DE4429272A1 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor.

Herkömmlicherweise wurde in einer Zündkerze, die für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, besonders für eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine, die benötigte Spannung zur Erzeugung eines Funkens in einem Spalt zwischen einer Mittelelektrode und einer der Mittelelektrode gegenüberliegenden Erdungselektrode (im nachfolgenden als Bedarfsspannung bezeichnet) aufgrund des jüngsten Trends zu einem niedrigeren Treibstoffverbrauch extrem hoch. Deshalb wird in Zündsystemen manchmal ein Bruch der Isolierung hervorgerufen. Es kam der Wunsch auf, eine Technik zum Erzeugen eines Funkens zu entwickeln, die eine niedrige Bedarfsspannung benötigt.

Erfindungen zum Erreichen der vorstehend genannten Technik sind in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-15739 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 51-66946 offenbart.

In der Zündkerze gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-15739 sind ein erster Zündspalt zwischen einer ersten Erdungselektrode, die einer Endseite einer Mittelelektrode gegenüberliegt, und der Mittelelektrode, und ein zweiter Zündspalt zwischen einer zweiten Erdungselektrode, die ungefähr in einem rechten Winkel zur ersten Erdungselektrode um die Mittelelektrode herum angeordnet ist, und der Außenumfangsoberfläche der Mittelelektrode herum ausgebildet. Jedoch hat die Zündkerze der vorstehend genannten Erfindung, wenn sie für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, ein Problem, daß sich der Zündspalt aufgrund eines großen Abbrands der Mittelelektrode vergrößert und so die erforderliche Spannung steigt.

Andererseits ist die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 51-66946 offenbarte Zündkerze, in der ein Zündspalt zwischen einer Mittelelektrode und einer der Mittelelektrode gegenüberliegenden Erdungselektrode ausgebildet ist, mit einer Nut ausgestattet, die sich zum Ende der Mittelelektrode in einer Axialrichtung der Mittelelektrode auf der Seitenfläche der Mittelelektrode erstreckt und dabei den Zündspalt ausbildet. Jedoch hat auch diese Zündkerze ein Problem, daß sich der Zündspalt durch einen großen Abbrand der Mittelelektrode vergrößert, wenn sie für einen Verbrennungsmotor verwendet wird und, somit die erforderliche Spannung steigt.

In Anbetracht der vorstehend genannten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze zu schaffen, die die erforderliche Spannung niedrig halten kann, sogar wenn sie für einen Verbrennungsmotor verwendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eine Mittelelektrode mit einer Außenumfangsoberfläche und einer Endseite auf, eine Erdungselektrode mit einem der Außenumfangsoberfläche gegenüberliegenden Entladungsabschnitt, um einen Zündspalt dazwischen auszubilden, und eine aus einem Material mit einer höheren Abbrandbeständigkeit als die Mittelelektrode zusammengesetzte Endelektrode, die im wesentlichen eine identische Querschnittsgestalt wie die Endfläche hat und die auf der Endfläche angeordnet ist, um mit dem Entladungsabschnitt einen Zündspalt auszubilden, wobei eine axiale Länge des Entladungsabschnittes der Erdungselektrode an der Stelle, an der Zündentladung auftritt, wesentlich größer als eine axiale Länge der Endelektrode an der Stelle, an der Zündentladung auftritt, ist. Wenn die Zündkerze in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, wird während dem Anfangsbetrieb eine Zündentladung hauptsächlich zwischen der Umfangsoberfläche der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt der Erdungselektrode erzeugt. Wenn die Mittelelektrode abgebrannt ist, wird die Zündentladung nachfolgend hauptsächlich zwischen der Endelektrode und dem Entladungsabschnitt der Erdungselektrode erzeugt. Deshalb wird die Häufigkeit der Zündentladung mit der Mittelelektrode gesenkt und eine niedrige Bedarfsspannung bleibt erhalten. Es ist vorzuziehen, daß eine zweite Erdungselektrode mit einem zweiten Entladungsabschnitt, gegenüberliegend zu einer Endfläche der Endelektrode vorgesehen ist, um einen zweiten Zündspalt dazwischen auszubilden.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche und Zeichnungen erläutert.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 zeigt eine Teil-Querschnitt-Ansicht, die ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel darstellt.

Fig. 2A und 2B sind vergrößerte Ansichten des Abschnitts II aus Fig. 1; Fig. 2A ist eine Unteransicht und Fig. 2B ist eine Seitenansicht.

Fig. 3 zeigt einen Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels für einen Verbrennungsmotor, der 50 000 km laufen soll.

Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Dicke der Endelektrode 4 und der Bedarfsspannung nachdem der Motor, in dem das erste Ausführungsbeispiel eingebaut ist, 50 000 km gelaufen ist.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der erforderlichen Spannung als Funktion der Dicke des Entladungsabschnitts 3a der Erdungselektrode 3 für das erste Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsbeispiels.

Fig. 7A und 7B zeigen ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel; Fig. 7A ist eine Unteransicht und Fig. 7B ist eine Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und die Fig. 2A und 2B zeigen den vergrößerten Abschnitt II aus Fig. 1.

Die Zündkerze 1 hat eine Mittelelektrode 2, die aus einer Nickelgruppen-hitzebeständigen-Legierung wie beispielsweise INCONEL 600 zusammengesetzt ist und eine Erdungselektrode 3, die mit einem der Außenumfangsoberfläche 2b der Mittelelektrode 2 gegenüberliegenden Entladungsabschnitt 3a versehen ist. Eine Endelektrode 4, die aus einer Platinlegierung zusammengesetzt ist, beispielsweise pt- 20wt%Ir, oder einem anderen Edelmetall oder einer Edelmetallegierung zusammengesetzt ist und die in Gestalt einer Platte ausgebildet ist, die die identische Größe wie der Endabschnitt der Mittelelektrode 2 hat, ist mit der Mittelelektrode durch Löten verbunden. Ein Zündspalt 5 von annähernd 1,1 mm entspricht dem Abstand zwischen dem Entladungsabschnitt 3a der Erdungselektrode 3 und der Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 2. Der Zündspalt 5 ist zwischen der Erdungselektrode 3 und der Mittelelektrode 2 ausgebildet. Die Zündkerze 1 wird so hergestellt, daß die Dicke der Endelektrode im Bereich von 0,1 mm bis 1,2 mm liegt und die Dicke des Entladungsabschnittes 3a der Erdungselektrode 3 im Bereich von 0,4 mm bis 1,6 mm liegt. Die wie vorstehend beschrieben vorbereitete Zündkerze wurde in einem Fahrzeugmotor verwendet und die benötigte Spannung wurde gemessen, nachdem der Motor 50 000 km gelaufen war. Das Ergebnis ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt.

Die nachstehende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5.

Die Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Dicke der Endelektrode 4 und der Bedarfsspannung nach 50 000 km Motorlaufleistung. Da die benötigte Spannung in Abhängigkeit der Betriebsbedingung variiert, wurde der Betrieb auf eine Motordrehzahl von 1000 U/min bei Vollast festgesetzt und unter tausend Entladungen wurde der Maximalwert als der benötigte Spannungswert genommen.

In Fig. 4 zeigt "A" den Fall, in dem die Dicke des Entladungsabschnittes der Erdungselektrode 1,4 mm beträgt. Da die benötigte Spannung im Stand der Technik 30 bis 31 kV beträgt, sollte die Dicke der Endelektrode nicht geringer als 0,2 mm und nicht größer als 1,0 mm sein.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die eine von der Dicke des Entladungsabschnittes 3a der Erdungselektrode 3 benötigte Spannung als Parameter der Dicke der Endelektrode 4 der Mittelelektrode 2 zeigt. In der Fig. 5 entsprechen "B", "C" und "D" den folgenden Fällen der Dicke der Endelektrode 4 jeweils 0,3 mm, 0,5 mm und 0,7 mm. Aus Fig. 5 ist es vorzuziehen, daß die Dicke des Entladungsabschnittes 3a nicht geringer als 0,5 mm, 0,7 mm und 0,9 mm sein sollte, die jeweils B, C und D entspricht. Das soll heißen, das es vorzuziehen ist, daß die Dicke des Entladungsabschnittes 3a um mindestens 0,2 mm größer sein sollte als die Dicke der Endelektrode 4.

Wenn die vorstehend genannte Zündkerze in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, wird eine Zündentladung zum Zünden zwischen der Mittelelektrode 2 und der Erdungselektrode 3 erzeugt. Da die Abbrandbeständigkeit der Endelektrode 4 größer ist als die der Mittelelektrode 2, werden diese Elektroden 2 und 4 so abgebrannt, daß der Durchmesser der Endelektrode 4 größer wird als der der Mittelelektrode 2, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Konstruktion erlaubt es, daß die Intensität des elektrischen Felds gestärkt wird und eine niedrige Bedarfsspannung erhalten bleibt.

Obwohl das axiale Ende der Endelektrode 4 in diesem Ausführungsbeispiel an der Endfläche der Mittelelektrode 2 befestigt ist, ist es auch möglich, daß das axiale Ende der Endelektrode 4 über die Endfläche der Erdungselektrode 3 hinausragt, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zum Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels eine andere (dritte) Erdungselektrode 3′ so angeordnet, daß sie der oberen Endfläche 4a gegenüberliegt. Der Zündspalt 5a ist zwischen der Erdungselektrode 3′, die der oberen Endfläche 4a der Endelektrode 4 gegenüberliegt, und der oberen Endfläche 4a ausgebildet. Der Abstand des Zündspaltes 5a beträgt annähernd 1,1 mm, was identisch zum Abstand des Zündspaltes 5 zwischen der Außenumfangsoberfläche der Mittelelektrode 2 und dem Entladungsabschnitt 3a der Erdungselektrode 3 ist.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Abbrand der Elektrode stärker unterdrückt, da zusätzlich zu den ersten und zweiten Erdungselektroden 3, die sich gegenüberliegen, die dritte Erdungselektrode 3′ vorgesehen ist. Da die Elektroden 2 und 4 auch so abgebrannt werden, daß der Durchmesser der Endelektrode 4 größer als der der Mittelelektrode 2 ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird die niedrige Bedarfsspannung zusätzlich aufrechterhalten.

Außerdem wird die Menge des Abbrands stärker unterdrückt, indem zusätzlich zum Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels und dem des zweiten Ausführungsbeispiels das Bauteil, das auf dem Entladungsabschnitt 3a vorgesehen ist, aus einem wärmeverschleißbeständigen Material (beispielsweise Pt, Pt- Legierung oder einem anderen Material) zusammengesetzt ist, das besser als die Erdungselektrode 3 ist. Deshalb sind die Zündspalte 5 und 5a viel stabiler und die niedrige Bedarfsspannung wird auch aufrechterhalten.

Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit einem als am praktikabelsten und bevorzugtesten erscheinenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Zündkerze 1 für einen Verbrennungsmotor eine Mittelelektrode 2 und eine Erdungselektrode 3 auf, um einen Zündspalt 5 mit der Mittelelektrode 2 auszubilden, und eine Endelektrode 4, die aus einem Material zusammengesetzt ist, das im Vergleich zur Mittelelektrode 2 eine höhere Abbrandbeständigkeit hat, und die auf einer Endfläche der Mittelelektrode 2 angeordnet ist, um einen Zündspalt 5 mit der Erdungselektrode 3 auszubilden. Eine axiale Länge des Entladungsabschnittes (3a) der Erdungselektrode (3), bei der die Zündentladung auftritt, ist wesentlich größer als eine axiale Länge der Endelektrode 4, bei der Zündentladung auftritt. Wenn die Zündkerze in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, wird während dem Anfangsbetrieb eine Zündentladung hauptsächlich zwischen der Umfangsoberfläche 2b der Mittelelektrode 2 und der Erdungselektrode 3 erzeugt. Nachfolgend, wenn die Mittelelektrode 2 abgebrannt ist, wird die Zündentladung hauptsächlich zwischen der Endelektrode 4 und der Erdungselektrode 3 erzeugt. Deshalb wird die Häufigkeit der Zündentladung bei der Mittelelektrode 2 gesenkt und eine niedrige Bedarfsspannung aufrechterhalten.

Claims (13)

1. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor mit folgenden Bauteilen:

• - einer Mittelelektrode (2) mit einer Außenumfangsfläche (2b) und einer Endfläche (2a),
• - einer Erdungselektrode (3) mit einem Entladungsabschnitt (3a), der der Außenumfangsoberfläche (2b) gegenüberliegt, um einen Zündspalt (5) dazwischen auszubilden,
• - eine Endelektrode (4), die aus einem Material mit einer höheren Abbrandbeständigkeit im Vergleich zur Mittelelektrode (2) zusammengesetzt ist, die eine im wesentlichen identische Querschnittsgestalt wie die der Endfläche (2a) hat und die auf der Endfläche (2a) angeordnet ist, um mit dem Entladungsabschnitt (3a) einen Zündspalt (5) zu gestalten,

dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Länge des Entladungsabschnittes (3a) der Erdungselektrode (3), an der die Zündentladung auftritt, wesentlich größer ist als eine axiale Länge der Endelektrode (4), an der die Zündentladung auftritt.

2. Zündkerze (1) nach Anspruch 1, die desweiteren einen Verbindungsabschnitt zwischen der Mittelelektrode (2) und der Endelektrode (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsabschnitt (3a) der Außenumfangsoberfläche (2b) gegenübersteht und dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegt.

3. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Außenumfangsoberfläche gegenüberliegende Entladungsabschnitt (3a) nur der Mittelelektrode (2) gegenüberliegt.

4. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsgestalt kreisförmig ist.

5. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Endelektrode (4) im Bereich von annähernd 0,2 mm bis annähernd 1,0 mm liegt, und daß die axiale Länge des Entladungsabschnittes (3a) der Erdungselektrode (3) mindestens um 0,2 mm größer als die axiale Länge der Endelektrode (4) ist.

6. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektrode (4) aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung zusammengesetzt ist.

7. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die folgende Bauteile aufweist:

• - eine Mittelelektrode (2) mit einer Außenumfangsoberfläche (2b) und einer Endfläche (2a),
• - eine erste Erdungselektrode (3) mit einem ersten Entladungsabschnitt (3a), der einer Außenumfangsoberfläche (2b) der Mittelelektrode (2) gegenüberliegt, damit ein erster Zündspalt (5) dazwischen ausgebildet wird,
• - eine Endelektrode (4) mit einer Endfläche, die aus einem Material zusammengesetzt ist, das im Vergleich zur Mittelelektrode (2) eine höhere Abbrandbeständigkeit hat, und die eine im wesentlichen identische Querschnittsgestalt wie die Endfläche (2a) der Mittelelektrode (2) hat, und die auf der Endfläche (2a) angeordnet ist, um einen Zündspalt (5) mit dem ersten Entladungsabschnitt (3a) auszubilden, und
• - eine zweite Erdungselektrode (3′) mit einem zweiten der Endfläche (4a) der Endelektrode (4) gegenüberliegenden Entladungsabschnitt, um einen zweiten Zündspalt (5a) dazwischen auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Länge des Entladungsabschnittes (3a) der Erdungselektrode (3), an der eine Zündentladung auftritt, wesentlich größer als eine axiale Länge der Endelektrode (4) ist, an der eine Zündentladung auftritt.

8. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 7, die desweiteren einen Verbindungsabschnitt zwischen der Mittelelektrode (2) und der Endelektrode (4) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der der Außenumfangsoberfläche (2a) gegenüberliegende Entladungsabschnitt (3a) dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegt.

9. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsgestalt kreisförmig ist.

10. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Endelektrode (4) im Bereich von annähernd 0,2 mm bis annähernd 1,0 mm liegt, und die axiale Länge des Entladungsabschnittes (3a) der Erdungselektrode (3) mindestens um 0,2 mm größer ist als die axiale Länge der Endelektrode (4).

11. Zündkerze (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektrode (4) aus einem Edelmetall oder aus einer Edelmetallegierung zusammengesetzt ist.

12. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die folgende Bauteile aufweist:

• - eine Mittelelektrode (2) mit einer Außenumfangsoberfläche (2b) und einer Endfläche (2a),
• - eine Erdungselektrode (3) mit einem Entladungsabschnitt (3a), der der Außenumfangsoberfläche (2b) der Mittelelektrode (2) gegenüberliegt, damit ein erster Zündspalt (5) dazwischen ausgebildet wird,
• - eine Endelektrode (4), die aus einem Material zusammengesetzt ist, das im Vergleich zur Mittelelektrode (2) eine höhere Abbrandbeständigkeit hat, und die eine im wesentlichen identische Querschnittsgestalt wie die Endfläche (2a) der Mittelelektrode (2) hat, und die auf der Endfläche (2a) angeordnet ist, um einen Zündspalt (5) mit dem Entladungsabschnitt (3a) auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Länge des Entladungsabschnittes (3a) der Erdungselektrode (3), an der eine Zündentladung auftritt, wesentlich größer als eine axiale Länge der Endelektrode (4) ist, an der eine Zündentladung auftritt, wodurch während dem Anfangsbetrieb eine Zündentladung hauptsächlich zwischen der Umfangsoberfläche (2b) der Mittelelektrode (2) und dem Entladungsabschnitt (3a) der Erdungselektrode (3) erzeugt wird und nachfolgend hauptsächlich zwischen der Endelektrode (4) und dem Entladungsabschnitt (3a) der Erdungselektrode (3) erzeugt wird.