfindungsgemäßen Zündkerze haben die Innenfläche der Kerzenkappe im Gebiet vor dem hinteren Ende des Endbereichs der Masseelektrode und die Innenfläche der Durchgangsbohrung jeweils eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner. Daher kann eine Schwankung der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung verringert werden, die in die Kerzenkappe aus der Verbrennungskammer durch die Durchgangsbohrung eintritt, entlang der Innenfläche der Kerzenkappe strömt und den Zündkerzenspalt erreicht. Daher erreicht die brennbare Luft-Kraftstoffmischung effizient der Zündkerzenspalt in der geplanten Weise, wodurch das Anwachsen eines Flammenkerns ermöglicht bzw. gefördert wird.
Wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Kerzenkappe und die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Durchgangsbohrung gleich 1,6 µm oder kleiner sind, dann kann die Schwankung bei der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung weiter verringert werden, sodass das Anwachsen des Flammenkerns weiter gefördert wird. Wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Kerzenkappe und die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Durchgangsbohrung gleich 0,8 µm oder kleiner sind, dann wird die Wirkung erhöht.
Wenn die Metallhülse ein Außengewinde auf einem hinteren Bereich einer Außenfläche der Metallhülse aufweist und mit einem hinteren Endbereich der Kerzenkappe in einem Gebiet vor dem Au ßengewinde verschweißt ist, dann kann eine Au ßenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet, in welchem ein geschweißter Bereich nicht vorhanden ist, zwischen der Kerzenkappe und der Metallhülse eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 mm oder kleiner haben. In einem derartigen Falle kann die Schwankung bei der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung verringert werden, die entlang der Außenfläche der Kerzenkappe strömt und aus der Verbrennungskammer in die Durchgangsbohrung eintritt. Folglich kann die Schwankung bei der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die durch die Durchgangsbohrung strömt und den Zündfunkenspalt erreicht, weiter reduziert werden. Dies fördert das Anwachsen des Flammenkerns.
Wenn die Kerzenkappe ein Außengewinde auf einem hinteren Bereich einer Außenfläche der Kerzenkappe besitzt, dann kann die Außenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet vor einem vorderen Ende des Außengewindes eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner haben. In einem derartigen Fall kann die Schwankung bzw. Variation der Unterbrechung bzw. der Diskontinuität der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die entlang der Außenfläche der Kerzenkappe strömt und von der Verbrennungskammer in die Durchgangsbohrung eintritt, reduziert werden. Als Folge davon kann die Schwankung der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die durch die Durchgangsbohrung strömt und den Zündfunkenspalt erreicht, weiter verringert werden. Dadurch wird das Anwachsen des Flammenkerns weiter gefördert.
Wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche der Kerzenkappe gleich 1,6 µm oder kleiner ist, dann kann die Schwankung der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung weiter reduziert werden, sodass das Anwachsen des Flammenkerns weiter gefördert werden kann. Wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche der Kerzenkappe gleich 0,8 µm oder kleiner ist, dann kann die Wirkung erhöht werden.
Wenn eine arithmetische mittlere Rauheit, die auf einer Schnittlinie zwischen einer Ebene senkrecht zu der axialen Linie und einer Oberfläche der Kerzenkappe gemessen wird, in den zuvor beschriebenen Bereichen liegt, dann kann die Wirkung der Reduzierung der Schwankung der Unterbrechung der Strömung aus der Durchgangsbohrung zu dem Zündfunkenspalt erhöht werden. Folglich kann das Anwachsen des Flammenkerns weiter gefördert werden.
Figurenliste

1 ist eine Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils II der in 1 gezeigten Zündkerze;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Kerzenkappe, die entlang einer Ebene geschnitten ist, die parallel zu einer axialen Linie liegt;
4 ist eine Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils V der in 4 gezeigten Zündkerze.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Teilschnittansicht einer Zündkerze 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Unterseite der 1 ist als die Vorderseite der Zündkerze 10 festgelegt, und die Oberseite der 1 ist als der hintere Teil der Zündkerze 10 festgelegt. Dies gilt auch für die 2, 4 und 5. 1 zeigt einen Querschnitt eines vorderen Endbereichs der Zündkerze 10, wobei eine axiale Linie O enthalten ist. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Zündkerze 10 einen Isolator 11, eine Mittelelektrode 13, eine Metallhülse 20, eine Masseelektrode 30 und eine Kerzenkappe bzw. Zündkerzenabdeckung 40.
Der Isolator 11 ist ein im Wesentliches zylindrisches Element mit einer axialen Bohrung 12, die sich entlang der axialen Linie O erstreckt, und er ist aus Keramik, etwa Aluminiumoxid, mit guten mechanischen Eigenschaften und hoher Isolationsfestigkeit bei hohen Temperaturen hergestellt. Die Mittelelektrode 13 ist an einem vorderen Gebiet der axialen Bohrung 12 in dem Isolator 11 angeordnet. Die Mittelelektrode 13 ist elektrisch mit einem Metallanschluss 14 in der axialen Bohrung 12 verbunden. Der Metallanschluss 14 ist ein stabförmiges Element, an welchem ein Hochspannungskabel (nicht gezeigt) angeschlossen wird, und ist aus einem leitenden Metallmaterial (beispielsweise Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil) hergestellt. Der Metallanschluss 14 ist an dem hinteren Ende des Isolators 11 befestigt.
Die Metallhülse 20 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das aus einem leitenden Metallmaterial (beispielsweise Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil hergestellt ist. Die Metallhülse 20 beinhaltet einen vorderen Endbereich 22 mit einem Außengewinde 21, das auf einer Außenumfangsfläche ausgebildet ist, einen Auflagebereich 23, der benachbart zu und hinter dem vorderen Endbereich 22 liegt, und einen Werkzeugeingriffsbereich 24, der hinter dem Anlagebereich 23 vorgesehen ist. Das Außengewinde 21 wird in eine Gewindebohrung 2 in einem Verbrennungsmotor 1 eingeschraubt. Der Anlagebereich 23 ist ein Bereich, der einem Zwischenraum zwischen der Gewindebohrung 2 in dem Verbrennungsmotor 1 und dem Außengewinde 21 abdichtet, und er besitzt einen Außendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Außengewindes 21. Der Werkzeugeingriffsbereich 24 tritt mit einem Werkzeug, etwa einem Schraubenschlüssel, in Eingriff, das verwendet wird, um das Außengewinde 21 in die Gewindebohrung 2 in dem Motor 1 einzuschrauben.
Die Masseelektrode 30 ist ein stabförmiges Element, das aus einem Metallmaterial hergestellt ist, das beispielsweise Pt als eine Hauptkomponente enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Masseelektrode 30 an einer Stelle angeordnet, an der das Außengewinde 21 vorgesehen ist, und sie erstreckt sich durch den vorderen Endbereich 22 derart, dass sie in das Innere des vorderen Endbereichs 22 hineinragt. Ein Endbereich 31 der Masseelektrode 30 ist der Mittelelektrode 13 zugewandt. Die Kerzenkappe 40 ist mit dem vorderen Endbereich 22 der Metallhülse 20 in einem Gebiet vor dem Außengewinde 21 verbunden. Die Hauptkomponente der Masseelektrode 30 ist nicht auf das zuvor beschriebene Element beschränkt, und es können selbstverständlich andere Elemente als Hauptkomponente eingesetzt werden. Zu Beispielen anderer Elemente gehören Ni und Ir.
Die Kerzenkappe 40 ist ein Bereich, der die Mittelelektrode 13 und den Endbereich 31 der Masseelektrode 30 von vorne abdeckt. Die Kerzenkappe 40 ist aus einem Metallmaterial hergestellt, das beispielsweise Fe als Hauptkomponente enthält. Die Kerzenkappe 40 besitzt mindestens eine Durchgangsbohrung 41 in einem Gebiet vor der Masseelektrode 30. In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Durchgangsbohrungen 41 in der Kerzenkappe 40 ausgebildet. Wenn die Zündkerze 10 durch Verschrauben des Außengewindes 21 mit der Gewindebohrung 2 in dem Motor 1 montiert wird, dann ist die Kerzenkappe 40 in einer Verbrennungskammer 3 des Motors 1 freiliegend angeordnet. Die Durchgangsbohrungen 41 verbinden eine Vorkammer 42, die von der Metallhülse 20 und der Kerzenkappe 40 umgeben ist, mit der Verbrennungskammer 3. Die Hauptkomponente der Kerzenkappe 40 ist nicht auf das zuvor beschriebene Element beschränkt, und es können selbstverständlich andere Elemente als die Hauptkomponente verwendet werden. Zu Beispielen derartiger Elemente gehören Ni und Cu.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils II der in 1 gezeigten Zündkerze 10, wobei die axiale Linie O miteingeschlossen ist. Der vordere Endbereich 22 der Metallhülse 20 besitzt eine Vertiefung bzw. Aussparung 25, die in einem Gebiet nach innen radial zurückgesetzt bzw. vertieft ist, in welchem das Außengewinde 21 vorgesehen ist. Der vordere Endbereich 22 besitzt eine Bohrung 26, die dünner ist als die Vertiefung 25 in einem Gebiet, das radial im Inneren der Vertiefung 25 liegt. Die Bohrung 26 erstreckt sich durch den vorderen Endbereich 22 entlang einer radialen Richtung. Der andere Endbereich 32 der Masseelektrode 30 ist in die Bohrung 26 eingeführt und ist mit dem vorderen Endbereich 22 durch einen geschweißten Bereich 27 verbunden. Es ist ein Zündfunkenspalt 33 zwischen dem Endbereich 31 der Masseelektrode 30 und der Mittelelektrode 13 ausgebildet. Da die Masseelektrode 30 mit der Metallhülse 20 in dem Gebiet, in welchem das Außengewinde 21 vorgesehen ist, verbunden ist, wird von der Masseelektrode 30 über das Außengewinde 21 Wärme zu dem Motor 1 übertragen.
Jede Durchgangsbohrung 41 besitzt ein äußeres offenes Ende 44 in einer Außenfläche 43 der Kerzenkappe 40 und ein inneres offenes Ende 46 in einer Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40. In der vorliegenden Ausführungsform ist die gesamte Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40, die konusförmig ist, vor einem hinteren Ende 34 des Endbereichs 31 der Masseelektrode 30 angeordnet. Eine Querschnittsfläche der Vorkammer 42, die von der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 entlang einer Ebene senkrecht zu der axialen Linie O umgeben ist, nimmt mit zunehmendem Abstand in Richtung von vorne nach hinten zu.
Das innere offene Ende 46 jeder Durchgangsbohrung 41 ist vor dem hinteren Ende 34 des Endbereichs 31 der Masseelektrode 30 angeordnet. Jede Durchgangsbohrung 41 besitzt eine Innenfläche 47, die zur Vorderseite in Richtung von dem inneren offenen Ende 46 zu dem äußeren offenen Ende 44 hin gezeigt ist. Ein hinterer Endbereich 48 der Kerzenkappe 40 ist mit dem vorderen Endbereich 22 der Metallhülse 20 durch einen geschweißten Bereich 49 verbunden.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Kerzenkappe 40, wobei der Schnitt entlang einer Ebene 50 erfolgt, die parallel zu der axialen Linie O (siehe 1) verläuft. 3 zeigt einen Teil des Umfangs der Kerzenkappe 40. Die Kerzenkappe 40 wird beispielsweise einem Poliervorgang mit magnetischem Fluid oder einem Lapp-Vorgang unterzogen, um die Oberflächenrauheit der Außenfläche 43, der Innenfläche 45 und der Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 einzustellen. Eine arithmetische mittlere Rauheit Ra jeweils der Außenfläche 43 und der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 und der Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 wird auf einer Schnittlinie 51 zwischen der Ebene 50, die parallel zu der axialen Linie O verläuft, und einer Oberfläche der Kerzenkappe 40 gemessen.
Die arithmetische mittlere Rauheit Ra wird aus einer Kurve (nicht gezeigt) ermittelt, die beispielsweise dadurch erhalten wird, dass die Schnittlinie 51 unter Anwendung einer optischen kontaktfreien Oberflächenrauheitsmesseinrichtung erfasst wird und kurzwellige und langwellige Komponenten der Schnittlinie 51 durch Anwenden eines Filters in Übereinstimmung mit JIS B0601:2013 entfernt werden. Eine Bewertungslänge der arithmetischen mittleren Rauheit wird gemäß JIS B0633:2001 ermittelt.
Die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche 43 und der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 und der Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 ist gleich 6,3 µm oder kleiner. Vorzugsweise ist die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche 43 und der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 und der Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 so festgelegt, dass sie gleich 1,8 µm oder kleiner ist. Noch bevorzugter ist es, dass die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche 43 und der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 und der Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 so festgelegt ist, dass sie gleich 0,8 µm oder kleiner ist. Die Rauheiten der Außenfläche 43 und der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 sind Rauheiten in solchen Gebieten, in denen der geschweifte Bereich 49 nicht vorhanden ist.
In Reaktion auf eine Ventilbetätigung des Motors 1 (siehe 1) strömt eine brennbare Luft-Kraftstoffmischung in die Kerzenkappe 40 der Zündkerze 10, die an dem Motor 1 angebracht ist, wobei die Strömung von der Verbrennungskammer 3 durch die Durchgangsbohrungen 41 erfolgt. Die Zündkerze 10 bewirkt eine Entladung zwischen der Mittelelektrode 13 und der Masseelektrode 30, sodass ein Flammenkern in dem Zündfunkenspalt 33 erzeugt wird. Wenn der Flammenkern an Größe zunimmt, dann wird die brennbare Luft-Kraftstoffmischung in der Kerzenkappe 40 gezündet und verbrannt. Die Verbrennung erzeugt einen Expansionsdruck derart, dass die Zündkerze 10 einen Gasstrom, der die Flamme enthält, durch jede Durchgangsbohrung 41 in die Verbrennungskammer 3 einschießt. Die brennbare Luft-Kraftstoffmischung in der Verbrennungskammer 3 wird durch die eingeprägte Strömung mit der Flamme verbrannt.
Die Zündkerze 10 ist so aufgebaut, dass die Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 in einem Gebiet vor dem hinteren Ende 34 des Endbereichs 31 der Masseelektrode 30 und die Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 jeweils eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner haben. Daher kann eine Schwankung der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die in die Kerzenkappe 40 ausgehend von der Verbrennungskammer 3 entlang der Innenfläche 47 jeder Durchgangsbohrung 41 eintritt, entlang der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 strömt und den Zündfunkenspalt 33 erreicht, reduziert werden. Daher strömt die brennbare Luft-Kraftstoffmischung relativ ungehindert von der Verbrennungskammer 3 durch die Durchgangsbohrungen 41 und erreicht den Zündfunkenspalt 33, so wie dies vorgesehen ist, wodurch das Anwachsen des Flammenkerns, der in dem Zündfunkenspalt 33 erzeugt wird, gefördert wird. Daher kann die brennbare Luft-Kraftstoffmischung wie vorgesehen gezündet werden.
Da die Querschnittsfläche der Vorkammer 42, die von der Innenfläche 45 der Kerzenkappe 40 umgeben ist, entlang einer Ebene senkrecht zu der axialen Linie O mit zunehmendem Abstand in Richtung von vorne nach hinten zunimmt, ist die Durchflussrate der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die von der Verbrennungskammer 3 in die Kerzenkappe 40 geströmt ist, in einem Gebiet um den hinteren Endbereich 48 herum geringer als in einem Gebiet um das vordere Ende der Kerzenkappe 40 herum. Da das Ausmaß der Unterbrechung einer Strömung abnimmt, wenn die Durchflussrate kleiner ist, kann die Schwankung der Unterbrechung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die durch den Zündfunkenspalt 33 strömt, weiter verringert werden. Folglich kann das Anwachsen des Flammenkerns, der in dem Zündfunkenspalt 33 erzeugt werden, weiter gefördert werden.
Da die Außenfläche 43 der Kerzenkappe 40 in einem Gebiet ohne den geschweißten Bereich 49 zwischen der Metallhülse 20 und der Kerzenkappe 40 eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner hat, kann die Schwankung der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die entlang der Außenfläche 43 der Kerzenkappe 40 strömt und von der Verbrennungskammer 3 aus in die Durchgangsbohrungen 41 eintritt, reduziert werden. Als Folge davon kann die Schwankung der Unterbrechung der Strömung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung, die durch die Durchgangsbohrungen 41 strömt und den Zündfunkenspalt 33 erreicht, weiter verringert werden. Dies führt zu einer zusätzlichen Verbesserung des Anwachsens des Flammenkerns, der in dem Zündfunkenspalt 33 erzeugt wird.
Mit Verweis auf 4 und 5 wird nunmehr eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der ersten Ausführungsform ist die Kerzenkappe 40 mit der Metallhülse 20 verschweißt. In der zweiten Ausführungsform ist ein röhrenförmiges Element 70 mit einer ersten Kerzenkappe 75 an ihrem vorderen Ende mit einer Metallhülse 61 verbunden. Komponenten, die gleich sind zu jenen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung ist weggelassen. 4 ist eine Teilschnittansicht einer Zündkerze 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform, und 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils V der in 4 gezeigten Zündkerze 60.
Die Zündkerze 60 beinhaltet den Isolator 11, die Mittelelektrode 13, die Metallhülse 61, eine Masseelektrode 64 und die Kerzenkappe 75. Die Metallhülse 61 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das aus einem leitenden Metallmaterial (beispielsweise Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil) hergestellt ist. Die Metallhülse 61 beinhaltet einen vorderen Endbereich 63 mit einem Außengewinde 62, das auf einer äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist. Der Auflagebereich 23 und der Werkzeugeingriffsbereich 24 sind hinter dem vorderen Endbereich 63 vorgesehen. Die Masseelektrode 64 ist ein stabförmiges Element, das aus einem Metallmaterial hergestellt ist, das beispielsweise Pt, Ni oder Ir als eine Hauptkomponente enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Masseelektrode 64 vor dem Außengewinde 62 des vorderen Endbereichs 63 angeordnet. Ein Endbereich 65 (siehe 5) der Masseelektrode 64 ist der Mittelelektrode 13 zugewandt.
Das röhrenförmige Element 70 besitzt eine Röhrenform mit einem geschlossenen vorderen Ende und beinhaltet einen Körperbereich 71, einen Flanschbereich 74, der benachbart zu und hinter dem Körperbereich 71 angeordnet ist, und die Kerzenkappe 75, die benachbart zu und vor dem Körperbereich 71 angeordnet ist. Der vordere Endbereich 63 der Metallhülse 61 ist in dem Körperbereich 71 angeordnet. Der Körperbereich 71 besitzt ein Innengewinde 72 auf einer inneren Umfangsfläche und besitzt ein Außengewinde 73 auf einer Außenumfangsfläche. Das Innengewinde 72 des Körperbereichs 71 tritt mit dem Außengewinde 62 der Metallhülse 61 in Eingriff. Das Außengewinde 73 des Körperbereichs 71 tritt mit der Gewindebohrung 2 in dem Motor 1 in Eingriff. Der Außendurchmesser des Flanschbereichs 74 ist größer als der Außendurchmesser des Außengewindes 73. Der Auflagebereich 23 der Metallhülse 61 ist in der idealen Richtung innerhalb des Flanschbereichs 74 angeordnet.
Die Kerzenkappe 75 ist ein Bereich, der die Mittelelektrode 13 und den Endbereich 65 der Masseelektrode 64 von vorne abdeckt. Die Kerzenkappe 75 besitzt mindestens eine Durchgangsbohrung 76 in einem Gebiet vor der Masseelektrode 64. In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Durchgangsbohrungen 76 in der Kerzenkappe 75 ausgebildet. Wenn das röhrenförmige Element 70 der Zündkerze 60 an der Gewindebohrung 2 in dem Motor 1 durch Verschrauben des Außengewindes 73 mit der Gewindebohrung 2 angebracht wird, dann liegt die Kerzenkappe 75 in der Verbrennungskammer 3 des Motors 1. Die Durchgangsbohrungen 76 verbinden eine Vorkammer 77, die von der Metallhülse 61 und der Kerzenkappe 75 umschlossen ist, mit der Verbrennungskammer 3.
Wie in 5 gezeigt ist, ist der andere Endbereich 66 der Masseelektrode 64 mit dem vorderen Endbereich 63 der Metallhülse 61 an einer Stelle vor dem Außengewinde 62 verbunden. Ein Zündfunkenspalt 67 ist zwischen dem Endbereich 65 der Masseelektrode 64 und der Mittelelektrode 13 ausgebildet. Jede Durchgangsbohrung 76 besitzt ein äußeres offenes Ende 79 in einer Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 und ein inneres offenes Ende 81 in einer Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75. Die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 ist kugel-kappenförmig. Das innere offene Ende 81 jeder Durchgangsbohrung 76 ist vor einem hinteren Ende 68 des Endbereichs 65 der Masseelektrode 64 angeordnet. Jede Durchgangsbohrung 76 besitzt eine Innenfläche 82, die nach vorne in der Richtung von dem inneren offenen Ende 81 zu dem äußeren offenen Ende 79 geneigt ist.
Ein Bereich (vorderer Bereich) der Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 ist vor dem hinteren Ende 68 des Endbereichs 65 der Masseelektrode 64 angeordnet. Der Bereich der Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75, der vor dem hinteren Ende 68 des Endbereichs 65 der Masseelektrode 64 liegt, und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 besitzen jeweils eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner. Die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 in einem Gebiet vor dem Außengewinde 73 besitzt eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner. Folglich hat die Zündkerze 60 der zweiten Ausführungsform funktionsmäßige Wirkungen, die ähnlich sind zu jenen der Zündkerze 10 der ersten Ausführungsform. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, wird die arithmetische mittlere Rauheit auf einer Schnittlinie zwischen einer Ebene (nicht gezeigt) parallel zu der axialen Linie O und einer Oberfläche der Kerzenkappe 75 gemessen.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun durch Beispiele detaillierter beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Proben 1 bis 8 mit einem Aufbau, der ähnlich ist zu demjenigen der zweiten Ausführungsform, wurden durch eine Prüfer hergestellt. Die arithmetischen mittleren Rauheiten der Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75, der Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 und der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 waren für die Proben 1 bis 8 unterschiedlich. Die arithmetischen mittleren Rauheiten der Oberflächen der Kerzenkappe 75 wurden auf unterschiedliche Werte festgelegt, indem die Korngröße geändert wurde, die zum Polieren der Innenfläche 80 und der Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 und der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eingesetzt wurde, oder indem das Polierverfahren für jede Fertigungscharge geändert wurde. Andere Eigenschaften als die arithmetischen mittleren Rauheiten der Oberflächen der Kerzenkappe 75, etwa die Formen und Größen der Kerzenkappe 75 und der Durchgangsbohrungen 76, waren für die Proben 1 bis 8 identisch.
Die arithmetischen mittleren Rauheiten wurden gemäß JIS B0601:2013 auf einer Schnittlinie zwischen einer Ebene parallel zu der axialen Linie O und einer Oberfläche der Kerzenkappe 75 ermittelt, wobei eine kontaktfreie Oberflächenrauheitsmesseinrichtung, in der ein Laserstrahl verwendet ist, eingesetzt wurde. Die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 wurde ermittelt, indem das kontaktfrei Oberflächenrauheitsmessgerät verwendet wurde, in welchem ein Laserstrahl verwendet wird, nachdem die Kerzenkappe 75 der gleichen Fertigungscharge entlang einer Ebene geschnitten wurde, die durch das äußere offene Ende 79 und das innere offene Ende 81 der Durchgangsbohrung 76 verläuft, sodass die Innenfläche 82 der Durchgangsbohrung 76 freigelegt ist.
Der Prüfer befestigte jede Probe an einem 4-Zylinder-Motor mit Direkteinspritzung mit einem Hubraum von 1,6 Litern und setzte den Motor in Betrieb. Im Hinblick auf die Betriebsbedingungen für den Motor gilt, dass die Motordrehzahl (pro Minute) 1600 UpM betrug, und die Last betrug 480 kPa, ausgedrückt im effektiven Nettomitteldruck (NMEP). Es wurde eine Prüfung ausgeführt, in der der Druck in der Verbrennungskammer über 1000 Zyklen hinweg erfasst wurde, wobei ein Zyklus ein Betrieb ist ab dem Zeitpunkt, bei dem das brennbare Luft-Kraftstoffgemisch in die Verbrennungskammer des Motors eingeführt und verbrannt wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Verbrennungsgas ausgeleitet wird, um die Anzahl an Zyklen zu ermitteln, in denen eine Zündung der brennbaren Luft-Kraftstoffmischung fehlschlug. Diese Prüfung wurde 5-mal für jede Probe ausgeführt, und es wurde eine Zündfehlerrate ermittelt.
Jede Probe wurde auf einer Skala von A bis G auf Basis der Zündfehlerrate eingestuft. Proben wurden mit G bei einer Zündfehlerrate von 10 % oder höher eingestuft, sie wurden als F bei einer Zündfehlerrate von 9 % oder größer und 10 % oder kleiner eingestuft, sie wurden als E für eine Zündfehlerrate von 8 % oder größer und 9 % oder kleiner eingestuft, sie wurden als D bei einer Zündfehlerrate von 7 % oder größer und 8 % oder kleiner eingestuft, sie wurden als C bei einer Zündfehlerrate von 6 % oder größer und 7 % oder kleiner eingestuft, sie wurden als B bei einer Zündfehlerrate von 5 % oder größer und 6 % oder kleiner eingestuft, und sie wurden als A bei einer Zündfehlerrate von kleiner 5 % eingestuft. Tabelle 1 zeigt die arithmetische mittlere Rauheit der Oberflächen der Kerzenkappen und die Einstufungswerte der Proben.

Tabelle 1

Nr.	Arithmetische mittlere Rauheit (µm)			Einstufung
Nr.	Innenfläche der Kerzenkappe	Innenfläche der Durchgangsbohrung	Außenfläche der Kerzenkappe	Einstufung
1	6,3	6,3	12,5	F
2	6,3	6,3	1,6	E
3	1,6	1,6	12,5	E
4	0,8	0,8	12,5	D
5	0,8	0,8	6,3	C
6	0,8	0,8	1,6	B
7	0,8	0,8	0,8	A
8	12,5	12,5	12,5	G

Aus Tabelle 1 geht hervor, dass Probe 8, in der die Innenfläche 80 und die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 12,5 µm hatten, die Einstufung G hatten. Im Gegensatz dazu hatte die Probe 1, in der die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm hatten und in der die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 12,5 µm hatte, die Einstufung F. Dies zeigt, dass das Auftreten der Zündfehler reduziert werden kann, wenn die arithmetischen mittleren Rauheiten der Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 gleich 6,3 µm oder kleiner sind.
Beim Vergleich von Probe 1 mit Probe 2 ergibt sich für die Probe 2 die Einstufung E, wobei in Probe 2 die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm hatten und wobei die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 1,6 µm hatte. Dies zeigt, dass das Auftreten des Zündfehlers reduziert werden kann, wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 1,6 µm oder kleiner ist.
Beim Vergleich der Probe 1 mit der Probe 3 zeigt sich, dass Probe 3 als E eingestuft wurde, wobei in Probe 3 die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 1,6 µm hatten und die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 12,5 µm hatte. Dies zeigt, dass das Auftreten von Zündfehlern reduziert werden kann, wenn die arithmetischen mittleren Rauheiten der Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 1,6 µm oder kleiner sind.
Beim Vergleich der Probe 3 mit der Probe 4 zeigt sich, dass Probe 4 als D eingestuft wurde, wobei in der Probe 4 die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 0,8 µm hatten und die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 12,5 µm hatte. Dies zeigt, dass das Auftreten von Zündfehlern reduziert werden kann, wenn die arithmetischen mittleren Rauheiten der Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und der Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 0,8 µm oder kleiner sind.
Beim Vergleich der Probe 4 mit der Probe 5 zeigt sich, dass Probe 5 als C eingestuft wurde, wobei in der Probe 5 die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 0,8 µm hatten und die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm hatte. Dies zeigt, dass das Auftreten von Zündfehlern reduziert werden kann, wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche 78 der Kerzenabdeckung 75 gleich 6,3 µm oder kleiner ist.
Beim Vergleich der Probe 5 mit der Probe 6 zeigt sich, dass die Probe 6 als B eingestuft wurde, wobei in der Probe 6 die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75 und die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 eine arithmetische mittlere Rauheit von 0,8 µm hatten und die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 1,6 µm hatte. Dies zeigt, dass das Auftreten von Zündfehlern reduziert werden kann, wenn die mittlere arithmetische Rauheit der Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 gleich 1,6 µm oder kleiner ist.
Beim Vergleich der Probe 6 mit der Probe 7 zeigt sich, dass Probe 7 als A eingestuft wurde, wobei in der Probe 7 die Innenfläche 80 der Kerzenkappe 75, die Innenfläche 82 jeder Durchgangsbohrung 76 und die Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 eine arithmetische mittlere Rauheit von 0,8 µm hatten. Dies zeigt, dass das Auftreten von Zündfehlern reduziert werden kann, wenn die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche 78 der Kerzenkappe 75 gleich 0,8 µm oder kleiner ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf der Grundlage einer Ausführungsform beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt, und man kann leicht erkennen, dass diverse Verbesserungen und Modifizierungen innerhalb des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung möglich sind. Beispielsweise können die Formen der Kerzenkappen 40 und 75, die Anzahl, Formen, Größen und dergleichen der Durchgangsbohrungen 41 und 76 in geeigneter Weise festgelegt werden, da sie lediglich Beispiele darstellen.
Obwohl die Masseelektrode 30, die sich durch den vorderen Endbereich 22 der Metallhülse 20 erstreckt, an einer Stelle angeordnet ist, an der das Außengewinde 21 in der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, ist die Lage der Masseelektrode nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Kerzenkappe so angeordnet sein, dass die vordere Stirnfläche des vorderen Endbereichs 22 der Metallhülse 20 freiliegt, und die Masseelektrode kann selbstverständlich mit der vorderen Stirnfläche des vorderen Endbereichs 22 verbunden sein. Die Masseelektrode kann eine gerade Form oder eine gebogene Form haben. Die Masseelektrode kann mit der Kerzenkappe verbunden sein.
Obwohl das Innengewinde 72 auf der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Elements 70 ausgebildet ist, und das auf dem vorderen Endbereich 63 ausgebildete Außengewinde 62 mit dem Innengewinde 72 zur Positionierung der Kerzenkappe 75 vor der Metallhülse 61 in der zweiten Ausführungsform in Eingriff ist, sind jegliche Mittel zum Verbinden des röhrenförmigen Elements 70 mit der Metallhülse 61 nicht in besonderer Weise beschränkt. Das röhrenförmige Element 70 mit der Kerzenkappe 75 kann selbstverständlich durch andere Mittel mit der Metallhülse 61 verbunden sein. Beispielsweise können der Flanschbereich 74 des röhrenförmigen Elements 70 und der Auflagebereich 23 der Metallhülse 61 durch etwa Schweißung miteinander verbunden sein. Das röhrenförmige Element 70 kann beispielsweise aus Metallmaterial, etwa einer Legierung auf Nickelbasis, oder einem Keramikmaterial, etwa Siliziumnitrid, hergestellt sein.
Obwohl die inneren offenen Enden 46 und 81 der Durchgangsbohrungen 41 und 76 in den Querschnitten der Kerzenkappen 40 und 75 entlang einer Ebene in den Ausführungsformen auftreten, die die axiale Linie O enthält, sind die Durchgangsbohrungen 41 und 76 nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Die Durchgangsbohrungen 41 und 76 können selbstverständlich in den Kerzenkappen 40 und 75 derart ausgebildet sein, dass die Positionen der inneren offenen Enden 46 und 81 relativ zu der axialen Linie O so verschoben sind, dass die inneren offenen Enden 46 und 81 der Durchgangsbohrungen 41 und 76 in den Querschnitten nicht entlang einer Ebene, die die axiale Linie O enthält, in Erscheinung treten, sondern in Querschnitten der Kerzenkappen 40 und 75 entlang einer Ebene in Erscheinung treten, die parallel zu der axialen Linie O ist.
In den Ausführungsformen sind die Endbereiche 31 und 65 der Masseelektroden 30 und 64 vor den jeweiligen Mittelelektroden 13 angeordnet, sodass die Zündfunkspalte 33 und 67 vor den Mittelelektroden 13 ausgebildet sind. Jedoch sind die Zündfunkenspalte 33 und 67 nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Beispielsweise können selbstverständlich die Endbereiche 31 und 65 der Masseelektroden 30 und 64 so angeordnet sein, dass sie von Seitenflächen der jeweiligen Mittelelektroden 13 beabstandet sind, sodass die Zündfunkenspalte 33 und 67 zwischen den Seitenflächen der Mittelelektroden 13 und den Endbereichen 31 und 65 der Masseelektroden 30 und 64 ausgebildet sind. Ferner können mehrere Masseelektroden 30 und mehrere Masseelektroden 64 selbstverständlich so vorgesehen sein, dass dadurch mehrere Zündfunkenspalte 33 und mehrere Zündfunkenspalte 67 gebildet werden.
Bezugszeichenliste

10, 60:: Zündkerze
13:: Mittelelektrode
20, 61:: Metallhülse
21, 73:: Außengewinde
30, 64:: Masseelektrode
31, 65:: Endbereich einer Masseelektrode
33, 67:: Funkenspalt bzw. Zündfunkenspalt
34, 68:: hinteres Ende eines Endbereichs einer Masseelektrode
40, 75:: Kerzenkappe bzw. Kerzenabdeckung
41, 76:: Durchgangsbohrung
43, 78:: Außenfläche einer Kerzenkappe
45, 80:: Innenfläche einer Kerzenkappe
47, 82:: Innenfläche einer Durchgangbohrung
48:: hinterer Endbereich einer Kerzenkappe
49:: geschweißter Bereich
50:: Ebene
51:: Schnittlinie
O:: axiale Linie

Claims

Eine Zündkerze, mit: einer Metallhülse in Töhrenform, die sich entlang einer axialen Linie in einer Richtung von vorne nach hinten erstreckt; einer Mittelelektrode, die in der Metallhülse in isolierter Weise gehalten wird; einer Masseelektrode, die elektrisch mit der Metallhülse verbunden und derart angeordnet ist, dass ein Zündfunkenspalt zwischen der Mittelelektrode und einem Endbereich der Masseelektrode ausgebildet ist; und einer Kerzenkappe, die die Mittelelektrode und den Endbereich der Masseelektrode von vorne in einem Gebiet vor der Metallhülse abdeckt und in der eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist, wobei eine Innenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet vor einem hinteren Ende des Endbereichs der Masseelektrode und eine Innenfläche der Durchgangsbohrung jeweils eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner haben.
Die Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Kerzenkappe und die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Durchgangsbohrung 1,6 µm oder kleiner sind.
Die Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Kerzenkappe und die arithmetische mittlere Rauheit der Innenfläche der Durchgangsbohrung 0,8 µm oder kleiner sind.
Die Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Metallhülse ein Außengewinde auf einem hinteren Bereich einer Außenfläche der Metallhülse hat und mit einem hinteren Endbereich der Kerzenkappe in einem Gebiet vor dem Außengewinde verschweißt ist, und wobei eine Außenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet, das keinen geschweißten Bereich zwischen der Kerzenkappe und der Metallhülse enthält, eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner hat.
Die Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Kerzenkappe ein Außengewinde auf einem hinteren Bereich einer Außenfläche der Kerzenkappe aufweist, und wobei die Außenfläche der Kerzenkappe in einem Gebiet vor einem vorderen Ende des Außengewindes eine arithmetische mittlere Rauheit von 6,3 µm oder kleiner hat.
Die Zündkerze nach Anspruch 4, wobei die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche der Kerzenkappe 1,6 µm oder kleiner ist.
Die Zündkerze nach Anspruch 4, wobei die arithmetische mittlere Rauheit der Außenfläche der Kerzenkappe 0,8 µm oder kleiner ist.
Die Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die arithmetische mittlere Rauheit auf einer Schnittlinie zwischen einer Ebene, die parallel zu der axialen Linie ist, und einer Oberfläche der Kerzenkappe gemessen ist.