FI115009B - Menetelmä polttomoottorin sytytystulpan valmistamiseksi - Google Patents

Description

115009

MENETELMÄ POLTTOMOOTTORIN SYTYTYSTULPAN VALMISTAMISEKSI -FÖRFARANDE FÖR ATT TILLVERKA TÄNDSTIFT FÖR FÖRBRÄN-NINGSMOTOR

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan menetelmä polttomoottorin ainakin kaksi elektrodia käsittävän sytytystulpan valmistamiseksi.

Sytytystulppia käytetään yleisesti mm. polttomoottoreissa sytyttämään paloti-lassa oleva polttoaineen ja ilman/hapen seos. Tämä tapahtuu johtamalla suh-10 teellisen korkea jännite-ero sytytystulpan elektrodien välille, jolloin näiden välille syntyy seoksen sytyttävä kipinä.

Polttomoottoreiden sytytystulppien kehitys perustuu nykyään yhä enemmän korkean sulamispisteen sekä hapettumis- ja kipinäeroosion kestävyyden omaa-15 vien Pt-ryhmän (Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os) metallien ja -metalliseosten hyödyntämiselle. Tämä suunta on korostunut etenkin esikammiolla varustettujen kaa-sumoottorien lisääntyneiden elinikä- ja käyttövarmuusvaatimusten myötä. Esimerkiksi julkaisussa US 6078129 ja JP 11-003765 on esitetty käytettäväksi Pt-ryhmään kuuluvaa iridium-seosta.

20

Sytytyshetkellä elektrodien pintalämpötilan on arvioitu olevan luokkaa 2000 -I 3000°C, joten materiaalilta vaaditaan mm. erittäin hyvää hapettumisen kestä- vyyttä. Lämpötilan suuren vaihtelun takia vaaditaan myös korkeaa kestävyyttä mm. elektrodien liitosten termistä väsymistä vastaan. Julkaisussa US 25 6078129 on sytytystulpan keskielektrodiin liitetty iridiumseoksesta oleva kap pale laser-hitsaamalla. Sulahitsaus tuottaa kuitenkin liitospinnan, joka ei ole op-.'t timaalinen tähän käyttötarkoitukseen. Menetelmässä syntyy sulamisvyöhyke, mikä vaatii suuremman liitettävän kappaleen ainevahvuuden. Lisäksi rajapin-, taan voi syntyä hauraita alueita, ja siitä voi tulla suhteellisen epähomogeeni- 30 nen.

* * ; Elektrodimateriaaleilta vaaditaan myös hyvää korroosion kestävyyttä. Kor roosion ja hapettumisen kestävyys yhdessä edesauttavat elektrodin kulumis-kestävyyden parantamisessa, sillä kuluminen yleensä tapahtuu kipinäeroosion 35 ja/tai hapettumiskulumisen kautta. On tunnettua, että korkean sulamispisteen ' omaavien Pt-ryhmän metallien, kuten iridiumin ja platinan tai näiden seosten, 2 115009 elinikä ko. käyttökohteessa on käytännössä riittävän pitkä. Erityisesti iridium ja sen seostaminen esim. rodiumilla tai rheniumilla on edesauttanut viime vuosina tulppien eliniän kohottamiseen huomattavasti. Rh ja Re lähinnä parantavat iridiumin hapettumisen kestävyyttä. Sytytystulpan rakenne ja valmistustapa ei 5 kuitenkaan ole nykyisin kovinkaan edullinen.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä polttomoottorin sytytys-tulpan valmistamiseksi, jossa tunnetun tekniikan ongelmat on minimoitu. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on aikaan saada menetelmä polttomoottorin 10 sytytystulpan valmistamiseksi, jolla sytytystulpan rakenteesta saadaan kestävä ja joka valmistusprosessi on edullinen.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksessa 1 sekä muissa patenttivaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla.

15

Keksinnön mukainen menetelmä polttomoottorin ainakin kaksi elektrodia käsittävän sytytystulpan valmistamiseksi, jossa elektrodit on muodostettu ainakin sytytystulpan perusmateriaalista valmistetusta ensimmäisestä osasta ja perusmateriaalia kestävämmästä pintaosasta, käsittää seuraavien menetelmävai-20 heiden yhdistelmän, jossa - muodostetaan aihiokappale, joka käsittää pintaosan ja väliosan, liittämällä pintaosa väliosaan räjäytyshitsaamalla, : - erotetaan aihiokappaleesta sopivan muotoinen osa sytytystulpan elektrodiksi, :· ja 25 - kiinnitetään aihiokappaleesta erotettu osa sytytystulpan ensimmäiseen osaan ;\\ siten, että liitos tehdään mainitun ensimmäisen osan ja väliosan välille.

* * ' * >

Erään sovellusmuodon mukaisesti aihiokappaleen pintaosa muodostetaan edul-lisesti yhdestä tai useammasta Pt-ryhmän metallista tai näiden seoksesta koos* » *!!! 30 tuvasta tasomaisesta kappaleesta, joka räjäytyshitsataan niin ikään tasomai- seen väliosaan.

t I

I · *

Erään toisen sovellusmuodon mukaisesti aihiokappaleen pintaosa muodoste-; ,·, taan edullisesti yhdestä tai useammasta Pt-ryhmän metallista tai näiden seok- ; 35 sesta koostuvasta jauheesta, joka kiinteytetään ja liitetään samanaikaisesti rä jäytyshitsaamalla väliosaan.

3 115009

Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadussa polttomoottorin ainakin kaksi elektrodia käsittävässä sytytystulpassa elektrodit on muodostettu perusmateriaalista valmistetusta ensimmäisestä osasta ja perusmateriaalia kestä-5 vämmästä pintaosasta, joka pintaosa on liitetty ensimmäiseen osaan väliosan välityksellä. Tällä tavoin saadaan elektrodin liittäminen ympäröivään rakenteeseen, esimerkiksi sytytystulpan runkoon, tunnettuja ratkaisuja helpommin ja luotettavammin toteutettua. Ensimmäisenä osana toimiva perusmateriaali voi osa sytytystulpan runkoa, varsinkin kun kyse on ns. maaelektrodista.

10

Elektrodissa pintaosa on muodostettu edullisesti yhdestä tai useammasta Pt-ryhmän (Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os) metallista tai näiden seoksesta. Pintaosan ja väliosan liitos on oleellisesti homogeeninen koko liitospinnan alueella, jolloin se on myös luja. Homogeeninen liitospinta saadaan aikaiseksi edullisesti siten, et-15 tä pintaosan ja väliosan liitos on räjäytyshitsausliitos. Tällä tavoin pintaosan köyhtymine perusmateriaaliin voidaan minimoida. Perusmateriaalin ja väliosan liitos on vastaavasti edullisesti tavanomainen sulahitsausliitos.

Edullisesti keksinnön mukaisessa elektrodissa pintaosan ainevahvuus sen ja 20 väliosan liitospinnan normaalin suunnassa on 0,05 - 2 mm.

Keksinnön avulla saadaan aikaiseksi useita etuja, jotka tulevat esiin mm. seu-raavassa piirustusten selostuksessa. Erityisesti aikaansaatavan tuotteen hy-·· vään laatuun vaikuttava tekijä on se, että käytetty liittämistapa ei millään ta- 25 voin vaikuta varsinaisen elektrodipinnan mikrorakenteeseen, eheyteen tai geo-metriaan, koska väliosan avulla liitospinta perusmateriaaliin on riittävän kauka-.···. na pintaosasta.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheisiin piirus-*!" 30 tuksiin, jossa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista sytytystulppaa, · kuvio 2 esittää kuvion 1 sytytystulppaa kuviossa ylhäältä katsottuna, ja kuvio 3 esittää periaatteellisesti keksinnönmukaista menetelmää.

·. : 35 Kuvioissa 1 ja 2 esitetty sytytystulppa 1 käsittää kolme elektrodia 2.1,2.2, joista kaksi on ns. maaelektrodeja 2.2 ja yksi ns. keskielektrodi 2.1. Itse syty- 4 115009 tystulpan toiminta on sinänsä tunnettua, eikä sitä tässä yhteydessä varsinaisesti selosteta keksintöön kuulumattomana. Sytytystulpassa keskielektrodi 2.1 on tuettuna sytytystulpan runkoon 3 erillisen eristeen 4 välityksellä. Keksinnön mukaisesti sytytystulpan elektrodi koostuu perusmateriaalista valmistetusta 5 ensimmäisestä osasta 5, joka voi olla myös osa sytytystulpan runkoa 3. Lisäksi elektrodi koostuu perusmateriaalia kestävämmästä pintaosasta 7, joka on liitetty ensimmäiseen osaan väliosan 6 välityksellä. Keksinnössä pintaosa 7, joka on edullisesti Pt-ryhmän metalli tai Pt-ryhmän metalliseos, liitetään ohuena kalvona ensin tavanomaisempaan ja valmistusteknisesti helpompaan materiaa-10 liin, esim. kuumalujaan teräkseen tai superseokseen, esim. Ni-pohjaiseen su-perseokseen. Liittämistekniikka on keksinnön mukaisesti sellainen, että liitos-pinta 10 on oleellisesti homogeeninen. Edullisesti liittämistekniikka on räjäy-tyshitsaus. Tätä on esitetty kaaviomaisesti kuviossa 3.

15 Räjäytyshitsaus antaa lukuisia etuja elektrodin valmistuksessa ja käyttöominaisuuksissa: - Liitoksessa ei ole sulamisvyöhykettä, jolloin kallisarvoisen Pt-ryhmän metallin tai sen seoksen köyhtyminen perusaineeseen voidaan minimoida, jolloin myös ko. metallikalvon voidaan sallia olevan ohuen 20 - Edellisestä johtuen voidaan saavuttaa huomattava kustannussäästö - Muutosvyöhykkeelle lähelle Pt-ryhmän metallikalvon ja alustamateriaalin raja- : pintaa ei synny hauraita faaseja ’ ’: - Mahdollisuus aikaansaada erittäin luja hiukan aaltomainen liitospinta ·· - Yhtenäinen, homogeeninen ja tasainen liitospinta, ei erillisiä palkoja , 25 - Voidaan välttää sulahitsausmenetelmien käyttö, joilla on em. ongelmia • · # ,···, Räjäytyshitsaamalla voidaan valmistaa halutunkokoinen kaksi- tai monikerros- • · levy ts. aihiokappale 8, josta edelleen erotetaan, esim. laserleikkaamalla, ve-sisuihkuleikkaamalla tai kipinätyöstöllä sopivan kokoisia osia 9, tai valmiita ‘li! 30 elektrodeja edelleen liitettäväksi sytytystulppaan 1. Nämä kiinnitetään esimer- t » ;· kiksi maaelektrodiksi sytytystulpan rungon 3 yhteydessä olevaan elektrodin : ,· · 2.1,2.2 ensimmäiseen osaan 5.

: Liittäminen voidaan suorittaa tavanomaisin liittämismenetelmin kuten laser-, 35 elektronisuihku- tai kitkahitsausta hyödyntäen. Myös juottamista voidaan käyttää liittämismenetelmänä.

κ 115009 ö Räjäytyshitsatusta aihiosta 8 voidaan tyypillisesti valmistaa useita satoja elektrodeja. Räjäytyshitsaamalla valmistettu pinta ei yleensä vaadi jälkityöstöä tai hiontaa. Lisäksi, elektrodiaihioiden mahdollinen lämpökäsittely on helppo ja ta-5 loudellinen suorittaa kappaleiden ollessa irrallisia ja pienikokoisia. Elektrodien kiinnittämisen yhteydessä kärkiväli säädetään halutuksi.

Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (3)

1. Menetelmä polttomoottorin ainakin kaksi elektrodia (2.1,2.2) käsittävän sy-5 tytystulpan (1) valmistamiseksi, jossa elektrodit on muodostettu ainakin syty- tystulpan perusmateriaalista valmistetusta ensimmäisestä osasta (5) ja perusmateriaalia kestävämmästä pintaosasta (7), tunnettu seuraavien menetelmä-vaiheiden yhdistelmästä, jossa - muodostetaan aihiokappale (8), joka käsittää pintaosan (7) ja väliosan (6), 10 liittämällä pintaosa väliosaan räjäytyshitsaamalla, - erotetaan aihiokappaleesta sopivan muotoinen osa (9) sytytystulpan elektrodiksi, ja - kiinnitetään aihiokappaleesta erotettu osa (9) sytytystulpan ensimmäiseen osaan (5) siten, että liitos tehdään mainitun ensimmäisen osan (5) ja väliosan 15 (6) välille.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aihiokap-paleen (8) pintaosa (7) on muodostettu ainakin yhdestä Pt-ryhmän metallista tai näiden seoksesta koostuvasta tasomaisesta kappaleesta, joka räjäytyshitsa- 20 taan niin ikään tasomaiseen väliosaan (6).

·: ! 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aihiokap- paleen (8) pintaosa (7) on muodostettu ainakin yhdestä Pt-ryhmän metallista :· tai näiden seoksesta koostuvasta jauheesta, joka kiinteytetään ja liitetään sa- .1·. 25 manaikaisesti räjäytyshitsaamalla väliosaan (6). t · > > 1 1 • · 7 115009