DE19854861A1

DE19854861A1 - spark plug

Info

Publication number: DE19854861A1
Application number: DE19854861A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-05-31
Also published as: EP1005126B1; EP1005126A1; ES2222642T3; ATE273579T1; DE59910188D1

Abstract

Spark plug electrode comprises a composite rod or double-tube with a sheath of precious metal and a core or inner layer of non-precious metal or vice-versa. An Independent claim is also included for a spark plug in which at least one of the electrodes has the above design.

Description

Die Erfindung betrifft Elektroden für Hochspannungszündungen bei ver schiedenen Anwendungen, insbesondere bei der Zündung von Verbrennungsmotoren, sowie Zündkerzen mit diesen Elektroden.The invention relates to electrodes for high voltage ignition at ver various applications, especially in the ignition of internal combustion engines, as well as spark plugs with these electrodes.

Bekannte Mittelelektroden bestehen aus einem Mantel aus Nickellegierung und einem Kern aus Kupfermetall. Diese Mittelelektroden sind auf eine Lebensdauer von etwa 60.000 km ausgelegt. Soll diese Lebenszeit verlängert werden, muß die Mittelelektrode an der Zündfläche beispielsweise mit Edelmetall versehen werden; die Mittelelektrode kann aber auch massiv aus beispielsweise Silber, Silber-Nickel- Faserverbund o. ä. ausgeführt sein.Known center electrodes consist of a jacket made of nickel alloy and a core of copper metal. These center electrodes have a lifespan of designed around 60,000 km. If this lifetime is to be extended, the The center electrode on the ignition surface can be provided with precious metal, for example; the The central electrode can also be made of, for example, silver, silver-nickel Fiber composite or the like.

Bei Zündkerzen mit Seitenelektroden muß die Außenfläche der Mittelelektrode aus gleichen Gründen mit Edelmetall versehen werden; diese Edelmetallarmierungen erfordern einen hohen Fertigungsaufwand.In the case of spark plugs with side electrodes, the outer surface of the center electrode must be out be provided with precious metal for the same reasons; these precious metal reinforcements require a high manufacturing effort.

Hinzu kommt, daß bei Mittelelektroden mit Durchmessern von 2 mm und kleiner dieser Aufwand noch wesentlich höher ist, was wiederum einer wirtschaftlichen, insbesondere automatisierten Herstellung äußerst abträglich ist.In addition, that with center electrodes with diameters of 2 mm and smaller this effort is much higher, which in turn means an economic, automated manufacturing in particular is extremely detrimental.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Umgehung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile Mittelelektroden zur Verfügung zu stellen, die hohe Lebensdauer aufweisen, aber bei denen der Edelmetallanteil wesentlich geringer als bei Elektroden ist, die massiv aus Edelmetall hergestellt werden; die vorzugsweise Durchmesser von 5 mm und weniger, insbesondere von 2 mm und weniger besitzen; die für die Massenproduktion von Zündkerzen geeignet sind und deren Herstellung vereinfacht ist.The object of the invention is, bypassing the from the prior art known disadvantages of the technology to provide center electrodes that are high Have lifespan, but in which the precious metal content is much lower than at Is electrodes that are massively made of precious metal; the preferred Have diameters of 5 mm and less, in particular 2 mm and less; which are suitable for the mass production of spark plugs and their manufacture is simplified.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Elektroden gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 bzw. durch die Zündkerzen gemäß Ansprüchen 5 bis 8 gelöst.The object according to the invention is achieved by the electrodes according to the Claims 1 to 4 or solved by the spark plugs according to claims 5 to 8.

Die erfindungsgemäßen Elektroden und die vorzugsweise daraus gefertigten Zündkerzen weisen bezüglich ihrer Herstellung und Funktion erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. So werden beispielsweise in einfacher Weise Seitenelektroden-Konzepte realisierbar; die bisher schwierige Edelmetallamierung der Elektroden entfällt mit der Folge der einfachen Herstellung der erfindungsgemäßen Mittelelektroden; die Schweißbarkeit der erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffkom binationen wird durch beispielsweises Auftreffen von Nickel auf Nickel vereinfacht.The electrodes according to the invention and those preferably made from them Spark plugs have significant advantages in terms of their manufacture and function compared to the prior art. For example, in a simple manner Side electrode concepts feasible; the previously difficult precious metal amamation of Electrodes are eliminated with the consequence of the simple manufacture of the invention Center electrodes; the weldability of the materials used according to the invention binations is simplified by, for example, the impact of nickel on nickel.

Neben der Einsparung von Edelmetallen im Verhältnis zu Massivelektroden tritt deutliche Steigerung der Lebensdauer der aus den erfindungsgemäßen Elektroden gefertigten Zündkerzen auf. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Konzept bei Herstellung und Einsatz von dünnen Mittelelektroden (Quenching) oder die Ausbildung von dicken Mittelelektroden durch die Verwendung von Edelmetall-Double-Rohr abschnitten, was der Vergrößerung der Abbrandfläche dient. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.In addition to saving precious metals in relation to solid electrodes significant increase in the life of the electrodes from the invention manufactured spark plugs. The concept according to the invention is particularly advantageous for Production and use of thin center electrodes (quenching) or training of thick center electrodes through the use of precious metal double tube cut off, which serves to enlarge the burn-up area. There are further advantages from the following description of preferred embodiments.

Fig. 1 stellt im Querschnitt eine einstückige, aus einem stababschnittsförmigen oder manteldrahtabschnittsförmigen Verbundwerkstoff gefertigte Mittelelektrode dar; Fig. 1 illustrates in cross section a one-piece section made from a rod-shaped or segment-shaped wire coat composite center electrode;

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode; gleiches gilt für die Fig. 2a und 3. Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a center electrode according to the invention; the same applies to FIGS. 2a and 3.

Fig. 4 ist die schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Masseelek trode; die Fig. 5, 6 und 7 geben den zündseitigen Bereich verschiedener erfindungs gemäßer Zündkerzen in schematischer Darstellung wieder. Fig. 4 is a schematic representation of an embodiment of a ground electrode; Figs. 5, 6 and 7 indicate the ignition-side region of different spark plugs according to Inventions in a schematic representation.

Fig. 1 zeigt eine Mittelelektrode, die einstückig aus einem Stababschnitt bzw. Manteldraht mit einem Mantel (2) aus Edelmetall wie Platin, einer Platinlegierung, Silber-Palladium u. ä. und einem gut wärmeleitenden Kern (1) aus oxydations beständigen Werkstoff, beispielsweise Nickel oder Nickellegierung, besteht. Der Durchmesser A der Elektrode beträgt vorzugsweise < 2 mm vorzugsweise < 1,5 mm. Ein Vorteil besteht darin, daß die Mittelelektrode aus einem Manteldraht einfach durch Umformen herstellbar ist und sich mit bekannter Keramik-Metallverbindungstechnik mittels Glaseinschmelzverfahren montieren läßt. Fig. 1 shows a center electrode which is made in one piece from a rod section or sheathed wire with a sheath ( 2 ) made of noble metal such as platinum, a platinum alloy, silver-palladium and the like. Ä. And a good heat-conducting core ( 1 ) made of oxidation-resistant material, such as nickel or nickel alloy. The diameter A of the electrode is preferably <2 mm, preferably <1.5 mm. One advantage is that the central electrode can be produced from a sheathed wire simply by shaping and can be installed using known ceramic-metal connection technology using the glass melting process.

In Fig. 2 besteht der Mittelelektrodenkörper aus einem serienmäßigen Mittelelek trodenkörper mit einem Durchmesser von 2,0 bis 3 mm mit Nickelmantel (3) und Kupferkern (4). An diesen Körper ist zündseitig der stababschnittsförmige Ver bundwerkstoff aus Nickelmantel (5) und Platinkern (6) angeschweißt. Hierbei besitzt der Manteldrahtabschnitt einen wesentlich kleineren Durchmesser (etwa 1,0 mm) als der herkömmliche Mittelelektrodenkörper mit dem Durchmesser von 2,0 bis 3 mm.In Fig. 2, the central electrode body consists of a standard central electrode body with a diameter of 2.0 to 3 mm with a nickel jacket ( 3 ) and copper core ( 4 ). The rod section-shaped composite material made of nickel jacket ( 5 ) and platinum core ( 6 ) is welded to this body on the ignition side. Here, the sheathed wire section has a much smaller diameter (approximately 1.0 mm) than the conventional center electrode body with a diameter of 2.0 to 3 mm.

Eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 2a wiedergegeben; hier ist an dem gleichen an sich bekannten Mittelelektrodenkörper im stirnseitigen Zünd spitzenbereich der Manteldrahtabschnitt aus dem Verbundwerkstoff mit der gleichen Durchmesserdimensionierung angebracht. Hierbei besteht der Manteldraht aus dem Edelmetallmantel (7), beispielsweise aus Platin oder Silber-Palladium, während der Kern (8) aus einem oxydationsbeständigen, gut wärmeleitenden Werkstoff gebildet ist.Another embodiment is shown in FIG. 2a; here the sheathed wire section made of the composite material with the same diameter dimensions is attached to the same known center electrode body in the front ignition area. The sheath wire consists of the noble metal sheath ( 7 ), for example of platinum or silver-palladium, while the core ( 8 ) is made of an oxidation-resistant, good heat-conducting material.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform stellt Fig. 3 dar. Hier ist der zündseitige Bereich eines üblichen Nickelmantel/Kuperkern-Mittelelektrodenkörpers mit einem vergrößerten Durchmesser ausgebildet, wobei hier der an sich bekannte Mittelelektrodenkörper im zündseitigen Bereich zumindest teilweise ringförmig von dem Verbundwerkstoff in Form eines Double-Rohrabschnitts umfaßt ist; der Mantel (9) dieses Double-Rohrabschnitts besteht aus Edelmetall und die Innenseite (10) aus oxydationsbeständigem Material. Auf diese Weise ist es möglich, Mittelelektroden im zündseitigen Bereich mit größeren Durchmessern, beispielsweise < 3 mm, in einfacher Weise herzustellen.Another embodiment according to the invention is shown in FIG. 3. Here, the ignition-side area of a conventional nickel jacket / copper core center electrode body is formed with an enlarged diameter, the center electrode body known per se in the ignition-side area being at least partially ring-shaped from the composite material in the form of a double tube section is included; the jacket ( 9 ) of this double tube section is made of precious metal and the inside ( 10 ) of oxidation-resistant material. In this way it is possible to produce center electrodes in the ignition-side area with larger diameters, for example <3 mm, in a simple manner.

Fig. 4 zeigt eine Masseelektrode in ihrer Ausführung als Ringelektrode, die aus einem Double-Rohrabschnitt aus dem Verbundwerkstoff hergestellt ist, wobei die innere Schicht aus Edelmetall (11) und der Außenmantel (12) aus oxydationsbeständigem Material bestehen. Fig. 4 shows a ground electrode in its design as a ring electrode, which is made of a double tube section made of the composite material, the inner layer made of precious metal ( 11 ) and the outer jacket ( 12 ) made of oxidation-resistant material.

Fig. 5 gibt im teilweisen Querschnitt den zündseitigen Bereich einer Zündkerze mit Seitenelektroden wieder. Hierbei ist die Mittelelektrode gemäß Fig. 2a ausgebildet; der Mantel (13) des stababschnittsförmig ausgebildeten Verbundwerkstoffs besteht hier wiederum aus Edelmetall. Die Verschweißung auf dem üblichen Mittelelektrodenkörper bereitet keinerlei Schwierigkeiten, insbesondere wenn der Kern (13a) des Aufsatzes aus dem gleichen Material, beispielsweise Nickel, wie das anliegende Material des Mittelelektrodenkörpers besteht. Fig. 5 shows in partial cross section the ignition-side area of a spark plug with side electrodes. Here, the center electrode is designed according to FIG. 2a; The jacket ( 13 ) of the composite material which is in the form of a rod section here again consists of noble metal. The welding on the usual center electrode body presents no difficulties, especially if the core ( 13 a) of the attachment is made of the same material, for example nickel, as the material of the center electrode body.

Fig. 6 gibt eine Funkenstrecke mit einer Ringelektrode aus Double-Rohrabschnitt mit Edelmetall (14) als innerem Bereich und oxydationsbeständigem Werkstoff (15) als äußerem Bereich. Die gegenüberliegende Mittelelektrode ist zündseitig ebenfalls mit einem Double-Rohrabschnitt gemäß Fig. 3 versehen; die Mantelfläche (16) besteht hierbei aus Edelmetall. Fig. 6 gives a spark gap with a ring electrode made of double tube section with noble metal ( 14 ) as the inner region and oxidation-resistant material ( 15 ) as the outer region. The opposite center electrode is also provided on the ignition side with a double tube section according to FIG. 3; the outer surface ( 16 ) consists of precious metal.

Schließlich wird in Fig. 7 eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Zündkerze mit einer besonders dünnen Mittelelektrode aus dem stababschnittsförmigen Verbundwerkstoff mit einem Durchmesser A von < 1,2 mm wiedergegeben, die einstückig ausgebildet in dem Isolatorglas eingeschmolzen ist.Finally, FIG. 7 shows a particularly preferred embodiment of a spark plug with a particularly thin center electrode made of the composite material in the form of a rod section and having a diameter A of <1.2 mm, which is formed in one piece and melted into the insulator glass.

Fig. 8 zeigt eine Zündkerze mit einer Funkenstreckenanordnung als Gleit/- Luftfunkenstrecke. In dieser Anordnung ist vorzugsweise die Mittelelektrode wie in Fig. 2a beschrieben eingesetzt. Die Mittelelektrode besteht am zündseitigen Ende aus einem Manteldrahtabschnitt mit Edelmetallmantel, z. B. Platin und hat einen Kern aus oxidationsbeständigen, gut wärmeleitenden Kern, z. B. Nickel. Der Manteldrahtabschnitt ist auf eine konventionelle Mittelelektrode, bestehend aus einem Mantel aus einer Nickellegierung und einem Kupferkern aufgebracht. Die Mittelelektrode wird am zündseitigen Ende durch den abbrandfesten Edelmetallmantel vor Verschleiß geschützt, so daß mit dieser Zündkerze hohe Motorlaufzeiten sicher erreicht werden. Die Körperelektrode kann wie in Position 17 dargestellt unterhalb der Isolatorfußspitze positioniert sein, oder wie in Position 18 dargestellt mit der Unterkante der Körperelek trode und der Isolatorfußspitze auf gleicher Ebene liegen, um Verschleiß der Keramik entgegenzuwirken. Es sind mehrere 2, 3 oder 4 Seitenelektroden denkbar, auch eine Kombination zweier Elekrrodenpaare unterschiedlicher Höhe ist realisierbar. Fig. 8 shows a spark plug having a spark gap device as a sliding / - air gap. In this arrangement, the center electrode is preferably used as described in FIG. 2a. The center electrode consists at the ignition end of a sheathed wire section with a noble metal sheath, e.g. B. platinum and has a core of oxidation-resistant, good heat-conducting core, for. B. Nickel. The sheathed wire section is applied to a conventional center electrode consisting of a sheath made of a nickel alloy and a copper core. The center electrode is protected against wear at the ignition end by the burn-resistant precious metal jacket, so that long engine running times can be reliably achieved with this spark plug. The body electrode can be positioned as shown in position 17 below the insulator tip, or as shown in position 18 with the lower edge of the body electrode and the insulator tip at the same level to counteract wear on the ceramic. Several 2, 3 or 4 side electrodes are conceivable, a combination of two pairs of electrodes of different heights is also possible.

Claims

1. Electrodes for ignition systems, especially for spark plugs, at least partly made of a composite material in the form of a rod section or doublé tube Sectional training are made, the jacket made of precious metal and the core in the case of a bar section-like design or the inner layer in the case of doublé pipe-section-shaped formation of base metal or the jacket of base metal Metal and the core / inner layer are made of precious metal.

2. Electrode according to claim 1, designed as a central electrode with diameters of 0.5 mm to 2 mm, the central electrode being formed in one piece from the composite bar-shaped composite material, or wherein the composite composite bar segment-shaped end face is arranged on a copper core central electrode ( FIGS. 2, 2a) .

3. Electrode according to claim 1, formed as a central electrode, the zündseiti ger electrode diameter is larger than the diameter of the central electrode body, wherein the composite material in the form of a doublé tube section comprises the ignition-side end region of the central electrode body at least partially annular ( Fig. 3).

4. Electrode according to claim 1, formed as a ground electrode in the form of a ring electrode which is formed from the composite material in the form of a doublé tube section ( Fig. 4).

5. Spark plug with at least one of the electrodes according to one of claims 1 to 4.

6. Spark plug according to claim 5, having a center electrode whose ignition-side electrode diameter is larger than that of the center electrode body, in which the composite in the form of a doublé tube section at least partially encompasses the ignition-side end region of the center electrode body, the jacket ( 16 ) consisting of noble metal, this center electrode being surrounded by a ring electrode which is formed from a doublé tube section, the inner region ( 14 ) of which is made of precious metal, the outer region ( 15 ) of which is made of oxidation-resistant material ( FIG. 6).

7. spark plug according to claim 5 with side electrodes, wherein the Mittelelek electrode body consists of a known nickel jacket and copper core, wherein on the ignition side a rod section of the composite material is applied by welding, and wherein the jacket ( 13 ) made of precious metal and the core ( 13 a) made of the same material, for example nickel, as the adjacent material of the central electrode body ( FIG. 5).

8. Spark plug according to claim 5, wherein the central electrode has a central electrode diameter of = or <1.2 mm, the composite material being in the form of a rod section of this diameter and being melted in the insulator glass ( FIG. 7).