KR20110021852A

KR20110021852A - 내연기관용 스파크 점화장치 및 이러한 스파크 점화장치용 스파킹 팁

Info

Publication number: KR20110021852A
Application number: KR1020107027393A
Authority: KR
Inventors: 제임즈 디. 라이코우스키
Original assignee: 페더럴-모굴 이그니션 컴퍼니
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2011-03-04
Also published as: JP2011521428A; WO2009143095A2; US7969078B2; CN102099977A; US20090284117A1; EP2294664A4; EP2294664A2; WO2009143095A3; CN102099977B

Abstract

팔라듐, 이리듐, 로듐 및 루데늄중 적어도 하나로부터 선택된 귀금속 원소의 적어도 3 wt.%가 추가된 AuPd 합금으로부터 구성된 전극 스파킹 팁을 갖는 스파크 점화 장치가 제공된다. 금은 팔라듐의 산화물에 대응하고 추가된 원소는 사용중 연속 구성요소와의 함금에 고온 및 높은 강도의 기계적 특성 및 내구성을 스파킹 팁에 제공한다.

Description

내연기관용 스파크 점화장치 및 이러한 스파크 점화장치용 스파킹 팁{SPARK IGNITION DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND SPARKING TIP THEREFOR}

본 발명은 일반적으로 내연기관에 대한 스파크 플러그와 같은 스파크 점화 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 이러한 장치의 스파킹 전극의 스파킹면을 제조하는데 사용되는 합금에 대한 것이다.

다양한 귀금속 합금은 스파크 플러그 전극의 스파킹면을 위해 사용된다. 이러한 귀금속 엘리먼트의 일부는 다른 것 보다 덜 비싸지만 때로 보다 덜 저렴한 합금 대안물을 사용하여 달성될 수 있는 특성 면에서 때로 감수해야 할 부분이 있다. 예를 들어, 팔라듐은 비교적 저비용의 원소이지만, 스파크 플러그 스파킹면의 동작 환경에서 산화하는 것이 발견되었다. 예를 들어, 레늄-팔라듐 또는 플라티늄-팔라듐-이리듐 합금으로부터 제조된 스파킹면에 사용된 팔라듐은 사용중 산화하는 것으로 밝혀졌다.

금에 팔라듐을 합금시키는 것은 스파크 플러그 전극의 동작 환경에서 팔라듐의 산화를 완화시키는 효과를 얻을 수 있다는 것이 발견되었다. 그러나, 공지된 팔라듐-금 합금(예를 들어, Au40Pd)의 기계적 특성은 현대 스파킹 표면 애플리케이션에서 확장된 사용에는 너무 부드럽고 약하다고 생각되고 있다. 또한, 공지된 팔라듐-금 합금 재료는 납과 같은, 동작 환경에서 존재하는 연소 구성요소와 합금되기 쉬워 사용시 상술된 합금 재료가 열화된다.

본 발명의 하나의 특징에 따라, 플라티늄, 이리듐, 로듐 및 루데늄중 적어도 하나로부터 선택된 적어도 3 wt.%의 귀금속 원소의 첨가물과의 AuPd 합금으로부터 제조된 전극 스파킹 팁을 갖는, 스파크 플러그와 같은 스파크 점화 장치가 제공된다. 금은 팔라듐의 산화물과 상호작용하고 추가되는 원소는 사용 동안 연소 구성요소와의 합금에 고온 기계 특성 및 내구성을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, Au는 스파킹 팁의 적어도 10 wt.%를 구성한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, AuPd 합금은 스파킹 팁의 적어도 40 wt.%을 구성하고, 추가되는 귀금속 원소가 그 차이를 구성한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상술된 AuPd 및 Pt, Ir, Rh 및/또는 Ru 합금은 (약 30 wt.%에 이르는) Ni과 같은 비귀금속으로 희석될 수 있고, 일함수를 낮추기 위한 소량의 W(1-4 wt.%)의 첨구물을 포함하고, 옵션으로, 그레인 안정화를 위해 Zr, Y, La, Hf, Ta와 같은 하나 이상의 반응성 원소를 소량, 0.01 - 0.2 wt.%에서 포함한다.

본 발명의 특징 및 장점은 다음의 바람직한 실시예 및 최상의 모드의 상세한 설명, 첨부된 청구범위 및 첨부된 도면을 통해 보다 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 전극 스파킹 팁을 가진 점화 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 테두리 영역(2)의 확대도이다.

보다 상세하게 말하면, 도 1은 내연기관내의 연료/공기 혼합물을 점화하는데 사용되기 위한 본 발명의 하나의 바람직한 특징에 따라 구성된 스파크 점화장치(10)를 설명한다. 이러한 예시된 스파크 점화 장치(10)는 스파크 플러그의 형태로 도시되었지만, 본 발명은 예를 들어, 글로우 플러그와 같은 다른 점화 장치를 포함한다. 이러한 점화 장치(10)는 공지된 방식으로 알루미늄 산화물 또는 다른 적합한 전기 절연재로 제조된 환형 세라믹 절연체(12)를 포함한다. 절연체(12)는 상위 터미널 단부(16)와, 중심 전극(20)이 배치된 하위 노즈 또는 코어 단부(18) 사이에 길게 뻗은 중앙 통로(14)를 갖고 있다. 중심 전극(20)은 그 자유 단부에서, 이후로, 스파킹 팁(21)로 불리는 스파킹면을 갖고 있다. 전기 도전성 금속 셀(22)는 절연체(12)의 하위부 및 중간부 둘레에 밀봉되어 배치되어 있고 다양한 합금강과 같은 임의의 적합한 금속으로 제조될 수 있고, 공지된 방식으로 Zn 또는 Ni 베이스 합금 코팅등으로 코팅될 수 있다. 이러한 셀(22)은 다수의 형상, 크기 및, 예를 들어, 도면에 도시된 스탠더드 단일 L형상의 구성과 같은 구성을 가질 수 있는 적어도 하나의 그라운드 전극(24)을 포함할 수 있다. 이러한 그라운드 전극(24)은 중심 전극(20)의 스파킹 팁(21)으로부터 스파크 갭(26)을 가로질러 이격된, 스파킹 팁(25)으로 불리는 적어도 하나의 그라운드 전극 스파킹면을 갖고 있다. 스파킹 팁(21, 25)의 적어도 하나는 플라티늄, 이리듐, 로듐 및 루데늄중 적어도 하나가 적어도 3 wt.%로 추가된 AuPd 합금으로 구성된다. 금은 팔라듐의 산화에 대응하고 추가된 원소는 상요중 연소 구성요소와의 합금에, 필요한 고온 기계 특성 및 내구성을 더한다.

전기 구성 터미널 스터드(28)는 중심 전극(20)의 상위 단부(34)와 하위 단부(32) 사이에 배열된 레지스터층(30)에 인접하여 배치된 터미널 스터드(28)의 자유 하위 단부(32)를 가지고 절연체(12)의 중앙 통로(14)내에 배치되어 있다. 도전성 글래스 실(36, 38)은 스터드(28) 및 중심 전극(20) 각각으로부터 레지스터층(30)을 분리한다. 이러한 레지스터층(30)은 전자파(EMI)를 억제하기 위해 이러한 애플리케이션에서 사용된 임의의 적합한 조성물로부터 제조될 수 있다. 이러한 터미널 스터드(28), 상위 글래스 실(36), 레지스터층(30), 하위 글래스 실(38) 및 중심 전극(20)은 전기 통로를 제공하고, 셀(22) 및 그라운드 전극(24)은 스파크 갭(26)을 가로질러 전기 통로로부터 이격된 그라운드 경로를 제공한다.

스파킹 팁(21, 25)의 적어도 하나 또는 양측은 AuPd 기반 합금으로 구성되고, 중심 전극(20) 및 그라운드 전극(24)은 스파킹 팁(21, 25)을 구성하는데 사용되는 것 이외의 재료로 제조될 수 있다. 양측 스파킹 팁(21, 25)이 AuPd 기반 합금으로 구성되었다면, 이들은 동일하거나 상이한 AuPd 기반 합금 조성물일 수 있다. 설명된 바와 같이, 스파킹 팁(21, 25)은 용접에 의한 것과 같이, 각각 중심 전극 및 그라운드 전극(20, 24)에 도전성 결합되어 있다. 스파킹 팁(21, 25)의 부착의 메커니즘은 임의의 적합한 부착 메커니즘을 사용하여 실행될 수 있고, 스파킹 팁(21, 25)의 형상은 필요한대로, 디스크, 실린더, 리벳, 바 또는 다른 형상과 같이, 설명되거나 도시된 것 이외의 형상을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

AuPd 기반 합금은 리드와 같이, 공통 연소 구성요소의 존재하에서 AuPd 구성요소가 더 합금처리되거나 파열되는 것을 방지하는 것은 물론, 현대 스파킹면 애플리케이션에 적합한 레벨까지, 고온 성능 특성을 증가시키고 최종 스파킹 팁 재료의 기계적 강도를 증가시키도록 적어도 하나의 귀금속으로 사전합금처리된다. 최종 스파킹 팁 재료의 기계적 강도를 증가시키고 원치않는 합금처리를 예방하거나 금하기 위해 효과적인 것으로 발견된 귀금속은 팔라듐(Pt)이다. 55 wt.%의 Au, 40 wt.%의 Pd 및 5 wt.%의 Pt의 합금; 50 wt.%의 Au, 30 wt.%의 Pd 및20 wt.%의 Pt의 합금; 및 50 wt.%의 Au, 40 wt.%의 Pd 및 10 wt.%의 Pt의 합금은 사용시 합금에, 요구되는 기계적 강도 및 내구성을 제공하면서 스파크 플러그에 대한 저비용의 스파킹 킵 재료인 것으로 판명되었다. 일반적으로, Pt는 약 1.5:1의 비로 합금되는 AuPd 의 합금에 3-50 wt.%, 5-20 wt.% 또는 5-10 wt.%의 범위에서 추가될 수 있지만, 0.25;1 내지 2:1의 AuPd 합금비도 역시 고려된다.

본 발명의 추가 특징에 따라, Pt와 조합하여 또는 Pt 대신에 Ir, Rh 및/또는 Ru와 같은 하나 이상의 추가 귀금속이 AuPd 합금에 추가될 수 있다. 예를 들어, 46 wt.%의 Pt, 34 wt.%의 Pd, 10 wt.%의 Au 및 10 wt.%의 Ir의 합금이 스파킹 플러그의 스파킹 팁에 대한 효과적인 합금인 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 또 다른 특징에 따라, 이러한 합금은 Ni와 같은 비 귀금속으로 희석될 수 있고 일함수를 낮추기 위해 소량의 W(1 내지4 wt.%)를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 이러한 합금은 합금을 위한 그레인 안정기로서 0.01 내지 0.2 wt.%로 Zr, Y, La, Hf 또는 Ta와 같은 소량의 하나 이상의 반응성 원소와 추가 합금처리될 수 있다.

본 발명의 추가 특징에 따라, 스파킹 팁(21, 25)은 Pt, Ir, Rh 또는 Ru 중 적어도 하나와 조합하여 10 wt.% 보다 큰 Au 내용물 및 5 wt.%보다 큰 Pd 내용물을 갖는 AuPd 기반 합금으로 제조될 수 있다. 이러한 재료는 상술된 바와 같이 하나 이상의 반응성 원소와 선택적으로 합금처리되는 것은 물론, 상술된 바와 같이 소량의 W로 추가 합금처리될 수 있다.

본 발명의 많은 수정 및 변형이 상기 설명에서 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위내에서, 구체적으로 설명되는 것 이외의 방식으로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 상술된 실시예에 의해서 한정되는 것이 아니고, 궁극적으로 임의의 허용된 청구범위에 의해 한정된다.

Claims

대략 환형상의 세라믹 절연체;
상기 세라믹 절연체의 적어도 일부를 둘러싸는 금속 셀;
상기 금속 셀에 동작가능하도록 부착된 그라운드 전극;
중심 전극; 및
상기 그라운드 전극 또는 상기 중신 전극은 플라티늄, 이리듐, 로듐 및 루데늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 귀금속 원소가 적어도 3 wt.% 추가된 AuPd 합금으로 구성된 스파킹 팁을 갖고 있고,
상기 중심 전극 및 상기 그라운드 전극은 스파크 갭을 제공하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제1항에 있어서, 상기 Au는 상기 그라운드 전극 스파킹 팁 또는 상기 중심 전극 스파킹 팁중 적어도 하나의 적어도 10 wt.%를 구성하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제2항에 있어서, 상기 AuPd 합금은 상기 스파킹 팁의 적어도 40 wt.%을 구성하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 귀금속은 상기 그라운드 전극 스파킹 팁 또는 상기 중심 전극 스파킹 팁중 적어도 하나의 밸런스를 구성하는 플라티늄으로서 제공된 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제3항에 있어서, 상기 Au는 상기 그라운드 전극 스파킹 팁 또는 상기 중심 전극 스파킹 팁중 적어도 하나의 적어도 30 wt.%를 구성하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제5항에 있어서, 상기 Au는 상기 그라운드 전극 스파킹 팁 또는 상기 중심 전극 스파킹 팁중 적어도 하나의 적어도 40 wt.%를 구성하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 귀금속은 상기 스파킹 팁의 밸런스를 구성하는 플라티늄으로서 제공된 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제1항에 있어서, 상기 AuPd 합금 및 상기 적어도 하나의 귀금속 원소는 비귀금속에 의해 희속되는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제8항에 있어서, 상기 비귀금속은 적어도 부분적으로 Ni로서 제공되는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제1항에 있어서, 상기 스파킹 팁은 1-4 wt.% W 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
제1항에 있어서, 상기 스파킹 팁은 Zr, Y, La, Hf 및 Ta로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 점화 장치.
스파크 점화 장치용 스파킹 팁으로서,
플라티늄, 이리듐, 로듐 및 로데늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 귀금속 원소이 적어도 3 wt.% 추가된 AuPd 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제12항에 있어서, 상기 Au는 상기 스파킹 팁의 적어도 10 wt.%를 구성하는 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제13항에 있어서, 상기 AuPd 합금은 상기 스파킹 팁의 적어도 50 wt.%를 구성하는 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 귀금속은 상기 스파킹 팁의 밸런스를 구성하는 플라티늄으로서 제공된 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제14항에 있어서, 상기 스파킹 팁의 적어도 30 wt.%가 Au 로 구성된 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제16항에 있어서, 상기 스파킹 팁의 적어도 50 wt.%가 Au로 구성된 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제17항에 있어서, 상기 스파킹 팁의 적어도 30 wt.%는 Pdfh 구성되어 있고 상기 적어도 하나의 귀금속은 상기 스파킹 팁의 밸런스를 구성하는 플라티늄으로서 제공된 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제12항에 있어서, 상기 AuPd 합금 및 상기 적어도 하나의 귀금속 원소는 비귀금속에 의해 희석되는 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.
제19항에 있어서, 상기 비귀금속은 적어도 부분적으로 Ni로서 제공되는 것을 특징으로 하는 스파킹 팁.