СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01T13/39 

Объектом настоящего изобретения является свеча с генерированием плазмы, используемая, в частности, для электрического искрового зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания автомобиля, имеющая по существу цилиндрическую форму, содержит:

- преимущественно емкостную нижнюю часть, содержащую:

- два коаксиальных электрода: осевой внутренний электрод, выполненный в виде центрального электрода (3), и наружный электрод, выполненный в виде цоколя, охватывающего центральный электрод

- электроизоляционный блок, выполненный в виде изолятора и установленный между центральным электродом и цоколем,

- преимущественно индуктивную верхнюю часть, содержащую:

- центральный стержень, охваченный обмоткой, нижняя концевая часть которой охватывает верхнюю концевую часть центрального электрода,

- наружный кожух,

- изолятор, установленный радиально между кожухом и обмоткой.

В публикациях FR 2859830, FR 2859569, FR 2859831 раскрыта такая многоискровая свеча, содержащая резонатор напряжений. Однослойная обмотка позволяет обеспечить высокий показатель качества, который является соотношением между энергией, накопленной в структуре, и резистивными и диэлектрическими потерями. Таким образом, вся энергия накапливается в магнитной форме и передается в преимущественно емкостную часть. Кроме того, нижняя концевая часть обмотки охватывает верхнюю концевую часть центрального электрода. Эта зона электромагнитного перекрывания индуцирует токи Фуко в центральном электроде, которые создают дополнительное сопротивление и, следовательно, снижают коэффициент резонансного усиления напряжения системы обмотка - свеча.

Чтобы устранить эти недостатки, в соответствии с настоящим изобретением предлагается уменьшить рассеяние электромагнитной энергии по причине токов Фуко в центральном электроде, чтобы оптимизировать характеристики свечи и, в частности, добиться более высокого коэффициента резонансного усиления напряжения.

В этой связи объектом настоящего изобретения является свеча вышеуказанного типа, характеризующаяся тем, что верхняя концевая часть центрального электрода содержит покрытие из материала, который имеет удельную электрическую проводимость, превышающую удельную электрическую проводимость материала центрального электрода, и не обладает ферромагнитными свойствами.

Предпочтительным является то, что толщина покрытия, по меньшей мере, равна первоначальной толщине оболочки центрального электрода.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения, осевая высота покрытия, по меньшей мере, равна высоте верхней концевой части центрального электрода.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:

фиг.1 - разрез по оси Z радиочастотной плазменной свечи, согласно предшествующему уровню техники;

фиг.2 - разрез по оси Z части радиочастотной плазменной свечи, содержащей нижнюю концевую часть обмотки и верхнюю концевую часть центрального электрода, согласно предшествующему уровню техники;

фиг.3 - разрез центрального электрода согласно настоящему изобретению.

Идентичные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Как показано на фиг.1, радиочастотная плазменная свеча 1, в основном, цилиндрической формы с осью Z в основном содержит емкостную часть С и индуктивную часть I, при этом части С и I имеют по существу удлиненную форму и соединены последовательно.

Преимущественно емкостная часть С содержит, в частности, цоколь 2, предназначенный для соединения на массу и охватывающий по существу цилиндрический центральный электрод 3 с осью Z, выполняющий роль электрода высокого напряжения. Между цоколем 2 и центральным электродом находится электроизоляционный блок, называемый «изолятором» 4. Как хорошо известно из предшествующего уровня техники, на внешней стороне своей центральной части, наиболее близкой к головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, оборудованного свечой 1, цоколь 2 имеет форму, соответствующую задачам установки, крепления и затягивания свечи 1 на головке блока цилиндров (например, но не ограничительно, как показано на фиг.1, резьбу).

Преимущественно индуктивная часть I свечи 1 содержит в направлении изнутри наружу: центральный стержень 8, обмотку 5, изолятор 7, наружный кожух 6.

Центральный стержень 8 имеет общую цилиндрическую форму круглого сечения, ось которой по существу совпадает с осью Z свечи 1. Он выполнен из изолирующего и немагнитного материала.

Обмотка 5 имеет общую цилиндрическую форму круглого сечения. Она выполнена из намотанного провода диаметром D, образующего примыкающие друг к другу витки 51, охватывающие центральный стержень 8, начиная от первого витка 51а до последнего витка 51b, которые являются двумя концевыми витками 51а, 51b обмотки 5. Первый виток 51а соединен с соединителем 12, а второй виток 51b соединен посредством соответствующих средств 14 с внутренним концом центрального электрода 3.

Как показано на фиг.2, нижняя концевая часть 57 обмотки 5 охватывает верхнюю концевую часть 31 центрального электрода 3, вставленную в стержень 8.

Как показано на фиг.1, изолятор 7, окружающий обмотку 5, имеет, в основном, цилиндрическую форму. Его можно выполнить из различных материалов, таких как силикон.

Наружный кожух 6 выполнен в основном цилиндрической формы. Он соединен с массой и охватывает обмотку 5. Кожух 6 выполняет функцию электромагнитного экрана. Кожух 6 можно выполнить из цветного металла с повышенной удельной проводимостью, такого как медь.

Как показано на фиг.3, согласно варианту выполнения изобретения, центральный электрод 3 содержит покрытие 9. Покрытие 9 выполнено локально в осевом направлении на верхней концевой части 31 центрального электрода 3. Это покрытие 9 можно наносить, например, при помощи электролиза.

Покрытие отличается более высокой удельной электрической проводимостью, чем материал центрального электрода 3, и не обладает ферромагнитными свойствами. Например, центральный электрод 3 можно выполнить из никеля, удельная проводимость которого составляет 14,3·10⁶ См/м (сименс/метр), а покрытие 9 можно выполнить из серебра, удельная проводимость которого составляет 63·10⁶ См/м.

Что касается размеров покрытия 9, то оно имеет:

- толщину Е и

- высоту Н.

Радиальная толщина Е, по меньшей мере, равна толщине оболочки центрального электрода без покрытия 9. Следует учесть, что толщину оболочки определяют как толщину в рассматриваемом материале, на границе которой индуцированные токи уменьшаются на порядок «е» (при ln(е)=1). Толщину оболочки можно рассчитать при помощи нижеследующего уравнения:

где:

µ: проницаемость

µ=µ₀·µr

µr: относительная проницаемость материала, µ₀: проницаемость в вакууме

σ (См/м): удельная электрическая проводимость

f (Гц): частота в Гц

Высота Н, по меньшей мере, равна высоте верхней концевой части 31 центрального электрода 3.

Нижнюю концевую часть 57 обмотки 5, охватывающую верхнюю концевую часть 31 центрального электрода 3, называют зоной А электромагнитного перекрывания. Эта зона А индуцирует токи Фуко в центральном электроде 3. Потери от токов Фуко пропорциональны квадрату частоты. Толщина оболочки уменьшается пропорционально квадратному корню проницаемости, частоты, удельной электрической проводимости и размера рассматриваемой детали. Чем толще деталь в плоскости, перпендикулярной к магнитному полю, по сравнению с толщиной оболочки, тем выше будут индуцированные токи.

Поскольку токи Фуко появляются локально в толщине оболочки материала центрального электрода 3, то, согласно варианту выполнения, изобретением предлагается покрытие 9, которое замещает эту толщину оболочки. Это покрытие 9 позволяет уменьшить токи Фуко и толщину оболочки. Таким образом, уменьшается сопротивление центрального электрода 3. Следовательно, повышается коэффициент резонансного усиления напряжения и соответственно улучшаются характеристики свечи.

Это изобретение не ограничивается описанным и показанным на чертежах вариантом выполнения, представленным в качестве примера.

Свеча (1) зажигания для двигателя внутреннего сгорания автомобиля выполнена по существу цилиндрической формы и содержит, в основном, емкостную нижнюю часть (С) с двумя коаксиальными электродами, а именно, центральным электродом (3) и наружным электродом в виде цоколя (2), охватывающего центральный электрод (3), и электроизоляционный блок, выполненный в виде изолятора (4) и установленный между центральным электродом (3) и цоколем (2), а также в основном индуктивную верхнюю часть (1), содержащую центральный стержень (8), охваченный обмоткой (5), нижняя концевая часть (57) которой охватывает верхнюю концевую часть (31) центрального электрода (3), а также наружный кожух (6), и изолятор (7), установленный радиально между кожухом (6) и обмоткой (5). Согласно данному изобретению верхняя концевая часть (31) центрального электрода (3) содержит покрытие (9) из материала, который имеет удельную электрическую проводимость, превышающую удельную электрическую проводимость материала центрального электрода (3), и не обладает ферромагнитными свойствами. Технический результат - уменьшение рассеяния электромагнитной энергии за счет токов Фуко в центральном электроде и повышение коэффициента резонансного усиления напряжения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Свеча (1) зажигания для двигателя внутреннего сгорания автомобиля, выполненная по существу цилиндрической формы, содержащая,
в основном, емкостную нижнюю часть (С), с двумя коаксиальными электродами: внутренним электродом с осью (D), выполненным в виде центрального электрода (3), и наружным электродом, выполненным в виде цоколя (2), охватывающего центральный электрод (3), и электроизоляционным блоком, выполненным в виде изолятора (4), установленного между центральным электродом (3) и цоколем (2),
в основном, индуктивную верхнюю часть (I), с центральным стержнем (8), охваченным обмоткой (5), нижняя концевая часть (57) которой охватывает верхнюю концевую часть (31) центрального электрода (3), и наружным кожухом (6), а также изолятором (7), установленным радиально между кожухом (6) и обмоткой (5), отличающаяся тем, что верхняя концевая часть (31) центрального электрода (3) содержит покрытие (9) из материала, который имеет удельную электрическую проводимость, превышающую удельную электрическую проводимость материала центрального электрода (3), и не обладает ферромагнитными свойствами.

2. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что радиальная толщина (Е) покрытия (9), по меньшей мере, равна первоначальной толщине оболочки центрального электрода (3).

3. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что осевая высота (Н) покрытия (9), по меньшей мере, равна высоте верхней концевой части (31) центрального электрода (3).