DE19610087A1 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zünd­ kerze für einen Verbrennungsmotor.

In der letzten Zeit wurden bei Verbrennungsmotoren zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen oder ähnlichem gründliche Versuche ausgeführt, um den Kraftstoffverbrauch von einem globalen Standpunkt aus zu verringern, einschließlich Um­ weltproblemen oder Bewahrung der Ressourcen der Erde.

Insbesondere haben sich bei einem Benzinmotor Versuche hauptsächlich auf die Erhöhung des Verdichtungsverhältnis­ ses oder auf die Verwendung einer Magermischung gerichtet, deren Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als ein stöchio­ metrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Bei diesen Lö­ sungen besteht jedoch die Neigung dazu, eine Erhöhung der Entladespannung der Zündkerze herbeizuführen. Durch eine erhöhte Entladespannung bedingt ist nicht nur der Wider­ stand gegenüber einem dielektrischen Durchschlag im Zündsy­ stem verringert, sondern es tritt ebenfalls eine Entladung an einem anderen Abschnitt der Zündkerze als der Funken­ strecke auf. Daraus ergibt sich ein instabiler Leerlaufbe­ trieb des Motors. Darüber hinaus beschleunigt sich die er­ höhte Entladespannung mit dem Abrieb der Elektroden. Unter diesen Umständen besteht die Notwendigkeit des Vorsehens von Zündkerzen, deren Entladespannung niedrig ist.

Als Antwort auf diese Notwendigkeit offenbart zum Bei­ spiel die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung 5 326 107 eine Zündkerze, die mit einer Vielzahl von Erdungs­ elektroden versehen ist, um die Entladespannung zu verrin­ gern und den Abrieb der Elektroden zu begrenzen.

Bei der Zündkerze, die in der JPP′107 vorgeschlagen ist, werden jedoch weder ein Einfluß, der durch das Vorhan­ densein der zusätzlichen (zweiten) Erdungselektrode verur­ sacht wird, noch die Funktionsbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Erdungselektrode analysiert; somit wird die Verringerung der Entladespannung und eine Erhöhung des Ab­ riebwiderstandes der Elektroden bis zu einem gewissen Grade begrenzt.

Unter diesen Umständen haben die Erfinder der vorlie­ genden Erfindung Experimente durchgeführt und die Einzel­ heiten der Beschreibung der Erdungselektroden bei einer Zündkerze mit mehreren Erdungselektroden auf den experimen­ tellen Ergebnissen basierend sorgfältig untersucht, um eine weiter verbesserte Zündkerze zu erhalten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, die eine niedrige Entladungsspannung, eine hohe Zündempfindlichkeit, was zu verbesserten Fahreigenschaften des Motors führt, und einen hohen Wärmewiderstand hat.

Um die vorstehend genannte Aufgabe entsprechend der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, die aufweist: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, eine mittlere Elektrode, die in einem Ende des Durchgangslochs gehalten wird, eine Spannungsübertragungseinrichtung, die am anderen Ende des Durchgangslochs vorgesehen ist und mit der mittleren Elek­ trode elektrisch verbunden ist, ein Gehäuse, in dem der Isolator gehalten wird, eine erste Erdungselektrode, die an ihrem einen Ende mit einer Endfläche des Gehäuses elek­ trisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Stirnseite der mittleren Elektrode eine erste Funkenstrecke definiert, und zumindest eine zweite Erdungselektrode, die an ihrem einem Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elektrode eine zweiten Funkenstrecke definiert, wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Erdungs­ elektrode "A" ist, die Breite der zweiten Erdungselektrode "B" ist, der Abstand der ersten Funkenstrecke g1 ist und der Abstand der zweiten Funkenstrecke g2 ist, die folgende Beziehung hergestellt ist:

0,5 ΣBn/A 1,5

("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden dar)

-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

Vorzugsweise ist zumindest die erste Erdungselektrode oder die mittlere Elektrode mit einem Stirnseitenelektro­ denabschnitt versehen, der aus Edelmetall oder einer Edel­ metall-Legierung gefertigt ist.

Vorzugsweise genügen, wenn die mittlere Elektrode und die erste Erdungselektrode mit Stirnseitenelektrodenab­ schnitten versehen sind, die aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung gefertigt sind, die erste Funken­ strecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 der folgenden Beziehung:

0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

Stärker vorzuziehen ist es, daß die erste Funkenstrecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 der folgenden Beziehung genügen:

0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel genügt die zweite Funkenstrecke der folgenden Beziehung:

g2 0,9 mm.

Stärker vorzuziehen ist es, daß die zweite Funken­ strecke der folgenden Beziehung genügt:

g2 1,1 mm.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Erdungselektrode mit einer Stirn­ seitenelektrode versehen, die aus einem Metallmaterial ge­ fertigt ist, das aus Platin, einer Platinlegierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt ist, und die mittlere Elektrode mit einer Stirnseitenelektrode versehen ist, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefer­ tigt ist.

Die erste Erdungselektrode kann mit einer Stirnseitene­ lektrode versehen sein, die aus einem Metallmaterial gefer­ tigt ist, das aus Platin, einer Platinlegierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt ist, und die mittlere Elektrode mit einer Stirnseitenelektrode versehen sein, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefer­ tigt ist.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung ist eine Zündkerze für einen Verbrennungs­ motor vorgesehen, die aufweist: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, eine mittlere Elektrode, die in einem Ende des Durchgangslochs gehalten wird, eine Spannungsübertra­ gungseinrichtung, die im anderen Ende des Durchgangslochs vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode elektrisch verbunden ist, ein Gehäuse, in dem der Isolator gehalten wird, eine erste Erdungselektrode, die an ihrem einen Ende mit einer Endfläche des Gehäuses elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Stirnseite der mittle­ ren Elektrode eine erste Funkenstrecke definiert, und zu­ mindest eine zweite Erdungselektrode, die an ihrem einen Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist und am ande­ ren Ende zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elek­ trode eine zweite Funkenstrecke definiert, wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Erdungselektrode "A" ist und die Breite der zweiten Erdungselektrode "B" ist, die folgende Beziehung hergestellt ist:

0,5 ΣBn/A 1,5

("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden dar)
und wobei die erste Funkenstrecke und die zweite Fun­ kenstrecke so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der er­ sten Funkenstrecke erzeugt werden kann.

Bei dieser Anordnung ist, da die zweiten Erdungselek­ troden in Verbindung mit der ersten Erdungselektrode gemäß Vorbeschreibung vorgesehen sind, die Oberfläche mit glei­ cher Spannung um die mittlere Elektrode herum konzentriert, um die Intensität des elektrischen Feldes zu erhöhen; somit kann der Funken in der ersten Funkenstrecke, die durch die mittlere Elektrode und die erste Erdungselektrode definiert ist, einfach erzeugt werden. Darüber hinaus kann entspre­ chend der vorliegenden Erfindung, da die Breite der ersten Erdungselektrode und die Breite der zweiten Erdungselektro­ de so bestimmt sind, daß diese gemäß Vorbeschreibung eine spezifische Beziehung haben, die Intensität des elektri­ schen Feldes, wenn die zweiten Erdungselektroden verwendet werden, deren Breite kleiner als die der herkömmlichen zweiten Erdungselektrode ist, durch den Randeffekt der zweiten Erdungselektroden bedingt weiter erhöht werden.

Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Zusam­ menhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher, wobei:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor entsprechend einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei die rechte Hälfte der Zündkerze geschnitten ist, die

Fig. 2A und 2B eine vergrößerte Vorderansicht und eine vergrößerte Seitenansicht eines Hauptabschnitts einer Zündkerze, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind,

Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, die das experi­ mentelle Ergebnis von Experiment 1 entsprechend der vorlie­ genden Erfindung zeigt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, die das experi­ mentelle Ergebnis von Experiment 2 entsprechend der vorlie­ genden Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die das experi­ mentelle Ergebnis von Experiment 3 entsprechend der vorlie­ genden Erfindung zeigt,

Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, die das Bewer­ tungsergebnis der Zündkerze entsprechend dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt, das auf Experimenten basiert, die in einer kryogenischen Testkammer bei -15°C ausgeführt wurden, was einem normalen kalten Gebiet entspricht,

Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, die das Bewer­ tungsergebnis der Zündkerze entsprechend dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel zeigt, das auf Experimenten basiert, die in einer kryogenischen Testkammer bei -30°C ausgeführt wurden, was einem extrem kalten Gebiet entspricht,

Fig. 8 eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptteils einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung ist und

Fig. 9 eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptteils einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor entsprechend einem ersten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei nur die rechte Hälfte geschnitten ist. Die Fig. 2A und 2B sind vergrößerte Vorder- und Seitenansichten eines Hauptteils einer Zündkerze, die in Fig. 1 gezeigt ist. In den Zeich­ nungen weist die Zündkerze 1 für einen Verbrennungsmotor einen Isolator 3, der ein Durchgangsloch 2 hat und aus Alu­ minium oder ähnlichem hergestellt ist, und ein Metallge­ häuse 6 auf, das aus niedriggekohltem Stahl gefertigt ist. Der Isolator 3 wird durch einen Metallring 4 aus Kupfer oder ähnlichen und eine Packung 5 im Gehäuse 6 fest gehal­ ten. Eine mittlere Elektrode 8, die aus wärmebeständigem und korrosionsbeständigem Material, wie zum Beispiel einer Nickellegierung, gefertigt ist, ist in die Stirnseite (oberes Ende) des Durchgangslochs 2 eingeführt und ist mit einer Stirnelektrode 7 aus Edelmetall oder einer Edelme­ tall-Legierung versehen. Eine Anschlußelektrode 10, die aus Metall, wie zum Beispiel Eisen, gefertigt ist, ist in das hintere Ende (untere Ende) des Durchgangsloches 2 einge­ führt und wird in diesem gehalten. Ein leitfähiges Glas 11 und ein Widerstand 12 sind in den Isolator 3 und zwischen die mittlere Elektrode 8 und die Anschlußelektrode 10 ein­ geschlossen.

Das Gehäuse 6 ist an seinem vorderen Ende mit einem Ge­ windeabschnitt 13 versehen. Eine erste gebogene Erdungse­ lektrode 16, die aus einem wärmebeständigen und korrosions­ beständigen Material gefertigt ist, wie zum Beispiel einer Nickellegierung, ist an einer Stirnseitenfläche 15 des Ge­ häuses 6 befestigt. Die erste Erdungselektrode 16 ist an ihrer Stirnseite 17 mit einer Stirnseitenelektrode 18 aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, wie zum Bei­ spiel Platin, versehen. Die untere Fläche (Elektrodenfläche) 18a der Stirnseite der Stirnseitenelek­ trode 18 liegt in Längsachsenrichtung der Zündkerze der Elektrodenfläche 7a der Stirnseite (oberes Ende) der Stirn­ seitenelektrode 7, die an der mittleren Elektrode 8 vorge­ sehen ist, gegenüber. Die Strecke g1 zwischen den Elektro­ denflächen 18a und 7a legt eine erste Funkenstrecke 20 fest.

Ein Paar von zweiten gebogenen Erdungselektroden 21, die kleiner als die erste Erdungselektrode 16 ist, ist an der Stirnseiten(oberes Ende)-Fläche 15 des Gehäuses 15 be­ festigt, wobei bezüglich der ersten Erdungselektrode 16 eine Winkelphasendifferenz von 90 Grad besteht. Und zwar liegen sich in Fig. 2A die zweiten Erdungselektroden 21 in einer Ebene einschließlich des Blattes der Zeichnung (Fig. 2A) senkrecht zu einer Ebene gegenüber, die eine Mittel­ achse der ersten Erdungselektrode 16 aufweist. Die Stirn­ seitenflächen 21a der zweiten Erdungselektrode 21 liegen den diametral entgegengesetzten Seitenflächen (Wandabschnitten der Umfangsflächen) 8a der mittleren Elek­ trode 8 gegenüber. Die Strecken g2 zwischen den Endflächen 21a und den Seitenflächen 8a legen zweite Funkenstrecken 22 fest. Es ist festzuhalten, daß die erste Erdungselektrode 16 und die zweiten Erdungselektroden 21 Breiten "A" (Fig. 2A) bzw. "B" (Fig. 2B) haben.

Hochspannung wird zwischen die Anschlußelektrode 10 und das Gehäuse 6 angelegt und wird über eine Spannungsübertra­ gungseinrichtung, die von der Anschlußelektrode 10, dem leitfähigen Glas 11 und dem Widerstand 12 gebildet wird, zur ersten und zweiten Funkenstrecke 20 und 22 übertragen.

Zur Erzeugung einer Zündkerze, deren Entladespannung niedrig ist und die eine verbesserte Zündempfindlichkeit, was gute Fahreigenschaften des Motors vorsieht, und einen hohen Wärmewiderstand hat, wurden unterschiedliche Arten an Referenzzündkerzen (Probezündkerzen) vorbereitet, um die Entladespannung zu bewerten. Die Einzelheiten der Referenz­ zündkerzen waren folgende: Die Breite "A" der ersten Er­ dungselektroden 16 war 2,8 mm oder 2,4 mm (A = 2,8 mm oder 2,4 mm), die Breite "B" der zweiten Zündkerzen war von 0,5 mm bis 2,5 mm (B = 0,5 mm bis 2,5 mm), der Abstand der ersten Funkenstrecken g1 war 1,1 mm (g1 = 1,1 mm) und der Abstand der zweiten Funkenstrecken g2 war 1,3 mm (g2 = 1,3 mm). Darüber hinaus wurden, um einen negativen Einfluß von Graten usw. zu beseitigen, die Umfangskante der Stirnseite der Elektrodenfläche 7a der mittleren Elektrode 8 und die Umfangskanten der Stirnseitenflächen 18a und 21a der ersten und zweiten Erdungselektroden 16 und 21 abgephast. Die Meß­ ergebnisse von 10 Experimenten sind in Fig. 3 gezeigt. In den Experimenten wurde ein Vierzylindermotor mit 1800 cm³ verwendet, wobei die maximalen Entladespannungen, die in den Zuständen ohne Last erhalten wurden, in denen das Dros­ selventil vollständig geöffnet war und allgemein gesprochen die Entladespannung maximal wird, dargestellt wurde, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 3 kann entnommen werden, daß die Entladespannungen bei der Breite von "A" der ersten Erdungselektrode 16 bei 2,8 mm und bei 2,4 mm ungefähr gleich waren und daß eine Neigung dazu besteht, daß sich die Entladespannung verrin­ gert, wenn sich der Wert von ΣBn/A verringert, wobei ΣBn die Summe der Breite der zweiten Erdungselektroden dar­ stellt und "n" die Anzahl der zweiten Erdungselektroden darstellt. Insbesondere wurden, wenn ΣBn/A nicht größer als 1,5 ist (ΣBn/A 1,5), die Entladespannungen deutlich ver­ ringert. Der Grund dafür liegt daran, daß die Konzentra­ tionswirkung des starken Magnetfeldes in der Nähe der mitt­ leren Elektrode 8 durch die zweiten Erdungselektroden 21 bedingt verbessert werden können und insbesondere die Kon­ zentration unterstützt werden kann, wenn die Breite "B" der zweiten Erdungselektroden 21 verringert ist. Die Anzahl der zweiten Erdungselektroden ist nicht auf zwei beschränkt und kann mehr als zwei betragen. Wenn zum Beispiel drei zweite Erdungselektroden vorhanden sind, ist ΣBn = B1 + B2 + B3.

Die Experimente wurden ebenfalls durchgeführt, um den Wärmewiderstand unter Verwendung der vorstehend genannten Referenzzündkerzen zum Messen der Entladespannung zu mes­ sen. Die experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt. In den Experimenten wurde das Zündzeitverhalten vorbewegt, während der Motor mit 6000 U/min und bei Vollast angetrie­ ben wurde, um das Zündzeitverhalten zu erfassen, bei der das Frühzünden auftrat. In Fig. 4 wurde die Breite "B" der zweiten Erdungselektroden 21 variiert, während die Breite "A" der ersten Erdungselektrode 16 konstant und gleich 2,8 mm war (A = 2,8 mm). Wie es Fig. 4 entnommen werden kann, wurde das Zündzeitverhalten, bei dem Frühzünden auftrat, allmählich verzögert und der Wärmewiderstand wurde ver­ schlechtert, wenn ΣBn/A erhöht wurde. Insbesondere besteht eine Tendenz dahingehend, daß, wenn der Wert von ΣBn/A über 1,5 ist, der Wärmewiderstand deutlich verringert ist.

Als Ergebnis der Experimente wurde herausgefunden, daß der Wert ΣBn/A gleich oder kleiner als 1,5 sein muß, um eine Zündkerze umzusetzen, die beide Forderungen, sowohl daß die Entladespannung niedrig ist und als auch daß der Wärmewiderstand hoch ist, erfüllt.

Die Breite "B" der zweiten Erdungselektroden 21 sollte vorzugsweise gleich oder größer als 0,75 mm sein, um einen ausreichenden Korrosionswiderstand gegenüber dem verbrann­ ten Hochtemperaturgas vorzusehen. Andererseits ist die Breite "A" der ersten Erdungselektrode 16 vorzugsweise nicht größer als 3,0 mm, um zu verhindern, daß die Zündemp­ findlichkeit durch einen erhöhten Quench-Betrieb bedingt verringert wird. Als Folgerung ist der Wert von ΣBn/A vor­ zugsweise gleich oder oberhalb von 0,5.

Die folgende Erläuterung richtet sich auf Einrichtungen zur Verbesserung der Zündempfindlichkeit. Zur Erhöhung der Zündempfindlichkeit muß die erste Funkenstrecke 20 gemäß Vorbeschreibung bestimmt werden. Zum Bewerten der Funken­ strecke wurden Experimente durchgeführt, bei denen die erste Funkenstrecke 20 (g1) von 0,8 mm bis 1,4 mm in einem Intervall von 0,1 mm geändert wurde; die zweite Funken­ strecke 22 (g2) wurde von 0,8 mm bis 1,8 mm in Intervallen von 0,1 mm geändert. Um den Entladezustand der Zündkerzen zu beobachten, wurde ein Motorsimulierstand verwendet, der einen luftdichten Sichtbehälter hat, in dem Luft dicht ein­ geschlossen ist. Es ist festzuhalten, daß bei den Experi­ menten die Breite "A" der ersten Erdungselektrode 16 2,8 mm betrug, die Breite "B" der zweiten Erdungselektroden 21 1,4 mm betrug und der Innendruck des luftdichten Behälters 4 kg/cm² betrug, was im wesentlichen der Entladespannung un­ ter den normalen Motorantriebsbedingungen entspricht. Die experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. In Fig. 5 stellen Punkte, die durch einen Kreis (⚫) angezeigt sind, Bereiche dar, in denen der Funke durch die erste Funken­ strecke 20 erzeugt wurde und die Entladespannung durch die zweiten Erdungselektroden bedingt wirksam verringert war. Wie es Fig. 5 entnommen werden kann, kann, wenn die Diffe­ renz (g2 - g1) zwischen dem Abstand der zweiten Funken­ strecken g2 und dem Abstand der ersten Funkenstrecke g1 größer als -0,1 mm ist, der Funken in der ersten Funken­ strecke g1 erzeugt werden. Und zwar ist durch den Randef­ fekt bedingt die Intensität des elektrischen Feldes an der Stirnelektrodenfläche 7a der mittleren Elektrode 8 größer als an der Umfangsseitenfläche 8a der mittleren Elektrode 8; als Folge wurde, selbst wenn die erste Funkenstrecke g1 um 0,1 mm größer als die zweite Funkenstrecke g2 ist, der Funken in der ersten Funkenstrecke g1 erzeugt. Auch stellen in Fig. 5 die Punkte, die durch ein Dreieck (Δ) angezeigt sind, Bereiche dar, in denen die Verringerung der Entla­ despannung durch die zweiten Erdungselektroden 21 bedingt kaum erreicht wurde, da die zweiten Funkenstrecken g2 be­ trächtlich größer als die erste Funkenstrecke g1 sind.

Dem vorstehenden kann entnommen werden, daß die folgen­ de Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Funken­ strecke g1 und g2 gefunden wurde, die die Forderungen be­ züglich der Verbesserung der Zündempfindlichkeit spezifi­ ziert, um dadurch eine Schwankung des Drehmoments des Mo­ tors zu begrenzen und die Entladespannung, die durch die zweiten Erdungselektroden 21 verursacht wird, zu verrin­ gern.

-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

Wenn die mittlere Elektrode die erste Erdungselektrode mit Stirnseitenelektroden versehen sind, die aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung gefertigt sind, ist es all­ gemein gesagt erforderlich, daß die Dauer (Lebensdauer) von dieser größer als 100,000 km ist (zurückgelegte Entfer­ nung). Zu diesem Zweck und unter Berücksichtigung der Erhö­ hung der ersten Funkenstrecke g1, die durch den Abrieb der Elektrodenspitzen verursacht wird, wird die vorstehend ge­ nannte Beziehung vorzugsweise ersetzt durch:

0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

Die Niedrigtemperatur-Anfahrfähigkeit eines Motors un­ ter Verwendung der Zündkerzen nach obigem Aufbau wird nach­ stehend beschrieben. Beim Anwerfen vor dem Start der Ver­ brennung beim Anlassen des Motors werden feine Teilchen an eingespritztem Kraftstoff auf die Elektroden aufgebracht. Wenn die aufgebrachten feinen Teilchen an Kraftstoff auf den Elektroden gesammelt werden, kann die Funkenstrecke durch die aufgeschichteten Kraftstoffteilchen überbrückt werden. Das Auftreten der Brücke wird bei den zweiten Fun­ kenstrecken g2 deutlicher, so daß die Anfahrfähigkeit des Motors beträchtlich verschlechtert wird, was bisweilen zu einem Versagen des Anlassens führt. Um dieses zu verhin­ dern, wurden Experimente durchgeführt, bei denen die zwei­ ten Funkenstrecken variiert wurden, um die Anfahrfähigkeit zu bewerten, wodurch der Optimalwert der zweiten Funken­ strecke bestimmt wurde.

Die experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 6 gezeigt, in der die Bewertung unter Verwendung einer kryogenischen Testkammer bei -15°C ausgeführt wurde, was einem normalen kalten Gebiet entspricht. Der verwendete Testmotor war ein Vierzylinder-Motor mit 2000 cm³ für Kraftfahrzeuge. Die verwendete Zündkerze war eine entsprechend dem vorstehend genannten ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die erste Funkenstrecke g1 auf 0,8 mm festgelegt war und die zweiten Funkenstrecken g2 von 0,8 mm bis 1,2 mm in einem Intervall von 0,1 mm verändert wurde. Auch war die Breite der zweiten Erdungselektroden 2,0 mm bzw. die Breite der ersten Er­ dungselektrode 2,8 mm.

Aus Fig. 6 wurde erkannt, daß keine Probleme bezüglich der Anfahrfähigkeit auftreten, wenn die zweite Funken­ strecke g2 nicht weniger als 0,9 mm betrug.

Wenn andererseits die zweite Funkenstrecke g2 kleiner als 0,9 mm war, war die Anfahrfähigkeit deutlich ver­ schlechtert. Der Grund dafür liegt gemäß Vorbeschreibung darin, daß, wenn die zweite Funkenstrecke g2 klein ist, die Brücke der Kraftstoffteilchen während des Anwerfens auftre­ ten würde, so daß der Motor blockiert. Als Folge sollten für ein normales kaltes Gebiet die zweiten Funkenstrecken g2 gleich oder größer als 0,9 mm sein (g2 0,9 mm).

Fig. 7 zeigt experimentelle Ergebnisse in einer kryoge­ nischen Testkammer bei -30°C, was einem extrem kalten Ge­ biet entspricht.

In den Experimenten waren der Testmotor und die Zünd­ kerzen die verwendet wurden, die gleichen, wie diese vor­ stehend genannt sind. Aus den Experimenten wurde erkannt, daß die Zündempfindlichkeit verschlechtert wurde, wenn die zweite Funkenstrecke g2 nicht größer als 1,1 mm war. Als Gründe dafür, daß die Anfahrfähigkeit verschlechtert wurde, wenn die zweite Funkenstrecke g2 nicht größer als die zweite Funkenstrecke bei der Temperatur von -15°C in den vorstehend genannten Experimente war, kann angesehen wer­ den, daß der Kraftstoff bei einer Temperatur von -30°C nicht wirksam zerstäubt werden kann und die Durchmesser der Kraftstoffteilchen groß sind; somit können die Kraftstoff­ teilchen an den Elektrodenflächen einfach gesammelt werden, woraus sich ein einfaches Auftreten von Kraftstoffbrücken ergibt. Als Folge muß, um eine gute Anfahrfähigkeit in ex­ trem kalten Gebieten sicherzustellen, die folgende Bezie­ hung erfüllt sein:

g2 1,1 mm.

Die Bewertungsexperimente wurden für die erste Funken­ strecke, die gleich 1,2 mm war, bei der Temperatur von -15°C oder -30°C durchgeführt; ähnliche Ergebnisse wurden erhalten.

Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptabschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind an­ ders als im ersten Ausführungsbeispiel keine Edelmetall­ spitzen oder Edelmetallegierungsspitzen an der Stirnseite der mittleren Elektrode 8 oder der ersten Erdungselektrode 16 vorgesehen. Dennoch konnten die gleichen Wirkungen wie beim ersten Ausführungsbeispiel als Ergebnis der Experi­ mente erhalten werden, die auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wurden.

Im allgemeinen ist für eine Zündkerze, bei der die Stirnseite der mittleren Elektrode und die Stirnseite der Erdungselektrode nicht mit Edelmetallspitzen oder Edelme­ tallegierungsspitzen versehen sind, die Dauer (Lebensdauer) von mehr als 50,000 km (zurückgelegte Entfernung) erforder­ lich. Im Hinblick auf eine Vergrößerung der ersten Funken­ strecke g1 durch den Abrieb der Elektrode bedingt sollte die folgende Beziehung vorzugsweise erfüllt sein:

0,2 mm g2 - g1 0,4 mm.

Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptabschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung. Im dritten Ausführungsbeispiel ist der Stirnseitenabschnitt X′ der mittleren Elektrode 8, der vom Ende des Isolators 3 benachbart zu einer Brennkammer (nicht gezeigt) nach außen (nach oben) vorsteht, aus wärmebestän­ digem Edelmetall gefertigt, wie zum Beispiel Iridium (Draht) oder einer Iridiumlegierung (Draht). Ebenfalls ist die Stirnseitenelektrode 18 der ersten Erdungselektrode 16 aus einer Platinspitze wie im ersten Ausführungsbeispiel gefertigt. Als Ergebnis der Experimente, die auf die glei­ che Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wur­ den, konnten ähnliche Effekte erhalten werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, da die zweiten Erdungselektroden in Verbindung mit der ersten Er­ dungselektrode gemäß Vorbeschreibung vorgesehen sind, die Oberfläche mit gleicher Spannung um die mittlere Elektrode herum konzentriert, um die Intensität des elektrischen Fel­ des zu erhöhen; somit kann der Funken in der ersten Funken­ strecke, die durch die mittlere Elektrode und die erste Er­ dungselektrode definiert ist, einfach erzeugt werden. Dar­ über hinaus kann entsprechend der vorliegenden Erfindung, da die Breite der ersten Erdungselektrode und die Breite der zweiten Erdungselektroden so bestimmt ist, daß diese eine spezifische Beziehung gemäß Vorbeschreibung haben, die Intensität des elektrischen Feldes, wenn zweite Erdungs­ elektroden verwendet werden, deren Breite kleiner als die der herkömmlichen zweiten Erdungselektrode sind, durch den Randeffekt der zweiten Erdungselektroden bedingt weiter er­ höht werden.

Ferner kann entsprechend der vorliegenden Erfindung die Niedrigtemperatur-Anfahrfähigkeit in einem kalten Gebiet oder einem extrem kalten Gebiet verbessert werden.

Schließlich ist verständlich, daß zahlreiche Abwandlun­ gen und Änderungen für den Fachmann auftreten können, ohne das von der Wesensart und dem Geltungsbereich der beilie­ genden Ansprüche abgewichen wird.

Es wird somit eine Zündkerze für einen Verbrennungsmo­ tor vorgesehen, wobei unter der Annahme, daß der Abstand der ersten Funkenstrecke, die durch eine mittlere Elektrode und eine erste Erdungselektrode, deren Breite "A" ist und die der mittleren Elektrode axial gegenüberliegt, definiert ist, g1 ist bzw. eine zweite Funkenstrecke, die durch die mittlere Elektrode und zumindest eine zweite Erdungselek­ trode, deren Breite "B" ist und die der Seitenfläche der mittleren Elektrode gegenüberliegt, g2 ist, der Beziehung, die durch 0,5 ΣBn/A 1,5 definiert ist, genügt wird, wo­ bei "n" die Anzahl der zweiten Erdungselektroden darstellt, um die Entladespannung der Zündkerze zu verringern und einen hohen Wärmewiderstand aufrechtzuerhalten. Vorzugs­ weise genügt die Zündkerze der Beziehung, die durch 0,1 mm g2 - g1 0,4 mm definiert ist, um die Zündempfindlich­ keit der Zündkerze zu verbessern.

Claims (23)

1. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die auf­ weist:
einen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch (2),
eine mittlere Elektrode (8), die in einem Ende des Durchgangsloches (2) gehalten wird,
einer Spannungsübertragungseinrichtung (10, 11, 12), die im anderen Ende des Durchgangsloches (2) vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode (8) elektrisch verbunden ist,
ein Gehäuse (6), in dem der Isolator (3) gehalten wird,
eine erste Erdungselektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch ver­ bunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirn­ seite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) definiert, und
zumindest eine zweite Erdungselektrode (21), die an ihrem einen Ende mit dem Gehäuse (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elektrode (8) eine zweite Funkenstrecke (22) de­ finiert,
wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Er­ dungselektrode (16) "A" ist, die Breite der zweiten Erdungselektrode (21) "B" ist, die Breite der ersten Fun­ kenstrecke (21) g1 ist bzw. der Abstand der zweiten Funken­ strecke (22) g2 ist, die folgende Beziehung hergestellt ist: 0,5 ΣBn/A 1,5("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden (21) dar)-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

2. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei zumindest die erste Erdungselektrode (16) oder die mittlere Elektrode (8) mit einem Stirnseitenelek­ trodenabschnitt (18, 7) versehen ist, der aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung gefertigt ist.

3. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei die mittlere Elektrode (8) und die erste Erdungselektrode (16) mit Stirnseitenelektrodenabschnitten (7, 18) versehen sind, die aus Edelmetall oder einer Edel­ metall-Legierung gefertigt sind, und wobei die erste Fun­ kenstrecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen: 0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

4. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 2, wobei die erste Funkenstrecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen: 0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.

5. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei die erste Funkenstrecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen: 0,2 mm g2 - g1 0,4 mm.

6. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 2, wobei die erste Funkenstrecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen: 0,2 mm g2 - g1 0,4 mm.

7. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 0,9 mm.

8. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 2, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 0,9 mm.

9. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 3, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 0,9 mm

10. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 4, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 0,9 mm.

11. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 1,1 mm.

12. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 2, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 1,1 mm.

13. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 3, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 1,1 mm.

14. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 4, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be­ ziehung erfüllt: g2 1,1 mm.

15. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.

16. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 2, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.

17. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 3, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) zu versehen ist, die aus einem Metallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platin­ legierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.

18. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 4, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.

19. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 1, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt ist.

20. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 2, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt ist.

21. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 3, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt ist.

22. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An­ spruch 4, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me­ tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle­ gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder einer Platinlegierung gefertigt ist.

23. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die aufweist:
einen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch (2),
eine mittlere Elektrode (8), die in einem Ende des Durchgangslochs (2) gehalten wird,
eine Spannungsübertragungseinrichtung (10, 11, 12), die im anderen Ende des Durchgangslochs (2) vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode (8) elektrisch verbunden ist,
ein Gehäuse (6), in dem der Isolator (3) gehalten wird,
eine erste Erdungselektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch ver­ bunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirn­ seite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) definiert, und
zumindest eine zweite Erdungselektrode (21), die an ih­ rem einen Ende mit dem Gehäuse (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mitt­ leren Elektrode (8) eine zweite Funkenstrecke (22) defi­ niert, wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Erdungselektrode (16) "A" ist und die Breite der zweiten Erdungselektrode (21) "B" ist, der folgenden Beziehung ge­ nügt wird: 0,5 ΣBn/A 1,5("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden (21) dar)
und wobei die erste Funkenstrecke (21) und die zweite Funkenstrecke (22) so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der ersten Funkenstrecke (21) erzeugt werden kann.