СВЕЧА НАКАЛИВАНИЯ С УМЕНЬШЕННЫМ НАГАРООБРАЗОВАНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК F23Q7/00 

Данное изобретение относится к свече накаливания. Такие свечи накаливания известны, например, из документа DE 10346295. Недостаток этих свечей состоит в том, что при обычной эксплуатации свечей накаливания в двигателе внутреннего сгорания происходит нагарообразование между нагревательным стержнем и головкой блока цилиндров и в кольцевом зазоре свечи накаливания, из-за чего возникают проблемы при демонтаже установленных в головке блока цилиндров свечей накаливания или свечей накаливания с датчиком давления, а также при теплопередаче к свече накаливания или в свече накаливания.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы избежать вышеназванных недостатков и создать свечу накаливания, которая делает возможной работу двигателя внутреннего сгорания без нагарообразования, то есть предотвращает образование нагара на свече накаливания в головке блока цилиндров или в кольцевом зазоре свечи.

В соответствии с изобретением эта задача решена благодаря свече накаливания по пункту 1 формулы изобретения. Благодаря предлагаемой конструкции предпочтительно обеспечивается надежный газообмен, который обеспечивает полное окисление в местах контакта между головкой блока цилиндров и свечой или между корпусом и нагревательным стержнем и, таким образом, предотвращает отложения нагара.

Благодаря такому исполнению кольцевого зазора и полости в течение длительного времени предотвращается образование нагара на свечах накаливания в отверстии головки блока цилиндров между нагревательным стержнем и головкой блока цилиндров. В результате температурная кривая и тепловые свойства свечи накаливания остаются неизменными в течение всего срока ее службы. В случае подвижных нагревательных стержней подвижность стержней остается неизменной в течение всего срока их службы. Трудности при демонтаже, а также повреждения из-за возможного нагарообразования и необходимого вследствие этого слишком высокого крутящего момента могут быть надежно предотвращены. Предпочтительные варианты осуществления изобретения и усовершенствования описаны в зависимых пунктах.

Ниже изобретение более подробно поясняется при помощи чертежей. На чертежах изображено следующее.

Фиг.1. Свеча накаливания с объемом, соответствующая уровню техники, в монтажном положении в головке блока цилиндров.

Фиг.2. Монтажное положение свечи накаливания с измененным объемом.

Фиг.3. Свеча накаливания с измененным объемом и корпусом, состоящим из двух частей.

Фиг 4. Свеча накаливания с объемом в головке блока цилиндров.

Фиг 5. Объем и кольцевой зазор.

Фиг.6. Монтажное положение свечи накаливания с встроенным датчиком давления и объемом.

Фиг.7. Вариант с корпусом, состоящим из двух частей.

Фиг.8. Датчик давления.

На фиг.2 показана свеча накаливания, установленная в головке 5 блока цилиндров. Между нагревательным стержнем 1 и корпусом 2 свечи имеется кольцевой зазор 3. К кольцевому зазору 3 примыкает полость 4, которая через кольцевой зазор 3 сообщается с камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания таким образом, что в полость 4 проникает кислородосодержащий газ. Благодаря кольцевому зазору 3 и полости 4 существует возможность объемного потока из камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания в полость 4, который обеспечивает надежный газообмен, а вместе с тем достаточное содержание кислорода в районе поверхностей контакта между головкой блока цилиндров и свечей накаливания. В результате благодаря окислительным процессам в кольцевом зазоре 3 и полости 4 достигаются очень высокие температуры. Из-за высоких температур сгорает находящийся в этом районе углерод, который, таким образом, не может скапливаться в области, важной для бесперебойной работы двигателя внутреннего сгорания.

Благодаря предлагаемому исполнению кольцевого зазора 3 объемный поток, а вместе с тем и газообмен может быть отрегулирован так, что отложения нагара не возникают.

Важно, чтобы в кольцевом зазоре 3 обеспечивалось достаточное содержание кислорода и, таким образом, поддерживалось и было возможным полное сгорание.

Благодаря возможности газообмена также повышается температура в кольцевом зазоре между головкой 5 блока цилиндров и нагревательным стержнем 1.

В применениях, в которых используется подвижный нагревательный стержень 1, как показано на фиг.6, комбинация из кольцевого зазора 3 и полости 4 предусмотрена для обеспечения подвижности нагревательного стержня 1.

Благодаря определенному кольцевом зазору 3 и относящейся к нему полости 4 может быть достигнут соответствующий объем, который в особенно предпочтительном варианте составляет примерно 140 мм³, чтобы сделать возможным достаточный поток газообразных продуктов сгорания.

Определенный кольцевой зазор 3 и соответствующая ему полость 4, которая, как описано выше, делает возможным определенный объем для газообмена в процессе горения, основаны на принципе так называемого резонатора Гельмгольца.

Резонатор Гельмгольца состоит из некоторого объема газа с узким отверстием - выходящим наружу кольцевым зазором 3. Благодаря эластичности объема воздуха внутри в сочетании с инертной массой находящегося в отверстии воздуха возникает механическая система масса-пружина с характерным собственным резонансом.

Значение поправочного члена для поверхностей раздела трубки примерно в два раза меньше, чем в следующей формуле:

с: скорость звука

V: объем полого тела

r: радиус трубки

l: длина трубки

Поправочный член для поверхностей раздела трубки: +πr/4

Так как переход между газовыми областями, действующими как масса или пружина, изменчив, вычислить точную частоту резонатора Гельмгольца нелегко.

Приближенная формула для вычисления резонансной частоты выглядит следующим образом:

l: длина туннеля

А: площадь туннеля

V: внутренний объем ящика.

Как видно из фиг.5, объем резонатора Гельмгольца состоит из объема кольцевого зазора, образованного из b и с. Из фиг.5 также видно, что радиус трубки резонатора Гельмгольца получается из размера кольцевого зазора 3, причем внутренняя длина кольцевого зазора 3 соответствует длине 1 трубки в формуле Гельмгольца.

Благодаря газообмену и связанному с ним снабжению объема 4 и кольцевого зазора 3 кислородосодержащим горючим газом температура в кольцевом зазоре 3 и полости 4 повышается до таких значений, что углерод сгорает, в частности, в проблемных зонах контакта.

Этот эффект может быть усилен благодаря целенаправленному и предпочтительному покрытию поверхностей материалом с каталитическим действием. Здесь особенно предпочтительно действует, например, платиновое покрытие.

При применении образцов во время специальных длительных испытаний двигателей и длительных испытаний на загрязнение нагаром никаких следов углерода или отложений нагара в кольцевом зазоре 3 и полости 4 не наблюдалось. В гофрированном кожухе 7, который показан на фиг.6, сажи и ее отложений в процессе длительных испытаний, устроенных в соответствии с изобретением, обнаружено также не было.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что, по меньше мере, один элемент, например гофрированный кожух, состоит из содержащего катализатор покрытия и/или сочетания материалов, чтобы понизить температуру воспламенения остаточных продуктов сгорания.

В качестве материалов для катализатора, например, подходит платина и/или палладий, сплав церия с железом, никель Ренея, родий, гопкалит, пентоксид ванадия и оксид самария. Также катализатором может быть покрыт любой другой элемент описанной свечи накаливания. При измерениях температуры с описанными предлагаемыми конфигурациями были измерены температуры, при которых углерод сгорает без остатка.

На фиг.2 показана свеча накаливания, установленная в головке 5 блока цилиндров. Между нагревательным стержнем 1 и корпусом 2 свечи имеется кольцевой зазор 3. К кольцевому зазору 3 примыкает полость 4, которая через кольцевой зазор 3 сообщается с камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания таким образом, что в полость 4 проникает кислородосодержащий газ. Благодаря кольцевому зазору 3 и полости 4 существует возможность объемного потока из камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания в полость 4, который обеспечивает надежный газообмен, а вместе с тем достаточное содержание кислорода в районе поверхностей контакта между головкой блока цилиндров и свечей накаливания. В результате, если имеется соответствующая поверхность катализатора, то за счет полного сгорания в кольцевом зазоре 3 и полости 4 достигается температура 600 градусов Цельсия или ниже. Из-за высоких температур сгорает находящийся в этом районе углерод, который, таким образом, не может скапливаться в области, важной для бесперебойной работы двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.3 показана свеча накаливания, установленная в головке 5 блока цилиндров. Между нагревательным стержнем 1 и корпусом 2 свечи, состоящим из двух частей, имеется кольцевой зазор 3. К кольцевому зазору 3 примыкает полость 4, которая через кольцевой зазор 3 сообщается с камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания таким образом, что в полость 4 проникает кислородосодержащий газ. Благодаря кольцевому зазору 3 и полости 4 существует возможность объемного потока из камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания в полость 4, который обеспечивает надежный газообмен, а вместе с тем достаточное содержание кислорода в районе поверхностей контакта между головкой блока цилиндров и свечей накаливания. В результате благодаря окислительным процессам в кольцевом зазоре 3 и полости 4 достигаются очень высокие температуры. Из-за высоких температур также сгорает находящийся в этом районе углерод, который, таким образом, не может скапливаться в области, важной для бесперебойной работы двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.4 показана свеча накаливания, установленная в головке 5 блока цилиндров. Между нагревательным стержнем 1 и корпусом 2 свечи имеется кольцевой зазор 3, который имеет радиус, соответствующий радиусу трубки в формуле Гельмгольца, и содержит дополнительную полость 8, длина которой соответствует длине трубки в формуле Гельмгольца. К кольцевому зазору 3 примыкает полость 4, которая через кольцевой зазор 3 сообщается с камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания таким образом, что в полость 4 проникает кислородосодержащий газ. Благодаря кольцевому зазору 3 и полости 4 во взаимодействии с полостью 8 существует возможность объемного потока из камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания в полость 8, который обеспечивает надежный газообмен, а вместе с тем достаточное содержание кислорода в районе поверхностей контакта между головкой блока цилиндров и свечей. В результате за счет полного сгорания в кольцевом зазоре 3 и полости 4 достигается температура более 600 градусов Цельсия. Из-за высоких температур сгорает находящийся в этом районе углерод, который, таким образом, не может скапливаться в области, важной для бесперебойной работы двигателя внутреннего сгорания.

В альтернативном варианте осуществления изобретения полость 4 образуется состоящим из двух частей корпусом 2, 2а, как показано на фиг.7, то есть верхней частью (2) и нижней частью (2а) корпуса, причем части 2, 2а корпуса расположены вокруг нагревательного стержня 1.

Части 2, 2а корпуса соединены друг с другом сварным швом 9.

На фиг 6. показан подвижный нагревательный стержень 1 с гофрированным кожухом 7, который вместе с корпусом 2 образует свечу накаливания в головке 5 блока цилиндров. Между корпусом 2 и нагревательным стержнем 1 находится кольцевой зазор 3. Гофрированный кожух 7 установлен с возможностью перемещения в полости 4. Полость 4 и кольцевой зазор 3 сообщаются с расположенной в головке 5 блока цилиндров камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания, которая подробно также не показана. Вследствие постоянного перемещения полости 4 с кислородосодержащим горючим газом осуществляется надежное окисление всех возможно существующих частиц сажи, нагарообразование в районе нагревательного стержня, в частности в районе кольцевого зазора 3 или в полости 4 предотвращается уже в самом зародыше, что является предпочтительным, так как благодаря этому гофрированный чехол остается подвижным в течение всего срока службы свечи.

На фиг.8 показан датчик давления, который, как и на фиг.6, изображен в головке 5 блока цилиндров непоказанного двигателя внутреннего сгорания. Датчик давления содержит состоящий из двух частей корпус 2, 2а, который, как и на фиг.6, может состоять из одной части. В полости 4 между корпусом 2 и толкателем 1а установлен гофрированный кожух 7 так, что толкатель 1а может перемещаться вместе с кожухом 7, в сущности, вдоль продольной оси.

Перечень ссылочных обозначений

1. нагревательный стержень

2. корпус

2а. нижняя часть корпуса

3. кольцевой зазор

4. полость (объем/полость)

5. головка блока цилиндров

6. прессовая посадка

7. гофрированный кожух

8. полость (объем/полость)

9. сварной шов

а. ширина кольцевого зазора

b. ширина полости

с. длина полости

Свеча накаливания, в частности, для эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания, содержащая по меньшей мере один нагревательный стержень (1) и по крайней мере один корпус (2), а также по меньшей мере один кольцевой зазор (3), расположенный между нагревательным стержнем (1) и корпусом (2), и по крайней мере одну полость (4), расположенную, в сущности, между нагревательным стержнем (1) и корпусом (2), при этом ее поверхность в полости (4) покрыта катализатором, понижающим температуру воспламенения продуктов сгорания, причем в качестве катализатора использован никель Рения, пентоксид ванадия, оксид самария или гопкалит. Кольцевой зазор (3) свечи накаливания с полостью (4) образует резонатор Гельмгольца. Повышение степени сгорания углерода и увеличение срока бесперебойной работы двигателя внутреннего сгорания является техническим результатом предложенного изобретения. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Свеча накаливания, в частности для эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания, содержащая по меньшей мере один нагревательный стержень (1) и по крайней мере один корпус (2), а также по меньшей мере один кольцевой зазор (3), расположенный между нагревательным стержнем (1) и корпусом (2), и по крайней мере одну полость (4), расположенную, в сущности, между нагревательным стержнем (1) и корпусом (2), отличающаяся тем, что ее поверхность в полости (4) покрыта катализатором, понижающим температуру воспламенения остаточных продуктов сгорания, причем в качестве катализатора использован никель Ренея, пентоксид ванадия, оксид самария или гопкалит.

2. Свеча по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой зазор (3) с полостью (4) образует резонатор Гельмгольца.