DE112017001680T5

DE112017001680T5 - Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112017001680T5
Application number: DE112017001680.0T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Tamura; Abe Nobuo; Masamichi Shibata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2019-01-03
Also published as: US20190214795A1; US10439367B2; JP2017182995A; WO2017170273A1; JP6645314B2

Abstract

Eine Zündkerze (1) für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Elektrodenvorsprung (30), welcher von einem Elektrodengrundmaterial (3a) einer Masseelektrode (3) hin zu einem Entladungsspalt (G) vorsteht. Der Elektrodenvorsprung (30) besitzt einen Basisteil (31), welcher mit dem Elektrodengrundmaterial (3a) integriert ist, und einen Abdeckungsteil (32), welcher mit dem Basisteil (31) verbunden ist und dem Entladungsspalt (G) zugewandt ist. Der Basisteil (31) besitzt eine Endoberfläche (33), welche in eine Vorsprungsrichtung des Basisteils (31) weist, und eine Seitenumfangsfläche (35). Ein äußerer Rand (34) der Endoberfläche (33) weist eine gekrümmte Oberfläche auf. Der Abdeckungsteil (32) ist aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser eines Materials zum Ausbilden des Basisteils (31) ausgebildet und bedeckt zumindest einen Teil der Seitenumfangsfläche (35) und der Endoberfläche (33) des Basisteils (31). Während die Zündkerze (1) an einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und der Elektrodenvorsprung (30) erwärmt und anschließend gekühlt wird, ist auf einer Außenfläche (37) eines die Seitenumfangsfläche (35) des Basisteils (31) bedeckenden Abschnitts ein Vorsprung (36) ausgebildet.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Patentanmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2016-66269 , welche am 29. März 2016 beim japanischen Patentamt angemeldet wurde und deren gesamte Offenbarung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Allgemeiner Stand der Technik
Herkömmlich umfassen Verbrennungskraftmaschinen, wie Fahrzeugmotoren, eine Zündvorrichtung mit einer Zündkerze, welche veranlasst, dass eine Zündungsentladung ein Gasgemisch aus Kraftstoff und Luft entzündet. In den vergangenen Jahren wurden Verbrennungskraftmaschinen durch eine Magerverbrennung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert und es bestand eine Anforderung zum Verbessern der Zündleistung bzw. des Zündverhaltens bei der Magerverbrennung. Beispielsweise offenbart PTL 1 eine Zündkerze, bei welcher auf einer Masseelektrode ein nadelförmiger Chip ausgebildet ist, um das Zündverhalten zu verbessern. Bei der Zündkerze ist ein Basismaterial für den Chip aus einem preiswerten Material hergestellt und End- und Seitenflächen des Chips sind teilweise mit einem Edelmaterial bedeckt, um einen durch eine Funkenentladung hervorgerufenen Verschleiß des nadelförmigen Chips zu unterdrücken und die Kosten des nadelförmigen Chips zu reduzieren.
Zitierungsliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP 5545166 B
Kurzfassung der Erfindung
Gemäß der in PTL 1 offenbarten Konfiguration ist der Chip nadelförmig und somit anfällig gegenüber Temperaturveränderungen in einem Zylinder, und der Chip selbst ist ebenso beachtlichen Temperaturveränderungen ausgesetzt. Der Chip ist aus einem Edelmetall und einem preiswerten Grundmaterial, das sich hinsichtlich des linearen Ausdehnungskoeffizienten unterscheidet, ausgebildet, und bei dem Chip wird aufgrund von Temperaturveränderungen in dem Chip selbst eine große thermische Spannung erzeugt. Es ist wahrscheinlich, dass sich die thermische Spannung bei Ecken zwischen den End- und Seitenflächen des Grundmaterials bei den Verbindungsstellen zwischen dem Edelmetall und dem Grundmaterial konzentriert, was Risse in dem mit beiden Ecken verbundenen Edelmetall hervorrufen kann. In dem Fall, in welchem solche Risse auftreten, leidet der gesprungene Abschnitt unter einer Hochtemperaturoxidation in einer Hochtemperatur-Korrosionsatmosphäre des Zylinders, und das Edelmetall kann teilweise abgeschält werden oder sich ablösen, was die Lebensdauer der Zündkerze verkürzt.
Da ein Magerverbrennungsmotor eine schnelle Luftströmung in einem Zylinder besitzt, ist es zusätzlich wahrscheinlich, dass eine in einem Entladungsspalt erzeugte Funkenentladung zusammen mit der Luftströmung strömt. Bei der vorstehenden Konfiguration mit dem nadelförmigen Chip kann sich die Funkenentladung durch die schnelle Luftströmung hin zu der Basisseite des Chips bewegen, was den Entladungspfad übermäßig verlängert und eine Selbsterhaltungsentladungsspannung erhöht. In einem solchen Fall kann die Funkenentladung ausgeblasen werden, was das Zündverhalten verschlechtert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine längere Lebensdauer und ein verbessertes Zündverhalten erreicht, und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: eine Mittelelektrode; eine Masseelektrode, welche der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist, um zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode einen Entladungsspalt auszubilden; und einen Elektrodenvorsprung, welcher von einem Elektrodengrundmaterial der Masseelektrode hin zu dem Entladungsspalt vorsteht. Der Elektrodenvorsprung besitzt einen Basisteil, welcher mit dem Elektrodengrundmaterial integriert ist, und einen Abdeckungsteil, welcher mit dem Basisteil verbunden ist und dem Entladungsspalt zugewandt ist. Der Basisteil besitzt eine Endoberfläche, welche in eine Vorsprungsrichtung des Basisteils weist, und eine Seitenumfangsfläche, welche von einem äußeren Rand der Endoberfläche hin zu dem Elektrodengrundmaterial führt, und der äußere Rand der Endoberfläche bildet eine gekrümmte Oberfläche. Der Abdeckungsteil ist aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als ein Material zum Ausbilden des Basisteils ausgebildet und bedeckt zumindest einen Teil der Seitenumfangsfläche und die Endoberfläche. Wenn die Zündkerze an einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und der Elektrodenvorsprung in einem Zylinder erwärmt und anschließend gekühlt wird, ist ein Vorsprung auf einer Außenfläche eines die Seitenumfangsfläche des Basisteils bedeckenden Abschnitts des Abdeckungsteils ausgebildet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einem Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine mit: einer Mittelelektrode; einer Masseelektrode, welche der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist, um zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode einen Entladungsspalt auszubilden; und einem Elektrodenvorsprung, welcher von einem Elektrodengrundmaterial der Masseelektrode hin zu dem Entladungsspalt vorsteht. Das Verfahren umfasst: einen Verbindungsschritt zum Verbinden eines Abdeckungsteil-Rohmaterials, das aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser eines Materials zum Ausbilden des Elektrodengrundmaterials ausgebildet ist, mit dem Elektrodengrundmaterial durch Widerstandsschweißen; einen Vorbereitungsschritt zum Einrichten einer ersten Spannvorrichtung mit einem konkaven Abschnitt entlang des mit dem Elektrodengrundmaterial verbundenen Abdeckungsteil-Rohmaterials, um zwischen dem Abdeckungsteil-Rohmaterial und dem konkaven Abschnitt einen Raum auszubilden; und einen Extrudierschritt zum Pressen einer zweiten Spannvorrichtung mit einem konvexen Abschnitt, der größer als eine Öffnung in dem konkaven Abschnitt ist, gegen den konkaven Abschnitt bei einem Abschnitt des Elektrodengrundmaterials auf der Seite entgegengesetzt zu einem Rohmaterial-Verbindungsteil, der mit dem Abdeckungsteil-Rohmaterial verbunden ist, um den Rohmaterial-Verbindungsteil in den Raum zu extrudieren und einen konvexen Basisteil auszubilden, und zum Ausbilden eines Abdeckungsteils, bei welchem das Abdeckungsteil-Rohmaterial zumindest einen Teil einer Seitenumfangsfläche und eine Endoberfläche, welche in die Vorsprungsrichtung des Basisteils weist, bedeckt, wodurch der Elektrodenvorsprung ausgebildet wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Bei der Zündkerze für die Verbrennungskraftmaschine besitzt ein Abschnitt des Elektrodenvorsprungs den aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung ausgebildeten Abdeckungsteil, welcher dem Entladungsspalt zugewandt ist. Daher besitzt der Elektrodenvorsprung einen geringeren Verschleiß aufgrund einer Funkenentladung, um eine längere Lebensdauer der Zündkerze zu erreichen. Ferner kann das Material zum Ausbilden des Basisteils des Elektrodenvorsprungs weniger kostenintensiv sein als dieses für den Abdeckungsteil. Dies reduziert die Herstellungskosten im Vergleich zu einem Fall des Ausbildens des gesamten Elektrodenvorsprungs aus dem Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils.
Zusätzlich weist das Edelmetall oder die Edelmetalllegierung zum Ausbilden des Abdeckungsteils einen niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als das Material zum Ausbilden des Basisteils auf, und daher tritt zwischen den beiden Materialien eine Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten auf. Der äußere Rand der Endoberfläche des Basisteils weist in der Vorsprungsrichtung betrachtet jedoch eine gekrümmte Oberfläche auf, was es weniger wahrscheinlich macht, Ecken bei dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Basisteil und dem den Basisteil bedeckenden Abdeckungsteil auszubilden. Dies unterdrückt, dass eine übermäßige Konzentration einer thermischen Spannung infolge der Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten auftritt. Folglich wird bei dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Basisteil und dem den Basisteil bedeckenden Abdeckungsteil unterdrückt, dass Risse aufgrund einer thermischen Spannung auftreten, um auch aus diesem Gesichtspunkt eine längere Lebensdauer der Zündkerze zu erreichen.
Ferner ist der Vorsprung auf dem die Seitenumfangsfläche des Basisteils bedeckenden Abschnitt des Abdeckungsteils ausgebildet, wenn die Zündkerze für die Verbrennungskraftmaschine an der Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und in dem Zylinder erwärmt und abgekühlt wird. Entsprechend ist es bei einem Magerverbrennungsmotor mit einer schnellen Luftströmung in einem Zylinder wahrscheinlich, dass sich eine Funkenentladung auf dem Vorsprungs des die Seitenumfangsfläche des Basisteils bedeckenden Abschnitts konzentriert, auch wenn die in dem Entladungsspalt erzeugte Funkenentladung dazu neigt, sich durch die Hochgeschwindigkeitsluftströmung hin zu der Seite des Basisteils des Chips zu bewegen, was verhindert, dass der Entladungspfad übermäßig verlängert wird. Dies unterdrückt, dass die Funkenentladung ausgeblasen wird. Folglich wird das Zündverhalten verbessert. Der Vorsprung wird infolge der Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material zum Ausbilden des Basisteils und dem Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils ausgebildet.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen der Zündkerze für die Verbrennungskraftmaschine wird das Abdeckungsteil-Rohmaterial bei dem Verbindungsschritt durch Widerstandsschweißen mit dem Elektrodengrundmaterial verbunden. Entsprechend weisen das Abdeckungsteil-Rohmaterial und das Elektrodengrundmaterial zwischen diesen keine Zwischenschicht auf, welche durch Schmelzmischen der beiden Materialien im Falle der Verwendung von Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen ausgebildet würde, sondern diese weisen eine Grenzfläche dazwischen auf. Wenn die Zündkerze an einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und in dem Zylinder erwärmt und abgekühlt wird, besitzt die Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine daher den Vorsprung, welcher beim Vorliegen der Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien zum Ausbilden der beiden Teile in einer zuverlässigen Art und Weise ausgebildet wird. Dies erleichtert die Herstellung der Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, welche eine längere Lebensdauer und ein verbessertes Zündverhalten erreichen kann, und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen.
Eine Seite einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, welche in eine Verbrennungskammer eingefügt ist, ist als eine vordere Endseite bezeichnet, und eine entgegengesetzte Seite davon ist als eine Basisendseite bezeichnet. Zusätzlich bezieht sich nachfolgend eine Kerzenaxialrichtung auf eine Axialrichtung der Zündkerze, eine Kerzenradialrichtung bezieht sich auf eine Radialrichtung der Zündkerze und eine Kerzenumfangsrichtung bezieht sich auf eine Umfangsrichtung der Zündkerze.
Figurenliste
Das Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachfolgende, detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen deutlicher:

1 ist eine Teilquerschnitts-Vorderansicht einer Zündkerze in einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Entladungsspalts und dessen Umgebung in der ersten Ausführungsform;
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Entladungsspalts und dessen Umgebung, nachdem diese bei der ersten Ausführungsform erwärmt und abgekühlt werden;
4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Entladungsspalts und dessen Umgebung zum Beschreiben des Prozesses zum Ausbilden eines Vorsprungs in der ersten Ausführungsform,
5 ist eine Abbildung, welche den Prozess zum Ausbilden des Vorsprungs bei der ersten Ausführungsform beschreibt;
6 ist eine schematische Abbildung, welche den Entwicklungszustand einer Funkenentladung bei der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ist eine schematische Abbildung, welche den Entwicklungszustand einer Funkenentladung bei der ersten Ausführungsform darstellt;
8 ist eine schematische Abbildung, welche den Prozess zum Herstellen der Zündkerze in der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ist ein Diagramm, welches Ergebnisse eines Evaluationstests 1 darstellt;
10 ist ein Diagramm, welches Ergebnisse eines Evaluationstests 2 darstellt; und
11 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Entladungsspalts und dessen Umgebung in einer ersten Modifikation.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben.
Eine Zündkerze 1 für eine Verbrennungskraftmaschine bei der Ausführungsform (nachfolgend ebenso als „Zündkerze 1“ bezeichnet) umfasst eine Mittelelektrode 2 und eine Masseelektrode 3, wie in 1 dargestellt ist. Die Masseelektrode 3 liegt der Mittelelektrode 2 gegenüber, um zwischen der Masseelektrode 3 und der Mittelelektrode 2 einen Entladungsspalt G auszubilden. Die Masseelektrode 3 besitzt einen Elektrodenvorsprung 30, welcher von einem Elektrodengrundmaterial 3a in Richtung hin zu dem Entladungsspalt G vorsteht.
Wie in 2 dargestellt ist, besitzt der Elektrodenvorsprung 30 einen Basisteil 31 und einen Abdeckungsteil 32. Der Basisteil 31 ist mit dem Elektrodengrundmaterial 3a integriert.
Der Abdeckungsteil 32 ist mit dem Basisteil 31 verbunden und dem Entladungsspalt G zugewandt.
Der Basisteil 31 besitzt eine Endoberfläche 33, welche in eine Vorsprungsrichtung Y2 weist, und eine Seitenumfangsfläche 35, die von einem äußeren Rand 34 der Endoberfläche 33 hin zu dem Elektrodengrundmaterial 3a führt. Der äußere Rand 34 der Endoberfläche 33 bildet eine gekrümmte Oberfläche.
Der Abdeckungsteil 32 ist aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallregierung mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser des Materials zum Ausbilden des Basisteils 31 ausgebildet und bedeckt zumindest einen Teil der Seitenumfangsfläche 35 und die Endoberfläche 33.
Wie in 3 dargestellt ist, ist die Zündkerze 1 für eine Verbrennungskraftmaschine derart konfiguriert, dass, während die Zündkerze 1 an einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und der Elektrodenvorsprung 30 in einem Zylinder erwärmt und anschließend abgekühlt wird, ein Vorsprung 36 auf einer Außenfläche 37 eines die Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 bedeckenden Abschnitts des Abdeckungsteils 32 ausgebildet ist bzw. wird.
Die Zündkerze 1 bei der Ausführungsform wird nachstehend detailliert beschrieben.
Wie in 1 dargestellt ist, besitzt die Zündkerze 1 ein zylindrisches Gehäuse 4, das sich in der Kerzenaxialrichtung Y erstreckt. Eine Außenumfangsfläche des Gehäuses 4 besitzt einen Befestigungsgewindeabschnitt 41 zum Schrauben in eine Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt). Die Zündkerze 1 wird durch Schrauben des Befestigungsgewindeabschnitts 41 in die Verbrennungskraftmaschine an der Verbrennungskraftmaschine angebracht, so dass der Entladungsspalt G zu einer Verbrennungskammer (nicht dargestellt) in der Verbrennungskraftmaschine freiliegend ist.
Das Gehäuse 4 besitzt darin einen zylindrischen Isolator 5 und der Isolator 5 enthält darin eine stabförmige Mittelelektrode 2. Die Mittelelektrode 2 besitzt einen vorderen Endabschnitt 2a als ein Ende auf einer Seite Y1 eines vorderen Endes in der Kerzenaxialrichtung Y, welcher von dem Isolator 5 hin zu der Seite Y1 des vorderen Endes in der Kerzenaxialrichtung Y vorsteht. Der vordere Endabschnitt 2a ist mit einem Elektrodenchip 20 vorgesehen. Bei der Ausführungsform besitzt der Elektrodenchip 20 eine nadelförmige Gestalt, die in der Kerzenaxialrichtung Y hin zu der Seite Y1 des vorderen Endes vorsteht.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die Masseelektrode 3 ausgehend von einer vorderen Endoberfläche 42 des Gehäuses 40 als ein Ende auf der Seite Y1 des vorderen Endes in der Kerzenaxialrichtung Y hin zu der Seite Y1 des vorderen Endes erstreckt und gebogen, um den Entladungsspalt G mit einem zurückbleibenden Raum zu dem vorderen Endabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 in der Kerzenaxialrichtung Y auszubilden. Die Masseelektrode 3 besitzt den Elektrodenvorsprung 30, welcher ausgehend von dem Elektrodengrundmaterial 3a auf einer Kerzenmittelachse 1a hin zu dem Entladungsspalt G vorsteht.
Wie in 2 dargestellt ist, besitzt der Elektrodenvorsprung 30 den Basisteil 31 und den Abdeckungsteil 32. Der Basisteil 31 ist mit dem Elektrodengrundmaterial 3a der Masseelektrode 3 integriert. Der Basisteil 31 besitzt im Wesentlichen eine säulenförmige Gestalt und steht in Richtung hin zu dem Entladungsspalt G vor. Das heißt, der Basisteil 31 steht in der Kerzenaxialrichtung Y hin zu einer Basisendseite Y2 vor. Die Endoberfläche 33 des Basisteils 31 in der Vorsprungsrichtung Y2 ist mit Ausnahme von deren äußeren Rand 34 eben. Der Basisteil 31 ist aus dem gleichen Material wie dieses zum Ausbilden des Elektrodengrundmaterials 3a ausgebildet und bildet einen Teil des Elektrodenvorsprungs 30.
Wie in 2 dargestellt ist, besitzt der äußere Rand 34 der Endoberfläche 33 eine gekrümmte Oberfläche, welche im Wesentlichen parallel zu der Vorsprungsrichtung Y2 hin zu der Seitenumfangsfläche 35 führt. Ein Querschnitt des äußeren Randes 34 einschließlich der Kerzenmittelachse 1a besitzt vorzugsweise einen Krümmungsradius R von 0,1 mm ≤ R, weiter bevorzugt 0,1 mm ≤ R ≤ 0,45 mm.
Wie in 2 dargestellt ist, bedeckt der Abdeckungsteil 32 den Basisteil 31. In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt der Abdeckungsteil 32 die Endoberfläche 33, den äußeren Rand 34 und die Seitenumfangsfläche 35. Entsprechend bilden die Endoberfläche 33, der äußere Rand 34 und die Seitenumfangsfläche 35 eine Grenzfläche zwischen dem Basisteil 31 und dem Abdeckungsteil 32. Zum Zwecke der Einfachheit der Beschreibung stellt 2 den die Seitenumfangsfläche 35 bedeckenden Abdeckungsteil 32 dicker als tatsächlich dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der die Seitenumfangsfläche 35 bedeckende Abdeckungsteil 32 tatsächlich dünner, wie in 5(b) dargestellt. 2 stellt den dickeren Abdeckungsteil 32 zum Zwecke der Vereinfachung dar, wie vorstehend beschrieben ist, der die Seitenumfangsfläche 35 bedeckende Abdeckungsteil 32 kann jedoch tatsächlich dicker gestaltet sein, wie in 2 dargestellt.
Der Abdeckungsteil 32 ist aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit dem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser des Materials zum Ausbilden des Basisteils 31 ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann das Material zum Ausbilden des Basisteils 31 beispielsweise Nickel (Ni) mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von 13,3, Kupfer (Cu) mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von 16,5, Eisen (Fe) mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von 11,8 oder einer Nickellegierung, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von etwa 10 bis 18 entsprechen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Inconel 600 („Inconel“ ist eine eingetragene Marke) der Special Metals Corporation, was einer Nickellegierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von 12,8 entspricht, als das Material zum Ausbilden des Basisteils 31 verwendet.
Das Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils 32 kann einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung, wie Platin (Pt) mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von 8,9, Iridium (Ir) mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) von 6,5 oder einer Platinlegierung, einer Iridiumlegierung oder einer Platin-Iridium-Legierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten (10^-6/K) kleiner als 10, entsprechen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Platin als Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils 32 verwendet. Eine Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils 32 und dem Material zum Ausbilden des Basisteils 31 erfüllt vorzugsweise 3,3 × 10^-6/K ≤ α ≤ 4,5 × 10^-6/K, und entspricht bei der vorliegenden Ausführungsform 3,9 × 10^-6/K.
Außerdem ist, wie in 3 dargestellt ist, wenn die Zündkerze 1 bei der vorliegenden Ausführungsform an der nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und in dem Zylinder erwärmt und abgekühlt wird, der Vorsprung 36 auf der Außenfläche 37 eines die Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 bedeckenden Abschnitts des Abdeckungsteils 32 ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Vorsprung 36 in einer ringförmigen Gestalt auf der gesamten Außenfläche 37 des Abdeckungsteils 32 in der Kerzenumfangsrichtung ausgebildet.
Der Prozess zum Ausbilden des Vorsprungs 36 ist so, wie nachstehend beschrieben. Zunächst besitzt die Außenfläche 37 des Abdeckungsteils 32 den Vorsprung 36 in dem Ausgangszustand noch nicht, wie in den 4(a), 5(a) und 5(b) dargestellt ist. Dann wird die Zündkerze 1 an der nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine angebracht, der Elektrodenvorsprung 30 wird in dem Zylinder auf eine hohe Temperatur erwärmt, um den Basisteil 31 und den Abdeckungsteil 32 zu expandieren. Die Expansion bzw. Ausdehnung tritt beispielsweise durch Erwärmen mit etwa 800 °C auf.
Der Abdeckungsteil 32 ist aus einem Material mit dem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser des Materials zum Ausbilden des Basisteils 31 ausgebildet, und daher weist der Abdeckungsteil 32 einen kleineren Betrag einer Wärmeausdehnung als der Basisteil 31 auf. Entsprechend weist die Außenfläche 37 des Abdeckungsteils 32 eine erste Außenfläche 371 auf, die in der Kerzenaxialrichtung Y näher bzw. weiter auf der Seite Y1 des vorderen Endes positioniert ist als die Endoberfläche 33 des Basisteils 31, wie in 4(b) dargestellt ist. Die erste Außenfläche 371 wird in der Kerzenradialrichtung X durch eine Seitenumfangsfläche 351 des Basisteils 31 in dem expandierten Zustand nach außen gedrückt und ist in der Kerzenradialrichtung X stärker ausgedehnt als eine zweite Außenfläche 372, die in der Kerzenaxialrichtung Y weiter auf der Basisendseite Y2 positioniert ist als die Endoberfläche 33 des Basisteils 31. Folglich verformt sich der Abdeckungsteil 32 plastisch, um zwischen der ersten Außenfläche 371 und der zweiten Außenfläche 372 einen Stufenabschnitt 361 auszubilden. Die unterbrochenen Linien in 4(b) geben die Gestalt des Elektrodenvorsprungs 30 vor der Wärmeausdehnung an.
Danach, wenn die Temperatur des Zylinders verringert ist, was den Elektrodenvorsprung 30 abkühlt, beginnen der expandierte Basisteil 31 und der Abdeckungsteil 32 damit, sich zusammen zu ziehen und zu dem Ausgangszustand zurück zu kehren. Jedoch kann sich der Abdeckungsteil 32 zusammenziehen, aufgrund des durch die plastische Verformung des Abdeckungsteils 32 ausgebildeten Vorsprungs 361 jedoch nicht zu dem Ausgangszustand zurückkehren, was den Vorsprung 36 ausbildet, wie in den 4(c), 5(c) und 5(d) dargestellt ist. Zusätzlich wird auf den äußeren Rand 34 des Basisteils 31 in der Kerzenradialrichtung X aufgrund der Ausbildung des Vorsprungs 36 zu der Zeit der Kontraktion eine Kraft nach außen ausgeübt. Entsprechend schwillt der äußere Rand 341 in der Kerzenradialrichtung geringfügig nach außen an, wie in 4(c) dargestellt ist. Der Krümmungsradius R des äußeren Rands 34 hierin bezieht sich auf diesen in dem in 4(a) dargestellten Ausgangszustand.
Wie in 3 dargestellt ist, weist der Elektrodenvorsprung 30 bei der vorliegenden Ausführungsform eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt mit einer Höhe T0 von 0,8 mm und einem Durchmesser D0 von 0,7 mm auf. Der Basisteil 31 besitzt eine Höhe T1 von 0,5 mm, was im Wesentlichen identisch zu der Höhe einer Spitze bei dem Vorsprung 36 in der Vorsprungsrichtung X ist. Ein konkaver Abschnitt 38 weist im Wesentlichen eine zylindrische Gestalt mit einem Öffnungsdurchmesser D1 von 0,8 mm auf.
Wie in 3 dargestellt ist, erfüllt die Höhe H (mm) des Vorsprungs 36 bei der vorliegenden Ausführungsform, das heißt, ein Vorsprungsbetrag in einer Richtung orthogonal bzw. senkrecht zu der Kerzenaxialrichtung Y vorzugsweise H ≤ -0,067R + 0,227, wobei der Krümmungsradius des äußeren Rands 34 als R (mm) bezeichnet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist H gleich 0,2 mm.
Der Verwendungsmodus der Zündkerze 1 in der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
Die Zündkerze 1 in der vorliegenden Ausführungsform ist an einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine angebracht. Die Verbrennungskraftmaschine entspricht einem Magerverbrennungsmotor. Wenn eine Hochspannung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auf die Mittelelektrode aufgebracht wird, wird in dem Entladungsspalt G zwischen dem Elektrodenvorsprung 20 der Mittelelektrode 2 und dem Elektrodenvorsprung 30 der Masseelektrode 3 eine Funkenentladung P erzeugt, wie in 6 dargestellt ist.
Eine Luftströmung S eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder bewirkt, dass die Funkenentladung P in der Fortbewegungsrichtung der Luftströmung S läuft, wie in 7 dargestellt ist. Bei dem Elektrodenvorsprung 30 der Masseelektrode 3 konzentriert sich die Funkenentladung P auf dem Vorsprung 36. Dies unterdrückt, dass die Funkenentladung P in Richtung hin zu der Seite des Elektrodengrundmaterials 3a der Masseelektrode 3 läuft.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 1 in der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8(a) bis 8(d) beschrieben.
Das Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 1 umfasst einen Verbindungsschritt S1, einen Vorbereitungsschritt S2 und einen Extrudierschritt S3, wie in den 8(a) bis 8(d) dargestellt.
Bei dem Verbindungsschritt S1, wie in 8(a) dargestellt, wird ein Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a durch Widerstandsschweißen mit dem Elektrodengrundmaterial 3a der Masseelektrode 3 verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a aus Platin als ein Edelmetall mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser von Inconel 600 („Inconel“ ist eine eingetragene Marke) der Special Metals Corporation, das dem Material zum Ausbilden des Elektrodengrundmaterials 3a entspricht, ausgebildet.
Nachfolgend wird bei dem Vorbereitungsschritt S2, wie in 8(b) dargestellt, eine erste Spannvorrichtung 51 mit einem konkaven Abschnitt 50 entlang des mit dem Elektrodengrundmaterial 3a verbundenen Abdeckungsteil-Rohmaterials 32a eingerichtet, um einen Raum 50a zwischen dem Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a und dem konkaven Abschnitt 50 auszubilden.
Dann wird bei dem Extrudierschritt S3, wie in 8(c) und 8(d) dargestellt, eine zweite Spannvorrichtung 52 mit einem konvexen Abschnitt 53, der größer als eine Öffnung 50b des konkaven Abschnitts 50 ist, gegen einen Abschnitt 3c der Masseelektrode 3 entgegengesetzt zu einem mit dem Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a verbundenen Abschnitt 3b in Richtung hin zu dem konkaven Abschnitt 50 gepresst. Entsprechend wird der Rohmaterial-Verbindungsabschnitt 3b zu dem Raum 50a extrudiert, um den konvexen Basisteil 31 und den Abdeckungsteil 32 auszubilden, bei welchem das Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a zumindest einen Teil der Seitenumfangsfläche 35 und die Endoberfläche 33 in der Vorsprungsrichtung des Basisteils 31 bedeckt, wodurch der Elektrodenvorsprung 30 ausgebildet wird. Die Masseelektrode 3 besitzt den konkaven Abschnitt 38 entlang der Außengestalt des konvexen Abschnitts 53 der zweiten Spannvorrichtung 52 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Elektrodenvorsprung 30.
Wie in den 8(c) und 8(d) dargestellt ist, ist der konvexe Abschnitt 53 der zweiten Spannvorrichtung 52 größer als die Öffnung 50b in dem konkaven Abschnitt 50 der ersten Spannvorrichtung 51. Daher wird der äußere Rand 34 der Endoberfläche 33 des Basisteils 31 als eine gekrümmte Oberfläche ausgebildet, wenn das Elektrodengrundmaterial 3a durch den konvexen Abschnitt 53 in den konkaven Abschnitt 50 gepresst wird, um den Basisteil 31 auszubilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der konkave Abschnitt 50 eine säulenförmige Gestalt auf und der konvexe Abschnitt 53 weist im Wesentlichen eine säulenförmige Gestalt auf. Wie in 8(c) dargestellt ist, besitzt der konvexe Abschnitt 53 einen Durchmesser w2, der größer als ein Öffnungsdurchmesser w1 der Öffnung 50b in dem konkaven Abschnitt 50 ist.
Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 8(b) dargestellt ist, die erste Spannvorrichtung 51 bei dem Vorbereitungsschritt S2 entlang des Abdeckungsteil-Rohmaterials 32a eingerichtet, um den Öffnungsabschnitt 50b in dem konkaven Abschnitt 50 der ersten Spannvorrichtung 51 zu bedecken.
(Evaluationstests)
Wie nachstehend beschrieben ist, wurden ein Evaluationstest 1 und ein Evaluationstest 2 der Zündkerze 1 in der Ausführungsform durchgeführt.
Zunächst wurde die Zündkerze 1 in der vorstehenden Ausführungsform bei dem Evaluationstest 1 hinsichtlich des Vorliegens oder Nicht-Vorliegens von Rissen in dem Vorsprung 36 bei Veränderungen des Krümmungsradius R des äußeren Randes 34 und der Höhe H des Vorsprungs 36 evaluiert bzw. bewertet.
Testbeispiele 1 bis 3 für den Evaluationstest 1 wurden wie nachstehend beschrieben konfiguriert. Das heißt, das Testbeispiel 1 entsprach der Zündkerze 1 in der Ausführungsform mit einer Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten von 3,3×10^-6/K zwischen dem Basisteil 31 und dem Abdeckungsteil 32, das Testbeispiel 2 entsprach der Zündkerze 1 in der Ausführungsform mit einer Differenz α von 3,8 × 10^-6/K, und das Testbeispiel 3 entsprach der Zündkerze 1 in der Ausführungsform mit einer Differenz α von 4,5 × 10^-6/K.

Als Testbedingungen wurden die Zündkerzen der Testbeispiele 1 bis 3 in einem Zyklus bei einer temperatursteuerbaren Kühl-/Heizarbeitsfläche eingerichtet, bei einer Temperaturzunahme ausgehend von der Umgebungstemperatur auf 900 °C erwärmt und anschließend erneut auf die Umgebungstemperatur abgekühlt. Die Testbeispiele 1 bis 3 wurden 200 Zyklen unterzogen. Während der Ausführung von 200 Zyklen wurde das Testbeispiel ohne Risse als gut (○) bewertet und das Testbeispiel mit Rissen in dem Vorsprung 36 wurde als schlecht (×) bewertet. Die nachstehende Tabelle 1 gibt die Testergebnisse an und 9 stellt die Testergebnisse in Graphform dar. [Tabelle 1]

	Differenz des linearen Ausdehnungs-koeffizienten α (10-6/K)	Krümmungsradius R des äußeren Randes (mm)	Höhe H des Vorsprungs (mm)	Evaluationsergebnis (mit Rissen: ×) (ohne Risse: ○)
Testbeispiel 1	3,3	0,05	0,054	×
		0,10	0,050	○
		0,20	0,043	○
		0,30	0,036	○
		0,40	0,030	○
		0,45	0,026	○
Testbeispiel 2	3,8	0,05	0,054	×
		0,10	0,050	○
		0,20	0,043	○
		0,30	0,036	○
		0,40	0,030	○
		0,45	0,026	○
Testbeispiel 3	4,5	0,05	0,054	×
		0,10	0,050	○
		0,20	0,043	○
		0,30	0,036	○
		0,40	0,030	○
		0,45	0,026	○

Bei dem Evaluationstest 1 wiesen sämtliche Testbeispiele 1 bis 3 Risse in dem Vorsprung 36 auf und wurden als schlecht (×) bewertet, wenn der Krümmungsradius R des äußeren Randes 34 0,05 mm betrug, wohingegen sämtliche Testbeispiele 1 bis 3 keine Risse in dem Vorsprung 36 aufwiesen und als gut (○) bewertet wurden, wenn der Krümmungsradius R des äußeren Randes 34 in einen Bereich von 0,1 bis 0,45 mm gefallen ist.
Unter Bezugnahme auf 9 wies das Testbeispiel 3 mit der Ausdehnungskoeffizientendifferenz α von 4,5 × 10^-6/K eine als H = -0,067R + 0,227 ausgedrückte gerade Näherungslinie L auf. Gemäß dem Evaluationsergebnis 1 wurde festgestellt, dass die gute Zündkerze 1 ohne Risse in dem Vorsprung 36 erhalten werden kann, wenn 0,1 ≤ R und H ≤ -0,067R + 0,227 gilt.
Nachfolgend wurde der Evaluationstest 2 durchgeführt, um eine Beziehung zwischen der Höhe des Vorsprungs 36 und dem Zündverhalten zu bewerten.
Zunächst wurden Testbeispiele gemäß der Konfiguration der ersten Ausführungsform vorbereitet, bei welchen die Höhe H des erwärmten und gekühlten Vorsprungs 36 auf 0,03 mm, 0,05 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm und 0,5 mm eingestellt war. Zusätzlich wurde ein Vergleichsbeispiel mit der Höhe H des Vorsprungs 36 von 0 mm, das heißt, ohne den Vorsprung 36, vorbereitet.
Als Testbedingungen wurde jede der Zündkerzen der Testbeispiele und des Vergleichsbeispiels an einer Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine mit einem Hubraum von 1800 cc angebracht und die Verbrennungskraftmaschine wurde bei 2000 U/min und unter einem Pmi von 0,28 MPa betrieben, wobei das A/F mit einer Pmi-Variationsrate von 3 % oder mehr als ein Magergrenzen-A/F eingestellt war. 10 ist ein Graph, bei welchem die Höhe H des Vorsprungs 36 und das Magergrenzen-A/F bei dem Evaluationstest 2 grafisch dargestellt sind.
Gemäß dem Evaluationstest 2 wies, wie in 10 dargestellt ist, das Testbeispiel mit der Höhe H des Vorsprungs 36 von 0,03 mm lediglich eine geringe Zunahme des Magergrenzen-A/F und keine Verbesserung des Zündverhaltens im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel mit der Höhe H des Vorsprungs 36 von 0 mm auf. Andererseits wiesen die Testbeispiele mit der Höhe H des Vorsprungs 36 von 0,05 mm oder mehr ausreichende Zunahmen des Magergrenzen-A/F und eine Verbesserung des Zündverhaltens im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel mit der Höhe H des Vorsprungs 36 von 0 mm auf.
Entsprechend haben die Evaluationstests 1 und 2 gezeigt, dass ein Erfüllen von 3,3 × 10^-6/K ≤ α ≤ 4,5 × 10^-6/K sicherstellen würde, dass die Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils 32 und dem Material zum Ausbilden des Basisteils 31 den Vorsprung 36 durch Erwärmen und Abkühlen in einer zuverlässigen Art und Weise ausbildet.
Ferner haben die Testergebnisse gezeigt, dass das Zündverhalten durch den Krümmungsradius R des äußeren Randes 34 der Endoberfläche 33 des Basisteils 31, welcher 0,1 mm ≤ R erfüllt, weiter verbessert wäre. Darüber hinaus haben die Testergebnisse gezeigt, dass das Zündverhalten durch den Krümmungsradius R des äußeren Randes 34, welcher 0,1 mm ≤ R ≤ 0,45 mm erfüllt, zuverlässig verbessert wäre.
Zusätzlich haben die Testergebnisse demonstriert, dass durch die Höhe H des Vorsprungs 36 und den Krümmungsradius R des äußeren Randes 34 der Endoberfläche 33, welche 0,05 mm ≤ H ≤ -0,067R + 0,227 mm erfüllen, der Vorsprung 36 keine Risse aufweisen würde, das Zündverhalten jedoch verbessert wäre.
Nachfolgend werden der Betrieb und Effekte der Zündkerze 1 für die Verbrennungskraftmaschine bei der vorliegenden Ausführungsform detailliert beschrieben.
Bei der Zündkerze 1 für die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform besitzt der Abschnitt des Elektrodenvorsprungs 30, welcher dem Entladungsspalt G zugewandt ist, den aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallregierung ausgebildeten Abdeckungsteil 32, und daher weist der Elektrodenvorsprung 30 einen geringeren Verschleiß auf, der durch eine Funkenentladung hervorgerufen wird, um eine längere Lebensdauer der Zündkerze 1 zu erreichen. Ferner kann das Material zum Ausbilden des Basisteils 31 des Elektrodenvorsprungs 30 einem Material entsprechen, das weniger teuer ist als dieses für den Abdeckungsteil 32. Dies reduziert die Herstellungskosten im Vergleich zu dem Fall des Ausbildens des gesamten Elektrodenvorsprungs 30 aus dem Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils 32.
Zusätzlich besitzt das Edelmetall oder die Edelmetalllegierung zum Ausbilden des Abdeckungsteils 32 einen niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser des Materials zum Ausbilden des Basisteils 31, und daher tritt die Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden Teilen auf. Der äußere Rand 34 der Endoberfläche 33 des Basisteils 31 besitzt jedoch eine gekrümmte Oberfläche in der Vorsprungsrichtung, was es weniger wahrscheinlich macht, Ecken bei dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Basisteil 31 und dem den Basisteil 31 bedeckenden Abdeckungsteil 32 auszubilden. Dies unterdrückt, dass eine übermäßige Konzentration einer thermischen Spannung infolge der Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten auftritt. Folglich wird das Auftreten von Rissen aufgrund einer thermischen Spannung bei dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Basisteil 31 und dem Abdeckungsteil 32 unterdrückt, um auch aus diesem Gesichtspunkt eine längere Lebensdauer der Zündkerze 1 zu erreichen.
Ferner wird der Vorsprung 37 des die Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 bedeckenden Abdeckungsteils 32 mit dem Vorsprung 36 ausgebildet, wenn die Zündkerze 1 an einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und der Elektrodenvorsprung 30 in einem Zylinder erwärmt und abgekühlt wird. Entsprechend ist es bei einem Magerverbrennungsmotor mit einer schnellen Luftströmung in einem Zylinder wahrscheinlich, dass sich die Funkenentladung P bei dem Vorsprung 36 des die Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 bedeckenden Abschnitts 37 konzentriert, auch wenn die in dem Entladungsspalt G erzeugte Funkenentladung P damit beginnt, sich aufgrund der Hochgeschwindigkeitsluftströmung hin zu der Seite des Basisteils 31 zu bewegen, was verhindert, dass der Entladungspfad übermäßig verlängert wird. Dies unterdrückt, dass die Funkenentladung P ausgeblasen wird. Folglich wird das Zündverhalten verbessert. Der Vorsprung 36 wird infolge der Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien zum Ausbilden des Basisteils 31 und des Abdeckungsteils 32 ausgebildet.
Zusätzlich entspricht bei der Zündkerze 1 der vorliegenden Ausführungsform das Material zum Ausbilden des Basisteils 31 einer Nickellegierung und das Material zum Ausbilden des Basisteils 31 entspricht Platin. Entsprechend erfüllt die Differenz α des Ausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden Teilen 3,3 × 10^-6/K ≤ α ≤ 4,5 × 10^-6/K, wie vorstehend beschrieben ist. Folglich ist sichergestellt, dass die Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten den Vorsprung 36 durch Erwärmen und Abkühlen in einer zuverlässigen Art und Weise ausbildet.
Nachfolgend werden der Betrieb und Effekte des Herstellungsverfahrens bei der vorliegenden Ausführungsform detailliert beschrieben.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 1 für die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform wird das Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a bei dem Verbindungsschritt S1 durch Widerstandsschweißen mit dem Elektrodengrundmaterial 3a verbunden. Entsprechend weisen das Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a und das Elektrodengrundmaterial 3a keine Zwischenschicht zwischen diesen auf, welche durch Schmelzmischen der beiden Materialien im Falle der Verwendung von Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen gebildet würde, sondern besitzen zwischen diesen eine Grenzfläche. Daher, wenn die Zündkerze 1 an der Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und der Elektrodenvorsprung 30 in dem Zylinder erwärmt und abgekühlt wird, besitzt die Zündkerze 1 den Vorsprung 36, welcher beim Vorliegen der Differenz α des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien zum Ausbilden der beiden Teile in einer zuverlässigen Art und Weise ausgebildet wird. Dies erleichtert die Herstellung der Zündkerze 1 bei der Ausführungsform.
Zusätzlich wird gemäß der Ausführungsform die erste Spannvorrichtung 51 bei dem Vorbereitungsschritt S2 entlang des Abdeckungsteil-Rohmaterials 32a eingerichtet, so dass das Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a die Öffnung 50b in dem konkaven Abschnitt 50 der ersten Spannvorrichtung 51 bedeckt. Entsprechend bedeckt der aus dem Abdeckungsteil-Rohmaterial 32a ausgebildete Abdeckungsteil 32 die Endoberfläche 33 und die Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 gesamt. Dies ermöglicht es, weiter zu unterdrücken, dass ein Verschleiß bei dem Elektrodenvorsprung 30 auftritt, der durch eine Funkenentladung hervorgerufen wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bedeckt der Abdeckungsteil 32 die Endoberfläche 33 und die Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 in ihrer Gesamtheit, wie in den 4(a) bis 4(c) dargestellt ist. Stattdessen kann der Abdeckungsteil 32 so konfiguriert sein, wie bei einer in 11 dargestellten ersten Modifikation, soweit der Effekt zum Unterdrücken, dass ein Verschleiß bei dem Elektrodenvorsprung 30 auftritt, erhalten werden kann. Bei der ersten Modifikation, wie in 11 dargestellt, ist der Vorsprung 36 entlang des gesamten Umfangs des Abdeckungsteils 32 ausgebildet, der Abdeckungsteil 32 kann jedoch einen Teil der Seitenumfangsfläche 35 des Basisteils 31 nicht bedecken. In einem solchen Fall können ein äquivalenter Betrieb und Effekte wie diese der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Zündkerze 1 für die Verbrennungskraftmaschine, welche eine längere Lebensdauer und ein verbessertes Zündverhalten erreicht, und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung soweit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehende Ausführungsform oder Struktur beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Veränderungen in einem Äquivalenzbereich. Zusätzlich fallen verschiedene Kombinationen und Modi und weitere Kombinationen und Modi mit lediglich einem Element der vorstehenden Kombinationen und Modi, weniger oder mehr als dem einen Element in den Schutzumfang und konzeptionellen Bereich der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201666269 [0001]
JP 5545166 B [0004]

Claims

Zündkerze (1) für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: eine Mittelelektrode (2); eine Masseelektrode (3), welche der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist, um zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode einen Entladungsspalt (G) auszubilden; und einen Elektrodenvorsprung (30), welcher von einem Elektrodengrundmaterial (3a) der Masseelektrode hin zu dem Entladungsspalt vorsteht, wobei der Elektrodenvorsprung einen Basisteil (31), welcher mit dem Elektrodengrundmaterial integriert ist, und einen Abdeckungsteil (32), welcher mit dem Basisteil verbunden ist und dem Entladungsspalt zugewandt ist, besitzt, der Basisteil eine Endoberfläche (33), welche in eine Vorsprungsrichtung des Basisteils weist, und eine Seitenumfangsfläche (35), welche von einem äußeren Rand (34) der Endoberfläche hin zu dem Elektrodengrundmaterial führt, besitzt, wobei der äußere Rand der Endoberfläche eine gekrümmte Oberfläche bildet, der Abdeckungsteil aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als dieser eines Materials zum Ausbilden des Basisteils ausgebildet ist und zumindest einen Teil der Seitenumfangsfläche und der Endoberfläche bedeckt, und ein Vorsprung (36) auf einer Außenfläche (37) eines die Seitenumfangsfläche des Basisteils bedeckenden Abschnitts des Abdeckungsteils ausgebildet ist, wenn die Zündkerze an einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und der Elektrodenvorsprung in einem Zylinder erwärmt und anschließend abgekühlt wird.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Differenz α eines linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils und dem Material zum Ausbilden des Basisteils 3,3 × 10^-6/K ≤ α ≤ 4,5 × 10^-6/K erfüllt.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Krümmungsradius R des äußeren Randes der Endoberfläche 0,1 mm ≤ R erfüllt.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Krümmungsradius R des äußeren Randes der Endoberfläche 0,1 mm ≤ R ≤ 0,45 mm erfüllt.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Höhe H des Vorsprungs und der Krümmungsradius R des äußeren Randes der Endoberfläche 0,05 mm ≤ H ≤ -0,067R + 0,227 mm erfüllen.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Material zum Ausbilden des Basisteils Nickel oder einer Nickellegierung entspricht und das Material zum Ausbilden des Abdeckungsteils Platin, einer Platinlegierung, Iridium, einer Iridiumlegierung oder einer Platin-Iridium-Legierung entspricht.
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze (1) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Mittelelektrode (2), einer Masseelektrode (3), welche der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist, um zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode einen Entladungsspalt (G) auszubilden, und einem Elektrodenvorsprung (30), welcher von einem Elektrodengrundmaterial (3a) der Masseelektrode hin zu dem Entladungsspalt vorsteht, wobei das Verfahren aufweist: einen Verbindungsschritt (S1) zum Verbinden eines Abdeckungsteil-Rohmaterials (32a), das aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit einem niedrigeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als ein Material zum Ausbilden des Elektrodengrundmaterials ausgebildet ist, mit dem Elektrodengrundmaterial durch Widerstandsschweißen; einen Vorbereitungsschritt (S2) zum Einrichten einer ersten Spannvorrichtung (51) mit einem konkaven Abschnitt (50) entlang des mit dem Elektrodengrundmaterial verbundenen Abdeckungsteil-Rohmaterials, um zwischen dem Abdeckungsteil-Rohmaterial und dem konkaven Abschnitt einen Raum (50) auszubilden; und einen Extrudierschritt (S3) zum Pressen einer zweiten Spannvorrichtung (52) mit einem konvexen Abschnitt (53), der größer als eine Öffnung (50b) in dem konkaven Abschnitt ist, gegen den konkaven Abschnitt bei einem Abschnitt (3c) des Elektrodengrundmaterials auf der Seite entgegengesetzt zu einem Rohmaterial-Verbindungsteil (3b), der mit dem Abdeckungsteil-Rohmaterial verbunden ist, um den Rohmaterial-Verbindungsteil in den Raum zu extrudieren und einen konvexen Basisteil (31) auszubilden, und zum Ausbilden eines Abdeckungsteils (32), bei welchem das Abdeckungsteil-Rohmaterial zumindest einen Teil einer Seitenumfangsfläche (35) und eine Endoberfläche (33), welche in die Vorsprungsrichtung des Basisteils weist, bedeckt, wodurch der Elektrodenvorsprung ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen der Zündkerze für die Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, wobei die erste Spannvorrichtung bei dem Vorbereitungsschritt entlang des Abdeckungsteil-Rohmaterials eingerichtet wird, so dass das Abdeckungsteil-Rohmaterial die Öffnung bedeckt.