EP1594200A1 - Zündkerze - Google Patents

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EP1594200A1
EP1594200A1 EP05001211A EP05001211A EP1594200A1 EP 1594200 A1 EP1594200 A1 EP 1594200A1 EP 05001211 A EP05001211 A EP 05001211A EP 05001211 A EP05001211 A EP 05001211A EP 1594200 A1 EP1594200 A1 EP 1594200A1
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spark plug
electrode
plug according
body electrode
noble metal
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EP05001211A
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Werner Niessner
Harald Knoll
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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Beru AG
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    • 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
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a spark plug with a spark plug body, at least one attached to the spark plug body and in the form of a roof electrode formed body electrode, one provided in the spark plug body insulator and one in the Insulator arranged center electrode, being between the distal End of the body electrode and the center electrode tip a spark gap is formed.
  • Such a spark plug is used in particular for high-voltage ignition of internal combustion engines for motor vehicles.
  • the body electrodes of spark plugs as Two-substance electrodes with a copper core and a nickel sheath form and possibly with a reinforcement of platinum or a platinum alloy.
  • the object underlying the invention is therefore It is to provide a spark plug of the type mentioned, the high heat resistance and consequently a long service life Has.
  • the body electrode especially in solid wire form, d. H. under use a solid wire is executed and thus the otherwise usual copper core is missing, the body electrode is in motor operation hotter.
  • a reduction of the stretched length is achieved by that in addition to the front side of the body electrode a precious metal reinforcement is attached.
  • Spark plug comprises a spark plug body 1, a ceramic insulator 3 disposed in the spark plug body 1 is a center electrode 2 disposed in the ceramic insulator 3 is, and at least one body electrode 4, the on Spark plug body 1 attached and formed as a roof electrode is.
  • the body electrode is particularly massive Formed wire shape.
  • the Body electrode 4 at its distal part with precious metal reinforcements 5a, 5b provided, which are preferably welded and platinum, a platinum alloy, iridium or iridium alloy consist. These precious metal reinforcements 5a or 5b are on the front side and the center electrode tip facing Surface of the body-distal part of the body electrode 4 intended.
  • the welded-on precious metal reinforcements 5a, 5b form geometrically the contour of the ignition end of the body electrode 4 after, such that the center electrode tip facing Surface and the end face of the body electrode through the precious metal reinforcements 5a and 5b are armored.
  • the precious metal reinforcements 5a and 5b are thus z. B. by account order welding provided so that their outer surfaces the corresponding External surfaces of the body-remote part of the body electrode 4 picture.
  • the body electrode 4 itself is a massive single-substance electrode nickel-based alloy, in particular a NiCrFe alloy that is heat resistant.
  • NiCrFe alloy that is heat resistant.
  • They are made of NiCr15Fe, NiCr23Fe or NiCr25FeAlY.
  • Fig. 1a is the Reinforcement 5, which consists of the individual reinforcements 5a and 5b, applied by laser deposition welding, wherein between the Noble metal reinforcement 5 and the end of the body electrode 4 a Alloy region 6 is formed by melting.
  • Fig. 1b shows that the noble metal reinforcement 5 only on one Part of the body electrode 4 is provided in the transverse direction.
  • the body electrode starting from the spark plug body 1 with a radius R bent, which thus up to the welding root of the body electrode 4, which reduces the elongated length of the body electrode is.
  • the radius R is preferably more than 3 mm.
  • the formation of the precious metal reinforcements 5a, 5b and the Body electrode 4 is further such that the body electrode 4 at their free or remote end before reaching the complete coverage of the center electrode tip ends and full coverage of the center electrode tip with precious metal through the noble metal reinforcement 5b and by a corresponding strong education of precious metal reinforcement 5a secured is. That is, both reinforcements 5a, 5b to the noble metal full coverage contribute to the center electrode tip and although the noble metal reinforcement 5b at the bottom of the body electrode 4 with its broadside and the precious metal reinforcement 5a at the end face with its narrow side.
  • the thickness of the noble metal reinforcements is preferably 5a, 5b more than 0.3 mm.

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Abstract

Zündkerze mit einem Zündkerzenkörper (1), wenigstens einer am Zündkerzenkörper (1) angebrachten und in Form einer Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode (4), einem im Zündkerzenkörper (1) vorgesehenen Isolator (3) und einer im Isolator (3) angeordneten Mittelelektrode (2). Zwischen dem körperfernen Ende der Körperelektrode (4) und der Mittelelektrodenspitze ist ein Zündfunkenspalt gebildet. Die Körperelektrode (4) ist an der Stirnseite und an der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche ihres körperfernen Teils mit einer Edelmetallarmierung (5a, 5b) jeweils versehen, die aus Platin, Iridium, einer Platinlegierung oder einer Iridiumlegierung besteht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem Zündkerzenkörper, wenigstens einer am Zündkerzenkörper angebrachten und in Form einer Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode, einem im Zündkerzenkörper vorgesehenen Isolator und einer im Isolator angeordneten Mittelelektrode, wobei zwischen dem körperfernen Ende der Körperelektrode und der Mittelelektrodenspitze ein Zündfunkenspalt gebildet ist.
Eine derartige Zündkerze dient insbesondere zur Hochspannungszündung von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge.
Es ist bekannt, die Körperelektroden von Zündkerzen als Zweistoffdachelektroden mit einem Kupferkern und einem Nickelmantel auszubilden und ggf. mit einer Armierung aus Platin oder einer Platinlegierung zu versehen.
Es hat sich bei derartigen bekannten Zündkerzen allerdings herausgestellt, dass diese eine zu geringe Warmfestigkeit haben, was zur Folge hat, dass die Elektroden aufschmelzen bzw. deformieren, und sich dadurch der Elektrodenabstand ändert. Bei hohen Temperaturen an der Körperelektrode von mehr als 950°C ist nämlich die Zeitstandsfestigkeit der Körperelektroden zu gering, so dass besagte Deformationen während der Motorlaufzeit oder sogar ein Anschmelzen des Kupferkerns auftreten kann. Letzteres würde zu einem Anschmelzen des Nickelmantels oder schließlich sogar zur Zerstörung der Körperelektrode führen.
Diese mangelnde Warmfestigkeit führt schließlich dazu, dass die Anforderungen an die Lebensdauer der Zündkerze nicht erreicht werden und sogar Motorschäden auftreten können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Warmfestigkeit und demzufolge eine hohe Lebensdauer hat.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Körperelektrode an der Stirnseite und an der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche ihres körperfernen Endes mit einer Edelmetallarmierung jeweils versehen ist.
Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 11.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Zündkerze die Körperelektrode insbesondere in massiver Drahtform, d. h. unter Verwendung eines Massivdrahtes ausgeführt ist und somit der sonst übliche Kupferkern fehlt, wird die Körperelektrode im Motorbetrieb heißer. Daraus ergibt sich die Forderung auf Reduzierung der gestreckten Länge der Körperelektrode vor dem abgebogenen Teil, d. h. nach einer Biegeform der Körperelektrode mit großem Biegeradius, damit diese gestreckte Länge reduziert werden kann. Eine Reduzierung der gestreckten Länge wird dadurch erreicht, dass zusätzlich an der Stirnseite der Körperelektrode eine Edelmetallarmierung angebracht ist.
Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Es zeigen
  • Fig. 1 ein teilweise geschnittene Seitenansicht des brennraumseitigen Teils eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerze,
  • Fig. 1a in einer Schnittansicht den körperfernen Teil der Körperelektrode bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und
  • Fig. 1b eine Stirnansicht in Richtung des in Fig. 1a dargestellten Pfeiles.
    • Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze umfasst einen Zündkerzenkörper 1, einen keramischen Isolator 3, der im Zündkerzenkörper 1 angeordnet ist, eine Mittelelektrode 2, die im keramischen Isolator 3 angeordnet ist, und wenigstens eine Körperelektrode 4, die am Zündkerzenkörper 1 angebracht und als Dachelektrode ausgebildet ist. Die Körperelektrode ist insbesondere in massiver Drahtform ausgebildet.
    Wie es in weiterhin in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Körperelektrode 4 an ihrem körperfernen Teil mit Edelmetallarmierungen 5a, 5b versehen, die vorzugsweise aufgeschweißt sind und aus Platin, einer Platinlegierung, Iridium oder Iridiumlegierung bestehen. Diese Edelmetallarmierungen 5a oder 5b sind auf der Stirnseite und der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche des körperfernen Teils der Körperelektrode 4 vorgesehen.
    Die aufgeschweißten Edelmetallarmierungen 5a, 5b bilden geometrisch die Kontur des zündseitigen Endes der Körperelektrode 4 nach, derart, dass die der Mittelelektrodenspitze zugewandte Fläche und die Stirnfläche der Körperelektrode durch die Edelmetallarmierungen 5a und 5b gepanzert sind. Die Edelmetallarmierungen 5a und 5b sind somit z. B. durch Kontenauftragsschweißen so vorgesehen, dass ihre Außenflächen die entsprechenden Außenflächen des körperfernen Teils der Körperelektrode 4 abbilden.
    Die Körperelektrode 4 selbst ist eine massive Einstoffelektrode aus einer Legierung auf Nickelbasis, insbesondere einer NiCrFe-Legierung, die warmfest ist. Vorzugsweise besteht sie aus NiCr15Fe, NiCr23Fe oder NiCr25FeAlY.
    Wie es insbesondere in Fig. 1a dargestellt ist, ist die Armierung 5, die aus den Einzelarmierungen 5a und 5b besteht, durch Laserauftragsschweißen aufgebracht, wobei zwischen der Edelmetallarmierung 5 und dem Ende der Körperelektrode 4 ein Legierungsbereich 6 durch Aufschmelzen gebildet ist.
    Fig. 1b zeigt, dass die Edelmetallarmierung 5 nur an einem Teil der Körperelektrode 4 in Querrichtung vorgesehen ist.
    Wie es weiterhin in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Körperelektrode ausgehend vom Zündkerzenkörper 1 mit einem Radius R gebogen, der somit bis zur Schweißwurzel der Körperelektrode 4 führt, wodurch die gestreckte Länge der Körperelektrode reduziert ist. Der Radius R beträgt vorzugsweise mehr als 3 mm.
    Die Ausbildung der Edelmetallarmierungen 5a, 5b und der Körperelektrode 4 ist weiterhin derart, dass die Körperelektrode 4 an ihrem freien oder körperfernen Ende vor Erreichen der vollständigen Überdeckung der Mittelelektrodenspitze endet und die volle Überdeckung der Mittelelektrodenspitze mit Edelmetall durch die Edelmetallarmierung 5b und durch eine entsprechend starke Ausbildung der Edelmetallarmierung 5a gesichert ist. Das heißt, dass beide Armierungen 5a, 5b zur Edelmetallvollüberdeckung der Mittelelektrodenspitze beitragen und zwar die Edelmetallarmierung 5b an der Unterseite der Körperelektrode 4 mit ihrer Breitseite und die Edelmetallarmierung 5a an der Stirnfläche mit ihrer Schmalseite.
    Vorzugsweise beträgt die Dicke der Edelmetallarmierungen 5a, 5b mehr als 0,3 mm.
    Durch diese Ausbildung ist es somit möglich, die Körperelektrode 4 kürzer auszubilden und dennoch eine volle Edelmetallüberdeckung der Mittelelektrodenspitze und zwar unter Serienfertigungsbedingungen (Fertigungstoleranzen) zu erzielen.
    Thermische Untersuchungen haben gezeigt, dass bereits eine um 0,5 mm kürzere Körperelektrodenlänge zu einer Temperaturabsenkung von 40 bis 50°K führt.

    Claims (11)

    1. Zündkerze mit
      einem Zündkerzenkörper,
      wenigstens einer am Zündkerzenkörper angebrachten und in Form einer Dachelektrode ausgebildeten Körperelektrode,
      einem im Zündkerzenkörper vorgesehenen Isolator und
      einer im Isolator angeordneten Mittelelektrode, wobei
      zwischen dem körperfernen Ende der Körperelektrode und der Mittelelektrodenspitze ein Zündfunkenspalt gebildet ist,
         dadurch gekennzeichnet, dass
      die Körperelektrode (4) an der Stirnseite und an der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche mit einer Edelmetallarmierung (5a, 5b) jeweils versehen ist.
    2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperelektrode (4) in massiver Drahtform ausgebildet ist.
    3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das körperferne Ende der Körperelektrode (4) vor Erreichen der Vollüberdeckung der Mittelelektrodenspitze endet und die Edelmetallarmierung (5a) an der Stirnfläche der Körperelektrode (4) so bemessen ist, dass zusammen mit der Edelmetallarmierung (5b) an der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche die Mittelelektrodenspitze mit Edelmetall voll überdeckt ist.
    4. Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierungen (5a, 5b) über der Unterseite und über die Unterkante zur Stirnseite an der Körperelektrode (4) vorgesehen sind.
    5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Edelmetallarmierungen (5a, 5b) größer als 0,3 mm ist.
    6. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierungen (5a, 5b) durch Laserauftragsschweißen aufgebracht sind.
    7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Edelmetallarmierungen (5a, 5b) und der Körperelektrode (4) ein Legierungsbereich (6) durch Aufschmelzen gebildet ist.
    8. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierungen (5a, 5b) aus Platin oder Iridium oder einer Platin- oder Iridiumlegierung besteht.
    9. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperelektrode eine massive Einstoffelektrode aus einer NiCrFe-Legierung ist.
    10. Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die NiCrFe-Legierung eine NiCr15Fe-, NiCr23Fe- oder NiCr25FeAlY-Legierung ist.
    11. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der gestreckten Länge der Körperelektrode (4) der Biegeradius R der Körperelektrode (4) größer als 3 mm ist.
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