НАКОНЕЧНИК СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ "КОНСТАНТА" Российский патент 1998 года по МПК H01T13/04 

Изобретение относится к устройству наконечника свечи искрового зажигания топлива в двигателях внутреннего сгорания.

В двигателе внутреннего сгорания (двигателе) с принудительным воспламенением рабочая смесь (топливо) воспламеняется электрической искрой, возникающей между электродами свечи зажигания в камере сгорания двигателя. Электрическая искра получается в результате подачи импульса высокого напряжения (высоковольтного сигнала) на электроды свечи. Импульс высокого напряжения создается в цепи высокого напряжения вследствие возникновения тока индукции во вторичной обмотке катушки зажигания при размыкании цепи низкого напряжения прерывателем. В двигателях внутреннего сгорания провода высокого напряжения укрепляются на центральных электродах свечи с помощью специальных пластмассовых наконечников с установленными в них резисторами, гасящими радиопомехи (автомобиль "Москвич") или без резисторов (автомобили ВАЗ) (Домиховский С. Ф. и др. Устройство и эксплуатация автомобилей "Жигули" и "Москвич". - М.: ДОСААФ СССР, 1985, стр. 86, рис. 46в; Орлик А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей.- М.: Машиностроение, 1980 г.).

На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы искрового зажигания топлива в двигателе внутреннего сгорания, где 1 - катушка зажигания; 2 - резистор, гасящий радиопомехи; 3 - свеча зажигания; 4 - ток самоиндукции.

Резистор, гасящий радиопомехи, в автомобилях Волжского автомобильного завода расположен на бегунке распределителя зажигания, поэтому наконечники свечей зажигания выполнены без резисторов в отличие от наконечников свечей зажигания автомобилей "Москвич". (Домиховский С.Ф. и др. Устройство и эксплуатация автомобилей "Жигули" и "Москвич".- М.: ДОСАААФ СССР, 1985, стр. 82, рис. 42, поз. 13).

На фиг. 2 показан наконечник свечи зажигания двигателя автомобиля Волжского автомобильного завода, где 5 - корпус наконечника; 6 - высоковольтный электрод наконечника; 7 - контактная втулка.

Высоковольтный электрод 6 и контактная втулка 7 электрически соединены между собой.

Недостатком изображенного на фиг.2 наконечника свечи зажигания является то, что он выполняет функцию только передачи сигнала высокого напряжения с катушки на свечу зажигания и не в состоянии стабилизировать амплитуду высоковольтного сигнала катушки, подаваемого на центральный электрод свечи в момент искрообразования.

Известно, что в двигателе внутреннего сгорания у свечи зажигания кроме активного сопротивления, вызванного образованием нагара, существуют токи утечки электрического заряда высоковольтного сигнала от наличия на поверхности изолятора между электродами свечи в камере сгорания двигателя жидкого топлива. Импульс высокого напряжения катушки 1 (см. фиг.1), воздействуя на центральный электрод свечи 3, вызывает в электрической цепи системы зажигания возникновение тока самоиндукции 4 из-за наличия у свечи активного сопротивления и тока утечки заряда между электродами свечи. Ток самоиндукции во вторичной обмотке катушки препятствует увеличению амплитуды высоковольтного сигнала катушки и искрообразованию между электродами свечи.

Задачей изобретения является использование наконечника свечи зажигания для стабилизации амплитуды высоковольтного сигнала катушки, подаваемого на центральный электрод свечи в момент искрообразования.

Это достигается размещением в наконечнике между высоковольтным электродом и контактной втулкой для подключения к центральному электроду свечи зажигания искрового промежутка, величина которого больше искрового промежутка свечи и равна 2 мм. По сравнению с существующим устройством наконечника свечи использование заявляемого устройства наконечника позволит:
стабилизировать амплитуду высоковольтного сигнала катушки, подаваемого на центральный электрод свечи в момент искрообразования;
улучшить искрообразование свечи при запуске холодного двигателя с обогащенной топливовоздушной смесью;
увеличить срок службы свечи зажигания;
улучшить работу двигателей со свечами зажигания, имеющими конечную величину активного сопротивления.

На фиг.3 показано устройство заявляемого наконечника свечи зажигания.

В пластмассовом корпусе 5 наконечника между электродом 6 и контактной втулкой 7 наконечника расположен центральный электрод 8, который образует с контактной втулкой 7 наконечника искровой промежуток 9, величина которого больше искрового промежутка свечи.

На фиг. 4 изображена принципиальная схема зажигания с использованием заявляемого наконечника свечи, где 1 - катушка зажигания, 2 - резистор, гасящий радиопомехи; 10 - наконечник свечи зажигания; 3 - свеча зажигания; 9 - искровой промежуток наконечника свечи (2,0 мм); 11 - искровой промежуток свечи (0,8 мм); 8 - центральный электрод наконечника; 7 - втулка наконечника.

Первоначально с ростом амплитуды сигнала высокого напряжения катушки 1 искровой промежуток 9 наконечника 10 заполняется ионизированным облаком под воздействием напряженности электрического поля сигнала, приложенного к электроду 8. По мере того, как вырабатывается достаточное количество электронов обратной связи происходит сверхэкспотенциальное увеличение силы тока разряда под воздействием объемного заряда в искровом промежутке 9 наконечника свечи. В течение нескольких наносекунд увеличение тока продолжается. На этом этапе напряжение в искровом промежутке 9 наконечника и напряженность электрического поля быстро уменьшаются до очень малых значений (100 В и 1 кВ/см соответственно, т.е. происходит пробой).

Амплитуду сигнала высокого напряжения катушки 1 в момент пробоя искрового промежутка 9 наконечника обозначим "И". В момент пробоя искрового промежутка 9 наконечника к центральному электроду свечи 3 подается напряжение (И-100)В (Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями.-М.: Машиностроение, 1988, с. 118). Учитывая, что искровой промежуток свечи 4 (0,8 мм) в 2,5 раза меньше искрового промежутка 9 наконечника амплитуда сигнала высокого напряжения (И-100)В будет достаточна для пробоя искрового промежутка 11 свечи 3 и стабильная по величине.

Результаты экспериментальной проверки подтверждают работоспособность заявленного устройства наконечника свечи зажигания в двигателе внутреннего сгорания. Благодаря малой электрической емкости участка электрической цепи "втулка 7 - центральный электрод свечи 3 - (8 пФ)" необходимость установки дополнительного резистора 1 мОм между втулкой 7 и корпусом двигателя для стекания электрических зарядов с центрального электрода свечи зажигания 3 при отсутствии высоковольтного сигнала необязательно.

Для экспериментальной проверки заявляемого устройства наконечника свечи на автомобиль ВАЗ - 2101 были установлены 4 наконечника свечи (фиг.3) с искровым промежутком 2,0 мм. В один из цилиндров двигателя была установлена свеча А20Д1 с активным сопротивлением 77 кОм (измерено прибором Е7-8) и искровым промежутком 0,8 мм, у которой не удалось восстановить искрообразование известными способами. В остальные цилиндры были установлены работоспособные свечи А20Д1 с искровым промежутком 0,8 мм.

После запуска двигателя все свечи производили воспламенение топлива в двигателе, в том числе и свеча с активным сопротивлением между электродами 77 кОм. После снятия свечей с двигателя было проверено наличие искры свечей визуально на воздухе. Искра хорошо просматривалась.

Таким образом, экспериментальная проверка заявляемого устройства наконечника свечи зажигания на автомобилей подтвердила оптимальность устройства наконечника свечи для достижения поставленной цели.

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания. Наконечник свечи зажигания содержит между высоковольтным электродом и контактной втулкой для подключения к центральному электроду свечи искровой промежуток, величина которого больше искрового промежутка свечи и равна 2 мм. Предложенный наконечник свечи зажигания обеспечивает стабилизацию амплитуды высоковольтного сигнала, подаваемого на центральный электрод свечи в момент искрообразования, улучшение искрообразования при запуске холодного двигателя с обогащенной топливовоздушной смесью, увеличение срока службы свечи зажигания. 4 ил.

Наконечник свечи зажигания, содержащий высоковольтный электрод и контактную втулку для подключения к центральному электроду свечи, отличающийся тем, что содержит между высоковольтным электродом и контактной втулкой искровой промежуток 2 мм.