DE69300840T2 - Zündkerze für Verbrennungsmotor. - Google Patents

Zündkerze für Verbrennungsmotor.

Info

Publication number
DE69300840T2
DE69300840T2 DE69300840T DE69300840T DE69300840T2 DE 69300840 T2 DE69300840 T2 DE 69300840T2 DE 69300840 T DE69300840 T DE 69300840T DE 69300840 T DE69300840 T DE 69300840T DE 69300840 T2 DE69300840 T2 DE 69300840T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
copper
spark plug
copper alloy
alloy core
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69300840T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69300840D1 (de
Inventor
Takafumi Oshima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Publication of DE69300840D1 publication Critical patent/DE69300840D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69300840T2 publication Critical patent/DE69300840T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39Selection of materials for electrodes

Landscapes

  • Spark Plugs (AREA)

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode und einer Außenelektrode, von denen mindestens eine aus einer Nickellegierungsumhüllung und einem wärmeleitenden Kupferlegierungskern hergestellt ist, der in der Nickellegierungsumhüllung eingebettet ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Bei einer Zündkerze zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine ist eine Mittelelektrode aus einer Nickelumhüllung und einem Kupferkern hergestellt, der in der Nickelumhüllung eingebettet ist. Wenn der Motor wiederholt bei Vollgasstellung und Leerlaufbetrieb läuft, ist die Verbundelektrode einer Umgebung mit einem großen Temperaturunterschied ausgesetzt, so daß die Nickelumhüllung aufgrund der Wärmebeanspruchung, die von dem Wärmeausdehnungsunterschied zwischen der Nickelumhüllung und dem Kupferkern bewirkt wird, bleibend verformt wird. Die verstärkte Wärmebeanspruchung bewirkt, daß die Mittelelektrode in nachteiliger Weise verformt wird. Der Grad der Verformung hängt von dem Wachstum eines Hohlraums ab, der sich im Kupferkern entwickelt. Die Beziehung zu dem Hohlraum ist derart, daß der vollständig ausgewachsene Hohlraum die Deformation der Nickelumhüllung der Mittelelektrode beschleunigt.
  • Fig. 11a zeigt, wie die Mittelelektrode 110 in Abhängigkeit von dem Hohlraum 130 verformt wird, der sich in dem Kupferkern 120c, der in der Nickelumhüllung 120n eingebettet ist, aufgrund der wiederholten Wärmebeanspruchung entwickelt hat. Der angewachsene Hohlraum 130 bewirkt, daß sich die Mittelelektrode 110 ausgehend von der mit einer strichpunktierten Linie dargestellten Lage bis zu der mit einer durchgehenden Linie dargestellten Position radial ausdehnt und axial zusammenzieht.
  • Wenn der Motor in 6000 Zyklen abwechselnd eine Minute lang bei 5000 U/min. mit Vollgas und eine Minute lang im Leerlaufbetrieb laufen gelassen wird, wird die Mittelelektrode 110 außerdem der wiederholten Wärmebeanspruchung ausgesetzt und dehnt sich weiterhin radial aus, so daß sich letztendlich Risse 140c in einem Isolator 140 bilden, wie in Fig. 11b gezeigt ist.
  • Wenn die Verbundkonstruktion von Nickelumhüllung 160n und Kupferkern 160c für eine Außenelektrode 150 verwendet wird, entwickeln sich aufgrund des Wärmeausdehnungsunterschieds zwischen der Nickelumhüllung 160n und dem Kupferkern 160c Hohlräume 170 in einem Kupferkern 160c. Wie mit der strichpunktierten Linie in Fig. 12 gezeigt ist, verformen die voll entwickelten Hohlräume die Außenelektrode 150 weg von einem vorderen Ende 151a einer Mittelelektrode 151.
  • Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wird die Deformation der beiden Elektroden 110, 150 von den Hohlräumen 130, 170 verursacht, die sich in dem Kupferkern 120c, 160c entwickelt haben. Deshalb ist es notwendig, das Wachstum dieser Hohlräume zu steuern, um die Verformung der Elektroden zu verhindern.
  • Aus diesem Grund sind verschiedene Arten von Legierungen auf Kupferbasis untersucht worden, und eine Anzahl von Patentanmeldungen sind eingereicht und unter den vorläufigen Patentveröffentlichungen der Nummern 61-143971, 61-143972, 61-143973, 61-148788, 61-148789, 61-148790 und 4-065791 veröffentlicht worden.
  • Von diesen Patentanmeldungen wird die offengelegte Patentanmeldung Nr. 61-143973 als den am nächsten kommenden Stand der Technik darstellend betrachtet und offenbart einen Kupferlegierungskern, der ein Element oder Elemente im Bereich von 0,03 bis 1,0 Gewichtsprozent enthält, der bzw. die aus der Gruppe ausgewählt wird/werden, die aus Ti, Zr und Cr besteht.
  • All diese Patentanmeldungen sind darauf ausgerichtet, spezielle Elemente auszuwählen, um diese dem Kupferkern in einem bestimmten Prozentsatz beizufügen, aber keine dieser Patentanmeldungen offenbart, wie die ausgewählten Elemente für welchen Zweck verwendet werden.
  • Durch das Hinzufügen der speziellen Elemente zu dem Kupferkern wird normalerweise dessen Wärmeleitfähigkeit rapide verschlechtert. Wenn die Elemente dem Kupferkern hinzugefügt werden, um einen Kupferlegierungskern herzustellen, um diesen dann bei einer Mittelelektrode oder einer Außenelektrode zu verwenden, wird die Wärmeleitfähigkeit der beiden Elektroden herabgesetzt, und somit wird es unmöglich, die Entwicklung des Hohlraumes zu steuern bzw. das Wachstum des Hohlraums zu verhindern. Im allgemeinen verschlechtert der Kupferlegierungskern eine Vorentflammungswiderstandseigenschaft, wenn dieser für die Mittelelektrode verwendet wird. Der Kupferlegierungskern bewirkt normalerweise, daß die Nickelumhüllung in einer Umgebung mit einer hohen Temperatur prompt oxidiert, wodurch eine Funkenerosionswiderstandseigenschaft verschlechtert wird, wenn dieser für die Außenelektrode verwendet wird.
  • Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Kupferlegierungskern vorzusehen, der in der Lage ist, eine feine Korngröße bei hohen Temperaturen beizubehalten, um so zu verhindern, daß sich ohne weiteres Hohlräume in der Korngrenze bilden, und eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute physikalische Festigkeit bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Durch die Verwendung des Kupferlegierungskerns bei den Mittelund Außenelektroden wird die Vorentflammungswiderstandseigenschaft der Zündkerze verbessert, wodurch ein Beitrag zu deren verlängerter Nutzungsdauer geleistet wird.
  • In der US-A-4,808,135 ist eine Mittelelektrode für eine Zündkerze offenbart, die eine Nickellegierungsumhüllung und einen Kupferlegierungskern umfaßt, der 0,01-1,0 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen, die Zirkonium einschließen, umfassen kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die eine Mittelelektrode und eine Außenelektrode umfaßt, von denen mindestens eine eine Nickellegierungsumhüllung und einen wärmeleitenden Kupferlegierungskern umfaßt, der in der Nickellegierungsumhüllung eingebettet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kupferlegierungskern ein Additivmetall umfaßt, das eine übersättigte feste Lösung mit einem Kupfermetall bildet, in der das Additivmetall oder eine intermetallische Verbindung aus der Kupferphase ausgefällt und im wesentlichen gleichmäßig dispergiert wird, und die Größe der Teilchen des aus der Kupferphase ausgefällten Additivmetalls weniger als 10 um beträgt.
  • Der Kupferlegierungskern ist derart, daß seine physikalische Festigkeit bei hohen Temperaturen verbessert wird, wodurch die Körner des Additivmetalls klein gehalten werden, indem die feine Korngröße bei hohen Temperaturen gehalten wird, um so zu verhindern, daß sich bereitwillig Hohlräume in der Korngrenze bilden, wenn dieser aufgrund des großen Temperaturunterschieds einer wiederholten Wärmebelastung ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist es möglich, die nachteilige Deformierung der Elektroden zu verhindern, wodurch ein Beitrag zu ihrer verlängerten Nutzungsdauer geleistet wird.
  • Aufgrund der Tatsache, daß das Additivmetall oder eine intermetallische Verbindung aus der Kupferphase ausgefällt wird, ist ein Betrag des Additivmetalls, das in der Kupferphase geschmolzen ist, unbedeutend klein, so daß die dem Kupfer zueigene Wärmeleitfähigkeit im wesentlichen aufrechterhalten wird. Der Kupferlegierungskern verbessert die Vorentflammungs- bzw. Frühzündungswiderstandseigenschaft beträchtlich, wenn dieser auf der einen Seite für die Mittelelektrode verwendet wird. Andererseits verhindert der Kupferlegierungskern, daß die Nickelumhüllung in der Umgebung mit einer hoher Temperatur ohne weiteres oxidiert, so daß die Funkenerosionswiderstandseigenschaft verbessert wird, wenn dieser für die Außenelektrode verwendet wird.
  • Durch eine geringfügige Beigabe von Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr) werden die physikalische Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns bei hohen Temperaturen verbessert.
  • Das Additivmetall in einer Menge von weniger als 0,5 Gewichtsprozent macht einen Betrag der übersättigten festen Lösung klein, wodurch es schwierig wird, die physikalische Festigkeit des Kupferlegierungskerns zu verbessern, so daß die Körner grob werden und sich so der Hohlraum bilden kann und dessen Wachstum ermöglicht wird.
  • Das Additivmetall in einer Menge von mehr als 1,5 Gewichtsprozent verschlechtert die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns beträchtlich.
  • Wenn die Korngröße der übersättigten festen Lösung, die aus der Kupferphase ausgefällt wird, 10 um übersteigt, ist es schwierig, die physikalische Festigkeit des Kupferlegierungskerns aufrechtzuerhalten. Um diese Schwierigkeit auszugleichen, ist es notwendig, die übersättigte feste Lösung fein und gleichmäßig in dem Kupferlegierungskern zu dispergieren.
  • Da die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr beträgt, wenn diese bei Normaltemperatur mit einem Laserblitzverfahren gemessen wird, wird die Mittelelektrode bezüglich ihrer Hitzeleitfähigkeit verbessert, was zur Verbesserung der Frühzündungswiderstandseigenschaft beiträgt. Gleichzeitig trägt die Wärmeleitfähigkeit von 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr dazu bei zu verhindern, daß die Nickelumhüllung in der Umgebung einer hohen Temperatur leicht oxidiert, wodurch die Funkenerosionswiderstandseigenschaft verbessert wird.
  • Aus dem Grund heraus, daß bei der Zündkerze nach Anspruch 5 der Kupferlegierungskern ein Keramikpulver in dem Bereich von 0,2 bis 1,5 Gewichtsprozent umfaßt, das im wesentlichen gleichmäßig in einem Kupfermetall dispergiert ist, wird der Kupferlegierungskern in bezug auf seine mechanische Festigkeit verbessert, ohne daß die gute, dem Kupfer zueigene Wärmeleitfähigkeit verloren geht. Mit weniger als 0,2 Gewichtsprozentanteil des Keramikpulvers ist es unmöglich, dem Kupferlegierungskern die mechanische Festigkeit zu verleihen. Andererseits verringert das Keramikpulver in einem Anteil von mehr als 1,5 Gewichtsprozent die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns beträchtlich.
  • Wenn die Verbundkonstruktion aus Nickelumhüllung und Kupferlegierungselektrode für mindestens eine der Mittel- und Außenelektroden der Zündkerze verwendet wird, wird die Vorentflammungswiderstandseigenschaft der Zündkerze verbessert, wodurch ein Beitrag zu deren verlängerter Nutzungsdauer geleistet wird.
  • Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung sowie die zugehörigen Ansprüche und Zeichnungen deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Hauptteils einer Zündkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Mittelelektrode, wobei aber ihre rechte Hälfte als Längsschnitt dargestellt ist;
  • Fig. 3a, 3b und 3c sind mikroskopische Fotografien der Textur gemäß einem Prüfstück H von Tabelle 1;
  • Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Beziehung zwischen der Temperatur (Kº) und der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) in Abhängigkeit von einem Betrag an Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr), der dem Kupferlegierungskern hinzugefügt wird, ändert;
  • Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Beziehung zwischen der Temperatur (Kº) und der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) in Abhängigkeit von einem Betrag von verschiedenen Arten von Metallen, die dem Kupferlegierungskern hinzugefügt werden, ändert;
  • Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) und einem Kurbelwellen-Zündverstellwinkel beim Auftreten von Frühzündung zeigt;
  • Fig. 7a und 7b sind mikroskopische Fotografien der Textur der Teststücke G und Q, die nach der Durchführung eines Dauerversuchs erhalten worden sind, wobei die Zündkerze an dem Motor angebracht ist, der bei Vollgas und bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb läuft;
  • Fig. 8 ist eine Längsquerschnittsansicht einer Außenelektrode;
  • Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Betrag an Funkenerosion und der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) zeigt, die man erhält, nachdem ein Dauerversuch durchgeführt wird, bei dem die Zündkerze an dem Motor angebracht ist;
  • Fig. 10 ist eine Längsquerschnittsansicht eines vorderen Teils einer Zündkerze der verlängerten Art gemäß einer Modifikation der Erfindung;
  • Fig. 11a und 11b sind Querschnittsansichten eines vorderen Abschnitts einer Zündkerze nach dem Stand der Technik, die zeigen, wie sich durch eine wiederholte Wärmebeanspruchung ein Hohlraum bildet und eine Mittelelektrode in nachteiliger Weise deformiert wird, und
  • Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht des vorderen Abschitts der Zündkerze nach dem Stand der Technik, die zeigt, wie sich durch die wiederholte Wärmebeanspruchung der Hohlraum bildet und eine Außenelektrode in nachteiliger Weise verformt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1, die einen Hauptteil einer Zündkerze 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, weist die Zündkerze 100 ein Metallgehäuse 3 auf, in dem ein rohrförmiger Isolator 1 gestützt angeordnet ist, wobei ein Inneraum davon als eine axiale Bohrung 11 dient. In der axialen Bohrung 11 ist eine Mittelelektrode 2 angeordnet, die ein vorderes Ende 21 aufweist, das etwas über ein vorderes Ende 12 des Isolators 1 hinausragt. Eine L-förmige Außenelektrode 31 ist fest an einer vorderen Endfläche 30 des Metallgehäuses 3 angeschweißt und bildet einen Elektrodenabstand (Gp) mit einer Zündspitze 23, wie im folgenden beschrieben wird. Diese beiden Elektroden 2, 31 sind aus einer Verbundkonstruktion hergestellt, die eine Nickellegierungsumhüllung 10n und einen Kupferlegierungskern 10c umfaßt, der in der Nickellegierungsumhüllung 10n eingebettet ist, wie in den Fig. 2 und 8 gezeigt ist.
  • Die Nickellegierungsumhüllung 10n besteht aus Inconel (Markenzeichen), das eine hervorragende Widerstandseigenschaft gegenüber einer Oxidation bei einer hohen Temperatur aufweist. Der Kupferlegierungskern 10c enthält ein Additivmetall bzw. Additivmetalle in dem Bereich von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent, die aus der in Tabelle 1 aufgelisteten Gruppe ausgewählt sind, aber der Kern 10c enthält immer mindestens eines aus der Gruppe von Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr). Diese Additivmetalle bilden eine übersättigte feste Lösung mit einem Kupfermetall und werden aus der Kupferphase ausgefällt und im wesentlichen einheitlich in der übersättigten festen Lösung dispergiert. Die in der Tabelle 1 aufgeführten Teststücke beziehen sich mit Ausnahme der Teststücke A, C, L, P, Q und R auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Figuren 3a bis 3c sind Texturfotografien (1000x) des Teststücks H. In der analysierten Form mit leeren Feldern zeigt Fig. 3b Zr in Fig. 3a an, während Fig. 3c Cr in Fig. 3a anzeigt. TABELLE 1 Additivmetall (Gew.-%) Wärmeleitfähigkeit bei Normaltemperatur Anzahl der Hitzezyklen, die für einen Kontakt auf 0,1 mm notwendig sind Ausbildung eines Hohlraumes bei 1000 Hitzezyklen ? Kupfermetall der ausscheidungsgehärteten Art Teststück reines Kupfer ausgebildet nicht
  • Der Kupferlegierungskern 10c wird folgendermaßen hergestellt:
  • (1) Die Additivmetalle werden einem reinen Kupfer gemäß den Gewichtsprozenten, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, zugesetzt und in einer nicht oxidierten Atmosphäre geschmolzen.
  • (2) Die geschmolzene Legierung wird in Form gegossen, um einen zylinderförmigen Gußblock (etwa 200 mm Durchmesser) zu bilden, und dieser Gußblock wird in geeignete Abschnitte (etwa 400 - 500 mm) geschnitten, für den Warmstrangpreßvorgang auf 900ºC erhitzt, und wird extrudiert, um eine Rolle zu bilden.
  • (3) Nach dem Erhitzen dieser Rollenlegierung auf 950 bis 960ºC wird die Rollenlegierung zwangsweise mit Wasser abgekühlt, um die übersättigte feste Lösung auszufällen, in der jedes der Additivmetalle gleichmäßig dispergiert ist. In diesem Fall beträgt die Größe jedes ausgefällten Teilchens der Additivmetalle weniger als 10 um.
  • Ein anderer Herstellungsvorgang verläuft folgendermaßen. Nach dem Einbau der Rollenlegierung in den Elektroden 2, 31 kann die Mittelelektrode bei einem Glasschmelzvorgang auf 950 bis 960ºC erhitzt werden. Dann kann die Rollenlegierung der Elektrode zwangsweise mit Hilfe von Wasser oder Argongas abgekühlt werden.
  • Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich eine Beziehung zwischen der Temperatur (Kº) und der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) ändert, wenn geringfügig CR, Zr (0,26 bis 0,9 Gew.-%) zu dem reinen Kupfer hinzugefügt werden. Man hat herausgefunden, daß das Zusetzen von Cr, Zr zu dem reinen Kupfer die Wärmeleitfähigkeit der Kupferlegierung mit ansteigender Temperatur verbessert, obwohl die Wärmeleitfähigkeit des reinen Kupfers an sich abnimmt, wenn die Temperatur ansteigt.
  • Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich eine Beziehung zwischen der Temperatur (Kº) und der Wärmeleitfähigkeit (Wm-¹K-¹) ändert, wenn geringfügig Cr, Zr, Ni, Ti, Be und Te allein oder in einer geeigneten Kombination dem reinen Kupfer beigemengt werden. Man hat herausgefunden, daß der Zusatz von Ni, Ti, Be, Ta und Cr zu dem reinen Kupfer ebenfalls dahingehend wirkt, die Wärmeleitfähigkeit der Kupferlegierung zu verbessern.
  • Somit wird die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns 10c verbessert, indem Cr, Zr ausgefällt und einheitlich in der übersättigten festen Lösung dispergiert werden. Durch den Einbau des Kupferlegierungskerns 10c in der Mittelelektrode 2 ist es möglich, zu verhindern, daß das vordere Ende der Mittelelektrode 2 übermäßig erwärmt wird. Dadurch wird das Auftreten einer Frühzündung verhindert, bei der sich ein Luft-Kraftstoff- Gemischgas aufgrund des übermäßig erhitzten vorderen Endes der Mittelelektrode vorzeitig entzündet.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Kern auf Kupferbasis dadurch hergestellt, daß ein Keramikpulver wie z.B. Aluminiumoxid (Al&sub2;0&sub3;) oder Magnesiumoxid (MgO) in dem reinen Kupfermetall einheitlich dispergiert wird. Die Gewichtsprozentanteile des Keramikpulvers liegen in dem Bereich von 0,2 bis 1,5, wie in Tabelle 2 gezeigt. In dem Kupferbasiskern liegt das Keramikpulver in der Form von Teilchen vor, wodurch es möglich wird, die mechanische Festigkeit bei einer hohen Temperatur zu steigern, ohne daß die Wärmeleitfähigkeit verloren geht. Aus diesem Grund eignet sich der Kupferbasiskern für die Mittelelektrode 2. Tabelle 2 Kern auf Kupferbasis Wärmeleitfähigkeit bei normaler Temperatur
  • Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) und dem Kurbelwinkel (CA) beim Autreten von Frühzündungen zeigt. Die graphische Darstellung zeigt, daß das Auftreten von Frühzündungen abnimmt, solange die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns 10c bei 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr liegt, wenn diese bei der Normaltempertur (20ºC) mit Hilfe der Laserblitzmethode gemessen wird. Die Wärmeleitfähigkeit der Teststücke in Tabelle 1 beträgt 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr, mit Ausnahme bei den Teststücken E, K, und L.
  • Bei den Teststücken B und D bis O der ausscheidungsgehärteten Kupferart, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, werden die Additivmetalle aus der Kupferphase ausgefällt und gleichmäßig einzeln in der Form eines einzelnen Metalls oder einer intermetallischen Verbindung dispergiert. Aus diesem Grund wird der Kupferlegierungskern 10c bezüglich seiner mechanischen Festigkeit bei hohen Temperaturen verbessert, und die Metallkörner werden klein gehalten und werden nicht grob. Es hat sich gezeigt, daß sich dann, wenn diese Teststücke B und D bis O in der Mittelelektrode 2 eingebaut sind, im wesentlichen kein Hohlraum in dem Kupferlegierungskern 10c entwickelt hat, nachdem ein Dauerversuch durchgeführt wurde, bei dem die Zündkerze an einem Sechszylindermotor mit 2000 cm³ Hubraum angebracht war, der über 1000 Zyklen lang abwechselnd eine Minute lang bei 6000 U/Min. mit Vollgas und eine Minute lang im Leerlaufbetrieb laufengelassen wird. Es werden 3500 bis 4000 Zyklen benötigt, um die Mittelelektrode 2 um 0,1 mm axial zusammenzuziehen, so daß es schwierig ist, die Mittelelektrode 2 zu deformieren, wodurch ein Beitrag zu ihrer verlängerten Nutzungsdauer geleistet wird.
  • Die Teststücke B, D, F, G, H, I, J, M, N und O haben beste Eigenschaften, bei denen kein Hohlraum in dem Kupferlegierungskern 10c bemerkt wird, und ihre Wärmeleitfähigkeit beträgt 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr, wenn die Hitzezyklen, denen die Teststücke unterworfen werden, 1000 übersteigen.
  • Die Figuren 7a und 7b wiederum sind mikroskopische Fotografien von Texturen der Teststücke Q und G, wenn der Kuperlegierungskern bei der Außenelektrode 31 verwendet wird. Diese Fotografien werden nach Durchführung eines Dauerversuchs erhalten, bei dem die Zündkerze auf einem 6-Zylinder-Motor mit 2000 cm³ Hubraum angebracht ist, der bei 6000 U/min. mit Vollgas über einen Zeitraum von 200 Stunden läuft. Man hat herausgefunden, daß das Teststück G in ausreichender Weise verhindert, daß die Metallkörner grob werden.
  • Das Additivmetall in einem Anteil von weniger als 0,5 Gewichtsprozent macht es unmöglich, einen genügend großen Betrag an Metallkörnern auszufällen, wodurch die Körner grob werden und so die mechanische Festigkeit des Kupferlegierungskerns 10c herabsetzen, wobei sich der Hohlraum in dem Kern 10c ausgebildet hat.
  • Wenn das Additivmetall 1,5 Gewichtsprozent übersteigt, bewirkt dies eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit auf einen Wert, der zu niedrig ist, als daß die Außenelektrode 31 in der Praxis Anwendung finden kann.
  • Bei der Außenelektrode 31, die in Fig. 8 gezeigt ist, enthält die Nickellegierungsumhüllung 10N 95 Gewichtsprozent Ni und umfaßt Cr, Si und Mn in einer angemessenen Prozentanteilskombination. Der Kupferlegierungskern 10c enthält ein oder mehrere Additivmetalle in dem Bereich von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent, die aus der in Tabelle 1 aufgelisteten Gruppe ausgewählt sind, aber der Kern 10c enthält immer mindestens eines von Chrom (Cr) oder Zirkonium (Zr), wie oben beschrieben worden ist. Diese Additivmetalle bilden eine übersättigte feste Lösung mit einem Kupfermetall und werden aus der Kupferphase ausgefällt und im wesentlichen gleichmäßig dispergiert. Mit Ausnahme der Teststücke A, C, L, P, Q und R beziehen sich die in Tabelle 3 aufgeführten Teststücke auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung. TABELLE 3 AUSSENELEKTRODE Additivmetall (Gew.-%) Anzahl der Hitzezyklen, die notwendig sind, um die Deformierung einzuleiten ausbildung eines Hohlraums ? Teststück reines Kupfer ausgebildet nicht
  • Bei den Teststücken B sowie D bis O der ausscheidungsgehärteten Kupferart, die in Tabelle 3 aufgelistet sind, werden die Additivmetalle aus der Kupferphase ausgefällt unnd gleichmäßig einzeln in der Form eines einzigen Metalls oder einer intermetallischen Verbindung dispergiert. Aus diesem Grund wird der Kupferlegierungskern 10c bezüglich seiner mechanischen Festigkeit verbessert, und die Strukturen behalten ihre feine Korngröße. Man hat herausgefunden, daß sich dann, wenn die Teststücke B und D bis O in der Außenelektrode 31 eingebaut werden, kein Hohlraum in dem Kupferlegierungskern 331 ausbildet, nachdem ein Dauerversuch durchgeführt worden ist, bei dem die Zündkerze auf einem 6-Zylinder-Motor mit 2000 cm³ Hubraum angebracht ist, der 1000 Zyklen lang abwechslend eine Minute lang bei 6000 U/min. mit Vollgas und eine Minute lang im Leerlaufbetrieb läuft. Es werden 2000 bis 2600 Zyklen benötigt, um die Außenelektrode weg von dem vorderen Ende der Mittelelektrode zu deformieren, wie dies mit der strichpunktierten Linie in Fig. 12 gezeigt ist, wodurch es schwierig wird, die Außenelektrode 31 zu deformieren, und ein Beitrag zu ihrer verlängerten Nutzungsdauer geleistet wird.
  • Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Funkenerosion (mm) und der Wärmeleitfähigkeit (Wm&supmin;¹K&supmin;¹) zeigt. Die graphische Darstellung wird erhalten, nachdem ein Dauerversuch durchgeführt wird, wobei die Zündkerze auf einem 6-Zylinder-Motor mit 2000 cm³ Hubraum angebracht ist, der bei 6000 U/min. mit Vollgas über einen Zeitraum von 200 Stunden läuft. Man hat herausgefunden, daß die Funkenerosion der Außenelektrode 31 abnimmt, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Kerns 10c den Wert 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ übersteigt, der bei normaler Temperatur mit Hilfe des Laserblitzverfahrens erhalten wird, wie mit den Teststücken A bis D, F bis J und M bis R in Tabelle 3 veranschaulicht wird.
  • Die Teststücke B, D, F, G, H, I, J, M, N, und O haben hervorragende Eigenschaften, bei denen kein Hohlraum in dem Kupferlegierungskern 10c entdeckt wird, und ihre Wärmeleitfähigkeit beträgt 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ der mehr, wenn die Teststücke einer beträchtlich höheren Frequenz der wiederholten Hitzezyklen unterworfen werden.
  • Als eine Formvariante der Erfindung, in der ein vorderer Abschnitt 420a einer Mittelelektrode 420 einer Zündkerze 400 verlängert in einen Brennraum (Ch) einer Verbrennungskraftmaschine hineinragt, sind ein Kupferlegierungskern 420c und eine Nickellegierungsumhüllung 420n in der Mittelelektrode 420 integriert, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Im Gegensatz zu der Vergleichszündkerze, bei der die Fortsatzlänge (h) in dem Bereich von 3,0 bis 4,0 mm liegt, ragt der vordere Abschnitt 420a über ein vorderes Ende 411 eines Metallgehäuses 410 um eine Länge (h) von 4,5 bis 10,0 mm heraus. Dieser verlängerte Typ der Zündkerze macht es möglich, daß das Luft-Kraftstoff-Gemischgas in der Mitte des Brennraums (Ch) gezündet werden kann, wodurch vorteilhafterweise eine Entzündbarkeit in einem Verbrennungssystem für ein mageres Gemisch verbessert wird.
  • Mit zunehmender Fortsatzlänge (h) neigt der vordere Abschnitt 420 der Mittelelektrode 420 dazu, einem größeren Betrag an Verbrennungshitze ausgesetzt zu sein. Ohne die Verwendung des Kupferlegierungskerns 420c und der Nickellegierungsumhüllung 420 erhöht der größere Betrag an Verbrennungshitze die Wärmebeanspruchung, die von dem Wärmeausdehnungsunterschied zwischen dem Kupferkern und der Nickelumhüllung bewirkt wird, wie in den Fig. 11a, 11b und 12 gezeigt ist.
  • Durch die Verwendung des Kupferlegierungskerns 420c und der Nickellegierungsumhüllung 420n wird das Additivmetall gleichmäßig in der übersättigten festen Lösung dispergiert, das von der Kupferphase ausgefällt wird, wodurch es möglich wird zu verhindern, daß die Metallkörner grob werden, und wodurch verhindert wird, daß sich Risse an den Korngrenzen bilden. Dadurch wird es möglich, den Verlust der mechanischen Festigkeit bei einer hohen Temperatur zu verhindern und die Entstehung und das Wachstum des Hohlraums zu verhindern, um so eine ungünstige Deformierung der Mittelelektrode 420 und der Außenelektrode 430 zu verhindern.
  • Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschrieben worden, aber es ist selbstverständlich, daß diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne aufgebaut ist, so daß verschiedene Abänderungen und Hinzufügungen zu den speziellen Ausführungsbeispielen von den Fachleuten auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, ohne daß von Rahmen der anhängenden Ansprüche abgewichen wird.

Claims (6)

1. Zündkerze mit:
einer Mittelelektrode (2) und einer Außenelektrode (31), von denen mindestens eine eine Nickellegierungsumhüllung (10N) und einen wärmeleitenden Kupferlegierungskern (10c) umfaßt, der in der Nickellegierungsumhüllung eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferlegierungskern ein Additivmetall umfaßt, das eine übersättigte feste Lösung mit einem Kupfermetall bildet, in der das Additivmetall oder eine intermetallische Verbindung aus der Kupferphase ausgefällt und im wesentlichen gleichmäßig dispergiert wird, und die Größe der Teilchen des aus der Kupferphase ausgefällten Additivmetalls weniger als 10 um beträgt.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Additivmetall allein oder in Kombination aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Chrom und Zirkonium besteht.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Additivmetall in dem Bereich von 0,5 - 1,5 Gewichtsprozent enthalten ist.
4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns bei Normaltemperatur bei 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr liegt, wenn diese mit einem Laserblitzverfahren gemessen wird.
5. Zündkerze mit:
einer Mittelelektrode (2) und einer Außenelektrode (31), von denen mindestens eine eine Nickellegierungsumhüllung (10a) und einen wärmeleitenden Kupferlegierungskern (10c) umfaßt, der in der Nickellegierungsumhüllung eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferlegierungskern ein Keramikpulver, das im wesentlichen gleichmäßig im Kupfermetall dispergiert ist, in dem Bereich von 0,2-1,5 Gewichtsprozent enthält.
6. Zündkerze nach Anspruch 5, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Kupferlegierungskerns bei Normaltemperatur 200 Wm&supmin;¹K&supmin;¹ oder mehr beträgt, wenn diese mit einem Laserblitzverfahren gemessen wird.
DE69300840T 1992-03-24 1993-03-24 Zündkerze für Verbrennungsmotor. Expired - Lifetime DE69300840T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6579192 1992-03-24
JP5002881A JP2853111B2 (ja) 1992-03-24 1993-01-11 スパークプラグ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69300840D1 DE69300840D1 (de) 1996-01-04
DE69300840T2 true DE69300840T2 (de) 1996-04-18

Family

ID=26336363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69300840T Expired - Lifetime DE69300840T2 (de) 1992-03-24 1993-03-24 Zündkerze für Verbrennungsmotor.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5578894A (de)
EP (1) EP0562842B1 (de)
JP (1) JP2853111B2 (de)
DE (1) DE69300840T2 (de)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6066627A (en) * 1994-08-04 2000-05-23 Pherin Corporation Steroids as neurochemical initiators of change in human blood levels of LH
US6495948B1 (en) 1998-03-02 2002-12-17 Pyrotek Enterprises, Inc. Spark plug
US6045424A (en) * 1998-07-13 2000-04-04 Alliedsignal Inc. Spark plug tip having platinum based alloys
US5980345A (en) * 1998-07-13 1999-11-09 Alliedsignal Inc. Spark plug electrode having iridium based sphere and method for manufacturing same
CN101346859B (zh) * 2006-03-14 2012-06-27 日本特殊陶业株式会社 火花塞的制造方法和火花塞
JP4700638B2 (ja) * 2006-03-20 2011-06-15 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用スパークプラグ
US8614541B2 (en) * 2008-08-28 2013-12-24 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug with ceramic electrode tip
US9219351B2 (en) 2008-08-28 2015-12-22 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug with ceramic electrode tip
CN102576983A (zh) 2009-08-12 2012-07-11 费德罗-莫格尔点火公司 具有低膨胀率、高耐腐蚀性电极的火花塞
WO2011130365A1 (en) 2010-04-13 2011-10-20 Federal-Mogul Ignition Company Igniter including a corona enhancing electrode tip
JP5336000B2 (ja) 2010-09-24 2013-11-06 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグの電極及びその製造方法、並びにスパークプラグ及びスパークプラグの製造方法
US8729783B2 (en) 2010-09-24 2014-05-20 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug electrode, method for producing same, spark plug, and method for producing spark plug
WO2013028603A1 (en) 2011-08-19 2013-02-28 Federal-Mogul Ignition Company Corona igniter including temperature control features
DE112012004420B4 (de) 2011-10-24 2018-03-29 Federal-Mogul Ignition Co. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode einer Zündkerze und Zündkerzen-Herstellungsverfahren
US8482188B1 (en) 2012-06-15 2013-07-09 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug electrode with nanocarbon enhanced copper core
JP6035177B2 (ja) 2012-08-20 2016-11-30 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ
JP5789276B2 (ja) 2013-02-14 2015-10-07 日本特殊陶業株式会社 点火システム
US9083156B2 (en) * 2013-02-15 2015-07-14 Federal-Mogul Ignition Company Electrode core material for spark plugs
JP5910604B2 (ja) 2013-10-21 2016-04-27 株式会社デンソー 内燃機関用スパークプラグ

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3892216A (en) * 1973-10-23 1975-07-01 Eaton Corp Composite article and method of making same
DE2549931A1 (de) * 1975-11-07 1977-05-18 Bosch Gmbh Robert Zuendkerzen-elektrode
CA1138626A (en) * 1978-12-16 1983-01-04 Gkn Floform Limited Manufacture of bi-metal electrodes for spark plugs
US4400643A (en) * 1979-11-20 1983-08-23 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Wide thermal range spark plug
US4514657A (en) * 1980-04-28 1985-04-30 Nippon Soken, Inc. Spark plug having dual gaps for internal combustion engines
US4695759A (en) * 1981-10-29 1987-09-22 Champion Spark Plug Company Method for producing a composite center electrode and an electrode
US4606730A (en) * 1983-09-21 1986-08-19 The National Machinery Company Bimetal electrodes for spark plugs or the like and method of making same
US4585421A (en) * 1983-11-23 1986-04-29 The National Machinery Company Method of making copper-clad bimetal electrodes for spark plugs
JPS61143973A (ja) * 1984-12-17 1986-07-01 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
JPS61149449A (ja) * 1984-12-24 1986-07-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置用リ−ドフレ−ム複合材料およびその製造方法
JPS6318028A (ja) * 1986-07-10 1988-01-25 Kobe Steel Ltd 高硬度でかつ耐熱性に優れたCu合金及びその製造方法
US4808135A (en) * 1986-07-29 1989-02-28 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Center electrode structure for spark plug
DE3730627A1 (de) * 1986-09-12 1988-03-24 Ngk Spark Plug Co Mittelelektrodenanordnung fuer eine zuendkerze
JPH0192092U (de) * 1987-12-10 1989-06-16
EP0377938B1 (de) * 1989-01-09 1995-10-11 Ngk Spark Plug Co., Ltd Zündkerzenzusammenbau
DE3918278A1 (de) * 1989-06-05 1990-12-06 Rau Gmbh G Mittelelektrode fuer zuendkerzen und brennkraftmaschinen
DE3941649A1 (de) * 1989-12-16 1991-06-20 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur herstellung von elektroden fuer zuendkerzen sowie zuendkerzen-elektroden
JP3327941B2 (ja) * 1991-10-11 2002-09-24 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP2847681B2 (ja) * 1991-12-03 1999-01-20 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグの中心電極の製造方法
US5292477A (en) * 1992-10-22 1994-03-08 International Business Machines Corporation Supersaturation method for producing metal powder with a uniform distribution of dispersants method of uses thereof and structures fabricated therewith

Also Published As

Publication number Publication date
DE69300840D1 (de) 1996-01-04
EP0562842A2 (de) 1993-09-29
JPH05343157A (ja) 1993-12-24
US5578894A (en) 1996-11-26
JP2853111B2 (ja) 1999-02-03
EP0562842B1 (de) 1995-11-22
EP0562842A3 (de) 1994-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69300840T2 (de) Zündkerze für Verbrennungsmotor.
DE602006000350T2 (de) Zündkerze für Verbrennungsmotor
DE69312235T2 (de) Keramische Heizkörper für Glühkerze mit angepassten Wärmeausdehnungszahlen
DE4433505C2 (de) Keramikglühkerze
DE60100323T2 (de) Zündkerze für Verbrennungsmotoren und ihr Herstellungsverfahren
DE112012000600B4 (de) Zündkerzenelektrode für eine Zündkerze, Zündkerze und Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenelektrode
DE69401472T2 (de) Zündkerze
DE10308559B4 (de) Zündkerze
DE102005056673B4 (de) Kompaktstruktur einer Zündkerze, die entwickelt ist, um einen gewünschten Hitzebereich sicherzustellen
DE1426378A1 (de) Mit dem Gas in Beruehrung kommende Schaufel eines Gasturbinentriebwerks und Giessverfahren zu ihrer Herstellung
DE2936312A1 (de) Nickellegierung und deren verwendung zur herstellung von zuendkerzenelektroden
DE102005023888B4 (de) Zündkerze
DE112012002699T5 (de) Elektrodenmaterial für eine Zündkerze
EP3143173B1 (de) Verfahren zur herstellung eines motorbauteils, motorbauteil und verwendung einer aluminiumlegierung
DE3811395A1 (de) Zuendkerze fuer eine brennkraftmaschine
DE112012000947B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenmaterials für einen Zündkerze
DE69027010T2 (de) Zündkerze für Verbrennungsmotor
DE1601428A1 (de) Zuendkerze mit einer Verbundelektrode aus Gold oder Goldlegierung sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE3802233C2 (de)
DE3446128A1 (de) Zuendkerze fuer brennkraftmaschinen
DE10238314A1 (de) Zündkerze mit hoher Oxidationsbeständigkeit und Schweißnahtfestigkeit und Herstellungsverfahren dafür
EP2514052B2 (de) Zündkerzenelektrode, hergestellt aus verbessertem elektrodenmaterial
DE102014101607A1 (de) Elektrodenkernmaterial für Zündkerzen
DE4101620C2 (de) Kupferlegierung mit besserer Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zur Verwendung als Material für Gleit- und Schiebeelemente
EP0959509B1 (de) Elektrodengitter für Bleiakkumulatoren

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition