СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК H01T13/05 F02P13/00 

Изобретение относится к электроискровым свечам для систем принудительного воспламенения горючих смесей, в частности, для двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, для предпусковых подогревателей агрегатов транспортных средств, а также отопительных установок.

Из книги В.А.Балагурова "Аппараты зажигания", М., Машиностроение, 1968 г., стр.333, известна устанавливаемая на двигатели внутреннего сгорания с принудительным воспламенением электроискровая свеча, содержащая фасонный удлиненный изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, продольная геометрическая ось которого обычно совпадает с продольной геометрической осью изолятора, закрепленный в канале изолятора токопровод свечи, образованный последовательно расположенными центральным электродом, помехоподавительным резистором, контактным стержнем и контактной головкой, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус и, по меньшей мере, один боковой электрод, закрепленный на торце корпуса со стороны центрального электрода. Боковой (боковые) электрод(ы) выполнен(ы) фасонно изогнутым(и). Центральный электрод и контактный стержень выполнены в виде длинных стержней. Помехоподавительный резистор выполнен в виде композитной резистивной массы, запеченной между центральным электродом и контактным стержнем. При этом, и центральный электрод, и контактный стержень изготовлены из электропроводящего, с достаточно высокой проводимостью, материала.

Из патента RU №2116690, 6 МПК Н01Т 13/41, публ. 27.07.1998 г., известна электроискровая свеча, отличающаяся от вышеописанной тем, что токопровод свечи содержит расположенные между контактным стержнем и контактной головкой пружину сжатия и дополнительный помехоподавительный резистор. При этом пружина сжатия и дополнительный помехоподавительный резистор выполнены из проволоки, для пружины, с достаточно малым, а для дополнительного помехоподавительного резистора, с высоким активным сопротивлением.

Исходя из цели изобретения недостатком данных свечей является то, что токопровод, при протекании по нему импульсов тока являет собой частично экранированную штыревую антенну - излучатель электромагнитных волн.

Из авторского свидетельства SU 1370693, 6 МПК Н01T 13/00, публ. 1988 г., известна устанавливаемая на двигатели внутреннего сгорания с принудительным воспламенением электроискровая свеча, содержащая аксиально расположенные гальванически и механически связанные фасонный корпус и цилиндрический полый экран, последовательно установленные в корпусе и экране фасонный удлиненный изолятор и изолирующий вкладыш, снабженные аксиально расположенными ступенчатыми сообщающимися каналами, а также расположенный в каналах изолятора и изолирующего вкладыша токопровод свечи. Токопровод свечи образован последовательно расположенными токопроводом изолятора и токопроводом изолирующего вкладыша. Токопровод изолятора образован последовательно расположенными в канале изолятора центральным электродом и первым контактным стержнем, закрепленными неподвижно в канале изолятора посредством электропроводящего герметика. Токопровод изолирующего вкладыша образован последовательно расположенными клеммой, пружиной, помехоподавительным резистором и контактной головкой или последовательно расположенными вторым и третьим контактными стержнями, соединенными посредством электропроводящего герметика, и контактной головкой.

При этом, и корпус, и экран, и центральный электрод, и пружина, и контактные стержни, и клемма, и контактная головка изготовлены из электропроводящего, с достаточно высокой проводимостью, материала, а корпус и экран указанной свечи выполнены полностью охватывающим внешнюю боковую поверхность изолятора.

Среди недостатков данной свечи можно выделить высокую шунтирующую электрическую емкость, вносимую корпусом в электрическую цепь электроискровой свечи, а равно и высоковольтную цепь системы принудительного воспламенения горючих смесей. Указанное снижает максимально возможное развиваемое системой принудительного воспламенения горючих смесей напряжение и увеличивает вероятность пропуска искры между боковым (боковыми) и центральным электродами или полного ее отсутствия.

Задачей изобретения было снижение высокочастотной составляющей электромагнитного поля, генерируемого токопроводом свечи, работающей на различных нагрузках.

Задача решается в электроискровой свече, содержащей изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, установленный в канале изолятора токопровод свечи, включающий в себя центральный электрод и контактный стержень, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус.

Задача может решаться тем, что контактный стержень содержит стержнеобразную основу, изготовленную из материала с низким активным сопротивлением, и расположенную, по меньшей мере, на боковой поверхности основы, электропроводящую, с высоким активным сопротивлением, оболочку, уложенную с образованием гальванической связи с основой по всей поверхности наложения.

Задача может решаться тем, что контактный стержень содержит стержнеобразную основу, изготовленную из электропроводящего материала, и расположенную, по меньшей мере на боковой поверхности основы, магнитопроводящую, неэлектропроводящую или электропроводящую, с высоким активным сопротивлением, оболочку.

Задача может решаться тем, что контактный стержень изготовлен из электропроводящего материала и снабжен редуцирующими стержень участками, разнесенными по длине стержня с равномерным или переменным шагом.

Задача может решаться тем, что контактный стержень содержит стержнеобразную основу, выполненную из диэлектрика, и расположенную, по меньшей мере, на боковой поверхности основы, электропроводящую, с высоким активным сопротивлением, оболочку.

Задача может решаться тем, что контактный стержень выполнен в виде трубы, снабженной сквозным или заглушенным, по меньшей мере, со стороны одного из торцов, продольно расположенным анаксиальным или коаксиальным, относительно продольной геометрической оси контактного стержня, каналом, стенки которой сформированы из электропроводящего, с высоким активным сопротивлением, материала.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

На фиг.1 изображены совмещенные общий вид и продольный разрез электроискровой свечи.

На фиг.2. изображено поперечное сечение контактного стержня, содержащего стержнеобразную основу и оболочку.

На фиг.3 изображен контактный стержень с редуцированной внешней поверхностью.

На фиг.4 изображено продольное сечение контактного стержня, выполненного в виде трубы, снабженной сквозным продольно расположенным каналом.

На фиг.5 изображено продольное сечение контактного стержня, выполненного в виде трубы, снабженной заглушенным со стороны контактной головки продольно расположенным каналом.

Изобретение реализуется в электроискровой свече, содержащей фасонный удлиненный изолятор 1, снабженный сквозным фасонным каналом 2, продольная геометрическая ось которого совпадает с продольной геометрической осью изолятора, закрепленный в канале изолятора токопровод 3 свечи, а также фасонный стальной корпус 4 и боковой электрод 5. Токопровод электроискровой свечи образован последовательно расположенными центральным электродом 6, помехоподавительным резистором 7, контактным стержнем 8 и контактной головкой 9. Центральный электрод 6 и контактный стержень 8 выполнены в виде длинных стержней. Помехоподавительный резистор 7 выполнен в виде композитной электропроводящей, с нормируемым активным сопротивлением, резистивной массы, запеченной в канале 2 изолятора 1 между центральным электродом 6 и контактным стержнем 8. Отстоящий от помехоподавитсльного резистора 7 конец центрального электрода 6 и отстоящий от помехоподавительного резистора 7 конец контактного стержня 8 выполнены выступающими за пределы изолятора 1. Контактная головка 9 выполнена в виде нормируемой стандартами фасонной детали, закрепленной посредством резьбового соединения на выступающем за пределы изолятора 1 конце контактного стержня 8. Корпус 4 выполнен охватывающим часть внешней боковой поверхности изолятора 1 со стороны центрального электрода 6. Боковой электрод 5 выполнен фасонным электропроводящим. Боковой электрод консольно закреплен на торце корпуса 1 со стороны центрального электрода 6. Свободный конец бокового электрода 5 и выступающий из изолятора конец центрального электрода 6 расположены с зазором, величина которого регламентируется условиями работы электроискровой свечи (двигателем) и характеристиками системы принудительного воспламенения горючей смеси (системы зажигания). При этом, из уровня техники известны электроискровые свечи, в которых роль бокового электрода отведена обращенной к центральному электроду поверхности поршня двигателя внутреннего сгорания, что не влияет на суть заявляемого.

В первом варианте решения задачи контактный стержень 8 состоит из основы 10, выполненной из материала с низким активным сопротивлением, и оболочки 11, выполненной из электропроводящего, но со значительно более высоким, относительно материала основы, активным сопротивлением материала, уложенной на основу 10, по меньшей мере на ее боковую поверхность (на образующую основы), с образованием, в идеале, гальванической связи между основой 10 и оболочкой 11 по всей поверхности их соприкосновения. При этом минимальная толщина оболочки 11 определяется из выражения:

где

δ - глубина (от поверхности контактного стержня) распространения тока, где плотность его потока в 2,7 раз превышает величину плотности потока в более глубоких слоях контактного стержня.

σ - удельная проводимость материала оболочки контактного стержня,

f_н - нижняя частотная граница протекающего по токопроводу электрического тока,

μ_α - абсолютная магнитная проницаемость материала оболочки контактного стержня.

Основа 10 контактного стержня 8, например, может быть выполнена из электротехнической стали, а оболочка 11, например, из нихрома или вольфрама.

Во втором варианте решения задачи контактный стержень 8 содержит основу 10, изготовленную из материала с низким активным сопротивлением, и расположенную, по меньшей мере на боковой поверхности основы 10, магнитопроводящую, с высоким активным сопротивлением, например, ферритовую оболочку 11. При этом минимальная толщина оболочки 11 определяется из выражения:

где

U₀ - разность потенциалов между контактным стержнем и корпусом электроискровой свечи,

r₀ - внешний радиус основы контактного стержня,

r₁ - внешний радиус оболочки контактного стержня,

r₂ - внешний радиус изолятора электроискровой свечи,

ε₁ - диэлектрическая проницаемость оболочки контактного стержня,

ε₂ - диэлектрическая проницаемость изолятора электроискровой свечи,

E_1кр - критическая напряженность поля, при котором начинается разрушение оболочки контактного стержня,

Е_2кр - критическая напряженность поля, при котором начинается разрушение изолятора электроискровой свечи.

В третьем варианте решения задачи контактный стержень 8 изготовлен из электропроводящего материала и снабжен редуцирующими контактный стержень участками 12, разнесенными по длине контактного стержня 8 с равномерным или переменным шагом.

При этом максимальный радиус контактного стержня 8, в поперечном сечении, определяется из выражения:

где

U₀ - разность потенциалов между контактным стержнем и корпусом электроискровой свечи,

r₀ - максимальный внешний радиус контактного стержня,

r₁ - внешний радиус изолятора электроискровой свечи,

Е_1кр - критическая напряженность поля, при котором начинается разрушение изолятора электроискровой свечи.

В четвертом варианте решения задачи контактный стержень 8 содержит стержнеобразную основу 10, выполненную из диэлектрического материала, и расположенную, по меньшей мере на боковой поверхности (образующей) основы 10 оболочку 11, выполненную из электропроводящего материала с высоким активным сопротивлением.

В пятом варианте решения задачи контактный стержень 8 выполнен в виде трубы, снабженной заглушенным, например, со стороны контактной головки 9, продольно расположенным, в частности, коаксиальным, относительно продольной геометрической оси контактного стержня 8, каналом 13, стенки которой сформированы из электропроводящего, с высоким активным сопротивлением, материала.

В четвертом и пятом вариантах электропроводящее тело, представленное оболочкой или стенками трубы контактного стержня 8, в контексте понятия пространственное тело, может быть или цельным, или свернутым, например, однослойным свернутым из полосового материала, или витым, например, однослойным навитым из полосового материала с любым, зависящим от конкретных задач, профилем поперечного сечения. При этом, для четвертого и пятого вариантов решения задачи площадь поперечного сечения продольно расположенного канала 13 контактного стержня 8 или диэлектрической стержнеобразной основы 10, расположенной под оболочкой 11 контактного стержня 8, и для случая, когда электропроводящее тело, в контексте понятия пространственное тело, выполнено цельным, определяется из выражения:

где

R - активное сопротивление контактного стержня, максимальную величину которого целесообразно ограничить значением R_max=55 кОм,

p - удельное сопротивление материала контактного стержня,

l - длина контактного стержня,

S(l) - закон распределения площади поперечного сечении канала по длине l контактного стержня.

Заявляемая электроискровая свеча работает следующим образом: система принудительного воспламенения горючих смесей, система зажигания (не показана) генерирует и подает на токопровод 3 электроискровой свечи импульс высокого электрического напряжения. По достижении напряжения пробоя промежуток между центральным 6 и боковым 5 электродами (или поршнем - для свечей без бокового электрода) пробивается. В высоковольтной цепи системы зажигания, а равно и в токопроводе 3, преобладает ток проводимости, содержащий в своем электрическом спектре высокочастотные составляющие, которые, согласно скин-эффекту и в пропорциональной зависимости от роста частоты, вытесняются к внешней радиальной поверхности токопровода 3, в частности контактного стержня 8.

При этом, для первого варианта решения задачи высокочастотные составляющие тока проводимости вытесняются в оболочку 11 контактного стержня, которая изготовлена из материала с высоким активным сопротивлением, где и затухают. Электромагнитное поле, излучаемое контактным стержнем 8, ослабевает.

Для второго варианта решения задачи выполненная из магнитопроводящего материала оболочка 11 концентрирует в своей толще магнитное поле, в идеале, полностью препятствуя его выходу в свободное пространство. В результате излучаемое контактным стержнем 8 (расположенное снаружи оболочки 11) магнитное поле ослабевает.

Для третьего варианта решения задачи высокочастотные составляющие тока проводимости, согласно скин-эффекту, вытесняются к внешней радиальной поверхности токопровода 3, в частности, контактного стержня 8, контактный стержень 8 снабжен разнесенными по его длине, редуцирующими стержень участками 12. В электрической аналогии поочередно расположенные нередуцированные и редуцированные участки 12 контактного стержня 8 представляют собой фильтр, состоящий из увеличивающих импеданс контактного стержня последовательно соединенных проходных индуктивностей и шунтирующих емкостей. Протекая по поверхности контактного стержня 8, высокочастотные составляющие тока затухают, при этом излучаемое контактным стержнем 8 электромагнитное поле ослабевает.

Для четвертого и пятого вариантов решения задачи высокочастотные составляющие тока проводимости, согласно скин-эффекту, вытесняются к внешней радиальной поверхности токопровода 3, в частности, контактного стержня 8, электропроводящее тело которого выполнено из материала с высоким активным сопротивлением, где и затухают.

При этом контактные стержни, содержащие либо редуцирующие стержень участки, либо изготовленную методом навивки оболочку, либо изготовленные в виде трубы, стенки которой сформированы методом навивки, обладают несколько увеличенной электрической емкостью, увеличивающей энергию разряда в фазе пробоя. Что, в конечном счете, положительно влияет на последующие фазы процесса воспламенения значительно обедненных турбулизированных рабочих смесей в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.

Изобретение относится к электроискровым свечам для систем принудительного воспламенения горючих смесей, в частности, для двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, для предпусковых подогревателей агрегатов транспортных средств, а также отопительных установок. Электроискровая свеча зажигания (5 вариантов) содержит изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, и установленный в канале изолятора токопровод, включающий в себя последовательно расположенные центральный электрод, помехоподавительный резистор, и контактный стержень. Центральный электрод и контактный стержень выполнены в виде стержней. Помехоподавительный резистор выполнен в виде композитной электропроводящей, с нормируемым активным сопротивлением, резистивной массы, запеченной в канале изолятора между центральным электродом и контактным стержнем. При этом контактный стержень может быть выполнен содержащим стержнеобразную основу, изготовленную из материала с низким активным сопротивлением, и расположенную, по меньшей мере, на боковой поверхности основы, электропроводящую, с высоким активным сопротивлением, оболочку, уложенную с образованием гальванической связи с основой по всей поверхности наложения, контактный стержень может быть выполнен содержащим стержнеобразную основу, изготовленную из электропроводящего материала, и расположенную, по меньшей мере, на боковой поверхности основы, магнитопроводящую, неэлектропроводящую или электропроводящую, с высоким активным сопротивлением, оболочку, контактный стержень может быть выполнен содержащим, по меньшей мере, один редуцирующий стержень участок, контактный стержень может быть выполнен содержащим стержнеобразную основу, выполненную из диэлектрика, и расположенную, по меньшей мере, на боковой поверхности основы, электропроводящую, с высоким активным сопротивлением, оболочку, контактный стержень может быть выполнен в виде трубы, снабженной сквозным или заглушенным, по меньшей мере, со стороны одного из торцов, продольно расположенным анаксиальным или коаксиальным, относительно продольной геометрической оси контактного стержня, каналом, стенки которой сформированы из электропроводящего, с высоким активным сопротивлением, материала. Техническим результатом является уменьшение потерь энергии, снижение уровня излучения электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля в широком спектре радиочастот, увеличение электрической емкости, повышающей энергию разряда в фазе пробоя. 5 н.п.ф-лы, 5 ил.

1. Электроискровая свеча, содержащая изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, установленный в канале изолятора токопровод, включающий в себя центральный электрод и контактный стержень, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус, отличающаяся тем, что контактный стержень содержит стержнеобразную основу, изготовленную из материала с низким активным сопротивлением, и расположенную, по меньшей мере на боковой поверхности основы электропроводящую, с высоким активным сопротивлением оболочку, уложенную с образованием гальванической связи с основой по всей поверхности наложения.2. Электроискровая свеча, содержащая изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, установленный в канале изолятора токопровод, включающий в себя центральный электрод и контактный стержень, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус, отличающаяся тем, что контактный стержень содержит стержнеобразную основу, изготовленную из электропроводящего материала, и расположенную, по меньшей мере на боковой поверхности основы магнитопроводящую, неэлектропроводящую или электропроводящую, с высоким активным сопротивлением оболочку.3. Электроискровая свеча, содержащая изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, установленный в канале изолятора токопровод, включающий в себя центральный электрод и контактный стержень, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус, отличающаяся тем, что контактный стержень изготовлен из электропроводящего материала и снабжен редуцирующими стержень участками, разнесенными по длине стержня с равномерным или переменным шагом.4. Электроискровая свеча, содержащая изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, установленный в канале изолятора токопровод, включающий в себя центральный электрод и контактный стержень, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус, отличающаяся тем, что контактный стержень содержит стержнеобразную основу, выполненную из диэлектрика, и расположенную, по меньшей мере, на боковой поверхности основы электропроводящую, с высоким активным сопротивлением оболочку.5. Электроискровая свеча, содержащая изолятор, снабженный сквозным фасонным каналом, установленный в канале изолятора токопровод, включающий в себя центральный электрод и контактный стержень, а также охватывающий часть внешней боковой поверхности изолятора со стороны центрального электрода фасонный стальной корпус, отличающаяся тем, что контактный стержень выполнен в виде трубы, снабженной сквозным или заглушенным, по меньшей мере, со стороны одного из торцов, продольно расположенным анаксиальным или коаксиальным относительно продольной геометрической оси контактного стержня каналом, стенки которой сформированы из электропроводящего, с высоким активным сопротивлением материала.