163836. lajstromszámú szabadalom • Előszikráztató, nagyfeszültségű gyújtótekerccsel ellátott gyújtóberendezéshez belsőégésű motorok számára és eljárás az előszikráztató elektódjainak előállítására
3 . 163836 4 A találmánnyal azt a feladatot kívántuk megoldani, hogy belsőégésű motoroknál alkalmazott nagyfeszültségű tekerccsel ellátott gyújtószerkezetek számára olyan előszikráztatót hozunk létre, amely a fenti hátrányos tulajdonságokkal nem rendelkezik, kisméretű és gazdaságos tömeggyártást 5 tesz lehetővé. Ezt a találmány szerint azáltal érjük el, hogy az előszikráztató zárt kisülési terében lévő gáz legalább 98%-os tisztaságú nitrogént és/vagy legalább 99%-os tisztaságú argont és legfeljebb 5.10"3 % szennyeződést, például vizet, oxigént és halo- 10 génokat, tartalmaz: a gáz nyomása 1-10 at, előnyösen 2-5 at: továbbá legalább az egyik elektród a szikrázás helyén legalább 90%-ban alumínium, cérium, hafnium, lantán, nióbium, tantál, titán, vanadium és cirkónium elemek egyikének nitridjéből, vagy eme elemek nitridjeinek keveréké- 15 bői, és 25 atom%-nál kisebb oxigéntartalmú oxidból vagy oxinitridből áll. Az előszikráztatóban bekövetkező átütések következményeképpen a feszültség hirtelen megnő, és ez azt idézi elő, hogy a gyújtási energia nem emésztődik fel az esetleges 20 mellékáramköri ellenállásokon, hanem a gyújtógyertyákon fellépő átütéshez vezet. A fentieknek megfelelő töltőgáz választással 0,2-1 ms időtartamú utánszikrázásmentes utókisülést hozhatunk létre, amely felfutási idő nélkül a környezeti hőmérséklettől, a 25 levegő nedvességétől és a szikrázás gyakoriságától függetlenül legalább egy gyújtógyertya élettartamán keresztül állandó, mégpedig olyan külső méretek mellett, amelyek lehetővé teszik az előszikráztatónak a gyújtógyertya csatlakozójába, vagy a gyújtógyertya szigetelő testének furatába való beépíté- 30 sét. Az általában üvegcsőbe forrasztott előszikráztató töltőgázaként legalább 98%-ban tiszta nitrogén különösen jónak bizonyult. Bizonyos körülmények között célszerű, ha a nitrogénhoz legfeljebb 10%-ban, célszerűen 0,5-2%-ban 35 hidrogént keverünk. Ez például akkor ajánlatos, ha az előszikráztató gázterének belső átmérője kisebb 5 mm-nél. A hidrogén hozzáadása révén ebben az esetben az utánkisülés frekvenciától való függetlensége egészen 150 Hz-ig fenntartható, még akkor is, ha a gáztér átmérője a lehető legkisebb. 40 Másfelől azonban a hidrogén mennyiségének 10% feletti növelésével az utánkisülés feszültsége nő meg, ezáltal az utánkisülés időtartama csökken, míg ugyanakkor a leporlódás sebessége növekszik, mivel ebben az esetben az ionáramlás lényeges részét a hidrogénionok, nem pedig a nitrogénionok 4g létesítik. 12 000 Volt alatti gyújtófeszültségnél az előszikráztató gázterét nitrogén helyett 99%-os tisztaságú argonnal vagy argon és nitrogén keverékével, és adott esetben ehhez adagolt 10%-nál kevesebb célszerűen 0,5-2% mennyiségű hidrogén- 50 nel, vagy nemesgázzal lehet megtölteni. A felsorolt gázok bármelyikének alkalmazása esetén szükséges, hogy a szennyeződések (víz, oxigén és halogének) minden esetben 5.10*3 % alatt legyenek, mert ezek az utánkisülés gyújtófeszültségének növekedését, az utánkisülés- 55 nél az utószikrázás kialakulását, továbbá az előszikrázó elektródjait körülvevő üvegcső falán az elektródok anyagának elporladása miatt történő lerakódást okoznak. Az előszikráztató kisülési terében a gáz nyomása az alkalmazástól függően 1-10 at, előnyösen 2-5 at. 60 Amint fentebb már említettük, az előszikráztató elektródjainak szabad végei között lévő távolság 1-5 mm, célszerűen 1,5-3 mm, avégből, hogy az utánkisülési feszültséget lehetőség kis értéken lehessen tartani, azaz a gyújtófeszültség 1/4-énél kisebb értékű legyen, előnyösen pedig kevesebb 65 legyen, mint az előszikráztató gyújtófeszültségének 1/10 része. Az elektródokat lényegében rudalakura, vagy szögalakura lehet formálni, hogy a szűk gáztérbe könnyen be lehessen őket építeni. A rudalakú elektród átmérője kb. 2 mm, a szögalaku elektród fejének átmérője pedig legfeljebb 5 mm legyen. A 70 nagyobb átmérőjű gáztereknél az elektródokat laposra, vagy fazékalakura is ki lehet alakítani. Az elektródok anyaga a találmány szerint kevéssé porlódó fémnitridek, mint aluminium-, cérium-, hafnium-, lantán-, tantál-, titán-, niobium- vanadium- és cirkóniumnitrid, vagy -75 ezen fémek nitridjeinek keveréke, amelyek további alkotóként olyan oxidokat és oxinitrideket tartalmaznak, amelyeknek oxigéntartalma huszonöt atom%-nál kevesebb. Különösen használhatónak bizonyultak az előszikráztatóban való alkalmazása céljára az olyan elektródok, amelyek a szikrázás helyén legalább 90 súlyszázalékban, előnyösen pedig 99 súlyszázalékban cirkóniumnitridet tartalmaznak. Az elektródok előállításánál a találmány szerint az elektród magját képező elektródtestre például volfáramból vagy egyéb, erre alkalmas fémből, például aluminiumból, cériumból, hafniumból lantánból, niobiumból, tantálból, titánból, vanádiumból vagy cirkóniumból, vagy ezen fémek keverékéből álló bevonatot viszünk föl, és a bevonatot külső legalább annak felületén nitrogénben vagy ammóniákban az illető fém nitridjévé alakítjuk át. További lehetőségek is vannak arra a célra, hogy a nitrideket az elektródtestre felvigyük, például plazmaszórás segítségével, vagy gáz-fázisból való közvetlen leválasztás révén. Különösen azok az elektródok alkalmasak, amelyekben a nitridek legalább 90 súlyszázalékban szintereit állapotban vannak jelen, azzal a kikötéssel, hogy a szintereit részecskék: átmérője az elektródok felületén kisebb, mint a szikrák átmérője a szikrázás! talppontban. A találmány szerinti előszikráztatóban alkalmazott intézkedések együttes hatásuként lehetővé vált, hogy olyan előszikráztatót készítsünk, amely a tekerccsel ellátott gyújtóberendezések által támasztott követelményeknek messzemenően megfelelnek. A leíráshoz mellékelt rajzon a találmány szerinti megoldásnak megfelelő kiviteli példákat láthatunk. A rajzokon az 1. ábra üvegcsőbe beforrasztott elektródokkal rendelkező előszikráztatót ábrázol nagyított léptékben, a 2. ábra gyújtógyertya csatlakozót látunk metszetben, mely csatlakozóba a találmány szerinti előszikráztató és a zavarelhárító ellenállás van beépítve, és a 3. ábra olyan gyújtógyertyát ábrázol metszetben, amelynek kerámia testében j lévő furatba a találmány szerinti előszikráztató van beépítve. Az 1. ábrán látható előszikráztató elektródjai 10 üvegcsőbe vannak beforrasztva, melynek külső átmérője 4,5 mm hosszúsága pedig húsz mm. Az elektródoknak volfáramanyagu 11 elektródteste van, amely az üvegcső falán halad keresztül. A 10 üvegcsövön belül helyezkednek el a 11 elektródtestek szabad végei, melyek a szikrázás helyén 12 bevonattal vannak ellátva, amelyek plazmaszórás útján felvitt 99 súlyszázalékos cirkóniumnitridből állnak, ahol a nitrid oxigéntartalma a szórás után kisebb, mint huszonöt atomszázalék. A cirkóniumnitrid 12 bevonattal ellátott elektródok szabad végcinek egymástól lévő távolsága 2 mm, az üvegcső 98%-ban nitrogénnel 2%-ban hidrogénnel van töltve, és az üvegcsőben lévő nyomás 4 at. A 2. ábrán metszetben rajzolt gyújtógyertya kábelcsatlakozó lényegében egy 15 szigetelőtestből áll, amelyet 16 fémköpeny vesz körül. A 15 szigetelőtesten belül 17 érintkező van, amelyen 18 szorítórugó foglal helyet. A 17 érintkezőhöz 19 előszikráztató csatlakozik, - amelyet az 1. ábrán külön láthatunk - és az előszikráztatót vékony szilikoncsődarabból álló 20 védőburkolat veszi körül. A 19 előszikráztatóhoz csatlakozik a csatlakoztató 15 szigetelőtestében lévő 1000 Ohmos zavarmentesítő 21 ellenállás és egy 22 csavar, amelyhez a 21 ellenállás 23 spirálrugó útján támaszkodik, és ez egyben villamos összeköttetést létesít a 22 csavar vége és a 21 ellenállás között. A 17 érintkező, a 19 előszikráztató, a 20 védőburkolat, 21 ellenállás, a 22 csavar és a 23 spirálrugó a csatlakozó műanyagból lévő 15 szigetelőtestébe vannak beágyazva. A 3. ábrán metszetben rajzolt gyújtógyertya 25 tokból, mely 26 csavarmenettel van ellátva, 27 testelektródból, 28 rézazbeszttömítésből és ezenkívül 29 gyertyaszigetelésbó'l áll, amelyben 5 mm átmérőjű furat van kialakítva. Ennek a furatnak alsó tartományába nikkelből lévő 30 középelektród 2
