DE112019002577T5

DE112019002577T5 - Zündkerze

Info

Publication number: DE112019002577T5
Application number: DE112019002577.5T
Authority: DE
Inventors: Koichiro Saito
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2021-04-22
Also published as: JP2019204675A; US20200412104A1; CN111837303A; JP6678199B2; WO2019225054A1

Abstract

Es wird eine Zündkerze vorgeschlagen, bei der die Wärmeübertragung von einem Isolator auf ein Metallgehäuse gewährleistet ist und bei der ein Wärmeübertragungselement leicht am Isolator befestigt werden kann. Die Zündkerze umfasst: einen rohrförmigen Isolator, der sich in Richtung einer Axiallinie von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite erstreckt; und ein rohrförmiges Metallgehäuse, das an einem äußeren Umfang des Isolators befestigt ist, wobei das rohrförmige Metallgehäuse ein Außengewinde aufweist, das auf einem Teil seiner äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist. Der Isolator hat eine in einem Bereich seines Außenumfangs ausgebildete Nut, wobei der Bereich das Außengewinde des Metallgehäuses in Richtung der Axiallinie überlappt. Mindestens ein Teil eines Wärmeübertragungselements ist in der Nut angeordnet. In einem Querschnitt, der durch die Axiallinie verläuft und sich entlang der Axiallinie erstreckt, nimmt die Tiefe der Nut zu mindestens einem von einem vorderen Öffnungsende der Nut und einem hinteren Öffnungsende davon hin ab.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen und insbesondere eine Zündkerze, bei der ein Wärmeübertragungselement am äußeren Umfang eines Isolators befestigt ist.
STAND DER TECHNIK
Eine bekannte Zündkerze umfasst ein röhrenförmiges Metallgehäuse mit einem Außengewinde zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor und einen von der Metallgehäuse gehaltenen Isolator. PTL 1 zeigt eine Zündkerze mit einer Metallhülse (Wärmeübertragungselement), die an die äußere Umfangsfläche eines Isolators gelötet ist. Bei der Zündkerze in PTL 1 überträgt sich ein Teil der Wärme des durch das Verbrennungsgas erwärmten Isolators durch Wärmeleitung auf die Hülse und überträgt sich dann von der Hülse auf das Metallgehäuse.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR
PTL 1: US 2011/0227472
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die obige konventionelle Technik erfordert jedoch die Steuerung verschiedener Parameter, wie z.B. die Benetzbarkeit und Reaktivität zwischen dem Isolator und dem Hartlotmaterial, das zur Verbindung der Hülse (Wärmeübertragungselement) mit dem Isolator verwendet wird, sowie die im Isolator aufgrund des unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Hülse und dem Isolator erzeugte Spannung, und die Steuerung der Parameter ist kompliziert.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehende Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe, eine Zündkerze bereitzustellen, bei der die Wärmeübertragung vom Isolator zum Metallgehäuse gewährleistet ist und bei der das Wärmeübertragungselement leicht am Isolator befestigt werden kann.
LÖSUNG
Um dieses Ziel zu erreichen, weist eine Zündkerze der vorliegenden Erfindung einen rohrförmigen Isolator auf, der sich in Richtung einer Axiallinie von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite erstreckt, und ein rohrförmiges Metallgehäuse, das an einem äußeren Umfang des Isolators befestigt ist, wobei das rohrförmige Metallgehäuse ein Außengewinde aufweist, das auf einem Teil seiner äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist. Der Isolator hat eine in einem Bereich des Außenumfangs des Isolators ausgebildete Nut, wobei der Bereich das Außengewinde des Metallgehäuses in Richtung der Axiallinie überlappt und mindestens ein Teil eines Wärmeübertragungselements in der Nut angeordnet ist. In einem Querschnitt, der durch die Axiallinie verläuft und sich entlang der Axiallinie erstreckt, nimmt die Tiefe der Nut zu mindestens einem von einem vorderen Öffnungsende der Nut und einem hinteren Öffnungsende derselben hin ab.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Da bei der Zündkerze nach Anspruch 1 mindestens ein Teil des Wärmeübertragungselements in der an der äußeren Umfangsfläche des Isolators ausgebildeten Nut angeordnet ist, kann das Wärmeübertragungselement leicht am Isolator befestigt werden. Außerdem nimmt die Tiefe der Nut zum vorderen Öffnungsende und/oder zum hinteren Öffnungsende hin ab. Wenn sich daher die axiale Länge des Isolators relativ zum Metallgehäuse aufgrund von Wärme oder der Druck innerhalb einer Brennkammer, z.B. durch Ansaugen oder Ausstoßen von Gas, ändert und die Wandfläche der Nut des Isolators mit dem Wärmeübertragungselement in Kontakt kommt, kann das Wärmeübertragungselement eine radial nach innen gerichtete Reaktionskraft auf den Isolator ausüben. Dadurch können das Wärmeübertragungselement und der Isolator leicht in engen Kontakt miteinander kommen, so dass ein Teil der Wärme des Isolators durch Wärmeleitung leicht auf das Wärmeübertragungselement übertragen werden kann und dann vom Wärmeübertragungselement auf das Metallgehäuse übergehen kann. Daher kann die Wärmeübertragung vom Isolator auf das Metallgehäuse gewährleistet werden.
Bei der Zündkerze nach Anspruch 2 ist eine nach vorn weisende Fläche der Nut des Isolators so geneigt, dass sich die Position der nach vorn weisenden Fläche zur hinteren Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende der Nut nähert, oder eine nach hinten weisende Fläche der Nut des Isolators ist so geneigt, dass sich die Position der nach hinten weisenden Fläche zur vorderen Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende der Nut nähert. Infolgedessen kann die Spannung, die an einer Ecke der Nut erzeugt wird, wenn eine Biegebelastung auf den Isolator ausgeübt wird, entspannt werden. Daher kann zusätzlich zu dem Effekt, der durch die Konfiguration nach Anspruch 1 erreicht wird, ein Bruch des Isolators ausgehend von der Nut verhindert werden.
Da bei der Zündkerze nach Anspruch 3 eine hintere Endfläche des Wärmeübertragungselements entlang der nach vorn weisenden Fläche geneigt ist oder eine vordere Endfläche des Wärmeübertragungselements entlang der nach hinten weisenden Fläche geneigt ist, kann die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeübertragungselement und der nach vorn weisenden Fläche oder der nach hinten weisenden Fläche der Nut vergrößert werden. Daher kann zusätzlich zu dem Effekt, der durch die Konfiguration nach Anspruch 2 erreicht wird, die Wärme des Isolators durch Wärmeleitung leichter auf das Wärmeübertragungselement übertragen werden.
Da bei der Zündkerze nach Anspruch 4 das Wärmeübertragungselement in Kontakt mit einem Teil einer inneren Umfangsfläche des Metallgehäuses steht, kann zusätzlich zu dem Effekt, der durch die Konfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 3 erreicht wird, die Wärme des Wärmeübertragungselements durch Wärmeleitung auf das Metallgehäuse übertragen werden.
Bei der Zündkerze nach Anspruch 5 kann, da das Wärmeübertragungselement eine Ringform mit einem Ausschnitt hat, zusätzlich zu dem Effekt, der durch die Konfiguration nach einem der Ansprüche 1 bis 4 erreicht wird, die Kontaktfläche zwischen dem Metallgehäuse und dem Wärmeübertragungselement vergrößert werden, indem das Wärmeübertragungselement in radialer Richtung des Rings elastisch verformt wird, so dass die Wärme des Wärmeübertragungselements durch Wärmeleitung leicht auf das Metallgehäuse übertragen werden kann.
Da bei der Zündkerze nach Anspruch 6 eine Länge des Wärmeübertragungselements in Richtung der Axiallinie länger ist als eine Länge des Wärmeübertragungselements in einer zur Axiallinie senkrechten Richtung, kann die Tiefe der Nut, in die das Wärmeübertragungselement eingepasst wird, verringert werden. Daher kann zusätzlich zu den Wirkungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 die mechanische Festigkeit des genuteten Abschnitts des Isolators gewährleistet werden.
Figurenliste

1 zeigt eine Halbschnittansicht einer Zündkerze in einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragungselements.
3 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der in 1 mit III gekennzeichnet ist.
4 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zündkerze in einer zweiten Ausführungsform.
5 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zündkerze in einer dritten Ausführungsform.
6 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zündkerze in einer vierten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Halbschnitt einer Zündkerze 10 in einer ersten Ausführungsform, die auf einer Seite einer Axiallinie O geschnitten ist. In 1 wird die untere Seite auf dem Zeichnungsblatt als vordere Endseite der Zündkerze 10 und die obere Seite auf dem Zeichnungsblatt als hinteres Ende der Zündkerze 10 bezeichnet (das gleiche gilt für andere Figuren). Wie in 1 dargestellt, enthält die Zündkerze 10 einen Isolator 11 und ein Metallgehäuse 40.
Der Isolator 11 ist ein annähernd zylindrisches Element, das z.B. aus Aluminiumoxid mit ausgezeichneten isolierenden und mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen gebildet ist. Der Isolator 11 hat ein Axialloch 12, das entlang der Axiallinie O durch ihn hindurchgeht. In einem vorderen Endabschnitt des Axiallochs 12 ist ein Abschnitt 13 mit verringertem Durchmesser gebildet, dessen Durchmesser zur vorderen Endseite hin verringert ist. Der Isolator 11 hat einen vorderen Endabschnitt 14, einen vorstehenden Abschnitt 15 und einen hinteren Endabschnitt 16, die nacheinander entlang der Axiallinie O in dieser Reihenfolge von der vorderen Endseite aus angeordnet sind. Der hervorstehende Abschnitt 15 hat einen Abschnitt mit maximalem Außendurchmesser des Isolators 11.
Der vordere Endabschnitt 14, der sich neben und vor dem hervorstehenden Abschnitt 15 befindet, ist ein Abschnitt des Isolators 11, der innerhalb eines Rumpfabschnitts 41 (später beschrieben) des Metallgehäuses 40 angeordnet ist. Der vordere Endabschnitt 14 hat einen ersten Abschnitt 17, einen zweiten Abschnitt 18 und einen dritten Abschnitt 19, die von der vorderen Endseite zur hinteren Endseite hin so angeordnet sind, dass sie zueinander benachbart sind. Der erste Abschnitt 17 ist ein zylindrischer Abschnitt, dessen Außendurchmesser über die gesamte Länge des ersten Abschnitts 17 in Richtung der Axiallinie O im Wesentlichen konstant ist. Der zweite Abschnitt 18 ist ein kegelstumpfförmiger Abschnitt, dessen Außendurchmesser zur hinteren Endseite hin zunimmt. Der dritte Abschnitt 19 ist ein zylindrischer Abschnitt, dessen Außendurchmesser über die gesamte Länge des dritten Abschnitts 19 in Richtung der Axiallinie O im Wesentlichen konstant ist. Der Außendurchmesser des dritten Abschnitts 19 ist größer als der Außendurchmesser des ersten Abschnitts 17. Im dritten Abschnitt 19 ist eine radial nach innen vertiefte Nut 20 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Nut 20 über den gesamten Umfang des dritten Abschnitts 19 ausgebildet. Ein Wärmeübertragungselement 30 wird in die Nut 20 eingepasst.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragungselements 30. Das Wärmeübertragungselement 30 ist ein zylindrisches Element mit einer äußeren Umfangsfläche 31 und einer inneren Umfangsfläche 32 und ist aus einem Metallmaterial (einschließlich rostfreiem Stahl) mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit hergestellt. Das Wärmeübertragungselement 30 hat einen Schlitz 35, der durch teilweises Schneiden des ringförmigen Wärmeübertragungselements 30 gebildet wird und sich gerade entlang der Axiallinie O erstreckt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die axiale Länge der äußeren Umfangsfläche 31 des Wärmeübertragungselements 30 länger als die axiale Länge der inneren Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30. Eine hintere Endfläche 33, die die äußere Umfangsfläche 31 mit der inneren Umfangsfläche 32 verbindet, ist so geneigt, dass sich ihre Position zur vorderen Endseite (die untere Seite in 2) hin ändert, wenn sie sich zur radial inneren Seite erstreckt. Eine vordere Endfläche 34, die die äußere Umfangsfläche 31 mit der inneren Umfangsfläche 32 verbindet, ist so geneigt, dass sich ihre Position zur hinteren Endseite (die Oberseite in 2) hin ändert, wenn sie sich zur radial inneren Seite hin erstreckt.
Mit Rückbezug zur 1 wird die Beschreibung fortgesetzt. Eine Mittelelektrode 36 ist eine stabförmige Elektrode, die in die vordere Endseite des Axiallochs 12 eingeführt und durch den Isolator 11 so gehalten wird, dass sie sich entlang der Axiallinie O erstreckt. Die Mittelelektrode 36 ist mit dem Abschnitt 13 mit verringertem Durchmesser des Isolators 11 in Eingriff, und das vordere Ende der Mittelelektrode 36 ragt aus dem Isolator 11 heraus. Die Mittelelektrode 36 ist so konfiguriert, dass ein Kern mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit in ein Elektrodengrundmetall eingebettet ist. Die Elektrodengrundmetall ist aus einem Metallmaterial, das aus Ni oder einer Legierung, deren Hauptbestandteil Ni ist, hergestellt ist, und der Kern ist aus Kupfer oder einer Legierung, deren Hauptbestandteil Kupfer ist. Der Kern kann weggelassen werden.
Ein Metallanschluss 37 ist ein stabförmiges Element, an das ein Hochspannungskabel (nicht abgebildet) anzuschließen ist, und das aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial (z.B. kohlenstoffarmer Stahl) gebildet ist. Der Metallanschluss 37 ist elektrisch mit der Mittelelektrode 36 innerhalb des Axiallochs 12 verbunden.
Das Metallgehäuse 40 ist ein annähernd zylindrisches Element, das aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial (z.B. kohlenstoffarmer Stahl) gebildet ist. Das Metallgehäuse 40 hat den Rumpfabschnitt 41, der den vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 umgibt, einen Sitzabschnitt 42, der sich auf der hinteren Endseite des Rumpfabschnitts 41 befindet und mit dem Rumpfabschnitt 41 verbunden ist, und einen hinteren Endabschnitt 43, der sich auf der gegenüber dem Rumpfabschnitt 41 liegenden Seite des Sitzabschnitts 42 befindet und mit dem Sitzabschnitt 42 verbunden ist. Der hintere Endabschnitt 43 hat einen dünnwandigen Abschnitt 44 mit einer geringeren Wandstärke als der Sitzabschnitt 42 und einen Werkzeugeingriffsabschnitt 45, der von dem dünnwandigen Abschnitt 44 radial nach außen vorsteht.
Der Rumpfabschnitt 41 hat ein Außengewinde 46, das an seiner äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist. Das Außengewinde 46 wird in ein Schraubenloch eines Verbrennungsmotors eingeschraubt (nicht abgebildet). Das Außengewinde 46 greift in das Schraubenloch des Verbrennungsmotors (nicht abgebildet) ein, um das Metallgehäuse 40 am Verbrennungsmotor zu befestigen.
In einem Schnitt, der durch Schneiden des Rumpfabschnitts 41 entlang einer Ebene senkrecht zur Axiallinie O erhalten wird, hat die innere Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41 eine kreisförmige Form mit einem Mittelpunkt, der mit der Axiallinie O zusammenfällt. Der Innendurchmesser des Rumpfabschnitts 41 ist so eingestellt, dass er über die gesamte axiale Länge des Rumpfabschnitts 41 konstant ist. Der Außendurchmesser des Wärmeübertragungselements 30 (siehe 2), wenn bei Raumtemperatur (15 bis 25°C) keine Last darauf ausgeübt wird, ist im Wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser des Rumpfabschnitts 41.
Der Schraubenabschnitt 42 ist ein Abschnitt zur Begrenzung der Einschraubtiefe des Außengewindes 46 in den Verbrennungsmotor und zum Schließen des Spalts zwischen dem Außengewinde 46 und dem Schraubenloch. Der dünnwandige Abschnitt 44 ist ein Abschnitt, der plastisch verformt und gecrimpt wird, wenn das Metallgehäuse 40 am Isolator 11 befestigt wird. Der Werkzeugeingriffsabschnitt 45 ist ein Abschnitt für den Eingriff mit einem Werkzeug wie z.B. einem Schraubenschlüssel, wenn das Außengewinde 46 in das Schraubenloch des Verbrennungsmotors eingeschraubt wird.
Eine Masseelektrode 48 ist ein stabförmiges Metallteil (z.B. aus einer Nickelbasierten Legierung), das mit dem Rumpfabschnitt 41 des Metallgehäuses 40 verbunden ist. Zwischen der Masseelektrode 48 und der Mittelelektrode 36 ist eine Funkenstrecke gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Masseelektrode 48 gebogen. Ein Dichtungselement 49 aus eingefülltem Talkum udgl. ist radial innerhalb des dünnwandigen Abschnitts 44 und des Werkzeugeingriffsabschnitts 45 des Metallgehäuses 40 und hinter dem hervorstehenden Abschnitt 15 des Isolators 11 angeordnet. Das Dichtungselement 49 sorgt für eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Isolator 11 und dem Metallgehäuse 40.
3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der in 1 mit III gekennzeichnet ist (die Querschnittsansicht einschließlich der Axiallinie O). Im Querschnitt der Zündkerze 10 einschließlich der Axiallinie O liegt ein Nutboden 21 der Nut 20 etwa parallel zur Axiallinie O (siehe 1). Die Tiefe der Nut 20 nimmt vom hinteren Ende des Nutbodens 21 zu einem hinteren Öffnungsende 22 hin allmählich ab und nimmt vom vorderen Ende des Nutbodens 21 zu einem vorderen Öffnungsende 24 hin allmählich ab.
Eine nach vorn weisende Fläche 23 der Nut 20, die zum hinteren Ende des Nutbodens 21 benachbart ist, ist eine konische Fläche, die so geneigt ist, dass sich ihre Position zur hinteren Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende 22 nähert, und eine nach hinten weisende Fläche 25 der Nut 20, die dem vorderen Ende des Nutbodens 21 benachbart ist, ist eine konische Fläche, die so geneigt ist, dass sich ihre Position zur vorderen Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende 24 nähert. Im Querschnitt einschließlich der Axiallinie O ist der Winkel θ1 zwischen dem Nutboden 21 und der nach vorn weisenden Fläche 23 größer als 90° und der Winkel θ2 zwischen dem Nutboden 21 und der nach hinten weisenden Oberfläche 25 ist größer als 90°. Die Winkel θ1 und θ2 sind kleiner als 180°.
Die axiale Länge der inneren Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 ist kürzer als die axiale Länge des Nutbodens 21 der Nut 20. Die hintere Endfläche 33 des Wärmeübertragungselements 30 ist eine konische Fläche, die entlang der nach vorn weisenden Fläche 23 der Nut 20 geneigt ist. Die vordere Endfläche 34 des Wärmeübertragungselements 30 ist eine konische Fläche, die entlang der nach hinten weisenden Fläche 25 der Nut 20 geneigt ist. Wenn daher die hintere Endfläche 33 des Wärmeübertragungselements 30 mit der nach vorn weisenden Fläche 23 der Nut 20 in Kontakt kommt, wird ein Spalt zwischen der vorderen Endfläche 34 des Wärmeübertragungselements 30 und der nach hinten weisenden Fläche 25 der Nut 20 gebildet. In ähnlicher Weise wird, wenn die vordere Endfläche 34 des Wärmeübertragungselements 30 mit der nach hinten weisenden Fläche 25 der Nut 20 in Kontakt kommt, ein Spalt zwischen der hinteren Endfläche 33 des Wärmeübertragungselements 30 und der nach vorn weisenden Fläche 23 der Nut 20 gebildet.
Die maximale axiale Länge L1 des Wärmeübertragungselements 30 (in der vorliegenden Ausführungsform die Länge der äußeren Umfangsfläche 31) ist länger als seine Länge (Dicke) L2 in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie O (siehe 1). In ähnlicher Weise ist die axiale Länge der inneren Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 länger als die Länge L2. In der vorliegenden Ausführungsform ist die äußere Umfangsfläche 31 des Wärmeübertragungselements 30 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41. Zwischen dem dritten Abschnitt 19 des Isolators 11 und der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41 ist ein Spalt vorhanden.
Die Zündkerze 10 wird z.B. durch das folgende Verfahren hergestellt. Zuerst wird die Mittelelektrode 36 in das Axialloch 12 des Isolators 11 eingeführt und so angeordnet, dass das vordere Ende der Mittelelektrode 36 aus dem Isolator 11 herausragt. Als nächstes wird der Metallanschluss 37 am hinteren Ende des Isolators 11 befestigt, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Metallanschluss 37 und der Mittelelektrode 36 erhalten bleibt. Als nächstes wird der vordere Endabschnitt 14 des Isolators 11 mit seiner vorderen Endseite in das Wärmeübertragungselement 30 eingeführt. Infolgedessen dehnen der zweite Abschnitt 18 und der dritte Abschnitt 19 den Schlitz 35 auf eine größere Breite aus und verformen das Wärmeübertragungselement 30 elastisch. Wenn das Wärmeübertragungselement 30 in die Nut 20 des Isolators 11 eingepasst ist, stellt das Wärmeübertragungselement 30 seine ursprüngliche Form wieder her, und die Breite des Schlitzes 35 nimmt ab.
Als nächstes wird der Isolator 11 in das Metallgehäuse 40 eingesetzt, wobei die Masseelektrode 48 vorher damit verbunden wurde, so dass die äußere Umfangsfläche 31 des Wärmeübertragungselements 30 mit der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41 in Kontakt gebracht wird. Die Reibung zwischen der äußeren Umfangsfläche 31 des Wärmeübertragungselements 30 und der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41, wenn der Isolator 11 in das Metallgehäuse 40 eingesetzt wird, bewirkt, dass das Wärmeübertragungselement 30 mit der nach vorn weisenden Fläche 23 der Nut 20 in Kontakt kommt. Nachdem das hintere Ende des Metallgehäuses 40 gebogen wurde, um das Metallgehäuse 40 am Isolator 11 zu befestigen, wird die Masseelektrode 48 so gebogen, dass sie der Mittelelektrode 36 zugewandt ist, und man erhält dadurch die Zündkerze 10.
Die Zündkerze 10 wird an einem Verbrennungsmotor (nicht abgebildet) befestigt, indem das Außengewinde 46 des Metallgehäuses 40 in ein Schraubenloch des Verbrennungsmotors eingeschraubt wird. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors wird der Isolator 11 erwärmt. Die Wärme des Isolators 11 überträgt sich auf den Rumpfabschnitt 41 des Metallgehäuses 40 durch das in die Nut 20 eingepasste Wärmeübertragungselement 30 und dann vom Außengewinde 46 auf den Verbrennungsmotor.
Das Wärmeübertragungselement 30 ist in die Nut 20 eingepasst und dadurch am Isolator 11 befestigt. Daher ist es im Gegensatz zu dem Fall, in dem ein Wärmeübertragungselement mit dem Isolator 11 unter Verwendung eines Hartlötmaterials verbunden wird, nicht notwendig, verschiedene Parameter wie die Benetzbarkeit und Reaktivität zwischen dem Hartlötmaterial und dem Isolator 11 und die im Isolator 11 erzeugten Spannungen aufgrund des unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Isolator 11 zu kontrollieren. Dementsprechend kann das Wärmeübertragungselement 30 leicht am Isolator 11 befestigt werden, und die Zuverlässigkeit des Isolators 11 mit dem daran befestigten Wärmeübertragungselement 30 kann leicht gewährleistet werden.
Da mindestens ein Teil des Wärmeübertragungselements 30 in der Nut 20 angeordnet ist, wird die axiale Position des Wärmeübertragungselements 30 relativ zum Isolator 11 durch die Nut 20 bestimmt. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Wärmeleistung der Zündkerze 10 z.B. durch Vibrationen des Verbrennungsmotors, an dem die Zündkerze 10 befestigt ist, verändert.
Die Wärmeklasse der Zündkerze 10 wird durch die Position der Nut 20 in Richtung der Axiallinie des Isolators 11, die Größe des Wärmeübertragungselements 30, seine Wärmeleitfähigkeit usw. bestimmt. Es ist daher unnötig, verschiedene Metallgehäuse 40 einschließlich Rumpfabschnitten 41 mit unterschiedlich geformten inneren Umfangsflächen 47 für verschiedene Wärmeklassen vorzubereiten, so dass die Anzahl der vorrätig gehaltenen Metallgehäuse 40 reduziert werden kann.
Wenn das Außengewinde 46 des Metallgehäuses 40 in das Schraubenloch des Verbrennungsmotors eingeschraubt wird, wird das Außengewinde 46 (der Rumpfabschnitt 41) in Richtung der Axiallinie gedehnt, so dass eine axiale Kraft erzeugt wird. Die axiale Position des Wärmeübertragungselements 30 relativ zum Metallgehäuse 40 wird nur durch die Reibung zwischen dem Rumpfabschnitt 41 und dem Wärmeübertragungselement 30 aufrechterhalten, und das Wärmeübertragungselement 30 ist nicht mit dem Rumpfabschnitt 41 integriert. Daher übt das Wärmeübertragungselement 30, selbst wenn der Rumpfabschnitt 41 durch das Einschrauben des Außengewindes 46 in Richtung der Axiallinie gedehnt wird, fast keine axiale Kraft auf den Isolator 11 in Richtung der Axiallinie aus. Dadurch wird ein Brechen des Isolators 11 verhindert, dass sonst beim Einschrauben des Außengewindes 46 auftreten würde.
Die Tiefe der Nut 20 nimmt vom Nutboden 21 zum Öffnungsende 22 hin ab. Wenn sich die axiale Länge des Isolators 11 relativ zum Metallgehäuse 40 aufgrund von Wärme oder der Druck innerhalb einer Brennkammer, z.B. durch Ansaugen oder Ausstoßen von Gas, ändert und die Wandfläche der Nut 20 mit der hinteren Endfläche 33 des Wärmeübertragungselements 30 in Kontakt kommt, kann das Wärmeübertragungselement 30 eine radial nach innen gerichtete Reaktionskraft auf den Isolator 11 ausüben. Dadurch können das Wärmeübertragungselement 30 und der Isolator 11 in Richtung der Axiallinie leicht in engen Kontakt miteinander kommen, so dass ein Teil der Wärme des Isolators 11 durch Wärmeleitung leicht auf das Wärmeübertragungselement 30 übertragen werden kann und dann vom Wärmeübertragungselement 30 auf das Metallgehäuse 40 übertragen werden kann. Somit kann die Wärmeübertragung vom Isolator 11 auf das Metallgehäuse 40 gewährleistet werden. Dadurch kann das Auftreten einer Vorzündung verhindert werden.
In ähnlicher Weise nimmt die Tiefe der Nut 20 vom Nutboden 21 zum Öffnungsende 24 hin ab. Wenn also die Wandfläche der Nut 20 mit der vorderen Endfläche 34 des Wärmeübertragungselements 30 in Kontakt kommt, können das Wärmeübertragungselement 30 und der Isolator 11 leicht in engen Kontakt miteinander kommen. Dadurch kann die Wärme des Isolators 11 durch Wärmeleitung leicht auf das Wärmeübertragungselement 30 übertragen werden.
Da die nach vorn weisende Fläche 23 der Nut 20 so geneigt ist, dass sich ihre Position zur hinteren Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsabschnitt 22 nähert (01 > 90°), können Spannungen, die an einer hinteren Ecke der Nut 20 erzeugt werden, wenn eine Biegebelastung auf den ersten Abschnitt 17 oder den zweiten Abschnitt 18 des Isolators 11 ausgeübt wird, entspannt werden. Daher ist ein Bruch des Isolators 11 ausgehend von der Nut 20 weniger wahrscheinlich.
Da in ähnlicher Weise die nach hinten weisende Fläche 25 der Nut 20 so geneigt ist, dass sich ihre Position zur vorderen Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsabschnitt 24 nähert (θ2 > 90°), kann die Spannung, die an einer vorderen Ecke der Nut 20 erzeugt wird, wenn eine Biegebelastung auf den ersten Abschnitt 17 oder den zweiten Abschnitt 18 des Isolators 11 ausgeübt wird, entspannt werden. Daher ist ein Bruch des Isolators 11 ausgehend von der Nut 20 weniger wahrscheinlich.
Da die hintere Endfläche 33 des Wärmeübertragungselements 30 entlang der nach vorn weisenden Fläche 23 geneigt ist, kann die Kontaktfläche zwischen der nach vorn weisenden Fläche 23 und dem Wärmeübertragungselement 30 groß sein. Daher kann die Wärme des Isolators 11 durch Wärmeleitung leichter auf das Wärmeübertragungselement 30 übertragen werden. Da ebenso die vordere Endfläche 34 des Wärmeübertragungselements 30 entlang der nach hinten weisenden Fläche 25 geneigt ist, kann die Kontaktfläche zwischen der nach hinten weisenden Fläche 25 und dem Wärmeübertragungselement 30 groß sein, und die Wärmeleitung kann erleichtert werden.
Da das Wärmeübertragungselement 30 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 47 des Metallgehäuses 40 steht, kann die Wärmeübertragung vom Wärmeübertragungselement 30 auf das Metallgehäuse 40 durch Wärmeleitung erleichtert werden. Das Wärmeübertragungselement 30 hat die Form eines Rings mit einem Ausschnitt. Daher wird bei der Herstellung der Zündkerze 10 der Schlitz 35 aufgeweitet, um das Wärmeübertragungselement 30 in radialer Richtung des Rings elastisch zu verformen, so dass das Wärmeübertragungselement 30 leicht in die Nut 20 des Isolators 11 eingepasst werden kann.
Der Außendurchmesser des Wärmeübertragungselements 30, wenn bei Raumtemperatur keine Last darauf ausgeübt wird, ist im Wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser des Rumpfabschnitts 41 des Metallgehäuses 40. Wenn der Verbrennungsmotor betrieben wird und das Wärmeübertragungselement 30 thermisch expandiert, vergrößert sich daher der Außendurchmesser des Wärmeübertragungselements 30, und das Wärmeübertragungselement 30 und der Rumpfabschnitt 41 kommen in engen Kontakt miteinander. Daher kann die Wärmeleitung vom Wärmeübertragungselement 30 zum Metallgehäuse 40 erleichtert werden. Das Metallgehäuse 40 begrenzt die Ausdehnung des Außendurchmessers des Wärmeübertragungselements 30, und der Schlitz 35 des Wärmeübertragungselements 30 absorbiert die Dehnung des Wärmeübertragungselements 30 aufgrund der Wärmeausdehnung.
Die gesamte äußere Umfangsfläche 31 des Wärmeübertragungselements 30, mit Ausnahme des Schlitzes 35, kann mit dem Rumpfabschnitt 41 des Metallgehäuses 40 in Kontakt kommen, so dass eine ausreichende Wärmeübertragungsfläche gewährleistet werden kann. Daher kann die Wärmeübertragung vom Wärmeübertragungselement 30 auf das Metallgehäuse 40 durch Wärmeleitung erleichtert werden.
Wenn sich die axiale Länge des Isolators 11 relativ zum Metallgehäuse 40 aufgrund von Wärme oder der Druck innerhalb einer Brennkammer z.B. durch Ansaugen oder Ausstoßen von Gas ändert und die Nut 20 mit der hinteren Endfläche 33 oder der vorderen Endfläche 34 des Wärmeübertragungselements 30 in Kontakt kommt, wird aufgrund der Neigung der nach vorn weisenden Fläche 23 oder der nach hinten weisenden Fläche 25 der Nut 20 eine radial nach außen gerichtete Kraft auf das Wärmeübertragungselement 30 ausgeübt. Da das Wärmeübertragungselement 30 elastisch so verformt werden kann, dass die Breite des Schlitzes 35 zunimmt, um den Außendurchmesser des Wärmeübertragungselements 30 zu vergrößern, können der Isolator 11 und das Wärmeübertragungselement 30 in Richtung der Axiallinie leicht in engen Kontakt miteinander kommen, und das Wärmeübertragungselement 30 und das Metallgehäuse 40 können in radialer Richtung leicht in engen Kontakt miteinander kommen. Dadurch können die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeübertragungselement 30 und dem Isolator 11 sowie die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeübertragungselement 30 und dem Metallgehäuse 40 vergrößert werden, so dass die Wärmeleitung vom Isolator 11 zum Metallgehäuse 40 weiter erleichtert werden kann.
Die Länge L1 des Wärmeübertragungselements 30 in Richtung der Axiallinie O ist größer als seine Länge L2 in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie O, so dass die Tiefe der Nut 20, in die das Wärmeübertragungselement 30 eingepasst ist, verringert werden kann. Dadurch kann die radiale Dicke eines Abschnitts des Isolators 11, in dem die Nut 20 ausgebildet ist, sowie die mechanische Festigkeit und die dielektrische Festigkeit des Isolators 11 gewährleistet werden.
Im Wärmeübertragungselement 30 ist die axiale Länge der inneren Umfangsfläche 32, die entlang des Nutbodens 21 angeordnet ist, größer als die Länge L2, so dass die Fläche des Wärmeübertragungselements 30, die zur Wärmeübertragung vom Nutboden 21 beiträgt, vergrößert werden kann. Daher kann die Wärmeübertragung vom Isolator 11 auf das Wärmeübertragungselement 30 durch Wärmeübertragung (Konvektion) und Wärmeleitung vom Nutboden 21 des Wärmeübertragungselements 30 zur inneren Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 erleichtert werden.
Wenn das Wärmeübertragungselement 30 die Beziehung L1 > L2 erfüllt, kann die Tiefe der Nut 20 verringert werden, und die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des dritten Abschnitts 19, in dem die Nut 20 ausgebildet ist, und dem Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements 30 kann verringert werden. Dadurch kann nicht nur das hintere Öffnungsende 22 der Nut 20 nahe an die innere Umfangsfläche 47 des Metallgehäuses 40 gebracht werden, sondern auch das vordere Öffnungsende 24, durch das das Wärmeübertragungselement 30 hindurchgeht, wenn es in die Nut 20 eingepasst wird, nahe an die innere Umfangsfläche 47 des Metallgehäuses 40 gebracht werden. Dadurch wird nicht nur die Wärmeleitung vom Wärmeübertragungselement 30 zum Metallgehäuse 40, sondern auch die Wärmeübertragung (Konvektion) vom dritten Abschnitt 19 zum Metallgehäuse 40 erleichtert, so dass die Wärmeübertragung vom Isolator 11 zum Metallgehäuse 40 weiter erleichtert werden kann.
Zumindest bei Raumtemperatur ist das Wärmeübertragungselement 30 von der nach vorn weisenden Fläche 23 oder der nach hinten weisenden Fläche 25 der Nut 20 beabstandet. Daher kann selbst dann, wenn sich das Wärmeübertragungselement 30 aufgrund des Unterschieds im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Wärmeübertragungselement 30 und dem Isolator 11 in Richtung der Axiallinie ausdehnt, die im Isolator 11 erzeugte Axialspannung reduziert werden. Daher kann ein Bruch des Isolators 11 aufgrund des Unterschieds in der linearen Ausdehnung zwischen dem Wärmeübertragungselement 30 und dem Isolator 11 verhindert werden.
Zumindest bei Raumtemperatur ist die innere Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 leicht vom Nutboden 21 beabstandet. Daher können selbst bei einer Vergrößerung des Durchmessers des Nutbodens 21 aufgrund der Wärmeausdehnung des Isolators 11 die im Isolator 11 erzeugten Radialspannungen reduziert werden, so dass ein Bruch des Isolators 11 verhindert werden kann.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform sind die nach vorn weisende Fläche 23 und die nach hinten weisende Fläche 25 der Nut 20 in dem Querschnitt, der die Axiallinie O enthält, gegenüber der Axiallinie O gerade geneigt. In der zweiten Ausführungsform wird jedoch der Fall beschrieben, dass eine nach vorn weisende Fläche 54 und eine nach hinten weisende Fläche 56 einer Nut 51 in einem Querschnitt, der die Axiallinie O enthält, konkav gekrümmt sind (siehe 1). Die gleichen Teile wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zündkerze 50 der zweiten Ausführungsform. 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des durch III in 1 bezeichneten Abschnitts, ebenso wie 3 (dasselbe gilt für 5 und 6).
Im Querschnitt der Zündkerze 50, der die Axiallinie O einschließt, nimmt die Tiefe der Nut 51 von einem Nutboden 52 zu einem hinteren Öffnungsende 53 hin allmählich ab und nimmt vom Nutboden 52 zu einem vorderen Öffnungsende 55 hin allmählich ab. Die nach vorn weisende Fläche 54, die sich neben dem hinteren Ende des Nutbodens 52 befindet, hat eine konkave Oberfläche, die so gekrümmt ist, dass sich ihre Position zur hinteren Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende 53 nähert. Die nach hinten weisende Oberfläche 56, die sich neben dem vorderen Ende des Nutbodens 52 befindet, hat eine konkave Oberfläche, die so gekrümmt ist, dass sich ihre Position zur vorderen Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende 55 nähert.
Ein Wärmeübertragungselement 60 ist ein metallisches zylindrisches Element mit einem Schlitz 35 (siehe 2), der durch teilweises Schneiden des ringförmigen Elements gebildet wird. Eine hintere Endfläche 63 des Wärmeübertragungselements 60 hat eine konvex gekrümmte Oberfläche, die entlang der nach vorn weisenden Fläche 54 der Nut 51 geneigt ist. Eine vordere Endfläche 64 des Wärmeübertragungselements 60 hat eine konvex gekrümmte Fläche, die entlang der nach hinten weisenden Fläche 56 der Nut 51 geneigt ist.
Die axiale Länge des Wärmeübertragungselements 60 ist so eingestellt, dass, wenn die hintere Endfläche 63 des Wärmeübertragungselements 60 mit der nach vorn weisenden Fläche 54 der Nut 51 in Kontakt kommt, ein Spalt zwischen der vorderen Endfläche 64 des Wärmeübertragungselements 60 und der nach hinten weisenden Fläche 56 der Nut 51 gebildet wird. In ähnlicher Weise wird, wenn die vordere Endfläche 64 des Wärmeübertragungselements 60 mit der nach hinten weisenden Fläche 56 der Nut 51 in Kontakt kommt, ein Spalt zwischen der hinteren Endfläche 63 des Wärmeübertragungselements 60 und der nach vorn weisenden Fläche 54 der Nut 51 gebildet. Die axiale Länge L1 des Wärmeübertragungselements 60 (in der vorliegenden Ausführungsform die Länge einer äußeren Umfangsfläche 61) ist größer als seine Länge L2 in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie O (siehe 1). In der vorliegenden Ausführungsform ist die äußere Umfangsfläche 61 des Wärmeübertragungselements 60 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41.
Da in der zweiten Ausführungsform die Nut 51 im Querschnitt, der die Axiallinie O einschießt, eine gekrümmte Form hat, die sich vom Öffnungsende 53 durch den Nutboden 52 bis zum Öffnungsende 55 erstreckt, kann in der Nut 51 erzeugte Spannung, wenn eine Biegebelastung auf den ersten Abschnitt 17 oder den zweiten Abschnitt 18 des Isolators 11 ausgeübt wird, reduziert werden. Daher ist ein Bruch des Isolators 11 ausgehend von der Nut 51 weniger wahrscheinlich.
Da die Form des Wärmeübertragungselements 60 so eingestellt ist, dass eine innere Umfangsfläche 62 des Wärmeübertragungselements 60 und seine hintere Endfläche 63 mit dem Nutboden 52 bzw. der nach vorn weisenden Fläche 54 der Nut 51 in Kontakt kommen können, kann die Kontaktfläche zwischen dem Isolator 11 und dem Wärmeübertragungselement 60, die zur Wärmeleitung beiträgt, sichergestellt werden. Dadurch kann die Wärmeübertragung vom Isolator 11 zum Wärmeübertragungselement 60 erleichtert werden.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform ist der Nutboden 21 im Querschnitt, der die Axiallinie O einschließt, parallel zur Axiallinie O. In der dritten Ausführungsform wird jedoch der Fall beschrieben, bei der ein Nutboden 72 im Querschnitt, der die Axiallinie O einschließt, gegenüber der Axiallinie O geneigt ist (siehe 1). Die gleichen Teile wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zündkerze 70 der dritten Ausführungsform.
In dem Querschnitt der Zündkerze 70, der die Axiallinie O einschließt, hat eine Nut 71 einen Nutboden 72, der so geneigt ist, dass er sich der Axiallinie O nähert, wenn der Abstand zu ihrem vorderen Ende abnimmt. Die Tiefe der Nut 71 nimmt vom hinteren Ende des Nutbodens 72 zum hinteren Öffnungsende 73 hin allmählich ab und nimmt vom vorderen Ende des Nutbodens 72 zu einem vorderen Öffnungsende 75 hin allmählich ab. Das vordere Öffnungsende 75 der Nut 71 befindet sich radial einwärts vom hinteren Öffnungsende der Nut 73.
Eine nach vorn weisende Fläche 74, die sich neben dem hinteren Ende des Nutbodens 72 befindet, ist eine konische Fläche, die so geneigt ist, dass sich ihre Position zur hinteren Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende 73 nähert. Eine nach hinten weisende Fläche 76, die sich neben dem vorderen Ende des Nutbodens 72 befindet, ist eine konische Fläche, die so geneigt ist, dass sich ihre Position zur vorderen Endseite hin ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende 75 nähert. Im Querschnitt, der die Axiallinie O einschließt, erfüllt der Winkel θ1 zwischen dem Nutboden 72 und der nach vorn weisenden Fläche 74 die Bedingung 90° < θ1 < 180° und der Winkel θ2 zwischen dem Nutboden 72 und der nach hinten weisenden Fläche 76 die Bedingung 90° < θ2 < 180°.
Ein Wärmeübertragungselement 80 ist ein metallisches zylindrisches Element mit einem Schlitz 35 (siehe 2), der durch teilweises Schneiden des ringförmigen Elements gebildet wird. Bei dem Wärmeübertragungselement 80 ist die axiale Länge einer inneren Umfangsfläche 82 des Wärmeübertragungselements 80 kürzer als die axiale Länge des Nutbodens 72. Eine hintere Endfläche 83 des Wärmeübertragungselements 80 ist eine konische Fläche, die entlang der nach vorn weisenden Fläche 74 der Nut 71 geneigt ist. Eine vordere Endfläche 84 des Wärmeübertragungselements 80 ist eine konische Fläche, die entlang der nach hinten weisenden Fläche 76 der Nut 71 geneigt ist. Eine Verbindungsfläche 85 ist eine ringförmige Fläche, die eine äußere Umfangsfläche 81 des Wärmeübertragungselements 80 mit seiner vorderen Endfläche 84 verbindet.
Die maximale axiale Länge L1 des Wärmeübertragungselements 80 (in der vorliegenden Ausführungsform die Länge der äußeren Umfangsfläche 81) ist länger als die maximale Länge L2 in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie O (siehe 1). In der vorliegenden Ausführungsform ist die äußere Umfangsfläche 81 des Wärmeübertragungselements 80 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41. Zwischen dem dritten Abschnitt 19 des Isolators 11 und der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41 ist ein Spalt vorhanden.
Da sich in der dritten Ausführungsform das vordere Öffnungsende 75 der Nut 71 radial einwärts zum hinteren Öffnungsende 73 befindet, kann der Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41 und einem Abschnitt des Isolators 11, der sich vor der Nut 71 befindet, vergrößert werden. Dadurch kann eine Verringerung des Isolationswiderstandes verhindert werden, die sonst auftreten würde, wenn im Verbrennungsgas enthaltener Kohlenstoff in den Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnitts 41 und dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 eindringt und an der Oberfläche des vorderen Endabschnitts 14 haftet. Daher kann der Verschmutzungswiderstand verbessert werden.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. In der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform sind die nach vorn weisende Fläche 54 und die nach hinten weisende Fläche 56 der Nut 51 im Querschnitt einschließend die Axiallinie O konkav gekrümmt. In der vierten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, dass eine nach vorn weisende Fläche 94 und eine nach hinten weisende Fläche 96 einer Nut 91 im Querschnitt einschließend die Axiallinie O konvex gekrümmt sind. Die gleichen Teile wie in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. 6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zündkerze 90 der vierten Ausführungsform.
In einem Querschnitt der Zündkerze 90, der die Axiallinie O einschließt, nimmt die Tiefe der Nut 91 vom hinteren Ende eines Nutbodens 92 zu einem hinteren Ende der Öffnung 93 hin allmählich ab und nimmt vom vorderen Ende des Nutbodens 92 zu einem vorderen Ende der Öffnung 95 hin allmählich ab. Die nach vorn weisende Fläche 94, die zum hinteren Ende des Nutbodens 92 benachbart ist, hat eine gekrümmte Oberfläche, die radial nach außen konvex ist, und die nach hinten weisende Fläche 96, die zum vorderen Ende des Nutbodens 92 benachbart ist, hat eine gekrümmte Oberfläche, die radial nach außen konvex ist.
Ein Wärmeübertragungselement 100 ist ein metallisches zylindrisches Element mit einem Schlitz 35 (siehe 2), der durch teilweises Schneiden des ringförmigen Elements gebildet wird. In einem Querschnitt, der die Axiallinie O einschließt, sind eine hintere Endfläche 103 und eine vordere Endfläche 104 des Wärmeübertragungselements 100 ebene Flächen senkrecht zur Axiallinie O. Die axiale Länge L1 des Wärmeübertragungselements 100 ist länger als seine Länge L2 in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie O (siehe 1). Die Länge L1 des Wärmeübertragungselements 100 ist kürzer als die axiale Länge des Nutbodens 92.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine äußere Umfangsfläche 101 des Wärmeübertragungselements 100 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 47 des Rumpfabschnittes 41. Bei Raumtemperatur ist der Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements 100 größer als der Durchmesser des Nutbodens 92, und daher wird ein Spalt zwischen einer inneren Umfangsfläche 102 des Wärmeübertragungselements 100 und dem Nutboden 92 gebildet. Wenn die hintere Endfläche 103 des Wärmeübertragungselements 100 mit der nach vorn weisenden Fläche 94 in Kontakt kommt, wird ein Spalt zwischen der vorderen Endfläche 104 des Wärmeübertragungselements 100 und der nach hinten weisenden Fläche 96 gebildet. In ähnlicher Weise wird ein Spalt zwischen der hinteren Endfläche 103 und der nach vorn weisenden Fläche 94 gebildet, wenn die vordere Endfläche 104 des Wärmeübertragungselements 100 mit der nach hinten weisenden Fläche 96 in Kontakt kommt.
In der vierten Ausführungsform nimmt die Tiefe der Nut 91 vom Nutboden 92 zu den Öffnungsenden 93 und 95 hin ab. Wenn sich daher die axiale Länge des Isolators 11 relativ zum Metallgehäuse 40 aufgrund von Wärme oder der Druck innerhalb einer Brennkammer, z.B. durch Ansaugen oder Ausstoßen von Gas, ändert und die hintere Endfläche 103 oder die vordere Endfläche 104 des Wärmeübertragungselements 100 mit einem gekrümmten Abschnitt der nach vorn weisenden Fläche 94 oder der nach hinten weisenden Fläche 96 in Kontakt kommt, wobei dieser gekrümmte Abschnitt in Bezug auf die Axiallinie O geneigt ist, kann das Wärmeübertragungselement 100 eine radial nach innen gerichtete Reaktionskraft auf den Isolator 11 ausüben. Dadurch können das Wärmeübertragungselement 100 und der Isolator 11 in Richtung der Axiallinie leicht in engen Kontakt miteinander kommen, wie in der ersten bis dritten Ausführungsform. Dadurch kann die Wärmeübertragung vom Isolator 11 auf das Metallgehäuse 40 gewährleistet und das Auftreten einer Vorzündung verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage von Ausführungsformen beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Es ist leicht verständlich, dass verschiedene Verbesserungen und Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In den Ausführungsformen wird beispielhaft rostfreier Stahl als Material für das Wärmeübertragungselements 30, 60, 80, 100 genannt, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es ist natürlich möglich, andere Metallwerkstoffe wie Chrom, Keramiken wie Siliziumkarbid, TiB₂ und ZrB₂ sowie Kohlenstoff zu verwenden, die eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus ist es natürlich möglich, ein Bauteil, das durch Beschichtung der Oberfläche einer Grundmaterials wie z.B. eines Metalls mit z.B. Kohlenstoff oder Keramik hergestellt wurde, als Wärmeübertragungselement 30, 60, 80, 100 zu verwenden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist im Wärmeübertragungselement 30, 60, 80, 100 der entlang der Axiallinie O verlaufende lineare Schlitz 35 ausgebildet, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es ist natürlich möglich, dass der Schlitz 35 relativ zur Axiallinie O schräg oder in einer gekrümmten Form ausgebildet wird. Der Schlitz 35 des Wärmeübertragungselements 30, 60, 80, 100 ist nicht immer notwendig. Wenn ein ringförmiges Wärmeübertragungselement ohne Schlitz verwendet wird, wird das Wärmeübertragungselement z.B. erwärmt, um den Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements zu vergrößern, und dann wird das Wärmeübertragungselement am Isolator 11 befestigt.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Dichtungselement 49 verwendet, um die Gasdichtheit zwischen dem Isolator 11 und dem Metallgehäuse 40 zu gewährleisten, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es ist natürlich möglich, dass zur Gewährleistung der Gasdichtheit eine Dichtung zwischen der vorderen Endfläche des vorstehenden Abschnitts 15 des Isolators 11 und der inneren Umfangsfläche des Sitzabschnitts 42 des Metallgehäuses 40 angeordnet wird. Die Dichtung ist ein ringförmiges Plattenelement, das aus einem Metallwerkstoff wie z.B. einem Weichstahlblech besteht, der weicher ist als der Metallwerkstoff, der das Metallgehäuse 40 bildet. Durch Verwendung der Dichtung kann das Dichtungselement 49 weggelassen werden.
In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform sind die innere Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 und der Nutboden 21 zumindest bei Raumtemperatur voneinander beabstandet, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es ist natürlich möglich, dass die Abmessungen der inneren Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 und des Nutbodens 21 so eingestellt sind, dass sie miteinander in Kontakt stehen. Indem die innere Umfangsfläche 32 des Wärmeübertragungselements 30 und der Nutboden 21 miteinander in Kontakt gebracht werden, kann die Wärmeübertragung vom Isolator 11 auf das Wärmeübertragungselement 30 durch Wärmeleitung erleichtert werden.
In der dritten oben beschriebenen Ausführungsform ist die innere Umfangsfläche 47 des Metallgehäuses 40 im Querschnitt, der die Axiallinie O einschließt, parallel zur Axiallinie O, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es ist natürlich möglich, dass der Innendurchmesser des Rumpfabschnitts 41 des Metallgehäuses 40 zur vorderen Endseite hin verringert werden kann, so dass er mit dem konisch zulaufenden Abschnitt 72 des Nutbodens übereinstimmt. In diesem Fall wird die Wandstärke des Wärmeübertragungselements 80 entsprechend dem Rumpfabschnitt 41 des Metallgehäuses 40 eingestellt, dessen Innendurchmesser zum vorderen Endabschnitt hin abnimmt. Der Abstand zwischen dem Isolator 11 und dem Rumpfabschnitt 41 des Metallgehäuses 40 wird dadurch verringert, so dass die Wärmeübertragung vom Isolator 11 zum Metallgehäuse 40 durch Wärmeübertragung (Konvektion) erleichtert werden kann.
In der vierten oben beschriebenen Ausführungsform hat das Wärmeübertragungselement 100 eine Ecke, an der die hintere Endfläche 103 des Wärmeübertragungselements 100 dessen innere Umfangsfläche 102 schneidet, und eine Ecke, an der die vordere Endfläche 104 die innere Umfangsfläche 102 schneidet, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es ist natürlich möglich, dass diese Kanten abgerundet oder abgeschrägt sind. Wenn die Ecken abgerundet oder abgeschrägt sind, um abgerundete oder abgeschrägte Eckflächen zu bilden, kann die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeübertragungselement 100 (die abgerundeten oder abgeschrägten Eckflächen) und dem Isolator 11 vergrößert werden, und die Beschädigung der nach vorn weisenden Fläche 94 und der nach hinten weisenden Fläche 96, wenn das Wärmeübertragungselement 100 mit dem Isolator 11 in Kontakt kommt, kann verringert werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen nimmt die Tiefe der Nut 20, 51, 71, 91 zum hinteren Öffnungsende 22, 53, 73 oder 93 hin ab und nimmt zum vorderen Öffnungsende 24, 55, 75, 95 hin ab, aber dies ist keine notwendige Einschränkung. Es reicht natürlich aus, dass die Tiefe der Nut 20, 51, 71, 91 zum hinteren Öffnungsende 22, 53, 73, 93 oder zum vorderen Öffnungsende 24, 55, 75, 95 hin abnimmt. Dies liegt daran, dass das Wärmeübertragungselement 30, 60, 80, 100 und der Isolator 11 in einem Bereich, in dem die Nut 20, 51, 71, 91 eine geringere Tiefe aufweist, leicht in engen Kontakt miteinander kommen können.
Bezugszeichenliste

10, 50, 70, 90: Zündkerze
11: Isolator
20, 51, 71, 91: Nut
22, 53, 73, 93: hinteres Öffnungsende
24, 55, 75, 95: vorderes Öffnungsende
23, 54, 74, 94: nach vorn weisende Fläche
25, 56, 76, 96: nach hinten weisende Fläche
30, 60, 80, 100: Wärmeübertragungselement
33, 63, 83, 103: hintere Endfläche
34, 64, 84, 104: vordere Endfläche
40: Metallgehäuse
47: innere Umfangsfläche
46: Außengewinde
L1, L2: Länge
O: Axiallinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0227472 [0003]

Claims

Zündkerze, aufweisend: einen rohrförmigen Isolator, der sich in Richtung einer Axiallinie von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite erstreckt; und ein rohrförmiges Metallgehäuse, das an einem äußeren Umfang des Isolators befestigt ist, wobei das rohrförmige Metallgehäuse ein Außengewinde aufweist, das auf einem Teil seiner äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist, wobei der Isolator eine in einem Bereich des Außenumfangs des Isolators ausgebildete Nut aufweist, wobei der Bereich das Außengewinde des Metallgehäuses in Richtung der Axiallinie überlappt, mindestens ein Teil eines Wärmeübertragungselements in der Nut angeordnet ist, und in einem Querschnitt, der durch die Axiallinie verläuft und sich entlang der Axiallinie erstreckt, nimmt die Tiefe der Nut zu einem vorderen Öffnungsende der Nut und/oder zu einem hinteren Öffnungsende der Nut hin ab.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei eine nach vorn weisende Fläche der Nut des Isolators so geneigt ist, dass sich die Position der nach vorn weisenden Fläche in Richtung der hinteren Endseite ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende der Nut nähert, oder eine nach hinten weisende Fläche der Nut des Isolators so geneigt ist, dass sich die Position der nach hinten weisenden Fläche in Richtung der vorderen Endseite ändert, wenn sie sich dem Öffnungsende der Nut nähert.
Zündkerze nach Anspruch 2, wobei eine hintere Endfläche des Wärmeübertragungselements entlang der nach vorn weisenden Fläche geneigt ist oder eine vordere Endfläche des Wärmeübertragungselements entlang der nach hinten weisenden Fläche geneigt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeübertragungselement mit einem Teil einer inneren Umfangsfläche des Metallgehäuses in Kontakt steht.
Die Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wärmeübertragungselement eine Ringform mit einem Ausschnitt aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Länge des Wärmeübertragungselements in Richtung der Axiallinie länger ist als eine Länge des Wärmeübertragungselements in einer Richtung orthogonal zur Axiallinie.