DE19610087C2

DE19610087C2 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19610087C2
Application number: DE19610087A
Authority: DE
Inventors: Hironori Osamura; Keiji Kanao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: GB9605122D0; JPH08315955A; GB2298898A; US5693999A; GB2298898B; DE19610087A1; JP4100725B2

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 Bezinmotor 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 Abbrand 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- 326107 eine Zündkerze, die mit einer Vielzahl von Massee lektroden versehen ist, um die Entladespannung zu verrin gern und den Abbrand 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) Masseelektrode verur sacht wird, noch die Funktionsbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Masseelektrode analysiert; somit wird die Verringerung der Entladespannung und eine Erhöhung des Ab brandwiderstandes der Elektroden bis zu einem gewissen Grade begrenzt.

Die Druckschrift DE 44 29 272 A1 bezieht sich auf eine Zündkerze, die zwei Masseelektroden und eine Elektrode auf weist und bei der die notwendige Spannung auf einem niedri gen Pegel gehalten werden soll. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Mittelelektrode mit einer Endelektrode aus Edelme tall oder einer Edelmetallegierung versehen. Die Abmessun gen der Masseelektroden und der Funkenstrecken können be liebig gewählt werden.

Unter diesen Umständen haben die Erfinder der vorlie genden Erfindung Experimente durchgeführt und die Einzel heiten der Beschreibung der Masseelektroden bei einer Zünd kerze mit mehreren Masseelektroden auf den experimentellen 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 Zündwilligkeit, 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 Masseelektrode, 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 Masseelektrode, die an ihrem einem Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mitt leren Elektrode eine zweiten Funkenstrecke definiert, wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Masseelektrode "A" ist, die Breite der zweiten Masseelektrode "B" ist, der Abstand der ersten Funkenstrecke g1 ist und der Abstand der zweiten Funkenstrecke g2 ist, die folgende Beziehung herge stellt ist:
0,5 ≦ ΣBn/A ≦ 1,5 ("n" stellt die Anzahl der zweiten Masseelektroden dar)
-0,1 mm ≦ g2 - g1 ≦ 0,4 mm,
um eine niedrige Entladespannung, eine hohe Zündwillig keit und einen hohen Wärmewiderstand zu erhalten.

Vorzugsweise ist zumindest die erste Masseelektrode 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 Masseelektrode mit Stirnseitenelektrodenabschnit ten versehen sind, die aus Edelmetall oder einer Edelme tall-Legierung gefertigt sind, die erste Funkenstrecke 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 Masseelektrode mit einer Stirnsei tenelektrode versehen, 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 ist, die aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefer tigt ist.

Die erste Masseelektrode 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 Masseelektrode, 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 Masseelektrode, die an ihrem einen Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist und am anderen En de zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elektrode eine zweite Funkenstrecke definiert, wobei unter der Annah me, daß die Breite der ersten Masseelektrode "A" ist und die Breite der zweiten Masseelektrode "B" ist, die folgende Beziehung hergestellt ist:
0,5 ≦ ΣBn/A ≦ 1,5 ("n" stellt die Anzahl der zweiten Masseelektroden 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 Masseelektro den in Verbindung mit der ersten Masseelektrode gemäß Vor beschreibung vorgesehen sind, die Oberfläche mit gleicher 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 Masseelektrode definiert ist, einfach erzeugt werden. Darüber hinaus kann entspre chend der vorliegenden Erfindung, da die Breite der ersten Masseelektrode und die Breite der zweiten Masseelektrode so bestimmt sind, daß diese gemäß Vorbeschreibung eine spezi fische Beziehung haben, die Intensität des elektrischen Feldes, wenn die zweiten Masseelektroden verwendet werden, deren Breite kleiner als die der herkömmlichen zweiten Mas seelektrode ist, durch den Randeffekt der zweiten Mas seelektroden 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 Masseelek trode 16, die aus einem wärmebeständigen und korrosionsbe ständigen Material gefertigt ist, wie zum Beispiel einer Nickellegierung, ist an einer Stirnseitenfläche 15 des Ge häuses 6 befestigt. Die erste Masseelektrode 16 ist an ih rer 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 Masseelektroden 21, die kleiner als die erste Masseelektrode 16 ist, ist an der Stirnseiten(oberes Ende)-Fläche 15 des Gehäuses 15 befe stigt, wobei bezüglich der ersten Masseelektrode 16 eine Winkelphasendifferenz von 90 Grad besteht. Und zwar liegen sich in Fig. 2A die zweiten Masseelektroden 21 in einer Ebene einschließlich des Blattes der Zeichnung (Fig. 2A) senkrecht zu einer Ebene gegenüber, die eine Mittelachse der ersten Masseelektrode 16 aufweist. Die Stirnseitenflä chen 21a der zweiten Masseelektrode 21 liegen den diametral entgegengesetzten Seitenflächen (Wandabschnitten der Um fangsflächen) 8a der mittleren Elektrode 8 gegenüber. Die Strecken g2 zwischen den Endflächen 21a und den Seitenflä chen 8a legen zweite Funkenstrecken 22 fest. Es ist festzu halten, daß die erste Masseelektrode 16 und die zweiten Masseelektroden 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 Zündwilligkeit, was gute Fahreigenschaften des Motors vorsieht, und einen hohen Wärmewiderstand hat, wurden unterschiedliche Arten an Refe renzzündkerzen (Probezündkerzen) vorbereitet, um die Entla despannung zu bewerten. Die Einzelheiten der Referenzzünd kerzen waren folgende: Die Breite "A" der ersten Masseelek troden 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 Fun kenstrecken 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 Elektro denfläche 7a der mittleren Elektrode 8 und die Umfangskan ten der Stirnseitenflächen 18a und 21a der ersten und zwei ten Masseelektroden 16 und 21 abgephast. Die Meßergebnisse von 10 Experimenten sind in Fig. 3 gezeigt. In den Experi menten wurde ein Vierzylindermotor mit 1800 cm³ verwendet, wobei die maximalen Entladespannungen, die in den Zuständen ohne Last erhalten wurden, in denen das Drosselventil voll ständig geöffnet war und allgemein gesprochen die Entla despannung 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 Masseelektrode 16 bei 2,8 mm und bei 2,4 mm ungefähr gleich waren und daß eine Nei gung dazu besteht, daß sich die Entladespannung verringert, wenn sich der Wert von ΣBn/A verringert, wobei ΣBn die Summe der Breite der zweiten Masseelektroden darstellt und "n" die Anzahl der zweiten Masseelektroden darstellt. Ins besondere wurden, wenn ΣBn/A nicht größer als 1,5 ist (Σ Bn/A ≦ 1,5), die Entladespannungen deutlich verringert. Der Grund dafür liegt daran, daß die Konzentrationswirkung des starken Magnetfeldes in der Nähe der mittleren Elektrode 8 durch die zweiten Masseelektroden 21 bedingt verbessert werden kann und insbesondere die Konzentration unterstützt werden kann, wenn die Breite "B" der zweiten Masseelektro den 21 verringert ist. Die Anzahl der zweiten Masseelektro den ist nicht auf zwei beschränkt und kann mehr als zwei betragen. Wenn zum Beispiel drei zweite Masseelektroden 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 Masseelektroden 21 variiert, während die Breite "A" der ersten Masseelektrode 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, allmäh lich verzögert und der Wärmewiderstand wurde verschlech tert, 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 Masseelektroden 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 Masseelektrode 16 vorzugsweise nicht größer als 3,0 mm, um zu verhindern, daß die Zündwilligkeit durch einen erhöhten Quench-Betrieb bedingt verringert wird. Als Folgerung ist der Wert von ΣBn/A vorzugsweise gleich oder oberhalb von 0,5.

Die folgende Erläuterung richtet sich auf Einrichtungen zur Verbesserung der Zündwilligkeit. Zur Erhöhung der Zünd willigkeit muß die erste Funkenstrecke 20 gemäß Vorbe schreibung bestimmt werden. Zum Bewerten der Funkenstrecke wurden Experimente durchgeführt, bei denen die erste Fun kenstrecke 20 (g1) von 0,8 mm bis 1,4 mm in einem Intervall von 0,1 mm geändert wurde; die zweite Funkenstrecke 22 (g2) wurde von 0,8 mm bis 1,8 mm in Intervallen von 0,1 mm geän dert. Um den Entladezustand der Zündkerzen zu beobachten, wurde ein Motorsimulierstand verwendet, der einen luftdich ten Sichtbehälter hat, in dem Luft dicht eingeschlossen ist. Es ist festzuhalten, daß bei den Experimenten die Breite "A" der ersten Masseelektrode 16 2,8 mm betrug, die Breite "B" der zweiten Masseelektroden 21 1,4 mm betrug und der Innendruck des luftdichten Behälters 4 kg/cm² betrug, was im wesentlichen der Entladespannung unter den normalen Motorantriebsbedingungen entspricht. Die experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. In Fig. 5 stellen Punk te, die durch einen Kreis (.) angezeigt sind, Bereiche dar, in denen der Funke durch die erste Funkenstrecke 20 erzeugt wurde und die Entladespannung durch die zweiten Masseelek troden bedingt wirksam verringert war. Wie es Fig. 5 ent nommen werden kann, kann, wenn die Differenz (g2 - g1) zwi schen dem Abstand der zweiten Funkenstrecken g2 und dem Ab stand der ersten Funkenstrecke g1 größer als -0,1 mm ist, der Funken in der ersten Funkenstrecke g1 erzeugt werden. Und zwar ist durch den Randeffekt 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 Funken strecke g1 erzeugt. Auch stellen in Fig. 5 die Punkte, die durch ein Dreieck (Δ) angezeigt sind, Bereiche dar, in de nen die Verringerung der Entladespannung durch die zweiten Masseelektroden 21 bedingt kaum erreicht wurde, da die zweiten Funkenstrecken g2 beträchtlich 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 Zündwilligkeit spezifiziert, um dadurch eine Schwankung des Drehmoments des Motors zu begrenzen und die Entladespannung, die durch die zweiten Masseelektroden 21 verursacht wird, zu verringern.

-0,1 mm ≦ g2 - g1 ≦ 0,4 mm.

Wenn die mittlere Elektrode und die erste Masseelektro de mit Stirnseitenelektroden versehen sind, die aus Edelme tall oder einer Edelmetall-Legierung gefertigt sind, ist es allgemein 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 Abbrand 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 Masseelektroden 2,0 mm bzw. die Breite der ersten Mas seelektrode 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 Zündwilligkeit 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 zwei te Funkenstrecke bei der Temperatur von -15°C in den vor stehend genannten Experimente war, kann angesehen werden, 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 Masseelektrode 16 vorgesehen. Dennoch konnten die gleichen Wirkungen wie beim ersten Ausführungsbeispiel als Ergebnis der Experimente er halten werden, die auf die gleiche Weise wie im ersten Aus führungsbeispiel ausgeführt wurden.

Im allgemeinen ist für eine Zündkerze, bei der die Stirnseite der mittleren Elektrode und die Stirnseite der Masseelektrode 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 Abbrand 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 Masseelektrode 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 Masseelektroden in Verbindung mit der ersten Mas seelektrode 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 Masseelektrode definiert ist, einfach erzeugt werden. Dar über hinaus kann entsprechend der vorliegenden Erfindung, da die Breite der ersten Masseelektrode und die Breite der zweiten Masseelektroden so bestimmt ist, daß diese eine spezifische Beziehung gemäß Vorbeschreibung haben, die In tensität des elektrischen Feldes, wenn zweite Masseelektro den verwendet werden, deren Breite kleiner als die der her kömmlichen zweiten Masseelektrode sind, durch den Randef fekt der zweiten Masseelektroden bedingt weiter erhöht wer den.

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 Masseelektrode, 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 Masseelektro de, deren Breite "B" ist und die der Seitenfläche der mitt leren Elektrode gegenüberliegt, g2 ist, der Beziehung, die durch 0,5 ≦ ΣBn/A ≦ 1,5 definiert ist, genügt wird, wobei "n" die Anzahl der zweiten Masseelektroden darstellt, um die Entladespannung der Zündkerze zu verringern und einen hohen Wärmewiderstand aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise ge nügt die Zündkerze der Beziehung, die durch 0,1 mm ≦ g2-g1 ≦ 0,4 mm definiert ist, um die Zündwilligkeit der Zünd kerze zu verbessern.

Claims

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,
eine 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 Masseelektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirnseite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) defi niert, und
zumindest eine zweite Masseelektrode (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) definiert,
dadurch gekennzeichnet, daß
unter der Annahme, daß die Breite der ersten Masseelek trode (16) "A" ist, die Breite der zweiten Masseelektrode (21) "B" ist, der Abstand der ersten Funkenstrecke (20) g1 ist bzw. der Abstand der zweiten Funkenstrecke (22) g2 ist, die folgende Beziehung hergestellt ist:
0,5 ≦ ΣBn/A ≦ 1,5 ("n" stellt die Anzahl der zweiten Masseelektroden (21) dar)
wobei -0,1 mm ≦ g2 - g1 ≦ 0,4 mm ist,
um eine niedrige Entladespannung, eine hohe Zündwillig keit und einen hohen Wärmewiderstand zu erhalten.

2. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An spruch 1, wobei zumindest die erste Masseelektrode (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 Masseelektrode (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 oder 2, 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 einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Beziehung erfüllt:
g2 ≧ 0,9 mm.

7. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Beziehung erfüllt:
g2 ≧ 1,1 mm.

8. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Masseelektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Metall 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.

9. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Masseelektrode (16) mit einer Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Metall 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.

10. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die auf weist:
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 Masseelektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirnseite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) defi niert, und
zumindest eine zweite Masseelektrode (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) definiert,
dadurch gekennzeichnet, daß
unter der Annahme, daß die Breite der ersten Masseelek trode (16) "A" ist und die Breite der zweiten Masseelektro de (21) "B" ist, der folgenden Beziehung genügt wird:
0,5 ≦ ΣBn/A ≦ 1,5 ("n" stellt die Anzahl der zweiten Masseelektroden (21) dar)
und wobei die erste Funkenstrecke (20) und die zweite Funkenstrecke (22) so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der ersten Funkenstrecke (20) erzeugt werden kann.