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1. WO2001073907 - BOUGIE D'ALLUMAGE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

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[ DE ]

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für eine
Brennkraftmaschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Es ist bereits eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt (EP 0 785 604 Bl), die eine Mittelelektrode
aufweist, wobei die Mittelelektrode aus einem
Mittelelektrodengrundkorper und einem Edelmetallplattchen als hochabbrandbestandigem Bereich besteht. Das
Edelmetallplattchen ist auf der brennraumzugewandten
Stirnflache des Mittelelektrodengrundkorpers befestigt. Aus der EP 0 785 604 Bl ist weiterhin bekannt, dass
Edelmetallplattchen durch Laserschweißen oder
Widerstandsschweißen auf die brennraumzugewandte Stirnflache des Mittelelektrodengrundkorpers aufgebracht werden können. Das Edelmetallplattchen besteht dabei aus einer Platin-, Iridium- oder Platinbasis-Legierung und dem
Mittelelektrodengrundkorper aus einer Nickellegierung.

Aus der EP-OS 50 53 68 ist eine Zundkerzen-Mittelelektrode bekannt, die durch Fließpressen hergestellt wird. Eine derartige Mittelelektrode weist am brennraumseitigen Ende einen Bereich aus hochabbrandbestandigem Material auf. Ein derartiger hochabbrandbestandiger Bereich der Mittelelektrode besteht beispielsweise aus Platin oder einer Legierung von Platinmetallen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Elektrodengrundkorper und dem Bereich, der
hochabbrandbestandig ist und aus Edelmetalllegierungen besteht, angepasst werden. Dadurch wird eine Verringerung von thermomechanischen Spannungen im Übergang zwischen dem hochabbrandbestandigen Bereich, der aus Edelmetallen besteht, und dem Elektrodengrundkorper erreicht. Somit kann die Haltbarkeit der Schweißverbindung verbessert und damit die Lebensdauer der Zündkerze verlängert werden. Weiterhin werden durch Verwendung von Nickel die Materialkosten verringert. Außerdem weisen die Materialien von
Elektrodengrundkorper und hochabbrandbestandigem Bereich durch Zusatz von Nickel eine größere Ähnlichkeit in
physikalischen Eigenschaften auf, z.B. im Schmelzpunkt, was zu einer besseren Verbindung der Materialien beim Schweißen fuhrt.

Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist, die Zusammensetzung des
hochabbrandbestandigen Bereichs derart zu wählen, dass der Nickelgehalt mehr als 10 Atom-% betragt, da nur ein
signifikanter Nickelanteil den Wärmeausdehnungskoeffizient spürbar verandern kann. Ebenso ist es vorteilhaft, Iridium-Rhodium-Nickel-Legierungen als Material für den
hochabbrandbestandigen Bereich zu verwenden, da der Zusatz von Nickel den Schmelzpunkt erniedrigt und die Duktilitat erhöht, so dass das Material besser verarbeitbar ist.
Iridium-Nickel-Platin-Legierungen bzw. Iridium-Nickel-Rhodium-Legierungen weisen eine bessere
Oxidationsbestandigkeit auf als Iridium-Nickel-Legierungen. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der hochabbrandbestandige Bereich in Richtung der Funkenstrecke über die
funkenstreckenseitige Stirnflache des Elektrodengrundkorpers übersteht, da der Funken aus dem Bereich des
hochabbrandbestandigen Materials austritt. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der hochabbrandbestandige Bereich eine Hohe zwischen 1 mm und 0,2 mm aufweist, bzw. einen
Durchmesser von bis zu 2 mm. Der hochabbrandbestandige Bereich hat somit die richtige Große, um für den
Funkenaustritt genügend Flache zu bieten und dem Volumen, in dem der Funken erzeugt wird, nicht zuviel Warme zu
entziehen.

Zeichnungen

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Ansicht von der Seite eines brennraumseitigen Endes einer erfindungsgemaßen
Zündkerze,
Figuren 2 bis 5 jeweils das brennraumseitige Ende einer

Mittelelektrode einer erfindungsgemaßen Zündkerze
schematisch im Querschnitt,
Figur 6a und 6c das brennraumseitige Ende einer
Mittelelektrode einer erfindungsgemaßen Zündkerze
schematisch im Querschnitt,
Figur 6b das brennraumseitige Ende der in Figur 6a gezeigten

Mittelelektrode einer erfindungsgemaßen Zündkerze
schematisch in der Ansicht von oben, Figur 7 das in Richtung Funkenstrecke zeigende Ende einer Masseelektrode einer erfindungsgemaßen Zündkerze schematisch in einer Ansicht von der Seite und
Figur 8 die Ansicht des brennraumseitigen Endes einer
Mittelelektrode und einer Masseelektrode einer
erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch von der Seite.

Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele

Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise einer
Zündkerze ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und kann z.B. aus der „Bosch-Technischen Unterrichtung -Zündkerzen", Robert Bosch GmbH 1985 entnommen werden. In Figur 1 ist das brennraumseitige Ende einer Zündkerze schematisch in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Die Zündkerze weist ein metallisches rohrfor iges Gehäuse 3 auf, das radialsymmetrisch ist. In einer mittigen Bohrung entlang der Symmetrieachse des metallischen Gehäuses ist ein
Isolator 6 angeordnet, der koaxial verlauft. In einer mittigen, entlang der Langsachse des Isolators verlaufenden Bohrung ist am brennraumseitigen Ende eine Mittelelektrode 11 angeordnet, die in diesem Ausfuhrungsbeispiel am
brennraumseitigen Ende des Isolators aus der Bohrung hinausragt. In einem anderen, nicht dargestellten
Ausfuhrungsbeispiel kann die Mittelelektrode 11 auch derart angeordnet sein, dass sich nicht aus der Bohrung des
Isolators 6 hinausragt. Am brennraumfernen Ende der
Mittelelektrode ist in der Bohrung des Isolators 6, nicht dargestellt, eine elektrisch leitende Glasschmelze
angeordnet, die die Mittelelektrode mit dem nicht
dargestellten Anschlußbolzen, der ebenfalls in der mittigen Bohrung des Isolators angeordnet ist, verbindet. Am
brennraumseitigen Ende des metallischen Gehäuses sind weiterhin eine oder mehrere Masseelektroden 9 angeordnet. Die über den Anschlußbolzen, die elektrisch leitende Glasschmelze und die Mittelelektrode zum brennraumseitigen Ende der Zündkerze gelangende elektrische Energie fuhrt nun dazu, dass ein Funken zwischen der Mittelelektrode und einer oder mehrerer Masseelektroden überschlagt, der das im
Brennraum befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet.

Die Strecke 13 mit dem kürzesten Abstand, der zwischen einem Punkt auf der Oberflache der Mittelelektrode 11 und einem Punkt auf der Oberflache der Masseelektrode gebildet wird, wird Funkenstrecke 13 genannt.

In Figur 2 ist das brennraumseitige Ende einer
Mittelelektrode schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Mittelelektrode weist einen Mittelelektrodengrundkorper 113 auf, wobei an dem Mittelelektrodengrundkorper 113 am
brennraumseitigen Ende ein hochabbrandbestandiger Bereich 115 angeordnet ist. Der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode bildet dabei ein Ende der Funkenstrecke 13, so dass der Funke direkt im Bereich des
hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode überschlagt. Der hochabbrandbestandige Bereich 115 der
Mittelelektrode zeichnet sich durch eine hohe Resistenz gegenüber Funkenerosion und Korrosion aus, so dass eine lange Funktionsdauer der Zündkerze gewahrleistet ist. Dieser hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode weist eine der Funkenstrecke zugewandte Stirnflache 117 auf. Der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode stellt sicher, dass eine Korrosion bzw. Oxidation der
Mittelelektrode 11 am brennraumseitigen Ende minimiert wird. Der Mittelelektrodengrundkorper 113 besteht aus Nickel bzw. einer Nickel-Legierung zumeist mit einem Kupferkern.

Der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode besteht aus einer Legierung mit den Bestandteilen Iridium und Nickel, wobei der Nickelanteil vorzugsweise großer als 10 Atom-% ist, d.h. Ir]_oo-χNiχr wobei vorzugsweise
10 Atom-% < x.

In einem weiteren bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel wird zusatzlich das Element Platin als Legierungsbestandteil des hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode gewählt, wobei die Zusammensetzung vorzugsweise
folgendermaßen gewählt wird: IryNixPt]_oθ-y-x' wobei
10 Atom-% < x < 30 Atom-% und
10 Atom-% < y < 30 Atom-%. In einem weiteren bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel besteht der hochabbrandbestandige
Bereich 115 der Mittelelektrode aus einer Iridium-Nickel-Rhodium Legierung mit vorzugsweise folgender
Zusammensetzung: IryNixRh_oo-y-x' wobei
10 Atom-% < x < 30 Atom-% und
50 Atom-% < y < 80 Atom-% .

Durch den vorzugsweise hohen Nickelgehalt zwischen 10 Atom-% und 30 Atom-% ist gewahrleistet, dass der
Wärmeausdehnungskoeffizient des hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode und des
Mittelelektrodengrundkorpers 113 so aneinander angeglichen sind, dass wahrend hoher Warmebelastung geringe mechanische Spannungen auftreten und so die Lebensdauer der
Mittelelektrode erhöht wird. Durch den hohen Nickelanteil ist außerdem der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode kostengünstiger gegenüber einem
hochabbrandbestandigen Bereich, der nur aus Edelmetallen besteht. Des weiteren weisen Iridium-Nickel-Platin-Legierungen und Iridium-Nickel-Rhodium-Legierungen eine bessere Oxidationsbestandigkeit auf als Iridium-Nickel-Legierungen.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel für das brennraumseitige Ende einer Mittelelektrode schematisch im Querschnitt dargestellt. Es ist wiederum ein
hochabbrandbestandiger Bereich 115 der Mittelelektrode am brennraumseitigen Ende eines Mittelelektrodengrundkorpers 113 angeordnet. Beim Übergang vom
Mittelelektrodengrundkorper 113 zum hochabbrandbestandigen Bereich 115 der Mittelelektrode ist jedoch ein Absatz vorhanden, da der Durchmesser der funkenstreckenseitigen Stirnflache 119 des Mittelelektrodengrundkorpers 113 großer ist als der Durchmesser des hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode. Die Zusammensetzung des
hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode bzw. des Mittelelektrodengrundkorpers 113 wird analog zu den anhand von Figur 2 beschriebenen Zusammensetzungen gewählt.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer
Mittelelektrode für eine erfindungsgemaße Zündkerze
schematisch im Querschnitt dargestellt. Gegenüber der in Figur 3 dargestellten Mittelelektrode ragt nun der
hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode über die funkenstreckenseitige Stirnflache 119 des
Mittelelektrodengrundkorpers 113 hinaus und m den
Mittelelektrodengrundkorper 113 hinein. In Figur 5, die ebenfalls ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel für die
Mittelelektrode einer erfindungsgemaßen Zündkerze darstellt, ragt der hochabbrandbestandige Bereich 115 der
Mittelelektrode so weit in den Mittelelektrodengrundkorper 113 hinein, dass die der Funkenstrecke zugewandte
Stirnflache 117 des hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode eine Flache mit der funkenstreckenseitigen Stirnflache 119 des Mittelelektrodengrundkorpers 113 bildet.

In Figur 6a ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Mittelelektrode 11 schematisch im Querschnitt dargestellt.

Der hochabbrandbestandige Bereich 115 ist hier derart angeordnet, dass er eine zylindrische Form aufweist, wobei in einem axialen, zylindrischen Volumen der
Mittelelektrodengrundkorper 113 bis zum brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode 11 fortgesetzt ist. Der
hochabbrandbestandige Bereich 115 bildet demnach einen Bereich am Umfang der Mittelelektrode 11 am
brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode 11. In der in Figur 6b dargestellten Ansicht der Mittelelektrode 11 von oben bildet somit der Mittelelektrodengrundkorper 113 den in mittigen Kreis, wahrend der hochabbrandbestandige Bereich 115 den um den mittigen Kreis herum verlaufenden Kreisring bildet. Eine derartige Anordnung des abbrandbestandigen Bereichs ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Funken in radialer Richtung an der Mittelelektrode 11 überschlagt, d.h. wenn die Funkenstrecke 13 derart verlauft, das der Punkt auf der Oberfläche der Mittelelektrode 11, der zu der kürzesten Verbindungsstrecke zwischen einem Punkt auf der Oberfläche der Mittelelektrode 11 und einem Punkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 9 gehört, sich auf der brennraumseitigen Umfangsfläche der Mittelelektrode
befindet. Ein derartiger Verlauf der Funkenstrecke 13 ist beispielsweise dann gegeben, wenn die Masseelektrode 9, wie z.B. in Figur 8 gezeigt, seitlich an die Mittelelektrode 11 angestellt ist. In einem anderen Ausfuhrungsbeispiel ist die Mittelelektrode seitlich an den Isolator 6 angestellt, so dass der Funken über die brennraumseitige Stirnfläche des Isolators zur Mittelelektrode 11 gleitet. In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel ist, wie in Figur 6c im Querschnitt schematisch dargestellt, der hochabbrandbestandige Bereich 115 analog zu der in Figur 6a gezeigten Ausfuhrungsform derart angeordnet:, dass er sich nicht direkt am
brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode 11 befindet, sondern in einem bestimmten, fest vorgegebenen Abstand vom brennraumseitigen Ende der Mittelelektrode 11.

Die in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellten Mittelelektroden 11 weisen in ihrem hochabbrandbestandigen Bereich 115 und in ihrem Mittelelektrodengrundkorper 113 die gleiche
Zusammensetzung, wie sie in Figur 2 beschrieben ist, auf.

Die in den Figuren 2 bis 6 dargestellten Mittelelektroden werden in einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel derart hergestellt, dass der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode auf die brennraumseitige Stirnfläche des Mittelelektrodengrundkorpers 113 mittels Laser- oder
Widerstandsschweißen aufgebracht wird. Auch dann, wenn der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode über die funkenstreckenseitige Stirnfläche 119 des
Mittelelektrodengrundkorpers 113 in die Mittelelektrode hineinragt, wird der hochabbrandbestandige Bereich 115 der Mittelelektrode mittels Schweißen aufgebracht, indem eine Vertiefung in dem Mittelelektrodengrundkorper 113 vorgesehen ist, in die der hochabbrandbest ndige Bereich 115 der
Mittelelektrode eingelegt wird, bevor er geschweißt wird. Analog zu der Herstellung der Mittelelektrode mittels
Schweißen wird in einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel die Mittelelektrode derart hergestellt, dass der
hochabbrandbestandige Bereich 115 auf den
Mittelelektrodengrundkorper 113 mittels Loten aufgebracht wird.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Mittelelektrode 11 mittels Fließpressen hergestellt, wobei gegebenenfalls das brennraumseitige Ende der mittels
Fließpressen hergestellten Mittelelektrode noch
beispielsweise mittels eines spanenden
Bearbeitungsverfahrens bearbeitet wird, so dass mindestens ein Teil der Stirnfläche des brennraumseitigen Endes der Mittelelektrode durch den hochabbrandbestandigen Bereich 115 gebildet wird.

Die anhand von Figur 2 bis 6 beschriebenen Mittelelektroden können auch derart beschaffen sein, dass das
brennraumseitige Ende des Mittelelektrodengrundkorpers 113 und/oder des hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der
Mittelelektrode konisch zulauft.

In Figur 7 ist eine Ansicht von der Seite einer
Masseelektrode 9 am in Richtung Funkenstrecke zeigenden Ende schematisch dargestellt. Die Masseelektrode weist einen Masseelektrodengrundkorper 93 auf, auf den in Richtung Funkenstrecke ein hochabbrandbestandiger Bereich 95 der Masseelektrode angeordnet ist. Der hochabbrandbestandige Bereich 95 der Masseelektrode bildet analog zu dem
hochabbrandbestandigen Bereich 115 der Mittelelektrode die Flache, an der der Funken überschlagt. Dazu muss der hochabbrandbestandige Bereich 93 der Masseelektrode
ebenfalls eine hohe Resistenz gegenüber Funkenerosion und Korrosion aufweisen. Die in Richtung Funkenstrecke zeigende Stirnflache 97 des hochabbrandbestandigen Bereichs 95 der Masseelektrode besitzt die größte Oberflache im Vergleich zu den anderen Oberflachen des hochabbrandbestandigen Bereichs 95 der Masseelektrode. Die Zusammensetzung des
Masseelektrodengrundkorpers 93 entspricht der anhand von Figur 2 erläuterten Zusammensetzung des
Mittelelektrodengrundkorpers 113. Die Zusammensetzung des hochabbrandbestandigen Bereichs 95 der Masseelektrode entspricht einer der Zusammensetzungen des
hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode, die anhand von Figur 2 erläutert wurden.

In Figur 8 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel für eine Masseelektrode einer erfindungsgemaßen Zündkerze in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Weiterhin zu erkennen ist außerdem schematisch eine Ansicht von der Seite eines brennraumseitigen Endes einer Mittelelektrode 11 und eines Isolators 6. In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist der
hochabbrandbestandige Bereich 95 der Masseelektrode auf einer anderen Stirnflache der Masseelektrode angeordnet, da sich, aufgrund der Anordnung der Masselelektrode und der Mittelelektrode zueinander, die in Richtung Funkenstrecke zeigende Stirnflache 99 des Masseelektrodengrundkorpers 93 auf einer anderen Flache ergibt. Die Zusammensetzung des hochabbrandbestandigen Bereichs 95 der Masseelektrode entspricht auch in diesem Ausfuhrungsbeispiel einer der anhand von Figur 2 erläuterten Zusammensetzungen des hochabbrandbestandigen Bereichs 115 der Mittelelektrode.

Analog zu den anhand von Figur 2 bis 6 erläuterten
Möglichkeiten, den hochabbrandbestandigen Bereich 115 der Mittelelektrode auszubilden, erfolgt die Herstellung bzw. das Anbringen des hochabbrandbestandigen Bereichs 95 an der Masseelektrode 9. Der hochabbrandbestandige Bereich 95 der Masseelektrode wird auf die plane Oberflache 99 der
Masseelektrode aufgebracht bzw. in eine Vertiefung auf der in Richtung Funkenstrecke liegenden Stirnseite eingebracht. Die Herstellung der Masseelektrode 9 erfolgt in einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel analog zur Mittelelektrode mittels Laser- oder Widerstandsschweißen, mittels Loten oder mittels Fließpressen. Auch die Masseelektrode 9 kann einen konisch zulaufenden hochabbrandbestandigen Bereich 95 der Masseelektrode und/oder Masseelektrodengrundkorper 93 aufweisen.

Ein hochabbrandbestandiger Bereich kann entweder an
mindestens einer Masseelektrode 9 oder der Mittelelektrode 11 angeordnet sein oder sowohl an mindestens einer
Masseelektrode 9 und der Mittelelektrode 11.