DE102013216349B4

DE102013216349B4 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013216349B4
Application number: DE102013216349.5A
Authority: DE
Inventors: Yuki Murayama; Nobuo Abe; Yoshinori Doi; Toshiyuki TOMINE; Shunsuke YOKOTA
Original assignee: Denso Corp; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: CN103633562A; DE102013216349A1; US20140049151A1; CN103633562B; US9184570B2; JP2014060140A; JP6035177B2

Abstract

Zündkerze (1) mit:einer Mittelelektrode (2); undeiner Masseelektrode (3), die so angeordnet ist, dass sie der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, sodass zwischen der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Funkenentladungsspalt (G) ausgebildet ist,wobei an zumindest einem von der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Elektrodenchip (4) ausgebildet ist und der Elektrodenchip (4) aus einer Iridium-Aluminium-Legierung besteht,dadurch gekennzeichnet, dassdie Iridium-Aluminium-Legierung 40 bis 60 Mol% Aluminium und als Rest davon Iridium aufweist und in der Iridium-Aluminium-Legierung eine intermetallische Verbindung Iridium-Aluminium als eine Hauptphase vorhanden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zündkerzen zum Gebrauch in Brennkraftmaschinen von Motorkraftfahrzeugen.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
An Motorkraftfahrzeugen montierte Brennkraftmaschinen verwenden verschiedene Arten von Zündkerzen, um einen Kraftstoff in einer Brennkammer zu zünden. Beispielsweise hat eine Zündkerze einen herkömmlichen Aufbau, bei dem ein Funkenentladungsspalt zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode ausgebildet ist. Eine Funkenentladung wird in dem zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausgebildeten Funkenentladungsspalt erzeugt, um ein aus Luft und Kraftstoff bestehendes Gasgemisch in der Brennkammer der Brennkraftmaschine zu zünden. Es gibt eine andere Bauart einer Zündkerze, die einen Aufbau hat, bei dem ein Elektrodenchip an der Mittelelektrode oder der Masseelektrode ausgebildet ist, um eine Zündfähigkeit usw. zu verbessern.
Zuletzt gab es eine Nachfrage nach dem Verbessern eines Abnutzungswiderstands eines in einer Zündkerze verwendeten Elektrodenchips im Hinblick auf eine Temperaturerhöhung in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine, da die Brennkraftmaschine eine hohe Leistung usw. hat. Es gibt Funkenverschleiß oder Funkenabnutzung und Oxidationsverschleiß oder Oxidationsabnutzung, wodurch ein Elektrodenchip in einer Zündkerze verschlissen wird. Bei dem Funkenverschleiß wird eine Oberfläche des Elektrodenchips durch die Funkenentladung unmittelbar geschmolzen. Andererseits wird beim Auftreten eines Oxidationsverschleißes eine Oberfläche einer Elektrode oxidiert und verdampft, wenn die Zündkerze in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet wird. Beispielsweise ist in der JP H09 - 298 083 A eine Zündkerze offenbart, die einen herkömmlichen Aufbau hat, bei dem ein Elektrodenchip aus Iridium Ir gefertigt ist, welches einen hohen Schmelzpunkt hat, und die eine bessere Funkenverschleißwiderstandsfähigkeit hat. Zusätzlich zu Iridium enthält der Elektrodenchip Platin Pt und Rhodium Rh, die einen besseren Oxidationswiderstand aufweisen.
Da jedoch der herkömmliche Elektrodenchip, der in der in JP H09 - 298 083 A offenbarten Zündkerze verwendet wird, aus Edelmetallen, etwa Iridium, Platin und Rhodium gefertigt ist, erhöht dies die Herstellungskosten des Elektrodenchips und der Zündkerze. Daher gibt es eine Nachfrage nach dem Bereitstellen einer Zündkerze, die eine bessere Funkenentladungsabnutzungswiderstandsfähigkeit, einen besseren Oxidationswiderstand und eine lange Lebensdauer bei niedrigen Herstellungskosten aufweist.
Die DE 10 2004 060 866 A1 , die CN 1 02 206 769 A und die DE 196 41 856 A1 offenbaren jeweils eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2, bei der der Elektrodenchip aus einer Iridium-Aluminium-Legierung besteht, die neben Iridium und Aluminium weitere Legierungsbestandteile enthalten kann bzw. enthält. Die E1 schlägt einen Iridiumgehalt von 50 Gew.-% oder mehr, insbesondere von 70 Gew.-% bis 99 Gew.-% vor, während die E2 einen Iridiumgehalt von 45 bis 84 Gew.-% und einen Aluminiumgehalt von 1 bis 10 Gew.-% vorschlägt.
ZUSAMMENFASSUNG
Der Erfindung liegt mit Blick auf die DE 10 2004 060 866 A1 , die CN 1 02 206 769 A und die DE 196 41 856 A1 die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze bereitzustellen, die einen besseren Funkenentladungsabnutzungswiderstand, einen besseren Oxidationswiderstand und eine längere Lebensdauer hat.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.
Bei der Zündkerze gemäß Patentanspruch 1 ist der Elektrodenchip zumindest an einem von der Mittelelektrode und der Masseelektrode ausgebildet. Der Elektrodenchip enthält 40 bis 60 Mol% Aluminium sowie Iridium. Das heißt, der Elektrodenchip in der Zündkerze ist aus einer Legierung gefertigt, die Aluminium und Iridium enthält (Ir-Al-Legierung). Da insbesondere der Anteil von Aluminium in dem Elektrodenchip in einem Bereich von 40 bis 60 Mol% der Gesamtzusammensetzung des Elektrodenchips beträgt, ist die intermetallische Verbindung Ir-Al als eine Hauptphase in der Ir-Al-Legierung vorhanden.
Die intermetallische Verbindung Ir-Al in der Ir-Al-Legierung in dem Elektrodenchip hat einen hohen Schmelzpunkt und einen besseren Oxidationswiderstand. Das heißt, die intermetallische Verbindung Ir-Al in der Ir-Al-Legierung hat den besseren Funkenabnutzungswiderstand von Iridium, das einen hohen Schmelzpunkt hat, und einen besseren Oxidationswiderstand von Aluminium. Dies macht es möglich, die Zündkerze bereitzustellen, die einen besseren Funkenabnutzungswiderstand, einen besseren Oxidationswiderstand und eine lange Lebensdauer hat.
Ferner enthält der Elektrodenchip in der Zündkerze 40 bis 60 Mol% Aluminium, welches kein Edelmetall ist und zu günstigen Kosten auf dem freien Markt erhältlich ist. Dies macht es möglich, die Herstellungskosten der Zündkerze ebenso wie die des Elektrodenchips verglichen mit einer herkömmlichen Zündkerze, die einen Elektrodenchip hat, der ausschließlich aus Edelmetallen wie Platin Pt, Rhodium Rh zusätzlich zu Iridium besteht, die auf dem freien Markt zu hohen Kosten erhältlich sind, zu verringern.
Die vorliegende Erfindung stellt den Elektrodenchip und die Zündkerze bereit, die den besseren Funkenabnutzungswiderstand, den besseren Oxidationswiderstand und eine lange Lebensdauer aufweisen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun wird ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mittels Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine Ansicht ist, die einen Schnitt eines Teils einer Zündkerze gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht ist, die einen Aufbau einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode, eines an der Mittelelektrode ausgebildeten Elektrodenchips, eines an der Masseelektrode ausgebildeten Elektrodenchips und eines Funkenentladungsspalts in der Zündkerze gemäß dem in 1 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Ansicht ist, die eine Schnittfläche des Elektrodenchips der Zündkerze als Probenstück S3 zeigt, welches dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entspricht;
4 eine Ansicht ist, die eine Schnittfläche des Elektrodenchips der Zündkerze als ein Probenstück S8 zeigt, welches dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entspricht;
5 eine Ansicht ist, die eine Beziehung zwischen einer Beibehaltungszeitspanne und einer Masseänderung eines jeden Elektrodenchips (als Versuchsproben S31 bis S39) in einem Hochtemperaturoxidationstest gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Ansicht ist, die eine Modifikation der Zündkerze zeigt, bei der der Elektrodenchip lediglich an der Mittelelektrode ausgebildet ist; und
7 eine Ansicht ist, die eine andere Modifikation der Zündkerze zeigt, bei der der Elektrodenchip lediglich an der Masseelektrode ausgebildet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im weiteren Verlauf werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder äquivalente Komponententeile über alle Schaubilder hinweg.
Die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen oder mehrere Elektrodenchips. Jeder Elektrodenchip weist von seiner Gesamtheit 40 bis 60 Mol% Aluminium Al sowie Iridium Ir auf. Es ist für jeden Elektrodenchip hinnehmbar, ferner nicht mehr als 0,5 Mol% einer Summe aus Silizium Si und Zink Zn als ungewollte Verunreinigung aufzuweisen.
Im Allgemeinen hat Iridium einen Schmelzpunkt von ca. 2447 °C. Andererseits hat Aluminium einen Schmelzpunkt von ca. 660 °C, der niedriger als der Schmelzpunkt von Iridium ist. Dementsprechend kann der Schmelzpunkt des Elektrodenchips geändert werden, indem der Gehalt von Aluminium in dem Elektrodenchip eingestellt wird. Außerdem kann ein Oxidationswiderstand des Elektrodenchips geändert werden, indem der Gehalt von Aluminium eingestellt wird.
Beispielsweise dann, wenn ein Gehalt von Aluminium in einem in einer Zündkerze ausgebildeten Elektrodenchip weniger als 40 Mol% beträgt, ist es möglich, eine Verringerung eines Schmelzpunkts des Elektrodenchips zu unterdrücken, aber es besteht eine Möglichkeit, dass es schwierig ist, einen erforderlichen Oxidationswiderstand beizubehalten.
Wenn andererseits ein Gehalt von Aluminium in einem in einer Zündkerze ausgebildeten Elektrodenchip mehr als 60 Mol% beträgt, ist es möglich, den Oxidationswiderstand zu erhöhen, aber der Schmelzpunkt des Elektrodenchips wird niedriger. In diesem Aufbau besteht eine Möglichkeit, dass es schwierig wird, einen erforderlichen Funkenabnutzungswiderstand beizubehalten.
Wenn außerdem ein Gehalt von Aluminium in einem in einer Zündkerze ausgebildeten Elektrodenchip weniger als 40 Mol% oder mehr als 60 Mol% beträgt, besteht eine Möglichkeit, dass ein Anteil eines Gehalts einer intermetallischen Verbindung Ir-Al in einer Ir-Al-Legierung in dem Elektrodenchip kleiner wird. Das heißt, es besteht beispielsweise eine Möglichkeit, dass ein Gehalt eines Mischkristalls aus Iridium und Aluminium als eine sich von der intermetallischen Verbindung Ir-Al unterscheidende Phase vergrößert wird. Dadurch besteht eine Möglichkeit, dass es für den Elektrodenchip schwierig ist, sowohl die Funkenabnutzungswiderstandsfähigkeit als auch den Oxidationswiderstand beizubehalten.
Ferner gibt es eine intermetallische Verbindung Ir-Al als eine Hauptphase einer Ir-Al-Legierungshauptphase, die den Elektrodenchip bildet. Außerdem ist in dem Elektrodenchip häufig ein Mischkristall aus Iridium und Aluminium als eine sich von der Ir-Al-Legierung unterscheidende Phase enthalten.
Weiterhin ist es möglich, einen Schnitt des Elektrodenchips unter Verwendung eines optischen Mikroskops oder eines Elektronenmikroskops abzulichten und ein Verhältnis aus einer Fläche der intermetallischen Verbindung Ir-Al in der Gesamtfläche des Querschnitts des Elektrodenchips zu berechnen, um den Anteil der intermetallischen Verbindung Ir-Al in der Ir-Al-Legierung zu erhalten.
Ferner ist es möglich, dass der Elektrodenchip zumindest ein aus Nickel Ni, Eisen Fe, Kobalt Co, Platin Pt und Rhodium Rh ausgewähltes Metall in einem Bereich von 1 bis 20 Mol% enthält, welches einen Teil des Iridiums in dem Elektrodenchip ersetzt.
In diesem Fall ist der Elektrodenchip in der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Legierung (Ir-Al-M-Legierung) gefertigt, in der ein Teil der Ir-Al-Legierung, die als Kristallstruktur eine innenzentrierte Gitterstruktur (BCC-Struktur) hat, durch zumindest ein Element ersetzt wird, das aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin und Rhodium ausgewählt wird. Dieses eine Element wird mit der Bezeichnung „das Element M“ bezeichnet. Die den Elektrodenchip bildende Legierung enthält die intermetallische Verbindung Ir-Al-M, die aus Iridium, Aluminium und dem Element M als die Hauptphase besteht. Diese Struktur des Elektrodenchips macht es möglich, die Erzeugung einer Phase, etwa eines Mischkristalls zu verhindern, die sich von der intermetallischen Verbindung in der den Elektrodenchip bildenden Legierung unterscheidet. Dementsprechend ist es möglich, den Anteil der intermetallischen Verbindung in der den Elektrodenchip bildenden Legierung zu erhöhen. Dies macht es möglich, den Funkenabnutzungswiderstand und den Oxidationswiderstand des Elektrodenchips zu erhöhen.
Wenn ferner ein Gehalt des Elements M, das einen Teil des Iridiums in der den Elektrodenchip bildenden Legierung ersetzt, weniger als 1 Mol% beträgt, besteht eine Möglichkeit, die Erzeugung eines Mischkristalls usw. in der den Elektrodenchip bildenden Legierung zu unterdrücken, und dass es schwierig ist, die Wirkungen zum Erhöhen des Anteils der intermetallischen Verbindung in der den Elektrodenchip bildenden Legierung auf geeignete Weise zu erhalten.
Wenn andererseits der Gehalt des Elements M mehr als 20 Mol% beträgt, da der Gehalt von Iridium in der den Elektrodenchip bildenden Legierung verringert ist und der Schmelzpunkt des Elektrodenchips niedriger ist, besteht eine Möglichkeit, dass es schwierig ist, den Funkenentladungsabnutzungswiderstand auf geeignete Weise zu erhalten.
Ferner ist es möglich, dass der Elektrodenchip gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest etwas Nickel und Rhodium anstelle von Iridium enthält. Dieser Aufbau macht es möglich, den Anteil der intermetallischen Verbindung in der den Elektrodenchip bildenden Legierung zu erhöhen und ferner den Funkenabnutzungswiderstand und den Oxidationswiderstand des Elektrodenchips zu erhöhen.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nun wird eine Beschreibung einer Zündkerze 1 gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, die für Brennkraftmaschinen zu verwenden ist, unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die einen Schnitt eines Teils der Zündkerze 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. 2 ist eine Ansicht, die einen Aufbau einer Mittelelektrode 2, einer Masseelektrode 3, an der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrode 3 ausgebildeten Elektrodenchips 4 und einen Funkenentladungsspalt G in der Zündkerze gemäß dem in 1 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Insbesondere ist der Elektrodenchip 4 an der Mittelelektrode 2 ausgebildet. Der Elektrodenchip 4 ist an der Masseelektrode 3 ausgebildet. Diese Elektrodenchips 4 sind einander über den Funkenentladungsspalt G zugewandt. Der Elektrodenchip 4 ist aus 40 bis 60 Mol% Aluminium und Iridium als ein Rest davon gefertigt.
Nun wird eine Beschreibung eines detaillierten Aufbaus eines jeden Elektrodenchips 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angegeben.
Wie dies in 1 gezeigt ist, besteht die Zündkerze 1 aus der Mittelelektrode 2, der Masseelektrode 3, den Elektrodenchips 4, einem elektrischen Isolator 5, etwa einem elektrischen Keramikisolator, usw., und einem Gehäuse 6. Das Gehäuse 6 hat eine zylindrische Form. An dem Außenumfang des Gehäuses 6 ist ein Gewindeabschnitt 61 ausgebildet. Die Zündkerze 1 ist an einem Wandabschnitt einer Brennkammer einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine durch ein in dem Wandabschnitt der Brennkraftmaschine ausgebildetes (nicht gezeigtes) Gewindeloch und dem Gewindeabschnitt 61 des Gehäuses 6 befestigt.
Der elektrische Isolator 5 hat eine zylindrische Form. Der elektrische Isolator 5 ist im Inneren des Gehäuses 6 gestützt. Die Mittelelektrode 2 ist im Inneren des elektrischen Isolators 5 gestützt, sodass die Mittelelektrode 2 von dem elektrischen Isolator 5 vorragt und zu der Außenseite, d.h. einem Kraftstoffgemisch in der Brennkammer freiliegt.
Die Masseelektrode 3 ist an eine vordere Endfläche 60 des Gehäuses 6 angeschlossen. Wie dies in 1 und 2 gezeigt ist, erstreckt sich die Masseelektrode 3 von der vorderen Endfläche 60 des Gehäuses 6 in Richtung der Mittelelektrode 2 und ist derart gekrümmt, dass die Masseelektrode 3 der Mittelelektrode 2 entlang einer Achsrichtung der Zündkerze 1 zugewandt ist.
Wie dies in 2 gezeigt ist, ist der Elektrodenchip 4 mit einem vorderen Endabschnitt 21 eines Mittelelektrodenbasisabschnitts 21 der Mittelelektrode 2 durch Verschweißen angeschlossen. Außerdem ist der Elektrodenchip 4 mit einem gegenüberliegenden Abschnitt 311 eines Masseelektrodenbasisabschnitts 31 der Masseelektrode 3 mittels Verschweißen verbunden. Jeder dieser Elektrodenchips hat eine zylindrische Form. Der Funkenentladungsspalt G ist zwischen den Elektrodenchips 4 ausgebildet.
Sowohl der Mittelelektrodenbasisabschnitt 21 der Mittelelektrode 2 als auch der Masseelektrodenbasisabschnitt 31 der Masseelektrode 3 ist aus einer Nickellegierung (Ni-Legierung) gefertigt.
Sowohl der Elektrodenchip 4 der Mittelelektrode 2 als auch der Elektrodenchip 4 der Masseelektrode 3 ist aus 40 bis 60 Mol% Aluminium und aus Iridium als Rest davon gefertigt. Das heißt, der Elektrodenchip 4 besteht aus einer Legierung (Ir-Al-Legierung), die aus Iridium und Aluminium besteht. Zusätzlich dazu, dass er Iridium und Aluminium enthält, ist es für den Elektrodenchip 4 hinnehmbar, dass er nicht mehr als etwa 0,5 Mol% einer Summe aus Si und Zn als ungewollte Verunreinigung enthält.
Nun wird eine Beschreibung von Vorgängen und Wirkungen der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, welche den zuvor beschriebenen Aufbau hat.
Bei dem Aufbau der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Elektrodenchip 4 an der Mittelelektrode 2 ausgebildet und zudem ist der Elektrodenchip 4 an der Masseelektrode 3 ausgebildet. Insbesondere hat der Elektrodenchip 4 eine besondere Zusammensetzung, d.h., er enthält 40 bis 60 Mol% Aluminium und als Rest davon Iridium.
Da der Elektrodenchip 4 aus einer Legierung (Ir-Al-Legierung) aus Iridium und Aluminium besteht und der Anteil von Aluminium in dem zuvor beschriebenen Bereich liegt, ist als Hauptphase in der Ir-Al-Legierung, die den Elektrodenchip 4 bildet, eine aus Iridium und Aluminium bestehende intermetallische Verbindung (eine intermetallische Verbindung Ir-Al) vorhanden.
Die intermetallische Verbindung Ir-Al, die die Hauptphase in der Ir-Al-Legierung ist, hat einen hohen Schmelzpunkt und hat einen besseren Oxidationswiderstand. Das heißt, die in dem Elektrodenchip 4 enthaltene intermetallische Verbindung Ir-Al hat einen hohen Schmelzpunkt und einen besseren Funkenabnutzungswiderstand von Iridium und einen besseren Oxidationswiderstand von Aluminium. Dies macht es möglich, die Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bereitzustellen, die sowohl den besseren Funkenabnutzungswiderstand als auch den besseren Oxidationswiderstand hat. Dies macht es möglich, dass die Zündkerze 1 eine lange Lebensdauer hat.
Ferner enthält der Elektrodenchip 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 40 bis 60 Mol% Aluminium, welches ein kostengünstiges Material ist und zu niedrigen Kosten einfach auf dem freien Markt erhältlich ist. Dies macht es möglich, die Herstellungskosten der Elektrodenchips 4 in der Zündkerze 1 zu verringern. Beispielsweise können die Elektrodenchips 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei niedrigen Herstellungskosten hergestellt werden, vergleicht man dies mit den Herstellungskosten eines herkömmlichen Elektrodenchips, der aus Edelmetallen, etwa Iridium, Platin und Rhodium gefertigt ist. Das heißt, es ist möglich, die Zündkerze 1, die die Elektrodenchips 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel haben, zu niedrigen Herstellungskosten herzustellen.
Wie dies zuvor beschrieben wurde, wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Zündkerze 1 bereitgestellt, die für Brennkraftmaschinen zu verwenden ist, die einen besseren Funkenabnutzungswiderstand, einen besseren Oxidationswiderstand und eine längere Lebensdauer hat.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nun wird eine Beschreibung der Zündkerze 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gegeben. Sowohl die Mittelelektrode 2 als auch die Masseelektrode 3 in der Zündkerze 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel haben den Elektrodenchip 4, dessen Gehalt sich von jenem des in der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Elektrodenchips 4 unterscheidet.
Das heißt, die Zündkerze 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat die Elektrodenchips 4, die jeweils innerhalb eines Bereichs von 1 bis 20 Mol% aus zumindest einem Metall bestehen, das aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin und Rhodium ausgewählt ist. Das heißt, der Elektrodenchip 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht aus 40 bis 60 Mol% Aluminium, 1 bis 20 Mol% von zumindest einer Metallart, die aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin und Rhodium ausgewählt ist. Der Elektrodenchip 4 besteht als Rest davon ferner aus Iridium.
Da die anderen Komponenten der Zündkerze 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die gleichen wie jene der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, wird deren Erläuterung hier ausgelassen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Elektrodenchip 4 aus einer Legierung (Ir-Al-M-Legierung), in der ein Teil der Ir-Al-Legierung, die eine körperzentrierte Gitterstruktur (BCC-Struktur) als eine Kristallstruktur hat, durch zumindest ein Element ersetzt ist, das aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin und Rhodium ausgewählt ist. Dieses eine Element wird mit dem Bezugszeichen (das Element M) bezeichnet. Die den Elektrodenchip 4 bildende Legierung besteht aus der intermetallischen Verbindung Ir-Al-M. Die intermetallische Verbindung Ir-Al-M besteht aus Iridium, Aluminium und dem Element M. Diese Struktur des Elektrodenchips 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel macht es möglich, die Erzeugung einer solchen Phase als einem Mischkristall usw. zu unterdrücken, welche anders als die intermetallische Verbindung in der den Elektrodenchip 4 bildenden Legierung ist. Dementsprechend ist es möglich, den Anteil der intermetallischen Verbindung in der den Elektrodenchip 4 bildenden Legierung zu erhöhen. Dies macht es möglich, den Funkenabnutzungswiderstand und den Oxidationswiderstand der Elektrodenchips zu erhöhen. Andere Vorgänge und Wirkungen der Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie jene der Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Drittes Ausführungsbeispiel
Eine Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels wird angegeben. In dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Abnutzungswiderstand einer jeden Versuchsprobe als die Zündkerze ausgewertet. Der Abnutzungswiderstand besteht aus dem Funkenentladungsabnutzungswiderstand und dem Oxidationswiderstand.
Das dritte Ausführungsbeispiel verwendet eine Vielzahl von Elektrodenchips mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind. In dem dritten Ausführungsbeispiel wurden Versuchsproben S1 bis S21 vorbereitet, die jeweils einen Elektrodenchip mit unterschiedlicher Zusammensetzung hatten. In dem dritten Ausführungsbeispiel wurden der Funkenentladungsabnutzungswiderstand und der Oxidationswiderstand einer jeden Versuchsprobe S1 bis S21 erfasst.
Ferner zeigt Tabelle 1 eine Zusammensetzung und einen Anteil einer Fläche einer intermetallischen Verbindung in dem Elektrodenchip in jedem der Versuchsproben S1 bis S21. Zufällige Verunreinigungen sind in Tabelle 1 ausgelassen.
Nun wird eine Beschreibung des in jedem der Versuchsproben S1 bis S21 verwendeten Elektrodenchips angegeben.
Der Elektrodenchip in jedem der Versuchsproben S2 bis S4 enthielt 40 bis 60 Mol% Aluminium und als Rest davon Iridium. Das heißt, der Elektrodenchip in jeder der Versuchsproben S2 bis S4 entspricht dem Elektrodenchip 4, der in der zuvor beschriebenen Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Andererseits enthielt der Elektrodenchip in der Versuchsprobe S1 70 Mol% Aluminium, was mehr als 60 Mol% Aluminium ist. Der Elektrodenchip in der Versuchsprobe S5 enthielt 30 Mol% Aluminium, was weniger als 40 Mol% Aluminium ist.
Der Elektrodenchip in jeder der Versuchsproben S2 bis S4 enthielt 50 Mol% Aluminium, was im Bereich von 40 bis 60 Mol% Aluminium liegt, und 1 bis 20 Mol% des Elements M, welches zumindest ein Metall ist, das aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin und Rhodium ausgewählt ist, und als Rest davon Iridium. Insbesondere ist in dem Elektrodenchip eines jeden der Versuchsproben S2 bis S4 ein Teil des Iridiums durch das Element M ersetzt. Das heißt, der Elektrodenchip in jeder der Versuchsproben S2 bis S4 entspricht dem Elektrodenchip, der in der zuvor beschriebenen Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Andererseits enthielt der Elektrodenchip in der Versuchsprobe S9 50 Mol% Aluminium und 30 Mol% Nickel, was mehr als 20 Mol% Nickel ist, welches einen Teil des Iridiums ersetzt.
Nun wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen des Elektrodenchips in einer jeden der Zündkerzen als die Versuchsproben beschrieben.
Als erstes wurden Elementpulver, etwa Iridiumpulver, Aluminiumpulver, Nickel-Ni-Pulver, Eisen-Fe-Pulver, Kobalt-Co-Pulver, Platin-Pt-Pulver, Rhodium-Rh-Pulver mit einer vorbestimmten Zusammensetzung gemischt, um ein Rohgemisch des Elektrodenchips herzustellen.
Als Nächstes wurde das Rohgemisch für zehn Minuten durch ein Plasmabogenschmelzverfahren unter Verwendung einer maximalen Leistung von 7,5 kW aufgeschmolzen und dann getrocknet, um einen Gussblock herzustellen. Das Verfahren verwendet Iridiumpulver von nicht weniger als 99,95 % Reinheit, Platinpulver von nicht weniger als 99,95 % Reinheit und Rhodiumpulver von nicht weniger als 99,95 % Reinheit sowie Aluminiumpulver von nicht weniger als 95 % Reinheit und Nickelpulver von nicht weniger als 99,8 % Reinheit.
Als Nächstes wurde der hergestellte Gussblock bei einer Temperatur von 1400 °C und über 72 Stunden in einer Argon-Ar-Atmosphäre getempert. Nach dem Temperungprozess wurde der Gussblock in Teile geschnitten, die eine vorbestimmte Größe (mit einem Durchmesser von 0,55 mm und einer axialen Länge von 0,8 mm) haben. Dadurch wurden die Elektrodenchips hergestellt, die eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 0,55 mm und einer Länge von 0,8 mm haben.
Als Nächstes wird nun eine Beschreibung eines Verfahrens zum Erfassen eines Anteils einer Fläche einer in dem Elektrodenchip enthaltenen intermetallischen Verbindung in einem jeden der Versuchsproben beschrieben.
Als erstes wurde der Elektrodenchip geschnitten, um eine Schnittfläche zu erhalten. Die Schnittfläche wurde durch Polieren geschliffen.
Als Nächstes wurde die polierte Fläche des Elektrodenchips durch ein optisches Mikroskop oder ein Elektronenmikroskop fotografiert. Eine Datenverarbeitungssoftware wurde ausgeführt, um die fotografierten Bilddaten zu verarbeiten. Mit anderen Worten wurde eine Binarisierung der fotografierten Bilddaten ausgeführt, um eine intermetallische Verbindungsphase von einer Halbkristallphase zu unterscheiden. Der Anteil einer Fläche der intermetallischen Verbindungsphase wurde berechnet.
3 ist eine Ansicht, die eine Schnittfläche des Elektrodenchips der Zündkerze als die Versuchsprobe S3 zeigt, die dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, die dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. 4 ist eine Ansicht, die eine Schnittfläche des Elektrodenchips der Zündkerze als die Versuchsprobe S8 zeigt, die dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht.
In 3 und 4 gibt eine durch Bezugszeichen 400 bezeichnete graue Fläche eine intermetallische Verbindungsphase in dem Elektrodenchip an und eine durch Bezugszeichen 401 bezeichnete weiße Fläche gibt eine Mischkristallphase in dem Elektrodenchip an. Wie dies deutlich in 4 gezeigt ist, gibt es in der Schnittfläche des Elektrodenchips als die Versuchsprobe S8 lediglich eine intermetallische Verbindungsphase und keinen Mischkristall.
Nun wird eine Beschreibung des Abnutzungswiderstandsversuchs angegeben.
Jeder Elektrodenchip wurde jeweils an der Mittelelektrode und der Masseelektrode in der Zündkerze jeweils als Versuchsproben S1 bis S2 mittels Laserschweißens befestigt.
Als Nächstes wurden die Zündkerzen gemäß den Versuchsproben S1 bis S21 an einer Brennkraftmaschine mit genau sechs Zylindern montiert, die einen Kraftmaschinenhubraum von 2500 cc hat.

Als Nächstes wurde die Brennkraftmaschine für 100 Stunden bei 5600 U/min (Volllastzustand) betrieben. Eine Spaltlänge L des Funkenentladungsspalts G (siehe 2) in jedem der Versuchsproben S1 bis S21 wurde zuvor erfasst und danach wurde die Kraftmaschine betrieben. Wenn die erfasste Spaltlänge L kleiner als 0,03 mm war, dann wurde dieser Versuchsprobe das Bewertungsergebnis „A“ zugeordnet. Wenn andererseits die erfasste Spaltlänge L nicht weniger als 0,09 mm betrug, dann wurde dieser Versuchsprobe das Bewertungsergebnis „C“ zugeordnet. Wenn die erfasste Spaltlänge L in dem Bereich von nicht weniger als 0,03 mm und weniger als 0,09 mm lag, dann wurde dieser Versuchsprobe das Bewertungsergebnis „B“ zugeordnet. Tabelle 1

Versuchsproben	Zusammensetzung des Elektrodenchips							Anteil (%) der Fläche der intermetallischen Komponente	Erhöhte Spaltlänge (mm)	Bewertungsergebnis der Abnutzungswiderstandsfähigkeit
	Ir	Al	Ni	Pt	Rh	Fe	Co
	(*)	Rest
S1	*	70						40	0,11	C
S2	*	60						70	0,05	B
S3	*	50						95	0,04	B
S4	*	40						60	0,07	B
S5	*	30						25	0,14	C
S6	*	50	1					100	0,02	A
S7	*	50	10					100	0,02	A
S8	*	50	20					100	0,02	A
S9	*	50	30					100	0,09	C
S10	*	50		1				100	0,03	B
S11	*	50		10				100	0,04	B
S12	*	50		20				100	0,05	B
S13	*	50			1			100	0,01	A
S14	*	50			10			100	0,01	A
S15	*	50			20			100	0,02	A
S16	*	50				10		100	0,05	B
S17	*	50					10	100	0,06	B
S18	*	50	10	10				100	0,04	B
S19	*	50	10		10			100	0,02	A
S20	*	50		10	10			100	0,03	B
S21	*	50	7	7	6			100	0,05	B

Nun wird eine Beschreibung der Bewertungsergebnisse des Abnutzungswiderstands eines jeden der Versuchsproben S1 bis S21 angegeben.
Wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist, beträgt für jede der Versuchsproben S2 bis S4, die 40 bis 60 Mol% Aluminium enthalten, der Anteil der Fläche einer intermetallischen Verbindung nicht weniger als 60 %. Jede dieser Versuchsproben S2 bis S4 hat das Bewertungsergebnis „B“ für den Abnutzungswiderstand.
Andererseits hat jede der Versuchsproben S1 und S5, die 40 bis 60 Mol% Aluminium enthalten, den Anteil der Fläche einer intermetallischen Verbindung von weniger als 60 %. Jede der Versuchsproben S1 und S5 hat das Bewertungsergebnis „C“ für den Abnutzungswiderstand.
Wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist, hat jede der Versuchsproben S6 bis S8 und S10 bis S21, die 1 bis 20 Mol% des Elements M enthalten, welches einen Teil des Iridiums in der Legierung ersetzt, den Anteil einer Fläche einer intermetallischen Verbindung von nicht weniger als 100 %. Das heißt, die Legierung einer jeden der Versuchsproben S6 bis S8 und S10 bis S21 hat fast nur eine intermetallische Verbindungsphase und hat keine Mischkristallphase. Die Versuchsproben S2 bis S4 haben das Bewertungsergebnis „A“ oder „B“ des Abnutzungswiderstands.
Insbesondere hat jede der Versuchsproben S6 bis S8, S13 bis S15 und S19 das Bewertungsergebnis „A“ des Abnutzungswiderstands, wobei ein Teil des Iridiums durch Nickel Ni als das Element M in den Versuchsproben S6 bis S8 ersetzt ist, ein Teil des Iridiums durch Rhodium Rh als das Element M in den Versuchsproben S13 bis S18 ersetzt ist und ein Teil des Iridiums mit Nickel Ni und Rhodium Rh als das Element M in der Versuchsprobe S19 ersetzt ist.
Andererseits hat die Versuchsprobe S9, die 1 bis 20 Mol% des Elements M enthält, welches einen Teil des Iridiums in der Legierung ersetzt, den Anteil einer Fläche einer intermetallischen Verbindung von weniger als 100 %. Jedoch hat die Versuchsprobe S9 das Bewertungsergebnis „C“ des Abnutzungswiderstands.
Als ein Ergebnis ist zu erkennen, dass die Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die den Versuchsproben S2 bis S4 entspricht, einen hohen Anteil einer Fläche der intermetallischen Verbindung (nicht weniger als 60 %) und einen besseren Abnutzungswiderstand wie den Funkenentladungsabnutzungswiderstand und den Oxidationswiderstand hat.
Ferner ist zu erkennen, dass die Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die den Versuchsproben S6 bis S8 und S10 bis S21 entspricht, einen hohen Anteil einer Fläche der intermetallischen Verbindung (100 %) und einen besseren Abnutzungswiderstand wie einen Funkenentladungsabnutzungswiderstand und den Oxidationswiderstand hat. Insbesondere da ein Teil des Iridiums mit einem oder beiden von Nickel Ni und/oder Rhodium Rh ersetzt ist, hat die Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, die jedem der Versuchsproben S6 bis S8 und S10 bis S21 entspricht, einen besseren Abnutzungswiderstand, etwa einen Funkenentladungsabnutzungswiderstand und den Oxidationswiderstand. Es ist vorzuziehen, dass der Elektrodenchip nicht mehr als 20 Mol% des Elements M aufweist, welches einen Teil des Iridiums ersetzt.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nun wird eine Beschreibung einer Bewertung des Oxidationswiderstands der Zündkerze mit Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Beibehaltungszeitspanne und einer Masseänderung eines jeden der Elektrodenchips (als Versuchsproben S31 bis S39) in einem Hochtemperaturoxidationsversuch gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wurden Versuchsproben S31 bis S39 vorbereitet, die jeweils einem Elektrodenchip entsprechen, der verschiedene Bestandteile hat. Ein Hochtemperaturoxidationsversuch wurde für jede der Versuchsproben S31 bis S39 durchgeführt, um den Oxidationswiderstand einer jeden der Versuchsproben S31 bis S39 zu bewerten.
Beispielsweise entspricht der Elektrodenchip der Versuchsprobe S31 dem Elektrodenchip 4 in der Zündkerze 1 gemäß dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, der Elektrodenchip der Versuchsprobe S31 hat die gleiche Zusammensetzung wie die in dem dritten Ausführungsbeispiel verwendete Versuchsprobe S3. Das heißt, die Versuchsprobe S31 hat die Zusammensetzung von 50 Mol% Aluminium und als Rest davon Iridium. In 5 ist die Versuchsprobe S31 mit „S31 (Ir - 50Al)“ bezeichnet.
Der Elektrodenchip einer jeden Versuchsprobe S32, S33, S34, S35, S36, S37 und S38 entspricht dem Elektrodenchip in der Zündkerze gemäß dem zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, die Elektrodenchips der Versuchsproben S32, S33, S34, S35, S36, S37 und S38 haben die gleiche Zusammensetzung wie die Elektrodenchips der Zündkerzen der Versuchsproben S7, S8, S16, S17, S11, S14 und S19, die jeweils in Tabelle 1 gezeigt sind.
Außerdem ist der Elektrodenchip der Versuchsprobe S39 ein Vergleichsbeispiel, das eine Zusammensetzung von 17 Mol% Rhodium Rh und als Rest davon Iridium aufweist.
Nun wird eine Beschreibung des Hochtemperaturoxidationsversuchs angegeben. Als erstes wurde jede der Versuchsproben S31 bis S39 (Elektrodenchips) in einem Elektroofen platziert. Jede der Versuchsproben S31 bis S39 wurde bei 1200 °C und über 50 Stunden unter der Atmosphärenumgebung in dem elektrischen Ofen beibehalten. Eine Masse (mg) einer jeden Versuchsprobe S31 bis S39 wurde jedes Mal dann erfasst, wenn 20 Stunden verstrichen waren und wenn 50 Stunden verstrichen waren. Eine Masseänderung c (mg/mm²) einer jeden Versuchsprobe S31 bis S39 wurde berechnet.
Die Masseänderung c (mg/mm²) wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: $c = (a2 - a1) / b,$

wobei a1 (mg) eine Masse des Elektrodenchips vor dem Hochtemperaturoxidationsversuch ist, a2 (mg) eine Masse des Elektrodenchips nach dem Hochtemperaturoxidationsversuch ist, und b (mm²) ein Flächenbereich des Elektrodenchips vor dem Hochtemperaturoxidationsversuch ist.
Der Flächenbereich b (mm²) des Elektrodenchips wurde auf der Grundlage einer Abmessung des Elektrodenchips berechnet.
5 zeigt die Bewertungsergebnisse der Versuchsproben S31 bis S39. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Beibehaltungszeitspanne des Elektrodenchips und der Masseänderung c (mg/mm²) des Elektrodenchips.
Wie dies aus dem in 5 gezeigten Bewertungsergebnis zu verstehen ist, hat jede der Versuchsproben S31 bis S38 verglichen mit der Masseänderung der Versuchsprobe S39 eine kleine Masseänderung. Insbesondere hat jeder der den Versuchsproben S32 bis S38 entsprechende Elektrodenchip die Masseänderung, die noch kleiner als die Masseänderung der Versuchsprobe S39 ist.
Als ein Ergebnis hat der Elektrodenchip (der der Versuchsprobe S31 entspricht) in der Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen besseren Oxidationswiderstand.
Ferner hat der Elektrodenchip (der einer jeden der Versuchsproben S32 bis S38 entspricht) in der Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen noch besseren Oxidationswiderstand.
(Strukturelle Modifikationen)
Die Zündkerze 1 gemäß den zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen besteht aus Elektrodenchips, die sowohl an der Mittelelektrode 2 als auch der Masseelektrode 3 ausgebildet sind, wie dies in 1 und 2 gezeigt ist. Jedoch ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf den Aufbau der Zündkerze 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, den Elektrodenchip 4 an der Mittelelektrode 2 oder der Masseelektrode 3 auszubilden. 6 ist eine Ansicht, die eine Modifikation der Zündkerze 1 zeigt, die den Elektrodenchip 4 hat, der lediglich an der Mittelelektrode 2 ausgebildet ist. 7 ist eine Ansicht, die eine andere Modifikation der Zündkerze 1 zeigt, die den Elektrodenchip 4 hat, der lediglich an der Masseelektrode 3 ausgebildet ist. Es ist möglich, dass die in 6 und 7 gezeigten Zündkerzen 1 die gleichen Arbeitsweisen und Wirkungen der Zündkerze 1 gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen haben, die in 1 und 2 gezeigt sind.

Claims

Zündkerze (1) mit: einer Mittelelektrode (2); und einer Masseelektrode (3), die so angeordnet ist, dass sie der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, sodass zwischen der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Funkenentladungsspalt (G) ausgebildet ist, wobei an zumindest einem von der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Elektrodenchip (4) ausgebildet ist und der Elektrodenchip (4) aus einer Iridium-Aluminium-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Iridium-Aluminium-Legierung 40 bis 60 Mol% Aluminium und als Rest davon Iridium aufweist und in der Iridium-Aluminium-Legierung eine intermetallische Verbindung Iridium-Aluminium als eine Hauptphase vorhanden ist.
Zündkerze (1) mit: einer Mittelelektrode (2); und einer Masseelektrode (3), die so angeordnet ist, dass sie der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, sodass zwischen der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Funkenentladungsspalt (G) ausgebildet ist, wobei an zumindest einem von der Mittelelektrode (2) und der Masseelektrode (3) ein Elektrodenchip (4) ausgebildet ist und der Elektrodenchip (4) aus einer Iridium-Aluminium-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Iridium-Aluminium-Legierung 40 bis 60 Mol% Aluminium, 1 bis 20 Mol% von zumindest einem Metall, das aus Nickel, Eisen, Kobalt, Platin und Rhodium ausgewählt ist, und als Rest davon Iridium aufweist und in der Iridium-Aluminium-Legierung als eine Hauptphase eine intermetallische Verbindung vorhanden ist, die aus Iridium, Aluminium und dem zumindest einen Metall besteht.
Zündkerze (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Iridium-Aluminium-Legierung zumindest ein Metall aufweist, das aus Nickel und Rhodium ausgewählt ist.
Zündkerze (1) gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei der Elektrodenchip (4) an der Mittelelektrode (2) ausgebildet ist.
Zündkerze (1) gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei der Elektrodenchip (4) an der Masseelektrode (3) ausgebildet ist.
Zündkerze (1) gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei die Iridium-Aluminium-Legierung ferner nicht mehr als etwa 0,5 Mol% einer Summe aus Silizium und Zink als ungewollte Verunreinigungen aufweist.