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Querverweis auf verwandte Anmeldung:
- Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen des Anmeldetags der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennr. 62/736.560, eingereicht am 26. September 2018, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Der Gegenstand dieser Anmeldung betrifft allgemein Brennkraftmaschinen und insbesondere Zündkerzen, die in Zündsystemen von Brennkraftmaschinen mit Vorbrennkammern für die Zündkerzen verwendet werden.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Es ist hinreichend dokumentiert, dass die Verwendung von Vorbrennkammervorrichtungen mit Zündkerzen, wie in 1 dargestellt, in Vorkammerbaugruppen in einem funkengezündeten, gasbetriebenen Motor zu einem erweiterten Lambda-Bereich (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) führen kann. Im Allgemeinen ermöglicht dies, dass der Motor magerer als ein offenes Kammersystem betrieben werden kann, was zu geringeren NOx-Emissionen führt, während eine gute Schwankung des maximalen Zylinderdrucks von Zyklus zu Zyklus beibehalten wird. Bei diesen Motoren besteht für gewöhnlich ein betriebsmäßiger Kompromiss zwischen NOx-Emissionen und Kraftstoffverbrauch. Bei Anwendungen mit höheren Anforderungen zu NOx-Emissionen als bei anderen kann ein besserer Kraftstoffverbrauch erzielt werden, indem der Vorkammermotor etwas fetter (d. h. mit einem niedrigeren Lambda-Wert) betrieben wird. Je nach den Kraftstoffkosten kann dieser Vorgang bei einem niedrigeren Lambda-Wert dem Motorbesitzer/-betreiber erhebliche Einsparungen bringen.
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Zündkerzen werden in Verbindung mit verschiedenen Arten von Brennkammerkonfigurationen verwendet, um eine Flamme in einem brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen. Einige Brennkammerkonfigurationen beinhalten passive Vorkammer-, offene Kammer- und kraftstoffgespeiste Vorkammerkonfigurationen. Vorkammern sind nützlich zum Erzeugen und Ausbreiten der Verbrennungsflamme bei vorgemischten gasbetriebenen Motoren. Insbesondere bieten Vorkammern Vorteile, wenn sie in erdgasbetriebenen Magermotoren angewendet werden, die unter Verwendung herkömmlicher Konfigurationen mit offener Kammer schwierig zu zünden sein können.
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Passive Vorkammern beinhalten ein Verbrennungsvolumen, in dem sich die Zündkerze befindet. Das Verbrennungsvolumen der Vorkammer ist durch die Verwendung von Öffnungen oder Düsen mit der Hauptbrennkammer des Zylinders verbunden. Die Zündkerzen beinhalten eine Mittelelektrode und eine oder mehrere äußere Masse- oder Anodenelektroden, welche die Mittelelektrode zumindest teilweise umgeben, sodass ein Spalt dazwischen entsteht. Die Zündkerze löst ein Verbrennungsereignis aus, indem sie einen Funken (z. B. einen Elektronenstrom) erzeugt, der den Spalt zwischen der Mittelelektrode und einer der äußeren Masseelektroden überbrückt. Insbesondere löst der Funke eine Flamme aus, die sich in dem Vorkammervolumen ausbreitet. Diese Verbrennung erzeugt einen plötzlichen Druckanstieg in der Vorkammer, wodurch ein großer Druckunterschied an den Öffnungen zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer entsteht. Der Druckunterschied zwingt die Flamme dazu, sich durch die Öffnungen in die Hauptbrennkammer auszubreiten, was zu einem erfolgreichen Verbrennungsereignis führt.
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Nach einem erfolgreichen Verbrennungsereignis werden die Restabgase in der Hauptkammer während des Ausstoßtakts des Kolbens innerhalb des Zylinders ausgestoßen. Während des Ansaugtakts wird ein frisches, vorgemischtes Luft-Kraftstoff-Gemisch (Ladung) über ein vom Kolben angetriebenes Expansionsereignis in den Hauptzylinder gesaugt. Einige Restabgase im passiven Vorkammervolumen und zwischen den Zündkerzenelektroden werden jedoch nicht vollständig ausgestoßen und verbleiben während des Ausstoß- und des Ansaugtakts in der Vorkammer. Während des anschließenden Verdichtungstakts nimmt der Druckunterschied zwischen der Hauptkammer und der Vorkammer zu, wodurch eine Frischladung durch die Öffnungen in die Vorkammer gedrückt wird, sodass die Restabgase zur Rückseite der Vorkammer hin verdichtet werden, wo sich die Zündkerze befindet. Die Restabgase, die in dem Bereich zur Rückseite der Vorkammer auf der der Hauptkammer gegenüberliegenden Seite eingeschlossen sind, können zu einer Frühzündung und/oder einer anormalen Verbrennung führen, insbesondere wenn der Motor mit fetteren Lambda-Bereichen (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) betrieben wird.
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Es kann sein, dass das in dem Ringvolumen um den Isolatorfuß der Zündkerze eingeschlossene Restgas in nachfolgenden Verbrennungszyklen nicht ohne Weiteres ausgestoßen wird und sich infolgedessen auf eine Temperatur erwärmt, die ausreichend ist, um eine Frühzündung zu verursachen, insbesondere wenn der Motor mit fetteren Lambda-Werten betrieben wird. Eine fluiddynamische Analyse zeigt eine niedrige Geschwindigkeit im Ringvolumen der Zündkerze, das dem Isolatorfuß im hintersten Abschnitt des Vorkammervolumens am nächsten liegt. Die Ergebnisse von Analysen zur CO2-Konzentration in einer Zündkerze weisen auf unannehmbar hohe Mengen an CO2-Restgas hin, die im Ringvolumen der Zündkerze verbleiben, insbesondere in Zonen nahe der Basis des Isolatorfußes. Die Ergebnisse von Temperaturanalysen, bei denen Temperaturen in verschiedenen Zonen des Ringvolumens der Zündkerze gemessen werden, weisen auf hohe Gastemperaturen im Ringvolumen der Zündkerze hin, insbesondere in der Nähe der Basis des Isolatorfußes, da das Restgas aus dem Ringvolumen der Zündkerze nicht gemischt oder ausgestoßen wird.
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Es sind Verbesserungen an Zündkerzen erforderlich, um den Ausstoß der Restgase im ringförmigen Zündkerzenvolumen und im Vorkammervolumen zu verbessern, wodurch der Lambda-Betriebsbereich erweitert wird, innerhalb dessen der Motor vorteilhaft betrieben werden kann.
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KURZDARSTELLUNG
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Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung wurde aufgrund des gegenwärtigen Stands der Technik und insbesondere aufgrund der Probleme und Bedürfnisse auf dem Fachgebiet von Zündkerzen und Vorbrennkammern entwickelt, die durch derzeit verfügbare Vorbrennkammer- und Zündkerzenkonstruktionen noch nicht vollständig gelöst werden konnten.
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Gemäß einer hier beschriebenen Ausführungsform wird eine Zündkerze zur Verwendung in einer Vorbrennkammerbaugruppe in einer gasbetriebenen Magerbrennkraftmaschine offenbart. Verschiedene Ausführungsformen beinhalten eine Zündkerze, die dazu konfiguriert ist, die Strömung einer Frischladung in das Ringvolumen um den Isolatorfuß der Zündkerze herum zu verbessern, um im Ringvolumen vorhandene Restgase zu verdünnen oder auszustoßen. Die verschiedenen Ausführungsformen beinhalten Anordnungen, bei denen der Abstand zwischen äußeren Masseelektroden durch Verringern der Anzahl von Außenelektroden vergrößert wird, Anordnungen, bei denen die Außenelektroden derart geformt sind, dass sie die Frischladeströmung in das Ringvolumen erhöhen, Anordnungen, bei denen die Außenelektrode derart geformt ist, dass sie die Frischladungsströmung in eine Wirbelbewegung umwandelt, um Restgase aus dem Ringvolumen auszustoßen, und Kombinationen aus zwei oder mehr davon. Diese Ausführungsformen senken die Gastemperatur im Ringvolumen, wodurch die Zündkerze widerstandsfähiger gegen Frühzündung und/oder anormale Verbrennung wird.
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Es ist weder beabsichtigt, dass diese Kurzdarstellung zentrale oder wesentliche Merkmale der beanspruchten Technik nennt, noch ist beabsichtigt, dass sie als Hilfsmittel bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen wird. Weitere Ausführungsformen, Formen, Aufgaben, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Nutzen werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Um die Vorteile des Gegenstands besser zu verstehen, wird eine ausführlichere Beschreibung des oben kurz beschriebenen Gegenstands durch Verweis auf bestimmte Ausführungsformen, welche in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, bereitgestellt. Da es sich versteht, dass diese Zeichnungen lediglich typische Ausführungsformen des Gegenstands darstellen und daher nicht als ihren Umfang einschränkend zu betrachten sind, wird der Gegenstand mit zusätzlicher Genauigkeit und im Einzelnen durch die Verwendung der beigefügten Zeichnungen beschrieben und erläutert, wobei:
- 1 eine Querschnittsseitenansicht einer Vorkammerbaugruppe nach dem Stand der Technik ist, die in einem Zylinderkopf installiert ist;
- 2 eine Querschnittsseitenansicht eines Elektrodenendabschnitts einer Zündkerze nach dem Stand der Technik ist;
- 3A und 3B perspektivische Ansichten von Elektrodenendabschnitten einer Zündkerzenausführungsform sind, um einen Strömungsquerschnitt zwischen Elektroden zu vergrößern;
- 4A und 4B perspektivische Ansichten von Elektrodenendabschnitten einer Zündkerzenausführungsform sind, die derart angeordnet sind, dass sie einen Strömungsquerschnitt zwischen Elektroden vergrößern bzw. ferner ein Wirbelmerkmal auslösen;
- 5A und 5B perspektivische Ansichten von Elektrodenendabschnitten einer anderen Zündkerzenausführungsform sind, die derart angeordnet sind, dass sie ein Wirbelmerkmal auslösen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Hier werden verbesserte Zündkerzenkonstruktionen offenbart, um eine verbesserte Strömung einer Frischladung in das Ringvolumen um den Zündkerzenisolator zu ermöglichen. Die Verbesserungen führen zu einer verbesserten Strömung von frischem Ladungsgemisch in das Ringvolumen um den Zündkerzenisolator, wodurch die Restgase, die aus dem vorherigen Zyklus vorhanden sind, verdünnt oder ausgestoßen werden und der Beginn der Frühzündung verzögert wird. Die Verbesserungen bewirken, dass die Gastemperatur im Ringvolumen gesenkt wird, wodurch die Zündkerze widerstandsfähiger gegen Frühzündung und/oder anormale Verbrennung wird. Die Verbesserungen führen zudem zu einer Erweiterung des Lambda-Betriebsbereichs (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des Motors, der Vorkammer und/oder der darin verwendeten Zündkerze.
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1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht einer beispielhaften passiven Vorkammerbaugruppe nach dem Stand der Technik, die direkt an dem Zylinderkopf 200 einer Brennkraftmaschine montiert ist. Der Zylinderkopf 200 herkömmlicher Brennkraftmaschinen beinhaltet eine Vielzahl von Zündkerzenaussparungen 202 zum Aufnehmen einer Zündkerze 10. Typischerweise ist die herkömmliche Zündkerze in einer jeweiligen Aussparung 202 derart angebracht, dass die Kathoden- und Anodenelektroden der herkömmlichen Zündkerze ganz oder teilweise innerhalb einer jeweiligen Hauptbrennkammer 402 des Motors oder Zylinderblocks positioniert sind (z. B. direkt dieser ausgesetzt sind), wenn der Zylinderkopf 200 an der Zylinderlaufbuchse 400 montiert ist, die in dem Motorblock gelagert ist. Die Hauptbrennkammer 402 ist fluidisch mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch-Einlass gekoppelt, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luftansaug- und Kraftstoffquellen (nicht dargestellt) aufzunehmen.
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Wie in 1 dargestellt, kann eine herkömmliche Zündkerze mit einer passiven Vorkammervorrichtung 100 verbunden sein, die in der Zündkerzenaussparung 202 angebracht ist. Die Vorkammervorrichtung 100 beinhaltet einen Körper 105, der ein Vorkammervolumen 115 definiert. Das Vorkammervolumen 115 trennt die Zündkerze (z. B. die Zündkerze 10) effektiv räumlich von der Hauptbrennkammer 402. Der Körper 105 beinhaltet eine oder mehrere Öffnungen oder Düsen in seiner distalen Stirnwand, die das Vorkammervolumen 115 fluidisch mit der Hauptbrennkammer 402 verbinden. Wie oben erörtert, erleichtert das Vorkammervolumen 115 die Erzeugung und Ausbreitung einer Verbrennungsflamme für die Brennkraftmaschine. Der Körper 105 kann Verbinder (z. B. Außengewinde) beinhalten, deren Abmessungen den Verbindern (z. B. Außengewinden) entsprechen, die bei herkömmlichen Zündkerzen vorkommen, oder diesen ähnlich sind. Die Verbinder des Körpers 105 passen zu entsprechenden Verbindern (z. B. Innengewinden), die in der Zündkerzenaussparung 202 ausgebildet sind, um die Vorkammervorrichtung 100 am Zylinderkopf 200 zu befestigen. Der Körper 105 beinhaltet eine Aufnahme 107, die dazu konfiguriert ist, eine Zündkerze 10 innerhalb des Körpers 105 derart aufzunehmen und zu halten, dass die Kathoden- und Anodenelektroden der Zündkerze 10 innerhalb des Vorkammervolumens 115 positioniert sind.
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Der Körper 105 beinhaltet Vorkammereinlassöffnungen (nicht dargestellt) zum Aufnehmen des Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Einlass des Zylinderkopfs 200 in das Vorkammervolumen 115. Das Vorkammervolumen 115 steht in Fluidverbindung mit einem Spalt 117, der in Form eines Ringraums zwischen der Außenfläche der Zündkerze 10 und der Innenfläche des Vorkammervolumens 115 vorliegt, wobei der Spalt 117 in Richtung eines proximalen Abschnitts eines Elektrodenendabschnitts 12 der Zündkerze 10 positioniert ist.
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2 ist eine Querschnittsseitenansicht des Elektrodenendabschnitts 12 der Zündkerze 10. Die Zündkerze 10 beinhaltet einen äußeren Masseelektrodenabschnitt 14 mit einer Vielzahl von äußeren Masseelektroden 16. Die äußeren Masseelektroden 16 können als Außenelektroden definiert sein. Ferner beinhaltet die Zündkerze 10 eine Mittelelektrode 18, um welche die Außenelektroden 16 an einem distalen Ende 19 der Zündkerze 10 positioniert sind.
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Im Allgemeinen umgeben die Außenelektroden 16 die Mittelelektrode 18 zumindest teilweise seitlich oder sind seitlich darum positioniert. Mit anderen Worten sind die Außenelektroden 16 radial nach außen von der Mittelelektrode 18 beabstandet, sodass ein Raum oder Spalt zwischen der Mittelelektrode 18 und den Außenelektroden 16 definiert wird. Die Außenelektroden 16 erstrecken sich von einem proximalen Abschnitt zum distalen Ende 19 der Zündkerze 10 neben einem Kopf 20 der Mittelelektrode 18. Die Außenelektroden 16 können radial nach innen in Richtung einer Mittellängsachse A der Zündkerze 10 in einer Richtung von proximal nach distal abgewinkelt sein, wie in 2 dargestellt. Die Außenelektroden 16 können zudem jeweils eine Öffnung 22 beinhalten, welche die Strömung von Frischladung und Abgas in den zwischen der Mittelelektrode 18 und den Außenelektroden 16 definierten Raum und aus diesem heraus erleichtert.
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Die Zündkerze 10 beinhaltet eine Außenhülle 24, die den Körper der Zündkerze 10 umgibt und im Allgemeinen in einer zylindrischen Form an einem proximalen Abschnitt des Elektrodenendabschnitts 14 der Zündkerze 10 ausgebildet ist, wie in 2 dargestellt. Die Hülle 24 endet am proximalen Abschnitt des Elektrodenendabschnitts 14 derart, dass die Außenelektroden 16 zum Vorkammervolumen 115 offen sind. Die Zündkerze 10 beinhaltet ferner einen Isolator mit einem Isolatorfuß 26. Der Isolatorfuß 26 umgibt die Mittelelektrode 18 und ist im Allgemeinen in Form eines Hohlrohrs ausgebildet, das die Mittelelektrode 18 umgibt und so positioniert ist, dass es konzentrisch zur zylindrischen Form des Körpers der Mittelelektrode 18 ist.
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Die Innenflächen der vorhergehenden Strukturen bilden einen Raum innerhalb der Zündkerze 10, dessen Form im Allgemeinen ringförmig ist. Insbesondere bilden, wie in 2 dargestellt, die Innenfläche 16a der Außenelektroden 16, die Innenfläche 24a der Hülle 24, die Fläche 26a des Isolatorfußes 26 und die Fläche 18a der Mittelelektrode 18 zusammen eine Grenze um ein inneres Ringvolumen 28, das sich um den Isolatorfuß 26 innerhalb des Elektrodenendabschnitts 12 der Zündkerze 10 erstreckt. Das Ringvolumen 28 beinhaltet einen vorderen oder distalen Abschnitt 28a, der nahe dem distalen Ende 19 der Zündkerze 10 ausgebildet ist. Das Ringvolumen 28 beinhaltet ferner einen hinteren oder proximalen Abschnitt 28b, der nahe dem proximalen Abschnitt des Elektrodenendabschnitts 12 der Zündkerze 10 ausgebildet ist. Der proximale Abschnitt 28b des Ringvolumens 28 bildet einen Ringraum, der den proximalen Abschnitt des Isolatorfußes 26 umgibt.
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Nun sind bezogen auf die 3A und 3B Zündkerzen 10' und 10" dargestellt, bei denen die Anzahl von Außenelektroden gegenüber den vier in der Zündkerze 10 des Standes der Technik gezeigten Außenelektroden verringert ist. In den 3A und 3B können Komponenten der Zündkerzen 10' und 10" mit der Zündkerze 10 identisch sein, sofern nicht anders angegeben, und sind ähnliche Komponenten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Insbesondere beinhaltet die Zündkerze 10' in 3A zwei Außenelektroden 16', die auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelelektrode 18 positioniert sind. Die Außenelektroden 16' sind in der dargestellten Ausführungsform 180 Grad gegenüberliegend zueinander angeordnet. Durch die Verringerung der Anzahl von Elektroden von vier auf zwei vergrößert die Fläche des Strömungswegs zwischen den Elektroden 16' im Vergleich zu den Elektroden 16 der Zündkerze 10, was einen besseren Ausstoß aus dem Ringvolumen 28 um den Isolatorfuß 26 ermöglicht.
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Die Zündkerze 10" in 3B beinhaltet drei Außenelektroden 16", die um die Mittelelektrode 18 positioniert sind. Die Außenelektroden 16" sind in der veranschaulichten Ausführungsform um 120 Grad voneinander entfernt angeordnet. Durch die Verringerung der Anzahl von Elektroden von vier auf drei vergrößert die Fläche des Strömungswegs zwischen den Elektroden 16" im Vergleich zu den Elektroden 16 der Zündkerze 10, was einen besseren Ausstoß aus dem Ringvolumen 28 um den Isolatorfuß 26 ermöglicht. Die Anordnung mit drei Elektroden stellt zudem eine verbesserte Symmetrie für Anwendungen bereit, bei denen die Ausrichtung der Zündkerze wesentlich ist.
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Bezogen auf 4A ist eine weitere Ausführungsform mit einer Zündkerze 100 dargestellt, die eine weitere Elektrodenanordnung beinhaltet, um einen erhöhten Ladeluftstrom im Vergleich zur Zündkerze 10 bereitzustellen. Elemente der Zündkerze 100, die der Zündkerze 10 gleich oder ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Zündkerze 100 beinhaltet vier Elektroden 116 mit jeweils einem Flügel 118, der sich von einem proximalen Ende 120 zu einem distalen Ende 122 erstreckt. Der Flügel 118 beinhaltet gegenüberliegende Kanäle 122a, 122b in den Seitenwänden des Flügels 118, die einen vergrößerten Strömungsquerschnitt zwischen benachbarten Elektroden 116 in das Ringvolumen 28 hinein und aus diesem heraus bereitstellen. Die Kanäle 122a, 122b befinden sich näher am proximalen Ende 120 als am distalen Ende 122, um näher am Ringvolumen 28 zu sein. Der Flügel 118 weist eine T-Form auf, um einen breiteren Strömungsquerschnitt bereitzustellen und den Ausstoß von Restabgasen aus dem Ringvolumen 28 zu erleichtern. Die Form der Elektroden 116 kann angepasst werden, um die Wärmeübertragung und den Strömungsquerschnitt im Vergleich zu den Elektroden 16 zu erhöhen.
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Bezogen auf 4B ist eine weitere Ausführungsform mit einer Zündkerze 100' dargestellt, die eine Elektrodenanordnung beinhaltet, um einen erhöhten Ladeluftstrom in das Ringvolumen 28 bereitzustellen, die der Zündkerze 100 ähnlich ist, mit Ausnahme, dass der Flügel 118' jeder Elektrode 116' Verwirbelungsflächen 124a', 124b' entlang jedes der Kanäle 122a', 122b' beinhaltet. Die gegenüberliegenden Kanäle 122a', 122b' stellen sowohl einen vergrößerten Strömungsquerschnitt zwischen benachbarten Elektroden 116' in das Ringvolumen 28 hinein und aus diesem heraus als auch die Erzeugung einer Wirbelströmung in dem Ringvolumen 128 um den Isolatorfuß 126 bereit. Die Wirbelströmung verbessert das Ablassen der Restabgase. Die Abmessungen und die Form der Flächen 124a', 124b' können je nach Anwendung angepasst werden.
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Jede Außen- oder Masseelektrode 116 beinhaltet eine Außenfläche 132, die sich vom proximalen Ende 120 zum distalen Ende 122 erstreckt und schräg in Richtung Mittellängsachse A in der distalen Richtung abgewinkelt ist. Eine Innenfläche 130 erstreckt sich vom proximalen Ende 120 zu einem distal verjüngten Endelement 121, das neben dem Kopf 20 der Mittelelektrode 18 positioniert ist. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Flächen 124a, 124b jedes Kanals 122a, 122b der Zündkerze 100 entlang einer Ebene, welche die Mittellängsachse A schneidet oder nahezu schneidet und senkrecht oder nahezu senkrecht zu den parallelen Innen- und Außenflächen 130, 132 der jeweiligen Elektrode 116 ist. Im Gegensatz dazu sind die Verwirbelungsflächen 124a', 124b' der Zündkerze 100' in einer Ebene angeordnet, welche die Mittellängsachse A nicht schneidet, und diese Flächen 124a', 124b' erstrecken sich in einem schrägen Winkel zu den Innen- und Außenflächen 130', 132' der Elektroden 116'.
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Bezogen auf die 5A und 5B ist eine andere Ausführungsform mit einer Zündkerze 200 dargestellt, die eine andere Ausführungsform der Elektrodenanordnung in Form einer Elektrode 216 beinhaltet. Die Elektrode 216 beinhaltet ein proximales Stützelement 218, das an einem distalen Ende der Hülle 24 gelagert ist, und ein distales Stützelement 220, das sich um den Kopf 20 der Mittelelektrode 18 erstreckt. Eine Anzahl von spiralförmig ausgerichteten Elektrodenflügeln 222 erstreckt sich zwischen den Stützelementen 218, 220 und verbindet diese, wobei ein Spalt 226 zwischen benachbarten Elektrodenflügeln 222 ausgebildet wird. Jedes der Stützelemente 218, 220 kann ringförmig sein, obwohl andere Formen nicht ausgeschlossen sind.
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Wie in 5B dargestellt, ist jeder Elektrodenflügel 222 derart ausgerichtet, dass ein innerer Teil des proximalen Endes des Elektrodenflügels 222 auf einer Linie B liegt, die sich radial nach außen von der Mittellängsachse A erstreckt. Der verbleibende Teil jedes Elektrodenflügels 222 ist distal von der Linie B zum distalen Ringelement 220 weg gekrümmt. Die Anzahl von Elektrodenflügeln 222 und der Abstand zwischen den Flügeln 222 können je nach Bedarf auf Grundlage der Betriebsanforderungen und/oder zur Erzielung der gewünschten Leistungsergebnisse variiert werden. Die Flügel 222 und/oder die Kanäle 122a', 122b' können derart angeordnet sein, dass sie eine Wirbelströmung im oder gegen den Uhrzeigersinn auslösen. Der Bereich der Lambda-Werte, in dem der Motor betrieben werden kann, nimmt mit weniger Fällen von Frühzündung und/oder anormaler Verbrennung zu.
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Wie aus den Figuren und dem vorstehend aufgeführten Text ersichtlich ist, wird eine Vielzahl von Aspekten der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen. Beispielsweise ist gemäß einem Aspekt eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Zündkerze beinhaltet einen distalen Endabschnitt, der eine Mittelelektrode und mindestens eine Außenelektrode und einen sich um die Mittelelektrode erstreckenden Isolatorfuß umfasst. Der Isolatorfuß weist ein distales Ende, das proximal von einem distalen Ende der Mittelelektrode beabstandet ist, und eine Hülle, die sich um einen Körper der Zündkerze erstreckt, auf. Die Hülle definiert ein Ringvolumen um den Isolatorfuß und die mindestens eine Außenelektrode beinhaltet einen Flügel, der sich zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstreckt. Der Flügel beinhaltet gegenüberliegende Kanäle, die sich in gegenüberliegende Seiten des Flügels erstrecken und die Ladeströmung in das Ringvolumen hinein und aus diesem heraus leiten.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Außenelektrode vier Außenelektroden, die um die Mittelelektrode positioniert sind, und beinhaltet jede der vier Außenelektroden ein Paar gegenüberliegender Kanäle, das in dem Flügel davon ausgebildet ist. Bei einer Verfeinerung dieser Ausführungsform ist jeder der Flügel der vier Außenelektroden T-förmig.
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In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der Körper der Zündkerze entlang einer Mittellängsachse und beinhalten die gegenüberliegende Kanäle in dem Flügel jeweils eine Verwirbelungsfläche, die sich entlang einer Ebene erstreckt, welche die Mittellängsachse nicht schneidet. In noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet der Flügel der mindestens einen Außenelektrode eine der Mittelelektrode zugewandte Innenfläche und eine gegenüberliegende Außenfläche und beinhalten die gegenüberliegenden Kanäle in dem Flügel der mindestens einen Außenelektrode jeweils eine Verwirbelungsfläche, die schräg zur Innen- und Außenfläche des Flügels ausgerichtet ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die einen distalen Endabschnitt, der eine Mittelelektrode und mindestens eine Außenelektrode umfasst, und einen Isolatorfuß, der sich um die Mittelelektrode erstreckt, beinhaltet. Der Isolatorfuß weist ein distales Ende, das proximal von einem distalen Ende der Mittelelektrode beabstandet ist, und eine Hülle, die sich um einen Körper der Zündkerze erstreckt, auf. Die Hülle definiert ein Ringvolumen um den Isolatorfuß. Die mindestens eine Außenelektrode beinhaltet ein proximales Stützelement neben einem distalen Ende der Hülle, ein distales Stützelement um die Mittelelektrode und eine Vielzahl von Flügelelementen, die sich zwischen dem proximalen Stützelement und dem distalen Stützelement erstreckt und diese verbindet.
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In einer Ausführungsform sind das proximale Stützelement und das distale Stützelement ringförmig. In einer anderen Ausführungsform sind die Flügelelemente spiralförmig zwischen dem proximalen und dem distalen Stützelement ausgerichtet. In einer wieder anderen Ausführungsform sind die Flügelelemente zwischen dem proximalen und dem distalen Stützelementen gekrümmt. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Spalt zwischen jedem der benachbarten Flügelelemente vorgesehen.
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Gemäß einem anderen Aspekt beinhaltet eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine einen ersten und einen zweiten Endabschnitt, wobei der erste Endabschnitt eine Mittelelektrode und mindestens eine Außenelektrode beinhaltet. Die Zündkerze beinhaltet zudem einen Außenkörper, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt erstreckt, und einen Isolator, der um einen Abschnitt der Mittelelektrode bereitgestellt ist, der von einem Innenabschnitt des Außenkörpers beabstandet ist, um einen Ringraum zwischen dem Isolator und dem Außenkörper zu bilden. Die mindestens eine Außenelektrode beinhaltet einen Flügel, der mit einem Kanal an gegenüberliegenden Seiten konfiguriert ist, um die Ladeströmung in den Ringraum und aus diesem heraus zu leiten.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich der Isolator entlang einer Mittellängsachse der Zündkerze. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die mindestens eine Außenelektrode entlang einer Ebene in einer Richtung hin zu einer Mittellängsachse der Zündkerze, die sich mit der Mittellängsachse schneidet. In noch einer anderen Ausführungsform umfasst der Flügel ein distales und ein proximales Ende und ist derart konfiguriert, dass er sich zwischen dem distalen und dem proximalen Ende erstreckt. Bei einer Verfeinerung dieser Ausführungsform ist der Kanal zwischen dem distalen Ende und dem proximalen Ende an den gegenüberliegenden Seiten des Flügels bereitgestellt. Bei einer weiteren Verfeinerung ist der Kanal näher am proximalen Ende der Flügel als am distalen Ende positioniert, um den Ausstoß von Restabgasen im Ringraum zu erhöhen.
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In einer anderen Ausführungsform beinhaltet der Flügel eine der Mittelelektrode zugewandte Innenfläche und eine gegenüberliegende Außenfläche und beinhaltet der Kanal in dem Flügel eine Verwirbelungsfläche, die schräg zu der Innen- und der Außenfläche ausgerichtet ist. In noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet der Kanal eine Verwirbelungsfläche, die sich entlang einer Ebene erstreckt, die parallel zur Mittellängsachse der Zündkerze ist. In einer wieder anderen Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Elektrode vier Elektroden, die um die Mittelelektrode herum derart positioniert sind, dass mindestens zwei der vier Elektroden um 180° einander gegenüberliegend beabstandet sind. In einer anderen Ausführungsform ist der Flügel T-förmig.
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In der obigen Beschreibung können bestimmte relative Ausdrücke wie etwa „oben“, „unten“, „obere“, „untere“, „horizontal“, „vertikal“, „links“, „rechts“, „proximal“, „distal“ und dergleichen verwendet werden. Diese Ausdrücke werden gegebenenfalls verwendet, um eine klare Beschreibung beim Umgang mit relativen Beziehungen zu gewährleisten. Diese Ausdrücke sollen jedoch keine absoluten Beziehungen, Positionen und/oder Ausrichtungen implizieren. Beispielsweise kann in Bezug auf ein Objekt eine „obere“ Fläche eine „untere“ Fläche werden, indem das Objekt einfach umgedreht wird. Trotzdem ist es immer noch dasselbe Objekt.
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In der Beschreibung bedeuten eine Bezugnahme auf „eine Ausführungsform“ oder ähnliche Formulierungen, dass ein konkretes Merkmal, eine konkrete Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ist. Somit können sich Stellen mit dem Ausdruck „in einer Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in der gesamten Beschreibung auf die gleiche Ausführungsform beziehen, müssen dies aber nicht. Ebenso ist mit der Verwendung des Ausdrucks „Umsetzung“ eine Umsetzung mit einem bestimmten Merkmal, einer bestimmten Struktur oder einer bestimmten Eigenschaft gemeint, das bzw. die in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird, jedoch kann eine Umsetzung mit einer oder mehreren Ausführungsformen assoziiert sein, sofern keine ausdrückliche Korrelation vorliegt, um etwas anderes anzuzeigen.
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Die beschriebenen Merkmale, Strukturen, Vorteile und/oder die Eigenschaften des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung können in einer oder mehreren Ausführungsformen und/oder Umsetzungen in jeder geeigneten Weise kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche konkrete Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Für den einschlägigen Fachmann liegt auf der Hand, dass der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ohne eine(s) oder mehrere der konkreten Merkmale, Details, Komponenten, Materialien und/oder Verfahren einer bestimmten Ausführungsform oder Umsetzung ausgeführt werden kann. In einigen Fällen kann der Vorteil der Einfachheit betriebliche und wirtschaftliche Vorteile bieten, und der Ausschluss bestimmter hier beschriebener Elemente wird von den Erfindern als im Rahmen der Erfindung liegend in Betracht gezogen, um solche Vorteile zu erzielen. In anderen Fällen können zusätzliche Merkmale und Vorteile in bestimmten Ausführungsformen und/oder Umsetzungen erkannt werden, die möglicherweise nicht in allen Ausführungsformen oder Umsetzungen vorhanden sind. Ferner werden in einigen Fällen hinreichend bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht detailliert dargestellt oder beschrieben, um zu vermeiden, dass Aspekte des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung verschleiert werden. Die Merkmale und Vorteile des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen umfassender ersichtlich oder können durch die Ausführung des nachstehend dargelegten Gegenstands erlernt werden.
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Der vorliegende Gegenstand kann in anderen konkreten Formen verwirklicht werden, ohne von ihrem Geist oder wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird daher durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben. Sämtliche Änderungen, die im Rahmen der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sind als in deren Umfang eingeschlossen zu verstehen.
