DE10205588A1

DE10205588A1 - Aufbau einer Zündkerze, der für einen höheren Verschleißwiderstand einer Mittelelektrode sorgt, und Verfahren zum Herstellen von selbiger

Info

Publication number: DE10205588A1
Application number: DE10205588A
Authority: DE
Inventors: Ken Hanashi; Yasutake Ishino
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: US20020109447A1; GB0203416D0; GB2373294B; GB2373294A; JP2002319468A; US6956319B2; JP3941473B2; DE10205588B4

Abstract

Es ist ein verbesserter Aufbau einer Zündkerze vorgesehen, bei der Funken zwischen einer zweiten Masseelektrode und einer Mittelelektrode erzeugt werden, wenn ein Porzellanisolator mit Kohlenstoff verunreinigt ist. Ein Verschleißwiderstandselement ist an einer Seitenwand der Mittelelektrode angebracht, um den durch die Funken hervorgerufenen Verschleiß zu minimieren, um so die Lebensdauer der Zündkerze zu verlängern. Ein Herstellungsverfahren ist ebenfalls vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zündkerze, bei der Funken zwischen einer zweiten Masseelektrode und einer Mittelelektrode erzeugt werden, wenn ein Porzellanisolator mit Kohlenstoff verunreinigt ist, und insbesondere auf einen verbesserten Aufbau einer derartigen Zündkerze, der für einen höheren Verschleißwiderstand einer Mittelelektrode sorgt, um so die Lebensdauer der Zündkerze zu verlängern, und auf ein Verfahren zum Herstellen von selbiger.

Die Europäische Patentanmeldung EP 1 006 631 A2 offenbart eine herkömmliche Zündkerze jener Bauart, bei der eine Erzeugung von elektrischen Funken zwischen einer zweiten Masseelektrode und einer Mittelelektrode ausgelöst wird, wenn ein Porzellanisolator mit Kohlenstoff verunreinigt ist. Fig. 10 zeigt einen üblichen Aufbau einer derartigen Zündkerze dieser Bauart.

Die Zündkerze hat einen Porzellanisolator 2, der innerhalb einer Metallummantelung (nicht gezeigt) angebracht ist. Innerhalb des Porzellanisolators 2 ist eine Mittelelektrode 3 angeordnet, die eine Spitze 3a hat, die von einer Spitze 2a des Porzellanisolators 2 vorsteht. Ein Edelmetallstück 3d ist an die Spitze 3a der Mittelelektrode 3 geschweißt.

Die Zündkerze hat außerdem eine erste Masseelektrode 4 und ein Paar zweite Massenelektroden 5 (zur kürzeren Darstellung ist nur eine gezeigt), die an einem Ende der Metallummantelung angebracht sind. Die erste Masseelektrode 4 ist an einem ihrer Enden dem Edelmetallstück 3d der Mittelelektrode 3 zugewandt, um so eine Funkenstrecke zu definieren. Die zweite Masseelektrode 5 hat eine Endseite an einem Endabschnitt einer Seitenfläche der Mittelelektrode 3, die außerhalb der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 frei liegt.

Im Betrieb werden aufeinanderfolgende elektrische Funken zwischen der ersten Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 erzeugt, um gasförmigen Kraftstoff wie zum Beispiel ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu zünden, das in eine Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Wenn der Kraftstoff verbrannt wird, dann haftet dadurch Kohlenstoff an der Fläche der Spitze 2a des Porzellanisolators 2, was zu einem verringerten Grad einer elektrischen Isolierung des Porzellanisolators 2 führt. Dadurch werden Funken zwischen der zweiten Masseelektrode 5 der Mittelelektrode 3 ausgelöst, wodurch der an dem Porzellanisolator 2 haftende Kohlenstoff weg gebrannt wird. Wenn die Fläche des Porzellanisolators 2 von dem Kohlenstoff befreit ist, dann werden Funken erneut zwischen der ersten Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 erzeugt.

Um die Wirkungen beim Wegbrennen des Kohlenstoffs von dem Porzellanisolator 2 zu verbessern, ist ein Absatz 3b an der Mittelelektrode 3 ausgebildet, der zu der Spitze 3a abgeschrägt ist. Eine Kante 3c zwischen einem Hauptabschnitt der Mittelelektrode 3 und dem Absatz 3b befindet sich in dem Porzellanisolator 2.

Die Kante 3c bildet eine Ecke, an der ein elektrisches Feld konzentriert wird. Somit fliegen Funken über die Spitze 2a des Porzellanisolators 2 zwischen der Kante 3c und dem Ende der zweiten Masseelektrode 5, wie dies durch einen Pfeil in der Zeichnung angegeben ist, und sie dienen dazu, den Kohlenstoff in wirksamer Weise von dem Porzellanisolator 2 weg zu brennen.

Durch die Erfinder von dieser Anmeldung durchgeführte Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass Funken zwischen der zweiten Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 3 in Abhängigkeit von Spezifikationen und/oder Betriebszuständen der Kraftmaschine erzeugt werden können, auch wenn der Kohlenstoff nicht an der Fläche des Porzellanisolators 2 haftet.

Wenn bei der Erzeugung von Funken zwischen der zweiten Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 3 dort kein Kohlenstoff an dem Porzellanisolator 2 haftet, dann wird ein Abschnitt der Seitenwand der Mittelelektrode 3 verschlissen oder abgetragen, wie dies durch S in der Zeichnung angegeben ist, woraus eine Streuung von metallischen Komponenten der Mittelelektrode 3 an der Fläche des Porzellanisolators 2 resultiert. Wenn sich die metallischen Komponenten an den Porzellanisolator 2 absetzen, dann fördert dies eine Erzeugung von Funken zwischen der zweiten Masseelektrode 5 der Mittelelektrode 3, wodurch sich der Verschleiß der Seitenwand der Mittelelektrode 3 in unerwünschter Weise erhöht.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau einer Zündkerze der vorstehend beschriebenen Bauart vorzusehen, der für einen höheren Verschleißwiderstand einer Mittelelektrode sorgt, um so die Lebensdauer der Zündkerze zu verlängern, und ein Verfahren zum Herstellen von selbiger vorzusehen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein verbesserter Aufbau einer Zündkerze vorgesehen, die bei Kraftfahrzeugen verwendet werden kann, und er ist so gestaltet, dass er einen höheren Verschleißwiderstand gegenüber elektrischen Funken hat. Die Zündkerze weißt Folgendes auf: (a) ein Metallgehäuse; (b) einen Porzellanisolator, der in dem Metallgehäuse angebracht ist; (c) eine Mittelelektrode, die innerhalb des Porzellanisolators gehalten ist, wobei die Mittelelektrode eine Länge und einen Spitzenabschnitt hat, die von einer Spitze des Porzellanisolators vorstehen; (d) einen Absatz, der an einer Seitenwand der Mittelelektrode ausgebildet ist, um so einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser der Mittelelektrode zu definieren, wobei der Absatz zu dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode abgeschrägt ist und eine Kante hat, die zu dem Abschnitt mit großem Durchmesser führt und in dem Porzellanisolator angeordnet ist; (e) eine erste Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und einen Endabschnitt hat, der dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode zugewandt ist, um dazwischen eine Funkenstrecke zu definieren; (f) eine zweite Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und ein Ende hat, das außerhalb der Spitze des Porzellanisolators angeordnet ist und über die Spitze des Porzellanisolators einem Abschnitt der Seitenwand der Mittelelektrode zugewandt ist, um so eine zweite Funkenstrecke zu definieren, in der Funken zum Wegbrennen von Kohlenstoff erzeugt werden, der an einer Fläche der Spitze des Porzellanisolators haftet, was zu einer Verringerung des Isolierungswiderstands führt, der durch den Porzellanisolator gegeben ist; und (g) ein Verschleißwiderstandselement, das an dem Abschnitt der Seitenwand der Mittelelektrode vorgesehen ist, um einen Widerstand gegen einen Verschleiß vorzusehen, der durch die in der zweiten Funkenstrecke erzeugten Funken erzeugt wird.

Falls ein Intervall zwischen einer Innenwand des Porzellanisolators und der Seitenwand der Mittelelektrode als d definiert ist, und falls ein Kreis definiert ist, dessen Mitte an einer inneren Ecke der Spitze des Porzellanisolators ist, die der Mittelelektrode zugewandt ist, und dessen Radius R in einer Ebene einschließlich einer Mittellängsachse der Zündkerze definiert ist, dann ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Intervall d vorzugsweise der Radius R plus 1 mm, und das Verschleißwiderstandselement ist vorzugsweise zumindest innerhalb des Kreises angeordnet.

Das Verschleißwiderstands hat eine Breite, die der Mittelelektrode zugewandt ist und größer als oder gleich wie 0,5 mm ist.

Das Verschleißwiderstandselement ist über einen gesamten Umfang der Seitenwand der Mittelelektrode vorgesehen.

Das Widerstandselement kann eine Fläche haben, die im Wesentlichen bündig mit einer Fläche der Seitenwand der Mittelelektrode ist.

Das Verschleißwiderstandselement ist aus einem metallischen Material geschaffen, das einen höheren Schmelzpunkt als eine Ni- Legierung hat. Zum Beispiel kann dass metallische Material eine Pt-Legierung oder eine Ir-Legierung sein.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze vorgesehen, die Folgendes aufweist: (a) ein Metallgehäuse; (b) einen Porzellanisolator, der in dem Metallgehäuse angebracht ist; (c) eine Mittelelektrode, die innerhalb des Porzellanisolators gehalten ist und einen Spitzenabschnitt hat, der von einer Spitze des Porzellanisolators vorsteht; (d) eine erste Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und einen Endabschnitt hat, der dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode zugewandt ist; und (e) eine zweite Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und ein Ende hat, das außerhalb der Spitze des Porzellanisolators angeordnet ist und über die Spitze des Porzellanisolators einem Abschnitt einer Seitenwand der Mittelelektrode zugewandt ist. Das Verfahren weißt die folgenden Schritte auf: (a) Vorbereiten eines Mittelelektrodenmaterials zum Bilden der Mittelelektrode; (b) Bearbeiten (bzw. Spanen) des Mittelelektrodenmaterials, um einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden, der näher als der Abschnitt mit großem Durchmesser an einer Spitze des Mittelelektrodenmaterials ist, und um einen Absatz zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden; und (c) Schweißen eines Verschleißwiderstandselementes an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Verfahren des Weiteren einen Schritt zum Bearbeiten (bzw. Spanen) des Mittelelektrodenmaterials und des an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials geschweißten Verschleißwiderstandselementes, um so eine gewünschte Form der Mittelelektrode zu erhalten.

Das Verfahren hat des Weiteren einen Schritt zum Schweißen eines Edelmetallstückes an eine Spitze der Mittelelektrode.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze vorgesehen, die Folgendes aufweist: (a) ein Metallgehäuse; (b) einen Porzellanisolator, der in dem Metallgehäuse angebracht ist; (c) eine Mittelelektrode, die innerhalb des Porzellanisolators gehalten ist und einen Spitzenabschnitt hat, der von einer Spitze des Porzellanisolators vorsteht; (d) eine erste Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und einen Endabschnitt hat, der dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode zugewandt ist; und (e) eine zweite Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und ein Ende hat, das außerhalb der Spitze des Porzellanisolators angeordnet ist und über die Spitze des Porzellanisolators einem Abschnitt einer Seitenwand der Mittelelektrode zugewandt ist. Das Verfahren weißt die folgenden Schritte auf: (a) Vorbereiten eines ringförmigen Verschleißwiderstandselementes, das für einen Widerstand gegen einen durch Funken hervorgerufenen Verschleiß sorgt; (b) Vorbereiten eines Mittelelektrodenmaterials zum Bilden der Mittelelektrode; (c) Bearbeiten (bzw. Spanen) des Mittelelektrodenmaterials, um so einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden, der näher als der Abschnitt mit großem Durchmesser an einer Spitze des Mittelelektrodenmaterials ist, und um einen Absatz zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden; und (d) Schweißen des ringförmigen Verschleißwiderstandselementes an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Verfahren des Weiteren einen Schritt zum Bearbeiten des Mittelelektrodenmaterials und des an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials geschweißten ringförmigen Verschleißwiderstandselementes, um eine gewünschte Form der Mittelelektrode zu erhalten.

Das Verfahren hat des Weiteren einen Schritt zum Schweißen eines Edelmetallstück an eine Spitze der Mittelelektrode.

Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, die nur dem Zwecke der Erläuterung dienen.

Zu den Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte Ansicht eines Aufbaus einer Spitze der Zündkerze bezüglich der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht bezüglich der Fig. 2;

Fig. 4(a) zeigt ausschnittartig einen Längsschnitt einer gewünschten Stelle eines Verschleißwiderstandselementes, das an einer Mittelelektrode angebracht ist;

Fig. 4(b) zeigt eine Draufsicht gemäß der Fig. 4(a);

Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) zeigen perspektivische Ansichten von Materialien, die beim Ausbilden eines Verschleißwiderstandselementes verwendet werden können;

Fig. 6(a), 6(c), 6(d) und 6(e) zeigen Seitenansichten einer Abfolge von Herstellungsprozessen für ein Verschleißwiderstandselement unter Verwendung des Materials gemäß der Fig. 5(a);

Fig. 6(b) zeigt eine Draufsicht bezüglich der Fig. 6(a);

Fig. 7(a), 7(c), 7(d) und 7(e) zeigen Seitenansichten einer Abfolge von Herstellungsprozessen für ein Verschleißwiderstandselement unter Verwendung des Materials gemäß der Fig. 5(b);

Fig. 7(b) zeigt eine Draufsicht bezüglich der Fig. 7(a);

Fig. 8(a), 8(c), 8(d) zeigen Seitenansichten einer Abfolge von Herstellungsprozessen für ein Verschleißwiderstandselement unter Verwendung des Materials gemäß der Fig. 5(c);

Fig. 8(b) zeigt eine Draufsicht bezüglich der Fig. 8(a);

Fig. 9(a) und 9(b) zeigen Seitenansichten von Abwandlungen eines Verschleißwiderstandselementes;

Fig. 10 zeigt eine ausschnittartige Schnittansicht einer herkömmlichen Zündkerze, bei der eine zweite Masseelektrode einer Mittelelektrode zugewandt ist, um so Funken zu erzeugen, die beim Wegbrennen von Kohlenstoff von einem Porzellanisolator hilfreich sind.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird insbesondere in den Fig. 1 bis 3 eine Zündkerze 100 gezeigt, die bei Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile in mehreren Ansichten bezeichnen.

Die Zündkerze 100 hat ein zylindrisches metallisches Gehäuse oder eine zylindrische metallische Ummantelung 1, einen Porzellanisolator 2, eine Mittelelektrode 3, eine erste Masseelektrode 4 und ein Paar zweite Masseelektroden 5 und 6, die als Hilfselektroden dienen.

Die metallische Ummantelung 1 ist aus einem metallischen Zylinder geschaffen, und an dieser ist ein Gewinde 1a zum Anbringen der Zündkerze 1 an einen Kraftmaschinenblock (nicht gezeigt) geschnitten. Der Porzellanisolator 2 ist aus einer Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) geschaffen und innerhalb der metallischen Ummantelung 1 gehalten, und er hat eine Spitze 2a, die aus der metallischen Ummantelung 1 frei liegt.

Die Mittelelektrode 3 ist in einer mittleren Kammer 2b des Porzellanisolators 2 gehalten und von der metallischen Ummantelung 1 elektrisch isoliert. Die Mittelelektrode 3 hat eine Spitze 3a, die von der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 vorsteht. Die Mittelelektrode ist durch ein zylindrisches Element gebildet, das aus einem Kernabschnitt, der aus einem metallischen Material wie zum Beispiel Cu mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit geschaffen ist, und aus einem äußeren Abschnitt besteht, der aus einem metallischen Material wie zum Beispiel eine Legierung auf Ni-Basis mit höheren Wärme- und Korrosionsbeständigkeiten geschaffen ist.

Die Mittelelektrode 3 hat einen Absatz 3b, der zu ihrer Spitze 3a abgeschrägt ist, wie dies eindeutig aus der Fig. 3 hervorgeht. Die Kante 3c (diese wird nachfolgend auch als eine Basis des Absatzes 3b bezeichnet) zwischen dem Absatz 3b und einem Abschnitt 3e mit großem Durchmesser der Mittelelektrode 3 befindet sich in dem Porzellanisolator 2. An einer Endfläche der Spitze 3a der Mittelelektrode 3 (d. h. der obere Abschnitt des Absatzes 3b) ist ein Edelmetallstück 3d geschweißt, das aus einer Pt-Legierung oder einer Ir-Legierung geschaffen ist.

Die erste Masseelektrode 4 und die zweiten Masseelektroden 5 und 6 sind an ein Ende der Metallummantelung 1 geschweißt, wie dies eindeutig aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, und sie sind aus Stangen einer Ni-Legierung oder einer Fe-Legierung geschaffen. In der Fig. 2 ist der Porzellanisolator 2 durch eine Schnittansicht dargestellt, und ein mit dem Ende der Metallummantelung 1 verbundener Basisabschnitt der ersten Masseelektrode 4 ist weggelassen, damit man die Mittelelektrode 3 sehen kann.

Die erste Masseelektrode 4 ist gemäß der Fig. 1 nach innen gekrümmt und erstreckt sich über das Edelmetallstück 3d, das an der Spitze 3a der Mittelelektrode 3 angebracht ist, um so eine in der Fig. 2 gezeigte Funkenstrecke A zwischen einer Seitenfläche des Endes der ersten Masseelektrode 4 und dem Ende des Edelmetallstücks 3d zu definieren. In der dem Edelmetallstück 3d zugewandten Seitenfläche der ersten Masseelektrode 4 ist ein Edelmetallstück 4a mittels eines Schweißvorgangs eingebettet, wie dies eindeutig aus der Fig. 2 hervorgeht, das aus einer Pt-Legierung oder einer Ir-Legierung geschaffen ist.

Die zweiten Masseelektroden 5 und 6 liegen sich einander diametral gegenüber und sind so gekrümmt, das sie Endflächen 5a und 6a haben, die dem Absatz 3b der Mittelelektrode 3 jenseits der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 zugewandt sind, um so zweite Funkenstrecken zu definieren, in denen Funken zu erzeugen sind, wie dies bereits in der Beschreibungseinleitung von dieser Anmeldung beschrieben ist, zwischen den Endflächen 5a und zwischen den Endflächen 5a und 6a der Basis 3c des Absatzes 3b jenseits der Spitze 2a des Porzellanisolators 2, wenn die Spitze 2a des Porzellanisolators 2 mit Kohlenstoff verunreinigt ist. Die Endflächen 5a und 6a der zweiten Masseelektroden 5 und 6 sind außerhalb der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 angeordnet. Nur eine der zweiten Masseelektroden 5 und 6 kann an der Metallummantelung 1 alternativ angebracht sein.

Im Betrieb wird eine Folge von Funken innerhalb der Funkenstrecke A oder zwischen den Edelmetallstücken 3d und 4d der Mittelelektrode 3 und der ersten Masseelektrode 4 erzeugt, um einen in die Kraftmaschine eingespritzten gasförmigen Kraftstoff zu zünden und zu verbrennen. Die Verbrennung des Kraftstoffes verursacht ein Haften von Kohlenstoff an der Fläche der Spitze 2a des Porzellanisolators 2, woraus eine Auslösung von Funken zwischen den zweiten Masseelektroden 5 und 6 und der Mittelelektrode 3 aus den in der Beschreibungseinleitung dieser Anmeldung beschriebenen Gründen resultiert. Die Funken werden zwischen jeder zweiten Masseelektrode 5 und 6 und einem Bereich der Seitenfläche der Mittelelektrode 3 erzeugt, der die Basis 3c des Absatzes 3 enthält und der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 zugewandt ist, und sie fliegen entlang der Fläche der Spitze 2a des Porzellanisolators 2, wodurch der Kohlenstoff von der Fläche des Porzellanisolators 2 weg brennt. Wenn der Kohlenstoff weg gebrannt ist, so dass die Fläche des Porzellanisolators 2 von dem Kohlenstoff gereinigt ist, dann werden erneut Funken zwischen der ersten Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 erzeugt.

Um den Verschleiß der Mittelelektrode 3 zu minimieren, der durch die innerhalb der zweiten Funkenstrecken erzeugten Funken verursacht wird, sind Verschleißwiderstandselemente 7, die in der Fig. 2 schraffiert dargestellt sind, zumindest an jenen Abschnitten der Seitenwand der Mittelelektrode 3 angebracht, die den zweiten Masseelektroden 5 und 6 durch die zweiten Funkenstrecken zugewandt sind.

Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen vergrößerte Ansichten der Fig. 2 bzw. 3 und stellen eines der Verschleißwiderstandselemente 7 dar. Es ist zu beachten, dass die Fig. 4(a) in der vertikalen Richtung bezüglich der Fig. 2 umgedreht ist, und dass das Edelmetallstück 3d zur besseren Übersicht weggelassen ist.

Jedes Verschleißwiderstandselement 7 ist aus einem metallischen Material geschaffen, das einen höheren Schmelzpunkt als eine Ni- Legierung hat, welches ein Material des äußeren Abschnitts der Mittelelektrode 3 ist. Zum Beispiel kann jedes Verschleißwiderstandselement 7 aus einer Pt-Legierung oder aus einer Ir-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 1.500°C oder mehr geschaffen sein.

In der Fig. 4(a) gibt d das Intervall zwischen der Innenfläche der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 und der Seitenfläche der Mittelelektrode 3 an. K gibt einen Kreis an, dessen Mitte an der inneren Ecke 2c der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 definiert ist oder dessen Radius R in einer Ebene einschließlich einer Längsmittelachse der Zündkerze 100 definiert ist. Jedes Verschleißwiderstandselement 7 befindet sich vorzugsweise im Inneren des Kreises K. Der Radius R ist vorzugsweise größer als oder gleich wie das Intervall d + 0,1 mm (d. h. R ≧ d + 0,1 mm).

Des weiteren ist gemäß der Fig. 4(b) die Breite L der Verschleißwiderstandselemente 7 oder der Abstand zwischen Seiten von jedem Verschleißwiderstandselement 7, die in der Breitenrichtung der zweiten Masseelektroden 5 und 6 entgegengesetzt sind, vorzugsweise größer als oder gleich wie 0,5 mm. Das Verschleißwiderstandselement 7 kann alternativ in der gesamten Umfangsfläche der Mittelelektrode 3 ausgebildet sein.

Gemäß der Fig. 4(a) beträgt das Intervall C zwischen der Basis 3(c) des Absatzes 3(b) der Mittelelektrode 3 und dem Ende der Spitze 2a des Porzellanisolators 2 zum Beispiel 0,25 mm. Das Intervall d beträgt 0,05 mm. Der Durchmesser F gemäß der Fig. 4(b) des Abschnitts mit großem Durchmesser der Mitteleelektrode 3 beträgt 2,3 mm. Die Breite G der zweiten Masseelektroden 5 und 6 beträgt 2,2 mm. Bei diesem Beispiel beträgt der Radius R des Kreises K 0,35 mm. Der Abstand H des Verschleißwiderstandselementes in der Längsrichtung der Zündkerze 100 beträgt 0,3 mm. Von dem Abstand H beträgt der Abstand h1 zwischen der Basis 3c des Absatzes 3b der Mittelelektrode 3 und dem unteren Ende der Verschleißwiderstandselemente 7, das zu dem Abschnitt mit großem Durchmesser der Mittelelektrode 3 führt, 0,05 mm. Der Abstand h2 zwischen der Basis 3c des Absatzes 3b und einem oberen Ende der Verschleißwiderstandselemente 7, das an dem Absatz 3b anliegt, beträgt 0,25 mm. Der Abstand oder die Tiefe T der Verschleißwiderstandselemente 7 in einer radialen Richtung der Zündkerze 100 beträgt 0,3 mm. Die Breite L der Verschleißwiderstandselemente 7 beträgt 1,0 mm.

Nachfolgend wird ein Herstellungsprozess für die Zündkerze 100 und insbesondere eine Ausbildung der Verschleißwiderstandselemente 7 an der Mittelelektrode 3 näher beschrieben. Die anderen Prozesse sind aus dem Stand der Technik gut bekannt, und ihre nähere Erläuterung wird hierbei weggelassen.

Die Verschleißwiderstandselemente 7 können entweder durch ein Paar Stäbe einer Pt-Legierung, ein Paar Scheiben einer Pt- Legierung oder einen einzelnen Ring einer Pt-Legierung ausgebildet werden, wie dies in den Fig. 5(a), 5(b) bzw. 5(c) gezeigt ist. Die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen zur besseren Darstellung jeweils nur eines. Die Stäbe einer Pt-Legierung haben jeweils eine Länge m1 von 1,0 mm und einen Durchmesser m2 von 0,4 mm. Die Scheiben einer Pt-Legierung haben jeweils einen Durchmesser p1 von 1,0 mm und eine Dicke p2 von 0,4 mm. Der Ring einer Pt-Legierung hat einen Außendurchmesser r1 von 2,4 mm und einen Querschnittsdurchmesser r2 von 0,4 mm. Im Falle des Ringes einer Pt-Legierung wird das einzelne Verschleißwiderstandselement 7 um den Umfang der Mittelelektrode 3 vorgesehen, wie dies aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird.

Herstellungsprozesse des Stabs einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 5(a) sind in den Fig. 6(a) bis 6(e) gezeigt.

Herstellungsprozesse der Scheibe einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 5(b) sind in den Fig. 7(a) bis 7(e) gezeigt.

Herstellungsprozesse des Rings einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 5(c) sind in den Fig. 8(a) bis 13(d) gezeigt.

Zunächst werden nachfolgend die Herstellungsprozesse des Stabs einer Pt-Legierung der Fig. 5(a) beschrieben.

Die Mittelelektrode 3 wird zunächst so bearbeitet (bzw. spanend bearbeitet), wie dies in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigt ist, um an ihrem Ende einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser wird geschnitten oder geschliffen, um entgegengesetzte ebene Flächen 10 auszubilden. Das Intervall n1 zwischen den ebenen Flächen 10 beträgt zum Beispiel 2,0 mm. Die Länge n2 des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der Mittelelektrode 3 beträgt 1,2 mm.

Als nächstes werden die beiden Stäbe einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 6(c) an den ebenen Flächen 10 einander parallel und in Kontakt mit dem Absatz 15 angeordnet und mittels eines Widerstandsschweißvorgangs an die ebenen Flächen 10 geschweißt.

Nachdem die Stäbe einer Pt-Legierung geschweißt sind, wird der Endabschnitt der Mittelelektrode 3 gespant oder geschliffen, wie dies in der Fig. 6(d) gezeigt ist, um so einen Abschnitt 3e mit kleinem Durchmesser, den Absatz 3b und die Spitze 3a auszubilden und um außerdem die Stäbe einer Pt-Legierung in einer gewünschten Form der Verschleißwiderstandselemente 7 fertigzustellen, wie dies vorstehend beschrieben ist.

Schließlich wird das Edelmetallstück 3d, das aus einer Ir- Legierung oder einer Pt-Legierung geschaffen ist, gemäß der Fig. 6(e) an die Spitze 3a der Mittelelektrode 3 mittels eines Laserschweißvorgangs oder eines Widerstandsschweißvorgangs gefügt. Die Mittelelektrode 3 wird in den Porzellanisolator 2 eingefügt und unter Verwendung eines Glasmaterials ortsfest gesichert.

Als nächstes werden die Herstellungsprozesse für die Scheiben einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 5(b) nachfolgend beschrieben.

Die Mittelelektrode 3 wird wie bei dem Anbringungsprozess der Stäbe einer Pt-Legierung so bearbeitet, dass an ihrem Ende ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser ausgebildet wird, wie dies in den Fig. 7(a) und 7(b) gezeigt ist. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser wird geschnitten oder geschliffen, um so entgegengesetzte ebene Flächen auszubilden. Das Intervall q1 zwischen den ebenen Flächen 10 beträgt zum Beispiel 2,0 mm. Die Länge q2 des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der Mittelelektrode 3 beträgt 1,5 mm.

Als nächstes werden die beiden Scheiben einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 7(c) aufrecht an den ebenen Fläche 10 und in Kontakt mit dem Absatz 15 so angeordnet, dass Hauptflächen der Scheiben einer Pt-Legierung einander parallel zugewandt sein können, und sie werden mittels eines Widerstandsschweißvorgangs an die ebenen Flächen 10 geschweißt.

Nachdem die Scheiben einer Pt-Legierung geschweißt sind, werden die Endabschnitte der Mittelelektrode 3 gespant oder geschliffen, wie dies in der Fig. 7(d) gezeigt ist, um so den Abschnitt 3e mit kleinem Durchmesser, den Absatz 3b und die Spitze 3a auszubilden und um außerdem die Scheiben einer Pt- Legierung in einer gewünschten Form der Verschleißwiderstandselemente 7 fertigzustellen, wie dies vorstehend beschrieben ist.

Schließlich wird das Edelmetallstück 3d, das aus einer Ir- Legierung oder einer Pt-Legierung geschaffen ist, gemäß der Fig. 7(e) mit der Spitze 3a der Mittelelektrode 3 mittels eines Laserschweißvorgangs oder eines Widerstandsschweißvorgangs gefügt. Die Mittelelektrode 3 wird in den Porzellanisolator 2 eingefügt und unter Verwendung eines Glasmaterials ortsfest gesichert.

Die Herstellungsprozesse für den Ring einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 5(c) wird nachfolgend beschrieben.

Die Mittelelektrode 3 wird gemäß der Fig. 8(a) so bearbeitet, dass ein rundes Ende mit einem ringartigen Absatz 17 und der Spitze 3a ausgebildet wird.

Als nächstes wird der Ring einer Pt-Legierung gemäß der Fig. 8(c) an den ringartigen Absatz 17 gepasst. Das Edelmetallstück 3d wird an der Spitze 3a der Mittelelektrode 3 angeordnet.

Schließlich werden der Ring einer Pt-Legierung und das Edelmetallstück 3d gemäß der Fig. 8(d) mittels eines Laserschweißvorgangs an die Mittelelektrode 3 geschweißt, um so das Verschleißwiderstandselement 7 annähernd um den ganzen Umfang des Endes der Mitteleelektrode 3 auszubilden. Das Verschleißwiderstandselement 7 führt zu dem Absatz 3b (in diesem Fall eine abgeschrägte Fläche) der Mittelelektrode 3. Der Ring einer Pt-Legierung kann so konfiguriert sein, dass er das Verschleißwiderstandselement 7 um den gesamten Umfang des Endes der Mittelelektrode 3 ausbildet. Bei diesem Beispiel ist die Basis 3c der abgeschrägten Fläche 3b bündig mit der Fläche des Verschleißwiderstandselementes 7. Nach dem Prozess gemäß der Fig. 8(d) können das Ende der Mittelelektrode 3 und das Verschleißwiderstandselement 7 in einer gewünschten Form gespant oder geschliffen werden. Schließlich wird die Mittelelektrode 3 in den Porzellanisolator eingefügt und unter Verwendung eines Glasmaterials ortsfest gesichert.

Die Verwendung des Rings einer Pt-Legierung ermöglicht die Ausbildung des Verschleißwiderstandselementes 7 um den gesamten Umfang des Endes der Mittelelektrode 3 herum, so dass die zweiten Masseelektroden 5 und 6 dem Verschleißwiderstandselement 7 zwangsläufig zugewandt sein können, wodurch die Notwendigkeit zum Anordnen der Mittelelektrode 3 relativ zu dem Porzellanisolator 2 wegfällt, wenn die Mittelelektrode 3 an den Porzellanisolator 2 gesichert wird.

Das Edelmetallstück 3d kann weggelassen werden, das an der Spitze 3a der Mittelelektrode 3 zum Verbessern ihres Verschleißwiderstands angebracht ist.

Wie dies bereits beschrieben wurde, befindet sich jedes Verschleißwiderstandselement 7 im Inneren des Kreises K, wie dies in der Fig. 4(a) gezeigt ist, dessen Radius R vorzugsweise größer als oder gleich wie das Intervall d + 0,1 mm ist (d. h. R ≧ d + 0,1 mm). Durch den Erfinder von dieser Anmeldung durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass die Anbringung der Verschleißwiderstandselemente 7 im Inneren des Kreises K einen gewünschten Verschleißwiderstandsgrad der Seitenfläche der Mittelelektrode 3 über eine Fahrtstrecke von 100.000 bis 200.000 km eines Fahrzeugs sicherstellt, an dem eine Benzinkraftmaschine angebracht ist.

Die Breite L gemäß der Fig. 4(b) der Verschleißwiderstandselemente 7 ist gemäß der vorstehenden Beschreibung vorzugsweise größer als oder gleich wie 0,5 mm. Dadurch wird jenes Problem gelindert, dass, falls die Breite L kleiner als 0,5 mm ist, zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode 3 und den zweiten Massenelektroden 5 und 6 erzeugte Funken Abschnitte der Seitenfläche der Mittelelektrode 3 um die Verschleißwiderstandselemente 4 derart stark verschleißen oder abtragen, dass Funken kaum zu den abgetragenen Abschnitten fliegen, woraus eine Funkenkonzentration an den Verschleißwiderstandselementen 7 resultiert, die den Porzellanisolator 2 teilweise entfernen könnte, wodurch unerwünschte Vertiefungen ausgebildet würden.

Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen Beispiele, bei denen ein einzelnes Verschleißwiderstandselement 7 um den gesamten Umfang des Endes der Mitteleelektrode 3 herum ausgebildet ist. In jedem Fall ist das Verschleißwiderstandselement 7 den zweiten Masseelektroden 5 und 6 zugewandt. Insbesondere ist das Verschleißwiderstandselement zumindest an jenem Abschnitt der Seitenwand der Mittelelektrode 3 ausgebildet, der eine zweite Funkenstrecke definiert, in der die Funken dann ausgelöst werden, wenn Kohlenstoff an der Spitze des Porzellanisolators 2 abgelagert ist.

Während die vorliegende Erfindung zum besseren Verständnis hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart ist, sollte klar sein, dass die Erfindung in verschiedenen Weisen ausgeführt werden kann, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Daher sollte klar sein, dass die Erfindung alle möglichen Ausführungsbeispiele und. Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele beinhaltet, die ausgeführt werden können, ohne das in den beigefügten Ansprüchen dargelegte Prinzip der Erfindung zu verlassen.

Es ist ein verbesserter Aufbau einer Zündkerze vorgesehen, bei der Funken zwischen einer zweiten Masseelektrode und einer Mittelelektrode erzeugt werden, wenn ein Porzellanisolator mit Kohlenstoff verunreinigt ist. Ein Verschleißwiderstandselement ist an einer Seitenwand der Mittelelektrode angebracht, um den durch die Funken hervorgerufenen Verschleiß der Seitenwand zu minimieren, um so die Lebensdauer der Zündkerze verlängern. Ein Herstellungsverfahren ist ebenfalls vorgesehen.

Claims

1. Zündkerze mit:
einem Metallgehäuse;
einem Porzellanisolator, der in dem Metallgehäuse angebracht ist;
einer Mittelelektrode, die innerhalb des Porzellanisolators gehalten ist, wobei die Mittelelektrode eine Länge und einen Spitzenabschnitt hat, die von einer Spitze des Porzellanisolators vorstehen;
einem Absatz, der an einer Seitenwand der Mittelelektrode ausgebildet ist, um so einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser der Mittelelektrode zu definieren, wobei der Absatz zu dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode abgeschrägt ist und eine Kante hat, die zu dem Abschnitt mit großem Durchmesser führt und im Inneren des Porzellanisolators angeordnet ist;
einer ersten Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und einen Endabschnitt hat, der dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode zugewandt ist, um dazwischen eine erste Funkenstrecke zu definieren;
einer zweiten Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und ein Ende hat, das außerhalb der Spitze des Porzellanisolators angeordnet ist und über die Spitze des Porzellanisolators einem Abschnitt der Seitenwand der Mittelelektrode zugewandt ist, um eine zweite Funkenstrecke zu definieren, in der Funken zum Wegbrennen von Kohlenstoff erzeugt werden, der an einer Fläche der Spitze des Porzellanisolators haftet, woraus eine Verringerung eines Isolationswiderstandes resultiert, der durch den Porzellanisolator gegeben ist; und
einem Verschleißwiderstandselement, das an dem Abschnitt der Seitenwand der Mittelelektrode vorgesehen ist, um einen Widerstand gegen einen durch Funken hervorgerufenen Verschleiß vorzusehen, die in der zweiten Funkenstrecke erzeugt werden.

2. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei, falls ein Intervall zwischen einer Innenwand des Porzellanisolators und der Seitenwand der Mittelelektrode als d definiert ist und ein Kreis definiert ist, dessen Mitte an einer inneren Ecke der Spitze des Porzellanisolators ist, die der Mittelelektrode zugewandt ist, und dessen Radius R in einer Ebene einschließlich einer Längsmittelachse der Zündkerze definiert ist, das Intervall d der Radius R plus 1 mm beträgt, und wobei das Verschleißwiderstandselement zumindest im Inneren des Kreises angeordnet ist.

3. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei das Verschleißwiderstandselement eine Breite hat, die der Mittelelektrode zugewandt ist und größer als oder gleich wie 0,5 mm ist.

4. Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei das Verschleißwiderstandselement über einen gesamten Umfang der Seitenwand der Mitteleelektrode vorgesehen ist.

5. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei das Verschleißwiderstandselement eine Fläche hat, die im Wesentlichen bündig ist mit einer Fläche der Seitenwand der Mitteleelektrode.

6. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei das Verschleißwiderstandselement aus einem metallischen Material geschaffen ist, das einen höheren Schmelzpunkt als eine Ni- Legierung hat.

7. Zündkerze gemäß Anspruch 6, wobei das metallische Material eine Pt-Legierung oder eine Ir-Legierung ist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze einschließlich: (a) eines Metallgehäuses; (b) eines Porzellanisolators, der in dem Metallgehäuse angebracht ist; (c) Einer Mittelelektrode, die innerhalb des Porzellanisolators gehalten ist und einen Spitzenabschnitt hat, der von einer Spitze des Porzellanisolators vorsteht; (d) einer ersten Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und einen Endabschnitt hat, der dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode zugewandt ist; und (e) einer zweiten Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und ein Ende hat, das außerhalb der Spitze des Porzellanisolators angeordnet ist und über die Spitze des Porzellanisolators einem Abschnitt einer Seitenwand der Mittelelektrode zugewandt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Vorbereiten eines Mittelelektrodenmaterials zum Bilden der Mittelelektrode;
Bearbeiten des Mittelelektrodenmaterials, um einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden, der näher als der Abschnitt mit großem Durchmesser an einer Spitze des Mittelelektrodenmaterials ist, und um einen Absatz zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden; und
Schweißen eines Verschleißwiderstandselementes an dem Absatz des Mittelelektrodenmaterials.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, das des weiteren einen Schritt zum Bearbeiten des Mittelelektrodenmaterials und des an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials geschweißten Verschleißwiderstandselementes hat, um eine gewünschte Form der Mittelelektrode zu erhalten.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, das des weiteren einen Schritt zum Schweißen eines Edelmetallstücks an eine Spitze der Mittelelektrode aufweist.

11. Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze einschließlich: (a) eines Metallgehäuses; (b) eines Porzellanisolators, der in dem Metallgehäuse angebracht ist; (c) einer Mittelelektrode, die innerhalb des Porzellanisolators gehalten ist und einen Spitzenabschnitt hat, der von einer Spitze des Porzellanisolators vorsteht; (d) einer ersten Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und einen Endabschnitt hat, der dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode zugewandt ist; und (e) einer zweiten Masseelektrode, die an dem Metallgehäuse angebracht ist und ein Ende hat, das außerhalb der Spitze des Porzellanisolators angeordnet ist und über die Spitze des Porzellanisolators einem Abschnitt einer Seitenwand der Mittelelektrode zugewandt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines ringförmigen Verschleißwiderstandselementes, das für einen Widerstand gegen einen durch Funken verursachten Verschleiß sorgt;
Vorbereiten eines Mittelelektrodenmaterials zum Bilden der Mittelelektrode;
Bearbeiten des Mittelelektrodenmaterials, um einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden, der näher als der Abschnitt mit großem Durchmesser an einer Spitze des Mittelelektrodenmaterials ist, und um einen Absatz zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser auszubilden; und
Schweißen des ringförmigen Verschleißwiderstandselementes an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, das des weiteren einen Schritt zum Bearbeiten des Mittelelektrodenmaterials und des an den Absatz des Mittelelektrodenmaterials geschweißten ringförmigen Verschleißwiderstandselementes aufweist, um eine gewünschte Form der Mittelelektrode zu erhalten.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11, das des weiteren einen Schritt zum Schweißen eines Edelmetallstückes an eine Spitze der Mittelelektrode aufweist.