CZ9703535A3 - Prstencová elektroda jiskrové zapalovací svíčky a způsob jejího vytvoření - Google Patents

Abstract

Prstencová elektroda (3, 3a, 3b)jiskrové zapalovači svíčky, provedené na keramickém izolátoru (1,10), na němž a souose s nim jsou ukotveny alespoň dva od sebe odsazené vložené kroužky (4, 5, 8, 9, 13 až 16). Alespoň mezi vloženými kroužky (4, 5, 8,9,13 až 16)je provedena vodivá vrstva (7, 17). Způsob vytvoření prstencové elektrody (3, 3a, 3b) jiskrové zapalovací svíčky, kde na vnější povrch keramického izolátoru (1,10) se odděleně uloží alespoň dva vložené kroužky (4, 5, 8,9, 13 až 16), které se vzájemně vodivě spojí nanesením vodivé vrstvy (7,17) na bází niklu a/nebo kobaltu a/nebo přechodových kovů, například titanu, načež se vložené kroužky (4, 5, 8, 9, 13 až 16) alespoň zčásti obnaží

Description

Prstencová elektroda jiskrové zapalovací svíčky a způsob jejího vytvoření

Oblast techniky

Vynález se týká prstencové elektrody zapalovací svíčky, provedené na keramickém a způsobu vytvoření této prstencové elektrody.

jiskrové izolátoru

Dosavadní stav techniky

Pro automobilové i stacionární spalovací motory se používají jiskrové zapalovací svíčky klasického typu, tj. se středovou elektrodou a nad ni vyvedenou boční elektrodou, nebo lze použít jiskrové zapalovací svíčky s prstencovými pomocnými elektrodami.

U klasické zapalovací svíčky na jeden elektrický výboj zpravidla záporného vysokého napětí, generovaného vysokonapěřovou cívkou a přivedeného na svorník zapalovací svíčky, přeskočí jiskra ze střední elektrody na boční elektrodu. Na jeden elektrický výboj tedy přeskočí jedna j iskra.

U novější známé jiskrové zapalovací svíčky s dvoujiskrovým provedením na jeden elektrický výboj zpravidla záporného vysokého napětí, generovaného vysokonapěúovou cívkou a přivedeného na svorník zapalovací svíčky, přeskočí jiskra ze střední elektrody na prstencovou pomocnou elektrodu a z ní na kruhovou hranu kovového pouzdra, tvořícího druhou elektrodu, viz například • 44 • · * 9 9

9 9

4 I · • 9 9

999 99 9

444*

994 zveřejněnou mezinárodní přihlášku Č. WO 93/26068. Tedy na jeden elektrický výboj přeskočí dvě jiskry.

Podobná funkce je u známého tříjiskrového provedení zapalovací svíčky, kde jsou dvě prstencové elektrody.

Tepelné zatížení elektrod jiskrových zapalovacích svíček je velké. V podstatě jde o oxidační prostředí, které způsobuje degradaci kovových elektrod, tj. jejich oxidaci a erozi. Při zvýšené degradaci elektrod a narůstajícím přeskokovém napětí na jiskřišti u klasických jiskrových zapalovacích svíček se snižuje spolehlivost funkce, tj. schopnost vytvářet pravidelnou jiskru.

U klasických svíček je část tepla odvedena přes kovové elektrody, zátav, keramiku, těsnicí podložku a pouzdro do hlavy motoru.

V případech, kdy je třeba zajistit větší odvod tepla, vyrábějí se obě elektrody, vnější a střední, jako plášťové, které se vyznačují vysokou tepelnou vodivostí. U těchto elektrod je jádro tvořeno mědí. Plášť elektrod se nej častěji vyrábí z niklových slitin. Ke zvýšení odolnosti proti degradaci jsou niklové slitiny legovány, legurami jsou obvykle chrom Cr, křemík Si, hliník AI, mangan Mn. Nejběžnější legura - chrom je zpravidla užíván v podílech 2 %, 5 tal4L

Existují ovšem i klasické jiskrové zapalovací svíčky se speciálními elektrodami, které jsou opatřeny platinovými plátky nebo jsou platinou pokoveny. Používají se elektrody ze slitin zlato - palladium Au-Pd. U jiskrových zapalovacích ·· · · ·· • * · « • · · · · • · · · ··· ·· ··· ·» «··· • · · • · · • ·· · · • · * · svíček podle WO 93/26068 je však tepelné zatížení prstencových pomocných elektrod vyšší než u kovových elektrod klasických jiskrových zapalovacích svíček.

Odvod tepla z prstencových pomocných elektrod probíhá pouze přes keramický izolátor z oxidu hlinitého Al_zO₃, který odvádí méně tepla než kov. Proto odolnost proti degradaci kovového materiálu prstencových pomocných elektrod u jiskrových zapalovacích svíček podle WO 93/26068 musí být alespoň v řádu desítek stupňů Celsia vyšší než u kovových elektrod klasických svíček. Dosud používané materiály pomocných elektrod neposkytují novým zapalovacím svíčkám podle WO 93/26068 dostatečně vysokou odolnost proti degradaci. Proto jejich celková životnost nevyhovuje současným požadavkům na moderní zapalovací svíčku.

Podstata -vynálezu

Nedostatky stavu techniky do značné míry odstraňuje prstencová elektroda jiskrové zapalovací svíčky podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že na keramickém izolátoru a souose s ním jsou ukotveny alespoň dva od sebe odsazené vložené kroužky, přičemž alespoň mezi vloženými kroužky je provedena vodivá vrstva.

Z hlediska využití materiálu odolného proti degradaci je významné, že vložené kroužky mají rozměr v kolmém řezu 0,05 až 0,5 mm.

Pro spolehlivost funkce je významné, že vodivá vrstva je vytvořena z materiálu na bázi niklu a/nebo kobaltu ** ·««·

- 4 • » ·♦· · • ♦ · • **« *« · a/nebo přechodových kovů, například titanu.

Pro jednoduchost výroby a spolehlivost uložení vložených kroužků je přínosem, že vložené kroužky jsou na keramickém izolátoru ukotveny prostřednictvím materiálu vodivé vrstvy.

Pro dostatečnou odolnost vložených kroužků proti degradaci je přínosem, že vložené kroužky obsahují alespoň jeden materiál vybraný ze skupiny platina Pt, rhodium Rh, rhenium Re, iridium Ir, zlato Au a paladium Pd.

Nevýhody stavu techniky rovněž ve značné míře odstraňuje způsob vytvoření prstencové elektrody, jehož podstata spočívá v tom, že na vnější povrch keramického izolátoru se odděleně uloží alespoň dva vložené kroužky, které se vzájemně vodivě spojí nanesením vodivé vrstvy na bázi niklu a/nebo kobaltu a/nebo přechodových kovů, například titanu, načež se vložené kroužky alespoň zčásti obnaží.

Pro lepší spojení prstencové elektrody s keramickým izolátorem je výhodné, že před uložením vložených kroužků se na povrch keramického izolátoru nanese základní adhezní vrstva.

Pro spolehlivé uložení vložených kroužků je přínosem, že vložené kroužky se na keramickém izolátoru ukotví nanesením materiálu vodivé vrstvy.

Hlavní výhodou vynálezu je zvýšení odolnosti proti degradaci na místech exponovaných jiskrou, snížení elektrického odporu v těchto místech a jejich bezprostředním

444f ·

• 4 • 4

444

44 okolí, čímž se sníží celkové tepelné namáhání vnější prstencové elektrody. Tím dochází ke zvýšení celkové životnosti zapalovací svíčky.

Prstencová elektroda podle vynálezu zajistí dokonalý přeskok zapalovací jiskry mezi střední elektrodou zapalovací svíčky a touto prstencovou elektrodu a přeskok mezi prstencovou elektrodou a pláštěm zapalovací svíčky, popřípadě přeskok mezi dvěma prstencovými elektrodami.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou znázorněny na výkresech, kde značí obr.1 až 3 postup vytváření zapalovací svíčky podle vynálezu s prstencovou elektrodou opatřenou dvěma vloženými kroužky kruhového průřezu, obr.4 až 6 variantu postupu vytváření zapalovací svíčky podle vynálezu se dvěma vloženými kroužky lichoběžníkového průřezu a obr.7 až 9 další variantu postupu vytváření zapalovací svíčky podle vynálezu se čtyřmi vloženými kroužky.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Nosnou částí zapalovací svíčky je keramický izolátor 1, který je tvořen rotačním tělesem (obr.1). Jeho středem, popřípadě jeho osou, prochází středová elektroda 2. Na vnějším povrchu keramického izolátoru 1 je vytvořena vnější prstencová elektroda 2, jak bude dále popsáno.

Na keramický izolátor 1 zapalovací svíčky se umístí do ·* ·«·· míst, kde dochází k přeskoku jiskry, a tedy k namáhání keramického izolátoru 1 a prstencové elektrody 1 jiskrou, dva vložené kroužky 4, £ kruhového průřezu o průměru 0,1 mm (obr.l). Horní vložený kroužek 4 se umístí u horního konce keramického izolátoru 1 a spodní vložený kroužek £ se umístí v osazení 4 keramického izolátoru 1, tj. v místě, kde se skokově mění jeho průměr. Pro uložení horního vloženého kroužku 4 je možné předem vytvořit zápich, například do hloubky 0,05 mm. Umístění spodního vloženého kroužkuj, v osazení 4 není rozhodující, podstatné je jeho umístění v místech, kam podle konkrétních podmínek spalovacího procesu dopadá jiskra. Osazení £ je výhodné tím, že vytváří dorazovou plochu při nasazování spodního vloženého kroužku

5.·

Horní vložený kroužek 4 a spodní vložený kroužek 5. jsou z materiálu s vysokou odolností proti degradaci, kterým je například slitina kovů vybraných ze skupiny platina Pt, rhodium Rh, rhenium Re, iridium Ir, zlato Au a paladium Pd. Mohou být také vyrobeny jen z jednoho z těchto kovů, například z platiny. Je možná i slitina kovů z uvedené skupiny s jinými kovy, pokud se zachová rozhodný účinek kovů ze skupiny. Výhodný materiál pro vytvoření vložených kroužku je například samotná platina nebo slitina 10 % Pt a 90 % Ni. Polotovarem pro vytvoření vloženého kroužku 4, 5. může být drát, pásek nebo jiný profil.

Potom se na keramický izolátor 1 nanese vodivá vrstva 2 na bázi titanu Ti o tloušťce v rozsahu 0,15 až 0,2 mm, ι · ► · <

·« · · • · · * která překryje horní vložený kroužek 4 i spodní vložený kroužek £ a alespoň část keramického izolátoru 1 mezi nimi, zajistí vedení elektrického proudu mezi vloženými kroužky 1/ £ a pevně zakotví horní vložený kroužek 4 a spodní vložený kroužek £ ke keramickému izolátoru l (obr.2). Vodivá vrstva 7 se nanáší známými technologiemi, například napařováním technologií Physical Vapor Deposition (PVD), Chemical Vapor Deposition (CVD) nebo plasmovými nástřiky.

Výhodným materiálem vodivé vrstvy 7. je tuhý roztok TiN^, kde x je číslo z intervalu 0 až 1. Může být však vytvořena i z jiného vodivého materiálu, který je dostatečně odolný vůči prostředí ve válci spalovacího motoru, například na bázi jiného přechodového kovu a/nebo niklu Ni a/nebo kobaltu Co.

Poté se oba vložené kroužky 4, 5 obnaží, například se vodivá vrstva 2 na bázi titanu na obou vložených kroužcích 4 a 5. odbrousí. Podstatné je odbroušení na čele horního vloženého kroužku 4, tj. podle obr. 1 až 3 z jeho horní strany. Vodivá vrstva 2 na spodním vloženém kroužku £ se zbrousí z vnějšku (obr.3). Může se přitom částečně zbrousit i vodivá vrstva 2 mezi oběma vloženými kroužky 4 a iJe podstatné, že popsaným broušením se obnaží alespoň převážná čela, tj. horního povrchu, horního vloženého kroužku 4 a alespoň převážná Část obvodu spodního vloženého kroužku 5., protože to jsou místa, kam nebo odkud skáče zapalovací jiskra. Také je důležité, že materiál vodivé ·· ««· • ··· · vrstvy 2 fixuje oba vložené kroužky 4, 5 na keramickém izolátoru 1.

Výsledné uspořádání je takové, že na keramickém izolátoru 1 zapalovací svíčky je provedena prstencová elektroda 2. Tato prstencová elektroda 2 sestává z horního vloženého kroužku 1 kruhového průřezu a od něj odsazeného spodního vloženého kroužku 2 kruhového průřezu, mezi nimiž je provedena vodivá vrstva 7, například na bázi ΤϊΝ_χ. Vodivá vrstva 7 je uspořádána alespoň mezi oběma vloženými kroužky 4, 2, může však do jisté míry přesahovat spodní vložený kroužek 2 směrem pod něj, může být i nad horním vloženým kroužkem 4, je-li to z nějakého jiného důvodu účelné. Podstatné je obnažení převážné části Čela horního vloženého kroužku 4 a převážné části vnějšího obvodu spodního vloženého kroužku 2 a vytvoření vodivého spojení mezi oběma vloženými kroužky 4, 5- Vložené kroužky 4/ 2 jsou souosé s keramickým izolátorem 1.

Funkce zapalovací svíčky podle popsaného provedení vynálezu probíhá obdobně jako u známých dvoujiskrových zapalovacích svíček. Jiskra přeskakuje nejprve mezi středovou elektrodou 2. zapalovací svíčky a prstencovou elektrodou 2, a to horním vloženým kroužkem 4, zpravidla jeho horním čelem. Dále je elektrický proud veden prstencovou elektrodou 2, a to vodivou vrstvou 7 na bázi titanu, ke spodnímu vloženému kroužku 2, mezi nímž a neznázorněným pláštěm zapalovací svíčky pak přeskakuje * «· • · · · ·· «· · · · • · · · · ««·

9· · · * ♦ · ♦·· 9

- ··« ·» · · ♦ ·· ·· ·«· ·♦· «φ « další jiskra. Neznázorněný plášť obvyklým neznázoměným způsobem uzavírá elektrický obvod. Protože oba vložené kroužky 4 a £ mají podstatně vyšší odolnost proti degradaci než zbývající část prstencové elektrody 3, prodlužuje se tak značně životnost zapalovací svíčky.

Příklad 2

Toto provedení odpovídá provedení podle příkladu 1 s tím rozdílem, že horní vložený kroužek £ a spodní vložený kroužek £ jsou obdélníkového průřezu (obr.4). Jinak vyjádřeno boční plochy každého z těchto vložených kroužků £ a £ jsou tvořeny částí kuželové plochy a horní a spodní plocha jsou tvořeny mezikružím (obr.4 až 6). Horní vložený kroužek £ i spodní vložený kroužek £ jsou vyrobeny ze shodného materiálu jako u předcházejícího provedení.

Funkce zapalovací svíčky podle tohoto příkladu provedení jsou shodná s funkcí základního provedení podle příkladu l.

Příklad 3

Keramický izolátor 10 je na své vnější straně opatřen žebrem 11. Vnější strana keramického izolátoru 10 nad žebrem 11 a pod žebrem ll se opatří základní adhezní vrstvou 12. například na bázi titanu o tlouštce 0,05 mm, a to obdobnou technologií jako podle předcházejících příkladů. Poté se na keramický izolátor 10 uloží vložené kroužky obdélníkového průřezu, a to horní vložený kroužek 13 a první vložený

	Φ	•
• Φ	Φ	φ Φ	• Φ
φ Φ	Φ	Φ
φ Φ	• ·	Φ
• Φ	Φ	Φ
ΦΦ	ΦΦ	ΦΦΦ	• Φ

•Φ φφφφ φ φ φ φ φ φ φφφ φ φ φ φφ φ mezikroužek 14 nad žebro 11. druhý vložený mezikroužek 15. a spodní vložený kroužek 16 pod žebro 11 (obr.7). Vložené kroužky 13 až 16 jsou vyrobeny ze shodného materiálu jako vložené kroužky podle předcházejících provedení. Základní adhezní vrstva 12 může být vytvořena i na bázi jiných materiálů, například keramických. Může být však také zcela vypuštěna, takže postup vytváření prstencové elektrody probíhá pak bez nanášení této základní adhezní vrstvy 12.

Jako následující operace se na keramický izolátor 10 nanese vodivá vrstva 17 na bázi TiN*. o tlouščce 0,15 až 0,2 mm, kterou se vložené kroužky 13 až 16 ukotví ke keramickému izolátoru 10 (obr.8). Pak se všechny čtyři vložené kroužky 13 až 16 obnaží, například se vodivá vrstva 17 na všech vložených kroužcích 13 až 16 odbrousí. Analogicky jako u předcházejících příkladů se obnaží alespoň převážná část horního Čela horního vloženého kroužku 13 a převážná část obvodového povrchu vložených mezikroužků 14 a 15 a spodního vloženého kroužku 15. Je výhodné, že se vodivá vrstva 12 mezi vloženými kroužky 13 a 16 se zbrousí do úrovně těchto vložených kroužků 13 a 16 a do úrovně žebra 11. Tak se vytvoří na vnější straně keramického izolátoru 10 souvislý povrch (obr.9).

Uvedeným postupem se vytvoří dvě prstencové elektrody, a to horní prstencová elektroda 3a a spodní prstencová elektroda 3b (obr.8). Obě tyto prstencové elektrody 3a a 3b jsou odděleny žebrem 11 a vytvářejí charakter tříjiskrové zapalovací svíčky. První zapalovací jiskra se tvoří mezi

4 4

4 4

4 4 4

4 4

44« 44 • ·«·

4 4

4 4

444 4

4

4 středovou elektrodou 2 a horním vloženým kroužkem 13 horní prstencové elektrody la, druhá zapalovací jiskra se tvoří mezi prvním vloženým mezikroužkem 14., který je součástí horní prstencové elektrody 2a, a druhým vloženým mezikroužkem 15., který je součástí spodní prstencové elektrody 3b. Třetí zapalovací jiskra se tvoří mezi spodním vloženým kroužkem 15, který je součástí spodní prstencové elektrody 3b. a neznázorněným pláštěm zapalovací svíčky.

Rozměr průřezu vložených kroužků 4/ 5./ £, 2., 13 až 16 podle všech uvedených příkladů provedení je výhodný v rozsahu 0,05 až 0,5 mm. Vodivá vrstva 2 podle příkladů 1 a 2, základní adhezní vrstva 12 i vodivá vrstva 17 podle příkladu 3 sestávají s výhodou z tuhého roztoku TiN^, kde x je v rozmezí 0 až 1.

Průmyslová využitelnost

Řešení lze využít pro výrobu prstencových elektrod jiskrových zapalovacích svíček spalovacích motorů, kde je žádoucí zvýšit podstatným způsobem životnost těchto svíček.

* 44	4 · 44 4444
44 > 4	44	44	4 4 4
# 4 4	4	4	4 4 9
4 4 4 4	9	4	4 444 9
4 4 4	4	4	4 - 9
444 44	499	444	44 4

PATENTOVÉ

Claims (8)

1. NÁROKY

   1. Prstencová elektroda jiskrové zapalovací svíčky, provedená na keramickém izolátoru, vyznačující se tím, že na keramickém izolátoru (1) a souose s ním jsou ukotveny alespoň dva od sebe odsazené vložené kroužky (4,5,8,9,13 až 16), přičemž alespoň mezi vloženými kroužky (4,5,8,9,13 až 16) je provedena vodivá vrstva (7,17) .
2. 2. Prstencová elektroda podle nároku 1, vyznačující se tím, že vložené kroužky (4,5,8,9,13 až 16) mají rozměr v kolmém řezu 0,05 až 0,5 mm.
3. 3. Prstencová elektroda podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodivá vrstva (7,17) je vytvořena z materiálu na bá2i niklu a/nebo kobaltu a/nebo přechodových kovů, například titanu.
4. 4. Prstencová elektroda podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že vložené kroužky (4,5,8,9,13 až 16) jsou na keramickém izolátoru (14) ukotveny prostřednictvím materiálu vodivé vrstvy (7, 17).
5. 5. Prstencová elektroda podle nároku 1, vyznačující se tím, že vložené kroužky (4,5,8,9,13 až 16) obsahují alespoň jeden materiál vybraný ze skupiny platina Pt, rhodium Rh, rhenium ·· · · ·· ·· · · · • · · · · · · • · · · · · · ··· · • · · · · * ··· ·« ♦·· ··· 99 ·

   Re, iridium Ir, zlato Au a paladium Pd.
6. 6. Způsob vytvoření prstencové elektrody jiskrové zapalovací svíčky podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, Se na vnější povrch keramického izolátoru se odděleně uloží alespoň dva vložené kroužky, které se vzájemně vodivě spojí nanesením vodivé vrstvy na bázi niklu a/nebo kobaltu a/nebo přechodových kovů, například titanu, načež se vložené kroužky alespoň zčásti obnaží.
7. 7. Způsob vytvoření prstencové elektrody podle nároku 6, vyznačující se tím, Se před uložením vložených kroužků se na povrch keramického izolátoru nanese základní adhezní vrstva.
8. 8. Způsob vytvoření prstencové elektrody podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, Se vložené kroužky se na keramickém izolátoru ukotví nanesením materiálu vodivé vrstvy.