DE1941979B2

DE1941979B2 - Zündkerze

Info

Publication number: DE1941979B2
Application number: DE1941979A
Authority: DE
Inventors: Carl James Toledo Ohio Eaton (V.St.A.)
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1968-09-03
Filing date: 1969-08-18
Publication date: 1980-04-10
Also published as: US3548239A; GB1214240A; DE1941979A1; DE1941979C3

Description

Die Erfindung betrifft eint Zündkerze, mit einer Mittelelcktrode und mit einem Isolator mit durchgehender Axialbohrung zur Aufnahme der Mittelelcktrode. wobei die Mittelelektrodc eine Mciallhülse aus einem korrosionsbeständigen Material mit einem Kern aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit und eine Zündspitze aus einem korrosionsbeständigen Material — wie Iridium, Wolfram, Molybdän. Ruthenium, Rhodium und Legierungen dieser Metalle — mit einem Schaft und einer Verbreiterung in dem der Metallhülse zugewandten Bereich aufweist.

Eine Zündkerze dieser Art ist beispielsweise aus der US-PS 33 15 113 bekannt, jedoch ergeben sich bei der Verwendung einer derartigen Zündkerze in der Praxis Schwierigkeiten. Bei der dort beschriebenen Zündkerze wird nämlich eine Zündspitze verwendet, die zwischen ihren beiden Enden eine ringförmige Verbreiterung aufweist und in eine mit einer Axialbohrung versehene Metallhülse eingesetzt wird. Dabei stützt sich die ringförmige Verbreiterung der Zündspitze auf einem entsprechenden Ringflansch der Metallhülse ab, und ein zylindrisches Teil der Zündspitze steht nach innen vor. während das andere zylindrische Ende als eigentliches Zündende nach vorn vorsieht und zusammen mit einer Masseelektrode Zündfunken erzeugt. Sobald die Zündspitze in die Metallhülse eingesetzt ist, wird der verbleibende Hohlraum der Metällhülse mil einem wärmeleitenden Metall ausgefüllt.

Hei der in der USPS 33 15 113 beschriebenen Zündkerze werden als Materialien für den Kern aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit Silber, Kupfer oder andere gute Wärmeleiter verwendet, während die Zündspitze selbst aus korrosionsfesten Materialien, wie 7. B. Iridium, Wolfram, Molybdän, Ruthenium, Rhodium oder aus Legierungen dieser Metalle, besteht.

Dabei ergibt sich in der Praxis die Schwierigkeit bei

der bekannten Zündkerze daraus, daß zwischen dem Kern aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit und der Zündspitze keine chemische Verbindung stattfindet, was dazu führt, daß Bewegungen oder Drehungen der Zündspitze innerhalb des Ringflansches der Metallhülse möglich sind. Aufgrund solcher Bewegungen der Zündspitze können jedoch Zündkerzenfehler auftreten und die Funktion der Zündkerze beeinträchtigt werden. Darüber hinaus besteht bei der aus der US-PS 33 15 113 bekannten Zündkerze die Gefahr, daß die Zündspitze, auch wenn diese selbst aus korrosionsfestem Material besteht, durch den Betrieb in der

"5 korrodierenden Atmosphäre der heißen Verbrennungsgase im Laufe der Zeil zumindest geringfügig korrodiert, so daß Undichtigkeiten im Bereich zwischen der Zündspitze einerseits und der Metallhülse andererseits auftreten können. Derartige Undichtigkeiten können jedoch bewirken, daß Verbrennungsprodukte ays der Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine in den Innenrau... der Metallhülse eindringen, dort eine Korrosion des enthaltenen Materials hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Silber, hervorrufen und damit die Funktionstüchtigkeit der Zündkerze ganz erheblich beeinträchtigen oder sogar ihren Ausfall bewirken können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der angegebenen Art zu schaffen, die eine

ίο erhöhte Betriebssicherheit und Standzeit aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das der Zündspitze zugewandte Ende der Mctallhülse geschlossen ist, daß die Verbreiterung der Zündspitze gegen die vom geschlossenen Ende der

)^r> Mctallhülse gebildete Bodenwand anliegt und daß die Zündspitze durch eine an die Hodenwand angeschweißte, die Verbreiterung der Zündspitze umfassende Kappe aus einem korrosionsbeständigen Material gehalten ist. In Weiterbildung der crfindur^sijcmäßen Zündkerze

•»ο weist die Kappe eine gestufte Axialbohrung auf, die in ihrem Abschnitt mit dem größten Durchmesser die Verbreiterung der Zündspitze aufnimmt, während der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser den Schaft der Zündspitze hindurchtreten laut.

Die erfindungsgemäße Zündkerze bietet somit den Vorteil, daß eine Korrosion der. aus z. B. Kupfer oder Silber bestehenden Kernes ausgeschlossen ist. denn der Kern aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit ist von einer vorderseitig abgeschlossenen Metallhülse aus

V) korrosionsbeständigem Material umgeben. Auch für den Fall, daß die Zündspitze, die mit der Kappe an der Metallhülse befestigt ist. im Laufe der Zeit korrodiert oder irgendwelche Risse in axialer Richtung bildet, kann keine Verbindung zwischen der Brennkammer einerseits und dem Material des Kernes andererseits entstehen.

Die erfindungsgemäße Zündkerze zeichnet sich weiterhin durch den Vorteil aus, daß die Zündspitze bei der erfindungsgemäßen Zündkerze kürzer ausgebildet sein kann. Auf diese Weise läßt sich Material einsparen, denn der ins Innere der Zündkerze vorsiehende zylindrische Teil der Zündspitze kann auf diese Weise entfallen, was insofern von Wichtigkeit ist, als die Zündspitzen üblicherweise aus sehr wertvollen Materialien bestehen, bei denen bereits kleine Einsparungen an Material von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung sind.

Die erfindiingsgemäße Zündkerze wird nachstehend

anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. I einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkerze;

Fig.2 eine Unteransicht der Zündkerze gemäß F i g. 1;

Fig.3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung viner mit einer Verbreiterung versehenen Zündspitze und einer Kappe;

Fig.4 einen Teilschnitt durch den Boden der mit eint-m Kern versehenen Metallhülse der Mittelelektrode, die Zündspitze und die Kappe vor dem Anschweißen der Kappe an die Bodenwand der Metallhülse; und in

F i g. 5 einen der F i g. 4 ähnlichen Teilschnitt, der die Bauelemente Metallhülse, Zündspitze und Kappe in ihrem zusammengebauten Zustand zeigt.

In F i g. 1 und 2 ist die neuartige Zündkerze allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Bei der Zündkerze 10 handelt es sich um eine Zündkerze, die in Brennkraftmaschinen hoher Leistung Verwendung finden soll, beispielsweise bei Flugzeugrr.otoren, wo extrem hohe Korrosionsbedingungen vorliegen. Die Zündkerze 10 weist einen ringförmigen Isolator 11 mit einer durchgehenden, gestuft ausgebildeten Axialbohrung 12 auf. Die Mittelelektrode 13 ist in dieser Axialbohrung 12 untergebracht, während den Isolator 11 eine innere Metallhülse 14 und eine äußere Metallhülse 15 umgeben. Am untersten Ende 17 der Metallhülse 15 erstrecken sich Masseelektroden 16 nach m innen.

Der untere Teil der Mittelelektrode 13 enthält ein keramisches Abdichtmaterial 18. das mit dem oberen Ende 19 einer ringförmigen Metallhülse 20 in Berührung steht. Die Metallhülsc 20 besteht aus einem korrosions- )■; beständigen Material, beispielsweise Nickel oder einer Nickellegierung, und weist einen vergrößerten Flansch 21 an ihrem oberen Ende auf. Der Flansch 21 sitzt auf einer Schulter 22 innerhalb der durchgehenden Axialbohrung 1.7 des Isolators 11. Das obere Ende 19 der Metallhülse 20 ist mit einer Öffnung 23 versehen, die mit einer Mittelöffnung 24 in der MetaPhülse 20 in Verbindung steht. Eine Elektrode 25 steht aus dieser Mittelöffnung 24 durch die öffnung 23 und das keramische Abdichtmaterial 18 nach oben vor. Der untere Teil der Elektrode 25 steh; mit einem Kern 26, der die Mittelöffnung 24 der MetaHhülse 20 ausfüllt, in elektrischer Verbindung. Der Kern 26 der Meiallhülse 20 kann aus Silber, Kupfer oder einem anderen geeigneten Material 'naher Wärmeleitfähigkeit beste- V) hen.

Die r/.ittelöffnung 24 der MetaHhülse 20 ist nicht durchgehend in der MetaHhülse 20 ausgebildet, vielmehr erkennt man eine Bodenwand 27, die das untere Ende der MetaHhülse M verschließt. Die korrosionsbeständige Wand 27 schützt den Kern 26 aus Silber oder Kupfer gegenüber stark korrosiven Gasen, die in der Verbrennungskammer von Brennkraftmaschinen vorhanden sind. Die Bodenwand 27 soll jedoch ausreichend dünn sein, um einen guten Wärmeübergang von einer daran befestigten Zündspitze 28 durch die Bodenwand 27 auf den Kern 26 zu ermöglichen.

Die Zündspitze 28 besteht aus einem kurzen Drahtstück, das koaxial mit dem unteren Ende der MetaHhülse 20 ausgerichtet und an diesem befestigt ist. μ Die Befestigung der Zündspitze 28 erfolgt dabei mit einer Kappe 29. Das Oberteil der Mittelclektrode 13 weist eine leitende Abdichtung 30 in elektrischer Verbindung mit der Elektrode 25, einen Widerstand 31, eine Feder 32 sowie einen Anschlußstift 33 auf, der mit dem Isolator II in Gewindeeingriff steht.

In den Fig. 3 bis 5 sind die Zündspitze 28 und die Kappe 29 im einzelnen dargestellt. Die Zündspitze 28 besteht aus einem kurzen zylindrischen Drahtstück und weist einen Schaft 34, ein Zündende 35 und eine Verbreiterung 36 auf. Bei dieser Konstruktion kann die Zündspitze 28 aus einem sehr teueren Metall bestehen, beispielsweise Iridium, wobei man nur kleine Mengen dieses Metalls verwendet und einen vernachiässigbaren Metallverbrauch hat.

Die Kappe 29 besteht aus einem kurzen, zylindrisch ausgebildeten Metallstück mit einer gestuften Axialbohrung 37. Die Kappe 29 besteht aus dem gleichen Material wie die ringförmige Metailhülse 20 oder einem anderen korrosionsbeständigen Metall, so daß man die Kappe 29 leicht anschweißen kann. Die gestufte Axialbohrung 37 besitzt in ihrerr Abschnitt 38 einen größeren Durchmesser zur Aufnahme der Verbreiterung 36 der Zündspitze 28 sowie einen Abschnitt 39 mit kleinerem Durchmesser, der gerade groß genug ist, um den Schaft 34 der Zündspitze 28 hindurchtreten zu lassen. Die Anordnung des unteren Teiles der Mittelelektrode 13 wird durch das Einsetzen der Zündspitze 28 in die gestufte Axialbohrung 37 der Kappe 29 vervollständigt, wobei sich die Verbreiterung 36 der Zündspitze 28 im Abschnitt 38 mit größerem Durchmesser befindet und das Zündende 35 der Zündspitze 28 aus der Kappe 29 vorsteht. Die Kappe 29 selbst ist bei 40 an das untere Ende der Metallhülse 20 an der Bodenwand 27 angeschweißt. Die Mittelelektrode 13 wird dann in die gestufte, durchgehende Axialbohrung 12, die sich durch den Isolator 11 erstreckt, eingesetzt.

Wenn die Zündspitze 28 aus einem Metall, wie z. B. Iridium. Wolfram, Molybdän, Ruthenium. Rhodium und Legierungen dieser Metalle besteht, so können bei der Herstellung der Verbreiterung 36 gegebenenfalls Schwierigkeiten auftreten. Diese Metalle sind einerseits unstreckbar und können nicht kalt verarbeitet werden, andererseits können beim Erhitzen dera-tigcr Metalle Rekristallisationen auftreten, die dazu führen, daß diese Metalle brüchig werden. Die Tempeutur. bei der ein Metall aus dieser Gruppe rekristallisiert, ändert sich mit dem Zeitintervall, während dem das Metall eine erhöhte Temperatur besitzt, wobei die Rekristallisationstemperatur mit zunehmender Zeit abnimmt. Obwohl Iridium beispielsweise bei langzeitiger Erhitzung normalerweise bei 982°C rekristallisiert, hat sich herausgestellt, daß die Temperatur bei Iridium auf ungefähr 1093⁰C onne wesentliche Rekristallisation erhöht werden kann, wenn die Zeit der hohen Temperatur, der das Material ausgesetzt ist. nur in der Größenordnung von Bruchteilen einer Sekunde liegt. Un'er Berücksichtigung dieser Zusammenhänge kann eine Zündspitze 28 der angegebenen Art mit einer entsprechenden Verbreiterung 30 versehen werden, wenn man eine Vorrichtung verwendet, wie sie beispielsweise in der eingangs genannten US- PS 33 15 113 beschrieben ist.

Auch wenn die Rekristallisation keine Probleme aufwirft, beispielsweise bei Platin oder Platinlegierungen, können die Verbreiterungen der Zündspitze auf diese Weise hei gestell' und bei der vorstehend beschriebenen Zündkerze zum Einsatz gebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündkerze, mit einer Mittelelektrode und mit einem Isolator mit durchgehender Axialbohrung zur Aufnahme der Mittelelektrode, wobei die Mittelelektrode eine Metallhülse aus einem korrosionsbeständigen Material mit einem Kern aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit und eine Zündspitze aus einem korrosionsbeständigen Material — wie Iridium, Wolfram, Molybdän, Ruthenium, Rhodium und Legierungen dieser Metalle — mit einem Schaft und einer Verbreiterung in dem der Metallhülse zugewandten Bereich aufweist, d a durch gekennzeichnet, daß das der Zündspitze (28) zugewandte Ende (27) der Metallhülse (20) geschlossen ist, daß die Verbreiterung (36) der Zündspitze (28) gegen die vom geschlossenen Ende (27) der Metallhülse (20) gebildete Bodenwand (27) anliegt und daß die Zündspitze (28) durch eine an die Bodenviand (27) angeschweißte (40), die Verbreiterung (3feJ der Zündspitze (28) umfassende Kappe (29) aus einem korrosionsbeständigen Material gehalten ist.

2. Zündkerze nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (29) eine gestufte Axialbohrung (37) aufweist, die in ihrem Abschnitt (38) mit dem größeren Durchmesser die Verbreiterung (36) der Zündspitze (28) aufnimmt, während der Abschnitt (39) mit dem kleineren Durchmesser den Schaft (34) der Zündspitze (28) hindurchtreten läßt.