-
Elektroden aus Titan für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen Gegenstand
der Erfindung ist die Verwendung von duktilem Titan oder dessen Legierungen mit
901/o oder mehr Titangehalt als Werkstoff für Elektroden von Zündkerzen für Brennkraftmaschinen.
Es sind bereits Elektroden aus Titan für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen bekannt.
Dieses bekannte Titan ist jedoch nicht duktil, also verformbar, sondern spröde und
brüchig.
-
Im Gegensatz zu dem bekannten spröden und brüchigen Titan, das ein
Halbleiter ist, sind sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Wärmeleitfähigkeit
bei duktilem Titan von anderer Größenordnung. Obwohl alle Eigenschaften des duktilen
Titans bereits bekannt sind und es für alle möglichen Verwendungszwecke, unter anderem
auch als Werkstoff für Elektroden von Schmelzöfen, verwendet wird, ist bis jetzt
duktiles Titan als Werkstoff für Elektroden von Zündkerzen für Brennkraftmaschinen
noch nicht benutzt worden.
-
Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß man nicht von den bekannten
Eigenschaften eines Metalls ohne weiteres darauf schließen kann, ob es sich als
Werkstoff für Elektroden von Zündkerzen für Brennkraftmaschinen eignet. Es ist z.
B. Zirkon sowohl nichtmagnetisch als auch in bezug auf Härte, chemische Widerstandsfähigkeit
und Oxydationsbeständigkeit Titan wesentlich überlegen. Dies würde zu der Annahme
berechtigen, daß es sich besser als Titan für den in Frage stehenden Zweck eignet.
Es ist jedoch das Gegenteil der Fall, und zwar in so hohem Grade, daß die Abnutzung
bei Zirkonelektroden 65mal größer ist als bei Titanelektroden.
-
Bekanntlich unterliegen die Elektroden einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen
während des Betriebes einer Wandlung. Unter der Einwirkung der heißen Gase, die
sich bei der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches entwickeln, werden die Elektroden
erhitzt und auf ihrer Oberfläche oxydiert. Die Oxydschicht wird durch die Zündfunken
durchlöchert, wodurch sie an manchen Stellen abbricht. Infolgedessen vergrößert
sich der Elektrodenabstand allmählich und wird schließlich so groß, daß die verfügbare
Zündspannung nicht mehr genügt, die Oxydschicht und die Gase in der Zündfunkenstrecke
zwischen den Elektroden zu durchschlagen. Die Folge davon ist, daß die Zündkerze
das Gemisch nicht mehr entzünden kann.
-
Die Abnutzung der Elektroden ist in Zweitaktbremikraftmaschinen besonders
deutlich, «-as darauf zurückzuführen ist, daß bei jeder Umdrehung eine Zündung stattfindet,
während bei Viertaktbrennkraftmaschinen eine Zündung in demselben Zylinder erst
bei jeder zweiten Umdrehung erfolgt. Die Zündkerze in einer Zweitaktbrennkraftmaschine
ist daher einer größeren thermischen Belastung ausgesetzt als in einer Viertaktbrennkraftmaschine.
Außerdem ist die Gasgeschwindigkeit um die Elektroden einer Zündkerze herum in einer
Zweitaktbrennkra.ftmaschine größer als in einer Viertaktmaschine. Dies liegt an
der besonderen Gestalt des Brennraums der Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der die
Spülung der verbrannten Gase durch frisches Brennstoff-Luft-Gemisch bewirkt wird.
-
Man hat versucht, die Abnutzung der Elektroden durch Verwendung von
besonders widerstandsfähigen Elektrodenwerkstoffen zu vermindern. Zu diesem Zweck
hat man vorzugsweise Nickel und Nickellegierungen benutzt, wobei das Legierungsmetall
aus Silizium und auch aus Chrom und Kupfer bestand. Der Gehalt an Nickel lag in
diesen Legierungen gewöhnlich zwischen 90 und 9811/o.
-
Bei Zweitaktmaschinen bilden oft feste Teilchen eine leitende Brücke
zwischen den Elektroden, wodurch die normale Arbeitsweise der Zündkerze unmöglich
gemacht wird. Es ist noch nicht völlig geklärt, auf was die Bildung dieser Brücke
beruht; man nimmt an, daß sie mit der starken Wirbelung der Gase im Brennraum der
Zweitaktmaschinen in Verbindung steht, wobei feste Teilchen (z. B. Staub oder kleine
Späne) durch die Einwirkung des elektrischen Feldes
um die Elektroden
angezogen werden und sich in dem Elektrodenzwischenraum festsetzen.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Brückenbildung zwischen
den Elektroden aus Nickel oder Nickellegierungen oder aus anderen ferromagnetischen
Werkstoffen wenigstens zum Teil der Tatsache zu verdanken ist, daß die Elektroden
magnetisiert werden, vermutlich durch den permanenten Magnetismus der Zündanlage
der Maschine oder durch die Einwirkung des Zündstromes selbst. Da die in den Gasen
feinverteilten Teilchen auch ferromagnetisch sind, werden sie in das magnetische
Feld zwischen den Elektroden gezogen, was zur Brückenbildung führt.
-
Auf Grund dieser Erkenntnisse werden die Elektroden der Zündkerze
gemäß der Erfindung aus einem nichtmagnetischen Stoff hergestellt, der gleichzeitig
gute mechanische Festigkeit, Härte und Widerstand gegen Oxydation besitzt. Hierdurch
werden die erwähnten Nachteile weitgehend beseitigt. Gemäß der Erfindung bestehen
die Elektroden der Zündkerze aus duktilem (schmiedbarem) Titan oder duktilen Titanlegierungen,
die vorzugsweise 90% und mehr Titan enthalten, wobei die Legierungsmetalle vorzugsweise
z. B. Mangan, Molybdän oder Zirkon sind.
-
Diese Elektroden absorbieren Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff
aus dein verbrannten Gasgemisch, und zwar bei Temperaturen, die die Elektroden während
des normalen Betriebes der Zündkerze annehmen. Dabei werden die Oberflächenhärte
des Metalls und damit seine mechanische Widerstandsfähigkeit beträchtlich erhöht,
ohne daß die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche beeinflußt wird oder in jedem
Fall nicht zu einem schädlichen Ausmaß anwächst. Elektroden gemäß der Erfindung
haben in einer Zweitäktmaschine mit einem Brennstoff, der 0,40%o Bleitetraäthyl
enthält, folgende Abnutzungswerte: Mit Elektroden aus Nickel mit 2% Silizium ist
die Abnutzung 0,008 mm je Stunde, wogegen die Abnutzung bei derselben Zündkerze
mit Elektroden aus duktilem Titan nur 0,001 mm je Stunde beträgt.
-
Mit einem Brennstoff, der kein Bleitetraäthyl enthält, sind die Abnutzungen
0,003 mm in dem einen und 0,001 mm je Stunde in dem anderen Fall.
-
Mit tetraäthylhaltigem Brennstoff, wie oben angegeben, unter denselben
Bedingungen mit Elektroden aus Titan gemäß der Erfindung und Elektroden aus Zirkon
ist die Abnutzung 0,065 mm je Stunde, also 65mal größer als bei Titan (0,001 mm
je Stunde).
-
Bei Verwendung von Titanelektroden gemäß der Erfindung erhält man
einen hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.