EP1338065B1 - Spark plug for an internal combustion engine and method for production of a middle electrode for an internal combustion engine spark plug - Google Patents

Spark plug for an internal combustion engine and method for production of a middle electrode for an internal combustion engine spark plug Download PDF

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EP1338065B1
EP1338065B1 EP01909522A EP01909522A EP1338065B1 EP 1338065 B1 EP1338065 B1 EP 1338065B1 EP 01909522 A EP01909522 A EP 01909522A EP 01909522 A EP01909522 A EP 01909522A EP 1338065 B1 EP1338065 B1 EP 1338065B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
metal plate
spark plug
electrode
combustion
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
EP01909522A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1338065A2 (en
Inventor
Dittmar Klett
Heinz Ulm
Simon Schmittinger
Dietrich Trachte
Jochen Fischer
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1338065B1 publication Critical patent/EP1338065B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Definitions

  • the invention is based on a spark plug for an internal combustion engine and a method for producing a center electrode according to the preamble of the independent claims.
  • a spark plug for an internal combustion engine EP 0 785 604 B1
  • the noble metal plate is attached to the combustion chamber facing end face of the electrode body.
  • the main body of the electrode has a truncated cone shape in its combustion-chamber-side end section.
  • the precious metal plate consists of a platinum, iridium or platinum-based alloy.
  • the electrode base body consists of a nickel alloy, wherein the electrode base body has a core of thermally conductive material.
  • the spark plug according to the invention for an internal combustion engine with the features of the independent claim has the advantage that it has very good flammability, since less heat is removed by a reduced surface volume in which the mixture is to be ignited. Such a solution is inexpensive to implement.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim specified spark plug are possible. It is particularly advantageous to select the opening angle of the frustoconical noble metal plate smaller than the opening angle of the frusto-conical combustion chamber end portion of the electrode body, as this minimizes the material consumption for the noble metal plate and at the same time minimizes the heat extraction from the volume in which the combustible mixture is to be ignited. It is particularly advantageous to make the combustion chamber-side end portion of the electrode base body such that it has a first and a second frusto-conical region. Thus, the heat extraction from the volume in which the combustible mixture is to be ignited, again reduced.
  • the opening angle to the base diameter of the electrode base body is advantageous to make the opening angle such that the opening angle of the first frusto-conical region and the adjoining noble metal wafer is smaller than the opening angle of the second frusto-conical region. It is also advantageous to increase the area that is resistant to erosion and consists of precious metal, ie the first frustoconical area and the region of the noble metal chip adjoining in the direction of the combustion chamber so that the opening angle of the first frusto-conical region points in the direction of the combustion chamber. This frusto-conical area thus widens slightly, ie at an angle of up to 35 °, in the direction of the combustion chamber. The removal of heat from the area in which the combustible mixture is to be ignited is thus not significantly increased, but it is achieved an increase in the erosion resistance.
  • the inventive method for producing a center electrode for a spark plug of an internal combustion engine with the features of the independent claim has the advantage over the prior art that the adhesion of the noble metal tip is improved on the support material of the electrode body.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim specified method for producing a center electrode for a spark plug of an internal combustion engine are possible.
  • the noble metal chip is fixed by simple methods such as resistance welding or laser welding on the electrode body.
  • the combustion chamber-side end face of the electrode base body is machined prior to attachment of the noble metal chip, that the end face is flat, as there is a well-defined attachment of the wafer and thus a precise localization of the area between noble metal platelets and electrode body.
  • a spark plug has a metallic tubular housing that is radially symmetric.
  • an insulator is arranged which extends coaxially.
  • a center electrode is disposed at the combustion chamber end, which protrudes from the bore at the combustion chamber end of the insulator.
  • an electrically conductive glass melt is arranged in the bore of the insulator, which connects the center electrode with the connecting bolt, which is also arranged in the central bore of the insulator.
  • one or more ground electrodes are further arranged. The over the terminal bolt, the electrically conductive glass melt and the center electrode to the combustion chamber end of the spark plug passing electrical energy now causes a spark between the center electrode and one or more ground electrodes overturning that ignite the located in the combustion chamber fuel / air mixture.
  • the center electrode consists, as in the EP 0 785 604 B1 described, from an electrode body and has at the combustion chamber end of the electrode main body a noble metal plate which is attached to the combustion chamber side end face of the electrode body.
  • the electrode base body is made of a nickel-based alloy, while the noble metal chip is made of platinum or iridium or a platinum-based alloy or an iridium-based alloy.
  • FIG. 10 schematically shows the longitudinal section of such a center electrode.
  • the reference numeral 5 denotes the electrode base body and the reference numeral 8, the noble metal chip.
  • the noble metal chip 8 can be applied by means of resistance welding or by laser welding to the electrode body 5.
  • the transition region between the electrode base body 5 and noble metal chip 8 Due to inhomogeneous temperature distribution and softening of the noble metal chip during the process in which the noble metal chip 8 is applied to the electrode base body 5, two sections are formed in the transition region between the electrode base body 5 and noble metal chip 8. This is, on the one hand, an outer section, which extends in the direction of the outer periphery This section is located in FIG. 10, this section being marked by the solid solid lines provided with the reference numeral 11.
  • the transition region between electrode main body 5 and noble metal chip 8 has an inner portion which adjoins the outer portion 11 in the direction of the longitudinal axis of the noble metal chip or of the electrode main body 5 or is surrounded by the outer portion 11.
  • the inner portion is designated by reference numeral 12 in Figure 10 and is illustrated by a bold, broken line.
  • the outer portion 11 has after the process that establishes a connection between noble metal chip 8 and electrode base 5, a notch and microcracks, which are caused by an inhomogeneous temperature distribution during the application process and on the softening of the noble metal chip. Furthermore, the diffusion zone in the outer portion 11 is reduced with respect to the inner portion 12 in its vertical extent, so that the transition region between precious metal chip 8 and electrode body 5 in the outer portion 11 in the composition of the inner portion 12 is different. Due to its microstructure and its composition, the outer portion 11 is characterized by a particularly high thermal stress. This section 11 reduces the adhesive strength of the noble metal chip on the electrode base body.
  • FIG. 1 schematically shows a method according to the invention for producing a center electrode for a spark plug in an internal combustion engine.
  • FIG. 1a shows a noble metal chip 8 in longitudinal section, with the noble metal chip 8 being disk-shaped.
  • the combustion chamber facing end side of the noble metal plate is provided with the reference numeral 82, while the brennraumabgewandte end face of the noble metal plate is provided with the reference numeral 84.
  • the main body of the electrode 5 is shown schematically in longitudinal section in FIG. 1a.
  • the combustion chamber facing end side of the electrode body is provided with the reference numeral 51.
  • the main body of the electrode is substantially cylindrical.
  • FIG. 1b now shows how the center electrode is obtained after application of the noble metal chip 8.
  • the Shawraumabgewandte end face 84 of the noble metal plate with the combustion chamber facing end side of the electrode body 51 is connected.
  • the combustion chamber facing front side of the electrode body 51 is machined before the welding step such that the end face of the electrode body 51 facing the combustion chamber is flat.
  • the preferred machining processes include grinding, turning or milling.
  • microfinishing processes such as hoisting, lapping or smoothing can be used.
  • the center electrode then has a shape as shown in Figure 1c.
  • the noble metal chip 8 is reduced in diameter relative to the noble metal chip shown in Figure 1b and a combustion chamber side end portion 15 of the electrode body has a frusto-conical shape.
  • the diameter of the combustion chamber facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the combustion chamber facing away from the end face of the precious metal plate 84.
  • the described geometry of the combustion chamber end portion of the electrode base body 15 and the precious metal chip 8 is prepared by other machining processes for machining workpieces such as grinding and milling, i. the outer portion 11 is removed by means of said other cutting methods. Finishing or finishing may also be carried out by machining such as honing, lapping or smoothing.
  • the diameter of the combustion chamber side face of the noble metal chip 82 is reduced by up to 50% by machining, i. the diameter of the combustion chamber-side end face of the noble metal chip 82 is at most twice as large as after machining, prior to machining.
  • the cone is also referred to as a circular cone
  • a three-dimensional body is to be understood, which is formed by the enclosed volume of a line passing through a fixed point S, which slides on a circular curve.
  • the point S which then forms the apex of the cone, does not lie on the circular curve.
  • Figure 11a in a side view. If the cone is cut in a plane parallel to the base G opposite the tip, a truncated cone is formed. In this case, the truncated cone does not contain the apex of the cone but the base area G.
  • FIG. 11b Such a truncated cone is shown in FIG. 11b.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention. This is again shown schematically in longitudinal section.
  • the noble metal chip is now conically turned on, i. the noble metal chip 8 also has a frustoconical shape.
  • the diameter of the combustion chamber-facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the end face of the noble metal chip 84 facing away from the combustion chamber.
  • the opening angles of the noble metal chip 23 and the end region 21 on the combustion chamber side are different as shown schematically in FIG.
  • the opening angle 21 include an angle of up to 180 ° and the opening angle 23 of up to 90 °. It has proved particularly advantageous to choose the opening angle 23 between 0 and 45 ° and the opening angle 21 between 80 and 110 °.
  • Figure 4 shows a further embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention schematically in longitudinal section.
  • the noble metal chip and the combustion chamber-side end portion of the electrode base body 15 has been turned off such that the noble metal chip 8 and a first frusto-conical portion 151 of the combustion chamber end portion 15 form a first truncated cone and a second frusto-conical portion of the combustion chamber end portion form a second truncated cone.
  • the outer portion 11 was turned off or processed as mentioned with another machining process.
  • the diameter of the combustion chamber facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the combustion chamber facing away from the end face of the noble metal plate 84 and the diameter of the combustion chamber facing end face of the second conical portion 157 the diameter of
  • the center electrode is achieved that the surface is further reduced, which extracts heat from the volume in which the combustible mixture is to be ignited.
  • FIG. 5 corresponds to the plan view of a spark plug center electrode according to FIG. 1c.
  • the noble metal chip 8 is not conical turned or machined by another mentioned method, but has, as shown in Figure 1c in longitudinal section, a cylindrical shape with generatrices parallel to the longitudinal axis of the center electrode. As can be seen in FIG. 5, the noble metal chip is arranged concentrically.
  • FIG. 6 corresponds to a plan view of a spark plug center electrode according to FIG. 2.
  • the noble metal chip 8 is of frusto-conical shape, so that the outer surfaces of this noble metal chip truncated cone are depicted as a circular ring in plan view.
  • FIG. 7 shows a plan view of a combustion chamber-side end of a spark plug center electrode according to FIG.
  • the noble metal chip appears, i. whose combustion chamber facing end face as a circle and the lateral surface as a circular ring. Outwardly then follows the circular ring, the outer surface of the first frusto-conical portion 151 and as a further outward circular ring, the second frusto-conical portion 152nd
  • the opening angle of the first truncated cone consisting of the noble metal chip 8 and the first frusto-conical region 151 and the opening angle of the second frusto-conical region 152 are shown.
  • the opening angle of the second frusto-conical region 152 is provided with the reference numeral 25 and the opening angle of the first truncated cone is provided with the reference numeral 27.
  • the opening angles are designed such that the opening angle 25 is smaller than 180 ° and the opening angle 27 is smaller than 90 °.
  • FIG. 8 Another preferred embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention will be described with reference to FIG.
  • the noble metal chip 8 the first frusto-conical region 151 and the second frusto-conical region 152 are shown.
  • the opening angle 28 of the first truncated cone which is composed of the frusto-conical region 151 and the noble metal plate 8, in the direction of the combustion chamber, while the opening angle 25 of the second frusto-conical portion 152 analogous to the opening angles shown in Figures 3 and 8 in the direction of the combustion chamber distal end show the Zünkerzen center electrode.
  • the diameter of the combustion chamber-facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the end face of the noble metal chip 84 facing away from the combustion chamber, as well as the diameter of the nozzle combustion chamber facing end face of the second conical region 157 the diameter of the combustion chamber facing away from the end face of the first conical portion 156.
  • the opening angle 28 is up to 25 °, preferably the opening angle 27 is selected between 3 and 10 °. This ensures that, despite only a very small increase in the surface area of the combustion chamber end of the center electrode, the erosion-resistant region, which is embodied by the noble metal chip 8, is increased.
  • a preferred embodiment is characterized in that the height of the first frusto-conical region 151 together with the height of the noble metal chip 8 is less than or equal to 1.5 millimeters. In a particularly preferred embodiment, the height of the first frusto-conical portion 151 together with the height of the noble metal chip (reference numeral 8) is 0.4 to 1.0 millimeters. This refinement ensures that both high burn-up resistance and low heat removal from the volume in which the fuel / air mixture is to be ignited are ensured. Furthermore, a functional heat dissipation is guaranteed. This is also achieved, in which the diameter of the combustion chamber facing end side of the noble metal plate 82 is less than or equal to 1.5 millimeters. In a particularly preferred embodiment, the diameter of the combustion chamber facing end side of the noble metal chip 82 is selected between 0.5 and 1.0 millimeters.
  • the spark plug according to the invention By means of the spark plug according to the invention, it is ensured that due to the use of a noble metal chip at the combustion chamber end of the center electrode, very long run times of the spark plug are achieved.
  • the Adhesive strength of the noble metal cap improved by the outer portion 11 is turned off during the production of the spark plug center electrode and thus can not affect the adhesion of the noble metal chip on the electrode base body.
  • the illustrated design of the combustion chamber end of the center electrode that in the volume in which the combustible mixture is to be ignited, not too much heat is removed by a small surface. In this case, the production of the spark plug electrode in the manner described is inexpensive.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine sowie von einem Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Es ist bereits eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt ( EP 0 785 604 B1 ), die eine Mittelelektrode aufweist, wobei die Mittelelektrode aus einem Elektrodengrundkörper und einem Edelmetallplättchen besteht. Das Edelmetallplättchen ist auf der brennraumzugewandten Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers befestigt. Der Elektrodengrundkörper weist in seinem brennraumseitigen Endabschnitt eine Kegelstumpf-Form auf. Aus der EP 0 785 604 B1 ist es weiterhin bekannt, das Edelmetallplättchen durch Laserschweißen oder Widerstandsschweißen auf die brennraumzugewandte Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers aufzubringen. Das Edelmetallplättchen besteht dabei aus einer Platin-, Iridium- oder Platin-basierten Legierung. Der Elektrodengrundkörper besteht aus einer Nickellegierung, wobei der Elektrodengrundkörper einen Kern aus wärmeleitfähigem Material aufweist.The invention is based on a spark plug for an internal combustion engine and a method for producing a center electrode according to the preamble of the independent claims. It is already known a spark plug for an internal combustion engine ( EP 0 785 604 B1 ) having a center electrode, the center electrode consisting of an electrode base body and a noble metal chip. The noble metal plate is attached to the combustion chamber facing end face of the electrode body. The main body of the electrode has a truncated cone shape in its combustion-chamber-side end section. From the EP 0 785 604 B1 It is also known to apply the noble metal plate by laser welding or resistance welding on the combustion chamber facing end face of the electrode body. The precious metal plate consists of a platinum, iridium or platinum-based alloy. The electrode base body consists of a nickel alloy, wherein the electrode base body has a core of thermally conductive material.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Zündkerze für einen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass sie sehr gute Entflammungseigenschaften aufweist, da durch eine verringerte Oberfläche dem Volumen, in dem das Gemisch entzündet werden soll, weniger Wärme entzogen wird. Eine derartige Lösung ist kostengünstig realisierbar.The spark plug according to the invention for an internal combustion engine with the features of the independent claim has the advantage that it has very good flammability, since less heat is removed by a reduced surface volume in which the mixture is to be ignited. Such a solution is inexpensive to implement.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist, den Öffnungswinkel des kegelstumpfförmigen Edelmetallplättchens kleiner als den Öffnungswinkel des kegelstumpfförmigen brennraumseitigen Endabschnitts des Elektrodengrundkörpers zu wählen, da so der Materialverbrauch für das Edelmetallplättchen minimiert und gleichzeitig der Wärmeentzug aus dem Volumen, in dem das brennfähige Gemisch entzündet werden soll, minimiert wird. Besonders vorteilhaft ist, den brennraumseitigen Endabschnitt des Elektrodengründkörpers derart zu gestalten, dass er einen ersten und einen zweiten kegelstumpfförmigen Bereich aufweist. So ist der Wärmeentzug aus dem Volumen, in dem das brennfähige Gemisch entzündet werden soll, nochmals reduziert. Zur richtigen Anpassung der Öffnungswinkel an den Grunddurchmesser des Elektrodengrundkörpers ist vorteilhaft, die Öffnungswinkel derart zu gestalten, dass der Öffnungswinkel des ersten kegelstumpfförmigen Bereichs und des sich daran anschließenden Edelmetallplättchens kleiner ist als der Öffnungswinkel des zweiten kegelstumpfförmigen Bereichs. Vorteilhaft ist weiterhin, den Bereich, der abbrandbeständig ist und aus Edelmetall besteht, zu vergrößern, d.h. den ersten kegelstumpfförmigen Bereich und den sich in Richtung Brennraum anschließenden Bereich des Edelmetallplättchens so zu gestalten, dass der Öffnungswinkel des ersten kegelstumpfförmigen Bereichs in Richtung Brennraum zeigt. Dieser kegelstumpfförmige Bereich weitet sich also leicht, d.h. mit einem Winkel bis zu 35°, in Richtung Brennraum auf. Der Wärmeentzug aus dem Bereich, in dem das brennfähige Gemisch gezündet werden soll, ist somit nicht wesentlich vergrößert, es wird jedoch eine Erhöhung der Abbrandbeständigkeit erreicht.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim specified spark plug are possible. It is particularly advantageous to select the opening angle of the frustoconical noble metal plate smaller than the opening angle of the frusto-conical combustion chamber end portion of the electrode body, as this minimizes the material consumption for the noble metal plate and at the same time minimizes the heat extraction from the volume in which the combustible mixture is to be ignited. It is particularly advantageous to make the combustion chamber-side end portion of the electrode base body such that it has a first and a second frusto-conical region. Thus, the heat extraction from the volume in which the combustible mixture is to be ignited, again reduced. For the correct adaptation of the opening angle to the base diameter of the electrode base body is advantageous to make the opening angle such that the opening angle of the first frusto-conical region and the adjoining noble metal wafer is smaller than the opening angle of the second frusto-conical region. It is also advantageous to increase the area that is resistant to erosion and consists of precious metal, ie the first frustoconical area and the region of the noble metal chip adjoining in the direction of the combustion chamber so that the opening angle of the first frusto-conical region points in the direction of the combustion chamber. This frusto-conical area thus widens slightly, ie at an angle of up to 35 °, in the direction of the combustion chamber. The removal of heat from the area in which the combustible mixture is to be ignited is thus not significantly increased, but it is achieved an increase in the erosion resistance.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode für eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Haftfestigkeit der Edelmetallspitze am Trägermaterial des Elektrodengrundkörpers verbessert wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Herstellung einer Mittelelektrode für eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass das Edelmetallplättchen mittels einfacher Methoden wie Widerstandsschweißen oder Laserschweißen auf dem Elektrodengrundkörper befestigt wird. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die brennraumseitige Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers vor der Befestigung des Edelmetallplättchens derart spanend bearbeitet wird, dass die Stirnfläche plan ist, da so eine genau definierte Befestigung des Plättchens und somit eine genaue Lokalisation des Bereichs zwischen Edelmetallplättchen und Elektrodengrundkörper erfolgt. Es ist weiterhin vorteilhaft, die spanende Bearbeitung des Edelmetallplättchens und des Endabschnitts des Elektrodengrundkörpers derart vorzunehmen, dass der brennraumseitige Endabschnitt des Elektrodengrundkörpers einen ersten und einen zweiten kegelstumpfförmigen Bereich aufweist. Somit ist gewährleistet, dass einerseits eine gute Haftfestigkeit des Edelmetallplättchens gewährleistet wird und zum anderen, dass die wärmeentziehende Oberfläche der Mittelelektrode minimiert wird.The inventive method for producing a center electrode for a spark plug of an internal combustion engine with the features of the independent claim has the advantage over the prior art that the adhesion of the noble metal tip is improved on the support material of the electrode body. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim specified method for producing a center electrode for a spark plug of an internal combustion engine are possible. It is particularly advantageous that the noble metal chip is fixed by simple methods such as resistance welding or laser welding on the electrode body. It is also advantageous that the combustion chamber-side end face of the electrode base body is machined prior to attachment of the noble metal chip, that the end face is flat, as there is a well-defined attachment of the wafer and thus a precise localization of the area between noble metal platelets and electrode body. It is furthermore advantageous to carry out the machining of the noble metal chip and of the end section of the electrode base body in such a way that the end region of the main body of the fuel chamber has a first and a second one having frustoconical region. This ensures that, on the one hand, a good adhesive strength of the noble metal chip is ensured and, on the other hand, that the heat-removing surface of the center electrode is minimized.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • Figur 1a einen Elektrodengrundkörper und ein Edelmetallplättchen schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 1b eine Mittelelektrode einer Zündkerze nach Aufbringen des Edelmetallplättchens auf den Elektrodengrundkörper schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 1c eine Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze nach Abdrehen des Edelmetallplättchens und des brennraumseitigen Endabschnitts des Elektrodengrundkörpers schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 3 den brennraumseitigen Endabschnitt des Elektrodengrundkörpers und das Edelmetallplättchen schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 5, Figur 6 und Figur 7 jeweils eine Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch in der Draufsicht,
  • Figur 8 und Figur 9 jeweils weitere Ausführungsbeispiele von brennraumseitigen Endabschnitten und Edelmetallplättchen einer erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch im Längsschnitt,
  • Figur 10 eine Mittelelektrode einer Zündkerze (schematisch) nach dem Stand der Technik,
  • Figur 11a einen Kreiskegel in der Ansicht von der Seite und
  • Figur 11b einen Kegelstumpf in der Ansicht von der Seite.
Embodiments of the invention are illustrated in drawings and explained in more detail in the following description. Show it
  • FIG. 1 a shows an electrode main body and a noble metal chip schematically in longitudinal section,
  • FIG. 1b is a longitudinal sectional view of a center electrode of a spark plug after the noble metal chip has been applied to the main electrode body;
  • FIG. 1c shows a central electrode of a spark plug according to the invention after twisting off the noble metal chip and the end region of the electrode main body on the combustion chamber side, schematically in longitudinal section,
  • 2 shows a further embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention schematically in longitudinal section,
  • FIG. 3 shows the combustion chamber-side end section of the electrode base body and the noble metal plate schematically in longitudinal section,
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention, schematically in longitudinal section,
  • 5, 6 and 7 each show a center electrode of a spark plug according to the invention schematically in plan view;
  • Figure 8 and Figure 9 each further embodiments of combustion chamber side end portions and precious metal platelets a spark plug according to the invention schematically in longitudinal section,
  • 10 shows a center electrode of a spark plug (schematic) according to the prior art,
  • 11a shows a circular cone in the view from the side and
  • 11b shows a truncated cone in the view from the side.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Der prinzipielle Aufbau einer Zündkerze ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und kann z.B. aus der Bosch-Technischen Unterrichtung "Zündkerzen", Robert Bosch GmbH 1985, entnommen werden. Danach weist eine Zündkerze ein metallisches rohrförmiges Gehäuse, das radialsymmetrisch ist, auf. In einer mittigen Bohrung entlang der Symmetrieachse des metallischen Gehäuses ist ein Isolator angeordnet, der koaxial verläuft. In einer mittigen, entlang der Längsachse des Isolators verlaufenden Bohrung ist am brennraumseitigen Ende eine Mittelelektrode angeordnet, die am brennraumseitigen Ende des Isolators aus der Bohrung hinausragt. Am brennraumfernen Ende der Mittelelektrode ist in der Bohrung des Isolators eine elektrisch leitende Glasschmelze angeordnet, die die Mittelelektrode mit dem Anschlußbolzen, der ebenfalls in der mittigen Bohrung des Isolators angeordnet ist, verbindet. Am brennraumseitigen Ende des metallischen Gehäuses sind weiterhin eine oder mehrere Masseelektroden angeordnet. Die über den Anschlußbolzen, die elektrisch leitende Glasschmelze und die Mittelelektrode zum brennraumseitigen Ende der Zündkerze gelangende elektrische Energie führt nun dazu, dass ein Funken zwischen der Mittelelektrode und einer oder mehrerer Masseelektroden überschlägt, die das im Brennraum befindliche Kraftstoff-/Luft-Gemisch entzünden.The basic structure of a spark plug is well known from the prior art and can be taken, for example, from the Bosch Technical Information "spark plugs", Robert Bosch GmbH 1985. Thereafter, a spark plug has a metallic tubular housing that is radially symmetric. In a central bore along the symmetry axis of the metallic housing, an insulator is arranged which extends coaxially. In a central, along the longitudinal axis of the insulator extending bore, a center electrode is disposed at the combustion chamber end, which protrudes from the bore at the combustion chamber end of the insulator. At the combustion chamber remote end of the center electrode, an electrically conductive glass melt is arranged in the bore of the insulator, which connects the center electrode with the connecting bolt, which is also arranged in the central bore of the insulator. At the combustion chamber end of the metallic housing, one or more ground electrodes are further arranged. The over the terminal bolt, the electrically conductive glass melt and the center electrode to the combustion chamber end of the spark plug passing electrical energy now causes a spark between the center electrode and one or more ground electrodes overturning that ignite the located in the combustion chamber fuel / air mixture.

Die Mittelelektrode besteht, wie in der EP 0 785 604 B1 beschrieben, aus einem Elektrodengrundkörper und weist am brennraumseitigen Ende des Elektrodengrundkörpers ein Edelmetallplättchen auf, das an die brennraumseitige Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers angebracht ist. Der Elektrodengrundkörper besteht aus einer Nickelbasislegierung, während das Edelmetallplättchen aus Platin oder Iridium oder einer Platin-basierten Legierung oder einer Iridium-basierten Legierung besteht. In Figur 10 ist der Längsschnitt einer derartigen Mittelelektrode schematisch dargestellt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 5 den Elektrodengrundkörper und das Bezugszeichen 8 das Edelmetallplättchen. In der EP 0 785 604 B1 wird weiterhin beschrieben, dass das Edelmetallplättchen 8 mittels Widerstandsschweißen oder mittels Laserschweißen auf den Elektrodengrundkörper 5 aufgebracht werden kann.The center electrode consists, as in the EP 0 785 604 B1 described, from an electrode body and has at the combustion chamber end of the electrode main body a noble metal plate which is attached to the combustion chamber side end face of the electrode body. The electrode base body is made of a nickel-based alloy, while the noble metal chip is made of platinum or iridium or a platinum-based alloy or an iridium-based alloy. FIG. 10 schematically shows the longitudinal section of such a center electrode. In this case, the reference numeral 5 denotes the electrode base body and the reference numeral 8, the noble metal chip. In the EP 0 785 604 B1 is further described that the noble metal chip 8 can be applied by means of resistance welding or by laser welding to the electrode body 5.

Durch inhomogene Temperaturverteilung und Aufweichung des Edelmetallplättchens während des Prozesses, in dem das Edelmetallplättchen 8 auf den Elektrodengrundkörper 5 aufgebracht wird, entstehen zwei Abschnitte im Übergangsbereich zwischen Elektrodengrundkörper 5 und Edelmetallplättchen 8. Dies ist zum einen ein äußerer Abschnitt, der sich in Richtung des äußeren Umfangs dieses Bereichs befindet, wobei dieser Abschnitt in Figur 10 anhand von starken durchgezogenen Linien, versehen mit dem Bezugszeichen 11, gekennzeichnet ist. Zum anderen weist der Übergangsbereich zwischen Elektrodengrundkörper 5 und Edelmetallplättchen 8 einen inneren Abschnitt auf, der sich in Richtung Längsachse des Edelmetallplättchens bzw. des Elektrodengrundkörpers 5 an den äußeren Abschnitt 11 anschließt bzw. durch den äußeren Abschnitt 11 umgeben ist. Der innere Abschnitt ist in Figur 10 mit dem Bezugszeichen 12 versehen und durch eine starke, unterbrochene Linie veranschaulicht. Figur 10 stellt dabei einen schematischen Längsschnitt durch eine Mittelelektrode dar. Der äußere Abschnitt 11 weist nach dem Prozess, der eine Verbindung zwischen Edelmetallplättchen 8 und Elektrodengrundkörper 5 herstellt, eine Kerbe sowie Mikrorisse auf, die durch eine inhomogene Temperaturverteilung während des Aufbringprozesses und auf die Erweichung des Edelmetallplättchens verursacht werden. Weiterhin ist die Diffusionszone in dem äußeren Abschnitt 11 gegenüber dem inneren Abschnitt 12 in ihrer vertikalen Ausdehnung verringert, so dass sich der Übergangsbereich zwischen Edelmetallplättchen 8 und Elektrodengrundkörper 5 im äußeren Abschnitt 11 in der Zusammensetzung vom inneren Abschnitt 12 unterscheidet. Aufgrund seiner Mikrostruktur und seiner Zusammensetzung zeichnet sich der äußere Abschnitt 11 durch eine besonders hohe Wärmespannungsbeanspruchung aus. Dieser Abschnitt 11 vermindert die Haftfestigkeit des Edelmetallplättchens auf dem Elektrodengrundkörper.Due to inhomogeneous temperature distribution and softening of the noble metal chip during the process in which the noble metal chip 8 is applied to the electrode base body 5, two sections are formed in the transition region between the electrode base body 5 and noble metal chip 8. This is, on the one hand, an outer section, which extends in the direction of the outer periphery This section is located in FIG. 10, this section being marked by the solid solid lines provided with the reference numeral 11. On the other hand, the transition region between electrode main body 5 and noble metal chip 8 has an inner portion which adjoins the outer portion 11 in the direction of the longitudinal axis of the noble metal chip or of the electrode main body 5 or is surrounded by the outer portion 11. The inner portion is designated by reference numeral 12 in Figure 10 and is illustrated by a bold, broken line. FIG. 10 shows a schematic Longitudinal section through a center electrode. The outer portion 11 has after the process that establishes a connection between noble metal chip 8 and electrode base 5, a notch and microcracks, which are caused by an inhomogeneous temperature distribution during the application process and on the softening of the noble metal chip. Furthermore, the diffusion zone in the outer portion 11 is reduced with respect to the inner portion 12 in its vertical extent, so that the transition region between precious metal chip 8 and electrode body 5 in the outer portion 11 in the composition of the inner portion 12 is different. Due to its microstructure and its composition, the outer portion 11 is characterized by a particularly high thermal stress. This section 11 reduces the adhesive strength of the noble metal chip on the electrode base body.

In Figur 1 ist nun ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode für eine Zündkerze in einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Figur 1a zeigt ein Edelmetallplättchen 8 im Längsschnitt, wobei das Edelmetallplättchen 8 scheibenförmig ausgebildet ist. Die brennraumzugewandte Stirnseite des Edelmetallplättchens wird mit dem Bezugszeichen 82 versehen, während die brennraumabgewandte Stirnseite des Edelmetallplättchens mit dem Bezugszeichen 84 versehen wird. Weiterhin ist in Figur 1a der Elektrodengrundkörper 5 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die brennraumzugewandte Stirnseite des Elektrodengrundkörpers ist mit dem Bezugszeichen 51 versehen. Der Elektrodengrundkörper ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. In Figur 1b ist nun dargestellt, wie die Mittelelektrode nach Aufbringen des Edelmetallplättchens 8 beschaffen ist. Dabei wird mittels Widerstandsschweißen oder mittels Laserschweißen die brennraumabgewandte Stirnfläche 84 des Edelmetallplättchens mit der brennraumzugewandten Stirnseite des Elektrodengrundkörpers 51 verbunden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die brennraumzugewandte Stirnseite des Elektrodengrundkörpers 51 vor dem Schweißschritt derart spanend bearbeitet, dass die brennraumzugewandte Stirnseite des Elektrodengrundkörpers 51 plan ist. Zu den bevorzugten spanenden Bearbeitungsverfahren zählen dabei das Schleifen, das Drehen oder das Fräsen. Zur Feinstbearbeitung können weiterhin Verfahren wie Hohnen, Läppen oder Glätten angewendet werden. Nach dem Schweißen wird nun das Edelmetallplättchen 8 und ein brennraumseitiger Endabschnitt des Elektrodengrundkörpers 15 derart konisch abgedreht, dass der in Figur 10 gezeigte äußere Abschnitt 11 des Übergangsbereichs zwischen Edelmetallplättchen 8 und Elektrodengrundkörper entfernt wird.FIG. 1 schematically shows a method according to the invention for producing a center electrode for a spark plug in an internal combustion engine. FIG. 1a shows a noble metal chip 8 in longitudinal section, with the noble metal chip 8 being disk-shaped. The combustion chamber facing end side of the noble metal plate is provided with the reference numeral 82, while the brennraumabgewandte end face of the noble metal plate is provided with the reference numeral 84. Furthermore, the main body of the electrode 5 is shown schematically in longitudinal section in FIG. 1a. The combustion chamber facing end side of the electrode body is provided with the reference numeral 51. The main body of the electrode is substantially cylindrical. FIG. 1b now shows how the center electrode is obtained after application of the noble metal chip 8. It is by resistance welding or by laser welding the Brennraumabgewandte end face 84 of the noble metal plate with the combustion chamber facing end side of the electrode body 51 is connected. In a preferred embodiment, the combustion chamber facing front side of the electrode body 51 is machined before the welding step such that the end face of the electrode body 51 facing the combustion chamber is flat. Among the preferred machining processes include grinding, turning or milling. For microfinishing processes such as hoisting, lapping or smoothing can be used. After welding, the noble metal chip 8 and a combustion-chamber-side end section of the electrode main body 15 are now turned off conically in such a way that the outer section 11 of the transition region between noble metal chip 8 and electrode main body shown in FIG. 10 is removed.

Mit Abdrehen wird dabei ein spanendes Verfahren zur Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken oder Werkstückflächen bezeichnet, wobei das Werkstück rotiert und der die Bearbeitung des Werkstücks ausführende Drehmeißel eine axiale oder radiale Vorschubbewegung (bezogen auf die Rotationsachse des Werkstücks) ausführt. Die Mittelelektrode hat danach eine Form, wie sie in Figur 1c gezeigt wird. Das Edelmetallplättchen 8 ist gegenüber dem in Figur 1b gezeigten Edelmetallplättchen im Durchmesser verringert und ein brennraumseitiger Endabschnitt 15 des Elektrodengrundkörpers besitzt eine kegelstumpfartige Form. Der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers 51 entspricht dabei dem Durchmesser der brennraumabgewandten Stirnfläche des Edelmetallplättchens 84. Damit ist gewährleistet, dass zum einen der äußere Abschnitt 11 entfernt worden ist und zum anderen die brennraumseitige Oberfläche der Mittelelektrode verringert ist, was dazu führt, dass dem Volumen des Brennraums, in dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch gezündet werden soll, weniger Wärme entzogen wird. Dies verbessert die Entflammungseigenschaften der Zündkerze insbesondere im Hinblick auf stark abgemagerte Gemische.With twisting a machining process for the machining of rotationally symmetrical workpieces or workpiece surfaces is referred to, wherein the workpiece rotates and the machining of the workpiece exporting turning tool performs an axial or radial feed movement (relative to the axis of rotation of the workpiece). The center electrode then has a shape as shown in Figure 1c. The noble metal chip 8 is reduced in diameter relative to the noble metal chip shown in Figure 1b and a combustion chamber side end portion 15 of the electrode body has a frusto-conical shape. The diameter of the combustion chamber facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the combustion chamber facing away from the end face of the precious metal plate 84. This ensures that on the one hand the outer portion 11 has been removed and on the other hand, the combustion chamber side surface of the center electrode is reduced, which leads to the Volume of the combustion chamber in which ignited the fuel / air mixture should be, less heat is withdrawn. This improves the ignition properties of the spark plug, in particular with regard to highly emaciated mixtures.

In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die beschriebene Geometrie des brennraumseitigen Endabschnitts des Elektrodengrundkörpers 15 sowie des Edelmetallplättchens 8 durch andere spanende Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken wie Schleifen und Fräsen hergestellt, d.h. der äußere Abschnitt 11 wird mittels der genannten anderen spanenden Verfahren entfernt. Zur End- oder Feinstbearbeitung können außerdem spanende Verfahren wie Hohnen, Läppen oder Glätten verwendet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Durchmesser der brennraumseitigen Stirnfläche des Edelmetallplättchens 82 durch die spanende Bearbeitung um bis zu 50% verringert, d.h. der Durchmesser der brennraumseitigen Stirnfläche des Edelmetallplättchens 82 ist vor der spanenden Bearbeitung maximal doppelt so groß wie nach der spanenden Bearbeitung.In further embodiments of the invention, the described geometry of the combustion chamber end portion of the electrode base body 15 and the precious metal chip 8 is prepared by other machining processes for machining workpieces such as grinding and milling, i. the outer portion 11 is removed by means of said other cutting methods. Finishing or finishing may also be carried out by machining such as honing, lapping or smoothing. In a preferred embodiment, the diameter of the combustion chamber side face of the noble metal chip 82 is reduced by up to 50% by machining, i. the diameter of the combustion chamber-side end face of the noble metal chip 82 is at most twice as large as after machining, prior to machining.

Unter einem Kegel, wobei der Kegel auch als Kreiskegel bezeichnet wird, ist ein dreidimensionaler Körper zu verstehen, der durch das eingeschlossene Volumen einer durch einen festen Punkt S verlaufenden Geraden gebildet wird, die auf einer kreisförmigen Kurve gleitet. Der Punkt S, der dann die Kegelspitze bildet, liegt dabei nicht auf der kreisförmigen Kurve. Ein derartiger Kegel ist in Figur 11a in einer Ansicht von der Seite gezeigt. Wird nun der Kegel in einer Fläche parallel zu der der Spitze gegenüberliegenden Grundfläche G geschnitten, so entsteht ein Kegelstumpf. Dabei enthält der Kegelstumpf nicht die Kegelspitze, sondern die Grundfläche G. Ein derartiger Kegelstumpf ist in Figur 11b gezeigt.Under a cone, the cone is also referred to as a circular cone, a three-dimensional body is to be understood, which is formed by the enclosed volume of a line passing through a fixed point S, which slides on a circular curve. The point S, which then forms the apex of the cone, does not lie on the circular curve. Such a cone is shown in Figure 11a in a side view. If the cone is cut in a plane parallel to the base G opposite the tip, a truncated cone is formed. In this case, the truncated cone does not contain the apex of the cone but the base area G. Such a truncated cone is shown in FIG. 11b.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze. Diese ist wiederum im Längsschnitt schematisch dargestellt. Im Unterschied zu Figur 1c ist nun auch das Edelmetallplättchen konisch angedreht, d.h. das Edelmetallplättchen 8 weist ebenfalls eine kegelstumpfartige Form auf. Der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers 51 entspricht dabei dem Durchmesser der brennraumabgewandten Stirnfläche des Edelmetallplättchens 84. Die Öffnungswinkel des Edelmetallplättchens 23 und des brennraumseitigen Endabschnitts 21 sind, wie in Figur 3 vergrößert schematisch dargestellt, unterschiedlich. Vorzugsweise schließen die Öffnungswinkel 21 einen Winkel von bis zu 180° bzw. der Öffnungswinkel 23 von bis zu 90° ein. Besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, den Öffnungswinkel 23 zwischen 0 und 45° und den Öffnungswinkel 21 zwischen 80 und 110° zu wählen.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention. This is again shown schematically in longitudinal section. In contrast to FIG. 1c, the noble metal chip is now conically turned on, i. the noble metal chip 8 also has a frustoconical shape. The diameter of the combustion chamber-facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the end face of the noble metal chip 84 facing away from the combustion chamber. The opening angles of the noble metal chip 23 and the end region 21 on the combustion chamber side are different as shown schematically in FIG. Preferably, the opening angle 21 include an angle of up to 180 ° and the opening angle 23 of up to 90 °. It has proved particularly advantageous to choose the opening angle 23 between 0 and 45 ° and the opening angle 21 between 80 and 110 °.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch im Längsschnitt. Hierbei wurde das Edelmetallplättchen und der brennraumseitige Endabschnitt des Elektrodengrundkörpers 15 derart abgedreht, dass das Edelmetallplättchen 8 und ein erster kegelstumpfförmiger Bereich 151 des brennraumseitigen Endabschnitts 15 einen ersten Kegelstumpf und ein zweiter kegelstumpfförmiger Bereich des brennraumseitigen Endabschnitts einen zweiten Kegelstumpf bilden. Dabei wurde auch hier der äußere Abschnitt 11 abgedreht oder wie erwähnt mit einem anderen spanenden Verfahren bearbeitet. Der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers 51 entspricht dabei dem Durchmesser der brennraumabgewandten Stirnfläche des Edelmetallplättchens 84 sowie der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnfläche des zweiten kegelförmigen Bereichs 157 dem Durchmesser der brennraumabgewandten Stirnfläche des ersten kegelförmigen Bereichs 156. Durch diese Ausführung der Mittelelektrode wird erreicht, dass die Oberfläche weiter verkleinert wird, die dem Volumen, in dem das brennfähige Gemisch entzündet werden soll, Wärme entzieht.Figure 4 shows a further embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention schematically in longitudinal section. Here, the noble metal chip and the combustion chamber-side end portion of the electrode base body 15 has been turned off such that the noble metal chip 8 and a first frusto-conical portion 151 of the combustion chamber end portion 15 form a first truncated cone and a second frusto-conical portion of the combustion chamber end portion form a second truncated cone. Here, too, the outer portion 11 was turned off or processed as mentioned with another machining process. The diameter of the combustion chamber facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the combustion chamber facing away from the end face of the noble metal plate 84 and the diameter of the combustion chamber facing end face of the second conical portion 157 the diameter of By this embodiment, the center electrode is achieved that the surface is further reduced, which extracts heat from the volume in which the combustible mixture is to be ignited.

In den Figuren 5, 6 und 7 sind Draufsichten auf das brennraumseitige Ende einer Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei entspricht die Draufsicht nach Figur 5 der Draufsicht auf eine Zündkerzen-Mittelelektrode nach Figur 1c. Hier ist das Edelmetallplättchen 8 nicht konisch abgedreht oder mittels eines anderen erwähnten Verfahrens spanend bearbeitet, sondern hat, wie in Figur 1c im Längsschnitt dargestellt, eine zylindrische Form mit Mantellinien parallel zur Längsachse der Mittelelektrode. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, ist das Edelmetallplättchen konzentrisch angeordnet. Figur 6 entspricht einer Draufsicht einer Zündkerzen-Mittelelektrode nach Figur 2. Hier ist das Edelmetallplättchen 8 kegelstumpfförmig ausgebildet, so dass die Mantelflächen dieses Edelmetallplättchen-Kegelstumpfs als Kreisring in der Draufsicht abgebildet wird. In Figur 7 ist eine Draufsicht auf ein brennraumseitiges Ende einer Zündkerzen-Mittelelektrode nach Figur 4 abgebildet. Zunächst erscheint analog zu Figur 6 das Edelmetallplättchen, d.h. dessen brennraumzugewandte Stirnseite als Kreis und dessen Mantelfläche als Kreisring. Nach außen folgt dann der Kreisring, der die Mantelfläche des ersten kegelstumpfförmigen Bereichs 151 und als noch weiter außen liegender Kreisring der zweite kegelstumpfförmige Bereich 152.In the figures 5, 6 and 7 are plan views of the combustion chamber end of a center electrode of a spark plug according to the invention for an internal combustion engine shown. The top view according to FIG. 5 corresponds to the plan view of a spark plug center electrode according to FIG. 1c. Here, the noble metal chip 8 is not conical turned or machined by another mentioned method, but has, as shown in Figure 1c in longitudinal section, a cylindrical shape with generatrices parallel to the longitudinal axis of the center electrode. As can be seen in FIG. 5, the noble metal chip is arranged concentrically. FIG. 6 corresponds to a plan view of a spark plug center electrode according to FIG. 2. Here, the noble metal chip 8 is of frusto-conical shape, so that the outer surfaces of this noble metal chip truncated cone are depicted as a circular ring in plan view. FIG. 7 shows a plan view of a combustion chamber-side end of a spark plug center electrode according to FIG. First, analogous to Figure 6, the noble metal chip appears, i. whose combustion chamber facing end face as a circle and the lateral surface as a circular ring. Outwardly then follows the circular ring, the outer surface of the first frusto-conical portion 151 and as a further outward circular ring, the second frusto-conical portion 152nd

In Figur 8 ist das Edelmetallplättchen 8 und der brennraumseitige Endabschnitt des Elektrodengrundkörpers mit dem ersten kegelstumpfförmigen Bereich 151 und dem zweiten kegelstumpfförmigen Bereich 152 noch einmal vergrößert im Längsschnitt schematisch dargestellt. Desweiteren sind die Öffnungswinkel des ersten Kegelstumpfs bestehend aus dem Edelmetallplättchen 8 und dem ersten kegelstumpfförmigen Bereich 151 und der Öffnungswinkel des zweiten kegelstumpfförmigen Bereichs 152 eingezeichnet. Dabei ist der Öffnungswinkel des zweiten kegelstumpfförmigen Bereichs 152 mit dem Bezugszeichen 25 versehen und der Öffnungswinkel des ersten Kegelstumpfs mit dem Bezugszeichen 27 versehen. Die Öffnungswinkel sind dabei derart gestaltet, dass der Öffnungswinkel 25 kleiner als 180° ist und der Öffnungswinkel 27 kleiner als 90° ist. Besonders vorteilhaft hat sich in Versuchen erwiesen, den Öffnungswinkel 27 zwischen 0 und 45° zu wählen und den Öffnungswinkel 25 zwischen 80 und 110°. Damit ist eine besonders vorteilhafte Ausführung der Zündkerzen-Mittelelektrode gewährleistet, bei der der Wärmeentzug aus dem Volumen, in dem das brennfähige Gemisch entzündet werden soll, besonders minimiert ist.In Fig. 8, the noble metal chip 8 and the combustion chamber side end portion of the electrode main body having the first frusto-conical portion 151 and the second frusto-conical region 152 again enlarged in longitudinal section shown schematically. Furthermore, the opening angle of the first truncated cone consisting of the noble metal chip 8 and the first frusto-conical region 151 and the opening angle of the second frusto-conical region 152 are shown. In this case, the opening angle of the second frusto-conical region 152 is provided with the reference numeral 25 and the opening angle of the first truncated cone is provided with the reference numeral 27. The opening angles are designed such that the opening angle 25 is smaller than 180 ° and the opening angle 27 is smaller than 90 °. It has proven particularly advantageous in experiments to choose the opening angle 27 between 0 and 45 ° and the opening angle 25 between 80 and 110 °. For a particularly advantageous embodiment of the spark plug center electrode is ensured in which the heat extraction from the volume in which the combustible mixture is to be ignited, is particularly minimized.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Mittelelektrode einer erfindungsgemäßen Zündkerze wird anhand von Figur 9 beschrieben. Hier ist, analog zu Figur 8 das Edelmetallplättchen 8, der erste kegelstumpfförmige Bereich 151 und der zweite kegelstumpfförmige Bereich 152 dargestellt. Dabei zeigt der Öffnungswinkel 28 des ersten Kegelstumpfs, der sich aus dem kegelstumpfförmigen Bereich 151 und dem Edelmetallplättchen 8 zusammensetzt, in Richtung Brennraum, während der Öffnungswinkel 25 des zweiten kegelstumpfförmigen Bereichs 152 analog zu den in den Figuren 3 und 8 dargestellten Öffnungswinkeln in Richtung brennraumfernes Ende der Zünkerzen-Mittelelektrode zeigen. Der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers 51 entspricht dabei analog zu Figur 4 dem Durchmesser der brennraumabgewandten Stirnfläche des Edelmetallplättchens 84 sowie der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnfläche des zweiten kegelförmigen Bereichs 157 dem Durchmesser der brennraumabgewandten Stirnfläche des ersten kegelförmigen Bereichs 156. Der Öffnungswinkel 28 beträgt dabei bis zu 25°, wobei vorzugsweise der Öffnungswinkel 27 zwischen 3 und 10° gewählt wird. Somit ist gewährleistet, dass trotz lediglich sehr geringer Erhöhung der Oberfläche des brennraumseitigen Endes der Mittelelektrode der abbrandbeständige Bereich, der durch das Edelmetallplättchen 8 verkörpert wird, vergrößert ist.Another preferred embodiment of a center electrode of a spark plug according to the invention will be described with reference to FIG. Here, analogous to FIG. 8, the noble metal chip 8, the first frusto-conical region 151 and the second frusto-conical region 152 are shown. In this case, the opening angle 28 of the first truncated cone, which is composed of the frusto-conical region 151 and the noble metal plate 8, in the direction of the combustion chamber, while the opening angle 25 of the second frusto-conical portion 152 analogous to the opening angles shown in Figures 3 and 8 in the direction of the combustion chamber distal end show the Zünkerzen center electrode. The diameter of the combustion chamber-facing end face of the electrode base body 51 corresponds to the diameter of the end face of the noble metal chip 84 facing away from the combustion chamber, as well as the diameter of the nozzle combustion chamber facing end face of the second conical region 157 the diameter of the combustion chamber facing away from the end face of the first conical portion 156. The opening angle 28 is up to 25 °, preferably the opening angle 27 is selected between 3 and 10 °. This ensures that, despite only a very small increase in the surface area of the combustion chamber end of the center electrode, the erosion-resistant region, which is embodied by the noble metal chip 8, is increased.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Höhe des ersten kegelstumpfförmigen Bereichs 151 zusammen mit der Höhe des Edelmetallplättchens 8 kleiner oder gleich 1,5 Millimeter ist. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe des ersten kegelstumpfförmigen Bereichs 151 zusammen mit der Höhe des Edelmetallplättchens (Bezugszeichen 8) 0,4 bis 1,0 Millimeter. Durch diese Ausgestaltung wird gewährleistet, dass sowohl eine hohe Abbrandbeständigkeit als auch ein geringer Wärmeentzug aus dem Volumen, in dem das Kraftstoff/Luftgemisch entzündet werden soll, sichergestellt ist. Weiterhin wird eine funktionsgerechte Wärmeabfuhr gewährleistet. Dies wird auch erreicht, in dem der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnseite des Edelmetallplättchens 82 kleiner oder gleich 1,5 Millimeter ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Durchmesser der brennraumzugewandten Stirnseite des Edelmetallplättchens 82 zwischen 0,5 und 1,0 Millimeter gewählt.A preferred embodiment is characterized in that the height of the first frusto-conical region 151 together with the height of the noble metal chip 8 is less than or equal to 1.5 millimeters. In a particularly preferred embodiment, the height of the first frusto-conical portion 151 together with the height of the noble metal chip (reference numeral 8) is 0.4 to 1.0 millimeters. This refinement ensures that both high burn-up resistance and low heat removal from the volume in which the fuel / air mixture is to be ignited are ensured. Furthermore, a functional heat dissipation is guaranteed. This is also achieved, in which the diameter of the combustion chamber facing end side of the noble metal plate 82 is less than or equal to 1.5 millimeters. In a particularly preferred embodiment, the diameter of the combustion chamber facing end side of the noble metal chip 82 is selected between 0.5 and 1.0 millimeters.

Durch die erfindungsgemäße Zündkerze wird sichergestellt, dass aufgrund des Einsatzes eines Edelmetallplättchens am brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode sehr lange Laufzeiten der Zündkerze erreicht werden. Dabei wird die Haftfestigkeit des Edelmetallaufsatzes dadurch verbessert, dass der äußere Abschnitt 11 während der Herstellung der Zündkerzen-Mittelelektrode abgedreht wird und somit die Haftfestigkeit des Edelmetallplättchens auf dem ElektrodenGrundkörper nicht beeinflussen kann. Weiterhin wird durch die dargestellte Gestaltung des brennraumseitigen Endes der Mittelelektrode sichergestellt, dass im Volumen, in dem das brennfähige Gemisch gezündet werden soll, durch eine geringe Oberfläche nicht zuviel Wärme entzogen wird. Dabei ist die Herstellung der Zündkerzenelektrode auf die geschilderte Art und Weise kostengünstig.By means of the spark plug according to the invention, it is ensured that due to the use of a noble metal chip at the combustion chamber end of the center electrode, very long run times of the spark plug are achieved. Here is the Adhesive strength of the noble metal cap improved by the outer portion 11 is turned off during the production of the spark plug center electrode and thus can not affect the adhesion of the noble metal chip on the electrode base body. Furthermore, it is ensured by the illustrated design of the combustion chamber end of the center electrode that in the volume in which the combustible mixture is to be ignited, not too much heat is removed by a small surface. In this case, the production of the spark plug electrode in the manner described is inexpensive.

Claims (11)

  1. Spark plug for an internal combustion engine having a centre electrode which has an electrode basic body (5) with an end face (51) which faces the combustion chamber and to which a small precious-metal plate (8) is fastened, a combustion-chamber-side end section of the electrode basic body (15) being of frustoconical configuration, characterized in that the small precious-metal plate (8) is of frustoconical configuration, the diameter of that end face of the electrode basic body (51) which faces the combustion chamber corresponding to the diameter of that end face of the small precious-metal plate (84) which faces away from the combustion chamber.
  2. Spark plug according to Claim 1, characterized in that the opening angle of the frustoconical combustion-chamber-side end section of the electrode basic body (21) is smaller than or equal to 180 degrees and/or the opening angle of the frustoconical small precious-metal plate (23) is smaller than or equal to 90 degrees, the opening angle opening in each case in the direction which faces away from the combustion chamber.
  3. Spark plug according to Claim 1, characterized in that the combustion-chamber-side end section of the electrode basic body (15) has a first frustoconical region (151) and a second frustoconical region (152), the diameter of that end face of the first frustoconical region (156) which faces away from the combustion chamber corresponding to the diameter of that end face of the second frustoconical region (157) which faces the combustion chamber.
  4. Spark plug according to Claim 3, characterized in that the opening angle of the first frustoconical region and of the small precious-metal plate (27) which adjoins it in the direction of the combustion chamber is smaller than or equal to 90 degrees and/or the opening angle of the second frustoconical region (25) is smaller than 180 degrees, the opening angle opening in each case in the direction which faces away from the combustion chamber.
  5. Spark plug according to Claim 3, characterized in that the opening angle of the first frustoconical region and of the small precious-metal plate (28) which adjoins it in the direction of the combustion chamber is smaller than or equal to 25 degrees, the opening angle opening in the direction which faces the combustion chamber.
  6. Spark plug according to Claim 3, characterized in that the height of the first frustoconical region (151) together with the height of the small precious-metal plate (8) is smaller than or equal to 1.5 millimetres.
  7. Spark plug according to Claim 3, characterized in that the diameter of that end side of the small precious-metal plate (82) which faces the combustion chamber is smaller than or equal to 1.5 millimetres.
  8. Method for manufacturing a centre electrode for a spark plug according to Claim 1 of an internal combustion engine, a small precious-metal plate (8) being fastened to an electrode basic body (5), the combustion-chamber-side end side of the electrode basic body (51) being connected to that end side of the small precious-metal plate (84) which faces away from the combustion chamber, with the result that a transition region is produced between the small precious-metal plate (8) and the electrode basic body (5), characterized in that subsequently the small precious-metal plate (8) and the combustion-chamber-side end of the electrode basic body (15) are machined with the removal of material in such a way that an outer section (11) is removed in the transition region between the small precious-metal plate (8) and the electrode basic body (5), which outer section (11) differs in its microstructure and/or composition from that of an inner section (12) of the transition region.
  9. Method according to Claim 8, characterized in that the small precious-metal plate (8) is fastened to the electrode basic body (5) by means of resistance welding or laser welding.
  10. Method according to Claim 8, characterized in that the combustion-chamber-side end face of the electrode basic body (51) is machined with the removal of material before fastening of the small precious-metal plate (8), in such a way that the combustion-chamber-side end face is planar.
  11. Method according to Claim 8, characterized in that the small precious-metal plate (8) and the combustion-chamber-side end section of the electrode basic body (15) are machined with the removal of material in such a way that a first frustoconical region (151) and a second frustoconical region (152) are produced, the diameter of that end face of the first frustoconical region (156) which faces away from the combustion chamber corresponding to the diameter of that end face of the second frustoconical region (157) which faces the combustion chamber.
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