DE3132814C2 - Zündkerze für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Bei einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode, welche zur Bildung einer Entladungsstrecke einander gegenüberliegend angeordnet sind, ist zumindest die Mittelelektrode der beiden Elektroden mit einem Plättchen versehen, welches an der Spitze der Elektrode befestigt ist. Das Plättchen ist aus einem Metall aus der Gruppe der Edelmetalle und Legierungen der Edelmetalle hergestellt. Die Spitze der Mittelelektrode, an welcher das Plättchen befestigt ist, kann einen kleineren Durchmesser als der Hauptabschnitt der Mittelelektrode aufweisen. Die Verwendung eines Plättchens aus Edelmetall verlängert die Lebensdauer der Elektrode, so daß über eine lange Betriebszeit eine gute Zündfähigkeit sichergestellt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich au' eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen gemäß dem Ob rbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Zündkerzen zeichnen sich durch die Verwendung von Elektroden, die mit Elektrodenspitzen aus Edelmetall versehen sind, insbesondere durch eine erhöhte Verschleißfestigkeit aus. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die Standzeit der Zündkerze nur dann wirksam angehoben werden kann, wenn das Plättchen an der Mittelelektrode sicher befestigt wird.

Aus der DE-OS 22 56 823 ist eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der zur sicheren Befestigung des Platin-Plättchens an der Mitteleiektrode das Plalin-Plättchen mit einer Metallschicht mechanisch plattiert wird, deren Materialeigenschaften dem Werkstoff der Mittelelektrode angepaßt sind. Anschließend wird diese Metallschicht mit der Masseelektrode verschweißt. Durch diese Ausgestaltung soll erreicht werden, daß die Verbindung zwischen Platin-Plättchen und Mittelelektrode den im Einsatz vorliegenden Temperatur-Wechselbelastungen standhalten kann.

Abgesehen davon, daß durch dieses bekannte Verfahren zum Anbringen eines Platinplättchens ein verhältnismäßig großer verfahrenstechnischer Aufwand erforderlich ist, muß beim Stand der Technik der Nachteil in Kauf genommen werden, daß der Zündenergie über zwei hintereinandergeschaltete Kontakt- bzw. Verbindungsflächen zur Elektrodenspitze übertragen werden muß, was sich negativ auf den Wirkungsgrad und die Zündleistung der Zündkerze auswirken kann. Es stellt sich ferner heraus, daß die Verbindungsfläche zwischen dem mechanisch aufgebrachten Platin-Plättchen und der Zwischen-Metallschicht eine Schwachstelle für die Zündenergie-Übertragung zur Elektrodenspitze bildet, weil diese Verbindungsfläche nicht frei von Hohlräumen und Lufteinflüssen gehalten werden kann. Derartige Hohlräume vergrößern darüber hinaus die Gefahr, s daß sich das Plättchen unter der Einwirkung der extremen Temperatur-Wechselbelastung in aggressivem Medium zunehmenden bzw. großflächiger von der Zwischenschicht abhebt, wodurch die Zündleistung der Zündkerze bei längerer Einsatzdauer weiter herabgesetzt werden kann.

In der DE-OS 22 56 823 ist zwar der Hinweis enthalten, daß eine aus Edelmetall bestehende stangenförmige, eingesetzte Elektrodenspitze gemäß der DE-AS 12 15 834 auch direkt an den Spitzenabschnitt aufgeschweißt wurde. Gerade diese Befestigungsart soll aber wesen ihrer Anfälligkeit bezüglich Temperaturwechselbeanspruchungen und Korrosion gemäß der DE-OS 22 56 823 vermieden werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszubilden, daß sie sich bei hoher Standzeit durch ein verbessertes Zündvermögen auszeichnet und einfacher herzustellen ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch die erfindungsgemäße spezifische Gestaltung der Elektrodenspitze v<ird einerseits eine Konzentration der Entladungsenergie auf die Zündkerzenspitze erzielt, wodurch das Zündvermögen der Kerze gesteigert, darüber hinaus aber auch die auftretenden thermischen Dehnungen in diesem Bereich verringert werden können. Durch diese Reduzierung der Absolutbeträge der thermischen Dehnungen ergibt sich, daß auch die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten insbesondere von Platin und von Elektrodenmaterial hervorgerufenen thermischen Spannungen im Bereich der Kontakifläche generell soweit reduziert werden können, daß sogar ein im Stand der Technik als unzweckmäßig angesehenes direktes Anschweißen z. B. einer Platinspitze an der Elektrode Erfolg hat insofern, als die Standzeit und die Betriebszuverlässigkeit der Zündkerze verbessert werden. Dabei kommt die erfindungsgemäße Absetzung des Spitzenabschnitts über die Radialschulter der Anwendung des Widerstandsschweißverfahrens zugute, da sich nicht nur im Zündbetrieb sondern auch beim Anbringen des Plättchens bedingt durch die Absetzung des Durchmessers in Form der Radialschulter Temperaturkonzentrationen im

so Plättchen einstellen, was sich positiv auf die Reduzierung der Dehnungsunterschiede zwischen Plättchen und Elektrodenmaterial auswirkt. Dabei ergibt sich gegenüber der Ausführung nach der DE-OS 22 56 823 der Vorteil, daß die erfindungsgemäße Zündkerze nur mit einer Verbindungsfläche auskommt, wobei diese sehr korrosions- und temperaturbeständig ist, da beim Widerstandsschweißverfahren keine Lufteinschlüsse entstehen. Es kann somit erfindungsgemäß nicht nur die Übertragung der Zündenergie zur Zündkerzenspitze während der gesamten Einsatzdauer der Zündkerze mit geringerem Verlust erfolgen, sondern es ergibt sich ferner der zusätzliche Vorteil, daß auch die Wärmeabfuhr von der Zündkerzenspitze gleichmäßiger erfolgt, weil im Übergangsbereich bedingt durch den reduzierten Durchmesser ein weitestgehend gleichmäßiges Temperaturprofil über dem gesamten Zündkerzenquerschnitt vorliegt. Punktueile thermische Überbelastungen der Elektrodenspitze können auf diese Weise vermieden

werden, was der Standzeit der Zündkerze zugutekommt Dabei beschränken sich die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zündkerze notwendigen Verfahrensschritte lediglich auf den Aufschweißvorgang des Edelmetall-Plättchens, so daß das Verfahren wirtschaftlicher ist Demgegenüber ist das Aufschweißen der stangenförmigen Elektrodenspitze gemäß der DE-AS 1215 834 komplizierter und daher unwirtschaftlicher, da die verhältnismäßig großvolumige und daher teure Elektrodenspiize als Einsatzkörper in die Mittelelektrode eingeschmolzen wird.

Zwar ist es aus der DE-OS 25 30 368 bekannt, bei einer Zündkerze auf dem Spitzenabschnitt eine Platinschicht unmittelbar anzubringen und zu diesem Zweck eine Durchmesserreduzierung des Spitzenabschnitts vorzunehmen. Bei der aus dieser Druckschrift bekannten Zündkerze wird allerdings kein Plättchen verwendet, sondern es wird dort die Lehre gegeben, dünnste Metallbeschichtungen auf den Zündabschnitten der Zündkerzenelektroden anzubringen. Zu diesem Zweck wird ein besonderes Beschichtungsverfahren verwendet, das sich insbesondere dann positiv auswirkt, wenn die Elektrodenspitze kegelstumpfförmig ausgebildet wird, um auf diese Weise die offeniiegende Phasengrenze zwischen Schicht und Trägermetall weit genug aus dem Bereich höchster thermischer Belastungen zu nehmen.

Zu einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gelangt man mit den im Anspruch 2 angeführten Merkmalen, wobei sich herausgestellt hat, daß mit einer derartigen Zündkerze eine sehr wirksame und sehr stark gebündelte Entladungsstrecke erzeugen läßt, was sich wiederum positiv auf die Temperaturverteilungen im Bereich des Übergangs zwischen dem Plättchen und der Masseelektrode auswirkt, deren besondere Gestaltung auch in diesem Bereich ein direktes Anschweißen des Plättchens ermöglicht, ohne daß Standzeitprobleme auftreten.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine im vertikalen Teilschnitt gezeigte erste Ausführungsform einer Zündkerze,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht sines Teils der in F i g. 1 dargestellten Zündkerze,

F i g. 3, 4 und 5 vergrößerte Schnittansichten verschiedener Ausgestaltungen eines Teils der ersten Ausf ührungsi'crm einer Zündkerze,

F i g. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer Ausführungsform einer Zündkerze mit dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode entsprechender Ausbildung des Spitzenabschnitts der Masseelektrode,

F i g. 6A eine vergrößerte Draufsicht eines Plättchens der Masseelektrode entlang der Linie VIA-VlA in F i g. 6, und

Fig.6B eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie VIB-VIBin Fig. 6A.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der Zündkerze 100 mit einem Gehäuse 6 und einem Isolator 3 dargestellt. Das Gehäuse 6 ist aus einem wärmebeständigen, korrosionsfesten und leitenden metallischen Material gebildet und weist im wesentlichen eine abgestufte Röhrenform auf. Am axialen Endabschnitt des Gehäuses 6 ist in der Außenumfangsfläche ein Schraubgewinde 6a ausgebildet. Mit dem Schraubgewinde 6a kann das Gehäuse 6 in einen nichtdargestellten Motorblock eingeschraubt und darin befestigt werden. Der Isolator 3 ist aus einem Isoliermaterial, wie etwa Porzellan, hergestellt ;nd weist miteinander verbundene Bohrungen 3a, 3Zj mit verschiedenen Durchmessern auf, die darin ausgebildet sind.

Der Isolator 3 ist an der Innenseite des Gehäuses 6 durch eine Dichtung 7 und den Pack- bzw. Dichtring 8 festgelegt

Eine mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnete Masseelektrode ist als schmaler Metallstreifen aus einem korrosionsfesten und wärmebeständigen leitenden Material ausgebildet Diese Masseelektrode 9 ist mit einem

ίο Ende an der Stirnfläche des Schraubgewindes 6a des Gehäuses 6 durch eine Verschweißung befestigt wohingegen das andere Ende umgebogen ist und sich im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Gehäuses 6 erstreckt.

Eine mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Mittelelektrode ist aus einem wärme- und korrosionsfesten leitenden Grundmetall, wie etwa einer Ni-Cu-Legierung hergestellt. Der Hauptabschnitt la der Mittelelektrode

1 ist in der Bohrung 3b angeordnet. Der Spitzenabschnitt 1 b der Mittelelektrode 1 ist zur Verkleinerung seines Durchmessers über eine Radialschulter \f mit dem Hauptabschnitt la verbunder» und steht von dem der Masseelektrode benachbarten Endi,- des Isolators 3 vor. In der Stirnfläche des Spitzenabschnitts \b ist eine Aussparung Ic ausgebildet Ein mit dem Bezugs?eichen

2 gekennzeichnetes Mittelelektrodenplättchen ist aus Platin Hergestellt und weist eine abgeflachte Außenfläche und eine mit einem Vorsprung 2a versehene Innenfläche auf. welche in die Aussparung Ic paßt Das Plättchen 2 ist mit dem Spitzenabschnitt 16 durch eine Widerstandsschweißung verbunden, d. n. direkt auf den Spitzenabschnitt aufgeschweißt.

Zwischen der Außenfläche des Plättchens 2 und der auf die Miitelektrode zuweisenden Masseelektrodenfläehe ist eine Entladungsstrecke bzw. ein Elektrodenabstand C definiert.

Die Zündkerze 100 weist weiter einen Mittelschaft 4 aus einem Kohlenstoffstahl auf, welcher an seinen beiden axialen Endabschnitten mit einem Außengewinde versehen ist. Ein Schraubgewinde-Endabschnitt des Mittelschafts 4 ragt über das dem Zündverteiler benachb~.rte Ende des Isolators hinaus. Eine aus Messing oder dergleichen hergestellte Anschlußmutter 5 ist auf diesem Schraubgewinde-Endabschnitt des Mittelschaftes 4 aufgeschraubt. Der andere Schraubgewhideabschnitt des Mittelschafts 4 ist in eine leitendi Glasv^rschlußschicht 10 eingesetzt, welche aus pulverförmigem Cuprum und einem Gias mit einem geringen Schmelzpunkt hergestellt ist. Der Mittelschaf» 4 ist elektrisch mit der Mittelelektrode 1 durch die Glasverschlußschicht 10 verbunden. Der Mittelschaft 4 und die Mittelelektrode 1 sind in der Bohrung 3Zj des Isolators 4 fixiert. Auf diese Weise ist die Anschlußmutter 5 elektrisch mit der Mittelelektrode 1 verbunden.

Für den Betrieb ist die Zündkerze 100 in den Motorblock eingeschraubt, und die Mittelelektrode \ wird über die Anschlußmutter 5, den Mittelschuft 4 und die Verschlußschicht 10 vom nichtdargestellten Zündverteiler her mit einer hohen Spannung beaufschlagt. Dies hat zur Folge, daß d ι Entladungsstreck G überwunden und ein Zünd^funke überspringen kann, um das in die Zylinderkammer eingegebene Luft-Brennstoffgemisch zu entzünden. Während des Motorbetriebs ist das Plättchen 2 kontinuierlich dem unter hohem Druck und ho her Temperatur stehenden Verbrennungsgas ausgesetzt. Zusätzlich f.odet die Funkenbildung auf der Oberfläche des Plättchens 2 statt. Der Verschleiß des Plättchens 2 ist allerdings wesentlich vermindert, weil es aus

einem Edelmetall, welches in diesem Falle Platin oder eine Platinlegierung ist. Weil die Mittelelektrode ein Ende mit einem verringerten Durchmesser aufweist, ist weiter festzuhalten, daß sich die Entladungsenergic wirksam auf dieses Ende konzentriert, um eine hohe Zündfähigkeit sicherzustellen.

In den F i g. 3,4 und 5 sind verschiedene Abwandlungen der Spitzenabschnittc der Mittelclektrode des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Zur Bezeichnung der gleichen Bauteile sind in diesen Figuren dieselben Bc-zugszeichen verwendet worden.

In der in F i g. 3 dargestellten Abwandlung ist auf der Stirnfläche des Spitzenabschnitts 16 der Mittelelektrode 1 ein Vorsprung \d ausgebildet. Das Plättchen 2 weist eine abgeflachte Außenfläche auf, wohingegen die Innenfläche mit einer Aussparung 2b zur Aufnahme des Vorsprungs id versehen ist. Das Plättchen 2 ist durch eine Widerstandsschweißung direkt mit dem Spitzenabschnitt ibder Mittelelektrode 1 verbunden. In der Abwandlung gemäß Fig.4 weist der Spitzenabschnitt Xb eine abgeflachte Stirnfläche auf, wohingegen die äußere Stirnfläche des Plättchens 2 eine Aussparung 2c aufweist. In diesem Fall ist das Plättchen 2 an seiner abgeplatteten inneren Stirnfläche mit der abgeflachten Stirnfläche des Spitzenabschnitts 1 b durch eine Widerstandsschweißung verbunden. In der Abwandlung gemäß F i g. 5 sind die Stirnflächen des Plättchens 2 im wesentlichen eben. Dieses Plättchen 2 ist wiederum mit dem Spitzenabschnitt \b direkt durch eine Widerstandsschweißung verbunden.

In Fig.6 ist ein z-veites Ausführungsbeispiel der Zündkerze dargestellt, bei welchem zusätzlich auch auf der Masseelektrode 9 ein Plättchen 11 vorgesehen ist.

Wie aus den Fig.6A und 6B hervorgeht, weist der Spitzenabschnitt 9a der Masseelektrode 9 eine geringere Breite als der restliche Abschnitt dieser Elektrode auf. Die Masseelektrode 9 ist an diesem Abschnitt mit einer Aussparung So versehen, weiche mit der Mitteielektrode 1 fluchtet. Das Plättchen 11 weist eine ebene äußere Stirnfläche auf, wohingegen die innere Stirnfläehe mit einem Vorsprung 11a versehen ist Das Plättchen 11 ist durch eine Widerstandsschweißung mit dem schmalen Spitzenabschnitt 9a der Masseelektrode 9 verbunden, d. h. direkt an den Spitzenabschnitt aufgeschweißt, wobei der Vorsprung 11a in die Aussparung 9b eingepaßt ist. In diesem Fall weisen die Außenflächen des auf der Mittelelektrode befestigten Plättchens im wesentlichen dieselbe Größe auf.

Über die beschriebenen Ausführungsformen hinaus sind weitere Ausgestaltungen möglich. Beispielsweise können das Plättchen oder die Plättchen anstatt aus Platin, wie dies beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der FaIi ist, aus anderen Edelmetallen wie beispielsweise aus Iridium, Gold; Palladium usw. oder aus Legierungen dieser Edelmetalle hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Zündkerze für Brennkraftmaschinen, mit einer Masse- und einer Mittelektrode, deren Spitzenabschnitt an seiner freien Stirnfläche unter Anwendung des Widerstandsschweißverfahrens mit einem Plättchen aus Edelmetall, insbesondere aus Platin oder eine Platin-Legierung, bestückt ist, wobei der Durchmesser des Plättchens gleich ist dein Durchmesser des Spitzenabschnitts der Mittelelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenabschnitt (16) vom davorliegenden Hauptabschnitt (la) der Mittelelektrode (1) zur Verkleinerung seines Durchmessers über eine Radialschulter (1/) abgesetzt ist und daß das Plättchen (2) direkt an den Spitzenabschnitt (1 b) aufgeschweißt ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, bei der der Spitzenabschnitt der Massenelektrode in Fluchtung mit der Mittelelektrode unter Anwendung des Widerstandsschweipverfahrens mit einem Plättchen aus Edelmetall, insbesondere aus Platin oder einer Platin-Legierung bestückt ist, wobei der Durchmesser des Plättchens der Breite des Spitzenabschnitts der Masseelektrode entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenabschnitt (9a) der Masseelektrode (9) eine gegenüber dem restlichen Abschnitt verkleinerte Breite besitzt und daß das Plättchen (11) direkt an den Spitzenabschnitt (9a) der Masselektrode (9) aufgeschweißt ist