СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H01T13/00 

Область техники

Изобретение относится к технике воспламенения топливных смесей в двигателях внутреннего сгорания, а именно, к искровым свечам зажигания.

Предшествующий уровень техники

Известны свечи зажигания, содержащие корпус, изолятор, центральный электрод и изогнутый боковой электрод, образующий с торцевой поверхностью центрального электрода искровой зазор (см. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей. М.; Транспорт, 1977, с.23, см. также Двигатели внутреннего сгорания. Под ред. А.С.Орлика, М.Г. Круглова. М.; Машиностроение, 1990. с.161)

Основным недостатком свечей данной конструкции является то, что возникающая в искровом промежутке искра закрыта от основного объема рабочей смеси боковым электродом и, вследствие этого, воспламенение смеси происходит недостаточно быстро, эффективно и надежно.

Известна свеча зажигания, содержащая корпус, закрепленный в нем изолятор с центральным электродом и два, три или четыре боковых электрода, закрепленных на корпусе (см. Журнал «Авто-ревю», 2004 г., №23 Многоэлектродные свечи зажигания.) На двух, трех или четырех электродной свече образуется всего одна искра (а не две, три или четыре), то есть высокое напряжение «пробьет» тот промежуток, который будет иметь наименьшее сопротивление. Тем временем, другие боковые электроды фактически препятствуют нормальному распространению фронта горения, а, кроме того, ухудшают охлаждение теплового конуса изолятора и увеличивают нагарообразование на боковых электродах.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является свеча зажигания по патенту РФ №2260889 (опубликовано 20.09.2005) содержащая корпус с наружной резьбой, центральный электрод, расположенный в изоляторе, и боковой массовый электрод, закрепленный на корпусе, при этом, рабочая часть центрального электрода образует заостренные выступы, разделенные профильным углублением, и массовый электрод, наклоненный сбоку к центральному электроду, образует в рабочей части заостренные выступы, разделенные профильным углублением, причем заостренные выступы и профильные углубления центрального и массового электродов расположены напротив друг друга и образуют профильную структуру искрового промежутка. Эта конструкция и принята за прототип. На этих свечах устраняется экранирующее торможение боковым электродом выхода фронта горения в объем камеры сгорания, так как воспламенение рабочей смеси происходит не только в обход бокового электрода, но и в промежуток между электродами. Все это приводит к более быстрому распространению процесса горения топливовоздушной смеси.

Однако заостренные и тонкие выступы электродов сильнее нагреваются, темп тепловой и электрической эрозии возрастает, что снижает срок службы свечи зажигания.

Задача изобретения - повышение надежности и полноты сгорания рабочей смеси, уменьшение вредных выбросов в атмосферу и продление срока службы свечи зажигания.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая свеча зажигания, содержащая корпус с наружной резьбой, изолятор, размещенный в корпусе, центральный цилиндрический электрод, расположенный в осевом отверстии изолятора и боковой массовый электрод, закрепленный на корпусе, имеющий выступ, обращенный к центральному электроду и образующий с ним профильную форму искрового зазора. При этом центральный и боковой электроды выполнены с плоскими торцами, образующими острые кромки, поверхность выступа бокового электрода, обращенная к цилиндрической поверхности центрального электрода, имеет выемку, образующая которой имеет наклон под острым углом к оси центрального электрода.

Во втором варианте поставленная задача достигается тем, что центральный и боковой электроды выполнены с плоскими торцами, образующими острые кромки, расположенные в одной плоскости, проходящей через плоский торец центрального электрода перпендикулярно его оси, а поверхность выступа бокового электрода, обращенная к цилиндрической поверхности центрального электрода, имеет выемку, образованную поверхностью конуса, ось которого совпадает с осью центрального электрода, в результате чего в поперечном сечении свечи образуется профильная форма искрового зазора, ограниченная двумя концентрическими окружностями.

Возможно выполнение предлагаемой свечи таким образом, что горизонтальный участок выступа бокового электрода в поперечном сечении свечи имеет большую толщину, чем вертикальный участок электрода.

Возможно выполнение предлагаемой свечи таким образом, что горизонтальный участок выступа бокового электрода в поперечном сечении свечи выполнен в виде двух плоских поверхностей, расходящихся от вертикального участка бокового электрода под углом друг к другу.

Возможно выполнение предлагаемой свечи таким образом, что торцевая поверхность выступа бокового электрода выполнена с наклоном к оси центрального электрода под острым углом либо расположена в одной плоскости с торцем центрального электрода.

Предлагаемая свеча работает следующим образом.

Искра возникает между точками электродов, расстояние и сопротивление между которыми являются наименьшими, а именно, между острыми кромками электродов.

Искровой разряд исходит с острой кромки выступа бокового электрода на острую кромку торца центрального электрода, образуя сектор искрового разряда, который находится непосредственно в объеме рабочей топливовоздушной смеси и в нашем случае из-за «открытого» искрового зазора скорость распространения фронта горения в объем камеры сгорания происходит более интенсивно и, как результат, более полное сгорание топлива, увеличение мощности двигателя и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.

Высокое напряжение, подаваемое на острые кромки электродов, дает большую напряженность электрического поля в зоне искрового разряда и, тем самым, необходимо более низкое минимально требуемое напряжение для искрообразования свечи зажигания. А это приводит к увеличению надежности искрообразования и воспламенения топливовоздушной смеси, а также устойчивую работу двигателя на всех режимах.

Другим примером выполнения бокового электрода является выполнение его горизонтального участка с увеличенной толщиной в поперечном сечении свечи.

Это дает большую протяженность искрового зазора вокруг центрального электрода, что снижает электроэрозионный износ электродов и продлевает срок службы свечи.

Еще одним примером выполнения бокового электрода является выполнение его горизонтальной части в поперечном сечении свечи в виде двух плоских поверхностей, расходящихся от вертикального участка электрода под углом друг к другу. Это также дает большую протяженность искрового зазора вокруг центрального электрода, что снижает электроэрозионный износ электродов и продлевает срок службы свечи.

Другим примером выполнения бокового электрода является то, что торцевая поверхность выступа бокового электрода выполнена с наклоном к оси центрального электрода под острым углом либо расположена в одной плоскости с торцем центрального электрода. Это снижает тепловую напряженность бокового электрода, приводит к равномерному электроэрозионному износу обоих электродов и продлевает срок службы свечи.

Предлагаемая свеча зажигания позволяет полностью заполнить на цикле сжатия топливовоздушной смесью искровой промежуток между центральным и боковым электродами.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображен общий вид свечи зажигания; на фиг.3 и 4 - варианты выполнения бокового электрода и искрового зазора между ним и центральным электродом.

Свеча зажигания содержит корпус 1 (см. фиг.1), снабженный резьбой 2 для ввертывания в головку цилиндров двигателя, закрепленный в корпусе изолятор 3 и центральный электрод 4, размещенный в изоляторе.

Боковой электрод 5 прикреплен к корпусу 1 и имеет вертикальную часть 5 и горизонтальный выступ 6. Поверхность выступа 7 бокового электрода 5 имеет наклон под острым углом к оси центрального электрода 4 и представляет собой часть конической поверхности. Торцевая поверхность 8 выступа бокового электрода 5 выполнена с наклоном к оси центрального электрода под острым углом либо расположена в одной плоскости с торцем 9 центрального электрода 4.

На фиг.2 профильная форма искрового зазора «а» между центральным 4 и боковым 5 электродами в поперечном сечении свечи ограничена двумя концентрическими окружностями.

На фиг.3 горизонтальный выступ 6 бокового электрода в поперечном сечении свечи имеет большую толщину, чем вертикальная часть 5 бокового электрода.

На фиг.4 горизонтальный участок выступа 6 бокового электрода 5 в поперечном сечении свечи выполнен в виде двух плоских поверхностей 10 и 11, расходящихся от вертикального участка бокового электрода 5 под углом друг к другу.

На фиг.5 изображена изометрическая проекция одного из вариантов выполнения свечи зажигания.

Предлагаемая свеча зажигания работает следующим образом: в результате импульса высокого напряжения, подаваемого на контактную головку центрального электрода 4, между острой кромкой торца 9 центрального электрода 4 и острой кромкой выступа 6 бокового электрода 5 возникает электрическая искра (см. фиг.1-4).

После достижения напряжения пробоя искровой зазор «а» (фиг.2) пробивается и возникает искра, при этом образуется небольшой объем газа с высокой температурой, который воспламеняет горючую смесь вблизи электродов, вследствие этого возникает фронт пламени, быстро распространяющийся в камере сгорания двигателя и воспламеняющий всю находящуюся в цилиндре топливовоздушную смесь.

Результаты испытаний свечей зажигания данной конструкции в двигателе модели ЗМ3-4062 ОД на автомобиле марки ГАЗ-31105 подтвердили ее ожидаемые характеристики и ее преимущества по сравнению с аналогами и прототипом свечей зажигания.

Таким образом, предлагаемые варианты свечи зажигания позволяют обеспечить выполнение всех задач изобретения.

Изобретение относится к технике воспламенения топливных смесей в двигателях внутреннего сгорания, а именно к искровым свечам зажигания. Предлагаемая свеча зажигания выполнена в двух вариантах. Техническим результатом использования предлагаемой свечи зажигания является повышение надежности и полноты сгорания рабочей смеси, уменьшение вредных выбросов в атмосферу и продление срока службы свечи зажигания. Для этого центральный и боковой массовый электрод выполнены с плоскими торцами, образующими острые кромки, а поверхность выступа бокового электрода, обращенная к цилиндрической поверхности центрального электрода, имеет выемку, образующая которой имеет наклон под острым углом к оси центрального электрода. Центральный и боковой массовый электрод могут быть также выполнены с плоскими торцами, образующими острые кромки, расположенные в одной плоскости, проходящей через плоский торец центрального электрода перпендикулярно его оси, а поверхность выступа бокового электрода, обращенная к цилиндрической поверхности центрального электрода, имеет выемку, образованную поверхностью конуса, ось которого совпадает с осью центрального электрода, в результате чего в поперечном сечении свечи образуется профильная форма искрового зазора, ограниченная двумя концентрическими окружностями. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Свеча зажигания, содержащая корпус с наружной резьбой, изолятор, размещенный в корпусе, центральный цилиндрический электрод, расположенный в осевом отверстии изолятора, и боковой массовый электрод, закрепленный на корпусе, имеющий выступ, обращенный к центральному электроду, образующий с ним профильную форму искрового зазора, отличающаяся тем, что центральный и боковой электроды выполнены с плоскими торцами, образующими острые кромки, расположенные в одной плоскости, проходящей через плоский торец центрального электрода перпендикулярно его оси, а поверхность выступа бокового электрода, обращенная к цилиндрической поверхности центрального электрода, имеет выемку, поверхность которой имеет наклон под острым углом к оси центрального электрода и образованную поверхностью конуса, ось которого совпадает с осью центрального электрода, в результате чего в поперечном сечении свечи образуется профильная форма искрового зазора, ограниченная двумя концентрическими окружностями.

2. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальный участок выступа бокового электрода в поперечном сечении свечи имеет большую толщину, чем вертикальный участок электрода.

3. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальный участок выступа бокового электрода в поперечном сечении свечи выполнен в виде двух плоских поверхностей, расходящихся от вертикального участка бокового электрода под углом друг к другу.

4. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что торцевая поверхность выступа бокового электрода выполнена с наклоном к оси центрального электрода под острым углом либо расположена в одной плоскости с торцом центрального электрода.