BR112015000768A2 - vela de ignição - Google Patents

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Nakayama Katsutoshi
Yamada Tatsunori
Kashima Tomokatsu
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Ngk Spark Plug Co
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Abstract

resumo "vela de ignição" a presente invenção se refere a uma vela de ignição em que um eletrodo de aterramento pode ser seguramente impedido de superaquecer e ao mesmo tempo garantir melhoria suficiente na resistência à oxidação. a vela de ignição (1) tem uma concha de metal (3) e um eletrodo de aterramento (27). o eletrodo de aterramento (27) inclui uma parte de base de eletrodo (271) que se estende a partir de uma parte de extremidade dianteira da concha de metal em direção à parte frontal, uma parte dobrada (272) conectada em uma sua extremidade a uma extremidade dianteira da parte de base de eletrodo (271) e uma parte de extremidade distal do eletrodo (273) que se prolonga a partir da outra extremidade da parte dobrada (272) e que forma uma folga de descarga de faísca (28) com um eletrodo central (5). o eletrodo de aterramento (27) tem um material de base e uma camada de revestimento (31) apli-cada ao material de base. a camada de revestimento (31) é formada sobre pelo me-nos uma face de extremidade dianteira (27f) e uma superfície circunferencial exter-na que não seja uma superfície de lado do eletrodo central (27a) da parte da extre-midade distal do eletrodo (273) do eletrodo de aterramento (27). o material de base do eletrodo de aterramento (27) é exposto pelo menos em uma parte da parte de base de eletrodo (271).

Description

VELA DE IGNIÇÃO
CAMPO DA INVENÇÃO [001 ]A presente invenção refere-se a uma vela de ignição para uso em um motor de combustão interna, etc.
TÉCNICA ANTERIOR [002]Uma vela de ignição é montada em um motor de combustão interna (algumas vezes referido simplesmente como “motor”), etc., e usada para inflamar uma mistura de ar e combustível em uma câmara de combustão do motor. Em geral, a vela de ignição inclui um isolador contendo um orifício axial formado em uma direção do eixo, um eletrodo central inserido em um lado dianteiro do orifício axial, uma concha de metal disposta sobre uma circunferencial externa do isolador e um eletrodo de aterramento ligado a uma parte de extremidade dianteira da concha de metal. O eletrodo de aterramento é dobrado em uma posição substancialmente média, de tal modo que uma parte da extremidade distal do eletrodo de aterramento enfrenta uma parte de extremidade da frente do eletrodo central de modo a formar uma folga entre a parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento e a parte de extremidade da frente do eletrodo central. Com a aplicação de uma voltagem elevada à folga, a vela de ignição gera uma descarga de faísca para ignição da mistura de arcombustível.
[003]Para melhoria da resistência à oxidação do eletrodo de aterramento, recentemente foi proposta uma técnica para cobrir uma parte que forma folga de lado do eletrodo central (referida como “parte de descarga”) do eletrodo de aterramento com uma camada de proteção de metal altamente resistente à oxidação (ver, por exemplo, Documentos de Patente 1 e 2). Em particular, foi proposto no Documento de Patente 1 cobrir toda a superfície do eletrodo de aterramento com a camada de proteção.
DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR
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DOCUMENTOS DE PATENTE
Documento de Patente 1: Tradução Japonesa da Publicação do Pedido de Patente Internacional PCT nQ JP-T-2009-533802
Documento de Patente 2: Tradução Japonesa da Publicação do Pedido de Patente Internacional PCT nQ JP-T-H11-514145
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO [004]Durante o funcionamento do motor de combustão interna, uma parte do eletrodo de aterramento localizada mais perto de um lado central da câmara de combustão do que a parte de descarga e mais saliente a partir de uma extremidade dianteira da concha de metal, atinge uma temperatura particularmente elevada. Entre a parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento, uma face de extremidade distai e uma superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central do eletrodo de aterramento tornam-se particularmente elevadas em temperatura e tende a ficar corroída pela oxidação. Assim, a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento não pode ser suficientemente melhorada, mesmo no caso em que a camada de proteção seja formada na parte de descarga do eletrodo de aterramento.
[005]No caso em que toda a superfície do eletrodo de aterramento é coberta com a camada de proteção, ao contrário, o eletrodo de aterramento pode alcançar uma elevada resistência à oxidação. No entanto, a camada de proteção provoca deterioração na condutividade térmica porque o material constitucional da camada de proteção contém aditivos, tais como cromo e alumínio para melhorar a resistência à oxidação. É, assim, difícil de irradiar calor do eletrodo de aterramento, de modo que o desempenho da radiação de calor do eletrodo de aterramento torna-se deteriorado no caso em que toda a superfície do eletrodo de aterramento é coberta com a camada de proteção. Como resultado, existe uma possibilidade de superaquecimento
3/34 do eletrodo de aterramento, o que leva à pré-ignição pela ação do calor a partir do eletrodo de aterramento, bem como a deterioração da resistência ao desgaste do eletrodo de aterramento.
[006]A presente invenção foi feita tendo em vista as circunstâncias acima. É um objeto da presente invenção proporcionar uma vela de ignição em que um eletrodo de aterramento pode ser seguramente impedido de superaquecimento, simultaneamente assegurando uma melhoria suficiente em resistência à oxidação.
MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS [007]A configuração adequada para alcançar o objetivo acima da presente invenção será descrita a seguir. As funções e os efeitos específicos destas configurações também serão descritos conforme necessário.
[008]CONFIGURAÇÃO 1 [009]Uma vela de ignição, que compreende:
[010]um isolador cilíndrico que tem um orifício axial formado através dele em uma direção de eixo da vela de ignição;
[011]um eletrodo central inserido em um lado da frente do orifício axial;
[012]uma concha de metal cilíndrica disposta sobre uma circunferência externa do isolador; e [013]um eletrodo de aterramento unido a uma parte de extremidade dianteira da concha de metal, de modo a formar uma folga entre o eletrodo de aterramento e o eletrodo central, [014]o eletrodo de aterramento incluindo uma parte de base de eletrodo que se estende desde a parte de extremidade dianteira da concha de metal em direção à frente na direção do eixo; uma parte dobrada curva ligada em uma sua extremidade a uma extremidade frontal da parte de base de eletrodo; e uma parte da extremidade distal do eletrodo que se estende desde a outra extremidade da parte dobrada em uma direção diferente da direção da extensão da parte de base de eletrodo e que
4/34 forma a folga com o eletrodo central, [015]em que o eletrodo de aterramento compreende urn material de base e uma camada de revestimento aplicada ao material de base e feita de urn material que tem maior resistência à oxidação do que aquela do material de base, de modo a cobrir pelo menos uma face de extremidade distai e uma superfície circunferencial externa que não seja uma superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo; e [016]em que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto pelo menos em uma parte da parte de base de eletrodo.
[017]De acordo com a configuração 1, a camada de revestimento altamente resistente à oxidação é formada sobre pelo menos a face de extremidade distal e a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distai de eletrodo do eletrodo de aterramento. Isto significa que a camada de revestimento é formada sobre a parte do eletrodo de aterramento que atinge uma temperatura particularmente elevada durante a operação de um motor de combustão interna, etc. e tem um receio de corrosão por oxidação sob tais condições de alta temperatura. Por conseguinte, é possível proteger eficazmente o eletrodo de aterramento de corrosão por oxidação e melhorar suficientemente a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento.
[018]Além disso, o material de base do eletrodo de aterramento é exposto pelo menos na parte da parte de base de eletrodo que é relativamente menos propensa a atingir uma temperatura elevada e menos provável de ficar corroída por oxidação, sem ser coberta com a camada de revestimento, de acordo com a configuração 1. Isto facilita a radiação de calor a partir do eletrodo de aterramento, de modo a melhorar o desempenho da radiação de calor do eletrodo de aterramento ao mesmo tempo mantendo a alta resistência à oxidação do eletrodo de aterramento. É, portanto, possível evitar seguramente o superaquecimento do eletrodo de aterramento.
5/34 [019]Também é possível, de acordo com a configuração 1, atingir a redução no tempo de processamento e custo de produção para a melhoria da produtividade durante o processo de formação da camada de revestimento, visto que a camada de revestimento não precisa ser formada sobre pelo menos a parte da parte de base do eletrodo.
[020]A camada de revestimento pode ser, ou pode não ser, formada sobre a superfície circunferencial externa de lado do eletrodo central do eletrodo de aterramento. A camada de revestimento, mesmo quando formada sobre a superfície circunferencial externa do centro do eletrodo do eletrodo de aterramento, tende a se tornar bruscamente separada por descargas de faísca e realiza quase nenhuma contribuição para a melhoria da resistência à oxidação. Por esta razão, é preferível, em termos de produtividade, que a camada de revestimento não seja formada sobre a superfície de lado do eletrodo central do eletrodo de aterramento.
CONFIGURAÇÃO 2 [021 ]A vela de ignição de acordo com configuração 1, em que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto em toda a superfície externa da parte de base do eletrodo.
[022]Conforme a configuração 2, o material de base do eletrodo de aterramento é exposto em toda a superfície externa da parte de base de eletrodo, sem a parte de base de eletrodo ser coberto com a camada de revestimento. Por conseguinte, é possível melhorar ainda mais o desempenho de radiação de calor do eletrodo de aterramento e mais seguramente impedir o superaquecimento do eletrodo de aterramento.
CONFIGURAÇÃO 3 [023]A vela de ignição de acordo com configuração 1 ou 2, em que a camada de revestimento é formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo; e em que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto na parte do
6/34 brada.
[024]De acordo com a configuração 3, a camada de revestimento é formada apenas sobre a face de extremidade distal do eletrodo, etc. da parte de extremidade distai que é suscetível de atingir uma temperatura particularmente elevada e susceptível de ficar corroída por oxidação; ao passo que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto na parte dobrada. Isso permite mais melhorias no desempenho na radiação de calor do eletrodo de aterramento, ao mesmo tempo garantindo a alta resistência à oxidação do eletrodo de aterramento. Por conseguinte, é possível melhorar ainda mais o efeito de prevenção de superaquecimento do eletrodo de aterramento.
[025]Também é possível, de acordo com a configuração 3, reduzir mais eficazmente o tempo de processamento, etc. para melhorar ainda mais a produtividade durante o processo de formação da camada de revestimento, visto que a camada de revestimento não precisa ser formada na parte dobrada.
CONFIGURAÇÃO 4 [026]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações 1 a 3, em que o material de base do eletrodo de aterramento é um material metálico contendo 90% em massa ou mais de níquel (Ni).
[027]Conforme a configuração 4, o material de metal que contém 90% em massa ou mais de Ni é utilizado como o material de base do eletrodo de aterramento. Por conseguinte, é possível aumentar a condutividade térmica do eletrodo de aterramento e melhorar ainda mais o efeito de prevenção de superaquecimento (resistência ao desgaste) do eletrodo de aterramento.
[028]Devido à relativamente baixa resistência à oxidação do Ni, surge um receio maior de que a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento pode ser deteriorada no caso em que um material de metal contendo uma grande quantidade de Ni é utilizado como o material de base do eletrodo de aterramento como na confi
7/34 guração 4. No entanto, o eletrodo aterramento pode atingir alta resistência à oxidação quando a camada de revestimento é formada de acordo com a configuração 1, etc. Em outras palavras, a adoção da configuração 1, etc. é particularmente significativa quando o material metálico contendo 90% em massa ou mais de Ni é utilizado como material de base do eletrodo de aterramento, de modo a melhorar ainda mais o efeito de prevenção de superaquecimento (resistência ao desgaste) do eletrodo de aterramento.
CONFIGURAÇÃO 5 [029]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações de 1 a 4, em que a camada de revestimento tem uma espessura de 5 a 60 pm.
[030]De acordo com a configuração 5, a espessura da camada de revestimento é ajustada para 5 pm ou maior. É, portanto, possível evitar de forma eficaz o contato do oxigênio com o eletrodo de aterramento para melhorar a resistência à oxidação.
[031]Por outro lado, de acordo com a configuração 5, a espessura da camada de revestimento é ajustada a 60 pm ou menor. Isto faz com que seja mais fácil irradiar calor a partir da parte do eletrodo de aterramento coberta com a camada de revestimento, de modo a melhorar ainda mais o desempenho de radiação de calor do eletrodo de aterramento. Por conseguinte, é possível impedir ainda mais o superaquecimento do eletrodo de aterramento.
CONFIGURAÇÃO 6 [032]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações de 1 a 5, em que a camada de revestimento é formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo.
[033]Alternativamente, a camada de revestimento é formada sobre a parte de extremidade distal do eletrodo e a parte dobrada, de tal maneira que a espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte de extremidade distal do eletrodo
8/34 é maior do que a espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte dobrada.
[034]De acordo com a configuração 6, a espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte de extremidade distai é fixada como sendo maior do que a espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte dobrada. (No caso em que a camada de revestimento é formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo, a espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte dobrada é zero). Isso significa que a camada de revestimento espessa é formada sobre a face de extremidade distal, etc. da parte de extremidade distal do eletrodo que é suscetível de atingir uma temperatura particularmente elevada e tem um receio de corrosão por oxidação. Por conseguinte, é possível prevenir mais eficazmente o contato do oxigênio com a face de extremidade distal, etc, da parte de extremidade distal do eletrodo para uma efetiva melhoria na resistência à oxidação.
CONFIGURAÇÃO 7 [035]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações de 1 a 6, em que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a face de extremidade distai da parte de extremidade distal do eletrodo é maior do que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo.
[036]Como mencionado acima, a face de extremidade distal e a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo são suscetíveis a atingir uma temperatura elevada e suscetíveis de ficarem corroídas por oxidação. Entre outros, é particularmente provável que a face de extremidade distai da parte de extremidade distal do eletrodo se tornará alta em temperatura e será corroída por oxidação por que a face de extremidade distai está localizada mais afastada da concha de metal e é difícil irradiar calor
9/34 para a concha de metal.
[037]Em vista de tal fato, a espessura mínima da camada de revestimento sobre a face de extremidade distal da parte de extremidade distal do eletrodo é fixada como sendo maior do que a espessura mínima da camada de revestimento sobre a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distai de eletrodo de acordo com a configuração 7. É, portanto, possível evitar de forma muito eficaz o contato do oxigênio com a face de extremidade distai, para melhorar de forma eficaz a resistência à oxidação.
CONFIGURAÇÃO 8 [038]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações de 1 a 7, em que a camada de revestimento é formada apenas sobre a face de extremidade distal e a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo.
[039]Alternativamente, a camada de revestimento é formada sobre a totalidade da superfície externa da parte de extremidade distal do eletrodo, de tal modo que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo é menor do que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a face de extremidade distai e a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo.
[040]Como mencionado acima, a camada de revestimento formada sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo (que forma a folga com o eletrodo central) tende a se tornar separada por descargas de faíscas. Além disso, a camada de revestimento é geralmente de resistência mais baixo ao desgaste do que o material de base do eletrodo de aterramento. No caso em que a camada de revestimento espessa é formada sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo (que forma a folga com o
10/34 eletrodo central), surge um receio de que o tamanho da folga aumente de forma significativa em um curto período de tempo devido à separação da camada de revestimento, ou haja um desgaste súbito da camada de revestimento por descargas de faíscas. Se o tamanho da folga aumentar, a voltagem necessária para a geração de descargas de faíscas (isto é, voltagem de descarga) torna-se elevada. Isso resulta em um súbito desgaste do eletrodo de aterramento (camada de revestimento) e do eletrodo central.
[041 ]No caso em que a camada de revestimento não é formada sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo como na configuração 8, no entanto, a folga pode ser seguramente impedida de aumentar com relação a seu tamanho.
[042]Mesmo no caso em que a camada de revestimento é formada sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo, a espessura mínima da camada de revestimento sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte da extremidade distai é menor do que a espessura mínima da camada de revestimento sobre a face de extremidade distal e a superfície circunferencial externa que não seja superfície de lado do eletrodo central da parte da extremidade distal do eletrodo, de acordo com a configuração 8. A folga pode ser seguramente impedida de aumentar em tamanho, mesmo no caso de separação da camada de revestimento ou desgaste súbito da camada de revestimento por descargas de faíscas. Por conseguinte, é possível retardar o aumento da tensão de descarga e prevenir eficazmente o súbito desgaste do eletrodo de aterramento e seus semelhantes.
CONFIGURAÇÃO 9 [043]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações de 1 a 8, em que o material da camada de revestimento é um material contendo Ni, cobalto (Co) e cromo (Cr).
11/34 [044]De acordo com a configuração 9, o material da camada de revestimento contém Cr, que contém uma elevada resistência à oxidação. Por conseguinte, é seguramente possível melhorar a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento.
CONFIGURAÇÃO 10 [045]A vela de ignição de acordo com a configuração 9, em que o material da camada de revestimento contém ainda ítrio (Y) e alumínio (Al).
[046]De acordo com a configuração 10, o material da camada de revestimento contém não só Cr, mas também Y e Al, cada um deles tem uma alta resistência à oxidação. Por conseguinte, é possível melhorar seguramente a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento.
CONFIGURAÇÃO 11 [047]A vela de ignição de acordo com qualquer uma das configurações de 1 a 10, em que a camada de revestimento é formada por pulverização de oxigênio e combustível de alta velocidade (HVOF), pulverização de ar-combustível de alta velocidade (HVAF), pulverização de plasma, pulverização a frio ou deposição por aerossol.
[048]De acordo com a configuração 11, o eletrodo de aterramento pode ser impedido de aumentar a temperatura e, desse modo, seguramente protegido contra danos pelo calor durante a formação da camada de revestimento. Além disso, a resistência à descamação da camada de revestimento pode ser melhorada na medida em que a adesão da camada de revestimento ao eletrodo de aterramento, se torna elevada pela proteção contra danos do eletrodo de aterramento. É, portanto, possível manter a elevada resistência à oxidação do eletrodo de aterramento por um longo período de tempo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [049]FIG. 1 é uma vista em elevação parcialmente cortada de uma vela de ignição de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
12/34 [050]FIGS. 2 (a) e 2 (b) são uma vista em elevação ampliada e uma vista em elevação parcialmente cortada do lado de extremidade frontal da vela de ignição, respectivamente.
[051]FIG. 3 é uma vista em elevação ampliada que mostra a espessura de uma camada de revestimento sobre uma vela de ignição da vela de ignição.
[052]FIG. 4 é uma vista em elevação ampliada que mostra outro exemplo da camada de revestimento sobre o eletrodo de aterramento da vela de ignição.
[053]FIG. 5 é uma vista em elevação ampliada que mostra a espessura do outro exemplo da camada de revestimento.
[054]FIG. 6 é um gráfico que mostra os resultados do teste de medição de temperatura durante o aquecimento de amostras de vela de ignição da amostra tipo
1, em que a camada de revestimento é aplicada à toda a superfície do eletrodo de aterramento, e da amostra do tipo 2, em que a camada de revestimento é aplicada apenas a uma parte de extremidade distal do eletrodo e a uma parte dobrada do eletrodo de aterramento.
[055]FIG. 7 é um gráfico que mostra os resultados do teste de medição de temperatura durante o aquecimento de amostras de velas de ignição da amostra tipo
2, em que a camada de revestimento é aplicada apenas a uma parte de extremidade distal do eletrodo e a uma parte dobrada do eletrodo de aterramento, e da amostra tipo 3, em que a camada de revestimento é aplicada apenas a uma parte de extremidade distai de eletrodo do eletrodo de aterramento.
[056]FIG. 8 é um gráfico que mostra os resultados do teste do queimador de mesa (desk burner test) de amostras das velas de ignição preparadas variando o teor de Ni em um material de base do eletrodo de aterramento.
[057]FIG. 9 é um gráfico que mostra os resultados do teste de medição de temperatura durante o aquecimento de amostras de velas de ignição preparadas variando a espessura da camada de revestimento.
13/34 [058]FIG. 10 é uma vista em elevação ampliada de uma camada de revestimento de uma vela de ignição de acordo com outra forma de realização da presente invenção.
[059]FIG. 11 é uma vista em elevação ampliada de uma camada de revestimento de uma vela de ignição de acordo com ainda outra forma de realização da presente invenção.
[060]FIG. 12 é uma vista em elevação ampliada que mostra a espessura da camada de revestimento na vela de ignição de acordo com outra forma de realização da presente invenção.
[061]FIG. 13 é uma vista em elevação parcialmente em corte de uma parte de um eletrodo central de uma vela de ignição de acordo com ainda outra forma de realização da presente invenção.
[062]FIGS. 14(a) e 14(b) são vistas em corte ampliadas de partes de eletrodos de aterramento de velas de ignição de acordo com outra forma de realização da presente invenção.
[063]FIGS. 15(a) a 15(c) são vistas em corte esquemáticas de parte de extremidade distai de eletrodo de eletrodos de aterramento, que mostra a espessura de películas de oxidação após o teste de amostras de vela de ignição preparadas pela variação da composição da camada de revestimento.
DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO [064]Daqui em diante, a forma de realização exemplar da presente invenção será descrita abaixo com referência aos desenhos. FIG. 1 é uma vista em elevação, parcialmente em corte, de uma vela de ignição 1 de acordo com uma forma de realização exemplar da presente invenção. É aqui notado que a direção de um eixo CL1 da vela de ignição 1 corresponde à direção vertical da FIG. 1, onde os lados dianteiro e traseiro da vela de ignição 1 são mostrados nos lados inferior e superior da FIG. 1, respectivamente.
14/34 [065]A vela de ignição 1 inclui um isolador cerâmico 2 como um isolador cilíndrico e uma célula cilíndrica de metal 3 segurando o isolador cerâmico 2.
[066]O isolador cerâmico 2 é feito de alumina sinterizada, como é geralmente conhecido, e tem uma forma externa que inclui uma parte do corpo traseira 10 localizada no lado de trás da mesma, uma parte de diâmetro grande 11 localizada na frente da parte de corpo traseira 10 e que se projeta radialmente para fora, uma parte do corpo intermediária 12 localizada na frente da parte de diâmetro grande 11 e feita em menor diâmetro do que a parte de diâmetro grande 11 e uma parte de perna 13 localizada na frente da parte do corpo intermediária 12 e feita menor em diâmetro do que a parte do corpo intermediária 12. A parte de diâmetro grande 11, a parte de corpo intermediária 12 e grande parte da parte de perna 13 do isolador cerâmico 2 são acomodadas na concha de metal 3. O isolador cerâmico 2 também tem uma parte de fase 14 localizada entre a parte do corpo intermediária 12 e a parte de perna 13, de modo a reter o isolador cerâmico 2 na concha de metal 3 por meio da parte de fase 14.
[067]Além disso, um orifício axial 4 é formado através do isolador cerâmico 2 na direção do eixo CL1. Um eletrodo central 5 é inserido e fixado em um lado da frente do orifício axial 4. Na presente forma de realização, o eletrodo central 5 tem uma camada interna 5A feita de um material metálico de alta condutividade térmica (tal como cobre, liga de cobre ou níquel puro (Ni)) e uma camada externa 5B feita de uma liga à base de Ni. O eletrodo central 5 é formado como um todo em forma de haste (forma de coluna cilíndrica) e mantido no isolador cerâmico 2 com uma parte de extremidade frontal do eletrodo central 5 saliente a partir de uma extremidade frontal do isolador cerâmico 2.
[068]Um eletrodo de conexão 6 é inserido e fixado em um lado traseiro do orifício axial 4 com uma parte de extremidade traseira do eletrodo terminal 6 saliente a partir de uma extremidade traseira do isolador cerâmico 2.
15/34 [069]Um elemento resistive em forma de coluna cilíndrica 7 é colocado entre o eletrodo central 5 e o eletrodo terminal 6 no interior do orifício axial 4 e está eletricamente ligado em suas extremidades opostas ao eletrodo central 5 e o eletrodo terminal de 6 através de camadas de vedação de vidro condutor 8 e 9, respectivamente.
[070]A concha de metal 3 é feita de um material de metal, como aço de baixo carbono em uma forma cilíndrica. A concha de metal 3 tem, sobre uma sua superfície circunferencial externa, uma parte de rosca (parte de rosca macho) 15 adaptada para a montagem da vela de ignição 1 em um aparelho de combustão tal como um motor de combustão interna ou um dispositivo de processamento de célula de combustível e uma parte de assento 16 localizado na parte traseira da parte de rosca 15 e projetando-se radialmente para fora. Uma junta em forma de anel 18 é montada em torno de um pescoço de rosca 17 em uma extremidade traseira da parte de rosca 15. A concha de metal 3 também tem, sobre um seu lado de extremidade traseira, uma parte de engate de ferramenta 19 formada em uma forma de seção transversal hexagonal para engate com uma ferramenta como chave para montagem da vela de ignição 1 para o dispositivo de combustão e uma parte frisada 20 dobrada radialmente para dentro.
[071 ]A concha de metal 3 também tem uma parte de fase afunilada 21 formada sobre uma sua superfície circunferencial, de modo a segurar aí o isolador cerâmico 2. O isolador cerâmico 2 é inserido na concha de metal 3 a partir da parte de trás para a parte frontal e fixado na concha metálica 3 frisando uma parte da extremidade traseira aberta da concha de metal 3 radialmente para dentro, com a parte de fase 14 do isolador cerâmico 2 retida na parte de fase 21 da concha de metal 3, e formando-se assim a parte frisada 20. Uma embalagem de placa anular 22 está disposta entre as partes de fase 14 e 21, de modo a manter o retesamento do gás da câmara de combustão e evitar a fuga de gás combustível para o exterior através de
16/34 um espaço entre a superfície circunferencial interna da concha de metal 3 e a parte de perna 13 do isolador cerâmico 2 exposta à câmara de combustão do aparelho de combustão.
[072]A fim de garantir a vedação mais completa por compressão, membros de anel anular 23 e 24 estão dispostos entre a concha de metal 3 e o isolador cerâmico 2 dentro da parte de extremidade traseira da concha de metal 3; e o espaço entre os membros de anel 23 e 34 é cheio com um pó de talco 25. Ou seja, a concha de metal 3 segura aí o isolador cerâmico 2 através da embalagem de placa 22, os membros de anel 23 e 24 e o talco 25.
[073]Um eletrodo de aterramento 27 é feito de um material metálico contendo 90% em massa ou mais de Ni em uma forma de seção transversal retangular e se junta a uma parte de extremidade frontal 26 da concha de metal 3, tal como mostrado nas FIGS. 2(a) e (b). O eletrodo de aterramento 27 é dobrado em uma sua posição substancialmente intermediária e é assim provido com uma parte de base de eletrodo 271, uma parte dobrada 272 e uma parte de extremidade distai de eletrodo 273.
[074]A parte de base de eletrodo 271 é formada em uma forma de haste linear e unida em uma sua extremidade traseira à parte de extremidade frontal 26 da concha de metal 3, de modo a prolongar-se para frente na direção do eixo CL1. A parte dobrada 272 é formada em uma forma curva (forma dobrada) e ligada em uma sua extremidade a uma extremidade dianteira da parte de base de eletrodo 271. A parte de extremidade distai de eletrodo 273 é formada em forma de haste linear, de modo a estender-se desde a outra extremidade da parte dobrada 272 em uma direção diferente da direção de extensão da parte da base de eletrodo 271 (na presente forma de realização, em uma direção perpendicular ao eixo CL1). É formada uma folga de descarga de faísca 28 como uma folga entre a parte de extremidade distai de eletrodo 273 e a parte de extremidade frontal do eletrodo central 5, de tal modo
17/34 que uma descarga de faísca é gerada na folga de descarga de faísca 28 substancialmente ao longo da direção do eixo CL1.
[075]Para melhoria no desempenho da ignição, o comprimento de saliência L do eletrodo de aterramento 27 em relação à extremidade dianteira da concha de metal 3 na direção do eixo CL1 é ajustada para um valor relativamente grande (por exemplo, 7 mm ou maior). É, no entanto, provável que a parte de extremidade distai do eletrodo de aterramento 27 atinja uma temperatura mais elevada, no caso em que o comprimento de saliência L é definido relativamente grande. Portanto, surge um medo que a parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento 27 possa ser corroído por oxidação em tais condições de alta temperatura.
[076]Em vista do problema acima exposto, uma camada de revestimento altamente resistente à oxidação 31 é aplicada a um material de base do eletrodo de aterramento 27 de modo a cobrir pelo menos uma face de extremidade distal 27F e uma superfície circunferencial externa que não seja uma superfície virada 27A de lado do eletrodo central 5 da parte de extremidade distai de eletrodo 273 na presente realização. (É aqui notado que, na fig. 2, etc., a camada de revestimento 31 é mostrada com uma espessura maior do que a atual para fins de ilustração.) Mais especificamente, a camada de revestimento 31 é formada na face de extremidade distal 27F, superfície de trás 27B oposta à superfície de revestimento 27A e ambas as superfícies laterais 27S1 e 27S2 adjacentes à superfície de revestimento 27A e a superfície de trás 27B. Na presente forma de realização, a camada de revestimento 31 é formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo 273; e o material de base do eletrodo de aterramento 27 está exposto na parte dobrada 272.
[077]A camada de revestimento 31 é feita de um material metálico contendo Ni, cobalto (Co) e cromo (Cr) e com maior resistência à oxidação do que o material de base (ou seja, material de metal contendo 90% em massa ou mais de Ni) do eletrodo de aterramento 27. ítrio (Y) e alumínio (Al) podem ser adicionados ao material
18/34 de metal da camada de revestimento 31.
[078]Aqui, a superioridade ou inferioridade da resistência à oxidação pode ser avaliada através do seguinte procedimento. O material de metal é aplicado como uma camada de revestimento sobre uma superfície de uma peça de um metal pré-determinado (por exemplo, liga à base de Ni). A peça de metal resultante é submetida a ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento. Ele é julgado que a resistência à oxidação do material metálico é maior do que a resistência à oxidação do material de base do eletrodo de aterramento 27, quando a espessura de uma película de oxidação formada no pedaço de metal durante os ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento é menor no caso em que a camada de revestimento é do material de metal acima do que no caso em que a camada de revestimento é do mesmo metal que o material de base do eletrodo de aterramento 27. O aquecimento e resfriamento são realizados cerca de 3000 ciclos, assumindo a operação de aquecimento da peça de metal a 1000 °C durante 2 minutos e, em seguida, o resfriamento da peça de metal durante 1 minuto como um ciclo.
[079]A resistência à oxidação do eletrodo de aterramento 27 pode ser melhorada através da formação da camada de revestimento 31, como mencionado acima. Todavia, a condutividade térmica da camada de revestimento 31 é mais baixa do que a do material de base do eletrodo de aterramento 27, porque a camada de proteção 31 contém aditivos tais como Cr e Al na camada de revestimento 31. A formação da camada de revestimento 31 pode, assim, levar a uma deterioração no desempenho radiação de calor do eletrodo de aterramento 27. Devido a este desempenho de deterioração de radiação de calor em combinação com o largo e relativo comprimento protuberante L, surge o temor de que o eletrodo aterramento 27 (em particular, a parte da extremidade distal do eletrodo de aterramento 27) pode ser superaquecido.
[080]Em vista do problema acima exposto, o material de base do eletrodo de
19/34 aterramento 27 está exposto, pelo menos, a uma parte da parte de base 271 do eletrodo, sem ser coberta com a camada de revestimento 31, na presente realização. Isto significa que a camada de revestimento 31 não é intencionalmente formada em, pelo menos, na parte da base de eletrodo 271, que é fácil para irradiar calor para a concha de metal 3 e é relativamente menos propenso a atingir uma temperatura elevada (menor probabilidade de ficar corroídas pelos oxidação) como o material de base do eletrodo de aterramento 27 é exposta a uma tal parte de base de eletrodo 271. Assim, é possível melhorar o desempenho de radiação de calor do eletrodo de aterramento 27. Em particular, o material de base do eletrodo de aterramento 27 é exposto a todas as superfícies exteriores da parte de base de eletrodo 271 e da parte dobrada do eletrodo 272, como a camada de revestimento 31 é formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo 273, como mencionado acima na presente forma de realização. Isto permite uma melhoria significativa no desempenho radiação de calor do eletrodo de aterramento 27.
[081]Além disso, a camada de revestimento 31 é formada com uma espessura de 5 a 60 pm na presente forma de realização.
[082]Entre a camada de revestimento 31 na parte de extremidade distal do eletrodo 273, uma espessura mínima T1 da camada de revestimento 31 sobre a face de extremidade distal 27F é fixada como sendo maior do que um mínimo de espessura T2 da camada de revestimento 31 sobre a superfície de trás 27B e das superfícies laterais 27S1 e 27S2, como mostrado na FIG. 3. Isto significa que a face de extremidade distal 27F, o que é difícil para irradiar calor para a concha de metal 3, e é suscetível de alcançar a mais alta temperatura (isto é, mais provável para oxidar), é coberta com a camada de revestimento particularmente espessa 31.
[083]Na presente realização, a camada de revestimento 31 é formada por combustível de oxigênio de pulverização alta velocidade (HVOF), combustível de ar com pulverização de alta velocidade (HVAF), pulverização de plasma, pulverização a
20/34 frio ou deposição de aerossol, isto é, por uma técnica que não causa aumento da temperatura do eletrodo de aterramento 27 durante a formação da camada de revestimento 31.
[084]A camada de revestimento 31 não é necessariamente formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo 273. Como mostrado na FIG. 4, a camada de revestimento 31 pode ser formada sobre a parte dobrada 272 e sobre a parte de extremidade distal do eletrodo 273. Em tal caso, é preferível que a espessura mínima T2 da camada de revestimento 31 na parte de extremidade distal do eletrodo 273 seja definida maior do que um mínimo de espessura T3 da camada de revestimento 31 sobre a parte dobrada 272, como mostrado na FIG. 5. Isto significa que a face de extremidade distal 27F e a superfície de trás 27B da parte de extremidade distal do eletrodo 273, que são difíceis de transferir calor para a concha de metal 3 e são suscetíveis de atingir uma temperatura elevada (isto é, suscetível de oxidar), são de preferência cobertas com uma camada de revestimento particularmente grossa 31. Isto permite melhoria na resistência à oxidação como a face de extremidade distal 27F e a superfície de trás 27B etc. pode ser mais seguramente impedidos do contato com o oxigênio.
[085]Tal como descrito acima, a camada de revestimento altamente resistente à oxidação-31 é formada na face de extremidade distal 27F, da superfície de trás 27B e das superfícies laterais 27S1 e 27S2 da parte de extremidade distal do eletrodo 273 na presente realização. Assim, é possível proteger eficazmente o eletrodo de aterramento 27 da corrosão por oxidação, e suficientemente melhorar a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento 27.
[086]Por outro lado, a camada de revestimento 31 é formada não intencionalmente em todas as superfícies exteriores da parte de base de eletrodo 271 e da parte dobrada 272, as quais são menos propensos a atingir uma temperatura elevada e com menor probabilidade de ficarem corroídas por oxidação, de tal modo que o
21/34 material de base do eletrodo de aterramento 27 é exposto a todas as superfícies exteriores da parte de base de eletrodo 271 e da parte dobrada 272 na presente realização. Isto facilita a radiação de calor a partir do eletrodo de aterramento 27 de mode a significativamente melhorar o desempenho de radiação de calor do eletrodo de aterramento 27 enquanto é mantida a alta resistência à oxidação do eletrodo de aterramento 27. Assim, é possível de forma muito eficaz para evitar o superaquecimento do eletrodo de aterramento 27.
[087]Também é possível atingir reduções em tempo e custo de produção para melhoria da produtividade do processamento durante o processo de formação da camada de revestimento 31 como a camada de revestimento 31 não necessita de ser formada na parte de base de eletrodo 271 e da parte dobrada 272.
[088]O material metálico contendo 90% em massa ou mais de Ni é utilizado como o material de base do eletrodo de aterramento 27. É possível pelo uso de um material de base para aumentar a condutividade térmica do eletrodo de aterramento 27 e melhorar ainda mais o efeito de prevenção de superaquecimento (resistência ao desgaste) do eletrodo de aterramento 27.
[089]Embora Ni seja relativamente baixo em resistência à oxidação, o eletrodo de aterramento 27 pode atingir uma elevada resistência à oxidação com a formação da camada de revestimento 31. Em outras palavras, a formação da camada de revestimento 31 é particularmente importante quando o material metálico contendo 90% em massa ou mais de Ni é utilizado como o material de base do eletrodo de aterramento 27 de modo a melhorar ainda mais o efeito de prevenção de superaquecimento (resistência ao desgaste) do eletrodo de aterramento 27.
[090]Por outro lado, o mínimo de espessura T1 da camada de revestimento 31 sobre a face de extremidade distal 27F é fixado como sendo maior do que a espessura mínima T2 da camada de revestimento 31 sobre a superfície traseira 27B e as superfícies laterais 27S1 e 27S2. Assim, é possível de forma muito eficaz para
22/34 evitar o contato do oxigênio com a face de extremidade distal 27F, que é especialmente suscetível de atingir uma temperatura elevada, para a melhoria eficaz na resistência à oxidação.
[091]Uma vez que a camada de revestimento 31 não é formada voltada para a superfície 27A da parte de extremidade distal do eletrodo 273, a folga de descarga de ignição 28 pode ser seguramente impedida de aumentar significativamente em tamanho por descargas de faíscas. Assim, é possível retardar aumento da tensão de descarga e prevenir eficazmente o súbito uso do eletrodo de aterramento 27 e do eletrodo central 5.
[092]O material da camada de revestimento 31 contém Cr, o qual tem alta resistência à oxidação. É assim possível fazer melhorar seguramente a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento 27. A resistência à oxidação do eletrodo de aterramento 27 pode ser ainda melhorada pela a adição de Y e Al ao material da camada de revestimento 31.
[093]Uma vez que a camada de revestimento 31 é formada por pulverização de combustível e oxigênio de alta velocidade (HVOF), pulverização de ar combustível de alta velocidade (HVAF), pulverização de plasma, pulverização a frio ou deposição por aerossol, o eletrodo de aterramento 27 pode ser impedido de elevar sua temperatura e seguramente protegido contra danos pelo calor durante a formação da camada de revestimento. Além disso, a resistência à descamação da camada de revestimento 31 pode ser melhorada na medida em que a adesão da camada de revestimento 31 ao eletrodo de aterramento 27 torna-se elevada pela proteção contra danos do eletrodo de aterramento 27. E, portanto, mantida elevada resistência à oxidação do eletrodo de aterramento 27 durante um longo período de tempo.
[094]Os seguintes testes foram realizados a fim de verificar os efeitos da forma de realização acima. Amostras das velas de ignição da amostra tipo 1 (como Exemplos Comparativos) e da amostra tipo 2 (como Exemplos) foram preparadas
23/34 em primeiro lugar, cada uma tendo um eletrodo de aterramento formado com um comprimento de saliência L de 7,6 mm ou 11,6 milímetros. Nas amostras de vela de ignição da amostra tipo 1, uma camada de revestimento foi aplicada a toda a superfície do eletrodo de aterramento. Nas amostras de vela de ignição da amostra tipo 2, uma camada de revestimento foi aplicada apenas a uma parte de extremidade distai de eletrodo e uma parte dobrada do eletrodo de aterramento, de tal modo que um material de base foi exposto a uma parte de base de eletrodo do eletrodo de aterramento. As amostras da vela de ignição assim obtidas de ambos os tipos foram submetidas a teste de medição de temperatura durante o aquecimento. O procedimento do teste de medição de temperatura é o seguinte. Uma amostra da vela de ignição (como uma amostra de referência) foi preparada tendo um eletrodo de aterramento, cujo material de base foi exposto em toda a sua superfície, sem ser coberto com uma camada de revestimento. Uma parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento da amostra de referência de vela de ignição foi aquecida com um queimador predeterminado, de maneira a obter condições de aquecimento sob as quais a temperatura do eletrodo de aterramento a 1 mm de uma extremidade distal do eletrodo de aterramento foi definida a 900 °C. Usando o mesmo queimador, uma parte de extremidade distai de cada uma das amostras da vela de ignição dos tipos 1 e 2 foi aquecida sob as condições de aquecimento acima. Neste estado, a temperatura do eletrodo de aterramento a 1 mm de uma extremidade distal do eletrodo de aterramento foi medida. Quanto mais baixa for a temperatura medida, melhor o desempenho de radiação de calor do eletrodo de aterramento e maior o efeito de prevenção de superaquecimento do eletrodo de aterramento.
[095]FIG. 6 mostra os resultados do teste de medição de temperatura durante o aquecimento das amostras das velas de ignição dos tipos 1 e 2. Os eletrodos aqui utilizados eram de um material de metal que tem um teor de Ni de 90% em massa ou mais (referido como “material de alto Ni”) ou um material de metal conten
24/34 do Ni como um componente principal, mas com um teor de Ni menor que 90% de massa (referido como “material de baixo Ni”). Na FIG. 6, os resultados dos testes das amostras de vela de ignição em que o eletrodo aterramento foi formado por material de alto Ni com um comprimento de saliência L de 7,6 milímetros são indicados com uma cor preta; os resultados dos testes das amostras de vela de ignição em que o eletrodo de aterramento foi formado por material de alto Ni com um comprimento de saliência L de 11,6 milímetros são indicados com um padrão de sombra; os resultados dos testes das amostras de vela de ignição em que o eletrodo de aterramento foi formado por material de baixo Ni com um comprimento de saliência L de 7,6 mm são indicados com um padrão de grade; e os resultados dos testes das amostras de vela de ignição em que o eletrodo de aterramento foi formado por material de baixo Ni com um comprimento de saliência L de 11,6 milímetros são indicados com um padrão de pontos.
[096]Em cada amostra, a camada de revestimento foi de um material metálico contendo Ni, Co, Cr, Al e Y; o tamanho da folga de descarga de faísca foi ajustado para 1,1 mm; e a largura e espessura do eletrodo de aterramento foram ajustadas para 2,8 mm e 1,5 mm, respectivamente. (O tamanho do eletrodo de aterramento, o material constitucional da camada de revestimento e o tamanho da folga de descarga de faísca foram os mesmos que acima nos testes pós mencionados.) Além disso, a espessura da camada de revestimento foi definida a 20 pm em cada amostra.
[097]Como pode ser visto a partir da FIG. 6, cada uma das amostras da vela de ignição do tipo 2, em que o material de base do eletrodo de aterramento foi exposto na parte de base de eletrodo mostrou uma diminuição significativa na temperatura do eletrodo de aterramento durante o aquecimento em comparação com as velas de ignição de amostras tipo 1, em que a camada de revestimento foi formada sobre a totalidade da superfície do eletrodo de aterramento. A razão para isto é assumir que o calor do eletrodo de aterramento foi eficientemente irradiado na parte de
25/34 base do eletrodo.
[098]Foi confirmado pelos resultados do teste acima que, com a finalidade de proteger eficazmente a parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento, que é especialmente suscetível de atingir uma temperatura elevada, da corrosão por oxidação e seguramente evitar o superaquecimento do eletrodo de aterramento, é preferível formar a camada de revestimento sobre pelo menos a parte de extremidade distal do eletrodo e permitir que o material de base do eletrodo de aterramento seja exposto pelo menos em parte na parte de base do eletrodo.
[099]A seguir, foram preparadas amostras de vela de ignição do tipo 3, cada uma contendo um eletrodo de aterramento formado com um comprimento de saliência L de 7,6 mm ou 11,6 milímetros. Na amostra da vela de ignição de tipo 3, uma camada de revestimento foi aplicada apenas a uma parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento, de tal modo que um material de base foi exposto a uma parte dobrada e uma parte de base de eletrodo do eletrodo de aterramento. Assim, as amostras das velas de ignição obtidas foram sujeitas a um teste de medição de temperatura durante o aquecimento da mesma maneira como acima. A FIG. 7 mostra os resultados do teste de medição de temperatura durante o aquecimento das amostras das velas de ignição do tipo 3, juntamente com aqueles das amostras de vela de ignição do tipo 2.
[0100]Como pode ser visto a partir da FIG. 7, cada uma das amostras de vela de ignição da amostra tipo 3, em que o material de base do eletrodo de aterramento foi exposto na parte de base do eletrodo e na parte dobrada mostrou uma diminuição mais significativa na temperatura do eletrodo de aterramento durante o aquecimento. A razão para isto é assumir que o calor do eletrodo de aterramento foi irradiado de forma mais eficiente na parte de base do eletrodo.
[0101 ]Foi confirmado pelos resultados do teste acima que é preferível formar a camada de revestimento apenas na parte de extremidade distal do eletrodo e per
26/34 mitir que o material de base do eletrodo de aterramento possa ser exposto na parte dobrada e na parte de base do eletrodo, com o propósito de melhorar ainda mais o efeito de prevenção de superaquecimento do eletrodo de aterramento.
[0102]Subsequentemente, amostras de velas de ignição foram preparadas (com camadas de revestimento), cada uma tendo um eletrodo de aterramento feito utilizando um material metálico tendo um teor de Ni de 75% em massa, 90% em massa ou 98% em massa como um material de base. Em cada uma destas amostras, a camada de revestimento foi aplicada apenas a uma parte da extremidade distai do eletrodo e a uma parte dobrada do eletrodo de aterramento. Foram também preparadas amostras de vela de ignição (sem camadas de revestimento), cada uma tendo um eletrodo de aterramento feito utilizando um material metálico tendo um teor de Ni de 75% em massa, 90% em massa ou 98% em massa como um material de base. Em cada uma destas amostras, nenhuma camada de revestimento foi aplicada ao eletrodo de aterramento. As amostras de velas de ignição assim obtidas foram submetidas ao teste do queimador de mesa. O procedimento do teste do queimador de mesa é como se segue. Cada uma das amostras de vela de ignição foi submetida a 3000 ciclos de aquecimento e resfriamento assumindo a operação de aquecimento da parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento a 1000 °C durante 2 minutos e em seguida o resfriamento do eletrodo de aterramento durante 1 minuto como um ciclo. Após a conclusão de 3000 ciclos de aquecimento e resfriamento, a espessura de uma película de oxidação formada sobre uma superfície do eletrodo de aterramento foi medida observando uma seção transversal da parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento. A Fig. 8 mostra os resultados do teste do queimador de mesa das amostras. Na FIG. 8, os resultados dos testes das amostras de vela de ignição com a camada de revestimento são indicados com uma cor preta; e os resultados do teste das amostras das velas de ignição sem as camadas de revestimento são indicados com um padrão de sombra.
27/34 [0103]0 comprimento de saliência L do eletrodo aterramento foi definido para 7,6 milímetros em cada amostra. Em cada amostra com a camada de revestimento, a espessura da camada de revestimento foi definida a 15 pm.
[0104]Como pode ser visto a partir da FIG. 8, entre as amostras das velas de ignição em que o teor de Ni do material metálico utilizado como o material de base do eletrodo de aterramento foi de 90% em massa ou mais, a espessura da película de oxidação foi muito grande quando nenhuma camada de revestimento foi formada no eletrodo de aterramento. Nestas amostras, o eletrodo de aterramento foi insuficiente em resistência à oxidação. Por outro lado, a espessura da película de oxidação foi significativamente pequena quando a camada de revestimento foi formada no eletrodo de aterramento. O eletrodo de aterramento teve alta resistência à oxidação nestas amostras. Nomeadamente, ele foi muito eficaz para formar a camada de revestimento sobre o eletrodo de aterramento para melhoria da resistência à oxidação quando a vela de ignição tinha a tendência de que a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento torna-se insuficiente pelo uso do material metálico contendo 90% em massa de Ni como o material de base do eletrodo de aterramento.
[0105]Foi demonstrado pelos resultados do teste acima, que a formação da camada de revestimento é particularmente eficaz na vela de ignição, onde o eletrodo de aterramento tem um receio de deterioração na resistência à oxidação, devido à utilização do metal contendo 90 % de massa ou mais de Ni como material de base.
[0106]Além disso, as amostras de vela de ignição foram preparadas por formação de camadas de revestimento com várias espessuras apenas sobre respectivas partes de extremidade distal do eletrodo e partes dobradas de eletrodos de aterramento. As amostras de velas de ignição assim obtidas foram submetidas ao teste do queimador de mesa e o teste de medição de temperatura durante o aquecimento da mesma maneira como acima, exceto que o número de ciclos de aquecimento e resfriamento no teste do queimador de mesa foi alterado de 3000 para 5000. No tes
28/34 te do queimador de mesa, a resistência à oxidação foi avaliada como: “©“ significa muito alta quando a espessura da película de oxidação foi 0,1 mm ou menor; “o“ significa elevada quando a espessura da película de oxidação foi maior do que 0,1 mm e menor ou igual a 0,2 mm; e “Δ“, que significa um pouco mais baixa quando a espessura da película de oxidação foi maior que 0,2 mm. A TABELA 1 mostra os resultados do teste do queimador de mesa das amostras de velas de ignição. A FIG. 9 mostra os resultados do teste de medição de temperatura durante o aquecimento das amostras de velas de ignição.
[0107]Em cada amostra, o comprimento de saliência L do eletrodo de aterramento foi ajustado para 7,6 mm; o material de base do eletrodo de aterramento foi um material de metal tendo um teor de Ni de 90% em massa ou mais; e a espessura da camada de revestimento foi ajustada alterando o tempo de pulverização durante a formação da camada de revestimento.
TABELA 1
Espessura (pm) da camada de revestimento 3 5 10 15 20 40 50 60 70 80
Resistência à oxidação Δ o o © © © © © © ©
[0108]Como pode ser visto a partir da TABELA 1, o eletrodo de aterramento teve boa resistência à oxidação em cada uma das amostras de vela de ignição em que a espessura da camada de revestimento foi de 5 pm ou maior. Assume-se que a razão para isto é que a espessura suficiente da camada de revestimento foi fixada para prevenir de modo eficaz o contato do oxigênio com o eletrodo de aterramento.
[0109]Em particular, o eletrodo de aterramento teve boa resistência à oxidação em cada uma das amostras de vela de ignição em que a espessura da camada
29/34 de revestimento foi de 15 pm ou maior.
[0110]Como pode ser visto a partir da FIG. 9, o eletrodo de aterramento foi eficazmente impedido de aumento de temperatura durante o aquecimento em cada uma das amostras de vela de ignição, em que a espessura da camada de revestimento foi de 60 pm ou menor. Assume-se que a razão para isto é que foi mais fácil irradiar calor a partir da parte do eletrodo de aterramento coberta com a camada de revestimento.
[0111]Foi confirmado pelos resultados do teste acima que é preferível definir a espessura da camada de revestimento de 5 a 60 pm, para o propósito de melhorar ainda mais não só a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento, mas também o efeito de prevenção de superaquecimento do eletrodo de aterramento.
[0112]Também foi confirmado que é preferível ajustar a espessura da camada de revestimento a 15 pm ou maior para o propósito de melhorar a resistência à oxidação do eletrodo de aterramento.
[0113]Além disso, as amostras de velas de ignição foram, cada uma, preparadas proporcionando um material de base (com um teor de níquel de 90% em massa) do eletrodo de aterramento 27 e opcionalmente a aplicação de uma camada de revestimento 31 com uma espessura de 30 mm sobre uma parte de extremidade distal do eletrodo 273 do eletrodo de aterramento 27 por pulverização de oxigênio e combustível de alta velocidade (HVOF).
[0114]Em cada amostra, a camada de revestimento 31 foi aplicada a uma face de extremidade distal 27F, uma superfície posterior 27B e superfícies laterais 27S1 e 27S2 da parte de extremidade distal do eletrodo, e não foi aplicada a uma superfície virada 27A da parte de extremidade distai de eletrodo.
[0115]Na amostra de vela de ignição da amostra tipo A, a camada de revestimento foi de um material contendo Ni, Co e Cr. Na amostra de vela de ignição da amostra tipo B, a camada de revestimento foi de um material contendo Ni, Co, Cr, Al
30/34 e Y. Na amostra de vela de ignição da amostra tipo C, nenhuma camada de revestimento foi aplicada.
[0116]As amostras de velas de ignição assim obtidas foram submetidas a teste de durabilidade térmica sob as seguintes condições de teste.
CONDIÇÕES DETESTE [0117]A amostra de vela de ignição foi montada a um tipo L4 (dentro do cilindro, 4-cilindro), motor de 2000 cc e testada repetindo a operação WOT (1 minuto) e operação em marcha lenta (1 minuto) do motor a 3500 rpm durante 100 horas.
[0118]Após o teste, a espessura máxima de uma película de oxidação formada na face de extremidade frontal 27F do eletrodo de aterramento foi medida tomando uma seção transversal da parte de extremidade distal do eletrodo de aterramento em cada uma das amostras de vela de ignição. Os resultados da medição são os seguintes.
[0119]Amostra tipo A: Espessura da película de oxidação 0,05 milímetros ou maior e menor do que 0,3 milímetros [0120]Amostra tipo B: Espessura da película de oxidação menor do que 0,05 milímetros [0121 ]Amostra tipo C: Espessura da película de oxidação 0,3 milímetros ou maior [0122]As FIGS. 15(a), 15(b) e 15(c) são vistas de seção esquemáticas das partes de extremidade distai de eletrodo dos eletrodos de aterramento nas amostras de vela de ignição tipos A, B e C após o teste, respectivamente.
[0123]Na amostra de vela de ignição da amostra tipo C, em que nenhuma camada de revestimento 31 foi aplicada, a película de oxidação foi formada com uma espessura de 30 mm ou mais, pela oxidação do material base do eletrodo.
[0124]O eletrodo de aterramento teve alta resistência à oxidação, visto que a espessura da película de oxidação foi pequena em cada uma das amostras de vela
31/34 de ignição, em que a camada de revestimento foi aplicada ao eletrodo de aterramento em comparação com as amostras de vela de ignição em que nenhuma camada de revestimento foi aplicada ao eletrodo de aterramento. Em particular, o eletrodo de aterramento apresentou maior resistência à oxidação, visto que a espessura da película de oxidação foi significativamente pequena no caso em que a camada de revestimento foi de material contendo Ni, Co, Cr, Al e Y.
[0125]Embora a presente invenção tenha sido descrita acima com referência à realização exemplar específica, a presente invenção não se limita à forma de realização exemplar acima. Por exemplo, a presente invenção pode, alternativamente, ser realizada como mencionado abaixo. É desnecessário dizer que são possíveis quaisquer modificações nos exemplos de aplicação diferentes dos exemplos seguintes.
[0126](a) Embora o material de metal contendo Ni e Co, etc seja usado como o material constitucional da camada de revestimento 31 na forma de realização acima, o material da camada de revestimento 31 não se limita a este material de metal. Qualquer material contendo maior resistência à oxidação do que o material de base do eletrodo de aterramento 27 pode ser utilizado como o material constitucional da camada de revestimento 31.
[0127](b) É suficiente que o material de base do eletrodo de aterramento 27 seja exposto em pelo menos uma parte da parte de base de eletrodo 271, embora o material de base do eletrodo de aterramento 27 seja exposto em toda a superfície externa da parte da base de eletrodo 271 na forma de realização acima. Por exemplo, é viável cobrir uma parte da parte de base de eletrodo 271 com a camada de revestimento 31, ao mesmo tempo permitindo que o material de base do eletrodo de aterramento 27 seja exposto em outra parte da parte de base de eletrodo 271, como mostrado na FIG. 10.
[0128](c) Na forma de realização acima, a camada de revestimento 31 é
32/34 aplicada à face de extremidade frontal 27F, a superfície de trás 27B e as superfícies laterais 27S1 e 27S2 da parte de extremidade distai de eletrodo 273, e não é aplicada à superfície virada 27A da parte de extremidade distai de eletrodo 273. Alternativamente, a camada de revestimento 31 também pode ser aplicada à superfície virada 27A como mostrado nas FIGs. 11 e 12. Neste caso, é preferível que a espessura mínima T4 da camada de revestimento 31 sobre a superfície virada 27A seja definida menor do que a espessura mínima T2 da camada de revestimento sobre a face de extremidade frontal 27F e superfície de trás 27B etc. Por tal controle de espessura, a folga de descarga de faísca 28 pode ser seguramente impedida de aumentar significativamente de tamanho, mesmo em caso de separação da camada de revestimento 31 da superfície virada 27A ou o súbito desgaste da camada de revestimento 31 por descargas de faíscas. Assim, é possível retardar o aumento da voltagem de descarga e prevenir eficazmente o súbito desgaste do eletrodo de aterramento 27 e do eletrodo central 5.
[0129](d) Embora a camada de revestimento 31 seja aplicada apenas ao eletrodo de aterramento 27 na forma de realização acima, uma camada de revestimento 32 de um material de metal com maior resistência à oxidação do que a do material de base (camada externa 5B) do eletrodo central 5 pode também ser aplicada a uma superfície do eletrodo central 5, como mostrado na FIG. 13. (Nota-se aqui que, na FIG. 13, a camada de revestimento 32 é mostrada com uma espessura maior do que a efetiva para fins de ilustração.) Neste caso, é possível melhorar a resistência à oxidação tanto do eletrodo de aterramento 27 como do eletrodo central 5.
[0130](e) Embora o eletrodo de aterramento 27 seja retangular em seção transversal na forma de realização acima, não existe nenhuma limitação particular à forma em seção transversal do eletrodo de aterramento 27. Por exemplo, é possível fornecer um eletrodo de aterramento 37, de tal modo que uma superfície circunferencial externa 37C que não seja uma superfície virada 37A do eletrodo de aterra
33/34 mento 37 é curva, exteriormente convexa como mostrado na FIG. 14(a). Em alternativa, é possível fornecer um eletrodo de aterramento 47 de modo que tanto uma superfície virada 47A quanto uma superfície de trás 47B do eletrodo de aterramento 47 são planas, ao passo que ambas as superfícies laterais 47S1 e 47S2 do eletrodo de aterramento 47 são curvas, exteriormente convexas como mostrado na FIG. 14(b). Nestes casos, é possível facilitar o escoamento de gás combustível em torno do eletrodo de aterramento 37, 47 para dentro da folga de descarga de faísca 28 para melhorar o desempenho da ignição quando a vela de ignição 1 é montada no motor de combustão interna, etc, de tal maneira que o eletrodo de aterramento 37, 47 está situado entre a folga de descarga de faísca 28 e o injetor de combustível.
[0131 ](f) Na forma de realização acima, o eletrodo de aterramento 27 é unido à parte de extremidade frontal 26 da concha de metal 3. Alternativamente, o eletrodo de aterramento pode ser formado cortando-se uma parte da concha de metal (ou uma parte de um membro de metal de extremidade frontal unido à concha de metal) (ver, por exemplo, Publicação de Patente Japonesa aberta ao público nQ 2006-236906).
[0132](g) Embora a parte de engate de ferramenta 19 seja hexagonal em seção transversal na forma de realização acima, a forma da parte de engate de ferramenta 19 não está limitada à esta forma hexagonal em seção transversal. A parte de engate de ferramenta 19 pode, alternativamente, ser formada em uma forma BlHEX (forma dodecagonal modificada) (de acordo com a norma ISO 22977: 2005(E)) ou semelhante.
DESCRIÇÃO DOS NUMERAIS DE REFERÊNCIA
Vela de ignição
Isolador cerâmico (isolador)
Concha de metal
Orifício axial
34/34
Eletrodo central
Eletrodo de aterramento
Superfície virada (de eletrodo aterramento)
Superfície de trás (de eletrodo aterramento)
Extremidade distai (de eletrodo aterramento)
27S2 Superfície lateral (de eletrodo aterramento)
Folga de descarga de faísca (folga)
Camada de revestimento
Parte de base de eletrodo
Parte dobrada
Parte da extremidade distai de eletrodo

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Vela de ignição, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:
    um isolador cilíndrico tendo um orifício axial formado através do mesmo em uma direção de eixo da vela de ignição;
    um eletrodo central inserido no lado da frente do orifício axial;
    uma concha de metal cilíndrica disposta sobre uma circunferência externa do isolador;
    e um eletrodo de aterramento unido a uma parte de extremidade dianteira da concha de metal, de modo a formar uma folga entre o eletrodo de aterramento e o eletrodo central, o eletrodo de aterramento incluindo uma parte de base de eletrodo que se estende desde a parte de extremidade dianteira da concha de metal em direção à frente na direção do eixo; uma parte dobrada curva ligada em uma extremidade da mesma a uma extremidade dianteira da parte de base do eletrodo; e uma parte de extremidade distal do eletrodo que se estende desde a outra extremidade da parte dobrada em uma direção diferente da direção de extensão da parte de base do eletrodo, e formando a folga com o eletrodo central, em que o eletrodo de aterramento compreende um material de base e uma camada de revestimento aplicada ao material de base e feita de um material que tem maior resistência à oxidação do que a do material de base, de modo a cobrir pelo menos uma face de extremidade distai e uma superfície circunferencial externa que não seja uma superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distai do eletrodo; e em que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto pelo menos em uma parte da parte de base do eletrodo.
  2. 2. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto em toda a su-
    2/3 perfície externa da parte de base do eletrodo.
  3. 3. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada de revestimento é formada apenas sobre a parte de extremidade distal do eletrodo; e em que o material de base do eletrodo de aterramento é exposto na parte dobrada.
  4. 4. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o material de base do eletrodo de aterramento é um material metálico contendo 90% em massa ou mais de níquel (Ni).
  5. 5. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada de revestimento tem uma espessura de 5 a 60 pm.
  6. 6. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em que a camada de revestimento é formada apenas sobre a parte de extremidade distai do eletrodo, ou é formada sobre a parte de extremidade distal do eletrodo e a parte dobrada, de tal maneira que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte de extremidade distal do eletrodo é maior do que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a parte dobrada.
  7. 7. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a face de extremidade distai da parte da extremidade distal do eletrodo é maior do que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo.
  8. 8. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada de revestimento é formada apenas sobre a face de extremidade distal e a outra superfície circunferencial externa que não a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletro
    3/3 do, ou é formada sobre toda a superfície externa da parte de extremidade distal do eletrodo, de tal modo que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo é menor do que uma espessura mínima da camada de revestimento sobre a face de extremidade distal e a superfície circunferencial externa que não seja a superfície de lado do eletrodo central da parte de extremidade distal do eletrodo.
  9. 9. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que o material da camada de revestimento é um material que contém Ni, cobalto (Co) e cromo (Cr).
  10. 10. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o material da camada de revestimento contém ainda ítrio (Y) e alumínio (Al).
  11. 11. Vela de ignição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada de revestimento é formada por pulverização de oxigênio e combustível de alta velocidade (HVOF), pulverização de arcombustível de alta velocidade (HVAF), pulverização de plasma, pulverização a frio ou deposição por aerossol.
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B25G Requested change of headquarter approved

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B25D Requested change of name of applicant approved

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