DE2444509A1

DE2444509A1 - Centre electrode of sparking plug for IC engine - consists of bundle of nickel alloy based fibres encased in nickel alloy sheath

Info

Publication number: DE2444509A1
Application number: DE19742444509
Authority: DE
Inventors: Walter Benedikt; Rainer Dr Ing Corbach; Leo Steinke; Hans-Martin Dipl Ph Wiedenmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-09-18
Filing date: 1974-09-18
Publication date: 1976-04-08
Also published as: BE833513A

Abstract

The centre electrode is for otherwise orthodox petrol engine sparking plugs. The central rod electrode (11), extended from the conductor running through the isolating body shape, consists of a bundle of 200 fibres (19) spaced in a copper alloy envelope (18) which is highly resistant to corrosion. The fibres themselves are manufactured from a nickel based alloy containing chrome or cobalt. A surrounding 2.4 mm diameter sheath (17) having an 0.35 mm wall thickness is manufactured from this alloy. The number of fibres (19) may be as low as seven, providing a centre fibre with the remaining six being equally spaced around it in a circle. To reduce manufacturing costs no more than twenty one fibres are included in the core.

Description

Zündkerzen-Elektrode Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerzen-Elektrode,.insbesondere auf eine für Brennkraftmaschinen-Zündkerzen vorgesehene, drahtförmige Mittelelektrode, die aus einem Faserverbundstoff besteht, bei dem in ein Matrixmaterial von hoher Leitfähigkeit -für Elektrizität und Wärme mindestens eine nickelhaltige Faser eingelagert ist.Spark plug electrode The invention relates to a spark plug electrode, in particular on a wire-shaped central electrode intended for internal combustion engine spark plugs, which consists of a fiber composite, in which a matrix material of high Conductivity - at least one nickel-containing fiber incorporated for electricity and heat is.

-Die unterschiedlichen Eigenschaften der Kraftfahrzeugmotoren hinsichtlich Betriebsbelastung, Arbeitsverfahren, Verdichtung, Drehzahl, Kühlung, Vergasereinstellung und Kraftstoff machen es unmöglich, mit einer Einheitskerze für alle Motoren auszukommen.- Regarding the different properties of motor vehicle engines Operating load, working method, compression, speed, cooling, carburetor setting and fuel make it impossible to get by with one standard plug for all engines.

Ein und dieselbe Zündkerze würde sich in dem einen Motor sehr stark erhitzen, in einem anderen Motor dagegen eine relativ niedrige mittlere Temperatur annehmen. Im ersten Fall würde sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch an den in den Verbrennungsraum hineinragenden glühenden Teilen der Zündkerze entzünden (Glühzündung), im anderen Fall wäre der Isolatorfuß durch die Verbrennungsrückstände sehr bald so stark verschmutzt, daß infolge von Nebenschlüssen Zündaussetzer auftreten würden. Um zu verhindern, daß die Zündkerze in einem bestimmten Motor weder zu heiß noch zu kalt bleibt, wurden Zündkerzen mit verschiedenen Belastbarkeiten geschaffen; diese unterschiedlichen Belastbarkeiten werden durch den Begriff "Wärmewert" charakterisiert, der jeder Zündkerze zugeordnet wird. Der Wärmewert einer Zündkerze ist in einer Zahl ausgedrückt, die den Widerstand gegenüber Überhitzung kennzeichnet; je höher die Wärmewertzahl ist, desto höher kann die Zündkerze belastet werden, ohne daß Glühzündungen auftreten, desto leichter neigt sie aber auch zu Verschmutzungen, weil die Selbstreinigungstemperatur beim Anfahren nicht so rasch und beim Drosseln des Motors leicht unterschritten wird. Die Wärmewertabstufung von Zündkerzen erfolgt konstruktiv über die unterschiedliche Gestaltung der wärmeaufnehmenden Isolatoroberfläche, dh. - bei gleichem Bohrungsdurchmesser des Zündkerzen-Gehäuses - über die Länge des Isolatorfußes; Zündkerzen hohen Wärmewertes haben kurze, Zündkerzen niederen Wärmewertes lange Isolatorfüße. Um auch bereits bei niedriger Motorleistung bei einer Zündkerze die sogenannte Selbstreinigungs- oder Freibrenntemperatur (etwa 5000 C) zu erreichen, bei der Ruß, öl und ölkohle auf dem Isolator der Zündkerze so weit wegbrennen, daß kein Nebenschluß für den Zündstrom entstehen kann, benötigt die Zündkerze einen Isolatorfuß mit großer Oberfläche, d.h. eine Zündkerze mit langem Isolatorfuß, Die Verwendung längerer Isolatorfüße läßt sich aufgrund der Neigung dieser Isolatorfüße zu Selbstzündungen bzw. Glühzündungen nur dann realisieren, wenn die beim Verbrennungsprozeß des Motors entstehende Wärme auch abgeleitet werden kann. Zu diesem Zwecke wurdeunter vielen anderen Vorschlägen auch bereits versucht, diese schnelle Wärmeableitung über eine Wärme gut leitende Mittelelektrode abzuführen, die zu diesem Zwecke mindestens zu einem Teil aus einem Material mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit besteht. Es ist auch bekannt, für derartige Zündkerzen- Elektroden Silber als Matrixmaterial zu verwenden, in das mindestens eine nickelhaltige Faser eingelagert ist; die nickelhaltigen Fasern dienen dabei dem Zweck, die Korrosion an der Elektrode zu verringern und den Abstand zwischen dieser Elektrode und der gegenüberliegenden Elektrode weitgehend konstant zu -halten.The same spark plug would be very powerful in one engine heat, in another engine a relative one low middle Accept temperature. In the first case, the fuel-air mixture would adhere to the ignite glowing parts of the spark plug protruding into the combustion chamber (Glow ignition), in the other case the insulator base would be caused by the combustion residues very soon so heavily soiled that misfires occur as a result of shunts would. To prevent the spark plug in a particular engine from getting too hot If it stays too cold, spark plugs with different load capacities have been created; these different load capacities are characterized by the term "heat value", assigned to each spark plug. The heat value of a spark plug is in a Expressed as a number indicating the resistance to overheating; The higher the heat coefficient, the higher the load on the spark plug can be without Incandescent ignitions occur, but the more easily it tends to become soiled, because the self-cleaning temperature is not as rapid when starting and when throttling of the motor is slightly below. The heat rating of spark plugs is done constructive through the different design of the heat-absorbing insulator surface, ie. - with the same bore diameter of the spark plug housing - over the length of the insulator base; Spark plugs with high calorific value have short ones, spark plugs with lower ones Thermal value long insulator feet. To even with low engine power of a spark plug is the so-called self-cleaning or burn-off temperature (approx 5000 C) with soot, oil and carbon on the insulator of the spark plug Burn away so far that no shunt can occur for the ignition current the spark plug has an insulator base with a large surface, i.e. a spark plug with a long Isolator foot, The use of longer isolator feet can be avoided due to the inclination only realize these insulator feet to self-ignitions or glow ignitions, if the heat generated during the combustion process of the engine is also dissipated can. For this purpose, attempts have already been made, among many other proposals, to to dissipate this rapid heat dissipation via a center electrode that conducts heat well, for this purpose at least a part of a material with excellent There is thermal conductivity. It is also known for such spark plug Electrodes To use silver as a matrix material in which at least one nickel-containing fiber is stored; the nickel-containing fibers serve the purpose of preventing corrosion on the electrode and the distance between this electrode and the to keep the opposite electrode largely constant.

Nachteil dieser bekannten Lösung, wobei dasatrixmaterial aus Silber besteht, ist der sehr hohe Preis solcher Elektroden.Disadvantage of this known solution, the matrix material being made of silver is the very high price of such electrodes.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode zu schaffen, die aus vorstehenden Gründen einen längeren Isolatorfuß erlaubt, aber wesentlich billiger ist als die vorstehend beschriebene Elektrode mit Silber als Matrixmaterial und Nickelfasern.In contrast, the object of the invention is to provide an electrode to create, which allows a longer isolator foot for the above reasons, but is much cheaper than the above-described electrode with silver than Matrix material and nickel fibers.

Diese Aufgabe wurde gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektrode aus 20 - 40 Volumenprozent Kupfer als Matrixmaterial besteht, max. 21 aus mindestens 95 Gewichtsprozent Nickel bestehende Fasern in dem Matrixmaterial enthält, und von einem Mantel umgeben ist, der auch aus mindestens 95 Gew.-% Nickel besteht.This object was achieved according to the invention in that the electrode consists of 20 - 40 percent by volume copper as matrix material, a maximum of 21 of at least 95% by weight of nickel contains existing fibers in the matrix material, and of is surrounded by a jacket which also consists of at least 95% by weight nickel.

Es hat sich überraschenderweise nämlich gezeigt, daß Kupfer, das ungeschützt bei Elektroden aufgrund seiner Korrosionsanfälligkeit nicht verwendbar ist, hervorragend für diesen Zweck geeignet ist, wenn nickelhaltige Fasern darin eingebettet sind und ein Mantel aus Nickel die Mantelfläche der Elektrode bedeckt. Die Verbilligung der Stoffkosten dieser erfindungsgemäßen Elektroden gegenüber denen mit einer Matrix aus Silber beläuft sich auf mindestens 50 %. Bei der bevorzugten Ausführungsform dieser Elektroden enthält sie ca. 30 Volumenprozent Kupfer als Matrixmaterial.It has been shown, surprisingly, that copper is unprotected cannot be used in electrodes because of its susceptibility to corrosion is suitable for this purpose when nickel-containing fibers are embedded therein and a jacket made of nickel covers the jacket surface of the electrode. The cheaper the material costs of these electrodes according to the invention compared to those with a matrix from silver amounts to at least 50%. In the preferred embodiment of these electrodes it contains approx. 30 percent by volume copper as matrix material.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Elektroden dann am besten standhalten, wenn innerhalb des Matrixmaterials entweder 7 Fasern angeordnet sind oder nur eine einzige Faser darin enthalten ist, die in der Elektrode koaxial verläuft. - Als besonders günstig hat sich ergeben, wenn der Mantel 0,3 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,35 mm dick ist. -Als erwünschter Nebeneffekt dieser Erfindung hat sich ergeben, daß die für den Funkenüberschlag zwischen den Elektroden erforderliche Zündspannung niedriger liegt als bei Zündkerzen-Elektroden ohne Faser-Einlagen.It has been shown that the electrodes according to the invention then on best withstand if either 7 fibers are arranged within the matrix material or only a single fiber is included, which is coaxial in the electrode runs. - It has been found to be particularly favorable if the jacket is 0.3 to 0.4 mm, preferably 0.35 mm thick. -As a desirable side effect of this invention has been found that the required for the sparkover between the electrodes Ignition voltage is lower than with spark plug electrodes without fiber inserts.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert; es zeigen Figs 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Zündkerze nach der Erfindung in vergrGßertem Maßstab Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 1/1 durch die Mittelelektrode der Zündkerze in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Mittelelektrode gemäß der Erfindung in vergrößert er Darstellung und Fig. 4 einen Längsschnitt nach der Linie IIIZIII der in Fig. 3 dargestellten Elektrode.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described and explained in more detail below; Figs 1 show a partial Spark plug according to the invention shown in section on an enlarged scale Fig. 2 shows a section along the line 1/1 through the center electrode of the spark plug in FIG. 1 in an enlarged view, FIG. 3 shows a section through another embodiment a center electrode according to the invention in an enlarged representation and FIG. 4 shows a longitudinal section along the line IIIZIII of the electrode shown in FIG.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze besteht im wesentlichen aus dem elektrischen Anschlußteil 10, der elektrisch mit dem Anschlußteil 10 in Verbindung stehenden Mittelelektrode 11, dem das Anschlußteil 10 und die Mittelelektrode 11 weitgehend umhüllenden Isolator 12 und dem Zündkerzen-Gehäuse 13, das an seinem zündseitigen Endabschnitt eine Masseelektrode 14 und ein Gewinde 15 für die Befestigung der Zündkerze in einem nicht dargestellten Motorblock hat; der den zündseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode 11 umgebende Teil des Isolators 12 wird als Isolatorfuß bezeichnet und ist mit Bezugszeichen 16 versehen. Der einteilige Isolator 12 einschließlich seines Isolatorfußes 16 ist ein Keramikkörper, der auf der Basis von Aluminiumoxyd mit Zusätzen von glasartigen Substanzen hergestellt ist und seine hohe mechanische Festigkeit durch Brennen bei hohen Temperaturen in Spezialöfen erhalten hat.The spark plug shown in Fig. 1 consists essentially of the electrical connection part 10, which is electrically connected to the connection part 10 standing center electrode 11, the connecting part 10 and the center electrode 11 largely enveloping insulator 12 and the spark plug housing 13, which is on his On the ignition-side end section, a ground electrode 14 and a thread 15 for fastening which has a spark plug in an engine block, not shown; the ignition side The part of the insulator 12 surrounding the end portion of the center electrode 11 is called the insulator foot and is provided with reference number 16. The one-piece insulator 12 including its insulator 16 is a ceramic body based on aluminum oxide is made with additions of vitreous substances and its high mechanical Has obtained strength by burning at high temperatures in special ovens.

in der Fig. 2 ist der Querschnitt der Mittelelektrode 11 dargestellt; diese Elektrode 11 hat einen Durchmesser von 2,4 mm.FIG. 2 shows the cross section of the center electrode 11; this electrode 11 has a diameter of 2.4 mm.

Die Elektrode 11 hat einen Mantel 17, der 0,35 mm dick ist und aus 96 Gew.-X Nickel besteht, dem zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit Elemente wie Chrom, Mangan und Silizium beigefügt sind; der Gehalt des Mantels 17 an Nickel sollte nicht unter 95 Gew.-% liegen und die Dicke des Mantels 17 sollte zwischen 0,3 bis 0,4 mm liegen. Dieser Mantel 17 umfaßt das korrosionsgefährdete Matrixmaterial 18 Kupfer, in dem sieben Fasern 19 eingebettet sind, die im wesentlichen aus dem gleichen Material wie der Mantel 17 bestehen. Der Durchmesser der Fasern 19 beträgtca. 0,3 mm und sie sind im vorliegenden Beispiel derart angeordnet, daß eine Faser 19 axial in der Elektrode 11 verläuft und die anderen sechs etwa gleichmäßig darum herum angeordnet sind, ohne daß sich die Fasern 19 untereinander berühren. Diese Art der Anordnung von den Fasern 19 hat sich beim Betriebsverhalten als günstig herausgestellt. Mehr als 21 Fasern 19 dürfen jedoch im Matrixmaterial 18 Kupfer bei Zündkerzen-Elektroden 11 nicht eingebettet werden, weil dann der Faserdurchmesser zu klein wird und unerwünschte Korrosionserscheinungen auftreten. Der Gehait der Elektrode 11 an Kupfer als Matrixmaterial 18 kann zwischen 20 und 40 Volumenprozent betragen, bevorzugt werden etwa 30 Volumenprozent; durch Verwendung von korrosionsbeständigem niedriglegiertem Kupfer als Matrixmaterial 18 kann noch zusätzlich die hervorragende Wirkung der eingelagerten Fasern 19 verbessert werden. Die zündseitige Stirnfläche 20 der Mittelelektrode 11 bedarf keines zusätzlichen Schutzes gegenüber Korrosion, was eine kostengünstige Serienfertigung dieser Mittelelektorden 11 ermöglicht.The electrode 11 has a jacket 17 which is 0.35 mm thick and made of 96% by weight nickel consists of elements to improve corrosion resistance how chromium, manganese and silicon are attached; the nickel content of the jacket 17 should not be less than 95% by weight and the thickness of the shell 17 should be between 0.3 to 0.4 mm. This jacket 17 includes the corrosion-prone matrix material 18 copper in which seven fibers 19 are embedded, which essentially consist of the the same material as the jacket 17 are made. The diameter of the fibers 19 is approx. 0.3 mm and they are arranged in the present example in such a way that a fiber 19 runs axially in the electrode 11 and the other six approximately evenly around it are arranged around without the fibers 19 touching one another. These The type of arrangement of the fibers 19 has proven to be favorable in terms of operating behavior exposed. However, more than 21 fibers 19 may be copper in the matrix material 18 with spark plug electrodes 11 are not embedded, because then the fiber diameter becomes too small and undesirable corrosion phenomena occur. The salary of the Electrode 11 on copper as matrix material 18 can be between 20 and 40 percent by volume preferably about 30 percent by volume; by using corrosion-resistant low-alloy copper as the matrix material 18 can additionally provide the excellent Effect of the embedded fibers 19 can be improved. The front face on the ignition side 20 of the center electrode 11 does not require any additional protection against corrosion, which enables a cost-effective series production of these central elements 11.

In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerzen-Mitteielektrode 11' dargestellt.3 and 4, another embodiment is one according to the invention Spark plug center electrode 11 'is shown.

Bei dieser Mittelelektrode 11' ist anstelle der sieben im Matrixmaterial 18 eingelagerten Fasern 19 gemäß der Mittelelektrode 11 in Fig. 2 nur eine einzige Nickelfaser 19' im Matrixmaterial 18' Kupfer angeordnet; diese Faser 19' hat einen Durchmesser von 0,9 mm und verläuft axial innerhalb der Mittelelektrode 11'. Die anderen Merkmale über Abmessungen und Stoffe dieser Mittelelektrode 11' entsprechen denen der Mittelelektrode 11 rauch Fig. 2.In the case of this center electrode 11 ', instead of the seven, there is in the matrix material 18 embedded fibers 19 according to the center electrode 11 in FIG. 2 only a single one Nickel fiber 19 'arranged in the matrix material 18' copper; this fiber 19 'has one 0.9 mm in diameter and runs axially within the center electrode 11 '. The other features about dimensions and materials of this center electrode 11 'correspond those of the center electrode 11, see FIG. 2.

Claims

Expectations

(J Spark plug electrode, especially for internal combustion engine spark plugs provided, wire-shaped center electrode, which consists of a fiber composite, in which a matrix material with high conductivity for electricity and heat at least one nickel-containing fiber is incorporated, characterized in that the electrode (11, 111) made of 20 to 40 percent by volume copper as matrix material (18, 18 ') consists of a maximum of 21 fibers consisting of at least 95% by weight nickel tl9, 19 ') in the matrix material (18-18') and is surrounded by a jacket (17), which also consists of at least 95% by weight nickel.

2. Spark plug electrode according to claim i, characterized in that that the electrode (11, 11 ') is preferably made of about 30 percent by volume of copper as the matrix material (18, 181) exists.

3. Spark plug electrode according to claim 1 or 2, characterized in 1 that the electrode (11) within the matrix material (18) contains seven fibers (19).

4. Spark plug electrode according to claim 1 or 2, characterized in that that the electrode (11 ') within the Matrix material (18 ') a contains a single fiber (19 ').

5. Spark plug electrode according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the jacket (17) 0.3 to 0.4 mm, preferably 0.35 mm thick.