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    • 专利摘要:
    Bei einer Zündkerze mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode ist mindestens einer der in Gegenüberstellung befindlichen Abschnitte (31, 42) der Mittelelektrode und der dieser gegenüberliegenden Masseelektrode mit einem Edelmetallplättchen (32, 43) versehen, das als Hauptbestandteil Pt enthält. Das Edelmetallplättchen (32, 43) ist mit einem Elektrodenbasismaterial (31, 42) der Mittelelektrode oder der Masseelektrode verbunden und besteht aus einer Pt und ein anderes Element enthaltenen Legierung. In diesem Edelmetallplättchen ist Pt als erster Bestandteil enthalten, während Re als zweiter Bestandteil enthalten ist. Durch den Einsatz dieses Edelmetallplättchens (43) wird auch in einer Hochtemperaturatmosphäre das Wachstum von Platinkügelchen unterdrückt.
    公开号:DE102004026253A1
    申请号:DE200410026253
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-01-20
    发明作者:Tetsuya Kariya Watanabe
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:C22C5-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung befasst sich mit einer Zündkerze, bei der mindestenseiner der beiden in Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitte einer Mittelelektrode und einer dieser gegenüberliegendenErd- bzw. Masseelektrode mit einem Edelmetallplättchen versehen ist, und insbesonderemit einer Zündkerzefür einenGasmotor oder dergleichen, die bei hoher Temperatur eingesetzt werdenkann.
    [0002] EineZündkerzebesteht im Allgemeinen aus einer Mittelelektrode, einem außerhalbder Mittelelektrode gelegenen Isolator, einem außerhalb des Isolators gelegenenGehäuseund einer Masseelektrode, deren einer Endabschnitt mit dem Gehäuse verbundenist und deren anderer Endabschnitt der Mittelelektrode so gegenüberliegt,dass sich dazwischen ein Funkenspalt befindet. Die Zündkerzewird als eine Zündvorrichtungeingesetzt.
    [0003] Darüber hinauswurde zur Verbesserung der Haltbarkeit und dergleichen eine Technikvorgeschlagen, bei der mindestens einer der in Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitte der Masseelektrode und der Mittelelektrodein Form eines Edelmetallplättchensgestaltet ist, das mit einem Elektrodenbasis- bzw. -matrixmaterialverbunden ist (siehe hierzu beispielsweise die JP 9-092432 A und die JP 2002-083663A). Fürdas Edelmetallplättchen,das den in Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitt zwischen den Elektroden bildet, wird im Allgemeinenein Plättchenaus einer Pt-Legierung (Pt: Platin) oder Ir-Legierung (Ir: Iridium)verwendet.
    [0004] DasPt-Legierungsplättchenwird mit dem Elektrodenbasismaterial im Allgemeinen durch Widerstandsschweißen verbunden,währenddas Ir-Legierungsplättchenmit dem Elektrodenmaterial im Allgemeinen mittels Laserschweißen verbundenwird.
    [0005] Wenndas Ir-Legierungsplättchenmit dem Elektrodenbasismaterial durch Laserschweißen verbundenist, ist die Verbindungszuverlässigkeitgewöhnlichbei hohen Temperaturen geringer als die des Pt-Legierungsplättchens,das mit dem Elektrodenbasismaterial durch Widerstandsschweißen verbundenist.
    [0006] Wenndas durch Laserschweißenverbundene Ir-Legierungsplättchendie Verbindungszuverlässigkeitzum Beispiel bei einer Elektrodentemperatur von weniger als etwa900°C gewährleistet,treten demnach beim Überschreitendieser Temperatur Schwierigkeiten auf, eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen.Dagegen kann das durch Widerstandsschweißen verbundene Pt-Legierungsplättchen auchdann füreine ausreichende Verbindungszuverlässigkeit sorgen, wenn die Elektrodentemperaturmehr als ungefähr900°C beträgt.
    [0007] Ausdiesem Grund wurde bei einer in einer Hochtemperaturatmosphäre einzusetzendenZündkerze,bei der das Ir-Legierungsplättchen dieVerbindungszuverlässigkeitnicht sicherstellen kann, bislang das Pt-Legierungsplättchen eingesetzt,um die Zuverlässigkeitder Verbindung zwischen dem Edelmetallplättchen und dem Elektrodenbasismaterialsicherzustellen.
    [0008] Soliegt bei einer Zündkerzefür einenGasmotor die Masseelektrodentemperatur bei normalem Gebrauch beiweniger als 700°C,währenddie Temperatur der Masseelektrode in kürzlich entwickelten Gasmotoren,etwa bei der Kraft-Wärme-Kopplung, beinormalem Gebrauch ungefähr850°C bis950°C beträgt. Ausdiesem Grund würdefür die Masseelektrodeeiner Zündkerzefür Gasmotorenbei hohen Temperaturen als Edelmetallplättchen mit hoher Zuverlässigkeitbislang ein Pt-Legierungsplättcheneingesetzt.
    [0009] DasPt-Legierungsplättchengeht zwar eine zuverlässigeVerbindung mit dem Elektrodenbasismaterial ein, doch entwickelnsich in einer Hochtemperaturatmosphäre Platinkügelchen, die zu einem Kurzschlusszwischen den Elektroden führenkönnen.Unter Bezugnahme auf die 5A und 5B wird ein konkretes Beispielfür diesesProblem beschrieben, das von den Erfindern untersucht wurde.
    [0010] Die 5A und 5B zeigen schematisch den Entladungsabschnittund den ihn umgebenden Abschnitt und das Ergebnis der von den Erfindern durchgeführten Untersuchung,wobei 5A den ursprünglichenZustand darstellt, während 5B das Wachstum von Platinkügelchenin einem Gasmotor beim Einsatz in einer Hochtemperaturatmosphäre zeigt.
    [0011] Dadie Temperatur der Mittelelektrode 30 während des Gebrauchs des Gasmotorsweniger als 900°Cbeträgt,ist der in Gegenüberstellungbefindliche Abschnitt der Mittelelektrode 30 als ein Ir-Legierungsplättchen 32 ausgeführt, dasmit dem Elektrodenbasismaterial laserverschweißt ist. Die Temperatur derMasseelektrode 40 beträgtdagegen ungefähr 850bis 950°C,so dass der in Gegenüberstellungbefindliche Abschnitt der Masseelektrode 40 aus einem Pt-Legierungsplättchen J43besteht, das mit dem Elektrodenbasismaterial widerstandsverschweißt ist. Zwischendem Pt-LegierungsplättchenJ43 und dem Ir-Legierungsplättchen 32 istein Funkenspalt 50 definiert. Im Fall einer Zündkerzefür einenGasmotor hat dieser Funkenspalt eine Abmessung von ungefähr 0,15mm bis 0,6 mm.
    [0012] Genauergesagt besteht das Pt-Legierungsplättchen J43 auf der Seite derMasseelektrode 40 aus 20 Gew.-% Ir, Rest Pt, also aus Pt-20Ir.Das Basismaterial der Masseelektrode 40 und der Mittelelektrode 30 bestehtaus einer Legierung auf Ni-Basis (Ni: Nickel) wie InconelTM.
    [0013] Wiein 5A gezeigt ist, hatdas Innere des Pt-LegierungsplättchensJ43 auf der Seite der Masseelektrode 40 eine schichtförmige Gestaltung.Wie 5B zeigt, rekristallisiertjedoch der entladungsseitige Oberflächenabschnitt des Pt-LegierungsplättchensJ43 währenddes Gebrauchs, so dass sich Platinkügelchen 70 abtrennen,wodurch sich die schichtförmigeGestaltung zu einer kugelförmigen Gestaltung ändert.
    [0014] Während dieserUmwandlung wachsen die Platinkügelchen 70 aufgrundder Funkenzerstäubung undlösen sichvon der Entladungsflächedes PlättchensJ43, um entlang des in 5B durchden Pfeil angegebenen Entladungspfads zu wachsen. Wenn die gewachsenenPlatinkügelchen 70 dasIr-Legierungsplättchen 32 aufder Seite der gegenüberliegendenMittelelektrode 30 erreichen, kommt es zwischen den beidenElektroden 30 und 40 zu einem Kurzschluss.
    [0015] Dadie erforderliche Entladungsspannung bei einer Zündkerze für einen Gasmotor besonders hochist, muss der ursprünglicheFunkenspalt verglichen mit dem (beispielsweise 1 mm großen) ursprünglichenFunkenspalt einer Zündkerzefür einen Benzinmotorauf einen kleineren Wert von ungefähr 0,15 bis 0,6 mm eingestelltwerden. Aufgrund der wachsenden Platinkügelchen 70 kommt esdaher noch leichter zu einem Kurzschluss zwischen den Elektroden 30 und 40.
    [0016] Angesichtsdes oben angesprochenen Problems liegt der Erfindung die Aufgabezugrunde, für eineZündkerze,in der mindestens einer der in Gegenüberstellung befindlichen Abschnitteeiner Mittelelektrode und einer Masseelektrode aus einem Edelmetallplättchen besteht,das Pt als Hauptbestandteil enthält,ein Edelmetallplättchenzur Verfügungzu stellen, das auch in einer Hochtemperaturatmosphäre das Wachstumvon Platinkügelchenunterdrücken kann.
    [0017] DieErfindung beruht dabei auf den Ergebnissen eingehender Untersuchungen,die auf dem Konzept basieren, dass sich das Wachstum der Platinkügelchenunterdrückenlässt,wenn der Schmelzpunkt oder die Härtedes Pt-Legierungsplättchenserhöht wird.
    [0018] DieErfindung sieht hierzu eine Zündkerze miteiner Mittelelektrode, einem außerhalbder Mittelelektrode gelegenen Isolator, einem außerhalb des Isolators gelegenenGehäuseund einer Masseelektrode vor, deren einer Endabschnitt mit dem Gehäuse verbundenist und dessen anderer Endabschnitt der Mittelelektrode so gegenüberliegt,dass sich dazwischen ein Funkenspalt befindet, wobei mindestens einerder in Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitte der Masseelektrode und der Mittelelektrode auseinem Edelmetallplättchenhergestellt ist, das mit einem Elektrodenbasismaterial verbundenist und aus einer Pt und ein davon verschiedenes Element enthaltendenLegierung besteht, die Pt als einen ersten Bestandteil und Re alseinen zweiten Bestandteil enthält.
    [0019] Indiesem Fall bezeichnet der erste Bestandteil einen Bestandteil,der in der das Edelmetallplättchenbildenden Pt-Legierung mit der größten Menge enthalten ist, während derzweite Bestandteil einen Bestandteil bezeichnet, der darin mit derzweitgrößten Mengeenthalten ist.
    [0020] Dasaus der Pt und ein davon verschiedenes Element enthaltenden Legierungbestehende Edelmetallplättchenenthälterfindungsgemäß Re (Rhenium),das den Schmelzpunkt bzw. die Härtedes Edelmetallplättchenserhöht,so dass sich die Platinkügelchenan der Plättchenentladungsfläche schwerlösen.Tatsächlichwird das Wachstum der Platinkügelchenverglichen mit einer herkömmlichenPt-Legierung eherzurückgehalten(siehe hierzu die 3 und 4).
    [0021] Beider erfindungsgemäßen Zündkerze,bei der mindestens einer der in Gegenüberstellung befindlichen Abschnitteder Mittelelektrode und der Masseelektrode unter Verwendung einesals Hauptbestandteil Pt enthaltenden Edelmetallplättchens hergestelltist, kann dieses Edelmetallplättchendas Wachstum der Platinkügelchenalso auch in einer Hochtemperaturatmosphäre zurückhalten.
    [0022] DesWeiteren kann das Edelmetallplättchen nichtweniger als 50 Gew.-% des ersten Bestandteils Pt enthalten. In demEdelmetallplättchenkann demnach als erster Bestandteil 50 Gew.-% oder mehr Pt enthaltensein.
    [0023] Fernerkann das den zweiten Bestandteil bildende Re in dem Edelmetallplättchen ineinem Bereich von 5 Gew.-% bis weniger als 50 Gew.-% enthalten sein.Dadurch lassen sich die Wirkungen der oben angesprochenen erfindungsgemäßen Zündkerzeam besten erreichen.
    [0024] Darüber hinauskann das Edelmetallplättcheneine kugelförmigeGestaltung bzw. einen kugelförmigenAufbau haben. Wenn das Edelmetallplättchen im ursprünglichenZustand anstatt einer schichtförmigenGestaltung eine kugelförmigeGestaltung hat, kann dadurch das Wachstum der Platinkügelchennoch leichter zurückgehaltenwerden.
    [0025] Darüber hinausist das Edelmetallplättchen soausgeführt,dass es bei Normaltemperatur eine Härte HV0,5 von200 oder mehr hat. Die Normaltemperatur beträgt in diesem Fall allgemeinetwa 25°C, unddie HärteHV0,5 entspricht der Vickershärte bei Aufbringungeiner Last von 0,5 kg. Das besprochene Edelmetallplättchen kannalso so ausgeführtsein, dass es eine HärteHV0,5 von nicht weniger als 200 hat.
    [0026] Außerdem istes vorzuziehen, dass das besprochene Edelmetallplättchen einenSchmelzpunkt von nicht weniger als 1850°C hat.
    [0027] Darüber hinaushat der Funkenspalt vorzugsweise eine Abmessung im Bereich von 0,15mm bis 0,6 mm. Auch bei einem solch engen Funkenspalt lässt sichdas Wachstum der Platinkügelchenunterdrückenund der Kurzschluss zwischen den Elektroden verhindern.
    [0028] Zudemkann sich zwischen dem Edelmetallplättchen und dem Elektrodenbasismaterialeine Relaxationsschicht aus einem Material auf Pt-Basis befinden,das einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizientenhat, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizientenvon Pt und dem Wärmeausdehnungskoeffizientendes Elektrodenbasismaterials liegt, wobei das Edelmetallplättchen unddas Elektrodenbasismaterial miteinander mit der Relaxationsschichtdazwischen widerstandsverschweißtsind. Das Material auf Pt-Basis ist in diesem Fall eine Pt enthaltendeLegierung, wobei der Einsatz der Relaxationsschicht deswegen vorzuziehenist, weil dadurch besser das Abfallen des Edelmetallplättchens vondem Elektrodenbasismaterial verhindert wird.
    [0029] DieRelaxationsschicht kann außerdemeine kugelförmigeGestaltung haben. Währendes bei einer Relaxationsschicht mit einer schichtförmigen Gestaltungleicht zu einem Ablösender Relaxationsschicht entlang der Schicht kommt, kann die kugelförmige Gestaltungdas Ablösender Relaxationsschicht zurückhalten,wodurch das Abfallen des Edelmetallplättchens von dem Elektrodenbasismaterialbesser verhindert wird.
    [0030] Schließlich istes vorzuziehen, dass die Relaxationsschicht so ausgeführt ist,dass ihre Härte HV0,5 bei Normaltemperatur nicht weniger als200 beträgt.
    [0031] DieWirkungen der oben beschriebenen Zündkerze sollten sich insbesonderebei einer Zündkerzefür einenGasmotor einstellen.
    [0032] WeitereAufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgendenausführlichen Beschreibungeines bevorzugten Ausführungsbeispiels,die zusammen mit den beigefügtenZeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:
    [0033] 1 als Halbschnitt den Gesamtaufbaueiner Zündkerzegemäß einemAusführungsbeispiel derErfindung;
    [0034] 2 zu Erläuterungszwecken in Einzelheitenden mit A bezeichneten Abschnitt in 2;
    [0035] 3A und 3B konkret, wie bei diesem Ausführungsbeispieldas Wachstum von Platinkügelchenunterdrücktwird;
    [0036] 4 eine grafische Darstellungder bei diesem Ausführungsbeispieldas PlatinkügelchenwachstumunterdrückendenWirkung; und
    [0037] 5A und 5B zu Erläuterungszwecken den Fall einesdurch das Wachstum von Platinkügelchenbedingten Kurzschlusses zwischen den Elektroden einer herkömmlichenZündkerze.
    [0038] ImFolgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispielder Erfindung beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sichauf eine Zündkerzefür einenGasmotor eines Generators fürdie Kraft-Wärme-Kopplung. 1 zeigt im Halbschnitt denGesamtaufbau einer Zündkerzegemäß diesemAusführungsbeispielund 2 zu Erläuterungszweckenin Einzelheiten den mit A bezeichneten Abschnitt in 1.
    [0039] Dieallgemein mit der Bezugszahl 100 bezeichnete Zündkerzeist mit einem zylinderförmigen Gehäuse (Anschlussstück) 10 ausgestattet,das einen Einschraubabschnitt 11 hat, durch den die Zündkerze 100 festan einem (nicht gezeigten) Motorblock angebracht wird. Im Innerendes Gehäuses 10 befindetsich fest ein Isolator 20 aus Aluminiumoxidkeramik (Al2O3) oder dergleichen,wobei ein Spitzenabschnitt 21 dieses Isolators 20 aneiner Endfläche 12 desGehäuses 10 freiliegt.
    [0040] Ineinem Innenloch 22 des Isolators ist eine stabförmige Mittelelektrode 30 befestigt,so dass ihr Spitzenabschnitt 31 am Spitzenabschnitt 21 desIsolators 20 frei liegt, wobei die Mittelelektrode 30 bezüglich desGehäuses 10 ineinem isolierten Zustand gehalten wird, in dem sich zwischen ihnender Isolator 20 befindet.
    [0041] DieMittelelektrode 30 besteht aus einem Innenmaterial undeinem Außenmaterial,wobei das Innenmaterial ein metallisches Material wie Cu mit hervorragenderWärmeleitfähigkeitund das Außenmaterialein metallisches Material wie eine Legierung auf Ni-Basis mit hervorragenderWärmebeständigkeit undKorrosionsbeständigkeitist. An dem angesprochenen Spitzenabschnitt 31 ist mittelsVerschweißen oderdergleichen ein Edelmetallplättchen 32 (das nachstehendals "mittelelektrodenseitigesPlättchen 32" bezeichnet wird)angebracht, das einen Teil der Mittelelektrode 30 bildet.
    [0042] Indiesem Ausführungsbeispielstellt das mittelelektrodenseitige Plättchen 32 ein auseiner scheibenförmigenIr-Legierung (Ir: Iridium) bestehendes Ir-Legierungsplättchen dar und ist mit demdas Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode 30 bildenden Spitzenabschnitt 31 mittelsLaserschweißenverbunden.
    [0043] Darüber hinausist mit der einen Endfläche 12 desGehäuses 10 einesäulenförmige Masseelektrode 40 auseiner Legierung auf Ni-Basis oder dergleichen verbunden und mittelsSchweißenoder dergleichen befestigt. Das eine Ende 41 der Masseelektrode 40 istan der einen Endfläche 12 desGehäuses 10 befestigtund verläuftvom einen Ende 41 zum anderen Ende 42, wobei sieauf halbem Wege im Großenund Ganzen L-förmiggebogen ist, so dass der Seitenabschnitt des anderen Endes 42 demSpitzenabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 gegenüberliegt.
    [0044] Darüber hinausist an dem Abschnitt des anderen Endes 42 der Masseelektrode 40,der dem mittelelektrodenseitigen Plättchen 32 auf demSpitzenabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 gegenüberliegt, durchSchweißenoder dergleichen ein Edelmetallplättchen 43 (das nachstehendals "masseelektrodenseitigesPlättchen 43" bezeichnet wird)angebracht. Dieses masseelektrodenseitige Plättchen 43 bildet einenAbschnitt der Masseelektrode 40.
    [0045] Indiesem Ausführungsbeispielstellt das masseelektrodenseitige Plättchen 43 ein Pt-Legierungsplättchen auseiner Pt und ein davon verschiedenes Element enthaltenden scheibenförmigen Legierungdar und ist mit dem das Elektrodenbasismaterial der Masseelektrode 40 bildendenanderen Ende 42 mittels Widerstandsschweißen verbunden.
    [0046] Außerdem befindetsich in diesem Ausführungsbeispiel,wie in 2 gezeigt ist,zwischen dem masseelektrodenseitigen Plättchen 43 und dem Elektrodenbasismaterialeine Relaxationsschicht 60 aus einem Material auf Pt-Basis, das einenmittleren Wärmeausdehnungskoeffizientenhat, der zwischen dem von Pt und dem des Elektrodenbasismaterials liegt,wobei das masseelektrodenseitige Plättchen 43 und dasElektrodenbasismaterial miteinander mit der Relaxationsschicht 60 dazwischenwiderstandsverschweißtsind.
    [0047] DerEinsatz der Relaxationsschicht 60 ist deswegen vorzuziehen,weil dies die Wirkung verbessert, mit der das masseelektrodenseitigePlättchen 43 darangehindert wird, von dem Elektrodenbasismaterial abzufallen. DieRelaxationsschicht 60 kann beispielsweise aus Pt-20Ni mit20 Gew.-% Ni, Rest Pt bestehen. Darüber hinaus hat die Relaxationsschicht 60 beiNormaltemperatur vorzugsweise eine Härte HV0,5 vonnicht weniger als 200. Im Übrigen würde dieZündkerzeauch dann funktionieren, wenn keine Relaxationsschicht 60 zumEinsatz käme.
    [0048] DesWeiteren bildet der Zwischenraum zwischen den in Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitten der beiden Plättchen 32 und 43 einenFunkenspalt 50. Als erforderlicher oder gewünschter Wertfür eineZündkerzein einem Gasmotor wird die Abmessung ΔG dieses Funkenspalts 50 ineinem Bereich von 0,15 mm bis 0,6 mm eingestellt.
    [0049] Indem masseelektrodenseitigen Plättchen 43 entsprichtder in der Legierung mit der größten Mengeenthaltene erste Bestandteil Pt, während der darin in der zweitgrößten Mengeenthaltene zweite Bestandteil Re (Rhenium) entspricht. Natürlich kann dasmasseelektrodenseitige Plättchen 43 alseinen darin mit einer drittgrößten Mengeenthaltenen Bestandteil auch andere Elemente wie Ir enthalten.
    [0050] Genauergesagt kann der Gehalt an Pt, das den ersten Bestandteil bildet,in dem masseelektrodenseitigen Plättchen 43 50 Gew.-%oder mehr betragen. Darüberhinaus liegt der Gehalt an Re, das den zweiten Bestandteil bildet,vorzugsweise in einem Bereich von 5 Gew.-% bis weniger als 50 Gew.-%.Die HärteHV0,5 des auf diese Weise aufgebauten masseelektrodenseitigenPlättchens 43 kann auf200 oder mehr eingestellt werden und sein Schmelzpunkt auf 1850°C oder mehr.
    [0051] Sokann als masseelektrodenseitiges Plättchen 43 zum Beispielein Zweikomponentensystem aus Pt und Re eingesetzt werden, etwaPt-10Re mit 10 Gew.-% Re, Rest Pt oder Pt-20Re mit 20 Gew.-% Re,Rest Pt.
    [0052] Sobeträgtdie HärteHV0,5 im Fall von Pt-10Re 230 bis 250 undder Schmelzpunkt ungefähr 1880°C. Im Fallvon Pt-20Re beträgtdie HärteHV0,5 200 oder mehr und der Schmelzpunktungefähr 2000°C. Dabeiwird der Schmelzpunkt auf Grundlage des bei 1769°C liegenden Schmelzpunkts vonPt und des bei 3166°Cliegenden Schmelzpunkts von Re berechnet.
    [0053] Darüber hinausbesteht das mittelelektrodenseitige Plättchen 32 in diesemAusführungsbeispieldeswegen aus einem Ir-Legierungsplättchen und das masseelektrodenseitigePlättchen 43 auseinem Pt-Legierungsplättchen,weil die Temperatur der Mittelelektrode 30 ungefähr 900°C beträgt, während dieTemperatur der Masseelektrode 40 ungefähr 850 bis 950°C beträgt.
    [0054] Beider auf diese Weise aufgebauten Zündkerze 100 wird dieSeite des Funkenspalts 50 in eine (nicht gezeigte) Brennkammereines zur Kraft-Wärme-Kopplungdienenden Motors eingebracht und zwischen dem Gehäuse 10 undder Mittelelektrode 30 eine Hochspannung für die Funkenentladungangelegt, um zur Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkammerdie Funkenentladung in dem Funkenspalt zu erzeugen. Als Hochspannungwird an die Mittelelektrodenseite eine negative Spannung angelegt,währenddie Masseelektrode geerdet wird.
    [0055] Dabeiist dieses Ausführungsbeispielals neuartige Anordnung in erster Linie dadurch gekennzeichnet,dass in dem aus einer Legierung mit Pt und einem davon verschiedenenElement bestehenden masseelektrodenseitigen Plättchen 43 der ersteBestandteil der Legierung Pt und ihr zweiter Bestandteil Re ist.
    [0056] DerSchmelzpunkt und die Härtedieses masseelektrodenseitigen Plättchens 43 nehmenentsprechend zu, weswegen davon ausgegangen wird, dass sich an derPlättchenentladungsfläche kaum Platinkügelchenablösen.Tatsächlichwurde fürdieses Ausführungsbeispiel,wie in den 3A und 3B gezeigt ist, nachgewiesen,dass sich das Wachstum der Platinkügelchen 70 verglichenmit einem herkömmlichenPt-Legierungsplättchenunterdrücken lässt.
    [0057] Die 3A und 3B veranschaulichen für einen Fall, in dem die Zündkerze 100 gemäß diesem Ausführungsbeispielin einem Gasmotor fürdie Kraft-Wärme-Kopplungeingebaut wurde, die ermittelten Wachstumslängen L der Platinkügelchen 70 nacheinem Versuch, bei dem die Motorlast 100 und die Motorgeschwindigkeit 750 U/minbetrug. Die WachstumslängeL bezeichnet in diesem Fall die Länge L des Wachstums der Platinkügelchen 70 entlangdes Entladungspfads.
    [0058] Die 3A und 3B veranschaulichen einen Funkenentladungsabschnittund den ihn umgebenden Abschnitt, um das Ergebnis des Versuchs und derUntersuchungen durch die Erfinder zu erläutern. 3A zeigt den Fall des Einsatzes von Pt-10Reals masseelektrodenseitiges Plättchen 43,während 3B den Fall des Einsatzesvon Pt-20Re als masseelektrodenseitiges Plättchen 43 zeigt. DieAbmessung ΔGdes Funkenspalts 50 beträgt in diesem Fall 0,3 mm, wobeials Relaxationsschicht 60 Pt-20Ni verwendet wird.
    [0059] Dadas masseelektrodenseitige Plättchen 43 indiesem Ausführungsbeispieldie oben angesprochene neuartige Anordnung hat, lässt sichdas Wachstum der Platinkügelchen 70 vonder Entladefläche,wie in den 3A und 3B gezeigt ist, im Vergleichzu dem in den 5A und 5B gezeigten herkömmlichenPt-LegierungsplättchenJ43 weiter unterdrücken.Die 3A und 3B sowie 5A und 5B zeigenden Zustand nach dem Verstreichen der gleichen Versuchsdauer.
    [0060] 4 zeigt bei diesem Ausführungsbeispiel konkretdie Unterdrückungswirkungauf die WachstumslängeL der Platinkügelchen 70 undstellt den Zusammenhang zwischen der Wachstumslänge L und der Versuchsdauerfür denFall dar, dass als masseelektrodenseitiges Plättchen 43 Pt-10Re, Pt-20Reund herkömmlichesPt-20Ir verwendet werden. In 4 istzu erkennen, dass sich im Fall dieses Ausführungsbeispiels eine deutlicheWachstumsunterdrückungswirkungfür diePlatinkügelchen 70 ergibt.
    [0061] Darüber hinaushat das masseelektrodenseitige Plättchen 43 gemäß diesemAusführungsbeispielin den in den 3A und 3B gezeigten Beispielen einekugelförmigeGestaltung bzw. einen kugelförmigenAufbau. Das masseelektrodenseitige Plättchen 43 hat alsoim ursprünglichenZustand eine kugelförmigeGestaltung anstatt einer schichtförmigen Gestaltung. Daher lässt sichdas Wachstum der Platinkügelchen 70 verglichenmit dem Fall, dass das masseelektrodenseitige Plättchen 43 im ursprünglichenZustand eine schichtförmigeGestaltung hat, leichter unterdrücken.
    [0062] Dasmasseelektrodenseitige Plättchen 43 mitdieser kugelförmigenGestaltung kann durch eine zur Rekristallisation dienende Wärmebehandlung desPlättchens 43 bzw.des Materials des Plättchens 43 erzeugtwerden, so dass es zu einem Übergang vonder schichtförmigenGestaltung zu der kugelförmigenGestaltung kommt. Die Wärmebehandlung kannzum Beispiel unter der Bedingung erfolgen, dass es eine Stunde langim Vakuum oder in einem inaktiven Gas wie Ar (Argon) einer Temperaturvon 1200°Causgesetzt wird.
    [0063] Darüber hinaushat in den in den 3A und 3B gezeigten Beispielen auchdie Relaxationsschicht 60 eine kugelförmige Gestaltung. Falls dieRelaxationsschicht 60 eine schichtförmige Gestaltung hätte, würde es entlangder Schicht leicht zu einem Ablösen derRelaxationsschicht 60 kommen. Wenn die Relaxationsschicht 60 jedocheine kugelförmigeGestaltung hat, lässtsich das Ablösender Relaxationsschicht 60 unterdrücken, was die Wirkung steigert, mitder das Ablösendes masseelektrodenseitigen Plättchens 43 vondem Elektrodenbasismaterial verhindert wird. Diese Relaxationsschicht 60 mitder kugelförmigenGestaltung lässtsich durch eine zur Rekristallisation dienende Wärmebehandlung des Materialsder Relaxationsschicht 60 erzeugen, so dass es zu einem Übergangvon der schichtförmigenGestaltung zur kugelförmigenGestaltung kommt. Die Wärmebehandlungkann zum Beispiel unter der Bedingung erfolgen, dass sie eine Stundelang im Vakuum oder in einem inaktiven Gas wie Ar (Argon) einer Temperaturvon 1100°Causgesetzt wird.
    [0064] Indiesem Zusammenhang konnte bestätigt werden,dass sich selbst dann, wenn das masseelektrodenseitige Plättchen 43 imursprünglichenZustand eine schichtförmigeGestaltung hat, ohne zuvor in eine kugelförmige Gestaltung gebracht wordenzu sein, oder wenn die Relaxationsschicht 60 anfangs eineschichtförmigeGestaltung hat oder die Relaxationsschicht 60 gar nichteingesetzt wird, das Wachstum der Platinkügelchen 70, soferndas masseelektrodenseitige Plättchen 43 diebesprochene neuartige Anordnung hat, verglichen mit der herkömmlichen Anordnungweiter unterdrückenlässt.
    [0065] Darüber hinausist es bei diesem Ausführungsbeispielebenfalls zweckmäßig, wennauch das mittelelektroden seitige Plättchen 32 mit demElektrodenbasismaterial widerstandsverschweißt ist und ein Pt-Legierungsplättchen ist,das aus einer Pt und ein anderes Element enthaltenden Legierungbesteht, deren erster Bestandteil Pt und deren zweiter BestandteilRe ist. Auch in diesem Fall kann bei der Mittelelektrode 30 dazwischendie angesprochene Relaxationsschicht vorgesehen werden.
    [0066] Beider Zündkerze 100 gemäß diesemAusführungsbeispiel,bei der einer oder beide der in Gegenüberstellung befindlichen Abschnitteder Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40 auseinem als Hauptbestandteil Pt enthaltenden Edelmetallplättchen 32, 43 besteht/bestehen,lässt sichdank dieses Edelmetallplättchens 32, 43 auchin einer Hochtemperaturatmosphäredas Wachstum der Platinkügelchenunterdrücken.
    [0067] DieseWirkung stellt sich besonders gut bei einer diesem Ausführungsbeispielentsprechenden Zündkerzefür einenGasmotor ein, bei der die Abmessung des Funkenspalts 50 aufeinen Bereich von 0,15 mm bis 0,6 mm verengt ist.
    [0068] Natürlich stellensich ähnlicheWirkungen auch dann ein, wenn die Zündkerze dieses Ausführungsbeispiels,bei der mindestens einer der in Gegenüberstellung befindlichen Abschnitteder Mittelelektrode und der dieser gegenüberliegenden Masseelektrodemit einem Edelmetallplättchenversehen ist, nicht als Zündkerzefür einenGasmotor verwendet wird.
    [0069] Esversteht sich, dass die Erfindung nicht auf das oben beschriebeneAusführungsbeispielbeschränktist und sämtliche Änderungenund Abwandlungen des Ausführungsbeispielsumfasst, die nicht vom Schutzbereich abweichen.
    [0070] Beieiner Zündkerzemit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode ist mindestenseiner der in Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitte der Mittelelektrode und der dieser gegenüberliegenden Masseelektrodemit einem Edelmetallplättchenversehen, das als Hauptbestandteil Pt enthält. Das Edelmetallplättchen istmit einem Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode oder der Masseelektrodeverbunden und besteht aus einer Pt und ein anderes Element enthaltenenLegierung. In diesem Edelmetallplättchen ist Pt als erster Bestandteilenthalten, währendRe als zweiter Bestandteil enthalten ist. Durch den Einsatz diesesEdelmetallplättchenswird auch in einer Hochtemperaturatmosphäre das Wachstum von Platinkügelchenunterdrückt.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Zündkerze(100) mit einer Mittelelektrode (30), einem außerhalbder Mittelelektrode (30) gelegenen Isolator (20),einem außerhalbdes Isolators (20) gelegenen Gehäuse (10) und einerMasseelektrode (40), deren einer Endabschnitt (41)mit dem Gehäuse (10)verbunden ist und dessen anderer Endabschnitt (42) derMittelelektrode (30) so gegenüberliegt, dass sich dazwischenein Funkenspalt (50) befindet, wobei mindestens einer derin Gegenüberstellungbefindlichen Abschnitte der Masseelektrode (40) und derMittelelektrode (30) aus einem Edelmetallplättchen (32, 43)hergestellt ist, das mit einem Elektrodenbasismaterial (31, 42)verbunden ist und aus einer Pt und ein davon verschiedenes Elemententhaltenden Legierung besteht und das Pt als einen ersten Bestandteilder Legierung und Re als ihren zweiten Bestandteil enthält.
    [2] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der das Edelmetallplättchen (32, 43)als den ersten Bestandteil nicht weniger als 50 Gew.-% Pt enthält.
    [3] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der das Edelmetallplättchen (32, 43)als den zweiten Bestandteil Re in einem Bereich von 5 Gew.-% bisweniger als 50 Gew.-% enthält.
    [4] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der das Edelmetallplättchen (32, 43)eine kugelförmigeGestaltung hat.
    [5] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der das Edelmetallplättchen (32, 43)so ausgeführtist, dass es bei Normaltemperatur eine Härte HV0,5 von200 oder mehr hat.
    [6] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der das Edelmetallplättchen (32, 43)einen Schmelzpunkt von nicht weniger als 1850°C hat.
    [7] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der der Funkenspalt (50)eine Abmessung (ΔG)im Bereich von 0,15 mm bis 0,6 mm hat.
    [8] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, bei der sich zwischen dem Edelmetallplättchen (43)und dem Elektrodenbasismaterial eine Relaxationsschicht (60)aus einem Material auf Pt-Basis befindet, das einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizientenhat, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten vonPt und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten desElektrodenbasismaterials liegt, und das Edelmetallplättchen (43)und das Elektrodenbasismaterial miteinander mit der Relaxationsschicht(60) dazwischen widerstandsverschweißt sind.
    [9] Zündkerze(100) nach Anspruch 8, bei der die Relaxationsschicht (60)eine kugelförmigeGestaltung hat.
    [10] Zündkerze(100) nach Anspruch 8, bei der die Relaxationsschicht soausgeführtist, dass ihre Härte HV0,5 bei Normaltemperatur nicht weniger als200 beträgt.
    [11] Zündkerze(100) nach Anspruch 1, die als eine Zündkerze für den Gebrauch in einem Gasmotor eingesetztwird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US7221078B2|2007-05-22|
    DE102004026253B4|2018-06-28|
    US20040239223A1|2004-12-02|
    JP4220308B2|2009-02-04|
    JP2004355957A|2004-12-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-09-16| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-08-29| R016| Response to examination communication|
    2011-09-13| R016| Response to examination communication|
    2018-01-16| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01T0013220000 Ipc: H01T0013390000 |
    2018-03-08| R016| Response to examination communication|
    2018-03-14| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2019-03-05| R084| Declaration of willingness to licence|
    2019-03-29| R020| Patent grant now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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