JP2003529198A - 内燃機関のための点火プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも２つの電極（９，１１）を備えた、内燃機関のための点火プラグが提案されており、この場合、これらの少なくとも２つの電極（９，１１）のうちの一方が、少なくとも１つの中心電極（１１）であって、少なくとも２つの電極（９，１１）のうちのもう一方の電極が、少なくとも１つのアース電極（９）であり、この少なくとも１つのアース電極（９）と少なくとも１つの中心電極（１１）との間に火花ギャップ（１３）が形成される。少なくとも２つの電極（９，１１）のそれぞれは、電極基体（９３，１１３）を有している。少なくとも１つの電極は、耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）を有しており、この耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）は、電極の、火花ギャップの方に向けられた側の端面（９７，１１７）の少なくとも一部を形成している。この場合、耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）は、少なくともイリジウム元素およびニッケル元素を有する合金から成っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の内燃機関のための点火プラグに関す
る。中心電極を有していてこの中心電極が中心電極基体と耐燃焼損耗性の領域（
つまり燃焼による摩耗に高度に耐性の領域）としての貴金属プレートとから成っ
ている内燃機関のための点火プラグは、すでに公知である（欧州特許第０７８５
６０４号明細書）。この場合、貴金属プレートは、中心電極基体の、燃焼室の方
を向いた端面に固定されている。欧州特許第０７８５６０４号明細書により、さ
らに、この貴金属プレートをレーザ溶接または抵抗溶接によって、中心電極基体
の、燃焼室の方を向いた端面に被着できることが知られている。この場合、貴金
属プレートは、白金合金、イリジウム合金または白金ベースの合金から成ってお
り、中心電極基体はニッケル合金から成っている。

【０００２】 欧州特許出願公開第５０５３６８号明細書により、押し出しによって製造され
る点火プラグ−中心電極が公知である。このような中心電極は、燃焼室側の端部
に、耐燃焼損耗性の材料からなる領域を有している。中心電極のこのような耐燃
焼損耗性の領域は、たとえば白金からまたは白金族金属の合金から成っている。

【０００３】 発明の利点 これに対し、請求項１に記載の特徴を備えた本発明による点火プラグは、電極
基体と耐燃焼損耗性を有していてかつ貴金属合金から成っている領域との間で相
違する熱膨張係数が適合されるという、利点を有する。これにより、貴金属から
成っている耐燃焼損耗性の領域と、電極基体との間の移行部での熱機械的な応力
の低減が得られる。これによって、溶接結合部の耐久性が向上し、ひいては点火
プラグの耐用年数が延びる。さらに、ニッケルを使用することによって、材料コ
ストが小さくなる。また、ニッケルを添加することにより、電極基体の材料およ
び耐燃焼損耗性の領域の材料は、物理学的な特性、たとえば融点に関してより大
きな類似性を有するようになり、これにより、溶接する際、より良好な材料の結
合が得られる。

【０００４】 請求項２以下に記載の手段によって、請求項１に記載された点火プラグの別の
有利な実施態様を得ることができる。特に、耐燃焼損耗性の領域の組成を、ニッ
ケル含有量が１０原子％より大きくなるように選択すると有利である。それとい
うのは、ニッケル成分を高くすることでしか、熱膨張係数の明らかな変化を得る
ことができないからである。同様に、イリジウム−ロジウム−ニッケル合金を耐
燃焼損耗性の領域のための材料として使用すると有利である。なぜならば、ニッ
ケルを加えることによって、融点が低くなって延性が大きくなり、これにより、
材料がさらに加工しやすくなるからである。イリジウム−ニッケル−白金合金も
しくはイリジウム−ニッケル−ロジウム合金は、イリジウム−ニッケル合金より
もより大きな耐酸化性を有している。さらに、耐燃焼損耗性の領域が、火花ギャ
ップの方向に、電極基体の火花ギャップ側の端面を越えて突出していると有利で
ある。それというのは、火花は、この耐燃焼損耗性の材料の領域から放出される
からである。また、さらに、この耐燃焼損耗性の領域が１ｍｍ〜０．２ｍｍの高
さを有している、もしくは２ｍｍまでの直径を有していると有利である。これに
より、耐燃焼損耗性の領域は適正な大きさを有するようになり、これによって、
火花の放出のために十分な面積が供与されるが、火花が生じる容積からは過度に
大きな熱が奪われない。

【０００５】 実施例の説明 次に、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

【０００６】 点火プラグの基本的な構造と機能形式とは、先行技術により十分に知られてお
り、たとえば、Bosch-Technischen Unterrichtung-Zuendkerzen（Robert Bosch
GmbH 1985）で参照することができる。図１に、点火プラグの、燃焼室側の端部
の側面図を概略的に示す。この点火プラグは、金属製の管状のケーシング３を有
しており、このケーシング３は放射対称となっている。この金属製のケーシング
の対称軸に沿って設けられた中央の孔には、絶縁体６が配置されており、この絶
縁体６は同軸的に延びている。この絶縁体の長手方向軸線に沿って延びている中
央の孔には、燃焼室側の端部で、中心電極１１が配置されており、この中心電極
１１は、この実施例では、絶縁体の燃焼室側の端部で孔から突出している。図示
していない別の実施例では、中心電極１１は、絶縁体６の孔から突出しないよう
に配置されていてよい。中心電極１１の燃焼室とは反対側の端部には、絶縁体６
の孔内で、導電性のガラス溶融物（図示せず）が配置されており、このガラス溶
融物は、中心電極を、やはり絶縁体の中央の孔内に配置されている接続スタッド
（図示せず）に結合させる。金属製のケーシングの燃焼室側の端部には、さらに
、１つまたは複数のアース電極９が配置されている。接続スタッド、導電性のガ
ラス溶融物および中心電極を介して点火プラグの燃焼室側の端部に到達した電気
的エネルギによって、中心電極と１つまたは複数のアース電極との間で火花が飛
び、この火花が、燃焼室内に存在する燃料・空気混合物に点火する。

【０００７】 中心電極１１の表面上の点とアース電極の表面上の点との間に形成される最短
の間隔を有する間隙１３は、火花ギャップ１３と呼ばれる。

【０００８】 図２に、中心電極の燃焼室側の端部の横断面図を概略的に示す。この中心電極
は、中心電極基体１１３を有しており、この中心電極基体１１３には、燃焼室側
の端部で、耐燃焼損耗性の領域１１５が配置されている。中心電極のこの耐燃焼
損耗性の領域１１５は、この場合、火花ギャップ１３の端部を形成しているので
、火花が直接的に中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５で飛ぶ。中心電極の耐燃
焼損耗性の領域１１５は、火花浸食および腐食に対する大きな耐性を有しており
、これにより、点火プラグの長期にわたる機能の耐久性が保証される。中心電極
のこの耐燃焼損耗性の領域１１５は、火花ギャップの方を向いた側の端面１１７
を有している。中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５が設けられていることによ
って、燃焼室側の端部での中心電極１１の腐食もしくは酸化が最低限になるよう
保証される。中心電極基体１１３は、ニッケルもしくはニッケル合金からなって
おり、たいていの場合、銅芯を備えている。

【０００９】 中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５は、イリジウムおよびニッケルの成分を
有する合金から成っており、この場合、ニッケル成分は、有利には、１０原子％
より大きくなっている、つまり、Ｉｒ_{１００ - ｘ}Ｎｉ_ｘにおいて、有利には、１
０原子％＜ｘとなっている。

【００１０】 別の有利な実施例では、さらに、白金元素が、中心電極の耐燃焼損耗性の領域
１１５の合金成分として選択され、この場合、組成は、有利には次のように選択
される：Ｉｒ_ｙＮｉ_ｘＰｔ_{１００ - ｙ - ｘ}［式中、１０原子％＜ｘ＜３０原子％お
よび１０原子％＜ｙ＜３０原子％］。さらに別の有利な実施例では、中心電極の
耐燃焼損耗性の領域１１５は、イリジウム−ニッケル−ロジウム合金から成って
おり、有利には次のような組成を有している。すなわち、：Ｉｒ_ｙＮｉ_ｘＲｈ_{１ ００ - ｙ - ｘ} ［式中、１０原子％＜ｘ＜３０原子％および５０原子％＜ｙ＜８０原
子％］を有している。

【００１１】 １０〜３０原子％の間のこの有利な高いニッケル含有量によって、中心電極の
耐燃焼損耗性の領域１１５および中心電極基体１１３の熱膨張係数が、大きな熱
負荷を受けている間、発生する機械的が応力が小さくなる程度に互いに近くなり
、ひいては中心電極の耐用年数が延びることが保証される。さらに、ニッケル成
分を高くすることによって、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５のコストは、
貴金属のみから成る耐燃焼損耗性の領域よりも低くなる。さらに、イリジウム−
ニッケル−白金合金およびイリジウム−ニッケル−ロジウム合金は、イリジウム
−ニッケル合金より高い耐酸化性を有している。

【００１２】 図３に、中心電極の燃焼室側の端部の別の実施例の概略的な横断面図を示す。
この場合もやはり、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５は、中心電極基体１１
３の燃焼室側の端部に配置されている。しかし、中心電極基体１１３の、火花ギ
ャップ側の端面１１９の直径が、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５の直径よ
りも大きくなっているので、中心電極基体１１３から中心電極の耐燃焼損耗性の
領域１１５への移行部に、段部が存在する。中心電極１１もしくは中心電極基体
１１３の耐燃焼損耗性の領域１１５の組成は、図２に基づき説明した実施例の組
成と同様に選択される。

【００１３】 図４に、本発明による点火プラグのための中心電極のさらに別の実施例の横断
面図を概略的に示す。図３に示した中心電極に対して、この場合は、中心電極の
耐燃焼損耗性の領域１１５が、中心電極基体１１３の火花ギャップ側の端面１１
９を越えて突出していてかつ中心電極基体１１３内に突入している。同様に、本
発明による点火プラグのための中心電極のさらに別の実施例を示した図５では、
中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５は、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５
の、火花ギャップの方を向いた端面１１７が中心電極基体１１３の火花ギャップ
側の端面１１９と同一平面を形成するように、中心電極基体１１３内に突入して
いる。

【００１４】 図６ａには、中心電極１１のさらに別の実施例の横断面図を概略的に示す。こ
の場合、耐燃焼損耗性の領域１１５は円筒形状を有するように配置されており、
中心電極基体１１３の、軸方向の円筒形の容積は、中心電極１１の燃焼室側の端
部にまで続いている。したがって、耐燃焼損耗性の領域１１５は、中心電極１１
の周面での領域を、中心電極１１の燃焼室側の端部に形成する。したがって、図
６ｂに示したような中心電極１１を上から見た図では、中心電極基体１１３が中
央の円を形成し、耐燃焼損耗性の領域１１５がこの中央の円を囲んで延びる円形
リングを形成している。耐燃焼損耗性の領域のこのような配置は、特に、火花が
中心電極１１で半径方向に飛ぶ場合に、つまり、中心電極１１の表面上の一点と
アース電極９の表面上の一点との間の最短の接続経路に属している中心電極１１
の表面上の点が、中心電極の燃焼室側の周面上に存在しているように火花ギャッ
プ１３が延びている場合に有利である。このような火花ギャップ１３の延びは、
たとえば、図８に示すように、アース電極９が中心電極１１の側方に配置されて
いる場合に得られる。別の実施例では、中心電極が絶縁体６の側方に配置されて
おり、これによって、火花は、絶縁体の燃焼室側の端面上を中心電極１１に向か
って滑る。さらに別の実施例では、図６ｃに概略的な横断面図を示したように、
耐燃焼損耗性の領域１１５は、図６ａに示した実施例と同様に、中心電極１１の
燃焼室側の端部に直接的には設けられておらず、中心電極１１の燃焼室側の端部
から規定された間隔をおいて位置している。

【００１５】 図４、図５および図６に示した中心電極１１は、その耐燃焼損耗性の領域１１
５およびその中心電極基体１１３で、図２に示した実施例と同じ組成を有してい
る。

【００１６】 図２から図６までに示した中心電極は、有利な実施例では、中心電極の耐燃焼
損耗性の領域１１５を中心電極基体１１３の燃焼室側の端面にレーザ溶接または
抵抗溶接によって被着することにより製造される。また、中心電極の耐燃焼損耗
性の領域１１５が、中心電極基体１１３の火花ギャップ側の端面１１９を越えて
中心電極に突入している場合にも、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５は溶接
によって被着され、この場合、中心電極基体１１３に凹部が設けられて、この凹
部に中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５が挿入され、その後、溶接される。こ
のように溶接によって中心電極を製造するのと同様に、さらに別の実施例では、
中心電極は、耐燃焼損耗性の領域１１５を中心電極基体１１３上にろう接によっ
て被着することにより製造される。

【００１７】 さらに別の実施例では、中心電極１１は押し出しによって製造され、場合によ
っては、押し出しによって製造されたこの中心電極の、燃焼室側の端部が、さら
にたとえば切削加工法により加工される。これにより、中心電極の燃焼室側の端
部の端面の少なくとも一部が、耐燃焼損耗性の領域１１５によって形成されるよ
うになる。

【００１８】 図２から図６までに示した中心電極は、中心電極基体１１３の燃焼室側の端部
および／または中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５の燃焼室側の端部が円錐形
に先細になっているように形成されていてもよい。

【００１９】 図７に、アース電極９の、火花ギャップの方向に向かう端部の側面図を概略的
に示す。このアース電極は、アース電極基体９３を有しており、このアース電極
基体９３には、火花ギャップの方向に、アース電極の耐燃焼損耗性の領域９５が
配置されている。このアース電極の耐燃焼損耗性の領域９５は、中心電極の耐燃
焼損耗性の領域１１５と同様に、火花が飛ぶ面を有している。さらに、アース電
極の耐燃焼損耗性の領域９５もやはり、火花浸食および腐食に対する高い耐性を
有していなくてはならない。アース電極の耐燃焼損耗性の領域９５の、火花ギャ
ップの方向に向かう端面９７は、アース電極の耐燃焼損耗性の領域９５の別の表
面に比べ、より大きな面を有している。アース電極基体９３の組成は、中心電極
基体１１３の、図２に基づき説明した組成に対応している。アース電極の耐燃焼
損耗性の領域９５の組成は、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５の、図２に基
づき説明した組成に相当する。

【００２０】 図８に、本発明による点火プラグのアース電極の別の実施例の側面図を示す。
ここでは、さらに、中心電極１１の燃焼室側の端部および絶縁体６の燃焼室側の
端部の側面図が概略的に明らかになっている。この実施例では、アース電極の耐
燃焼損耗性の領域９５が、アース電極の別の端面に配置されている。それという
のは、アース電極および中心電極のこのような互いの配置によって、アース電極
基体９３の、火花ギャップの方向に向う端面９９が別の面で得られるからである
。アース電極の耐燃焼損耗性の領域９５の組成は、この実施例でも、図２に基づ
き説明した、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５の組成に対応している。

【００２１】 図２から図６に基づき説明した、中心電極の耐燃焼損耗性の領域１１５を形成
する態様と同様に、アース電極９での耐燃焼損耗性の領域９５の形成もしくは被
着が行われる。アース電極の耐燃焼損耗性の領域９５は、アース電極の平らな表
面９９に被着される、もしくは火花ギャップの方向に位置する端面に設けられた
凹部内に挿入される。アース電極９の製造は、別の実施例では、中心電極と同様
に、レーザ溶接または抵抗溶接、ろう接もしくは押し出しによって行われる。ア
ース電極９も、アース電極および／またはアース電極基体９３の、円錐形に先細
になっている耐燃焼損耗性の領域９５を有していてよい。

【００２２】 耐燃焼損耗性の領域は、少なくとも１つのアース電極９または中心電極１１に
配置されていてよく、もしくは少なくとも１つのアース電極および中心電極１１
に配置されていてよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による点火プラグの、燃焼室側の端部の側面図である。

【図２】 本発明による点火プラグの中心電極の実施例の、燃焼室側の端部を概略的に示
した横断面図である。

【図３】 本発明による点火プラグの中心電極の別の実施例の、燃焼室側の端部を概略的
に示した横断面図である。

【図４】 本発明による点火プラグの中心電極のさらに別の実施例の、燃焼室側の端部を
概略的に示した横断面図である。

【図５】 本発明による点火プラグの中心電極のさらに別の実施例の、燃焼室側の端部を
概略的に示した横断面である。

【図６ａ】 本発明による点火プラグの中心電極のさらに別の実施例の、燃焼室側の端部を
概略的に示した横断面図である。

【図６ｂ】 図６ａに示した本発明による点火プラグの中心電極の、燃焼室側の端部を上か
ら見た概略図である。

【図６ｃ】 本発明による点火プラグの中心電極のさらに別の実施例の、燃焼室側の端部を
概略的に示した横断面図である。

【図７】 本発明による点火プラグのアース電極の、火花ギャップの方向に向けられた端
部を側面から見た概略図である。

【図８】 本発明による点火プラグの中心電極およびアース電極の、燃焼室側の端部を側
面から見た概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス フラストニーク ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト リ ストシュトラーセ 46 (72)発明者 ディートリッヒ トラハテ ドイツ連邦共和国 レオンベルク ホフマ ンシュトラーセ 58 (72)発明者 クラウス ツェルヴィンスキー ドイツ連邦共和国 イッギンゲン シュト ゥルツェッカーシュトラーセ 46 Ｆターム(参考） 5G059 AA04 DD11 EE11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のための点火プラグであって、少なくとも２つの電
   極（９，１１）が設けられており、これらの少なくとも２つの電極（９，１１）
   のうちの一方が、少なくとも１つの中心電極（１１）であって、少なくとも２つ
   の電極（９，１１）のうちのもう一方の電極が、少なくとも１つのアース電極（
   ９）であり、この少なくとも１つのアース電極（９）と少なくとも１つの中心電
   極（１１）との間に火花ギャップ（１３）が形成され、少なくとも２つの電極（
   ９，１１）のそれぞれが、電極基体（９３，１１３）を有しており、少なくとも
   １つの電極が、耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）を有しており、この耐燃焼
   損耗性の領域（９５，１１５）が、電極の、火花ギャップの方に向けられた側の
   端面（９７，１１７）の少なくとも一部を形成している形式のものにおいて、 耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）が、少なくともイリジウム元素およびニ
   ッケル元素を有する合金から成っていることを特徴とする、内燃機関のための点
   火プラグ。
2. 【請求項２】 イリジウム元素およびニッケル元素を有する合金のニッケル
   成分が、１０原子％よりも大きい、請求項１記載の点火プラグ。
3. 【請求項３】 耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）の合金が、イリジウム
   −ニッケル−白金合金であり、この合金が、組成Ｉｒ_ｙＮｉ_ｘＰｔ_{１００ - ｙ - ｘ} を有していて、この場合、１０原子％＜ｘ＜３０原子％および１０原子％＜ｙ＜
   ３０原子％である、請求項１記載の点火プラグ。
4. 【請求項４】 耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）の合金が、イリジウム
   −ニッケル−ロジウム合金であり、この合金が、組成Ｉｒ_ｙＮｉ_ｘＲｈ_{１００ -
   ｙ - ｘ}を有していて、この場合、１０原子％＜ｘ＜３０原子％および５０原子％
   ＜ｙ＜８０原子％である、請求項１記載の点火プラグ。
5. 【請求項５】 耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）の少なくとも一部が、
   火花ギャップの方向で、電極基体の、火花ギャップ側の端面（９９，１１９）を
   越えて突出している、請求項１記載の点火プラグ。
6. 【請求項６】 耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）が、１〜０．２ｍｍの
   高さを有している、請求項１記載の点火プラグ。
7. 【請求項７】 耐燃焼損耗性の領域（９５，１１５）が、２ｍｍまでの直径
   を有している、請求項１記載の点火プラグ。