ШТИФТОВАЯ СВЕЧА НАКАЛИВАНИЯ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2001 года по МПК F02P19/00 F23Q7/00 

Изобретение относится к электротехникe, в частности к штифтовой свече накаливания, служащей для предварительного нагрева горючей смеси в камере сгорания теплового двигателя с самовоспламенением топлива.

Известна свеча накаливания для дизельных двигателей, имеющая цилиндрическую металлическую трубку, контактный стержень для обеспечения электрического контакта и керамический нагреватель, который консольно закреплен на наконечнике цилиндрической металлической трубки и контактирует с контактным стержнем, обеспечивая в процессе накаливания протекание тока через керамический нагреватель, причем керамический нагреватель имеет по меньшей мере один участок с уменьшенным поперечным сечением (см. заявку Германии N 3837128, МПК F 23 Q 7/00, 1989).

Недостатком указанной свечи является ее низкая механическая прочность и высокое потребление электроэнергии.

Задачей изобретения является снижение мощности потерь свечи накаливания, что приводит к снижению потребления электроэнергии, повышение ее механической прочности и быстроты накаливания.

Задача решается тем, что свеча накаливания для дизельных двигателей содержит цилиндрическую металлическую трубку, контактный стержень для обеспечения электрического контакта и керамический нагреватель, который консольно закреплен на наконечнике цилиндрической металлической трубки и контактирует с контактным стержнем, обеспечивая в процессе накаливания протекание тока через керамический нагреватель, причем керамический нагреватель имеет по меньшей мере один участок с уменьшенным поперечным сечением. Керамический нагреватель за счет уменьшения его поперечного сечения на указанном участке с уменьшенным поперечным сечением имеет увеличенное сопротивление, причем этот участок, на котором керамический нагреватель имеет уменьшенное поперечное сечение, находится на боковой стенке керамического нагревателя на некотором расстоянии от обращенного в камере сгорания наконечника нагревателя в том месте, на которое попадает топливовоздушная смесь, а само поперечное сечение керамического нагревателя уменьшено за счет уменьшения толщины этой боковой стенки.

Для дополнительного уменьшения поперечного сечения в стенке керамического нагревателя выполнены отверстия.

Кроме того, керамический нагреватель заполнен жаростойким электроизоляционным материалом.

Преимущество данного изобретения состоит в том, что тот участок нагревателя, на который в первую очередь попадает горючая смесь, благодаря большему сопротивлению быстрее всего достигает необходимой температуры воспламенения горючей смеси. Благодаря этому может быть сокращено время накаливания. Повышение сопротивления путем уменьшения поперечного сечения электропроводящей керамики позволяет применять керамический нагревательный элемент с несколько большей толщиной стенок, который в заданных, обусловленных конструкцией двигателя точках имеет уменьшенное поперечное сечение. Благодаря этому механическая прочность, в частности керамического нагревательного участка, может быть повышена. Определенное уменьшение толщины стенок позволяет максимально нагревать именно то место свечи накаливания, на которое попадает топливовоздушная смесь.

Особое преимущество заключается в том, что благодаря уменьшению толщины стенок керамического нагревателя повышение сопротивления в боковой стенке и тем самым более быстрое достижение рабочей температуры в этом месте может быть реализовано простым образом и без изменения свойств материала. При установке штифтовой свечи накаливания в вихревую камеру наиболее горячей точкой нагревателя становится именно та точка, на которую смесь попадает в первую очередь, что обуславливает лучше воспламенение дизельной смеси.

Еще один простой и рентабельный вариант выполнения изобретения, предусматривающий уменьшение поперечного сечения на пути тока через керамику, состоит в том, что известный U-образный или гильзообразный керамический нагреватель просто снабжен в местах уменьшенного поперечного сечения разрывами, например, отверстиями. В этом случае не требуется разрабатывать новую соответствующим образом адаптированную технологию изготовления, в необходимо лишь добавить, например, еще одну рабочую операцию, такую как сверление. Заполнение электропроводного керамического нагревателя электроизоляционным материалом повышает его механическую прочность.

На фиг. 1 изображен первый пример выполнения штифтовой свечи накаливания по изобретению;
на фиг. 2 - второй пример выполнения;
на фиг. 3 - третий пример выполнения;
на фиг. 4 - четвертый пример выполнения;
на фиг. 5 - схематическое изображение двух возможных вариантов установки свечи накаливания в вихревой камере теплового двигателя.

На фиг. 1 показан первый пример выполнения изобретения в продольном разрезе. В данном случае штифтовая свеча накаливания состоит из цилиндрической металлической трубки 1. Эта цилиндрическая металлическая трубка 1 представляет собой корпус свечи накаливания и служит для ввинчивания в блок цилиндров двигателя с помощью предусмотренной на ее наружной стороне резьбы 2. Цилиндрическая металлическая трубка 1, кроме того, служит держателем штифта свечи накаливания, который выступает в камеру сгорания и обеспечивает нагревание дизельной смеси. В наконечник цилиндрической металлической трубки 1 вставлен служащий штифтом свечи накаливания керамический нагреватель 3, головка которого представляет собой нагревательный элемент (или собственно элемент накаливания). Резьбой 2 корпус ввинчен в не показанный блок цилиндров теплового двигателя таким образом, что головка керамического нагревателя 3 консольно выступает в камеру сгорания двигателя. Керамический нагреватель 3 при этом выполнен из электропроводной керамики, которая имеет форму закрытой с одной стороны гильзы. Противоположный конец цилиндрической металлической трубки 1 содержит контактный стержень 4, электроизолированный изоляционным слоем 5 от цилиндрической металлической трубки 1. Контактный стержень 4 в свою очередь соединен контактом 6 с керамическим нагревателем 3 таким образом, что через этот контакт 6 к закрытому обращенному к камере сгорания дну керамического нагревателя 3 подводится электрический ток. Керамический нагреватель 3 электрически замкнут своей наружной поверхностью, по которой он присоединен к цилиндрической металлической трубке 1, на эту трубку 1, за счет чего обращенное к камере сгорания дно керамического нагревателя 3, с одной стороны, подсоединено к питающему напряжению, которое подается, например, от не показанной на чертеже батареи транспортного средства, а с другой стороны, замкнут через цилиндрическую металлическую трубку 1 на массу. Тем самым создается возможность протекания тока от закрытого дна керамического нагревателя 3 через боковые стенки гильзообразного керамического нагревателя 3 к цилиндрической металлической трубке 1 на массу. При этом толщина стенок керамического нагревателя 3 не одинакова по всей длине. Более того, толщина стенок на обращенном к камере сгорания консольном конце керамического нагревателя 3 меньше, чем по краю гильзообразной керамики. Благодаря этому сопротивление на обращенной к камере сгорания стороне керамического нагревателя 3 повышается, за счет чего в этом месте керамический нагреватель 3 накаляется в первую очередь. Однако при этом керамический нагреватель 3 не обязательно должен иметь гильзообразную форму. Он может иметь, например, U-образную форму, при этом толщина стенки также уменьшается по направлению от закрепленного на цилиндрической металлической трубке 1 конца керамического нагревателя 3 к обращенной к камере сгорания головке керамического нагревателя 3. Изображение такого U-образного керамического нагревателя 3 в разрезе идентично изображению гильзообразного керамического нагревателя, поэтому в данном случае для обоих вариантов представлен лишь один чертеж.

На фиг. 2 показан второй вариант изобретения в продольном разрезе.

Принципиальная конструкция штифтовой свечи накаливания согласно фиг. 2 соответствует конструктивному выполнению свечи накаливания по фиг. 1, поэтому отдельные детали обозначены теми же позициями, что и на фиг. 1. В варианте выполнения по фиг. 2 площадь поперечного сечения керамического нагревателя 3 с противоположной от держателя стороны также уменьшена. Однако в отличие от фиг. 1 в этом варианте в стенке керамического нагревателя 3 выполнены отверстия 7. Соответствующим выбором числа, диаметра и положения указанных отверстий 7 можно точно рассчитать и задать место с минимальным поперечным сечением материала и тем самым место наибольшего нагрева на керамическом нагревателе 3. Форма керамического нагревателя 3 при этом не имеет значения, поскольку эти отверстия 7 могут быть выполнены на керамическом нагревателе 3 при любой, например U-образной или гильзообразной, его форме. Необходимо лишь обеспечить, чтобы при приложении напряжения ток протекал через то место керамического нагревателя 3, в котором площадь поперечного сечения на пути тока уменьшена, а сопротивление, следовательно, повышено.

Сердцевина керамического нагревателя 3 заполнена термостойким электроизолирующим материалом.

На фиг. 3 показан третий вариант выполнен, причем принципиальное конструктивное выполнение штифтовой свечи накаливания также соответствует конструкции свечи накаливания по фиг. 1 и 2. Единственное отличие заключается в выполнении керамического нагревательного участка.

Керамический нагреватель 3 имеет при этом форму стержня с круглой кольцеобразной выемкой 8 с концентрической сердцевиной 9. Круглая кольцеообразная выемка 8 проходит почти по всей длине керамического нагревателя 3 таким образом, что поперечное сечение электрической керамики с противоположной от корпуса свечи стороны керамического нагревателя 3 также уменьшено, поскольку круглая кольцеообразная выемка 8 входит в противоположный от держателя наконечник стержнеобразного керамического нагревателя 3 настолько, что площадь поперечного сечения на пути тока в этом месте наименьшая.

На фиг. 4 показан четвертый вариант выполнения изобретения, который необходимо рассматривать одновременно со ссылкой на фиг. 5. На фиг. 4 показан лишь керамический штифт накаливания, поскольку конструкция и расположение металлической трубки 1 и контактного стержня 4 соответствуют таковым по фиг. 1 - 3 и поэтому не требуют повторного пояснения. На фиг. 5 схематично изображена вихревая камера теплового двигателя. Необходимый для сгорания топлива воздух поступает через перепускной канал 11 в вихревую камеру, а топливо впрыскивается в эту камеру форсункой 12, в результате чего образуется горючая смесь. На фиг. 5 показаны два возможных варианта установки свечей накаливания. Свеча G1 изображена в так называемом положении "навстречу потоку", т. е. воздух, втекающий в перепускной канал 11 вихревой камеры, движется натекающим на свечу накаливания G1 потоком. В этом случае обеспечивается наилучший доступ горючей смеси к удаленному от держателя наконечнику свечи накаливания. Поэтому на удаленном от держателя наконечнике керамического нагревателя 3 также целесообразно предусмотреть участок с уменьшенным поперечным сечением электропроводной керамики, как это показано на фиг. 1 - 3. В отличие от этого вторая свеча G2 накаливания установлена в так называемом положении "по ходу потока". В этом положении втекающий воздух движется стекающим со свечи G2 накаливания потоком. Для наглядности направление потока в вихревой камере схематично обозначено штриховыми стрелками. Поскольку при монтаже "по ходу потока" горючая смесь попадает на свечу накаливания не непосредственно на ее удаленный от держателя наконечник, а на некотором расстоянии от него, в этом месте также предусмотрено уменьшение поперечного сечения. Указанное расстояние при этом зависит от конструкции двигателя. Монтаж в направлении "по ходу потока" более целесообразен в отношении показателей состава отработавших газов в сравнении с монтажом "навстречу потоку".

Очевидно, что керамический нагреватель в виде консольно закрепленного на корпусе штифта свечи накаливания может применяться в качестве нагревателя также и в факельных свечах.

Изобретение относится к штифтовой свече накаливания. Керамический нагреватель свечи накаливания за счет уменьшения его поперечного сечения на участке с уменьшенным поперечным сечением имеет увеличенное сопротивление, а указанный участок находится на боковой стенке керамического нагревателя на некотором расстоянии от обращенного к камере сгорания наконечника нагревателя в том месте, на которое попадает топливовоздушная смесь, а само поперечное сечение нагревателя уменьшено за счет уменьшения толщины этой боковой стенки. Изобретение позволяет снизить мощность потерь свечи накаливания, повысить ее механическую прочность и быстроту накаливания. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Свеча накаливания для дизельных двигателей, имеющая цилиндрическую металлическую трубку, контактный стержень для обеспечения электрического контакта и керамический нагреватель, который консольно закреплен на наконечнике цилиндрической металлической трубки и контактирует с контактным стержнем, обеспечивая в процессе накаливания протекание тока через керамический нагреватель, причем керамический нагреватель имеет по меньшей мере один участок с уменьшенным поперечным сечением, отличающаяся тем, что керамический нагреватель за счет уменьшения его поперечного сечения на указанном участке с уменьшенным поперечным сечением имеет увеличенное сопротивление, причем этот участок, на котором керамический нагреватель имеет уменьшенное поперечное сечение, находится на боковой стенке керамического нагревателя на некотором расстоянии от обращенного к камере сгорания наконечника нагревателя в том месте, на которое попадает топливовоздушная смесь, а само поперечное сечение керамического нагревателя уменьшено за счет уменьшения толщины этой боковой стенки. 2. Свеча накаливания по п.1, отличающаяся тем, что для дополнительного уменьшения поперечного сечения в стенке керамического нагревателя выполнены отверстия. 3. Свеча накаливания по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что керамический нагреватель заполнен жаростойким электроизоляционным материалом.