СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01T13/20 

Изобретение относится к автомобилестроению, к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно к элементам электрооборудования двигателей. Изобретение касается конструкции свечи для двигателей внутреннего сгорания.

Одной из важных систем автомобилей, двигателей внутреннего сгорания является система зажигания комплекс приборов и устройств для своевременной подачи электрической искры в цилиндры ДВС для воспламенения рабочей смеси [1, 335] Элементом данной системы являются свечи зажигания, конструкция которых включает металлический корпус, изолятор с вмонтированным центральным электродом, боковой электрод, вмонтируемый в торец корпуса [1, с. 343]
Поскольку свечи работают в тяжелых эксплуатационных условиях, при высоких температурах, агрессивном химическом воздействии топлива и продуктов сгорания применяют специальные коррозионно-стойкие материалы (НМц-5, Х25Т и др. ). Вместе с тем, стабильность работы ДВС, легкость запуска и надежность воспламенения горючей смеси, снижение токсичности выхлопных газов обусловлена не только материалами, но и конструктивными факторами.

Известны технические решения, когда на комфортабельных автомобилях ("Роллс-Ройс" и др.) для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания, стабильности его работы использовали две свечи зажигания для каждого цилиндра. Причем одна из них включалась в систему зажигания от магнето, а вторая в батарейную систему зажигания от аккумулятора [2, с. 81]
Известно также техническое решение, когда для интенсификации искрообразования во впускном тракте горючей смеси двигателя внутреннего сгорания дополнительно монтируют электроды, на которые от автономного источника подают высокое напряжение порядка 4 кВ. Ионизатор выполняют в виде концентричных изолированных труб, установленных с определенным зазором и снабженных на поверхности иглами [3] При работе ДВС за счет подачи высокого напряжения происходит ионизация горючей смеси, повышение числа заряженных частиц, что улучшает искрообразование в камере сгорания цилиндров двигателя. Основной недостаток указанного аналога состоит в том, что ионизация горючей смеси производится во впускном тракте вне камеры сгорания. При дальнейшем движении в камеру сгорания ионизированная горючая смесь контактирует с металлическими элементами ДВС, поэтому эффект ионизации значительно ослабляется. Указанный недостаток устраняется в известном изобретении [4] когда непосредственно в камере сгорания во время рабочего цикла двигателя высокочастотное напряжение подают на искровой промежуток, величину которого регулируют.

Основной недостаток рассмотренных аналогов сложность конструктивно-технологического выполнения, эксплуатации ДВС.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является изобретение [5] в котором рассмотрена свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая металлический корпус ("массовый") изолятор с вмонтированным в него электродом. При этом противоположный электрод, именуемый в изобретении "массовым", закреплен обоими концами с предварительным изгибом в противоположную сторону относительно изолированного электрода. "Массовый" электрод выполнен из упругого материала. Недостатки указанного прототипа сложность конструктивно-технологической реализации, затруднение пуска и стабильной работы ДВС даже при незначительном загрязнении ("замасливании") свечи. В последнем случае искровой зазор между электродами лишен возможности естественной очистки от постоянно образующегося нагара при реализации тактов ДВС "подача топлива-сжатие-рабочий ход-выпуск". Одновременно необходимо отметить оптимальную конструкцию "массового" противоэлектрода в стандартных свечах, которая имеет Г-образную форму [1, с. 244, рис. 108]
Известна также конструкция свечи зажигания для двигателя внутреннего сгорания, которая выбрана авторами в качестве прототипа [6] В прототипе свеча имеет корпус, изолятор, центральный и общий, соединенный с массой, электроды, установленные с определенным разрядным промежутком между ними. При этом общий электрод имеет сквозные отверстия, расположенные напротив центрального электрода симметрично продольной оси последнего, что повышает стабильность и надежность зажигания смеси. Авторы изобретения объясняют повышение эффективности работы ДВС тем, что после зажигания искрой части рабочей смеси в межэлектродном зазоре под давлением факел выбрасывается из разрядного промежутка и поджигает остаток смеси в объеме камеры сжатия. При этом формируется основное направление потока факела в радиальном направлении от оси центрального электрода свечи, и дополнительное через отверстия в общем "массовом" электроде.

Литературный и патентный анализ подсказал, что последнее техническое решение по сущности является наиболее близким к заявляемому изобретению.

Недостатки указанного прототипа в целом же такие, как у выше рассмотренных аналогов. Дополнительно можно отметить, что наличие отверстия в теле общего "массового" электрода ослабляет конструкцию последнего, увеличивает возможность излома в зоне расположения стенки отверстия. При попадании обломка электрода в полость цилиндра двигателя внутреннего сгорания последний выходит из строя.

Анализ аналогов, прототип заявляемого технического решения, а также зарубежных технических решений (патент США 4535735, МКМ F 02 P 15/08, опубл. 20.05.87 г. патент США 4061122, МКИ F 02 P 13/00, опубл. 06.12.77 г. и др.) свидетельствует о наличии плоскопараллельных поверхностей электродов в искровом промежутке. Как известно, эффективность работы ДВС, надежность его запуска, полнота сгорания горючей смеси определяется мощностью искрового разряда. Последняя определяется силой тока разряда, напряжением величиной разрядного промежутка, длительностью разряда [1] Отдельные факторы системы зажигания ДВС можно отнести к постоянным, например напряжение бортовой сети автомобиля 12 В. В то же время напряжение на искровом промежутке, сила тока разряда могут меняться в значительных пределах.

Известно, что разрядный промежуток с плоскопараллельными поверхностями электродов является неблагоприятным для мощного искрообразования. Поверхностная плотность электрических зарядов у проводников различной формы для разных участков поверхности неодинакова. В частности, наибольшая плотность наблюдается на выступающих остриях, поэтому искровой промежуток типа "острие-плоскость" можно признать наиболее благоприятным для мощного искрообразования.

Однако свечи зажигания ДВС, у которых разрядный промежуток имеет вид "плоскость-острие", сложны в конструктивно-технологическом исполнения. С другой стороны, эксплуатация свечей зажигания двигателей характеризуется пробегом 10-20 тыс. км. Принимая среднюю скорость автомобиля 50 км/ч, можно считать 200-400 ч временем эксплуатации свечей. Одновременно с нагарообразованием, при работе свечи в искровом промежутке имеют место микроэрозионные явления разрушение и износ поверхности электродов путем оплавления, испарения и выброса материала. Этим обусловлено типичная регулировочная операция при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания автомобилей регулировка зазоров свечей зажигания.

Анализ показывает, что оптимальный вид искрового промежутка "острие-плоскость" за счет микроэрозионных явлений достаточно быстро потеряет форму из-за разрушения острия. Это позволило сформулировать теоретические предпосылки заявляемого технического решения представить разрядный промежуток свечи зажигания ДВС в виде совокупности оптимальных видов "острие-плоскость". Одновременно авторы заявляемого изобретения ставили задачу максимального сохранения стандартного вида свечей, регламентированного ГОСТ 2043-74, СТ СЭВ 767-77 "Свечи зажигания искровые".

Целью заявляемого изобретения является обеспечение стабильности работы двигателей внутреннего сгорания автомобилей, облегчение запуска, обеспечение полноты сгорания горячей смеси, уменьшение вредных выбросов в атмосферу с одновременным упрощением и удешевлением конструкции по сравнению с аналогами и прототипом.

Поставленная цель достигается тем, что в известной свече зажигания двигателя внутреннего сгорания, имеющей металлический корпус, изолятор с вмонтированным центральным электродом, общий "массовый" электрод, закрепленный на корпусе и установленный относительно центрального электрода с зазором противолежащие друг другу поверхности электродов выполнены с острыми поверхностными элементами типа выступов, бугорков, прорезей. При этом величина острых поверхностных элементов составляет 10-20% от толщины общего бокового электрода. Расстояние между элементами составляет не менее половины их величины.

На фиг. 1 в общем виде представлена свеча зажигания ДВС. Свеча имеет металлический корпус 1, изолятор 2, внутрь которого вмонтирован центральный электрод 3. Общий боковой "массовый" электрод 4 соединен с корпусом и имеет Г-образную форму. Поверхность бокового электрода 4, противолежащая центральному электроду 3, имеет прорези 5 с острыми элементами 6.

На фиг. 2 представлен увеличенный вид по стрелке А на рабочую поверхность бокового общего электрода 4. Эта поверхность, обращенная к электроду 3, имеет прорези 5 с острыми поверхностными элементами 6. Величина h указанных прорезей составляет 10-20% от толщины H общего бокового электрода 4, что обосновано теоретически и подтверждено опытом. Если глубина прорезей меньше 10% от толщины общего электрода, то ослабляется эффект влияния на искрообразование совокупности разрядных промежутков "острие-плоскость" по мере работы свечи. В противном случае, когда глубина прорезей превышает 20% то, не оказывая влияния на мощность искрового разряда, это ослабляет жесткость и прочность конструкции электрода свечи.

Подобные конструктивные элементы с острыми поверхностями для реализации совокупности разрядных промежутков "острие-плоскость" принципиально могут быть выполнены как на рабочей поверхности общего бокового "массового" электрода, так и центрального. Расстояние между элементами составляет не менее половины толщины общего электрода, что обусловлено технологическими соображениями.

Пример. Для реализации заявляемого изобретения были взяты комплекты свечей двигателей автомобилей "Запорожец" и "Жигули", имеющие определенную наработку больше года.

Прорези на рабочей поверхности общего "массового" электрода свечи стандартной конструкции были выполнены электроэрозионной обработкой на станках 43721 и 4531. Использовались плоский профильный электрод-инструмент толщиной 0,12 мм и непрофилированный электрод-проволока 0,08 мм. Обработка проводилась на типовых режимах, отраженных в технологических рекомендациях для эксплуатации станков, в результате чего были получены прорези глубиной 0,20 мм или порядка 17% от толщины электрода (1,20 мм). После постановки комплекта свечей с прорезями на двигатели, в результате эксплуатации было отмечено, что существенно облегчился запуск двигателей, особенно в холодное время. Возросла приемистость машин, особенно при переменных режимах работы двигателей, незначительно сократился расход топлива.

По сравнению с известными техническими решениями, заявляемое изобретение обеспечивает стабильную работу двигателя, облегчение его запуска, улучшение процесса горения топлива в сочетании с простой конструктивно-технологической реализацией.

Использование: электрооборудование двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: свеча зажигания имеет металлический корпус, изолятор с встроенным центральным электродом, общий "массивный" боковой электрод, закрепленный на корпусе и установленный с некоторым зазором относительно центрального электрода. Для повышения стабильности работы ДВС, облегчения его запуска, обеспечения полного сгорания горючей смеси с одновременным упрощением конструктивно-технологической реализации, противолежащие поверхности электродов выполнены с острыми поверхностными элементами типа выступов, бугорков, прорезей, величина которых составляет 10-20% от толщины общего электрода. 2 ил.

Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, имеющая металлический корпус, изолятор с встроенным центральным электродом, общий "массовый" боковой электрод, закрепленный на корпусе и установленный относительно центрального электрода с некоторым зазором, отличающаяся тем, что противолежащие друг другу поверхности электродов выполнены с острыми поверхностными элементами типа выступов, бугорков, прорезей, величина которых составляет 10 20% от толщины общего электрода.