СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H01T13/36 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к свече зажигания для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), предназначенной для применения главным образом в камерах сгорания, в которых создается высокое давление.

Свечи зажигания самых разнообразных конструкций известны из уровня техники. Известные свечи зажигания в принципе хорошо зарекомендовали себя для применения в ДВС. Однако в настоящее время в связи с существующей тенденцией к увеличению давления наддува в ДВС и к увеличению компрессии в их цилиндрах постоянно возрастает и давление, создающееся в камере сгорания в момент зажигания. При этом главным образом при высоком давлении в камере сгорания не исключена возможность возникновения поверхностных искровых разрядов при зажигании, которые прежде всего могут также проникать в доступную для рабочей смеси полость свечи зажигания, расположенную со стороны ее обращенного к камере сгорания конца между сужающейся частью (тепловым конусом) изолятора и корпусом. Подобные поверхностные искровые разряды при работе ДВС в режиме с гомогенным смесеобразованием приводят к неравномерной работе двигателя. При работе же ДВС в режиме с послойным смесеобразованием, а также при работе в режимах с неравномерным распределением рабочей смеси, которое имеет место, например, при пуске непрогретого ДВС при отрицательных температурах, поверхностные искровые разряды приводят к частым пропускам воспламенения рабочей смеси.

Для снижения вероятности возникновения поверхностных искровых разрядов в DE 19650724 В4 было предложено располагать центральный и боковой электроды свечи зажигания с таким зазором между ними, который меньше расстояния между центральным электродом свечи зажигания и ее корпусом. Однако точное соблюдение предложенного в указанной публикации геометрического расположения электродов относительно друг друга часто оказывается невозможным из-за ограничений, накладываемых имеющимся монтажным пространством.

Преимущества изобретения

Преимущество предлагаемой в изобретении свечи зажигания с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения, перед известными из уровня техники свечами зажигания состоит в предотвращении возникновения поверхностных искровых разрядов. Благодаря этому предлагаемую в изобретении свечу зажигания можно использовать прежде всего в ДВС, для которых характерно создание высокого давления в их камерах сгорания, например в ДВС с наддувом и/или с высокой степенью сжатия (компрессией). Предлагаемая в изобретении свеча зажигания обладает при этом длительным сроком службы, а также проста и экономична в изготовлении. В соответствии с изобретением достигается это благодаря тому, что на изоляторе свечи зажигания расположен токопроводящий тонкослойный элемент (т.е. элемент, у которого два его размера много больше его третьего размера), электрически контактирующий с корпусом. Согласно изобретению поверхность изолятора в результате оказывается под тем же электрическим потенциалом, что и корпус свечи зажигания. При этом корпус свечи зажигания обычно замкнут на "массу". Подобная, сравнительно простая предлагаемая в изобретении мера позволяет избежать возникновения электрических полей, которые в обычных свечах зажигания возникают в их доступной для рабочей смеси полости между сужающимся изолятором и корпусом. Предлагаемое в изобретении решение позволяет тем самым предотвращать появление поверхностных искровых разрядов даже при создании высокого давления в камере сгорания. Помимо этого, исключается также возможность возникновения частичных разрядов в зоне ребра, предусмотренного с внутренней стороны корпуса, а тем самым обеспечивается и возможность подавления электромагнитных импульсных помех.

Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Токопроводящий тонкослойный элемент предпочтительно выполнять в виде полностью охватывающего изолятор по его окружности (замкнутого) кольца. Подобное выполнение токопроводящего тонкослойного элемента позволяет с высокой надежностью предотвращать возникновение электрических полей в той зоне доступной для рабочей смеси полости между изолятором свечи зажигания и ее корпусом, где существует опасность возникновения поверхностных искровых разрядов. Необходимо отметить, что в другом варианте на изоляторе можно также предусматривать несколько дискретных предлагаемых в изобретении токопроводящих тонкослойных элементов, каждый из которых проходит только на части окружности и лишь на малое расстояние отстоит в окружном направлении от соседних с ним токопроводящих тонкослойных элементов. При этом, однако, каждый такой элемент должен быть электрически соединен с корпусом свечи зажигания.

Токопроводящий тонкослойный элемент наиболее предпочтительно располагать в зоне плотной посадки между корпусом свечи зажигания и ее изолятором. Тем самым обеспечивается надежный электрический контакт токопроводящего тонкослойного элемента с корпусом свечи зажигания.

В еще одном предпочтительном варианте свеча зажигания имеет также уплотнительное кольцо из электропроводного материала, которое расположено между корпусом свечи зажигания и ее изолятором. Предлагаемый в изобретении токопроводящий тонкослойный элемент расположен при этом на том участке изолятора, который находится на уровне уплотнительного кольца.

В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения токопроводящий тонкослойный элемент имеет толщину максимум 100 мкм. Предпочтительно далее выполнять токопроводящий тонкослойный элемент с постоянной толщиной. Преимущество, связанное с ограничением максимальной толщины токопроводящего тонкослойного элемента указанным выше значением, состоит в возможности его простого крепления к изолятору свечи зажигания. Необходимо также отметить, что с увеличением толщины токопроводящего тонкослойного элемента существенно возрастают возникающие в его материале механические напряжения, что ухудшает прочность его крепления к изолятору свечи зажигания. Поэтому токопроводящий тонкослойный элемент наиболее предпочтительно выполнять с толщиной в пределах от примерно 50 до примерно 80 мкм.

Предпочтительно далее располагать токопроводящий тонкослойный элемент на том участке изолятора, который в полностью собранной свече зажигания расположен на уровне внутреннего кругового ребра, предусмотренного с внутренней стороны корпуса. Предпочтительно при этом, чтобы токопроводящий тонкослойный элемент на изоляторе покрывал по меньшей мере 70% площади его поверхности, которая в радиальном направлении свечи зажигания обращена к внутреннему ребру, предусмотренному с внутренней стороны корпуса. Благодаря подобной мере токопроводящий тонкослойный элемент по меньшей мере на 70% перекрывает предрасположенное к возникновению электрических полей пространство между внутренним выступом на корпусе свечи зажигания и ее изолятором. Тем самым удается избежать возникновения электрических полей на этом предрасположенном к проскакиванию нежелательных предварительных разрядов участке, уменьшив в результате склонность к возникновению в этом месте поверхностных искровых разрядов. Необходимо далее отметить, что токопроводящий тонкослойный элемент на изоляторе свечи зажигания не должен иметь слишком большую протяженность в направлении ее электродов, поскольку в противном случае существенно возрастает склонность свечи зажигания к шунтированию.

Токопроводящий тонкослойный элемент предпочтительно должен покрывать изолятор на его участке, протяженность которого в направлении обращенного к электродам свечи зажигания торца изолятора начиная от места контакта между ним, соответственно токопроводящим тонкослойным элементом и корпусом составляет не более 50%, предпочтительно 30%, от расстояния между указанным местом контакта и торцом изолятора.

Помимо этого, токопроводящий тонкослойный элемент предпочтительно должен занимать по меньшей мере 70% площади поверхности того участка изолятора, расстояние от которого до внутренней поверхности корпуса составляет не более 0,5 мм. Соблюдение этого условия также исключает возникновение электрических полей в той зоне доступной для рабочей смеси полости свечи зажигания, где существует опасность возникновения поверхностных искровых разрядов.

В особенно предпочтительном варианте токопроводящий тонкослойный элемент представляет собой токопроводящее покрытие. Такое покрытие, которое имеет лишь малую толщину, можно наносить простым и экономичным способом.

В качестве указанного покрытия наиболее предпочтительно использовать покрытие из токопроводящего лака, т.е. лака, обладающего электропроводными свойствами. Связанное с этим преимущество состоит прежде всего в возможности особо простого и экономичного нанесения подобного покрытия. При этом отсутствует также необходимость модифицировать существующие методы сборки свечей зажигания. Токопроводящий лак в предпочтительном варианте содержит благородный металл, прежде всего серебро, и/или платину, и/или золото, и/или иридий, и/или родий, и/или содержит тантал, и/или никель, и/или углерод либо любой их стойкий к окислению сплав. Стойкость к окислению является важным свойством, поскольку в камере сгорания преобладают высокие температуры и присутствует кислород воздуха.

В качестве токопроводящего тонкослойного элемента можно также использовать тонкую ленту, соответственно тонкую фольгу, например золотую фольгу или иную содержащую благородный металл фольгу.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичный вид частично изображенной в разрезе свечи зажигания, выполненной по одному из вариантов осуществления изобретения, и

на фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая вероятность возникновения поверхностных искровых разрядов в зависимости от давления в камере сгорания для предлагаемой в изобретении свечи зажигания и для известной из уровня техники свечи зажигания.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Ниже со ссылкой на фиг.1 и 2 более подробно рассмотрена свеча 1 зажигания, выполненная по одному из вариантов осуществления изобретения.

Показанная на фиг.1 свеча 1 зажигания имеет корпус 2 с выполненной на нем наружной резьбой 2а, которой свеча 1 зажигания крепится к соответствующей детали ДВС. Свеча 1 зажигания имеет далее изолятор 3 с обращенным к камере сгорания торцом 3а. Внутри изолятора 3 расположен центральный электрод 4, ориентированный в продольном направлении Х-Х свечи зажигания. С корпусом 2 свечи зажигания соединен ее боковой электрод 5.

Как показано на фиг.1, между изолятором 3 свечи зажигания и ее корпусом 2 имеется полость 6, доступная для рабочей смеси. Такая полость 6 имеет кольцевую форму и сужается начиная от того конца свечи зажигания, на котором находится ее центральный электрод. Помимо этого, на корпусе 2 с его внутренней стороны выполнено внутреннее круговое ребро 2b. Такое ребро 2b имеет кольцевую форму, а на ступенчатом переходе между этим ребром 2b и внутренней стенкой корпуса 2 между ним и изолятором 3 расположено уплотнение 9.

На изолятор 3 на уровне ребра 2b нанесено покрытие 7 из серебросодержащего токопроводящего лака. Такой серебросодержащий токопроводящий лак можно наносить на изолятор 3, например, напылением или накатыванием. В зоне ступеньки на ребре 2b находится кольцевое место 8 контакта между корпусом 2 и покрытием 7. Это место 8 контакта представляет собой участок электропроводного контакта между корпусом 2 и покрытием 7, и поэтому наружная поверхность изолятора 3 в зоне полости 6, доступной для рабочей смеси, находится под тем же электрическим потенциалом, что и корпус свечи зажигания. Тем самым удается предотвратить возникновение электрических полей между изолятором 3 и внутренней стороной корпуса 2, которые в момент зажигания могли бы привести к проскакиванию поверхностного искрового разряда по торцу 3а изолятора 3 в доступную для рабочей смеси полость 6 свечи зажигания. Токопроводящее покрытие 7 исключает возникновение таких электрических полей в зоне внутреннего ребра 2b на корпусе 2. Тем самым согласно изобретению удается предотвращать возникновение поверхностного искрового разряда прежде всего при высоком давлении в камере сгорания.

На фиг.2 показана диаграмма, на которой известная из уровня техники свеча зажигания с изолятором без покрытия сравнивается с предлагаемой в изобретении свечой зажигания с изолятором, на который нанесено покрытие из серебросодержащего токопроводящего лака. На фиг.2 график, относящийся к свече зажигания с изолятором без покрытия, обозначен буквой "N", а график, относящийся к свече зажигания с изолятором, на который нанесено покрытие, обозначен буквой "М". Буквой "W" обозначена выраженная в % вероятность возникновения поверхностного искрового разряда. Из приведенной на фиг.2 диаграммы следует, что предлагаемая в изобретении свеча зажигания характеризуется лишь минимальной вероятностью возникновения поверхностного искрового разряда даже при высоком давлении в камере сгорания. В отличие от нее у известной из уровня техники свечи зажигания наблюдается значительное возрастание вероятности возникновения поверхностного искрового разряда, начиная с давления около 7×10⁵ Па.

Как показано далее на фиг.1, покрытие 7 на изоляторе 3 имеет ширину В, которая отсчитывается в продольном направлении Х-Х свечи зажигания начиная от места 8 контакта и соотношение между которой и расстоянием А между местом 8 контакта и торцом 3а изолятора 3 составляет примерно 1:4. Иными словами, покрытие 7 занимает участок поверхности, протяженность которого начиная от места 8 контакта составляет около 25% от протяженности поверхности изолятора от места 8 контакта до торца 3а изолятора. Покрытие 7 при этом, как показано на фиг.1, полностью перекрывает всю ширину ребра 2b. В принципе же степень перекрытия ребра 2b покрытием 7 должна составлять не менее 70% от ширины ребра во избежание возникновения электрических полей на предрасположенном к проскакиванию нежелательных предварительных разрядов участке между изолятором 3 и корпусом 2. В этом отношении следует также отметить, что протяженность покрытия 7 на изоляторе 3 не должна превышать 50%, наиболее предпочтительно не должна превышать 30%, от расстояния А между местом 8 контакта и торцом 3а.

В качестве покрытия предпочтительно использовать токопроводящий лак, содержащий благородный металл или стойкий к окислению токопроводящий сплав, поскольку температура в камере сгорания часто достигает исключительно высоких значений.

Предлагаемую в настоящем изобретении свечу зажигания можно использовать во всех известных областях применения свечей зажигания, однако наиболее предпочтительно использовать ее в камерах сгорания, в которых создается высокое давление.

Свеча зажигания содержит изолятор (3), внутри которого расположен центральный электрод (4), и корпус (2), который по меньшей мере частично охватывает изолятор (3). На изоляторе (3) расположен токопроводящий тонкослойный элемент (7), электрически контактирующий с корпусом (2) свечи зажигания. Технический результат - предотвращение поверхностных искровых разрядов даже при создании высокого давления в камере сгорания. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Свеча зажигания с расположенным внутри ее изолятора (3) центральным электродом (4) и с корпусом (2), который по меньшей мере частично охватывает изолятор (3), отличающаяся тем, что на изоляторе (3) расположен токопроводящий тонкослойный элемент (7), электрически контактирующий с корпусом (2) свечи зажигания.

2. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) выполнен в виде полностью охватывающего изолятор (3) по его окружности кольца.

3. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) расположен в зоне плотной посадки между корпусом (2) и изолятором (3).

4. Свеча зажигания по п.1, имеющая также уплотнение (9) из электропроводного материала, которое расположено между корпусом (2) и изолятором (3) и контактирует с корпусом (2) и токопроводящим тонкослойным элементом (7).

5. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) имеет толщину максимум 100 мкм, предпочтительно от примерно 50 до примерно 80 мкм.

6. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) расположен на изоляторе (3) на уровне внутреннего кругового ребра (2b), предусмотренного с внутренней стороны корпуса (2).

7. Свеча зажигания по п.6, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) покрывает по меньшей мере 70% площади поверхности изолятора (3), обращенной к ребру (2b), предусмотренному с внутренней стороны корпуса (2).

8. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) покрывает изолятор на его участке, протяженность которого в продольном направлении (Х-Х) изолятора, начиная от места (8) контакта между токопроводящим тонкослойным элементом (7) и корпусом (2), составляет не более 50%, предпочтительно около 30%, от расстояния (А) между указанным местом (8) контакта и торцом (3а) изолятора (3).

9. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) занимает по меньшей мере 70% площади поверхности того участка изолятора (3), расстояние от которого до внутренней поверхности корпуса (2) составляет не более 0,5 мм.

10. Свеча зажигания по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент представляет собой покрытие, прежде всего покрытие из токопроводящего лака.

11. Свеча зажигания по п.10, отличающаяся тем, что покрытие содержит благородный металл, прежде всего серебро, и/или платину, и/или золото, и/или иридий, и/или родий, и/или содержит тантал, и/или никель, и/или углерод либо любой их стойкий к окислению сплав.

12. Свеча зажигания по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что токопроводящий тонкослойный элемент (7) представляет собой золотую фольгу или любую другую содержащую благородный металл фольгу.