DE102019203431A1

DE102019203431A1 - Zündkerzenelektrode mit einem in einem Körper eingebetteten Edelmetall-haltigen Element als Zündfläche sowie Zündkerze mit einer solchen Zündkerzenelektrode

Info

Publication number: DE102019203431A1
Application number: DE102019203431.4A
Authority: DE
Inventors: Jorge Diaz Alfonso; Stefan Nufer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Zündkerzenelektrode, aufweisend einen Elektrodengrundkörper und ein Zündflächenelement, das an einem Endbereich des Elektrodengrundkörpers angeordnet ist und dazu eingerichtet ist eine Zündfläche der Zündkerzenelektrode auszubilden, wobei das Zündflächenelement einen Körper und ein Edelmetall-haltiges Element aufweist, wobei das Edelmetall-haltige Element mindestens teilweise in dem Körper eingebettet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode gemäß dem Anspruch 1 und eine Zündkerze mit mindestens einer solchen Zündkerzenelektrode gemäß dem Anspruch 10.
Bei heutigen Zündkerzen wird der Zündspalt durch mindestens zwei Elektroden, die Mittelelektrode und die mindestens eine Masseelektrode, gebildet. Teilweise haben eine oder beide Elektroden ein Zündflächenelement aus einem Edelmetall-Element, wie beispielsweise aus der DE 100 05 559 A1 bekannt ist. Die Zündflächenelemente aus Edelmetall-Elemente werden bevorzugt benutzt, damit der Verschleiß der Zündkerze sich reduziert. Edelmetalle, wie beispielsweise Ir, Pt oder Pd bzw. deren Legierungen, haben eine höhere Korrosionsbeständigkeit als beispielsweise Nickel oder eine Nickellegierung.
Offenbarung der Erfindung
Es hat sich herausgestellt, dass der Verschleiß der Zündkerzenelektrode von der Temperatur des Zündflächenelements der Zündkerzenelektrode abhängt. Durch den Zündfunken wird Wärme über die Zündfläche in das Zündflächenelement und in die Zündkerzenelektrode übertragen. Wenn viele Zündfunken in relative kurzer Zeit an nahe beieinanderliegenden Stellen oder an der gleichen Stelle mehrmals auftreffen, wird die Wärme vom Zündfunken in einem lokal begrenzten Bereich der Zündfläche des Zündflächenelements übertragen. Die Wärme wird in diesem lokal begrenzten Bereich stärker vom Zündfunken eingebracht als die Wärme über das Zündflächenelement in den Elektrodengrundkörper der Zündkerzenelektroden abfließen kann. Die Temperatur an der Oberfläche des Zündflächenelements steigt an diesem Bereich lokal zu stark an und es kann in diesem Bereich eine Schmelzkugel entstehen, die dazu neigt von der Oberfläche abzufallen, wodurch die Zündfläche der Zündkerzenelektrode verschleißt.
Eine mögliche Lösung für das Problem ist den Durchmesser zu vergrößern, damit sich die Fläche vergrößert, mit der das Zündflächenelement am Elektrodengrundkörper angebunden ist, und über die die Wärme von dem Zündflächenelement an den Elektrodengrundkörper abgegeben wird, so dass die Wärmeabfuhr verbessert wird. Allerdings kann der Durchmesser nicht beliebt groß gewählt werden, da beispielsweise moderne Mittelelektroden für Zündkerze mit einem M12 oder M10 Gewindedurchmesser im Automotivbereich nur einen Durchmesser von ca. 0,8 mm aufweisen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerzenelektrode und eine Zündkerze bereit zu stellen, bei denen ein zu hoher Anstieg der Temperatur des Zündflächenelements verhindert bzw. minimiert wird und somit die Verschleißbeständigkeit der Zündkerzenelektrode verbessert wird.
Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode, die einen Elektrodengrundkörper und ein Zündflächenelement aufweist, das an einem Endbereich des Elektrodengrundkörpers angeordnet, beispielsweise angeschweißt, ist und dazu eingerichtet ist eine Zündfläche der Zündkerzenelektrode auszubilden, dadurch gelöst, dass das Zündflächenelement einen Körper und ein Edelmetall-haltiges Element aufweist, wobei das Edelmetall-haltige Element mindestens teilweise in dem Körper eingebettet ist, wobei das Edelmetall-haltige Element in einem Körper aus einem anderen Material als das Edelmetall-haltige Element eingebettet ist, insbesondere hat das Material des Körpers eine geringere Verschleißbeständigkeit als das Material des Edelmetall-haltigen Elements.
Beispielsweise kann das Edelmetall-haltige Element Ir, Rh, Pt, Pd, Re oder Ru als Basis-Element aufweisen, das bedeutet, dass das Basis-Element den größten Einzelanteil in der Legierung für das Edelmetall-haltige Element hat. Weitere Edelmetalle oder andere Elemente können der Legierung für das Edelmetall-haltige Element auch beigemischt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode ergibt sich vorteilhaft, dass das Material des Körpers des Zündflächenelements stärker als das Material des Edelmetall-haltigen Elements abgetragen wird, so dass das Edelmetall-haltige Element entweder von Anfang an oder nach kurzer Zeit beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Zündkerzenelektrode aus der Oberfläche des Körpers des Zündflächenelements herausragt und die primäre Zündfläche des Zündflächenelements ausbildet. Zündfunken treffen bevorzugt auf die aus der Oberfläche des Zündflächenelements herausragend Fläche des Edelmetall-haltigen Elements auf, so dass das Material des Körpers des Zündelements nicht weiter abgetragen wird. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass die Zündfunken an weiter auseinanderliegenden Stellen des Edelmetall-haltigen Elements auftreffen und somit sich die durch die Zündfunken eintragende Wärmeenergie über einen größeren Bereich verteilt. Dadurch wird eine lokale Temperaturerhöhung in einem Bereich der Zündfläche des Zündflächenelements verhindert, die zur Ausbildung einer Schmelzkugel führen kann. Zusätzlich ergibt sich der weitere Vorteil, dass das sich primär das Edelmetall-haltige Element durch den Zündfunken-Einschlag erwärmt. Dabei kann die eingetragene Wärme aus dem Edelmetall-haltigen Element direkt in den Elektrodengrundkörper der Zündkerzenelektrode abfließen. Zusätzlich ergeben sich auch Wärmeleitpfade über die Kontaktfläche vom Edelmetall-haltigen Element zum Körper des Zündflächenelements und dann weiter in den Elektrodengrundkörper der Zündkerzenelektrode. Insgesamt ergeben sich mehrere Wärmeleitpfade, die dazu führen, dass die die Zündfläche Oberfläche des Edelmetall-haltigen Elements sich nicht zu stark erwärmt. Somit hat das Edelmetall-haltige Element eine gute Korrosionsbeständigkeit und insbesondere eine bessere Korrosionsbeständigkeit als ein vollzylindrisches Zündflächenelement aus dem gleichen Material wie das Edelmetall-haltige Element.
Bei einer vorteilhaften ersten Ausgestaltung der Erfindung ragt bei einer unbenutzten Zündkerzenelektrode das Edelmetall-haltige Element nicht aus der die Zündfläche teilweise bildende Oberfläche des Körpers des Zündflächenelements heraus. Der Köper hat vorteilhafterweise eine zylindrische Form oder eine Quader-Form.
Bei einer ersten Variante dieser Ausgestaltung beispielsweise erstreckt sich das Edelmetall-haltige Element von einer die Zündfläche teilweise bildende Stirnfläche des Körpers in Richtung der gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers in den Körper hinein. Das Edelmetall-haltige Element endet dabei innerhalb des Körpers. Bei dieser ersten Variante ergibt sich der Vorteil, dass man weniger von der teuren Edelmetall-Legierung für das Edelmetall-haltige Element benötigt und somit die Herstellungskosten sinken. Des Weiteren weist die gegenüberliegende Stirnfläche des Köpers nur ein Material auf. Die gegenüberliegende Stirnfläche des Körpers liegt am Elektrodengrundkörper an. Die Schweißnaht bildet sich aus dem Material des Elektrodengrundkörpers und des Materials der gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers. Je weniger unterschiedliche Materialien bei der Bildung der Schweißnaht berücksichtigt werden müssen, umso einfacher ist es eine stabile Schweißnaht zu erzeugen. Beispielsweise bestehen der Körper und der Elektrodengrundkörper aus dem gleichen Material oder zwei Materialien, die den gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
Bei einer zweiten Variante dieser Ausgestaltung beispielsweise erstreckt sich das Edelmetall-haltige Element von der die Zündfläche teilweise bildende Stirnfläche des Körpers in den Körper hinein bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers. Bei der zweiten Variante ergibt sich der Vorteil, dass das Zündflächenelement einfacher herstellbar ist. Des Weiteren erstreckt sich das Edelmetall-haltige Element tiefer in den Körper und hat somit eine größere Kontaktfläche mit diesem für eine gute Wärmeableitung. Vorteilhaft ist es auch, dass das Edelmetall-haltige Element einen festeren Sitz im Körper des Zündflächenelements hat umso tiefer das Edelmetall-haltige Element im Körper steckt.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach einem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Zündkerzenelektrode das Edelmetall-haltige Element aus der die Zündfläche teilweise bildende Oberfläche des Zündflächenelements herausragt und die Fläche des Edelmetall-haltigen Elements die primäre Zündfläche bildet, d.h. die Zündfunken treffen bevorzugt in die Fläche des Edelmetall-haltigen Elements.
Bei allen Varianten der ersten Ausgestaltung und der Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass diese einfach zu fertigen sind und sich die vorteilhaften technischen Effekte nach einem kurzen bestimmungsgemäßen Gebrauch der Zündkerzenelektrode einstellt. Unter einem bestimmungsgemäßen Gebrauch wird eine Verwendung der Zündkerzenelektrode in einer Zündkerze bei den üblicherweise herrschenden Bedingungen, wie Temperatur, Druck, Zündspannung, chemischen Zusammensetzung des die Zündkerze umgebenden Mediums, in einer Brennkraftmaschine verstanden.
Bei einer alternativen zweiten Ausgestaltung der Erfindung ragt das Edelmetall-haltige Element auch bei der unbenutzten Zündkerzenelektrode aus dem Köper des Zündflächenelements heraus. Eine Fläche des Edelmetall-haltigen Elements ragt dabei aus dem Körper heraus und bildet die primäre Zündfläche aus. Dadurch ergeben sich von Anfang an die oben beschriebenen technischen Vorteile.
Bei einer ersten Variante dieser alternativen zweiten Ausgestaltung beispielsweise erstreckt sich das Edelmetall-haltige Element von einer die Zündfläche teilweise bildende Stirnfläche des Körpers in Richtung der gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers in den Körper hinein. Das Edelmetall-haltige Element endet dabei innerhalb des Körpers. Bei der ersten Variante ergibt sich der Vorteil, dass man weniger von der teuren Edelmetall-Legierung für den Ring benötigt und somit die Herstellungskosten sinken. Des Weiteren weist die gegenüberliegende Stirnfläche des Köpers nur ein Material auf. Die gegenüberliegende Stirnfläche des Körpers liegt am Elektrodengrundkörper an. Die Schweißnaht bildet sich aus dem Material des Elektrodengrundkörpers und des Materials der gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers. Je weniger unterschiedliche Materialien bei der Bildung der Schweißnaht berücksichtigt werden müssen, umso einfacher ist es eine stabile Schweißnaht zu erzeugen. Beispielsweise bestehen der Körper und der Elektrodengrundkörper aus dem gleichen Material oder zwei Materialien, die den gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
Bei einer zweiten Variante dieser alternativen zweiten Ausgestaltung beispielsweise erstreckt sich das Edelmetall-haltige Element von der die Zündfläche teilweise bildende Stirnfläche des Körpers in den Körper hinein bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche des Körpers. Bei der zweiten Variante ergibt sich der Vorteil, dass das Zündflächenelement einfach herstellbar ist. Des Weiteren erstreckt sich das Edelmetall-haltige Element tiefer in den Körper und hat somit eine größere Kontaktfläche mit diesem für eine gute Wärmeleitung. Vorteilhaft ist es auch, dass das Edelmetall-haltige Element einen festeren Sitz im Körper des Zündflächenelements hat umso tiefer das Edelmetall-haltige Element im Körper steckt.
Bei einer Weiterbildung der oben genannten Ausgestaltungen ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Edelmetall-haltige Element entlang seiner Höhe h mit nicht weniger als 0,2 mm innerhalb des Körpers eingebettet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Edelmetall-haltige Element weit genug im Körper eingebettet ist, damit dieser einen festen Sitz hat und eine ausreichend große Kontaktfläche mit dem Körper für eine gute Wärmeableitung.
Zusätzlich oder alternative hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das Edelmetall-haltige Element eine Höhe h von mindestens 0,2 mm, und insbesondere eine Höhe h von nicht größer als 0,45 mm aufweist. Durch die Höhe von mindestens 0,2 mm ergibt sich, dass das Edelmetall-haltige Element eine ausreichend hohe Höhe hat, damit dieser sicher und fest im Köper eingebettet ist und nicht aus dem Körper ausrausfällt. Eine Höhe von maximal 0,45 mm hat sich als ausreichend für eine ausreichend lange Beständigkeit des Edelmetall-haltigen Elements und somit eine lange Lebensdauer der Zündkerzenelektrode erwiesen.
Beispielsweise kann das Edelmetall-haltige Element die Form eines Ringzylinders oder eines Quaders aufweisen. Bei einem Ringzylinder bildet eine der beiden Ringfläche die primäre Zündfläche des Zündflächenelements. Bei einem Quader bildet eine rechteckige Seitenfläche des Quaders die primäre Zündfläche des Zündflächenelements. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich oder alternativ die ein Teil der Zündfläche der Zündkerzenelektrode ausbildende Fläche des Edelmetall-haltigen Elements eine Fläche von nicht kleiner als 0,4 mm², und insbesondere nicht größer als 0,6mm² hat. Bei einer Fläche von kleiner als 0,4 mm² besteht die Gefahr, dass die Fläche zu klein ist und Zündfunken auch bei einem aus der Oberfläche des Körpers herausragenden Fläche des Edelmetall-haltigen Elements in einer nicht zu vernachlässigender Weise auf den Körper auftreffen und diesen weiter abtragen, so dass die oben beschriebenen vorteilhaften technischen Effekte nicht zum Tragen kommen. Des Weiteren kann es bei einem Edelmetall-haltigen Element in der Form eines Ringzylinders passieren, dass der Innendurchmesser des Edelmetall-haltigen Ringzylinders so klein ist, dass die Ringfläche nicht mehr wie eine Ringfläche wirkt und die Auftreffstellen der Zündfunken über eine größere Fläche verteilt, sondern die Ringfläche wie eine Kreisfläche wirkt und sich die Auftreffstellen der Zündfunken wieder in einem relativen kleinen Bereich konzentrieren.
Eine Fläche des Edelmetall-haltigen Elements von mehr als 0,6 mm² verstärkt nicht die oben beschriebenen technischen Effekte. Bei einer größeren Fläche wird es zu nehmen schwieriger, das Edelmetall-haltige Element bei dem, insbesondere an der Mittelelektrode, begrenzten Platz an dem Elektrodengrundkörper anzuordnen. Insbesondere treten diese Schwierigkeiten auch auf, wenn das Edelmetall-haltige Element ein Ringzylinder ist und gleichzeitigen ein Mindestinnendurchmesser für die Ringfläche des Edelmetall-haltigen Ringzylinders einzuhalten ist, wenn nur ein, insbesondere bei einer Mittelelektrode, begrenzter Platz an dem Elektrodengrundkörper zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise ist der Mindestinnendurchmesser für ein Edelmetall-haltigen Ringzylinders gleich der Breite der Ringfläche. Bevorzug hat die Fläche des Edelmetall-haltigen Elements eine Größe von 0,45 bis 0,55mm².
Bei einer bevorzugten Ausführung der Zündkerzenelektrode ist der Körper des Zündflächenelements aus einem Nickel-haltigen Material. Insbesondere ist der Körper aus einer Nickel-Basislegierung, dies bedeutet das Nickel das Element mit dem höchsten Einzelanteil in der Legierung ist. Dies hat den Vorteil, dass das Zündflächenelement sich besonders einfach an den Elektrodengrundkörper anschweißen lässt. Des Weiteren entsteht eine besonders robuste Schweißnaht, da das Material des Elektrodengrundköpers und des Körpers des Zündflächenelements einen ähnlichen bis gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten haben und es deshalb nur wenige bis keine thermisch induzierten Spannungen in der Schweißnaht gibt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Zündkerze, die ein Gehäuse, einen im Gehäuse angeordneten Isolator, eine im Isolator angeordnete Mittelelektrode und einer Masseelektrode aufweist. Die Masseelektrode ist am brennraumseitigen Ende des Gehäuses angeordnet. Die Masseelektrode und die Mittelelektrode sind dazu eingerichtet gemeinsam einen Zündspalt zu bilden. Des Weiteren sind die Masseelektrode und/oder die Mittelelektrode eine wie Zündkerzenelektrode gemäß der oben beschriebenen Erfindung und mit den entsprechenden technischen Vorteilen.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Zeichnung

1 zeigt ein Beispiel für eine Zündkerze
2 zeigt im Vergleich a) ein vollzylindrisches Zündelement, b) ein Zündelement mit Edelmetall-haltigem Ring, c) ein zylindrisches Zündelement mit Edelmetall-haltigem Quader und d) ein quaderförmiges Zündelement mit Edelmetall-haltigem Quader

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt in einer halb-geschnittenen Ansicht eine Zündkerze 1. Die Zündkerze 1 umfasst ein Gehäuse 2. In das Gehäuse 2 ist ein Isolator 3 eingesetzt. Das Gehäuse 2 und der Isolator 3 weisen jeweils entlang ihrer Längsachse X eine Bohrung auf. Die Längsachse des Gehäuses 2, die Längsachse des Isolators 3 und die Längsachse der Zündkerze 1 fallen zusammen. In den Isolator 3 ist eine Mittelelektrode 4 eingesetzt. Des Weiteren erstreckt sich in den Isolator 3 ein Anschlussbolzen 8 mit einer Anschlußmutter, über den die Zündkerze 1 mit einer hier nicht dargestellten Spannungsquelle elektrisch kontaktierbar ist. Der Anschlussbolzen 8 mit der Anschlußmutter bilden das Brennraum-abgewandte Ende der Zündkerze 1.
Zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Anschlussbolzen 8 befindet sich im Isolator 3 ein Widerstandselement. Das Widerstandselement verbindet die Mittelelektrode 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbolzen 8.
Der Isolator 3 liegt mit einer Schulter auf einem an der Gehäuse-Innenseite ausgebildeten Gehäuse-Sitz auf. Zur Abdichtung des Luftspalts zwischen Gehäuse-Innenseite und Isolator 3 ist zwischen der Isolator-Schulter und dem Gehäuse-Sitz eine Innendichtung angeordnet, die beim Einspannen des Isolators 3 im Gehäuse 2 plastisch verformt wird und dadurch den Luftspalt abdichtet.
Am Gehäuse 2 ist auf dessen brennraumseitigen Stirnfläche eine Masseelektrode 5 elektrisch leitend angeordnet. Die Masseelektrode 5 und die Mittelelektrode 4 sind so zueinander angeordnet, dass sich zwischen ihnen ein Zündspalt ausbildet, bei dem der Zündfunke erzeugt wird. In diesem Beispiel weist die Mittelelektrode 4 einen Elektrodenkörper 110 und ein Zündflächenelement 120 auf. Alternative oder zusätzlich kann auch die Masseelektrode 5 ein Zündflächenelement 120 aufweisen.
Das Gehäuse 2 weist einen Schaft auf. An diesem Schaft sind ein Mehrkant 21, ein Schrumpfeinstich und ein Gewinde 22 ausgebildet. Das Gewinde 22 dient zum Einschrauben der Zündkerze 1 in eine Brennkraftmaschine. Zwischen dem Gewinde 22 und dem Mehrkant 21 ist ein äußeres Dichtelement 6 angeordnet.
In 2 ist im Vergleich ein vollzylindrisches Zündflächenelement 200 (2a), ein zylindrisches Zündflächenelement 120 mit einem Edelmetall-haltigen Ringzylinder gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung (2b), ein zylindrisches Zündflächenelement 120 mit einem Edelmetall-haltigen Quader gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung (2c) und ein quaderförmiges Zündflächenelement 120 mit einem Edelmetall-haltigen Quader gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung (2d) dargestellt. Dabei ist in jedem Figurenteil im oberen Bereich eine 3D-Zeichung des Zündflächenelements 120, 200, in der Mitte eine 2D-Draufsicht auf die zum Zündspalt gerichtete Oberfläche des Zündflächenelements 120, 200 und im unteren Bereich das Zündflächenelement im Querschnitt mit mögliche Wärmeleitpfaden dargestellt.
In 2a ist ein Zündflächenelement 200 beispielsweise gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Dieses Zündflächenelement 200 besteht nur aus einem Material, wie beispielsweise ein Edelmetall, eine Edelmetall-Legierung, Nickel oder einer NickelLegierung. Für dieses Zündflächenelement 200 ist ein exemplarischer Zündfunken 100 und seine Auftreffstelle 150 eingezeichnet.
In der Mitte der 2a ist exemplarisch eine zufällige Verteilung von mehreren Auftreffstellen 150 dargestellt, die sich nach einer mehrmaligen Befunkung des Zündflächenelements 200 bei einer üblichen Verwendung in einer Zündkerze 1 ergeben kann, dargestellt. Dabei wird jede Auftreffstelle 150 durch einen kleinen Kreis mit einer gestreiften Kreisfläche symbolisiert. Durch die Überlappung mehrerer Kreise verdichtet sich die Schraffierung im überlappenden Bereich der Kreise. Die Dichte der Schraffierung der Stelle 150 entspricht der Häufigkeit, mit der ein Zündfunken 100 an dieser Stelle 150 aufgetroffen ist. Je dunkler eine Stelle 150 erscheint umso häufiger ist bei ihr ein Zündfunken 100 aufgetroffen. Man sieht, dass bei einem Zündflächenelement 200 gemäß dem Stand der Technik sich die Auftreffstellen 150 über die gesamte Kreisfläche des vollzylindrischen Zündflächenelements 200 verteilt, wobei an einzelnen Stellen 150a (dunklere Bereiche als die restlichen Auftreffstellen) eine gewisse Häufung von Auftreffen der Zündfunken 100 zu beobachten ist. Diese Stellen 150a neigen zur lokalen Temperaturerhöhung an der Oberfläche des Zündflächenelements 200, wodurch die Gefahr der Entstehung von Schmelzkugeln an diesen Stellen 150a und ein damit verbundenes Abplatzen der Oberfläche besteht.
In 2a unten ist das Zündflächenelemente 200 gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt dargestellt, dabei sind mögliche Wärmleitpfade als Pfeile 130 eingezeichnet.
In 2b weist das Zündflächenelement 120 gemäß der Erfindung einen Körper 121 und ein Edelmetall-haltiges Element 122 auf. Das Edelmetall-haltige Element hat in diesem ersten Ausführungsbeispiel die Form eines Ringzylinders 122. In diesem Beispiel ragt ein Teil des Edelmetall-haltigen Ringzylinders 122 aus dem Körper 121 herausraus und dient als primäre Zündfläche. Der Körper 121 besteht beispielsweise aus Nickel oder einer NickelLegierung. Dabei kann dieses Zündflächenelement 120 an einer Mittelelektrode 4 oder einer Masseelektrode 5 oder jeweils ein Zündflächenelement 120 an jeder Elektrode 4, 5 angeordnet sein. Ein beispielhafter Zündfunke 100 und sein Auftreffstelle 150 auf der Ringfläche des Edelmetall-haltigen Ringzylinders 122 sind hier eingezeichnet.
In der Mitte der 2b ist exemplarisch eine zufällige Verteilung von mehreren Auftreffstellen 150 dargestellt, die sich nach einer mehrmaligen Befunkung des Zündflächenelements 120 bei einer üblichen Verwendung in einer Zündkerze 1 ergeben kann dargestellt. Dabei wird jede Auftreffstelle 150 durch einen kleinen Kreis mit einer gestreiften Kreisfläche symbolisiert. Durch die Überlappung mehrerer Kreise verdichtet sich die Schraffierung im überlappenden Bereich der Kreise. Die Dichte der Schraffierung der Stelle 150 entspricht der Häufigkeit, mit der ein Zündfunken 100 an dieser Stelle 150 aufgetroffen ist. Je dunkler eine Stelle 150 erscheint umso häufiger ist bei ihr ein Zündfunken 100 aufgetroffen. Man sieht, dass bei einem Zündflächenelement 120 gemäß der Erfindung sich die Auftreffstellen 150 über die gesamte Ringfläche des Edelmetall-haltigen Ringzylinders 122 verteilt und die eingezeichneten Auftreffstellen 150 eine fast einheitliche Schraffur aufweisen, was bedeutet, dass innerhalb der Untersuchungszeitraums an allen Auftreffstellen 150 die gleiche bzw. eine ähnliche Anzahl von Zündfunken 100 aufgetroffen sind.
In 2b unten ist das Zündflächenelemente 150 gemäß Erfindung im Querschnitt dargestellt, dabei sind mögliche Wärmleitpfade als Pfeile 130 eingezeichnet. Im Vergleich ist zu sehen, dass für ein erfindungsgemäßes Zündflächenelement 150 sich nehmen der Wärmeableitung durch den Edelmetall-haltigen Ringzylinder 122 auch Pfade für die Wärmeableitung über den Körper 121 ergeben, wodurch eine gute und schnelle Wärmeableitung von der Zündfläche in das Volumen des Zündflächenelements 120 bis in den Elektrodengrundkörper 110 einer Zündkerzenelektrode 4, 5 ergibt. Dadurch wird zusätzlich einer lokalen Temperaturerhöhung an der Oberfläche des Zündflächenelements 120 entgegengewirkt.
Die Höhe h des Edelmetall-haltigen Ringzylinders 122 erstreckt sich von der als Zündfläche dienenden Ringfläche bis zur gegenüberliegenden Ringfläche, die innerhalb oder an der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers 122 liegt. Vorteilhafterweise ist im unbenutzten Zustand des Zündflächenelements 120 der Edelmetall-haltige Ringzylinder 122 nicht weniger als 0,2 mm im Körper 121 eingebettet. Vorteilhafterweise hat der Edelmetall-haltige Ringzylinder 122 im unbenutzten Zustand des Zündflächenelements 120 eine Höhe h von mindestens 0,2 mm.
In 2c weist das Zündflächenelement 120 gemäß der Erfindung einen zylindrischen Körper 121 und ein Edelmetall-haltiges Element 122 auf. Das Edelmetall-haltige Element hat in diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Form eines Quaders 122. In diesem Beispiel ragt ein Teil des Edelmetall-haltigen Quaders 122 aus dem Körper 121 herausraus und dient als primäre Zündfläche. Der Körper 121 besteht beispielsweise aus Nickel oder einer NickelLegierung. Dabei kann dieses Zündflächenelement 120 an einer Mittelelektrode 4 oder einer Masseelektrode 5 oder jeweils ein Zündflächenelement 120 an jeder Elektrode 4, 5 angeordnet sein. Ein beispielhafter Zündfunke 100 und sein Auftreffstelle 150 auf der Fläche des Edelmetall-haltigen Quaders 122 sind hier eingezeichnet.
In der Mitte der 2c ist exemplarisch eine zufällige Verteilung von mehreren Auftreffstellen 150 dargestellt, die sich nach einer mehrmaligen Befunkung des Zündflächenelements 120 bei einer üblichen Verwendung in einer Zündkerze 1 ergeben kann dargestellt. Dabei wird jede Auftreffstelle 150 durch einen kleinen Kreis mit einer gestreiften Kreisfläche symbolisiert. Durch die Überlappung mehrerer Kreise verdichtet sich die Schraffierung im überlappenden Bereich der Kreise. Die Dichte der Schraffierung der Stelle 150 entspricht der Häufigkeit, mit der ein Zündfunken 100 an dieser Stelle 150 aufgetroffen ist. Je dunkler eine Stelle 150 erscheint umso häufiger ist bei ihr ein Zündfunken 100 aufgetroffen. Man sieht, dass bei einem Zündflächenelement 120 gemäß der Erfindung sich die Auftreffstellen 150 über die gesamte Ringfläche des Edelmetall-haltigen Quaders 122 verteilt und die eingezeichneten Auftreffstellen 150 eine fast einheitliche Schraffur aufweisen, was bedeutet, dass innerhalb der Untersuchungszeitraums an allen Auftreffstellen 150 die gleiche bzw. eine ähnliche Anzahl von Zündfunken 100 aufgetroffen sind.
In 2c unten ist das Zündflächenelemente 150 gemäß Erfindung im Querschnitt dargestellt, dabei sind mögliche Wärmleitpfade als Pfeile 130 eingezeichnet. Im Vergleich ist zu sehen, dass für ein erfindungsgemäßes Zündflächenelement 150 sich nehmen der Wärmeableitung durch den Edelmetall-haltigen Quader 122 auch Pfade für die Wärmeableitung über den Körper 121 ergeben, wodurch eine gute und schnelle Wärmeableitung von der Zündfläche in das Volumen des Zündflächenelements 120 bis in den Elektrodengrundkörper 110 einer Zündkerzenelektrode 4, 5 ergibt. Dadurch wird zusätzlich einer lokalen Temperaturerhöhung an der Oberfläche des Zündflächenelements 120 entgegengewirkt.
Die Höhe h des Edelmetall-haltigen Quader 122 erstreckt sich von der als Zündfläche dienenden Fläche bis zur gegenüberliegenden Fläche, die innerhalb oder an der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers 122 liegt. Vorteilhafterweise ist im unbenutzten Zustand des Zündflächenelements 120 der Edelmetall-haltige Quader 122 nicht weniger als 0,2 mm im Körper 121 eingebettet. Vorteilhafterweise hat der Edelmetall-haltige Quader 122 im unbenutzten Zustand des Zündflächenelements 120 eine Höhe h von mindestens 0,2 mm.
In 2d weist das Zündflächenelement 120 gemäß der Erfindung einen quaderförmigen Körper 121 und ein Edelmetall-haltiges Element 122 auf. Das Edelmetall-haltige Element hat in diesem dritten Ausführungsbeispiel die Form eines Quaders 122. In diesem Beispiel ragt ein Teil des Edelmetall-haltigen Quaders 122 aus dem Körper 121 herausraus und dient als primäre Zündfläche. Der Körper 121 besteht beispielsweise aus Nickel oder einer NickelLegierung. Dabei kann dieses Zündflächenelement 120 an einer Mittelelektrode 4 oder einer Masseelektrode 5 oder jeweils ein Zündflächenelement 120 an jeder Elektrode 4, 5 angeordnet sein. Ein beispielhafter Zündfunke 100 und sein Auftreffstelle 150 auf der Fläche des Edelmetall-haltigen Quaders 122 sind hier eingezeichnet.
In der Mitte der 2d ist exemplarisch eine zufällige Verteilung von mehreren Auftreffstellen 150 dargestellt, die sich nach einer mehrmaligen Befunkung des Zündflächenelements 120 bei einer üblichen Verwendung in einer Zündkerze 1 ergeben kann dargestellt. Dabei wird jede Auftreffstelle 150 durch einen kleinen Kreis mit einer gestreiften Kreisfläche symbolisiert. Durch die Überlappung mehrerer Kreise verdichtet sich die Schraffierung im überlappenden Bereich der Kreise. Die Dichte der Schraffierung der Stelle 150 entspricht der Häufigkeit, mit der ein Zündfunken 100 an dieser Stelle 150 aufgetroffen ist. Je dunkler eine Stelle 150 erscheint umso häufiger ist bei ihr ein Zündfunken 100 aufgetroffen. Man sieht, dass bei einem Zündflächenelement 120 gemäß der Erfindung sich die Auftreffstellen 150 über die gesamte Ringfläche des Edelmetall-haltigen Quaders 122 verteilt und die eingezeichneten Auftreffstellen 150 eine fast einheitliche Schraffur aufweisen, was bedeutet, dass innerhalb der Untersuchungszeitraums an allen Auftreffstellen 150 die gleiche bzw. eine ähnliche Anzahl von Zündfunken 100 aufgetroffen sind.
In 2d unten ist das Zündflächenelemente 150 gemäß Erfindung im Querschnitt dargestellt, dabei sind mögliche Wärmleitpfade als Pfeile 130 eingezeichnet. Im Vergleich ist zu sehen, dass für ein erfindungsgemäßes Zündflächenelement 150 sich nehmen der Wärmeableitung durch den Edelmetall-haltigen Quader 122 auch Pfade für die Wärmeableitung über den Körper 121 ergeben, wodurch eine gute und schnelle Wärmeableitung von der Zündfläche in das Volumen des Zündflächenelements 120 bis in den Elektrodengrundkörper 110 einer Zündkerzenelektrode 4, 5 ergibt. Dadurch wird zusätzlich einer lokalen Temperaturerhöhung an der Oberfläche des Zündflächenelements 120 entgegengewirkt.
Die Höhe h des Edelmetall-haltigen Quader 122 erstreckt sich von der als Zündfläche dienenden Fläche bis zur gegenüberliegenden Fläche, die innerhalb oder an der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers 122 liegt. Vorteilhafterweise ist im unbenutzten Zustand des Zündflächenelements 120 der Edelmetall-haltige Quader nicht weniger als 0,2 mm im Körper 121 eingebettet. Vorteilhafterweise hat der Edelmetall-haltige Quader 122 im unbenutzten Zustand des Zündflächenelements 120 eine Höhe h von mindestens 0,2 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10005559 A1 [0002]

Claims

Zündkerzenelektrode (4, 5), aufweisend einen Elektrodengrundkörper (110) und ein Zündflächenelement (120), das an einem Endbereich des Elektrodengrundkörpers (110) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist eine Zündfläche der Zündkerzenelektrode (4, 5) auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündflächenelement (120) einen Körper (121) und ein Edelmetall-haltiges Element (122) aufweist, wobei das Edelmetall-haltige Element (122) mindestens teilweise in dem Körper (121) eingebettet ist.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall-haltige Element (122) aus der die Zündfläche bildenden Oberfläche des Zündflächenelements (120) herausragt.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer unbenutzten Zündkerzenelektrode (4, 5) das Edelmetall-haltige Element (122) nicht aus der die Zündfläche bildenden Oberfläche des Zündflächenelements (120) hinausragt.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Zündkerzenelektrode (4, 5) das Edelmetall-haltige Element (122) aus der die Zündfläche bildenden Oberfläche des Zündflächenelements (120) herausragt.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall-haltige Element (122) entlang seiner Höhe h mit nicht weniger als 0,2 mm seiner Höhe innerhalb des Körpers (121) eingebettet ist.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall-haltige Element (122) eine Höhe h von mindestens als 0,2 mm, und insbesondere eine Höhe h von nicht größer als 0,45 mm aufweist.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall-haltige Element (122) eine Fläche aufweist, die mindestens einen Teil der Zündfläche der Zündkerzenelektrode (4, 5) bildet, wobei die Fläche nicht kleiner als 0,4 mm², und insbesondere nicht größer als 0,6mm² ist.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall-haltige Element (122) ein Ringzylinder oder ein Quader ist.
Zündkerzenelektrode (4, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (121) aus einem Nickel-haltigen Material besteht, insbesondere aus einer Nickel-Basislegierung besteht.
Zündkerze (1), aufweisend ein Gehäuse (2), einen im Gehäuse (2) angeordneten Isolator (3), eine im Isolator (3) angeordnete Mittelelektrode (4) und einer Masseelektrode (5), die am brennraumseitigen Ende des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei die Masseelektrode (5) und die Mittelelektrode (4) dazu eingerichtet sind gemeinsam einen Zündspalt zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (5) und/oder die Mittelelektrode (4) eine Zündkerzenelektrode (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sind.