EP1594200B1 - Zündkerze - Google Patents

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EP1594200B1
EP1594200B1 EP20050001211 EP05001211A EP1594200B1 EP 1594200 B1 EP1594200 B1 EP 1594200B1 EP 20050001211 EP20050001211 EP 20050001211 EP 05001211 A EP05001211 A EP 05001211A EP 1594200 B1 EP1594200 B1 EP 1594200B1
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EP
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electrode
spark plug
noble metal
plug according
body electrode
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EP20050001211
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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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    • 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
    • H01T13/32—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 having a spark plug body, at least one attached to the spark plug body and formed in the form of a roof electrode body electrode, provided in the spark plug body insulator and a center electrode disposed in the insulator, wherein between the distal end of the body electrode and the center electrode tip a spark gap is formed and the Body electrode on the front side and at the center electrode tip facing surface is provided with a noble metal reinforcement respectively.
  • Such a spark plug from the EP-A-1 276 189 is known, is used in particular for high-voltage ignition of internal combustion engines for motor vehicles.
  • the object underlying the invention is therefore to provide a spark plug of the type mentioned, which has a high heat resistance and consequently a long life.
  • the body electrode when the body electrode is particularly made in a solid wire form, that is, using a solid wire and thus the otherwise conventional copper core is absent, the body electrode becomes hotter in the engine operation.
  • a reduction of the elongated length is achieved by additionally attached to the front side of the body electrode is a precious metal reinforcement.
  • the spark plug body 1 includes a spark plug body 1, a ceramic insulator 3 disposed in the spark plug body 1, a center electrode 2 disposed in the ceramic insulator 3, and at least one body electrode 4 attached to the spark plug body 1 and is designed as a roof electrode.
  • the body electrode is formed in particular in solid wire form.
  • the body electrode 4 is provided at its distal part with precious metal reinforcements 5a, 5b, which are preferably welded and made of platinum, a platinum alloy, iridium or iridium alloy. These noble metal reinforcements 5a or 5b are on the front side and facing the center electrode tip Surface of the body remote part of the body electrode 4 is provided.
  • the welded-on precious metal reinforcements 5a, 5b geometrically reproduce the contour of the ignition-side end of the body electrode 4, such that the surface facing the center electrode tip and the end face of the body electrode are armored by the noble metal reinforcements 5a and 5b.
  • the precious metal reinforcements 5a and 5b are thus z. B. by account order welding provided so that their outer surfaces depict the corresponding outer surfaces of the body remote part of the body electrode 4.
  • the body electrode 4 itself is a massive single-material electrode made of a nickel-based alloy, in particular, a NiCrFe alloy which is heat-resistant. It is preferably made of NiCr15Fe, NiCr23Fe or NiCr25FeAlY.
  • the reinforcement 5 which consists of the Einzelarmtechniken 5a and 5b, applied by laser deposition welding, wherein between the noble metal reinforcement 5 and the end of the body electrode 4, an alloy region 6 is formed by melting.
  • Fig. 1b shows that the noble metal reinforcement 5 is provided only on a part of the body electrode 4 in the transverse direction.
  • the body electrode is bent from the spark plug body 1 with a radius R, thus leading to the welding root of the body electrode 4, whereby the elongated length of the body electrode is reduced.
  • the radius R is preferably more than 3 mm.
  • the formation of the Edelmetallarm isten 5a, 5b and the body electrode 4 is further such that the body electrode 4 ends at its free or distal end before reaching the full coverage of the center electrode tip and the full coverage of the center electrode tip with precious metal is secured by the noble metal reinforcement 5b and by a correspondingly strong formation of the noble metal reinforcement 5a.
  • both reinforcements 5a, 5b contribute to the precious metal full coverage of the center electrode tip, namely the noble metal reinforcement 5b on the underside of the body electrode 4 with its broad side and the noble metal reinforcement 5a on the end face with its narrow side.
  • the thickness of the noble metal reinforcements 5a, 5b is preferably more than 0.3 mm.

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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 und die Körperelektrode an der Stirnseite und an der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche mit einer Edelmetallarmierung jeweils versehen ist.
  • Eine derartige Zündkerze, die aus der EP-A-1 276 189 bekannt ist, dient insbesondere zur Hochspannungszündung von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge.
  • Es ist weiterhin 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 das körperferne Ende der Körperelektrode vor Erreichen der Vollüberdeckung der Mittelelektrodenspitze endet und die Edelmetallarmierung an der Stirnfläche der Körperelektrode so bemessen ist, dass zusammen mit der Edelmetallarmierungan der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche die Mittelelektrodenspitze mit Edelmetall voll überdeckt ist.
  • Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zündkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.
  • Wenn bei einer 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 (10)

  1. 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), wobei
    - zwischen dem körperfernen Ende der Körperelektrode (4) und der Mittelelektrodenspitze ein Zündfunkenspalt gebildet ist und
    - die Körperelektrode (4) an der Stirnseite und an der der Mittelelektrodenspitze zugewandten Fläche mit einer Edelmetallarmierung (5a, 5b) jeweils versehen ist.
    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.
  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 die Edelmetallarmierungen (5a, 5b) über der Unterseite und über die Unterkante zur Stirnseite an der Körperelektrode (4) vorgesehen sind.
  4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Edelmetallarmierungen (5a, 5b) größer als 0,3 mm ist.
  5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierungen (5a, 5b) durch Laserauftragsschweißen aufgebracht sind.
  6. 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.
  7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallarmierungen (5a, 5b) aus Platin oder Iridium oder einer Platin- oder Iridiumlegierung besteht.
  8. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperelektrode eine massive Einstoffelektrode aus einer NiCrFe-Legierung ist.
  9. Zündkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die NiCrFe-Legierung eine NiCr15Fe-, NiCr23Fe- oder NiCr25FeAlY-Legierung ist.
  10. 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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