DE69400504T2

DE69400504T2 - Zündkerze

Info

Publication number: DE69400504T2
Application number: DE69400504T
Authority: DE
Inventors: Roberto Rossi
Original assignee: Cooper Industries Italia SpA
Current assignee: Federal Mogul Italy SRL
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2014-04-30
Also published as: ES2092355T3; IT1270362B; ITTO930344A1; DE69400504D1; EP0625813A1; ITTO930344A0; EP0625813B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen für Verbrennungsmotoren mit gesteuerter Zündung.
Die Erfindung betrifft im einzelnen eine Zündkerze des Typs, die umfaßt:
einen äußeren röhrenförmigen Metallkörper,
ein röhrenförmiges isolierendes Element, das in dem Körper angeordnet ist,
eine Mittelelektrode, die sich durch das isolierende Element hindurch erstreckt und axial über das Ende des isolierenden Elements vorsteht, das in Funktion dem Brennraum zugewandt ist,
wenigstens eine Masseelektrode, die sich von dem äußeren Metallkörper auf die Seitenfläche des Abschnitts der Mittelelektrode zu erstreckt, der von dem Isolator vorsteht, und
ein ringförmiges Element, das um den vorstehenden Abschnitt der Mittelelektrode herum in elektrisch leitender Beziehung zu der Mittelelektrode angeordnet ist, so daß in Funktion der Funke bzw. die Funken zwischen dem ringförmigen Element und der Masseelektrode erzeugt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zündkerze dieses Typs zu schaffen, die sich für sehr langen Betrieb eignet (eine "langlebige" Zündkerze).
Es sind "langlebige" Zündkerzen bekannt, deren Masseelektroden sich so vom äußeren Metallkörper der Kerze erstrecken, daß sie der Abschlußfläche bzw. Stirnseite der Mittelelektrode in bekannter geometrischer Anordnung zugewandt sind. Schichten aus Edelmetall, normalerweise Platin oder einer Legierung derselben, sind auf diese Abschlußfläche der Mittelelektrode und den Teil der Masseelektrode, der ihr zugewandt ist, aufgeschweißt, und in Funktion wird der Funken zwischen diesen Schichten erzeugt.
Jedoch hat sich herausgestellt, daß der Einsatz von "langlebigen" Zündkerzen dieses Typs einige Nachteile aufweist. Wenn diese Zündkerzen insbesondere in Motoren eingesetzt werden, die vier Ventile pro Zylinder aufweisen, können die Schwingungen, denen sie in Funktion ausgesetzt sind, dazu führen, daß die Zündkerzen ihre Masseelektroden vollständig verlieren, die normalerweise an den äußeren Metallkörpern der Zündkerzen angeschweißt sind.
Um dieses Problem zu lösen, wurde in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 480 886 des Anmeldenden vorgeschlagen, ein ringförmiges Element, das aus einem Edelmetall oder einer Legierung desselben besteht, um den vorstehenden Abschnitt der Mittelelektrode herum in elektrisch leitender Beziehung zu der Mittelelektrode anzuordnen, so daß in Funktion der Funke bzw. die Funken zwischen dem ringformigen Element und der Masselektrode erzeugt werden.
Obwohl eine Lösung, wie sie eben beschrieben wurde, unter funktionellen Aspekt optimal ist, weist sie aufgrund des edlen Materials, das eingesetzt wird, den Nachteil hoher Kosten auf, der ein ernsthaftes Hindernis für die Massenherstellung bedeutet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine "langlebige" Zündkerze herzustellen, deren Kosten erheblich niedriger sind, wobei die eben beschriebenen funktionellen Merkmale und die Lebensdauereigenschaften beibehalten werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Zündkerze erfüllt, die die speziellen Eigenschaften aufweist, die in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt sind.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Eigenschaften erfolgt und lediglich als nichteinschränkendes Beispiel dient, wobei:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Zündkerze gemäß der Erfindung ist,
Fig. 2 ein teilweiser Axialschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Schnittansicht ist, die eine Variante der Zündkerze gemäß der Erfindung zeigt, und
Fig. 4 bis 6 Teilaxialschnitte weiterer Varianten der Zündkerze gemäß der Erfindung sind.
In Fig. 1 ist eine Zündkerze gemäß der Erfindung für einen Verbrennungsmotor allgemein mit 1 gekennzeichnet. Die Zündkerze umfaßt bekanntermaßen einen äußeren, röhrenförmigen Metallkörper 2, wobei ein Abschnitt desselben mit Außengewinde versehen ist.
Ein im wesentlichen röhrenförmiges Element 3 aus elektrisch isolierendem Material, normalerweise keramischen Material (Fig. 2), ist auf bekannte Weise in dem Körper 2 angeordnet. Ein Endabschnitt 3a des isolierenden Elementes steht axial über das Ende des Metallkörpers vor, das in Funktion dem Brennraum zugewandt ist.
Eine Mittelelektrode, die mit 4 gekennzeichnet ist, erstreckt sich durch einen Abschnitt des isolierenden Elementes 3 und steht axial über das Ende 3a des isolierenden Elementes vor.
Ein leitender Kern 5 ist ebenfalls in dem isolierendem Element 3 angeordnet; ein Ende dieses Kerns steht axial von dem isolierendem Element 3 vor und bildet einen elektrischen Anschluß 6.
Ein leitendes oder Widerstand aufweisendes Abdichtungsmastix, das in Fig. 2 mit 7 gekennzeichnet ist, befindet sich zwischen der Mittelektrode 4 und dem leitenden Kern 5 in dem isolierenden Element 3.
Ein ringförmiges Element aus Metallmaterial, auf das ein Rand 2a des Metallkörpers 2 umgeschlagen ist, ist mit 8 gekennzeichnet (Fig. 2). Das ringförmige Element 8, das beispielsweise aus einer Legierung auf Nickel- oder Kupferbasis besteht, weist eine Vielzahl integraler Ansätze 9 auf, die sich von seinem inneren Rand an gleichmäßig winklig beabstandeten Positionen auf den Endabschnitt 3a des Isolators zu erstrekken. Diese Ansätze bilden die Masselektroden der Zündkerze.
Als eine Alternative zu der in Fig. 2 dargestellten Lösung kann das ringförmige Element 8 mit den integralen Ansätzen 9, die als Elektroden wirken, am Ende des äußeren Metallkörpers 2 der Zündkerze beispielsweise durch Laserschweißen angeschweißt werden.
Bei der als Beispiel in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführung weist die Mittelelektrode 4 einen im wesentlichen scheibenförmigen Abschlußkopf 4a auf.
Ein ringförmiges Element, das durch ein Bimetall-Laminat gebildet wird, das aus einer ersten Schicht 10a aus Edelmetall und einer zweiten, dickeren Schicht 10b aus weniger teuerem Material, beispielsweise aus der Gruppe, die Nickel und/oder seine Legierungen mit Chrom, beispielsweise Inconel, umfaßt, besteht, ist mit 10 gekennzeichnet.
Das ringförmige Element 10 ist um die Mittelektrode 4 zwischen dem Kopf 4a derselben und dem Ende 3a des isolierenden Elementes 3 angeordnet (Fig. 2). Dieses ringförmige Element 10 kann einfach um die Elektrode herum gepaßt werden, und anschließend zwischen dem Kopf 4a derselben und dem Isolator 3 eingeklemmt werden, oder kann um den Schaft der Mittelelektrode 4 herum angeordnet und anschließend am Kopf 4a derselben angeschweißt werden.
Der Aufbau ist, wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, so, daß die Funken zwischen dem ringförmigen Element 10 und den Masselektroden 9 erzeugt werden.
Die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschriebene Lösung ermöglicht die Herstellung von "langlebigen" Zündkerzen, die sich für Strecken von 80 000 km oder mehr eignen, und bedarf einer außerordentlich geringfügigen und einfachen Abwandlung einer Zündkerze eines bereits bekannten Typs und der entsprechenden vorhandenen Fertigungsstraßen.
Bei der Variante in Fig. 3 ist die Mittelektrode 4 im allgemeinen zylindrisch und weist keinen Kopf an ihrem Endabschnitt auf, der dem Brennraum zugewandt sein soll. Um diese Mittelelektrode an dem isolierenden Element zu befestigen und zu ermöglichen, daß die Zündkerze eine lange Lebensdauer hat, wird ein ringförmiges Element 10, das aus einem Bimetall-Laminat besteht, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, um das Ende 4a der Elektrode 4 herum, das von dem isolierendem Element 3 vorsteht, angeordnet und angeschweißt.
Bei der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Variante ist das ringförmige Element 10 ebenfalls so angeordnet, daß in Funktion die Funken zwischen dem ringförmigen Element und den Masselektroden 9 erzeugt werden.
Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die Zündkerze 1 eine (oder mehrere) im wesentlichen bogenförmige Masseelektroden 19 umfaßt, die (beispielsweise durch Schweißen) an der ringförmigen Abschlußfläche des Metallkörpers 2 angebracht werden, wobei ihre Enden dem ringförmigen Bimetall-Laminatelement 10 zugewandt sind, das an der Mittelelektrode 4 angeschweißt ist.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Variante sind die Abschlußflächen der Masseelektroden 19 ebenfalls teilweise dem keramischen isolierenden Element 3 zugewandt, so daß die Kerze vom Teilflächen-Entladungstyp (partial-surface discharge type) ist.
Bei den Ausführungen in Fig. 1 bis 4 weist das ringförmige Bimetall-Laminatelement 10 einen geringeren Durchmesser auf als das Ende 3a des keramischen isolierenden Elementes 3.
Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungen, die den in Fig. 3 bzw. 4 dargestellten ähneln, wobei jedoch das Bimetall-Laminatelement 10 radial vom Ende 3a des isolierenden Elementes 3 vorsteht.
Bei diesen Lösungen ist besserer Wärmeschutz für das Ende bzw. die Spitze 3a des Isolators 3 gewährleistet, und sie verhindern die Bildung von Kohlenablagerungen auf dem isolierenden Element beim Kaltstart des Motors.
Das ringformige Element 10 kann durch das Heiß- oder Kaltausstanzen eines Bimetall-Laminats hergestellt werden; die Schicht aus Edelmaterial 10a ist beispielsweise zwischen 0,1 und 0,2 mm dick, und die Schicht 10b aus weniger teuerem Material ist beispielsweise zwischen 0,4 und 1 mm dick.
Die Schicht 10a kann aus Platin, Platin-Iridium, Gold, Gold- Palladium, Silber oder einer Legierung daraus bestehen.
Die Schicht 10b kann aus Nickel, Nickel-Chrom, oder Legierungen daraus, beispielsweise Inconel, bestehen.
Bei einer weiteren nichtdargestellten Ausführung kann das ringförmige Element 10 durch Abschnitte eines Rings oder durch einen Überzug eines Bimetall-Laminats, wie es bereits beschrieben wurde, ersetzt werden, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung erzielt wird.
Des weiteren kann natürlich durch den Aufbau des ringförmigen Elementes 10, wie er zuerst beschrieben wurde, die Gesamtdicke vergrößert werden, ohne daß die Kosten erheblich zunehmen, indem einfach die Dicke des Abschnitts 10b vergrößert wird, der aus relativ kostengünstigem Material besteht. Eine derartige Vergrößerung der Dicke des Elements 10 ermöglicht ein besseres und sichereres Anschweißen (beispielsweise mit Laser) des Elementes 10 an der Mittelelektrode 4 und verbessert gleichzeitig die Wärmeableitung der Mittelelektrode 4.
Natürlich können bei gleichbleibendem Prinzip der Erfindung die Ausführungsformen und Einzelheiten des Aufbaus in bezug auf die lediglich als nichteinschränkendes Beispiel beschriebenen und dargestellten erheblich abgewandelt werden, ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Zündkerze, die umfaßt:

einen äußeren, röhrenförmigen Metallkörper (2),

ein röhrenförmiges isolierendes Element (3), das in dem Körper (2) angeordnet ist,

eine Mittelelektrode(4), die sich durch das isolierende Element (3) hindurch erstreckt und axial über das Ende (3a) des isolierenden Elements (3) vorsteht, das in Funktion dem Brennraum zugewandt ist,

wenigstens eine Masseelektrode (9), die sich von dem äußeren Metallkörper (2) auf die Seitenfläche des Abschnitts der Mittelelektrode (4) zu erstreckt, der von dem Isolator (3) vorsteht, und

ein ringförmiges Element (10), das um den vorstehenden Abschnitt der Mittelelektrode (4) herum in elektrisch leitender Beziehung zu der Mittelelektrode (4) angeordnet ist, so daß in Funktion der Funke bzw. die Funken zwischen dem ringförmigen Element (10) und der Masseelektrode (9) erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (10) ein Bimetall-Laminat ist, das aus einer ersten Schicht (10a) aus Edelmetallmaterial und einer zweiten Schicht (10b) aus Nichtedelmetallmaterial besteht, wobei die Anordnung so ist, daß die erste Schicht (10a) näher an der wenigstens einen Masselektrode (9) ist als die zweite Schicht (10b).

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (10a) aus Edelmaterial aus Gold, Platin, Silber oder einer Legierung derselben besteht.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (10b) aus Nickel oder einer Legierung desselben besteht.

4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (10b) aus einer Nickel-Chrom-Legierung, insbesondere Inconel, besteht.

5. Zündkerze nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (10b) zwischen 0,4 und 1 mm dick ist.

6. Zündkerze nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (10a) zwischen 0,1 und 0,2 mm dick ist.

7. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (10) durch unterbrochene Abschnitte eines Bimetall-Laminatrings gebildet wird.

8. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (10) durch einen Bimetall-Laminat-Überzug gebildet wird.