DE3730627A1

DE3730627A1 - Mittelelektrodenanordnung fuer eine zuendkerze

Info

Publication number: DE3730627A1
Application number: DE19873730627
Authority: DE
Inventors: Akio Sakura; Mitsutaka Yoshida; Junichi Kagawa
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1988-03-24
Also published as: US4814665A; DE3730627C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Mittelelektrodenanordnung für eine Zündkerze, mit einem elektrisch leitfähigen Kern, der in einem oxidations- und wärmebeständigen Überzug eingeschlossen ist; die erfindungsgemäße Mittelelektrodenanordnung soll insbesondere thermische Verformungen auf Grund hoher Umgebungstemperatur vermeiden.

Bei einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor ragt das eine Ende der Mittelelektrode in die Brennkammer und ist daher für einen langen Zeitraum einer starken Erhitzung und Oxidation ausgesetzt.

Um dieser Hitzeeinwirkung und Oxidation zu widerstehen, besteht die Mittelelektrode aus einem auf Kupfer basierenden Kern und aus einem Überzug auf der Basis von Platin oder Nickel; dieser Überzug wird durch Extrusion aufgebracht, um eine gute elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig eine gute Oxidations- und Hitzebeständigkeit zu erreichen. Dieser Überzug wird vorher gereinigt und während einer Stunde bei 650°C gealtert; gleichzeitig wird der Kern ebenfalls gereinigt und ent zundert. Der so abgebeizte oder entzunderte Kern wird in den Überzug oder die Umhüllung luftdicht unter Druck eingepaßt und bei 930°C während 1,5 Stunden unter einer Schutzgasatmosphäre gehalten, um eine Diffusion zwischen dem Kern und dem Überzug zu ermöglichen.

Die so hergestellte Mittelelektrode wird jedoch auf Grund des Überzugs auf der Basis von Platin relativ teuer, und zusätz lich verformt sich die Mittelelektrode auf Grund thermischer Ausdehnungsunterschiede unter thermischer Spannung, so daß der Elektrodenabstand vom Normalwert abweicht und zu schlech ten und instabilen Zündeigenschaften führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mittelelektrodenanordnung zu schaffen, die thermische Ausdeh nungsunterschiede zwischen dem Kern und dem Überzug absorbieren kann, um eine unbeabsichtigte Verformung zu vermeiden und so bei relativ geringen Kosten eine dauerhafte, gute und stabile Zündwirkung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zündkerze,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode im vergrößerten Maßstab gegenüber Fig. 1 und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode bei der Herstellung in einem Extruder.

Gemäß Fig. 1 weist eine Zündkerze 1 einen rohrförmigen Isola tor 2 aus Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, mit einer abge stuften Schulter 12 auf, so daß eine im Durchmesser reduzierte obere Bohrung 13 gebildet wird, die mit einer Axialbohrung 3 in Verbindung steht. Im Isolator 2 befindet sich eine Mittelelektrode 5 mit einem Flansch 14, der mit der Schulter 12 in Eingriff steht. Das untere Ende der Mittelelektrode 5 ist ge genüber dem Ende des Isolators 12 verlängert und ragt nach außen, d. h. nach dem Einbau in eine Verbrennungsmaschine in eine Brennkammer. Am oberen Ende der Mittelelektrode 5 sind eine elektrisch leitfähige Glasdichtung 6, ein elektrischer Widerstand 7 sowie ein Anschluß 8 gegenüber einer Temperatur von 800 bis 1100°C thermisch isoliert.

Die Mittelelektrode 5 hat einen etwas verlängerten Kern 9, dessen gesamte Außenfläche mit einer Oxidationsschicht 10 ver sehen ist. Ferner ist eine Umhüllung 11 als Überzug vorgesehen. Der Kern 9 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, um die elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen, während der Überzug 11 aus einer hitze- und oxidationsbeständigen Nickel legierung besteht. Die Kupferlegierung enthält vorzugsweise von 0,01 bis 1,0 Gew.-% mindestens eines der folgenden Elemente: Aluminium, Silicium, Mangan, Titan, Zirkon und/oder Chrom. Die Nickellegierung enthält vorzugsweise Silikon, Chrom, Mangan, Aluminium und/oder Eisen.

Die Mittelelektrode 5 wird folgendermaßen hergestellt:
Zunächst wird der Kern 9 gesäubert und bei 300°C während mehr als 1 Stunde gealtert; alternativ kann der Kern 9 auch in ein Flüssigkeitsgemisch von Natriumhypochlorid (NaClO - 100 g) und Natriumhydrat (NaOH - 100 g) in 1 Liter Wasser eingetaucht und bei 70 bis 100°C gehalten werden. Durch diese Behandlung er hält man auf der gesamten Oberfläche eine Oxidationsschicht 10 von vorgegebener Dicke. Danach wird der Kern 9 mit der Oxidationsschicht 10 insgesamt in den Überzug 11 eingeschlossen, und danach wird der Kern zusammen mit dem Überzug 11 gemäß Fig. 3 einstückig von einer Maschine extrudiert, die eine äußere Form 15 und einen Dorn 16 aufweist, um die Mittelelektrode 5 zu bilden; dabei wird die Dicke T der Oxidationsschicht 10 beispielsweise auf 1,0 µm eingestellt.

Die Dicke der Oxidationsschicht 10 kann im Bereich von 1,0 bis 10,0 µm liegen, da eine sehr dünne Schicht die Diffusion zwischen der Nickellegierung und der Kupferlegierung durch die Schicht ermöglicht; die genaue Bestimmung der Dicke ist jedoch schwierig. Wenn die Schicht jedoch 10 µm übersteigt, so verringert sich die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Über zug und dem Kern und damit die Hitzebeständigkeit der Mittelelektrode und der Zündkerze insgesamt.

Diese Mittelelektrode 5 ragt in die Brennkammer, in der eine hohe Temperatur und stark korrosive Umgebungsbedingungen wäh rend des Betriebs des Motors herrschen. Dabei verformen sich der Kern 9 und der Überzug 11 jeweils unabhängig auf Grund der Unterschiede der thermischen Expansionskoeffizienten.

Dieser Unterschied der Expansionskoeffizienten zwischen dem Kern 9 und dem Überzug 11 wird jedoch ausreichend durch die Oxidationsschicht 10 absorbiert, so daß eine nachteilige Ver formung der Mittelelektrode 5 vermieden wird; dadurch wird der erforderliche Elektrodenabstand dauerhaft sichergestellt und damit eine lange Betriebsdauer gewährleistet.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Lebensdauer der Mittelelektrode gegenüber nachteiligen Umgebungsbedingungen in einer Brennkammer in Abhängigkeit von der Zugabe anderer Elemente zu dem auf Kupfer basierenden Kern und in Abhängigkeit von der Dicke der Oxidationsschicht. In dieser Tabelle werden hitzebeständige Nickellegierungen mit beispielsweise 1 bis 2 Gew.-% Silizium oder Chrom als Überzüge für die erfindungs gemäßen Proben eingesetzt; gleichzeitig werden Kupfer oder Kupferlegierungen für die Kerne der Proben verwendet, wobei sich Oxidationsschichten unterschiedlicher Dicke ausbilden.

Als Vergleichsbeispiel wird eine übliche Elektrode aus oxida tionsfreiem Kupfer (unter der Bezeichnung OFC) aufgeführt. Wie sich aus der Tabelle ergibt, können die Kerne aus einer Kupferlegierung mit Oxidationsschichten von 3 µm Dicke selbst über 1000 Stunden ohne abnormale Verformung betrieben werden.
C

Tabelle

Die Mittelelektrode 5 wird daher nicht abnorm verformt, so daß sich keine Änderung des Elektrodenabstandes (Zündspalt) ergibt: der thermische Ausdehnungsunterschied zwischen dem Kern 9 und dem Überzug 11 wird vorzugsweise durch die Oxidationsschicht 10 aufgenommen, so daß sich eine Verlängerung der Betriebsdauer ergibt.

Die Oxidationsschicht ist oxidations- und hitzebeständig, so daß kein besonderes Material für die Erfüllung dieser Eigen schaften erforderlich ist.

Claims

1. Mittelelektrodenanordnung für eine Zündkerze mit einem rohrförmigen Isolator (2), dessen Innenseite eine abge stufte Schulter (12) zur Ausbildung einer im Durchmesser reduzierten Bohrung (13) aufweist, einer Mittelelektrode (5) mit einem Flansch (14), die konzentrisch in dem Isolator (2) angeordnet ist, wobei der Flansch (14) mit der Schulter (12) in Eingriff steht und wobei das eine Ende der Mittelelektrode axial durch die Bohrung (13) ge führt ist und so aus dem Isolator (2) herausragt, wobei die Mittelelektrode (5) einen elektrisch leitfähigen Kern (9) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung aufweist, der in eine Umhüllung (11) aus einer oxidations- und wärmebeständigen Nickellegierung eingeschlossen ist, und wobei der Kern (9) auf seiner gesamten Außenfläche mit einer dünnen Oxidationsschicht (10) versehen ist, so daß er durch Extrusion über die Oxidationsschicht (10) mit dem Überzug (11) beschichtet ist.

2. Mittelelektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Oxidationsschicht (10) von 1,0 µm bis 10,0 µm beträgt.

3. Zündkerze, gekennzeichnet durch die Mittelelektroden anordnung nach Anspruch 1 oder 2.