DE3730627C2

DE3730627C2 -

Info

Publication number: DE3730627C2
Application number: DE3730627A
Authority: DE
Inventors: Akio Sakura; Mitsutaka Yoshida; Junichi Nagoya Jp Kagawa
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1991-04-18
Also published as: DE3730627A1; US4814665A

Description

Die Erfindung betrifft eine Mittelelektrode für eine Zündkerze, mit einem elektrisch leitfähigen Kern, der in einer oxidations- und wärmebeständigen Hülle eingeschlossen ist; die erfindungsgemäße Mittelelektrodenanordnung soll insbesondere thermische Verformungen auf Grund hoher Umgebungstemperatur vermeiden.

Bei einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor ragt das eine Ende der Mittelelektrode in die Brennkammer und ist daher für einen langen Zeitraum einer starken Erhitzung und Oxidation ausgesetzt.

Um dieser Hitzeeinwirkung und Oxidation zu widerstehen, besteht die Mittelelektrode aus einem auf Kupfer basierenden Kern und aus einer Hülle auf der Basis von Platin oder Nickel; diese Hülle wird durch Extrusion aufgebracht, um eine gute elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig eine gute Oxidations- und Hitzebeständigkeit zu erreichen.

Aus der DE-OS 34 33 031 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Mittelelektrode mit einem Kern aus Kupfer und einer äußeren Hülle aus einer Nickellegierung erzeugt wird. Die DE-AS 10 80 374 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Mittelelektrode, wobei ein Kupferkörper in eine Nickelhülse gepreßt wird und dann diffusionsgeglüht wird. In der JP-AS 46-20 614 (1971) ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Hülle vorher gereinigt und während einer Stunde bei 650°C gealtert wird; gleichzeitig wird der Kern ebenfalls gereinigt und ent zundert. Der so abgebeizte oder entzunderte Kern wird in die Hülle luftdicht unter Druck eingepaßt und bei 930°C während 1,5 Stunden unter einer Schutzgasatmosphäre gehalten, um eine Diffusion zwischen dem Kern und der Hülle zu ermöglichen. Die so hergestellte Mittelelektrode wird jedoch auf Grund der Hülle auf der Basis von Platin relativ teuer.

Ein Nachteil der Mittelelektrode im Stand der Technik ist, daß sie aufgrund thermischer Ausdehnungsunterschiede zwischen dem Kern und der Hülle sich verformen, so daß der Elektrodenabstand vom Normalwert abweicht und zu schlech ten und instabilen Zündeigenschaften führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mittelelektrode zur Verfügung zu stellen, die thermische Ausdeh nungsunterschiede zwischen dem Kern und der Hülle unschädlich machen kann, um eine Verformung zu vermeiden und so bei relativ geringen Kosten eine dauerhafte, gute und stabile Zündwirkung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zündkerze,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode im vergrößerten Maßstab gegenüber Fig. 1 und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode bei der Herstellung in einem Extruder.

Gemäß Fig. 1 weist eine Zündkerze 1 einen rohrförmigen Isola tor 2 aus Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, mit einer abge stuften Schulter 12 auf, so daß eine im Durchmesser reduzierte zündseitige Bohrung 13 gebildet wird, die mit einer anschlußseitigen Axialbohrung 3 in Verbindung steht. Im Isolator 2 befindet sich eine Mittelelektrode 5 mit einem Flansch 14, der mit der Schulter 12 in Eingriff steht. Das zündseitige Ende der Mittelelektrode 5 ist ge genüber dem Ende des Isolators 12 verlängert und ragt nach außen, d. h. nach dem Einbau in eine Verbrennungsmaschine in eine Brennkammer. Am anschlußseitigen Ende der Mittelelektrode 5 sind eine elektrisch leitfähige Glasdichtung 6, ein elektrischer Widerstand 7 sowie ein Anschluß 8 gegenüber einer Temperatur von 800 bis 1100°C thermisch isoliert.

Die Mittelelektrode 5 hat einen etwas verlängerten Kern 9, dessen gesamte Außenfläche mit einer Oxidschicht 10 ver sehen ist. Ferner ist für den Kern eine Hülle 11 vorgesehen. Der Kern 9 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, um die elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen, während die Hülle 11 aus einer hitze- und oxidationsbeständigen Nickel legierung besteht. Die Kupferlegierung enthält vorzugsweise von 0,01 bis 1,0 Gew.-% mindestens eines der folgenden Elemente: Aluminium, Silizium, Mangan, Titan, Zirkon und/oder Chrom. Die Nickellegierung enthält vorzugsweise Silizium, Chrom, Mangan, Aluminium und/oder Eisen.

Die Mittelelektrode 5 wird folgendermaßen hergestellt:
Zunächst wird der Kern 9 gesäubert und bei 300°C während mehr als 1 Stunde gealtert; alternativ kann der Kern 9 auch in ein Flüssigkeitsgemisch von Natriumhypochlorid (NaClO - 100 g) und Natriumhydrat (NaOH - 100 g) in 1 Liter Wasser eingetaucht und bei 70 bis 100°C gehalten werden. Durch diese Behandlung er hält man auf der gesamten Oberfläche eine Oxidschicht 10 von vorgegebener Dicke. Danach wird der Kern 9 mit der Oxidschicht 10 insgesamt in die Hülle 11 eingeschlossen, und danach wird der Kern zusammen mit der Hülle 11 gemäß Fig. 3 einstückig von einer Maschine extrudiert, die eine äußere Form 15 und einen Dorn 16 aufweist, um die Mittelelektrode 5 zu bilden; dabei wird die Dicke T der Oxidschicht 10 beispielsweise auf 1,0 µm eingestellt.

Die Dicke der Oxidschicht 10 kann im Bereich von 1,0 bis 10,0 µm liegen, da eine sehr dünne Schicht die Diffusion zwischen der Nickellegierung und der Kupferlegierung durch die Schicht ermöglicht; die genaue Bestimmung der Dicke ist jedoch schwierig. Wenn die Schicht jedoch 10 µm übersteigt, so verringert sich die thermische Leitfähigkeit zwischen der Hülle und dem Kern und damit die Hitzebeständigkeit der Mittelelektrode und der Zündkerze insgesamt.

Diese Mittelelektrode 5 ragt in die Brennkammer, in der eine hohe Temperatur und stark korrosive Umgebungsbedingungen wäh rend des Betriebs des Motors herrschen. Dabei verformen sich der Kern 9 und die Hülle 11 jeweils unabhängig auf Grund der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten.

Dieser Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kern 9 und der Hülle 11 wird jedoch ausreichend durch die Oxidationsschicht 10 absorbiert, so daß eine nachteilige Ver formung der Mittelelektrode 5 vermieden wird; dadurch wird der erforderliche Elektrodenabstand dauerhaft sichergestellt und damit eine lange Betriebsdauer gewährleistet.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Lebensdauer der Mittelelektrode gegenüber nachteiligen Umgebungsbedingungen in einer Brennkammer in Abhängigkeit von der Zugabe anderer Elemente zu dem auf Kupfer basierenden Kern und in Abhängigkeit von der Dicke der Oxidationsschicht. In dieser Tabelle werden hitzebeständige Nickellegierungen mit beispielsweise 1 bis 2 Gew.-% Silizium oder Chrom als Hüllen für die erfindungs gemäßen Proben eingesetzt; gleichzeitig werden Kupfer oder Kupferlegierungen für die Kerne der Proben verwendet, wobei sich Oxidationsschichten unterschiedlicher Dicke ausbilden.

Als Vergleichsbeispiel wird eine übliche Elektrode aus oxida tionsfreiem Kupfer (unter der Bezeichnung OFC) aufgeführt. Wie sich aus der Tabelle ergibt, können die Kerne aus einer Kupferlegierung mit Oxidschichten von 3 µm Dicke selbst über 1000 Stunden ohne abnormale Verformung betrieben werden.

Tabelle

Die Mittelelektrode 5 wird daher nicht abnorm verformt, so daß sich keine Änderung des Elektrodenabstandes (Zündspalt) ergibt: der thermische Ausdehnungsunterschied zwischen dem Kern 9 und der Hülle 11 wird vorzugsweise durch die Oxidschicht 10 aufgenommen, so daß sich eine Verlängerung der Betriebsdauer ergibt.

Die Oxidschicht ist oxidations- und hitzebeständig, so daß kein besonderes Material für die Erfüllung dieser Eigen schaften erforderlich ist.

Claims

1. Mittelelektrode für eine Zündkerze, bestehend aus einem Verbundkörper mit einem elektrisch leitfähigen Kern (9) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und einer den Kern (9) dicht umschließenden Hülle (11) aus einer oxida tions- und wärmebeständigen Nickellegierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (9) auf seiner ge samten Außenfläche mit einer dünnen Oxidschicht (10) versehen ist, und daß die Hülle (11) durch Extrusion über die Oxidschicht (10) aufgebracht ist.

2. Mittelelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Oxidschicht (10) von 1,0 bis 10,0 µm beträgt.

3. Mittelelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kern (9) 0,01 bis 1,0 Gew.-% minde stens eines der Elemente: Aluminium, Silizium, Mangan, Titan, Zirkon und Chrom und die Hülle (11) zusätzlich Elemente aus der Gruppe: Aluminium, Silizium, Mangan, Chrom und Eisen enthält.

4. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht (10) durch Eintauchen des Kerns (9) in eine in Wasser gelöste Mi schung von Natriumhypochlorid (NaClO) und Natriumhydrat (NaOH) sowie anschließende Wärmebehandlung erzeugt wird.

5. Mittelelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Kerns (9) im Temperatur bereich von 70 bis 100°C erfolgt.