DE60226090T2

DE60226090T2 - Zündkerze und Herstellungsverfahren einer Zündkerze

Info

Publication number: DE60226090T2
Application number: DE60226090T
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Mizuho-ku Nagoya-shi Sugiyama; Tomoharu Mizuho-ku Nagoya-shi Suzuki; Kenichi Mizuho-ku Nagoya-shi Kumagai
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: US20020158559A1; JP2002260818A; EP1237244A3; DE60226090D1; EP1237244B1; JP4073636B2; US6603244B2; EP1237244A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Masseelektrode einer Zündkerze mit den Merkmalen, die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 genannt sind, die in einem Verbrennungsmotor verwendet wird. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze mit den Merkmalen, die in dem Oberbegriff von Anspruch 12 genannt sind.
Eine Zündkerze wird für ein Zünden eines Verbrennungsmotors eines Motorfahrzeugs und dergleichen verwendet. Zum Erhöhen der Motorleistung und zum Verringern des Treibstoffverbrauchs ist voraussichtlich die Temperatur in einer Verbrennungskammer des Motors zu erhöhen. Um die Zündfähigkeit zu verbessern, muss wahrscheinlich ein Entladungsbereich der Zündkerze in die Verbrennungskammer des Motors ragen. Die Anzahl solcher Typen von Motoren steigt mehr und mehr. Unter oben genannten Voraussetzungen wird der Entladungsbereich der Zündkerze einer hohen Temperatur ausgesetzt, was Störungen (die auf Funken zurückzuführen sind), wie zum Beispiel Verschleiß, Bruch und dergleichen der Masseelektrode hervorrufen.
Die US 4,853,582 A offenbart eine Zündkerze der oben genannte Gattung, in welcher wenigstens eine der Elektroden mit einem Funkenentladungsbereich ausgestattet ist, der aus einem Basismetall ausgebildet ist, das für funkenbezogenen Verschleiß resistent ist, wobei das Basismetall wenigstens 90% seines Gewichtes aus Chrom (Cr) enthält.
Als Teil von wartungsfreien Maßnahmen des Automotors wird in letzter Zeit eine Haltbarkeit der Zündkerze ohne Auswechseln für einen fortlaufenden Fahrzeugbetrieb von nicht weniger als 160.000 km bzw. nicht weniger als 240.000 km (anwachsend) gefordert. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, besitzt die Zündkerze das folgende Metall: Die zentrale Elektrode und/oder die Masseelektrode ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Cu, einer Cu-Legierung und dergleichen (mit einer Wärmeleiffähigkeit, die äquivalent den letzteren beiden ist) ausgebildet. Das Material (im Folgenden als „Cu-Kern und dergleichen" bezeichnet) ist mit einer Ni-Legierung abgedeckt. Der Cu-Kern und dergleichen und die Ni-Legierungsabdeckung tragen zu einer Reduzierung der Temperatur bei, um hierdurch die Haltbarkeit der zentralen Elektrode und/oder der Masseelektrode zu sichern.
Das Ausbilden des Cu-Kerns und dergleichen in der Masseelektrode zum Verbessern der Haltbarkeit reduziert jedoch die Temperatur der Masseelektrode, die auf eine thermische Leitung zurückzuführen ist. Obwohl die Haltbarkeit abgesichert ist, bewirkt die Masseelektrode eine Reduzierung der Temperatur bei hoher Motorgeschwindigkeit. Darüber hinaus wird eine solche Reduzierung der Temperatur gerade bei einer mittleren Motorgeschwindigkeit und bei einer geringen Motorgeschwindigkeit beobachtet.
Es ist möglich, dass das Kontaktieren der Masseelektrode, die in der Temperatur reduziert ist, einen Flammenkern (der während einer Zündkerzenentladung erzeugt wird) auslöscht. Mit anderen Worten, die Zündfähigkeit wird verschlechtert.
Darüber hinaus wird ein anderes Verfahren zum Verbessern der Haltbarkeit der Masseelektrode in Betracht gezogen. Speziell die Verwendung eines anderen Materials für die Masseelektrode, wobei das Material eine höhere Wärmebeständigkeit (Stärke) besitzt. In dem anderen Material ist zum Beispiel eine superwärmebeständige Legierung und dergleichen umfasst. Die Verwendung eines solchen anderen Materials beinhaltet jedoch eine Erhöhung der gewöhnlichen Temperaturbeständigkeit (Stärke) und beinhaltet dadurch eine Verschlechterung der plastischen Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit). Wenn daher die Masseelektrode (hergestellt aus dem anderen Material) verbogen wird, zum Beispiel in einer solchen Weise, dass eine Seitenfläche der Masseelektrode der zentralen Elektrode gegenüber ist, ist die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) der Masseelektrode schwierig. Die Schwierigkeit der plastischen Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) ist verantwortlich für eine Verringerung der Produktivität.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, die bei einem Verbrennungsmotor mit hoher Motorgeschwindigkeit verwendet wird und die eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Zündfähigkeit aufweist.
Es ist andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der oben genannten Zündkerze zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgaben werden durch eine Masseelektrode einer Zündkerze gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze gemäß den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze zur Verfügung gestellt, welche aufweist: eine zentrale Elektrode; einen Isolator, der die zentrale Elektrode radial umgibt; eine Metallummantelung, die den Isolator radial umgibt; und eine Masseelektrode mit einem ersten Ende, das mit der Metallummantelung verbunden ist, und einem zweiten Ende, das eine Seitenfläche definiert. Die Masseelektrode ist so gebogen, dass die Seitenfläche des zweiten Endes der zentralen Elektrode gegenüber ist. Die Masseelektrode enthält: Nickel in einem Bereich von 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%, Chrom in einem Bereich von 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%, Eisen in einem Bereich von 7 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Aluminium in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%. Die Masseelektrode hat eine Vickershärte in einem Bereich von HV 140 bis HV 220, gemessen durch einen Vickers-Härteprüfung, die im Japanischen Industriestandard 22244 beschrieben ist. In der Vickers-Härteprüfung wird eine Last von 9,8 N auf die Masseelektrode aufgebracht.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einer zentralen Elektrode; einem Isolator, der die zentrale Elektrode radial umgibt; einer Metallummantelung, die den Isolator radial umgibt; und einer Masseelektrode mit einem ersten Ende, das mit der Metallummantelung verbunden ist, und einem zweiten Ende, das eine Seitenfläche definiert, zur Verfügung gestellt. Die Masseelektrode ist so gebogen, dass die Seitenfläche des zweiten Endes der zentralen Elektrode gegenüber ist. Das Verfahren weist die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte auf: Bereitstellen der Masseelektrode, die aus einem Legierungsmaterial aufgebaut ist, Erwärmen des Legierungsmaterials der Masseelektrode bei einer Erwärmungstemperatur, die nicht geringer als 800°C ist, um es zu ermöglichen, dass das Legierungsmaterial der Masseelektrode eine Vickershärte in einem Bereich von HV 140 bis HV 220, gemessen durch eine Vickers-Härteprüfung, die in dem japanischen Industriestandard /2244 beschrieben ist, aufweist; Anschweißen der Masseelektrode an die Metallummantelung; und Verbiegen der Masseelektrode in einer solchen Weise, dass es ermöglicht wird, dass die Seitenfläche des zweiten Endes der Masseelektrode der zentralen Elektrode gegenüber ist. Das Legierungsmaterial, aus dem die Masseelektrode bei der Herstellung aufgebaut ist, beinhaltet: Nickel in einem Bereich von 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%, Chrom in einem Bereich von 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%, Eisen in einem Bereich von 7 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Aluminium in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%. Bei der Vickers-Härteprüfung wird eine Last von 9,8 N auf die Masseelektrode aufgebracht.
Eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Masseelektrode, die aus einer Legierung, die Ni mit 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%, Cr mit 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%, Fe mit 7 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Al mit 1 Gew.-% bis 2 Gew.-% enthält, aufgebaut ist. Dadurch sichert die Masseelektrode eine ausreichende Haltbarkeit bei hoher Temperatur ab. Die somit erhaltene Masseelektrode wird vorzugsweise für eine Verbrennungskammer bei hoher Temperatur, die durch eine hohe Motorgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors bewirkt wird, verwendet.
Darüber hinaus verschlechtert im Allgemeinen eine Verbesserung der Hochtemperaturstabilität (nämlich der Hitzebeständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit und dergleichen) die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) der Legierung. Die Vickershärte (HV 140 bis HV 220) der Masseelektrode der vorliegenden Erfindung weist jedoch eine gute plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) auf. Daher ist, gerade wenn die Masseelektrode in einer solchen Weise gebogen wird, dass eine Seitenfläche der Masseelektrode einer zentralen Elektrode gegenüber ist, die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) der Masseelektrode leicht. Es wird erwartet, dass die plastische Bearbeitung (Verbiegung) zu einer Verbesserung der Produktivität beiträgt.
Die Vickershärte, die höher als HV 220 ist, macht die Legierung (aus der die Masseelektrode ausgebildet ist) zu hart, was es unvorteilhaft schwierig macht, die Masseelektrode zu verbiegen. Darüber hinaus wird ein Erwärmen ausgeführt, um die Verbiegbarkeit zu verbessern. In diesem Fall erfordert jedoch das Erwärmen der Masseelektrode bis zu einem Betrag, der höher als HV 220 hinsichtlich der Härte ist, ein Erwärmen bei etwa 800°C. Diese Temperatur bewirkt eine Ablagerung von Karbid an der Korngrenze, wodurch sich die Härte verschlechtert. Im Ergebnis kann die Masseelektrode geringe Cracks und dergleichen während des Biegens hervorrufen. Mit den Cracks kann die Elektrode ein unvorteilhaftes Brechen hervorrufen, was auf Vibrationen und dergleichen zurückzuführen ist, die hervorgerufen werden, wenn die Zündkerze verwendet wird.
Im Gegensatz zu dem Obigen fordert ein Erhalten einer Vickershärte, die geringer als HV 140 ist, eine Erwärmungstemperatur in Höhe von 1.150°C. Diese Temperatur ist verantwortlich für ein merkliches Kornwachstum, wodurch eine Kornkorrosion bewirkt wird, die auf S, Pb und dergleichen zurückzuführen ist. Im Ergebnis ist es möglich, dass die Masseelektrode bricht. Darüber hinaus sind einige der nachgenannten Verfahren zum Herstellen der Zündkerze nicht für ein leichtes Herstellen der Masseelektrode geeignet.
Die Masseelektrode hat vorzugsweise eine Vickershärte in einem Bereich von HV 160 bis HV 200.
Ein Erhalten der obigen Vickershärte (HV 140 bis HV 220) der Masseelektrode erfordert ein Erwärmen der Legierung, die obige Elemente (Ni 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%, Cr 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%, Fe 7 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Al 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%) enthält, bei nicht weniger als 800°C. Ein Aufheizen und ein Belassen der Masseelektrode bei nicht weniger als 800°C erweicht die Legierung, um es hierdurch zu erlauben, dass die Masseelektrode eine Vickershärte von HV 140 bis HV 220 hat. Die somit erhaltene Vickershärte ist für ein Biegen bevorzugt. Eine zu hohe Erwärmungstemperatur kann jedoch Störungen wie zum Beispiel eine Vergrößerung der Kristallkörnung, eine Fachbildung (Tropfen) und Cracks hervorrufen. Daher hat die Erwärmungstemperatur eine obere Grenze von 1.150°C.
Eine Erwärmungstemperatur, die höher als 1.150°C ist, fördert exzessiv das Kornwachstum der Legierung, aus der die Masseelektrode aufgebaut ist, und dadurch wird die Legierung wahrscheinlich gebrochen.
Im Gegensatz dazu ist eine Erwärmungstemperatur, die niedriger als 800°C ist, nicht für ein Erwärmen der Legierung ausreichend. Daher wird die bevorzugte Härte (HV 140 bis HV 220) nicht für die Masseelektrode zur Verfügung gestellt. Speziell ein Halten bei einer Erwärmungstemperatur von 700°C bis 800°C für eine lange Zeit bewirkt eine unvorteilhafte Ablagerung von Karbid an der Korngrenze. Dadurch kann die Legierung spröde werden. Eine weitere Versprödung der Legierung bewirkt, dass der gebogene Bereich der Masseelektrode (der während eines Biegens der Masseelektrode ausgebildet wird) kleine Cracks annimmt. Um die Ablagerung von Karbid an der Korngrenze weiter zu steuern, wird die Erwärmungstemperatur vorzugsweise bei nicht weniger als 850°C festgesetzt.
Zum Kontrollieren der Ausbildung des Karbids (verantwortlich für eine spröde Legierung) ist eine erhöhte Abkühlgeschwindigkeit bei 700°C bis 800°C bevorzugt. Speziell sollte das Aufheizen in einer Weise ausgeführt werden, die in dem folgenden einen Satz beschrieben ist: Ein Legierungsdraht oder ein Legierungsband (die zwei Arten von Legierungen werden im Folgenden als Legierungsmaterial bezeichnet), welches ein Material der Masseelektrode ist, wird in einen zylindrischen (oder rohrförmigen) Aufheizofen bei einer konstanten Beschickungsgeschwindigkeit eingeführt. Bei der obigen Erwärmungsart wird das Legierungsmaterial, sobald es durch den oben genannten zylindrischen Er wärmungsofen hindurchgeführt wurde, schneller als eines gekühlt, das durch einen herkömmlichen Erwärmungsofen geführt wurde. Die oben genannte erhöhte Abkühlgeschwindigkeit trägt zu einer Steuerung der Abscheidung von Karbid an der Korngrenze bei. Weiterhin verhindert die Steuerung der Karbidabscheidung eine Versprödung der Legierung, um hierdurch ein Brechen und dergleichen der Masseelektrode zu verhindern. Ein Variieren der Länge des zylindrischen Ofens oder der Beschickungsgeschwindigkeit des Legierungsmaterials bestimmt die Aufheiz-(Aufbewahr-)Zeit, die Abkühlgeschwindigkeit und dergleichen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Masseelektrode in ihrer Haltbarkeit verbessert, wodurch kein Bedarf an Maßnahmen besteht, um den Korrosionswiderstand zu verbessern. Im Ergebnis wird eine gute Zündbarkeit abgesichert. Zum Beispiel ist es bei der Zündkerze der vorliegenden Erfindung unwahrscheinlich, dass ein Bedarf für eine Einschließung eines Kupferkerns und dergleichen (der zum Verbessern der Haltbarkeit verwendet wird) in der Masseelektrode erforderlich ist.
Eine herkömmliche Masseelektrode bricht gelegentlich durch die Erwärmungsvorgeschichte (thermische Hysterese), die auf eine Schwankung der Temperatur in der Verbrennungskammer zurückzuführen ist, wenn die herkömmliche Masseelektrode in dem Verbrennungsmotor verwendet wird, der häufig bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird.
Im Gegensatz zu den obigen Ausführungen besitzt die Masseelektrode, die für die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Legierung, die einen ausgezeichneten Wärmewiderstand besitzt. Ein Ausbau der Masseelektrode mit der oben genannten Legierung ist wirksam zum Verhindern von Betriebsstörungen wie einem Brechen.
Zum Verhindern eines Brechens der Masseelektrode ist die Masseelektrode aus einer Legierung aufgebaut, die die oben genannten Elemente (Ni 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%, Cr 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%, Fe 7 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Al 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%) enthält.
Zusätzlich trägt ein Einsetzen der Zündkerze mit der Masseelektrode mit dem folgenden Aufbau zu einer Verhinderung des Brechens der Masseelektrode bei: Die Masseelektrode bildet einen Spitzen-Endbereich, der sich in einer axialen Richtung der Masseelektrode von einer vorbestimmten Zwischenposition zu einem Spitzen-Ende der Masseelekt rode erstreckt. Bei dem oben genannten Aufbau besitzt die Masseelektrode einen verjüngten Querschnitt in der axialen Richtung zu dem Spitzen-Ende.
In der Beschreibung ist die „Dimension des axialen Querschnitts" der Masseelektrode in der folgenden Weise definiert: 1. Ziehen von zwei parallelen externen Tangenten zu einem Grundriss des axialen Querschnitts. Die zwei parallelen externen Tangenten sollten nicht über einen Innenbereich des Grundrisses des axialen Querschnitts gehen. 2. Auswählen der externen Tangenten, die den weitesten Abstand haben.
Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Hinblick auf die zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines gesamten Teils einer Zündkerze 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Variante eines Verfahrens zum Herstellen der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt die Zündkerze 100 mit einer Länge L einer Masseelektrode 4 und einem Querschnittsbereich SS eines Querschnitts 40 der Masseelektrode 4;
4 zeigt einen Aufbau eines Endbereiches der Masseelektrode 4, in welchem
4(a) eine Vorderansicht der Masseelektrode 4 zeigt, und
4(b) eine Seitenansicht der Masseelektrode 4 zeigt;
5 zeigt Ergebnisse eines Tischbrennertests der Masseelektrode gemäß dem Beispiel;
6 zeigt die Masseelektrode nach einem Motorfestigkeitstest gemäß dem Beispiel; und
7 ist eine grafische Darstellung, die die Vickershärte (HV) der Masseelektrode relativ zu der Aufheiztemperatur (°C) zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen Längsquerschnitt einer Zündkerze 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Zündkerze 100 beinhaltet einen Widerstand. Die Zündkerze 100 ist aus einer Metallschale 1, einem Isolator 2, einer zentralen Elektrode 3, einer Masseelektrode 4 und dergleichen aufgebaut. Die Metallschale 1 ist eine Haupthalterung und ist in Form eines Zylinders ausgebildet. Der Isolator 2 hat einen Endbereich 21 und ist in die Metallschale 1 in einer solchen Weise eingebracht, dass der Endbereich 21 hervorragt (nach unten in 1). Die zentrale Elektrode 3 hat einen Endbereich, welcher mit einem Entladungsbereich 31 ausgebildet ist. Die zentrale Elektrode 3 ist in dem Isolator 2 in einer solchen Weise angeordnet, dass der Entladungsbereich 31 hervorragt (nach unten in 1). Die Masseelektrode hat ein erstes Ende (oben in 1), das mit der Metallschale 1 durch Schweißen und dergleichen verbunden ist. Die Masseelektrode 4 hat ein zweites Ende (unten in 1), das in einer solchen Weise zur Seite gebogen ist, dass es der zentralen Elektrode 3 gegenüber ist, um hierdurch einen gebogenen Bereich 4c auszubilden. Die Masseelektrode 4 hat eine Seitenfläche, die dem Endbereich 21 des Isolators 2 gegenüber ist. Darüber hinaus ist die Masseelektrode mit einem Entladungsbereich 32 ausgebildet, der dem Entladungsbereich 31 gegenüber ist. Hier ist ein Funkenentladungsspalt g zwischen dem Entladungsbereich 31 und dem Entladungsbereich 32 ausgebildet. Wenigstens einer der Entladungsbereiche 31 und 32 kann entfernt (weggelassen) werden.
Der Isolator 2 ist aus einer gesinterten Keramik wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und dergleichen ausgebildet. Zum Anpassen an die zentrale Elektrode 3 in einer axialen Richtung des Isolators 2 ist in dem Isolator 2 eine Durchgangsbohrung 6 ausgebildet. Die Metallschale 1 hat eine zylindrische Form und ist aus einem Metall wie zum Beispiel kohlenstoffarmem Stahl und dergleichen hergestellt. Darüber hinaus bildet die Metallschale 1 ein Gehäuse der Zündkerze 100 aus und hat einen Außenrand, der einen Schraubenabschnitt 7 zum Montieren der Zündkerze 100 an einem Motorblock (nicht gezeigt) ausbildet. Die Durchgangsbohrung 6 hat ein erstes Ende (oben in 1) zum Einbringen eines Endmetallanschlusses 13 zur Befestigung darin, und ein zweites Ende (unten in 1) zum Einbringen der zentralen Elektrode 3 zur Befestigung darin. In der Durchgangsbohrung 6 ist ein Widerstand 15 zwischen dem Endmetallanschluss 13 und der zentralen Elektrode 3 angeordnet. Der Widerstand 15 hat ein erstes Ende (oben in 1), das mittels einer leitfähigen Glasdichtungsschicht 17 mit dem Endmetallanschluss 13 elektrisch verbunden ist, und ein zweites Ende (unten in 1), das mittels einer leitfähigen Glasdichtungsschicht 16 mit der zentralen Elektrode 3 elektrisch verbunden ist.
Die Masseelektrode 4 enthält Ni mit 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%, Cr mit 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%, Fe mit 7 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Al mit 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%. Die Masseelektrode 4 hat eine Vickershärte HV von 140 bis 220 bei einer anliegenden Last von 9,8 N in einer Vickers-Härteprüfung, die durch JIS-22244 (1992) (JIS steht für Japanischen Industriestandard) beschrieben ist. Hinsichtlich anderer als der zugeführten Elemente, die oben beschrieben sind, kann die Masseelektrode 4 nicht mehr als 0,1 Gew.-% C, nicht mehr als 0,5 Gew.-% Si, nicht mehr als 1 Gew.-% Mn und nicht mehr als 0,5 Gew.-% Ti enthalten.
Im Folgenden sind Gründe für ein Definieren der Inhaltsbereiche (%) der jeweiligen vier zugeführten Elemente (Ni, Cr, Fe und Al) beschrieben, welche unerlässlich gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
1. Ni: 58 Gew.-% bis 71 Gew.-%
Ni ist ein Grundelement einer Wärmewiderstandslegierung, welches bevorzugt für die Masseelektrode verwendet wird. Bei einer hohen Temperatur ist Ni unerlässlich für ein Absichern von Festigkeit und Korrosionswiderstand. Daher sollte Ni nicht weniger als 58 Gew.-% haben. Wenn Ni weniger als 58 Gew.-% hat, ist eine ausreichende Festigkeit bei hoher Temperatur in Relation zu dem Inhalt der anderen zugeführten Elemente nicht abgesichert. Im Gegensatz dazu sollte, unter Berücksichtigung eines minimalen Inhalts der anderen unerlässlichen zugeführten Elemente, das zugeführte Ni 71 Gew.-% (oder physikalisch unmöglich) nicht übersteigen.
2. Cr: 21 Gew.-% bis 25 Gew.-%
Cr verbessert den Korrosionswiderstand der Legierung, was auf einen passiven Effekt zurückzuführen ist. Zusätzlich trägt eine feste Lösung von Ni und Cr zu einer härteren Legierung bei. Dadurch hat Cr vorzugsweise nicht weniger als 21 Gew.-%. Wenn Cr weniger als 21 Gew.-% hat, ist der Korrosionswiderstand durch die Korngrenzenkorrosion und dergleichen, die auf die Sensibilisierung zurückzuführen ist, nicht abgesichert. Im Gegensatz dazu verringert ein Zuführen von zu viel Cr die Wärmeleitfähigkeit, wodurch sich die Legierung aufheizen kann. Daher hat Cr vorzugsweise nicht mehr als 25 Gew.-%.
3. Fe: 7 Gew.-% bis 20 Gew.-%
Fe bewirkt eine feste Lösung mit Ni und/oder Cr, um hierdurch eine Wärmewiderstandslegierung bei hoher Temperatur mit ausgezeichneter Festigkeit auszubilden. Zum Absichern der Wärmewiderstandseigenschaft der Legierung sollte Cr nicht weniger als 7% in Relation zu dem Inhalt der anderen zugeführten Elemente, die unerlässlich sind, haben. Im Gegensatz dazu ist, wenn Cr mehr als 20 Gew.-% hat, der Ni-Inhalt und/oder der Cr-Inhalt relativ geringer, wodurch sich der Korrosionswiderstand verschlechtert.
4. Al: 1 Gew.-% bis 2 Gew.-%
Für einen Beitrag zu einem verbesserten Korrosionswiderstand ist Al vorzugsweise nicht geringer als 1%. Al mit weniger als 1 Gew.-% ist nicht ausreichend für ein Absichern eines verbesserten Korrosionswiderstandes. Im Gegensatz dazu kann zu viel Al eine Verbindung mit anderen Elementen ausbilden, wodurch sich die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) verschlechtert. Daher sollte Al so gesteuert werden, dass es nicht mehr als 2 Gew.-% hat.
Zusätzlich zu den oben genannten vier zugeführten Elementen (Nl, Cr, Fe und Al), die unerlässlich sind, werden im Folgenden andere Elemente beschrieben.
5. C: 0,01 Gew.-% bis 0,1 Gew.-%
C fördert eine Abscheidung, um hierdurch die Härte der Legierung zu verbessern. C sollte nicht weniger als 0,01 Gew.-% zum Absichern einer hohen Temperaturfestigkeit haben. Wenn C mehr als 0,1 Gew.-% hat, kann sich jedoch überschüssiges Karbid während des Aufheizens abscheiden. Das überschüssige Karbid verschlechtert die Härte. Das Karbid ist hauptsächlich eine Verbindung mit Cr. Mit anderen Worten, Cr wird für die erforderliche Ausbildung einer Oxidschicht verbraucht. Daher ist eine Zuführung von C, das mehr als 0,1 Gew.-% hat, unvorteilhaft für den Oxidationswiderstand.
6. Si: 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%
Si kann den Oxidationswiderstand und den Korrosionswiderstand verbessern. Daher ist es bevorzugt, dass Si nicht weniger als 0,1 Gew.-% hat. Jedoch reduziert Si die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit). Daher hat Si vorzugsweise nicht mehr als 0,5 Gew.-%.
7. Mn: 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%
Wie Al und Cr ist Mn ein Element, das wirksam für ein Verbessern des Korrosionswiderstandes (speziell des Schwefelwiderstandes) ist. Daher hat Mn vorzugsweise nicht weniger als 0,1 Gew.-%. Jedoch reduziert Mn die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit). Daher ist Mn vorzugsweise nicht höher als 1%.
8. Ti: 0,05 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%
Ti bildet gewöhnlich eine Verbindung mit N in dem Material, um sich hierdurch an der Korngrenze und dergleichen abzuscheiden. Die Abscheidung steuert das Größerwerden des Metallkorns. Ein großes Kristallkorn kann Cracks hervorrufen, die auf eine Kristallgrenzenkorrosion und konzentrierte Spannung zurückzuführen sind. Um die konzentrierte Spannung zu verhindern, sollte das Wachstum des Kristallkorns gesteuert werden. Dadurch hat das zugeführte Ti nicht weniger als 0,05 Gew.-%. Jedoch beschleunigt Ti die interne Oxidation. Daher sollte Ti nicht mehr als 0,5 Gew.-% haben.
9. Mo und W
Andere Elemente, wie zum Beispiel Mo, W und dergleichen, können der Masseelektrode 4 zum Verbessern des Korrosionswiderstandes zuführt werden. Ein Hinzuführen von Mo, W und dergleichen verstärkt den Passivitätszustand, um hierdurch den Korrosionswiderstand zu verbessern. Im Gegensatz dazu wird eine zu starke Zuführung von Mo, W und dergleichen die Legierung zu stark härten, wodurch die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit) der Legierung verschlechtert wird. Aus dem Obigen ergibt sich, dass die Zuführung von Mo, W und dergleichen geeignet gesteuert werden sollte.
10. Mg, P, S, Cu und Co
Andere als die oben beschriebenen Elemente, Mg, P, S, Cu, Co und dergleichen sind, wie es der Fall sein kann, als Verunreinigung während des Ausbildens von Ni enthalten. Von den oben genannten Verunreinigungen verschlechtern P und S die plastische Bearbeitbarkeit (Verbiegbarkeit). Daher sollte der P-Inhalt und der S-Inhalt gesteuert werden. Speziell sollte P vorzugsweise nicht mehr als 0,03 Gew.-% haben, während S vorzugsweise nicht mehr als 0,015 Gew.-% haben sollte. Andererseits erfordert der Inhalt von jedem der Materialien wie Mg, Cu und Co keine vorsätzliche Steuerung. In diesem Fall sollten jedoch Mg, Cu und Co so gesteuert werden, dass die Gesamtverunreinigungen (nämlich C, Si, Mn, Ti, Mo, W, Mg, P, S, Cu, Co und dergleichen) nicht mehr als 3 Gew.- % haben. Damit wird der Inhalt der Hauptelemente (Ni, Cr, Fe und Al) ausreichend für die geforderte Eigenschaft der Legierung abgesichert.
Die Masseelektrode 4 mit dem oben beschriebenen Inhalt wird der folgenden Wärmebehandlung (Aufheizen) so ausgesetzt, dass die bevorzugte Härte abgesichert wird: Die Wärmebehandlung wird zum Beispiel in Form von einer Röhrenheizung ausgeführt. 2 zeigt eine Variante eines Verfahrens zum Aufheizen eines Legierungsmaterials 4' in Form der Röhrenheizung. Wie in 2 zu sehen, wird das Legierungsmaterial 4' in einem zylindrischen Aufheizofen 50 mit einer vorbestimmten Rate eingeführt. Dabei wird der Aufheizofen 50 mittels eines Aufheizmittels 55 wie zum Beispiel einer Heizung, einer Hochfrequenzinduktionsspule und dergleichen, aufgeheizt. Die Wärme des Aufheizofens 50 ist so einstellbar, dass eine geforderte Aufheiztemperatur erhalten wird. Die Aufheiztemperatur wird bei nicht weniger als 800°C eingestellt. Die Abkühlrate des Legierungsmaterials 4' wird vorzugsweise durch Einstellen der Beschickungsrate des Legierungsmaterials 4 gesteuert, um hierdurch zu verhindern, dass das Legierungsmaterial 4' unvorteilhaftes Karbid ausbildet. Zusätzlich kann ein anderes bekanntes Aufheizverfahren verwendet werden, vorausgesetzt, dass das bekannte Aufheizverfahren geeignet ist, das Legierungsmaterial 4' mit der geforderten Vickershärte (HV 140 bis HV 220) herzustellen.
Wird das Aufheizen ausgeführt, hat das Legierungsmaterial 4' eine bevorzugte Härte. Das somit erhaltene Legierungsmaterial 4' wird in eine geeignete Größe für die Masseelektrode 4 geschnitten. Nach dem Schneiden wird das Legierungsmaterial 4' mit der Metallschale 1 mit einem bekannten Schweißverfahren, wie zum Beispiel Widerstandsschweißen, Laserschweißen und dergleichen montiert, um hierdurch die Masseelektrode 4 auszubilden. Dann wird die Masseelektrode 4 an dem Biegebereich 4c (in Bezug auf 1 und dergleichen) so gebogen, dass eine Seitenfläche eines Spitzen-Endbereiches 41 {siehe 4(a) und 4(b)} der Masseelektrode 4, die somit an der Metallschale 1 montiert ist, der zentralen Elektrode 3 gegenüber ist. Nach dem Biegeschritt der Masseelektrode 4 wird die Zündkerze 100 ausgebildet. Der Biegeschritt der Masseelektrode 4 wird durch ein bekanntes Verfahren ausgeführt. Dabei hat die Masseelektrode 4 eine Vickershärte HV 140 bis HV 220. Daher ist der Biegeschritt der Masseelektrode 4 einfach. Darüber hinaus steuert das Aufheizen ohne dem Hervorrufen einer unvorteilhaften Karbidabscheidung jegliche Cracks und dergleichen, welche an dem Biegebereich 4c der Masseelektrode 4 hervorgerufen werden können.
Darüber hinaus hat die Masseelektrode 4 mit dem oben genannten Inhalt eine verbesserte Festigkeit bei hoher Temperatur. Daher wird eine Wirksamkeit speziell gesehen, wenn die Masseelektrode 4, die für die Zündkerze 100 verwendet wird, wahrscheinlich eine hohe Temperatur erreicht, was herkömmlich im Hinblick auf die Festigkeit als störend betrachtet wird.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Masseelektrode 4 in dem folgenden Aufbau ausgebildet, mit welchem die Masseelektrode 4 wahrscheinlich eine hohe Temperatur erreichen kann:
Speziell ist, wie in 3 zu sehen, eine Ebene A-A 2 mm von einer Endfläche 1a der Metallschale 1 zu dem Funkenentladungsspalt g in einer axialen Richtung der zentralen Elektrode 3 beabstandet. Dabei ist die Ebene A-A vertikal für eine Achse O der zentralen Elektrode 3. Die Ebene umfasst einen Querschnitt 40, entsprechend der Masseelektrode 4. Der Querschnitt 40 hat einen Querschnittsbereich SS (mm²).
Der Querschnitt 40 definiert ein geometrisches Gravitationszentrum G. Durch das geometrische Gravitationszentrum G wird angenommen, dass eine Referenzachse O' parallel zu der Achse der zentralen Elektrode 3 ausgerichtet ist.
Hier ist die folgende Annahme vorgesehen: Die Masseelektrode 4 ist senkrecht zu einer imaginären Ebene (im Folgenden als „Seitenflächenansicht" bezeichnet) projiziert, welche parallel zu einer Ebene ist, die die Referenzachse O' und die Achse O umfasst. Die senkrechte Projektion bildet einen Grundriss der Zündkerze 100 einschließlich der Masseelektrode 4.
Das Folgende ist im Hinblick auf den Grundriss der senkrechten Projektion der Masseelektrode 4 beschrieben:
Eine erste Länge L1 und eine zweite Länge L2 sind wie folgt definiert: Hier sind zwei Seitenumrisse gezeigt. Ein Seitenumriss ist der zentralen Elektrode 3 gegenüber, während der andere Seitenumriss gegenüber angeordnet ist. Im Folgenden wird der eine Seitenumriss als ein zweiter Umriss 44 bezeichnet, während der andere Seitenumriss 45 als ein erster Umriss 45 bezeichnet wird. Hier ist eine erste Verbindung 45a vorgesehen, die die Metallschale 1 mit der Masseelektrode 4 verbindet. Entlang des ersten Umrisses 45 erstreckt sich die Länge L1 von der ersten Verbindung 45a zu einem ersten Spitzen-Ende 45b. Hier ist eine zweite Verbindung 44a vorgesehen, die die Metallschale 1 mit der Masseelektrode 4 verbindet. Entlang des zweiten Umrisses 44 erstreckt sich die Länge L2 von der zweiten Verbindung 44a zu einem zweiten Spitzen-Ende 44b.
Eine Masseelektrodenlänge L (mm) ist als ein arithmetisches Mittel der ersten Länge L1 und der zweiten Länge L2 definiert. Speziell ist L = (L1 + L2)/2. Dann gilt die folgende Bedingung: 1,5 ≤ L/SS ≤ 4,39 (1/mm) Bedingung 1Wenn der Querschnittsbereich SS (mm²) klein ist, wird die Wärme, die einmal in der Masseelektrode gespeichert ist, nicht bevorzugt geführt (nämlich unvorteilhafte thermische Leitung), wodurch die Masseelektrode aufgeheizt wird. Wenn zusätzlich die Masseelektrodenlänge L lang ist, ragt die Masseelektrode weiter in die Verbrennungskammer, wodurch sich die Temperatur der Masseelektrode erhöht. Die oben genannten zwei Fälle summieren sich, je größer L/SS (1/mm) ist, je verschlissener die Masseelektrode ist. Diese Erscheinung tritt speziell auf, wenn L/SS ≤ 1,5 ist. Wenn L/SS zu groß ist, ist jedoch der Querschnittsbereich SS relativ klein, wodurch ein Brechen und dergleichen der Masseelektrode bewirkt wird. Ein L/SS von größer als 4,39 ist nicht bevorzugt, da die Masseelektrode hinsichtlich der Ausbildung nicht bevorzugt ist. Im Ergebnis ist L/SS vorzugsweise ≤ 4,39.
Darüber hinaus ist gemäß der Ausführungsform, wie in 4(a) zu sehen, die Masseelektrode 4 so ausgebildet, dass sie enger an ihr Spitzen-Ende kommt {nach links in 4(a)), wenn die Masseelektrode in einer Vorderansicht, entlang der zentralen Achse O der zentralen Elektrode 3 gesehen wird. Mit dem Spitzen-Endbereich 41, der so an der Masseelektrode 4 ausgebildet ist, hat die Masseelektrode 4 ein relativ reduziertes Volumen und der Spitzen-Endbereich 41 hat ein reduziertes Gewicht. Dadurch wird eine Belastung, die auf den Biegebereich 4c der Masseelektrode 4 aufgebracht wird, reduziert. Im Detail ist die Belastung diejenige, die durch eine Vibration der Masseelektrode bewirkt wird, wenn die Zündkerze 100 verwendet wird. Mit der damit reduzierten Belastung wird verhindert, dass die Masseelektrode 4 bricht.
Eine Reduzierung des Spitzen-Endbereichs 41 der Masseelektrode 4 wird auch in der folgenden Weise hergestellt. 4(b) zeigt eine Seitenansicht der Masseelektrode 4. Wenn der erste Umriss 45 an den Spitzenendbereich 41 der Masseelektrode 4 herankommt, kommt der erste Umriss 45 näher an den zweiten Umriss 44. In diesem Fall bleibt jedoch der zweite Umriss 44 (nämlich die Seite, die der zentralen Elektrode 3 ge genüber ist) vorzugsweise flach in dem Spitzen-Endbereich 41 der Masseelektrode 4. Mit dem oben genannten Aufbau wird der Funkenentladungsspalt g zwischen der zentralen Elektrode 3 und der Masseelektrode 4 so kontrolliert, dass er groß ist, um hierdurch eine bevorzugte Funkenentladung zu bewahren.
Darüber hinaus kann wenigstens eine der zentralen Elektrode 3 und der Masseelektrode 4 der Zündkerze 100 mit einem Edelmetallchip montiert werden, um jeweils den Entladungsbereich 31 und den Entladungsbereich 32 auszubilden. Im Speziellen ist das Edelmetall eines, das aus einem Hauptelement von einem der Materialien Ir und Pt ausgebildet ist, um eine gute Haltbarkeit zu sichern. Der oben genannte Edelmetallchip ist an einer vorbestimmten Position von einer der jeweiligen zentralen Elektrode 3 und der Masseelektrode 4 durch Widerstandsschweißen, Laserschweißen und dergleichen angebracht.
Beispiele:
Die folgenden Experimente wurden ausgeführt, um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zu überprüfen:
Um die Masseelektrode der Zündkerze vorzubereiten, wurde Inconel 601 (eine Legierung mit dem Inhalt gemäß der vorliegenden Erfindung) als Ausführungsform verwendet, während Inconel 600 für einen Vergleich verwendet wurde. Sowohl Inconel 601 als auch Inconel 600 ist eine Legierung und eine Marke von INCO in England.

1. Ein Legierungskörper von Inconel 601 sowie Inconel 600 wurde einem Warmumformen und einem Warmdrahtziehen ausgesetzt, so dass ein Legierungsmaterial gemäß der gewünschten Masseelektrode ausgebildet wurde.
2. Das Legierungsmaterial von Inconel 601 und Inconel 600 wurde in mehrfacher Anzahl vorbereitet.
3. Das Legierungsmaterial von Inconel 601 und Inconel 600 wurde einem Rohrheizen unter den Bedingungen, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, ausgesetzt.
4. Jedes der Legierungsmaterialien wurde in eine vorbestimmte Größe geschnitten, um hierdurch die Masseelektrode vorzubereiten.
5. Jede der Masseelektroden, die so vorbereitet wurden, wurde der Vickers-Härteprüfung, die durch JIS-22244 unter Anwendung einer Last (9,8 N) mittels eines Mikro-Vickershärte-Testers beschrieben ist, ausgesetzt.

Darüber hinaus wurde der folgende Tischbrennertest an der Masseelektrode, die in der oben beschriebenen Weise vorbereitet wurde, ausgeführt:

1. Der Spitzen-Endbereich der so ausgebildeten Masseelektrode wurde mit einem Brenner erhitzt.
2. Für zwei Minuten in Ruhe gehalten.
3. Für eine Minute gekühlt. * über 1 bis 3 ist definiert als ein Zyklus des Tischbrennertests. * 20.000 Zyklen wurden ausgeführt.

Die Masseelektrode von Inconel 601 als auch von Inconel 600 wurde nach dem Tischbrennertest mit einem Vergrößerungsglas beobachtet. 5 zeigt die Masseelektroden (erhitzt bei 1.080°C für 1,5 Minuten) nach dem Tichbrennertest. Der Korrosionsgrad wurde durch visuelle Überprüfung überprüft. Zwei Überprüfungskriterien sind wie folgt definiert:

OK:: Masseelektrode mit im Wesentlichen keiner Korrosion.
NG (nicht gut):: Masseelektrode mit fortschreitender Korrosion.

Jede der Masseelektroden, die nach den jeweiligen Aufheizbedingungen erhalten wurden, wurde gebogen und an der Metallschale montiert, um hierdurch die Zündkerze herzustellen. Dabei wurde der Biegebereich der Masseelektrode nach dem Biegeschritt mit einem Vergrößerungsglas beobachtet, um irgendwelche kleinen Cracks zu überprüfen. Die Ausdehnungen des Umrisses des Querschnitts 40 der Masseelektrode 4 in 3 sind wie folgt definiert: 2,8 mm lang und 1,6 mm breit. Darüber hinaus ist L/SS = 2,9.
Darüber hinaus wurde der folgende Motorfestigkeitstest in jeder der Zündkerzen ausgeführt:
Die Zündkerze wurde an einem Benzinmotor montiert (Motorhubraum 2.000 cc, 6 Zylinder).
Bedingungen für den Motorfestigkeitstest:

a. Vollständig offenes Drosselventil, Motorgeschwindigkeit 5.000 rpm und Betriebszeit 1 Minute.
b. Leerlauf, Betriebszeit: 1 Minute. Kumulierte Betriebszeit: 100 Stunden und 175 Stunden.

Nach dem Motorfestigkeitstest war die zentrale Elektrode bei 950°C bis 970°C.
Dann wurde die Masseelektrode nach dem Motorfestigkeitstest mit dem Vergrößerungsglas beobachtet. 6 zeigt eine Betrachtung der Masseelektrode (erhitzt bei 1.080°C für 1,5 Minuten). Die Masseelektrode wurde einer visuellen Überprüfung unterworfen.
Drei Überprüfungskriterien sind wie folgt definiert:

A:: Im Wesentlichen keine Korrosion wurde beobachtet.
B:: An der Korngrenze wurde Korrosion beobachtet.
C:: Verschlissen durch Korrosion.

Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1

Legierungszusammensetzung	Inconel 601 (Marke)							Inconel 600 (Marke)
Aufheiztemperatur (°C)	1.185	1.130	1.080	1.050	1.000	960	800	1.080
Härte (HV)	120	140	160	180	200	220	300	150
Ergebnisse des Tisch brennertests	nicht verfügbar	A	A	A	A	A	nicht verfügbar	C
Crack gefunden an Biegebereich?	nicht verfügbar	Nein	Nein	Nein	Nein	Nein	Ja	nicht verfügbar
Ergebnisse des Motorfestigkeitstest	B	A	A	A	A	A	nicht verfügbar	C

Gemäß Tabelle 1 bringt das Verfahren zum Herstellen der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Effekte:
Herkömmlich wurde Inconel 601 nicht vorzugsweise als ein Legierungsmaterial zum Aufbauen der Masseelektrode bedingt durch seine Vickershärte verwendet. Mit dem Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung ist jedoch Inconel 601 im Hinblick auf die Härte der Masseelektrode, die dem Biegeschritt ausgesetzt wird, bevorzugt. Darüber hinaus ist bei dem Verfahren zum Herstellen der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung der Biegebereich der Masseelektrode frei von irgendwelchen Cracks und dergleichen, die nach dem Biegeschritt hervorgerufen werden können.
7 zeigt die Vickershärte (HV) relativ zu der Aufheiztemperatur (°C), was im Wesentlichen den oben erwähnten Effekt der vorliegenden Erfindung stützt.
Darüber hinaus bringt gemäß der vorliegenden Erfindung der Fakt, dass die Masseelektrode das Legierungsmaterial (Inconel 601) nutzt, das aus dem Material gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, für die Zündkerze die folgenden Effekte:

1. Die Masseelektrode besitzt eine verbesserte Festigkeit.
2. Die Masseelektrode zeigt einen guten Korrosionswiderstand, auch wenn die Temperatur in der Verbrennungskammer hoch ist oder schwankt.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, beschräkt. Modifikationen und Variationen der Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, können beim Fachmann im Lichte der oben beschriebenen Lehren auftreten.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Masseelektrode frei von irgendwelchem Kernmaterial. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Obige beschränkt. Speziell kann die Masseelektrode ein Kernmaterial umfassen, das aus Metall (z. B. Cu) ausgebildet ist, das eine noch ausgezeichnetere Wärmeleitfähigkeit als ein Metall einer „Oberflächenschicht (siehe den zweiten folgenden Satz)" der Masseelektrode aufweist. In diesem Fall sollte jedoch die Masseelektrode als Minimalerfordernis eine Zusammensetzung des Metalls gemäß der vorliegenden Erfindung (Ni in einem Bereich von 58% bis 71%, Cr in einem Bereich von 21% bis 25%, Fe in einem Bereich von 7% bis 20% und Al in einem Bereich von 1% bis 2%) erfüllen. Das oben genannte Minimalerfordernis sollte wenigstens an der Oberflächenschicht der Masseelektrode erfüllt sein. Mit dem Metall (an der Oberflächenschicht), das eine ausgezeichnete Festigkeit bei hoher Temperatur hat, verhindert ein Abdünnen des Kernmaterials (dünner als das herkömmliche) eine Flammenlöschung.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist im Hinblick auf die vorliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Masseelektrode (4) einer Zündkerze (100), wobei die Zündkerze (100) eine zentrale Elektrode (3) aufweist; einen Isolator (2), der die zentrale Elektrode (3) radial umgibt; und eine Metallummantelung (1), die den Isolator (2) radial umgibt; wobei ein erstes Ende der Masseelektrode (4) mit der Metallummantelung (1) verbunden ist, und ein zweites Ende eine Seitenfläche bildet, wobei die Masseelektrode (4) so gebogen ist, dass die Seitenfläche des zweiten Endes der zentralen Elektrode (3) zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberflächenschicht der Masseelektrode (4) aufweist: Nickel in einem Bereich von 58 bis 71 Gew.-%, Chrom in einem Bereich von 21 bis 25 Gew.-%, Eisen in einem Bereich von 7 bis 20 Gew.-%, und Aluminium in einem Bereich von 1 bis 2 Gew.-%; wobei wenigstens die Oberflächenschicht der Masseelektrode (4) eine mit einer Vickers-Härteprüfung, wie sie in der japanischen Industrienorm Z2244 festgelegt ist, gemessene Vickers-Härte in einem Bereich von 140 HV bis 220 HV hat, wobei eine Last von 9,8 N auf die Masseelektrode (4) bei der Vickers-Härteprüfung aufgebracht wird.
Masseelektrode (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren enthält: nicht mehr als 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,5 Gew.-% Silizium, nicht mehr als 1 Gew.-% Mangan, und nicht mehr als 0,5 Gew.-% Titan.
Masseelektrode (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: Kohlenstoff in einem Bereich von 0,01 bis 0,1 Gew.-%, Silizium in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, Mangan in einem Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-%, und Titan in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 Gew.-%.
Masseelektrode (4) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, die mit einem Spitzen-Endbereich (41) ausgebildet ist, der sich in einer axialen Richtung der Masseelektrode (4) von einer vorgegebenen Zwischenposition der Masseelektrode (4) zu einem Spitzen-Ende (44b, 45b) der Masseelektrode (4) hin erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (4) in der axialen Richtung zum Spitzen-Ende (44b, 45b) der Masseelektrode (4) hin im Querschnitt stärker verjüngt ist.
Masseelektrode (4) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie, wenn die Masseelektrode (4) in einer Richtung entlang einer Achse (O) der zentralen Elektrode (3) betrachtet wird, zu einem Spitzen-Ende (44b, 45b) der Masseelektrode (4) hin in der Breite stärker verjüngt ist.
Masseelektrode (4) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie, wenn die Masseelektrode (4) in einer Richtung senkrecht zu einer Achse (O) der zentralen Elektrode (3) betrachtet wird, zu einem Spitzen-Ende (44b, 45b) der Masseelektrode (4) hin in der Stärke stärker verjüngt ist, wobei die Seitenfläche, die der zentralen Elektrode (3) zugewandt ist, flach beibehalten wird.
Masseelektrode (4) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vickers-Härte in einem Bereich von 160 HV bis 200 HV hat.
Masseelektrode (4) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kernmaterial enthält, das aus einem Metall besteht, welches eine höhere Wärmeleiffähigkeit hat als eine Wärmeleiffähigkeit wenigstens der Oberflächenschicht.
Masseelektrode (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teil der Masseelektrode (4) enthält: Nickel in einem Bereich von 58 bis 71 Gew.-%, Chrom in einem Bereich von 21 bis 25 Gew.-%, Eisen in einem Bereich von 7 bis 20 Gew.-%, und Aluminium in einem Bereich von 1 bis 2 Gew.-%, wobei die Masseelektrode (4) eine mit einer in der japanischen Industrienorm 22244 festgelegten Vickers-Härteprüfung gemessene Vickers-Härte in einem Bereich von 140 HV bis 220 HV hat, wobei eine Last von 9,8 N auf die Masseelektrode (4) bei der Vickers-Härteprüfung aufgebracht wird.
Zündkerze (100) mit der Masseelektrode (4) nach Anspruch 1.
Zündkerze (100) nach Anspruch 10, welche aufweist: die Metallummantelung (1), die eine Endfläche (1a) aufweist; einen Funkenentladungsspalt (g), der in einer Richtung entlang einer Achse (O) der zentralen Elektrode (3) im Wesentlichen zwischen den folgenden beiden ausgebildet ist: einem Endabschnitt der zentralen Elektrode (3), und der Seitenfläche des zweiten Endes der Masseelektrode (4), die dem Endabschnitt der zentralen Elektrode (3) zugewandt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (4) eine Querschnittsfläche (SS) in mm² in einer Ebene (A-A) senkrecht zu der Achse (O) der zentralen Elektrode (3) hat, wobei die Ebene (A-A) um 2 mm von der Endfläche (1a) der Metallummantelung (1) in Richtung des Funkenentladungsspalts (g) entfernt ist; die Querschnittsfläche (SS) der Masseelektrode (4) einen geometrischen Schwerpunkt (G) definiert, durch den eine Bezugsachse (O') führt, wobei die Bezugsachse (O') parallel zu der Achse (O) der zentralen Elektrode (3) ist, so dass sie eine Ebene (O–O') bildet; die Masseelektrode (4) auf eine imaginäre Ebene projiziert wird, die parallel zu der Ebene (O–O') ist, die von der Achse (O) der zentralen Elektrode (3) und der Bezugsachse (O') gebildet wird, um dadurch einen projizierten Umriss auszubilden; die folgenden zwei Längen (L1, L2) auf dem projizierten Umriss der Masseelektrode (4) gemessen werden, um davon ein arithmetisches Mittel (L) in mm zu erhalten: eine erste Länge (L1), die sich von einer ersten Verbindung (45a) zu einem ersten Spitzen-Ende (45b) entlang eines ersten Umfangs (45) an einer ersten Seite gegenüber einer zweiten Seite erstreckt, die der zentralen Elektrode (3) zugewandt ist, wobei die erste Verbindung (45a) die Masseelektrode (4) mit der Metallummantelung (1) verbindet, und eine zweite Länge (L2), die sich von einer zweiten Verbindung (44a) zu einem zweiten Spitzen-Ende (44b) entlang eines zweiten Umfangs (44) an der zweiten Seite erstreckt, die der zentralen Elektrode (3) zugewandt ist, wobei die zweite Verbindung (44a) die Masseelektrode (4) mit der Metallummantelung (1) verbindet; und das erhaltene arithmetische Mittel (L) der ersten Länge (L1) und der zweiten Länge (L2) durch die Querschnittsfläche (SS) geteilt wird, um so einen Quotienten zu erhalten, der in einem Bereich von 1,5 in 1/mm bis 4,39 in 1/mm liegt.
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte der Reihe nach aufweist: Vorbereiten der Masseelektrode (4), die aus einem Legierungsmaterial (4') besteht, das enthält: Nickel in einem Bereich von 58 bis 71 Gew.-%, Chrom in einem Bereich von 21 bis 25 Gew.-%, Eisen in einem Bereich von 7 bis 20 Gew.-%, und Aluminium in einem Bereich von 1 bis 2 Gew.-%; Glühen des Legierungsmaterials (4') der Masseelektrode (4) bei einer Glühtemperatur nicht unter 800°C, so dass es dem Legierungsmaterial (4') der Masseelektrode (4) möglich ist, eine mit einer in der japanischen Industrienorm Z2244 festgelegten Vickers-Härteprüfung gemessene Vickers-Härte in einem Bereich von 140 HV bis 220 HV aufzuweisen, wobei eine Last von 9,8 N auf die Masseelektrode (4) bei der Vickers-Härteprüfung ausgeaufgebracht wird; Schweißen der Masseelektrode (4) an die Metallummantelung (1); und Biegen der Masseelektrode (4) derart, dass es der Seitenfläche des zweiten Endes der Masseelektrode (4) möglich ist, der zentralen Elektrode (3) zugewandt zu sein.
Verfahren zum Herstellen der Zündkerze (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühtemperatur in einem Bereich von 800°C bis 1150°C liegt.
Verfahren zum Herstellen der Zündkerze (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühtemperatur in einem Bereich von 850°C bis 1150°C liegt.
Verfahren zum Herstellen der Zündkerze (100) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vickers-Härte in einem Bereich von 160 HV bis 200 HV liegt.