DE19610087C2 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Zündkerze für einen VerbrennungsmotorInfo
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- DE19610087C2 DE19610087C2 DE19610087A DE19610087A DE19610087C2 DE 19610087 C2 DE19610087 C2 DE 19610087C2 DE 19610087 A DE19610087 A DE 19610087A DE 19610087 A DE19610087 A DE 19610087A DE 19610087 C2 DE19610087 C2 DE 19610087C2
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- H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
- H01T13/467—Sparking plugs having two or more spark gaps in parallel connection
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- Spark Plugs (AREA)
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.
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.
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.
0,1 mm ≦ g2 - g1 ≦ 0,4 mm.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel genügt die
zweite Funkenstrecke der folgenden Beziehung:
g2 ≧ 0,9 mm.
g2 ≧ 0,9 mm.
Stärker vorzuziehen ist es, daß die zweite Funken
strecke der folgenden Beziehung genügt:
g2 ≧ 1,1 mm.
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.
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 (10)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DENSO CORP., KARIYA, AICHI, JP |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right |