Патент на изобретение №2159979

(54) СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для воспламенения рабочей смеси. Свеча зажигания содержит корпус, центральный электрод, размещенный в изоляторе, а также по меньшей мере один электрод массы, расположенный относительно изолятора с воздушным зазором, а относительно центрального электрода с образованием искрового промежутка. При величине искрового промежутка 1,7 – 4,0 мм величина воздушного промежутка выполнена в пределах 0,4 – 0,8 мм в нижней границе искрового промежутка и 0,4 – 0,6 мм в верхней границе последнего. Центральный электрод выполнен выступающим за сопряженную с ним кромку изолятора на величину, не превышающую треть собственного диаметра. Кромка искроприемной поверхности, обращенная внутрь свечи, расположена в плоскости торцевой поверхности изолятора, и ее смещение в том же направлении не должно превышать 0,2 мм. Торцевая поверхность изолятора может быть выполнена, например, плоской в виде кругового кольца либо конической, а искроприемная поверхность электрода массы – в виде части поверхности цилиндра либо конуса и ограничена углом охвата не менее 30^o. Электрод массы может быть выполнен в виде сегментной накладки на корпус, снабженной вставкой из диэлектрика. Изобретение позволяет увеличить длину искрового разряда с одновременным повышением ресурса работы свечи и уменьшением вероятности ее перегрева. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к искровым разрядникам, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для воспламенения рабочей смеси.

Известны свечи зажигания, содержащие корпус, центральный электрод, размещенный в изоляторе, а также электрод массы, расположенный относительно центрального электрода с образованием воздушного искрового промежутка (патент RU N 2042994, кл. H 01 T 13/20, 1992 г., заявка DE N 197053721, кл. H 01 T 13/39, 1998 г.). Увеличить длину искрового разряда для повышения интенсивности воспламенения смеси в свече подобной конструкции возможно лишь путем увеличения напряжения пробоя. К тому же центральный электрод оказывается затененным электродом массы, что неблагоприятно для развития очага воспламенения смеси.

Известны свечи зажигания комбинированного типа, в которых искровой разряд скользит по поверхности изолятора и преодолевает на своем пути к электроду массы один либо два воздушных промежутка. Наиболее близкой по числу совпадающих признаков к заявляемой является свеча зажигания по патенту EP N 0872927 A2, кл. H 01 T 13/20, 1998 г., содержащая корпус, центральный электрод в изоляторе и электрод массы, размещенный против торца изолятора и не затеняющий центральный электрод. Искровой разряд, начиная свой путь от центрального электрода, скользит по поверхности торца изолятора, после чего изменяет направление движения и скользит по боковой поверхности изолятора, затем вновь меняет направление и, преодолев воздушный промежуток в зоне его минимальной величины, достигает электрода массы. Таким образом, искровой разряд движется по сложной зигзагообразной траектории и, как следствие, делает “пропилы” в поверхности изолятора, что приводит к перебоям в зажигании и нарушениям в работе двигателей. К тому же в этих условиях искровой разряд возникает только в случае относительно высокого пробивного напряжения. Последнее обстоятельство, в свою очередь, вынуждает применять в системах зажигания элементы с большой электрической прочностью, что удорожает изделие и сокращает срок его эксплуатации.

Настоящее изобретение решает задачу увеличения длины искрового разряда за счет его прямолинейного движения по поверхности торца изолятора и по воздушному промежутку с одновременным увеличением ресурса работы свечи без повреждения поверхности изолятора и эрозии электродов, а также уменьшения вероятности перегрева свечи и, как следствие, возникновения калильного зажигания во всех режимах и условиях работы двигателя путем выбора формы, взаимного расположения и соотношения геометрических размеров элементов конструкции свечи зажигания.

Задача решается тем, что в свече зажигания, включающей корпус, центральный электрод, встроенный в изолятор, а также по меньшей мере один электрод массы, размещенный относительно изолятора с воздушным зазором, а относительно центрального электрода – с образованием искрового промежутка, величина последнего принята в пределах 1,7 – 4,0 мм, а величина воздушного зазора выполнена в пределах 0,4 – 0,8 мм при величине искрового промежутка 1,7 мм и в пределах 0,6 – 0,4 мм при величине последнего 4,0 мм, а центральный электрод выполнен выступающим за сопряженную с ним кромку изолятора на величину, не превышающую треть собственного диаметра. Общее превышение упомянутого электрода корпуса свечи не рекомендовано более одного диаметра электрода. Кромка искроприемной (обращенной к центральному электроду) поверхности, обращенная внутрь свечи, расположена в плоскости торца изолятора. Поверхность торца изолятора может быть выполнена плоской, перпендикулярной продольной оси свечи и представлять собой круговое кольцо шириной, равной разности радиусов изолятора и центрального электрода. Поверхность торца может быть выполнена также в виде поверхности усеченного конуса с высотой, совпадающей с осью свечи, и с углом при вершине, обращенной наружу свечи. Рекомендуемая величина угла – не менее 120^o, поскольку при более остром угле возможны сколы и “пропилы” изолятора. Величина воздушного промежутка определяется выбором толщины кругового кольца в первом случае и образующей усеченного конуса – во втором случае.

Технический результат достигается тем, что в заявляемой свече зажигания искровой разряд совершает прямолинейное движение, причем на первом этапе искра от центрального электрода движется по торцевой поверхности изолятора, а затем преодолевает относительно малый воздушный промежуток в зоне электрода массы, не изменяя траектории движения. В результате общий путь искры увеличивается более чем в два раза, а пробивное напряжение обеспечивается на уровне, не превышающем обычный для систем зажигания с механическим прерывателем. Выбор верхней границы величины искрового промежутка определяется конструктивным пределом для свечей со стандартными посадочными размерами, при этом в свече с плоской торцевой поверхностью изолятора эта величина составляет около 3,5 мм, а в свече с конической торцевой поверхностью – 4,0 мм. Снижение нижнего предела относительно указанной величины 1,7 мм не дает положительного эффекта по отношению к свечам известных конструкций. Выбор конкретного размера воздушного промежутка при фиксированном искровом зазоре (в обозначенных пределах) не ограничивается какой-либо дискретной величиной. Именно предложенное соотношение размеров рабочих поверхностей свечи позволяет увеличить ресурс ее работы без эрозии электродов и выгорания изолятора. Экспериментально установлено, что это позволяет также расширить диапазон устойчивой работы двигателя. Ограничением размера выступающей за поверхность изолятора части центрального электрода предотвращается перегрев свечи и, как следствие, возможность возникновения калильного зажигания во всех режимах и условиях работы двигателя.

С целью обеспечения прямолинейного движения искры вдоль торцевой поверхности изолятора допустимое смещение кромки искроприемной поверхности, обращенной внутрь свечи, относительно кромки торца изолятора, сопряженной с центральным электродом, не должно превышать 0,2 мм в том же направлении.

В свече зажигания, в которой поверхность торца изолятора выполнена плоской, искроприемная поверхность электрода массы выполнена в виде части поверхности цилиндра, ограниченной в плоскости основания последнего углом не менее 30^o (угол охвата), при этом ось цилиндра совпадает с продольной осью свечи, а радиус равен сумме радиуса центрального электрода и длины искрового промежутка. В свече с конической поверхностью торца изолятора искроприемная поверхность выполнена также конической. Она представляет собой поверхность усеченного конуса с осью, совпадающей с осью свечи, и углом при вершине, обращенным внутрь свечи, ограниченную в плоскости основания конуса углом не менее 30^o, при этом радиус основания конуса определяется упомянутым углом и величиной искрового промежутка. Описанные выше варианты формы искроприемной поверхности рассматриваются как наиболее оптимальные, однако возможны отклонения от этих форм. Электрод массы может быть выполнен как единое целое с корпусом либо в виде сегментной накладки на корпус, соединяемой с последним, например, путем сварки. Накладка может быть выполнена в виде скобы (П-образной), соединенной с корпусом по краям, и может быть снабжена дополнительной вставкой из диэлектрика, причем кромка вставки расположена на уровне торцевой поверхности изолятора, что позволяет дополнительно увеличить длину пути искрового разряда за счет его прохождения по диэлектрику так же, как это осуществляется по торцу изолятора. С этой же целью радиус поверхности торца изолятора, ограниченной угловым размером электрода массы, может быть выполнен большим радиуса остальной части упомянутой поверхности и плавно с ним сопряжен. В том случае, если общая геометрия свечи не позволяет увеличить общие размеры изолятора настолько же, насколько увеличивается торец, изолятор может быть выполнен с развитым торцом при сохранении размеров остальной его части. С целью облегчения ориентации свечи зажигания относительно стенок камеры сгорания двигателя на внешней визуально доступной части изолятора выполнена маркировочная метка, соответствующая расположению электрода массы (наиболее целесообразно – в плоскости симметрии электрода массы).

Совокупность отличительных особенностей заявляемой свечи зажигания позволяют повысить эксплуатационные надежность и эффективность зажигания при различных режимах работы двигателя, включая его пуск, а также расширить диапазон устойчивой работы двигателя. Установлено также заметное улучшение тепловых характеристик свечи (она приобретает большую эластичность), а также самоочистки центрального электрода и его изолятора.

Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами. На фиг. 1 схематически изображен разрез свечи зажигания с плоской торцевой поверхностью изолятора; на фиг. 2 – то же с конической торцевой поверхностью изолятора; на фиг. 3 – то же с электродом массы, выполненным в виде накладки; на фиг. 4 – то же с электродом массы в виде накладки с вставкой; на фиг. 5 схематически изображена свеча зажигания, вид сверху.

Свеча зажигания содержит корпус 1, центральный электрод 2, размещенный в изоляторе 3, а также по меньшей мере один электрод массы 4, выполненный либо как единое целое с корпусом 1, либо в виде накладки, жестко соединенной с корпусом. Центральный электрод 2 выполнен выступающим за кромку изолятора 3 на величину не более трети собственного диаметра. Торцевая поверхность изолятора выполнена либо плоской и перпендикулярной оси свечи и представляет собой круговое кольцо шириной, равной разности радиусов изолятора R и центрального электрода r, либо в виде поверхности усеченного конуса с углом 2, превышающим 120^o, при вершине, обращенной наружу свечи. Образующая конуса при этом составляет (R-r)/sin. Искроприемная (рабочая) поверхность 6 электрода массы 4 в первом случае представляет собой часть поверхности цилиндра с осью, совпадающей с осью свечи, с радиусом, равным сумме искрового промежутка L и радиуса центрального электрода r, и ограниченной в плоскости основания сектором с углом не менее 30^o, а во втором случае – часть поверхности усеченного конуса с углом 90^{–, при вершине, обращенной внутрь свечи, с осью, совпадающей с осью свечи, также ограниченную в плоскости основания углом не менее 30o. Величина искрового промежутка L во всех возможных случаях принята в пределах 1,7 – 4,0 мм, а величина воздушного зазора 1 выполнена с возможностью изменения в пределах 0,4 – 0,8 мм в нижней границе величины искрового промежутка 1,7 мм и в пределах 0,4 – 0,6 мм в верхней границе искрового промежутка 4,0 мм. Нижняя кромка 8 поверхности электрода массы 4, обращенная внутрь свечи, расположена в плоскости торца изолятора и ее смещение в том же направлении h не должно превышать 0,2 мм.}

Электрод массы 4 может быть выполнен в виде скобы (П-образным) с вставкой из диэлектрика 9, кромка которой (верхняя, обращенная наружу свечи) расположена на уровне торца изолятора 3. В этих же целях для увеличения пути искрового разряда радиус R части торца изолятора, ограниченной угловым размером электрода массы 4, может быть выполнен большим радиуса остальной части торца и плавно с ним сопряжен. На визуально доступной части изолятора 4 выполнена маркировочная метка, размещенная в плоскости симметрии электрода массы.

Свеча работает следующим образом.

Между центральным электродом 2 и электродом массы 4 прикладывают напряжение, в результате которого образуется электрическая искра, поджигающая рабочую смесь, при этом искра преодолевает путь от центрального электрода по торцу изолятора 3 и далее по воздушному зазору, достигая электрода массы 4, причем на всем своем пути искра сохраняет прямолинейное движение.

Заявляемая свеча зажигания высокоэффективна для использования в любых бензиновых двигателях независимо от применяемых систем питания и зажигания и ориентирована на существующие материалы, технологии и оборудование, применяемые при производстве свечей. Улучшая условия и надежность воспламенения рабочей смеси, она дает реальную возможность решить проблему дополнительного значительного ее обеднения, снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов.

Формула изобретения

1. Свеча зажигания, включающая корпус, центральный электрод, встроенный в изолятор, а также по меньшей мере один электрод массы, размещенный относительно изолятора с воздушным зазором, а относительно центрального электрода с образованием искрового промежутка, отличающаяся тем, что величина искрового промежутка принята в пределах 1,7 – 4,0 мм, при этом величина воздушного зазора выполнена в пределах 0,4 – 0,8 мм при величине искрового промежутка 1,7 мм и в пределах 0,4 – 0,6 мм при величине искрового промежутка 4,0 мм, кромка искроприемной поверхности, обращенная внутрь свечи, расположена в плоскости торца изолятора, центральный электрод выполнен выступающим за сопряженную с ним кромку изолятора на величину, не превышающую треть собственного диаметра.

2. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что поверхность торца изолятора выполнена плоской и перпендикулярной оси свечи.

3. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что поверхность торца изолятора выполнена конической.

4. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что допустимое смещение упомянутой кромки искроприемной поверхности относительно торца изолятора составляет не более 0,2 мм в направлении внутрь свечи.

5. Свеча зажигания по п.2, отличающаяся тем, что искроприемная поверхность электрода массы выполнена в виде части поверхности цилиндра с осью, совпадающей с осью свечи, ограниченной в плоскости основания цилиндра углом не менее 30^o.

6. Свеча зажигания по п.2 или 3, отличающаяся тем, что искроприемная поверхность электрода массы выполнена конической, ограниченной в плоскости основания конуса углом не менее 30^o.

7. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что электрод массы выполнен в виде сегментной накладки, жестко связанной с корпусом.

8. Свеча зажигания по п.7, отличающаяся тем, что упомянутая накладка выполнена П-образной.

9. Свеча зажигания по п.7, отличающаяся тем, что упомянутая накладка снабжена вставкой из диэлектрического материала, при этом кромка вставки, обращенная наружу свечи, расположена на уровне торцевой поверхности изолятора.

10. Свеча зажигания по п.4, отличающаяся тем, что радиус части торцевой поверхности изолятора, ограниченной угловым размером электрода массы, выполнен большим радиуса остальной части поверхности.

11. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что на внешней визуально доступной поверхности изолятора выполнена маркировочная метка, размещенная в плоскости симметрии электрода массы.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 14.04.2004

Извещение опубликовано: 20.12.2004 БИ: 35/2004