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Technisches Gebiet
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Die Offenbarung bezieht sich auf eine Zündkerze.
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Hintergrund
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Eine Zündkerze ist eine elektrische Vorrichtung, die dazu verwendet werden kann Kraftstoff (beispielsweise eine Kraft-Luft-Mischung) in einem Verbrennungsmotor zu zünden und zwar mittels eines elektrischen Funkens. Funken-Zündkerzen besitzen eine Mittelelektrode, die durch einen isolierten Draht mit einer Zündspule, einem Magnetkreis oder einer anderen Hochspannungsquelle verbunden ist. Diese Mittelelektrode bildet einen Funkenspalt, und zwar mit einem geerdeten Anschluss an einem entfernt gelegenen Ende der Zündkerze. Das entfernt gelegene Ende der Zündkerze ist in einem die Kraftstoff-Luftmischung enthaltenden Raum positioniert. Wenn eine Spannungsdifferenz sich zwischen der Mittelelektrode und der Erdelektrode entwickelt, so werden die Bedingungen für die Erzeugung eines Funkens an der Zündkerze geschaffen. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden einen kritischen Wert erreicht, so werden die Gase in dem Zündspalt ionisiert. Die ionisierten Gase leiten Elektrizität und daher wird ein Energiefluss über den Zündspalt gestattet, wodurch ein Funke erzeugt wird. Zündkerzen erfordern üblicherweise eine Spannung zwischen 10 bis 30 Kilovolt oder mehr, um einen Funken zu erzeugen.
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Im Laufe der Zeit setzt sich verbrannter Kraftstoff oder Öl (Ruß) als eine Ablagerung, auf und um die Elektroden herum ab. Diese Abscheidungen können die Bildung eines Funkens und die ordnungsgemäße Zündung der Kraftstoff-Luftmischung behindern. Bei hohen Temperaturen werden die Rußablagerungen von der Spitze der Zündkerze weg gebrannt, wodurch die Bildung eines Funkens wiederum gestattet wird. Die Selbstreinigungs- oder Selbstverbrennungstemperatur der Zündkerze muss zum Wegbrennen des Rußes ungefähr 500 bis 600°C erreichen. In einigen Anwendungsfällen kann die Elektrodentemperatur diese Temperatur nicht erreichen. Bei den hohen Temperaturen, die für die Russoxidation, die Elektrodenoxidation und andere Korrosionsmechanismen erforderlich sind, können zu dem zu Elektrodenabrieb-Anstiegen führen. Diese Mechanismen tragen zu einer Abnahme der Lebenserwartung einer Zündkerze bei.
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US Patent 4,093,887 von Corbach et al. (das '887 Patent) offenbart eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode, die derart konstruiert ist, dass die Korrosion von Kupfer unter Einwirkung heißer Verbrennungsgase verringert wird. Die Mittelelektrode des '887 Patents weist eine Beschichtung aus einem korrosionsbeständigen Material (wie beispielsweise einer Nickellegierung oder einem Material basierend auf Chrom oder Kobalt) auf und zwar eine Matrix aus Kupfer oder Kupferlegierung umgeben mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit. Das Matrixmaterial hat darin eingebettet Fäden oder Fasern, die aus einem korrosionsbeständigen Material (vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Beschichtung) hergestellt sind. Das Matrixmaterial der Funkenspitze der Mittelelektrode ist derart geätzt, dass die Beschichtung und die eingebetteten Fasern von der Elektrodenoberfläche vorstehen und zwar um ungefähr 50 bis 500 Mikron. Die korrosionsbeständige Beschichtung und die eingebetteten Fasern des '887 Patents sollen die Korrosion des Elektrodenmatrixmaterials reduzieren und die Funkenspaltdicke auf einem festen Niveau halten. Während die Mittelelektrode des '887 Patentes die mit dem Abrieb in Beziehung stehende Korrosion verringern kann, fordert die Mittelelektrode des '887 Patents nicht ein erhöhtes elektrisches Feld an der Elektrodenspitze.
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Die vorliegenden Offenbarung richtet sich auf Zündkerzen, die die oben erwähnten Nachteile und/oder andere Nachteile bei der existierenden Technologie verringern oder überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt ist eine Zündkerze offenbart. Die Zündkerze kann eine erste Elektrode, einen Isolator positioniert radial außerhalb der ersten Elektrode und ein Gehäuse aufweisen, welches radial außerhalb des Isolators positioniert ist. Die Zündkerze kann auch eine zweite Elektrode aufweisen und zwar elektrisch gekoppelt mit dem Gehäuse. Die zweite Elektrode kann einen Funkenspalt mit der ersten Elektrode bilden. Die Zündkerze kann ferner eine Zündungselektrode aufweisen, die mit mindestens der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode oder beiden Elektroden gekoppelt oder gekuppelt ist. Die Zündungselektrode kann Fasern aus Nb-Ti innerhalb eines Matrixmaterials aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Zündkerze offenbart. Die Zündkerze kann ein Paar von Elektroden aufweisen, die eine Kathode und eine Anode bilden und zwar positioniert zur Bildung eines Funkenspaltes und ferner ist eine Zündelektrode vorgesehen gekoppelt mit einer Elektrode nahe dem Funkenspalt. Die Zündelektrode kann Fasern aus Nb-Ti aufweisen. Die Fasern aus Nb-Ti können zwischen ungefähr 52 bis 54 Prozent des Niobs ausmachen und zwischen ungefähr 46 bis 48 Prozent des Gewichts des Titans.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Zündkerze offenbart. Die Zündkerze kann einen Isolator aufweisen und eine erste Elektrode mit einer Zone oder Region umgeben durch den Isolator. Die Zündkerze kann auch ein Gehäuse aufweisen und zwar positioniert außerhalb des Isolators und eine zweite Elektrode elektrisch gekoppelt oder gekuppelt mit dem Gehäuse und positioniert zur Bildung eines Funkenspaltes mit der ersten Elektrode. Die Zündkerze kann auch eine Zündungselektrode aufweisen, die mit der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode gekoppelt ist. Die Zündungselektrode kann Fasern aus Nb-Ti aufweisen. Mindestens einige der Fasern aus Nb-Ti können in den Funkenspalt ragen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Teilschnitt einer beispielhaft offenbarten Zündkerze;
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2 ist ein Querschnitt des Funkenendes der Zündkerze gemäß 1;
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3 ist ein Querschnitt des Funkenendes einer exemplarischen Mittelelektrode der Zündkerze gemäß 1; und
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4 ist ein Querschnitt der Mittelelektrode der 3.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht einen Teilschnitt einer exemplarischen Zündkerze 10 der vorliegenden Offenbarung. Die Zündkerze 10 kann dazu verwendet werden, um eine Kraftstoff-Luftmischung in irgendeiner Anwendung zu zünden. In einem Benzinmotor kann die Zündkerze in einer Verbrennungskammer des Motors verwendet werden, um die Kraftstoff-Luftmischung zu zünden. Dieselmotoren können die Zündkerze 10 in einem Regenerationssystem verwenden, um bei der Regeneration einer Abgasbehandlungskomponente wie beispielsweise einem Dieselteilchenfilter (Diesel Particulate Filter = DPF) oder einen Dieseloxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst = DOC) unterstützen. In einer derartigen Regenerationssystemanwendung kann Kraftstoff zu einer Brenneranordnung geliefert werden, die stromaufwärts gegenüber der Abgasbehandlungskomponente angeordnet ist, und eine Zündkerze kann die Kraftstoffmischung zünden, um die dahin durch fließenden Abgase zu erhitzen. Diese erhitzen Abgase können die Temperatur vorsehen, die für die Regeneration der Abgasbehandlungskomponente erforderlich ist. Obwohl die Zündkerze 10 der vorliegenden Erfindung nicht eingeschränkt ist auf irgendeine spezielle Anwendung, wird in der folgenden Beschreibung die Anwendung der Zündkerze 10 bei einem Regenerationsanwendungsfall diskutiert.
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Die Zündkerze 10 weist einen Anschluss 12, der mit der Mittelelektrode 14 verbunden ist, auf. Die Mittelelektrode 14 ist mit Anschluss 12 durch einen internen Draht und üblicherweise einen Keramikserienwiderstand zur Reduktion der Emission von Hochfrequenz-(RF)-Rauschen in Folge von Funkenbildung verbunden. Der Anschluss 12 verbindet die Zündkerze 10 mit einer externen Hochspannungsquelle eines Zündungssystems. Die exakte Anschlusskonstruktion variiert abhängig von der Verwendung der Zündkerze. In einigen Ausführungsbeispielen schnappen Drähte von der Hochspannungsquelle in den Anschluss 12. In anderen Ausführungsbeispielen haben die Drähte von der Hochspannungsquelle eine Scheibe (spade) oder andere Verbinder, die an dem Anschluss unter Verwendung einer Mutter befestigt sind. Der Anschluss 12 und die Mittelelektrode 14 sind elektrisch von einem äußeren Gehäuse 16 durch einen Isolatorkörper 18 getrennt.
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Der Isolatorkörper 18 kann aus irgendeinem Isoliermaterial hergestellt sein, das hohen Temperaturen widersteht. Sie sind typischerweise aus Hochtemperaturkeramikmaterialien wie beispielsweise Porzellan hergestellt. Es können jedoch auch andere Hochtemperaturisoliermaterialien verwendet werden wie beispielsweise geschmolzener Quarz verwendet werden kann, um den Isolator 18 herzustellen. Die Hauptfunktion des Isolatorkörpers 18 besteht darin einen mechanischen Halt und elektrische Isolation für die Mittelelektrode 14 vorzusehen. Der Isolatorkörper 18 bewirkt die Erstreckung des Anschlusses 12 von der Mittelelektrode 14, um so den Anschuss 12 leichter zugänglich in Systemen zugänglich zu machen, die tiefer gehende Zündkerzen verwenden. Der Isolatorkörper 18 erstreckt sich zu dem entfernt gelegene Ende der Zündkerze 10, um eine Isolierhülse 18A um das entfernt gelegene Ende der Mittelelektrode 14 herum zu bilden. Während des Betriebs kann die Isolierhülse 18A heißen Gasen innerhalb des Regenerationssystems und hohen elektrischen Spannungen innerhalb der Mittelelektrode 14 ausgesetzt sein. Dabei muss die Isolierhülse 18A konfiguriert sein, um hohen Temperaturen und hohen Spannungen zu widerstehen, wobei sie eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Isolierhülse 18A aus einem Material hergestellt sein, das sich von dem des Isolatorkörpers 18 unterscheidet, wie beispielsweise aus gesintertem Aluminiumoxid, das ausgelegt ist, hohen Spannungen und hohen Temperaturen zu widerstehen.
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Das äußere Gehäuse 16 umgibt den entfernt gelegenen Teil des Isolatorkörpers 18 und weist Merkmale auf wie beispielsweise ein Schraubgewinde 16A und einen Bolzen 16B, um die Zündkerze 10 an einer Komponente des Verbrennungsmotors zu befestigen wie beispielsweise einen Brenner des Regenerationssystems. Ein äußeres Gehäuse ist typischerweise aus einem Metall hergestellt, um dem Drehmoment des Anziehens der Zündkerze 10 an der Motorkomponente zu widerstehen und um Wärme vom Isolatorkörper 18 abzuführen und zur Motorkomponente zu übertragen. Es ist klar, dass andere Befestigungskonfigurationen verwendet werden können, um die Zündkerze 10 an der Motorkomponente festzulegen. Das äußere Gehäuse 16 endet an einer Erdelektrode 22 am entfernt gelegenen Ende der Zündkerze 10. Die Erdelektrode 22 kann aus irgendeinem leitenden Material, wie es im Stand der Technik bekannt ist, hergestellt sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Erdelektrode 22 einen hochnickelhaltigen Stahl umfassen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Erdelektrode 22 auch aus dem gleichen Material wie die Mittelelektrode (beispielsweise Kupfer) hergestellt sein oder kann mit einem Kupferkern hergestellt sein, um so die Wärmeleitung zu erhöhen. Die Erdelektrode 22 kann nahe dem entfernt gelegenen Ende der Mittelelektrode 14 positioniert sein derart, dass ein Spalt 24 zwischen dem entfernt gelegenen Ende der Mittelelektrode 14 und der Erdelektrode 22 existiert. Während des Betriebs kann die Mittelelektrode 14 eine Kathode und die Erdelektrode 22 eine Anode bilden. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen der Kathode und der Anode hoch genug ist, um die Gase im Spalt 24 zu ionisieren, so können die Elektronen von der Kathode den Spalt 24 zur Anode überspringen (einen Funken erzeugen) und die Erdung erfolgt zur Motorkomponente durch das Außengehäuse 16. Obwohl die Erdelektrode 22 als ein gekrümmtes Glied dargestellt ist und zwar positioniert direkt unterhalb der Mittelelektrode 14 ist dies keine Beschränkung oder Einschränkung. Irgendeine bekannte Orientierung der Erdelektrode 22 und des Spaltes 24 kann mit den Zündkerzen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. In einigen Ausführungsbeispielen können Mehrfach-Erdelektroden 22 um die Mittelelektrode 14 herum positioniert sein.
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2 ist eine Schnittansicht des entfernt gelegenen Endes der Zündkerze 10 identifiziert in 1 als die Zone oder Region umschlossen durch die gestrichelte Linie. Die Mittelelektrode 14 kann irgendein Material aufweisen, das typischerweise als die Kathode einer Zündkerze verwendet wird. Irgendein Material, das ein guter Leiter für Wärme und Elektrizität ist und ein Material, das in der Lage ist in der Betriebsumgebung der Zündkerze 10 arbeiten zu können, kann für diesen Zweck verwendet werden. Diese Materialen umfassen Kupfer, Legierungen von Kupfer, Aluminium, Legierungen von Aluminium, Nickellegierungen, Nickeleisen, Chrom, Chromlegierungen oder Edelmetalle. Das weitest weg gelegene Ende der Mittelelektrode 14 kann eine Zündelektrode 14A aufweisen.
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Die Zündelektrode 14A kann ein Einsatz sein, der an einem entfernt gelegenen Ende der Mittelelektrode 14 angebracht ist. Die Zündelektrode 14A kann an der Mittelelektrode 14 befestigt sein und zwar durch irgendeinen geeigneten Befestigungsprozess, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Diese Befestigungsprozesse können folgendes umfassen: Schweißen, Hartlöten, Löten oder andere Hochtemperaturbefestigungsprozesse. Die Zündelektrode 14A ragt von der Mittelelektrode 14 in den Spalt 24. In einigen Ausführungsbeispielen jedoch kann die Oberfläche der Zündelektrode 14A in einer Ebene liegen mit der Oberfläche der Mittelelektrode 14. Die Zündelektrode 14A weist Fasern aus einem Material mit einer hohen Stromführungskapazität auf, wie beispielsweise aus Niob-Titan (Nb-Ti) oder Niob-Zinn (NbSn3), und zwar positioniert innerhalb eines Matrixmaterials. Obwohl die Erdelektrode ohne Einsatz in 2 gezeigt ist, kann in einigen Ausführungsbeispiele die Erdelektrode 22 auch eine Befestigung besitzen ähnlich der Zündelektrode 14A. Diese Erdelektrodenbefestigung kann strukturell ähnlich zu der Zündelektrode 14A sein oder aber auch unterschiedlich sein.
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3 ist eine Veranschaulichung des entferntesten Bereichs oder Region der Mittelelektrode 14 identifiziert in 2 als die Region oder Zone umschlossen von der gestrichelten Linie. In einem Ausführungsbeispiel weist die Zündelektrode 14A Fasern 26 auf und zwar aus Nb-Ti und sich im allgemeinen längs durch die Matrix 28 erstreckend. Die Matrix 28 kann irgendein elektrisches oder thermisch leitendes Material aufweisen wie beispielsweise Aluminium, Kupfer usw. Die Matrix 28 kann bauliche Stabilität den Fasern 26 erteilen. Die Matrix 28 kann aus dem gleichen Material wie die Mittelelektrode 14 hergestellt sein oder kann aus unterschiedlichem Material hergestellt sein. Das Material der Nb-Ti Fasern 26 kann ein Typ-II-Superleiter sein und zwar einer Legierung aus Niob und Titan aufweisend. Die Zusammensetzung der superleitenden Nb-Ti Legierung kann ungefähr 53 Gewichtsprozent Niob und ungefähr 47 Gewichtsprozent Titan enthalten. Diese Zusammensetzung von Niob und Titan kann ein Superleiter sein bei 10 Kelvin (–263°C). Obwohl die Nb-Ti Fasern 26 nicht aus einem Superleiter in diesem Anwendungsfall verwendet werden, Fasern mit dieser annähernden Zusammensetzung besitzen eine große Stromführkapazität, was vorteilhaft sein kann bei Erzeugung eines großen elektrischen Feldes am entfernt gelegenen Ende der Mittelelektrode 14. Fasern aus Nb-Ti haben Zusammensetzungen, die etwas unterschiedlich von der superleitenden Zusammensetzung sind, und können auch hinreichend Stromführkapazität besitzen, um für diesen Anwendungsfall vorteilhaft zu sein. Beispielsweise kann die Zusammensetzung von Niob und Titan in den Nb-Ti Fasern 26 dieser Anwendung oder Anmeldung auch ungefähr 52 bis 54 Gewichtsprozent Niob und ungefähr 46 bis 48 Gewichtsprozent Titan enthalten. In einigen Ausführungsbeispielen können die Fasern kleine Mengen anderen Elemente enthalten wie beispielsweise Hafnium, Aluminium, Molybdän, Wolfram und/oder Silizium (kleiner gleich ungefähr 4%). Das Vorhandensein dieser Elemente kann die Oxidationsstabilität der Nb-Ti-Legierung verbessern. In einigen Ausführungsbeispielen können Atome von Elementen wie beispielsweise Sauerstoff an der Oberfläche der Fasern 26 durch Ionenimplantation oder andere Verfahren implantiert sein, um den Widerstandswert der Fasern zu vermindern. In dieser Offenbarung wird der Ausdruck Ni-Ti-Faser (oder Faser aus Ni-Ti) breit verwendet, um auf eine Faser Bezug zu nehmen, die im Wesentlichen aus Niob und Titan hergestellt ist und auf eine Faser, die kleine Mengen von anderen Elementen zusätzlich zu Niob und Titan enthält. In einigen Ausführungsbeispielen kann im Wesentlichen eine gesamte Faser 26 aus der Niob-Titan-Legierung bestehen, wohingegen in anderen Ausführungsbeispielen eine Faser 26 einen Überzug oder einen Mantel aus Niob-Titan-Legierung um einen Kern herum aufweisen kann, der aus einem Trägermaterial hergestellt ist, wie beispielsweise Kupfer oder Kohlenstoff.
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Die Anzahl der Fasern 26, die Größe der Fasern 26 und die Beabstandung zwischen den Fasern 26 kann unterschiedlich sein. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser D2 der Mittelelektrode 14 zwischen ungefähr 1 und 3 Millimeter (1000 bis 3000 Mikron) abhängig von den Spezifikationen der Zündkerze 10. Der Durchmesser D1 der Zündelektrode 14A kann auch von dem Anwendungsfall abhängen. In einigen Ausführungsbeispielen können kommerziell verfügbare Nb-Ti-Fasern 26 in einem Matrixmaterial als Zündelektrode 14A verwendet werden. In diesen Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser D1 die Größe der kommerziell verfügbaren Faser-Matrix-Kombination umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser D1 der Zündelektrode 14A zwischen ungefähr 0,3 und 2 Millimeter (300 bis 200 Mikron) liegen und der Durchmesser D3 der Nb-Ti-Faser 26 kann ungefähr zwischen 1 und 20 Mikron liegen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser D3 der Nb-Ti-Faser 26 zwischen 1 und 10 Mikron liegen und in bevorzugteren Ausführungsbeispielen kann dieser Durchmesser zwischen 3 und 7 Mikron liegen. Im allgemeinen kann der Durchmesser D3 von den Größen der kommerziell verfügbaren Nb-Ti-Fasern abhängen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser D3 abhängen von der Stromdichte der Fasern 26. In diesen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise der Durchmesser der Fasern 26 derart gewählt werden, dass die maximale Stromdichte durch die Fasern 26 während des Betriebs der Zündkerze 10 unterhalb einer akzeptablen Grenze liegt, obwohl die Mittelelektrode 14, die Zündelektrode 14A und die Nb-Ti-Fasern 26 beschrieben werden als einen Durchmesser besitzend, kann ihre Querschnittsform eine andere sein als kreisförmig und eine Breite besitzen bemessen wie oben offenbart. Im Allgemeinen können die Mittelelektrode 14, die Zündelektrode 14A und die Fasern 12 sämtlich irgendeine Querschnittsform besitzen (wie beispielsweise rechteckig, quadratisch oder irgendeine andere mehrseitige Gestalt). Obwohl die 3 alle Fasern 26 als sich durch die Zündelektrode 14A linear in einer konsistenten Art und Weise erstreckend dargestellt sind, ist dies keine Einschränkung. Im Allgemeinen können sich die Fasern 26 durch die Zündelektrode 14A in irgendeiner Weise erstrecken. Beispielsweise können die Fasern 26 in einigen Ausführungsbeispielen schraubenlinienförmig angeordnet sein, um eine Mittelachse der Zündelektrode herum, während in anderen Ausführungsbeispielen einige Fasern 26 sich linear erstrecken können, während andere Fasern 26 mit anderen Fasern 26 verflochten sind.
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An dem am weitesten weg gelegene Ende der Zündelektrode 14A können einige oder alle der Fasern 26 in Spalt 24 ragen, um eine vorstehende Zone oder Region 26A zu schaffen. Die Matrix 28 am entferntest gelegenen Ende der Zündelektrode 14A kann geätzt sein, und zwar unter Verwendung eines chemischen Ätzmittels (oder durch ein anderes geeignetes Verfahren), um eine Länge L2 der Fasern 26 am entferntest gelegenen Ende, das in den Spalt 24 ragt wie Borsten einer Bürste freizulegen. Eine Länge L0 der Zündelektrode 14A innerhalb der Mittelelektrode 14, eine Länge L1 der Matrix 28 der Zündelektrode 14A, die in den Spalt 24 ragt und eine Länge L2 der vorstehenden Region oder Zone 26A können innerhalb des Anwendungsfalls variieren. In einem Ausführungsbeispiel kann die Länge L0 der Zündelektrode 14A zwischen ungefähr 5 und 10 Millimeter (5000 bis 10.000 Mikron) liegen. Eine derartige Länge L0 sieht Interface bzw. zusammenwirkende Oberflächen der Mittelelektrode 14 und der Zündelektrode 14A vor, um das erwünschtes elektrisches Feld zu bilden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Länge L1 der Matrix 28 der Zündelektrode 14A zwischen ungefähr 0 und 5 Millimeter (0 bis 5000 Mikron) liegen und die Länge L2 der vorstehenden Region oder Zone 24A kann zwischen ungefähr 0,9 und 10 Millimeter (900 bis 10.000 Mikron) liegen. Bei größeren Längen von L2 können Rückstoßkräfte zwischen benachbarten Fasern 26 hervorgerufen infolge von Lorenzkräften bewirken, dass die benachbarten Fasern 26 sich voneinander wegbiegen, was in schädlicher Weise die Funken beeinflusst, die im Spalt 24 erzeugt werden. Lorenzkräfte sind Kräfte, die in Fasern 26 erzeugt werden, und zwar in Folge induzierter elektromagnetischer Felder hervorgerufen durch ein großes elektrisches Feld darinnen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Länge L2 variieren zwischen 1 und 7 Millimetern und in bevorzugteren Ausführungsbeispielen kann die Länger L2 variieren zwischen 3 und 7 Millimeter. Über die Zeit hinweg können korrodierende Effekte der Umgebung und des elektrischen Feldes eine Reduktion der Länge L2 der vorstehenden Region oder Zone 26A hervorrufen. Daher kann die Wahl einer kleineren Länge L2 in negativer Weise die zu erwartende Lebenszeit der Zündkerze 10 beeinflussen.
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4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Mittelelektrode 14 längs der Linie 4-4 in 3. Wie zuvor ausgeführt gilt folgendes: Obwohl die Mittelelektrode 14, die Zündelektrode 14A und die Fasern 26 als kreisförmig dargestellt sind, können einige oder alle diese Elemente andere Formen besitzen. In einigen Ausführungsbeispielen können die Fasern 26 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt über die Matrix 28 der Zündelektrode 14A hinweg sein. Jedoch, in einigen Ausführungsbeispielen können Bündelungen von Fasern 26 zusammengebracht sein (klumpenbildend), und zwar in Faserzonen oder -Regionen der Zündelektrode 14A. In diesen Ausführungsbeispielen können die Fasern 26 ungleichmäßig über die Mittelelektrode 14A hinweg verteilt sein. Es ist auch ins Auge gefasst, dass in einigen Ausführungsbeispielen die Matrix 18 im Wesentlichen oder vollständig eliminiert ist. In diesen Ausführungsbeispielen kann die Zündelektrode 14A eine Zusammenballung von dicht beabstandeten Fasern 26 umfassen, die sich in Längsrichtung durch die Mittelelektrode 14A erstreckt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine Zündkerze der vorliegenden Offenbarung kann vorteilhaft sein für jeden Anwendungsfall, wo Zündkerzen derzeit verwendet werden können. Beispielsweise, wie oben diskutiert, kann die offenbarte Zündkerze in einer Verbrennungskammer eines Benzinmotors verwendet werden oder in einem Regenerationssystem eines Dieselmotors.
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Um einige der Merkmale der Zündkerze der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen, ist eine beispielhafte Anwendung der Zündkerze an einem Brenner eines Regenerationssystems beschrieben. Der Anschluss 12 der Zündkerze 10 ist elektrisch mit der Hochspannung gekoppelt, die durch eine Zündspule oder ein Magnetoelement erzeugt wird. Wenn die Elektronen von der Spule fließen, entsteht eine Spannungsdifferenz zwischen der Mittelelektrode 14 und der Erdelektrode 22, da die Kraftstoff-Luftmischung im Spalt 24 zwischen diesen Elektroden den Stromfluss dahindurch verhindert. Wenn die Spannungsdifferenz die di-elektrische Festigkeit der Gase übersteigt, so werden die Gase ionisiert und Elektronen springen von der Zündelektrode 14A über den Spalt 24 und erzeugen über den Spalt hinweg einen Funken.
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In der Zündelektrode 14A werden Elektronen emitiert wo die elektrische Feldstärke am größten ist. Die elektrische Feldstärke ist am größten, wo der Krümmungsradius der Oberfläche am kleinsten ist. Das bedeutet, dass Elektronen von scharfen Punkten oder Kanten der Zündelektrode 14A abgegeben und nicht von flachen Oberflächen. Die freigelegten Fasern 26 an dem entferntest gelegenen Ende der Zündelektrode 14A erhöhen die Anzahl der scharfen Ecken und Kanten, die verfügbar sind zur Emission von Elektronen, wodurch die Funken über den Spalt 24 hinweg vergrößert werden. Die große Stromführungskapazität von Nb-Ti vergrößert weiterhin die Funken über den Spalt hinweg. Während der Verwendung oxidiert die freiliegende Oberfläche der Matrix 24 der Zündelektrode 14A und erzeugt einen Oxydmantel auf der Elektronenoberfläche. Dieser Oxydmantel wirkt als eine Sperre entgegen sekundärer Emission von Elektronen von der freiliegenden Oberfläche der Matrix 28. Die Verhinderung der Sekundäremission von Elektronen aus der Matrixoberfläche konzentriert das elektrische Feld an dem entfernt gelegenen Ende der Fasern 26 und verbessert die Stabilität der davon erzeugten Bogen oder Funken. Während fortgesetzter Verwendung wird Ruß an den freiliegenden Oberflächen der Zündelektrode 14A abgeschieden, und zwar einschließlich der freiliegenden Oberflächen der Fasern 26 und Matrix 28. Die Intensität der Funken erzeugt durch die Nb-Ti-Fasern 26 brennt den Ruß von den freiliegenden Oberflächen der Faser 26 weg. Der auf der Matrix 28 Oberfläche abgeschiedene Ruß addiert sich zu dem Oxydmantel und hilft weiter bei der Verhinderung der Sekundäremission von Elektronen von der Matrix 28.
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In den Zündkerzen der derzeitigen Offenbarung kann die Stromdichte am entfernt gelegenen Ende der Fasern 26 hoch sein, und zwar in Folge des Materials der Fasern. Diese hohe Stromdichte kann die Intensität des Funkens erhöhen, der über den Spalt der Zündkerze hinweg erzeugt wird. Diese vergrößerte Intensität der Funken kann unterstützend wirken bei der Zündung einer Kraftstoff-Luftmischung in dem Spalt. Die vergrößerte Intensität der Funken kann auch die Temperatur der Elektrodenspitze erhöhen, und zwar über die notwendige hinaus, die notwendig ist, um den darauf abgeschiedenen Ruß wegzubrennen. Die Geometrie am entfernt gelegenen Ende der Zündelektrode, wo die Fasern 26 in den Spalt 24 ragen, kann auch die elektrische Feldverstärkung an der Elektrodenspitze erhöhen. Vorläufige Auswertungen zeigen, dass Zündkerzen gemäß der vorliegenden Offenbarung ein elektrisches Feld erzeugen, das ungefähr 2 bis 8 Mal höher ist als das einer Elektrode ohne diese Fasern. Dieses vergrößerte elektrische Feld kann die kritische Spannung vermindern, die erforderlich ist, um einen Funken über den Zündspalt hinweg zu erzeugen. Dieses vergrößerte elektrische Feld kann auch gestatten, dass ein Funke über einen größeren Spalt erzeugt wird und kann daher die Vergrößerung der Dicke des Funkenspaltes ermöglichen.
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Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene Modifikationen und Variationen bezüglich der offenbarten Zündkerze möglich sind. Andere Ausführungsbeispiele sind dem Fachmann zugänglich bei Betrachtung der Beschreibung und der Ausführung der offenbarten Zündkerze. Die Beschreibung und die Beispiele sind nur exemplarisch zu verstehen, wobei der wahre Bereich der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente dargestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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