CZ8845U1 - Zapalovací svíčka - Google Patents

Description

Zapalovací svíčka

Oblast techniky

Technické řešení se týká uspořádání zapalovací svíčky pro spalovací motory, jejíž vnější elektroda je opatřena platinovým kontaktem.

Dosavadní stav techniky

Zapalovací svíčky s navařenými platinovými kontakty na středové a vnější boční elektrodě jsou při provozu vlivem vysokoteplotní koroze působením vzdušného kyslíku a zplodin spalování značně namáhány. Při cyklických teplotách v rozmezí asi 500 až 850 °C dochází při provozu zapalovací svíčky k poškozování navařené části mezi platinovým kontaktem a vnější boční elektrodou. Současné požadavky na snížení spotřeby paliva u motorů s vnitřním spalováním a na stále čistší plynné emise směřují k tomu, aby motor běžel s chudší směsí. Při vyšších teplotách ve spalovací komoře je těmto teplotám vystavena i vnější elektroda zapalovací svíčky. Požadavky na neustále se zvyšující životnost zapalovacích svíček, aby je nebylo třeba vyměňovat i po najetí více než 100 000 km, ovlivnily zásadně konstrukce svíček. Vnější i středová elektroda obsahují měděná jádra v materiálu elektrod na bázi niklové slitiny, na protilehlé konce středové a vnější boční elektrody jsou navařeny platinové hroty nebo destičky. Těmito opatřeními se zlepšuje odolnost zapalovacích svíček proti oxidaci a korozi. Protože oproti středové elektrodě je vnější boční elektroda vystavena vyšší okolní teplotě (zvláště u prodloužených typů zapalovacích svíček, u kterých je funkční konec umístěn ve spalovací komoře) a následně ochlazována nově přivedenou směsí paliva, dochází k vyšší intenzitě tepelných pnutí v provařené oblasti mezi platinovým kontaktem a vnější elektrodou. Platinové kontakty z těchto důvodů při provozu odpadávají, případně se odlamují. Současná provedení jsou popsána v celé řadě patentových spisů, např. evropské patentové přihlášce č. 554853, č. 171994, německé patentové přihlášce ě. 3433683, US patentu ě. 4670684 a dalších.

Cílem tohoto vynálezu je vytvořit takovou zapalovací svíčku s platinovými kontakty, která je schopna při vysoké produktivitě práce při výrobě svíčky zlepšit mechanický spoj mezi platinovým kontaktem a materiálem boční elektrody a rovněž snížit vliv tepelných pnutí mezi nimi a tak zvýšit životnost zapalovací svíčky.

Podstata technického řešení

Nevýhody dosavadního stavu techniky do značné míry odstraňuje nové uspořádání zapalovací svíčky podle tohoto technického řešení. Zapalovací svíčka sestává z tepelně a elektricky vodivého pouzdra s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynotěsně uložen keramický izolátor se středovou elektrodou, proti níž je uspořádána zahnutá boční elektroda s platinovým kontaktem, připevněná k pouzdru. Podstata vynálezu spočívá v tom, že funkční kontaktní ploška boční elektrody je tvořena povrchem destičky, zapuštěné ve vybrání v tělese boční elektrody, v němž je upevněna, kde boční stěny vybrání jsou tvarově uzpůsobeny pro zajištění destičky proti jejímu axiálnímu vysunutí. Boční stěny vybrání jsou alespoň na své části sešikmeny tak, že se vybrání ve směru k povrchu boční elektrody zužuje. Výhody tohoto uspořádání spočívají v tom, že se jednak zvyšuje mechanická pevnost spoje destičky s materiálem boční elektrody a rovněž se zvětšuje styková plocha uvedené destičky. To má za následek zlepšení odvodu tepla při provozu zapalovací svíčky a zvětšení její životnosti. Platinová destička je spolehlivě mechanicky zajištěna proti samovolnému uvolnění.

Vybrání má s výhodou kruhovitý průřez. Vytvoření vybrání se tak zjednodušuje, lze jej vytvořit například lisováním. Průměr vybrání v povrchu boční elektrody odpovídá průměru funkční kontaktní plochy středové elektrody, zlepšují se funkční vlastnosti zapalovací svíčky.

- 1 CZ 8845 Ul

Destička je zapuštěna ve vybrání tak, že vyplňuje těsně celý jeho vnitřní prostor a lícuje spolu s povrchem boční elektrody. Zlepšuje se přestup tepla z destičky do materiálu boční elektrody, k přeskoku jisker dochází přímo na povrch destičky a ne na vnější hrany prstence okolo destičky. Poměr velikosti styčné plochy destičky ve vybrání k velikosti funkční kontaktní plošky, tvořené povrchem destičky, je v rozmezí od 1,5 až 3,5, s výhodou v rozmezí od 2 až 3. Teplo, které se akumuluje v destičce, tak má k dispozici větší plochu pro přestup do boční elektrody. Destička je z platiny, případně platiny s příměsí iridia nebo prvku ze skupiny obsahující rhodium, wolfram nebo nikl. Má zvětšenou odolnost proti oxidaci a korozi.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených výkresech je vyobrazen příklad provedení zapalovací svíčky podle tohoto technického řešení, včetně postupu zhotovení její vnější boční elektrody s platinovým kontaktem. Na obr. laje pohled na celkové uspořádání zapalovací svíčky s platinovými kontakty na střední a vnější boční elektrodě. Na obr. lb je detailní pohled na uspořádání obou elektrod, nacházejících se proti sobě. Na obr. 2 je vidět zapalovací svíčka v okamžiku před operacemi zhotovení platinového kontaktu v boční elektrodě, je ve smontovaném stavu s rovnou boční elektrodou. Na obr. 3 až 7 je ve svislém řezu koncové oblasti vnější boční elektrody (pro větší názornost není řez šrafován) postupně za sebou znázorněno, jak probíhá proces výroby platinového kontaktu v koncové oblasti vnější boční elektrody. Na obr. 3 je v koncové oblasti boční elektrody lisováním vytvořen důlek. Na obr. 4 se poté kolem něj stejným způsobem vylisuje mezikruží tak, že stěna mezi důlkem a jej obklopujícím zápichem se zbortí směrem ke středu důlku, čímž se vytvoří vybrání, jehož boční stěny se alespoň na své části sešikmí až zakřiví. Na obr. 5 se do vybrání vloží tělísko z platiny, zpravidla platinová kulička. Ta se následně zahřeje až do roztavení, čímž materiál tělíska vyplní vnitřní prostor vybrání, tato fáze je vyobrazena na obr. 6a. Platinové tělísko se poté přivaří ke stěnám vybrání, čímž se vytvoří zapuštěná destička, viz obr. 6b. Protože po přivaření platinové destičky dojde k jejímu zapuštění pod úroveň povrchu boční elektrody, následuje rozlisování boční elektrody na takovou tloušťku, aby platinový kontakt byl v jedné rovině se zbývajícím povrchem boční elektrody, to je vyobrazeno na obr. 7.

Příklady provedení technického řešení

Zapalovací svíčka s platinovým kontaktem na své vnější boční elektrodě (obr. 1) obsahuje tepelně a elektricky vodivé pouzdro i s upevňovacími prostředky (vnějším závitem 2 pouzdra k montáži svíčky do hlavy motoru). V dutině pouzdra 1 je plynotěsně uložen keramický izolátor 3 s průchozí středovou elektrodou 4, jejíž vně přečnívající část je ukončena v podstatě kruhovou destičkou 5 z platiny, případně platiny s příměsí iridia (alternativně může být v koncové oblasti středové elektrody 4 přivařen platinový hrot, či platinové tělísko jiné vhodné geometrické konfigurace).

Proti této kruhové destičce 5 středové elektrody 4 je v zahnuté vnější boční elektrodě 6 uspořádána funkční kontaktní ploška, tvořená povrchem další platinové destičky 7, zapuštěné ve vybrání 9 v tělese 8 boční elektrody 6, v němž je upevněna. Boční stěny vybrání 9 jsou tvarově uzpůsobeny pro zajištění této platinové destičky 7 proti jejímu axiálnímu vysunutí.

Způsob vytvoření povrchové funkční kontaktní plošky v koncové oblasti boční elektrody 6 (ze slitiny na bázi niklu s přísadou 10 až 20 % hmotn. chrómu) spočívá v tom, že v tělese 8 boční elektrody 6 o šířce přibližně 2,8 mm a tloušťce asi 1,6 mm se nejprve lisováním vytvoří zahloubení resp. vybrání 9 ve tvaru důlku o průměru 1 mm a hloubce přibližně 0,4 až 0,7 mm (obr. 3). Poté se kolem něj obdobným způsobem (prstencovým razníkem) vylisuje prstencový zápich do hloubky přibližně stejné jako je hloubka důlku (asi o 0,1 mm menší) tak, že stěna mezi důlkem a jej obklopujícím zápichem se zbortí směrem ke středu důlku (viz obr. 4), čímž se vytvoří vybrání 9, jehož boční stěny se alespoň na své části sešikmí až zakřiví (s úhlem sklonu asi 20°).

-2CZ 8845 Ul

Do tohoto vybrání 9 se pak vloží tělísko 10 (viz obr. 5) z platiny (platinová kulička o průměru asi 0,75 mm), případně platiny s příměsí iridia nebo prvku ze skupiny obsahující rhodium, wolfram nebo nikl, které se následně zahřeje až do jeho roztavení, čímž materiál tělíska 10 vyplní vnitřní prostor vybrání 9 (viz obr. 6a), k jehož stěnám se současně přivař, čímž se vytvoří zapuštěná destička 7 (viz obr. 6b). Přivaření tělíska 10 ke stěnám vybrání 9 se provádí odporovým ohřevem v ochranné atmosféře inertního plynu, aby nedocházelo ke vzniku nežádoucích oxidů v oblasti svaru. Průměr svařovací elektrody je menší než vnější průměr prstence a větší než vnitřní průměr prstence okolo vybrání 9, aby, nedocházelo k přechodu elektrického proudu do nežádoucích míst mimo oblast svaru a tím k menšímu natavení svaru a zhoršení jeho kvality.

Protože po přivaření platinové destičky 7 dojde kjejímu zapuštění pod úroveň povrchu boční elektrody 6 (viz obr. 6b), následuje rozlisování koncové oblasti boční elektrody 6 (obr. 7) na takovou tloušťku, aby platinový kontakt byl v jedné rovině se zbývajícím povrchem boční elektrody 6. Po této operaci zůstanou na boční elektrodě 6 zbytky rozlisovaného mezikruží z předcházejících výrobních kroků, to však nemá na životnost, ani jiné funkční vlastnosti zapalovací svíčky žádný vliv a není proto nutné tyto zbytky dodatečně upravovat. Konečnou operací je ohnutí boční elektrody 6 tak, aby spolu s platinovým kontaktem na středové elektrodě 4 tvořila jiskřiště s požadovanou elektrodovou vzdáleností.

Funkční kontaktní ploška boční elektrody 6 (platinový kontakt) je tvořena povrchem destičky 7, který má malou velikost plochy pro příjem tepla při provozu zapalovací svíčky (pouze čelní plocha destičky 7), ale současně je zde dvojnásobná až trojnásobná styčná plocha s boční elektrodou 6. Tím dochází ke zlepšenému přestupu tepla z platinového kontaktu do materiálu boční elektrody 6 a ke zvýšení životnosti zapalovací svíčky. Zvětšení styčné plochy je dáno sešikmením bočních stěn vybrání 9, které kromě tohoto účinku rovněž způsobuje zvýšení mechanické pevnosti spoje platinového kontaktu (platinové destičky 7) s materiálem boční elektrody 6 (uvedený spoj je vlivem nepříznivého cyklického tepelného namáhání při provozu zapalovací svíčky neustále mechanicky namáhán). Pro zlepšení odvodu tepla z koncové oblasti vnější boční elektrody může být tato elektroda (stejně jako i středová elektroda) v části své délky dále opatřena vnitřní středovou oblastí (jádrem) z tepelně a elektricky dobře vodivého kovu, např. z mědi nebo stříbra.

Výrobní operace se s výhodou provádějí na smontované zapalovací svíčce s rovnou boční elektrodou, je možné se tak jednoduše přizpůsobit tolerancím různých částí zapalovací svíčky, zvláště keramickému izolátoru.

Průmyslová využitelnost

Zapalovací svíčka s platinovým kontaktem na své vnější boční elektrodě je určena pro zážehové spalovací motory.

Claims (6)

1. Zapalovací svíčka s platinovým kontaktem na své vnější elektrodě, sestávající z tepelně a elektricky vodivého pouzdra (1) s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynotěsně uložen keramický izolátor (3) se středovou elektrodou (4), proti níž je uspořádána zahnutá boční elektroda (6), připevněná kpouzdru (1), vyznačující se tím, že funkční kontaktní ploška boční elektrody (6) je tvořena povrchem destičky (7), zapuštěné ve vybrání (9) v tělese (8) boční elektrody (6), v němž je upevněna, kde boční stěny vybrání (9) jsou tvarově uzpůsobeny pro zajištění destičky (7) proti jejímu axiálnímu vysunutí.

-3CZ 8845 Ul

2. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že boční stěny vybrání (9) jsou alespoň na své části sešikmeny tak, že se vybrání (9) ve směru k povrchu boční elektrody (6) zužuje.

3. Zapalovací svíčka podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vybrání (9)

5 má kruhovitý průřez.

4. Zapalovací svíčka podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že destička (7) je zapuštěna ve vybrání (9) tak, že vyplňuje těsně celý jeho vnitřní prostor a lícuje spolu s povrchem boění elektrody (6).

5. Zapalovací svíčka podle nároku 3, vyznačující se tím, že průměr vybrání (9) ío v povrchu boční elektrody (6) odpovídá průměru funkční kontaktní plochy středové elektrody (4)·

6. Zapalovací svíčka podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že poměr velikosti styčné plochy destičky (7) ve vybrání (9) k velikosti funkční kontaktní plošky, tvořené povrchem destičky (7), je v rozmezí od 1,5 až 3,5, s výhodou v rozmezí od 2 až 3.

15 7. Zapalovací svíčka podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že destička (7) je z platiny, případně platiny s příměsí iridia nebo prvku ze skupiny obsahující rhodium, wolfram nebo nikl.