HUT76207A - Spark plug - Google Patents

Description

A találmány tárgya a belsőégésű motorokban használatos gyújtógyertya, amely egy villamosán és termikusán vezető anyagú, egy csatlakozóeszközzel ellátott házból áll, amelynek belső üregében egy középelektródával ellátott gázzáró kerámia szigetelőtest van elhelyezve, és a szigetelőtestnek a ház végtartományából kinyúló süvegén a középelektróda és a ház végtartománya között szikraközöket meghatározó legalább egy gyűrűalakú segédelektróda van kiképezve

A belsőégésű motorok egyik problémája, hogy helyesen kell időzíteni az égéstérbe vagy égésterekbe bejuttatott üzemanyag-levegő keverék meggyújtását, és hogy a szikrának elég erősnek kell lennie, hogy meggyújtsa az üzemanyag• · · · • ·

-2levegő keveréket. Ha a gyulladás túl lassú vagy nem elég hatékony, nő az üzemanyagfogyasztás, ezzel növekszik a környezetszennyezés is, és csökken a motor hatásfoka.

A hagyományos gyújtógyertyák egy hengeres kerámia szigetelőtestet tartalmaznak, amely hermetikusan be van építve egy acélházba. Az acélház egyik végén menettel van ellátva, amellyel a gyújtógyertya a motorblokkban cserélhetően rögzíthető. A kerámia szigetelőtestbe egy axiális helyzetű középelektróda van beépítve. A középelektródát a szigetelőtest házában rögzítő fémcsavar szolgál a nagyfeszültség csatlakoztatására. A középelektróda fölött, villamosán és mechanikusan az acélházhoz csatlakozva egy testelektróda helyezkedik el. A közép- és a testelektróda egyaránt benyúlik a motor égésterébe.

Az így kialakított gyújtógyertya szikrakisülést hoz létre az elektródák között, aminek következtében folyamatosan erodálódik a középelektróda, és ezzel csökken a gyertya élettartama.

Más típusú gyújtógyertyáknak több, esetenként két vagy három testelektródája is van. A testelektródák hozzá vannak hegesztve a gyertya házához, és végeik a középelektróda felé hajlanak. Egyes kiviteleknél testelektródák a házzal közös, egyetlen darabként kialakítottak is lehetnek. A kopás miatt azonban az ilyen típusú gyújtógyertyák élettartama is csak korlátozott, emellett gyártásuk is nehézkes és költséges.

Az üzemanyag-levegő keverék hatékonyabb és gyorsabb meggyújtása, és ennek megfelelően a motor megbízhatóbb működése valósítható meg több szikrakisüléses gyertyákkal. Ezeknek a gyertyáknak általában legfeljebb három gyűrűalakú segédelektródája van. Ezek egymást követően sorban elhelyezkedő több szikraközt hoznak létre. A segédelektródák a közép- és a testelektróda között, a kerámia szigetelőtest egyik vége körül helyezkednek el. A többszikrás, időben elosztott villamos kisülés a gyúlékony üzemanyagkeverék legmagasabb koncentrációjánál tud létrejönni. Az ilyen gyertyákkal ezért nagyon sovány keverékek is meggyújthatók és elégethetők. Egy ilyen típusú, kiemelt részletében az 1. ábrán fetüntetett gyújtógyertyát ismertet az 1,465,582 számú US szabadalmi leírás. Ennél egy 23 középelektróda egy tető alakú fémkupakkal van ellátva. Az ugyancsak fémanyagú 22 segédelektródák gyűrűalakúak, és egy kerámia anyagú 20 szigetelőtest hengeres részén kialakított hornyokba rugalmasan bepattintva helyezkednek el. A 21 gyertyaház végén egy a 20 szigetelőtest felé behajló perem • · · ·

-3van kiképezve. Ezen ismert gyújtógyertyának több hátránya van. Üzem közben, 600-700°C üzemi hőmérsékleten, a 22 segédelektródákat alkotó fémgyűrűk elveszítik mechanikai előfeszítésüket. Mivel a kerámia anyagú 20 szigetelőtest rossz hővezető, nagy hőterterhelésük miatt a gyűrűk gyorsan elkopnak és elégnek. A gyertya 23 középelektródjának tetőalakú kupakja üzem közben ugyancsak könnyen túlhevül, mivel a kupak nincs megfelelő termikus kapcsolatban a 20 szigetelőtesttel. Hőfelvevő felületéhez képest a kupak keresztmetszete túlságosan kicsi. Ezért a túlhevült kupak és gyűrűk növelik az öngyulladás veszélyét. A 21 gyertyaház behajtó acélpereme alatti részek emellett könnyen elpiszkolódnak, és ez rövidrezárhatja a szikraközt.

Egy gyűrűalakú segédelektródával ellátott másféle típusú gyújtógyertyát ismertet a 2,094,833 számú US szabadalmi leírás. Itt a középelektróda és a segédelektróda egyaránt be van építve a gyertyatestbe. Ezen ismert konstrukciós megoldás hátránya, hogy a kerámia szigetelőtest csúcsa (azaz a szikrarés) nem juttatható be a legjobb helyre az égőkamrában. Az említett hátrányok miatt a fentebb ismertetett gyújtógyertyák a gyakorlatban nem terjedtek el.

A találmány célja egy a fenti ismert megoldások felsorolt hátrányaitól és hiányosságaitól mentes több szikraközös gyújtógyertya kialakítása.

A kitűzött célt a bevezető bekezdésben felsorolt ismert jegyekkel rendelkező olyan gyújtógyertya kialakításával érjük el, amelynek a találmány új és meghatározó jellemzője szerint a peremszél-tartományokban megvastagított kiképzésű gyűrűalakú legalább egy segédelektródája van.

A találmány szerinti kialakítású gyújtógyertya nagymértékben kiküszöböli a jelenleg ismeretes gyújtógyertyák hátrányait. Az ilyen gyújtógyertya élettartama hosszabb, mert az eróziós kopás a segédelektródák találmányunk szerint megvastagított részein jön létre, ahol a kisülés koncentrálódik.

A találmány szerinti gyújtógyertya célszerű és előnyös kiviteli alakjait képviselik az olyan megoldások, amelyeknél a gyűrűalakú segédelektródák peremtartományainak megvastagításai körbenfutó belső vagy külső peremeket képező módon vannak kialakítva. Előnyösnek bizonyult, ha a gyújtógyertyának legalább két gyűrűalakú segédelektródája van, amelyek azonos irányba kiáltó belső vagy külső peremekkel vannak kialakítva. A találmány szerinti gyújtógyertyának célszerűen egy nagyobb átmérőjű felső és egy kisebb átmérőjű alsó peremszél-tartománnyal kialakított, a szigetelőtest kúpos süvegére illeszkedő • · · · • · · ·

-4csonkakúp felületű gyűrűalakú segédelektródái vannak, aholis a hengeres kerámia szigetelőtest kúpos süvegének tetején elhelyezkedő gyűrűalakú segédelektróda megvastagított felső peremszél-tartománya előnyösen a középelektróda kinyúló része környezetében, míg ugyanazon vagy egy további segédelektróda megvastagított alsó peremszél-tarománya egy a ház hengeres végében kialakított beszúrt belső horony belső peremének környezetében helyezkedik el.

A gyűrűalakú segédelektródák anyagvastagsága előnyösen 0,1-1,5 mm, a megvastagított peremszél-tartományok kinyúlása 0,2 mm lehet, és a gyűrűalakú legalább egy segédelektróda célszerűen titániumnitridből (TiN), míg a ház acélból van előállítva.

A gyűrűalakú segédelektródák kerületi szélei tehát a találmány szerint megvastagíthatok úgy, hogy azokon belső vagy külső peremeket képezünk ki, amelyek benyúlhatnak egy vagy több, a szigetelőtestbe bemélyített horonyba, vagy kiállnak, vagy ezek kombinációjaként vannak kialakítva.

Az ilyen gyűrűalakú segédelektródák egyik előnye, hogy megvastagított kialakításuk egyenletes és hosszantartó kopást enged meg szikraköz mindkét oldalán. A gyűrűalakú segédelektródák a szigetelőtest süvegének csonkakúp felületére felhordott rétegekként vannak kialakítva úgy, hogy kúpos kiképzésük javítja a hőelvezetést a kerámia szigetelőtest tetejéről, és egyenletesebbé teszi a hőmérsékleteloszlást.

A kinyúló középelektróda a hengeres kerámia szigetelőtest elkeskenyedő süvegének tetején lévő gyűrűalakú segédelektróda megvastagított külső peremszél-tartománya közelében van. A gyűrűalakú segédelektróda megvastagított belső peremszél-tartománya a ház alsó végének közelében helyezkedik el. így számos szikraköz jön létre, amelyek a kerámia szigetelőtest kúpos felületén egymást követő sorban helyezkednek el. Az egymást követő gyűrűalakú segédelektródák közötti szikraközök lehetnek változó méretűek, és egymás közötti méretük eltérhet a közép- és a testelektródával alkotott hézagtól is. A fémanyagú ház végén kialakított peremmentes belső üreg lehetővé teszi a kerámia szigetelőtest tetejének tisztítását és elősegíti annak üzem közbeni hűtését.

A segédelektródák fentebb célszerűnek minősített méretei a gyújtógyertya minimális hőtehetetlenségét garantálják, és lehetővé teszik annak gyors

-5alkalmazkodását a motor üzemmódjában bekövetkező változásokhoz. Mivel a kerámia szigetelőtest és a gyűrűalakú segédelektródák hőtágulásának hasonló mértékűnek (±15 %...±20 % tartományon belül) kell lennie, szerkezeti anyagként TiN használható,amely teljesíti ezt a feltételt.

A találmány lényegét az alábbiakban előnyös, csupán példaképpen! kiviteli alakok kapcsán a mellékelt rajzra hivatkozva ismertetjük részletesebben. A rajzon az

1. ábra egy a fentiekben hivatkozott, a technika állását képező 1,465,582 számú US szabadalmi leírás szerinti ismert gyújtógyertya kiemelt részének metszetvázlata, a

2. ábra egy példaképpen! találmány szerinti többszikrás gyertya kiemelt részlete a lényeges szerkezeti elemek elrendezését bemutató félnézet-félmetszetben, míg a

3-5. ábrák a találmány szerinti gyújtógyertya egyes lehetséges és előnyös segédelektróda kialakítási változatait metszetben bemutató kiemelt részletvázlatok.

A 2. ábrán jól látható, hogy a találmány szerinti gyújtógyertyának egy az ábra szerinti felső végén a motorblokkba való cserélhető és csereszabatos beszerelést biztosító külső menetes végű, lényegében hengeres acélanyagú 1 háza van, amelynek lépcsősen változó belső átmérőjű hosszirányú belső üregébe egy hőálló kerámia anyagú 2 szigetelőtest van beépítve. A kerámia anyagú 2 szigetelőtest egy acélból vagy vörösrézből lévő 3 fémgyűrűn keresztül támaszkodik fel az 1 ház egy belső lépcsőjére.

A gyűrű jó kontaktust ad az 1 ház és a 2 szigetelőtest között, és amellett, hogy rajta keresztül a fémes érintkezésnek köszönhetően jó hővezetés biztosított a 2 szigetelőtesttől az 1 külső ház és a motorblokk felé, a 3 fémgyűrű a gyújtógyertya hermetikus, gázzáró kialakítását is biztosítja. A belső üreg az 1 ház menetes része végénél egy megnövelt átmérőjű beszúrással fel van bővítve úgy, hogy itt annak belső fala a 2 szigetelőtest külső hengerpalástjától körbenfutóan térközzel helyezkedik el. A kerámia anyagú 2 szigetelőtestben is egy hosszirányban végigmenő, változó átmérőjű belső üreg van kiképezve, amely szintén többlépcsős kialakítású. A 2 szigetelőtest belső üregében egy 9 középelektróda helyezkedik el, amely egy villamosán vezető 10 tömítéssel •··· ·· • · · • ·· ··

-6csatlakozik egy nagyfeszültségű csatlakozókapocsként szolgáló 11 acélcsaphoz. A vörösrezet vagy ólmot tartalmazó 10 tömítés egyben hermetikusan gázzáró tömítést biztosít a 11 acélcsap és a 9 középelektróda között.

Ez a megoldás a motor égésterének a külső környezettel szembeni tömített lezárását szolgálja. Ezenkívül a 10 tömítés villamos csatlakozást létesít a 11 acélcsap és a 9 középelektróda között. A kerámia anyagú hengeres 2 szigetelőtestnek egy az 1 házból kiálló süvege van, amely kúposán szűkül a 9 középelektróda vége felé. A 2 szigetelőtest átmérője a 3 fémgyűrű beépítési helyétől a nagyfeszültségű csatlakozókapocs irányába több lépcsőben fokozatosan növekszik.

A kerámia anyagú 2 szigetelőtest kúpalakú süvegén két gyűrűalakú 4 és 5 segédelektróda van elhelyezve. A 4 és 5 segédelektródák úgy helyezkednek el, hogy az 1 ház felső végénél annak pereme és az 5 segédelektróda nagyobb átmérőjű alsó peremszél-tartománya között egy első 6 szikraköz, míg a 9 középelektródánál az utóbbi és a 4 segédelektróda kisebb átmérőjű felső peremszél-tartománya között egy második 8 szikraköz képződik. Egy további 7 szikraköz van a 2 szigetelőtest süvegének kúpos palástfelületén a 4 és 5 segédelektródák között. Az első 6 szikraköz 0,4 mm-1,5 mm közötti, célszerűen 0,6 mm-0,8 mm közötti hézagméretű. A 7 és 8 szikraköz hézagmérete célszerűen ugyancsak 0,6-0,8 mm között van.

A gyűrűalakú 4 és 5 segédelektródák a 2 szigetelőtest süvege kúposán szűkülő forgéstest alakjának megfelelő, ahhoz illeszkedő TiN rétegekből vannak a találmány szerint megvastagított felső és alsó peremszél-tartományokkal kialakítva. A 4 és 5 segédelektródák szorosan érintkeznek a kerámia anyagú 2 szigetelőtesttel, és mivel szerkezeti anyaguk titániumnitridből (TiN), amelynek hőtágulása rendkívül közel áll hasonló a 2 szigetelőtest kerámia anyagának hőtágulásához, jó érintkezésben maradnak a 2 szigetelőtesttel. A TiN rétegeket a 2 szigetelőtestre plazmatechnikával visszük fel, amelynek során a TiN fokozatosan, molekulavastagságú rétegekben vihető fel. Ez a módszer kiváló tapadást és jó hőátadást biztosít az 1 ház és a motorblokk irányába. A gyűrűalakú 4 és 5 segédelektródák vastagsága kb. 0,2 mm, ami minimális hőtehetetlenséget garantál a hőátadás során, és lehetővé teszi az alkalmazkodást a motor üzemmódjának változásaihoz.

• · ·· · · • · • ·· ·· • · ··· ·· ·· ·· • · · · ··· ·· • · · • · ·

-7A gyűrűalakú 4 és 5 segédelektródák közötti 7 szikraköz mérete változtatható a gyűrűk szélességének változtatásával. A gyűrűalakú 4 és 5 segédelektródák szélessége szabadon változtatható, és azt csak az égéstér mélysége korlátozza. A 9 középelektróda és a felső gyűrűalakú 4 segédelektróda közötti második 8 szikraköz mérete a szigetelőtest süvege kúposságának mértékétől függ. A szikra az égéstér legalkalmasabb helyére pozícionálható a szigetelőtest süvege méreteinek megváltoztatásával.

Üzem közben a gyűrűalakú 4 és 5 segédelektródák fokozatosan erodálódnak a villamos kisülések miatt. Élettartamuk meghosszabbítása végett ezért a 6, 7 és 8 szikraközöknél lévő peremszél-tartományok a találmány szerint meg vannak vastagítva. A gyújtógyertya 1 háza végperemének belső széle az alsó gyűrűalakú 5 segédelektróda belső megvastagított 12 peremének közvetlen környezetében, míg a 9 középelektróda kinyúló vége a felső gyűrűalakú 4 segédelektróda külső megvastagított 12 pereme környezetében helyezkedik el. A gyűrűalakú 4 és 5 segédelektródák vastagított 12 peremei kialakíthatók úgy, hogy bemélyednek a 2 szigetelőtestbe, de úgy is, hogy attól kiállnak. A 12 peremek a 7 szikraköz két oldalán a 3-5. ábrákon érzékeltetett módon ugyanabba az irányba néző kialakításúak azért, hogy a gyűrűalakú 4, 5 segédelektródák villamos kisülések miatti eróziója egyforma legyen a 7 szikraköz mindkét oldalán. A 12 peremek kiállása kb. 0,2 mm, bár természetesen lehetnek ennél vékonyabbak vagy vastagabbak is. Ennek megfelelően a 4 vagy 5 segédelektróda megvastagított széleinek vastagsága kb. 0,4 mm. Túlzottan vékony rétegek ugyanis gyorsan erodálódnának a villamos kisülés és a magas hőmérsékleten lejátszódó kémiai reakciók miatt, míg túl vastag rétegek legyártása bonyolult, időigényes és költséges lenne.

A találmány szerinti gyújtógyertya belsőégésű motorokban használható.

«··9 ··

Claims (8)

1. Gyújtógyertya, amely egy villamosán és termikusán vezető anyagú, egy csatlakozóeszközzel ellátott házból áll, amelynek belső üregében egy középelektródával ellátott gázzáró kerámia szigetelőtest van elhelyezve, és a szigetelőtestnek a ház végtartományából kinyúló süvegén a középelektróda és a ház végtartománya között szikraközöket meghatározó legalább egy gyűrűalakú segédelektróda van kiképezve, azzal jellemezve, hogy a peremszéltartományokban megvastagított kiképzésű gyűrűalakú legalább egy segédelektródája (4, 5) van.

2. Az 1. igénypont szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy a gyűrűalakú segédelektródák (4, 5) peremtartományainak megvastagításai körbenfutó belső vagy külső peremeket (12) képező módon vannak kialakítva.

3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy legalább két gyűrűalakú segédelektródája (4, 5) van, amelyek egy közbezárt szikraköz (7) két oldalán azonos irányba kiálló belső vagy külső peremekkel (12) vannak kialakítva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy egy nagyobb átmérőjű felső és egy kisebb átmérőjű alsó peremszéltartománnyal kialakított, a szigetelőtest (2) kúpos süvegére illeszkedő csonkakúp felületű gyűrűalakú segédelektródái (4,5) vannak.

5. A 4. igénypont szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy a hengeres kerámia szigetelőtest (2) kúpos süvegének tetején elhelyezkedő gyűrűalakú segédelektróda (4) megvastagított felső peremszél-tartománya a középelektróda (9) kinyúló része környezetében helyezkedik el.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy egy segédelektróda (5) megvastagított alsó peremszél-tartománya egy a

-9·*· « · ház (1) hengeres végében kialakított beszúrt belső horony belső szélének környezetében helyezkedik el.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy a gyűrűalakú segédelektróda (4, 5) anyagvastagsága 0,1-1,5 mm, és a megvastagított peremszél-tartományok kinyúlása 0,2 mm.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti gyújtógyertya, azzal jellemezve, hogy a gyűrűalakú legalább egy segédelektróda (4,5) titániumnitridből (TiN), míg a ház (1) acélból van előállítva.