Свеча зажигания для двигателей внутреннего сгорания
Использование: в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: свеча содержит корпус 1 с боковым электродом 4, в котором выполнены конусообразные отверстия 5 и 6. Отверстие 5 расположено соосно конусообразному выступу 8 на центральном электроде, а отверстия 6 расположены по окружности, радиус которой равен радиусу центрального электрода 3, края которого выполнены в виде буртика треугольного сечения. Таким образом исключается нагарообразование в межэлектродном пространстве и повыщается экономичность работы двигателя. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к автомобилестроению и может найти применение во всех типах карбюраторных двигателей.
Известна свеча зажигания карбюраторного двигателя, состоящая из центрального сердечника с изолятором (сердечник свечи) и стального корпуса, в котором он крепится. Корпус имеет нарезную ввертную часть, которой свеча ввернута в нарезное отверстие головки блоков цилиндров двигателя. В нижней части корпуса свечи, ввернутой в головку блока цилиндров, имеется один боковой электрод. Для обеспечения нормальных условий работы свечи зажигания необходимо, чтобы температура нижней части изолятора была в пределах 500-600оС, при которой сгорает нагар и очищается свеча. Однако, в этом случае нагрев свечи приводит часто к разрушению изолятора, а переохлаждение вызывает появление нагара. Кроме того, у данного типа свечи воспламенение газовоздушной рабочей смеси происходит между электродами, а это может привести к замедлению процесса воспламенения при пуске двигателя. Это особенно часто проявляется при повышенной влажности или при понижении температуры воздуха. Известна также свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая металлический корпус, который с помощью изолятора отделен от центрального электрода. На торце корпуса установлен боковой электрод. Часть центрального электрода изготовлена из магнитострикционного материала и размещена в охватывающей ее обмотке возбуждения. Поскольку последняя запитана электрическим током высокой частоты, магнитное поле обмотки возбуждает ультразвуковые колебания части центрального электрода. Это приводит к самоочищению последнего от нагара [1] Однако, чтобы возбуждать ультразвуковые колебания центрального сердечника, необходимо иметь генератор ультразвуковых колебаний и, кроме того, для этого процесса необходима значительная мощность тока в обмотке возбуждения. Это снижает экономичность, а недостаточная мощность ультразвуковых колебаний центрального сердечника не позволяет избавиться от нагара. Воспламенение также происходит в пространстве между электродами. Это может вызвать сбои при пуске двигателя. Наиболее близким по технической сути к предлагаемой свече является свеча зажигания для карбюраторного двигателя, содержащая корпус с боковым электродом, в котором выполнено сквозное конусообразное отверстие соосно с центральным электродом в изоляторе, помещенном в корпус и имеющем каверну, расположенную соосно с конусообразным отверстием в боковом электроде [2] Однако данное устройство свечи зажигания имеет существенные недостатки. Напряженность электрического поля в этом устройстве наибольшая между острыми кромками каверны в центральном электроде и малой окружностью усеченного конуса в боковом электроде. Вследствие этого плотность тока разряда наибольшая по боковой поверхности цилиндра, верхнее основание которого является малым основанием усеченного конуса, а нижнее совпадает с окружностью каверны в центральном электроде. Таким образом, плотность тока по оси цилиндра мала, так как напряженность электрического поля там меньше на несколько порядков. Следовательно, в данном устройстве воспламенение рабочей смеси происходит в узкой полосе боковой поверхности цилиндра и только в межэлектродном пространстве, что неприемлемо для воспламенения обедненных смесей и требует тщательной регулировки угла опережения зажигания по каждому цилиндру двигателя. Второй недостаток образование нагара вследствие воспламенения смеси в межэлектродном пространстве. Целью изобретения является исключение нагарообразования путем создания в межэлектродном пространстве кистевого разряда и повышения стабильности работы двигателя в процессе пуска за счет плазменной струи за пределами межэлектродного пространства. Это достигается тем, что в свече зажигания, имеющей корпус с боковым электродом, в котором выполнено сквозное конусообразное отверстие соосно с центральным электродом в изоляторе, помещенном в корпус, в боковом электроде дополнительно выполнены конусообразные отверстия, расположенные по окружности, радиус которой равен радиусу центрального электрода, края которого выполнены в виде буртика треугольного сечения, а в центре выполнен конусообразный выступ соосно с центральным отверстием в боковом электроде. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой свечи; на фиг. 2 фрагмент бокового электрода, вид сверху; на фиг. 3 схема, поясняющая взаимодействие зарядов (а обедненные смеси; б обогащенные смеси). Свеча содержит металлический корпус 1, изолятор 2 с размещенным в нем центральным электродом 3, боковой электрод 4, электрически связанный с корпусом и выполненными в нем центральным конусообразным отверстием 5 соосно центральному электроду и конусообразными отверстиями 6, расположенными по окружности, центр которой осевая линия центрального электрода, а радиус ее равен радиусу центрального электрода. На ее торце выполнен буртик 7 треугольного сечения, а на осевой линии центрального электрода конусообразный выступ 8, вершиной направленный к боковому электроду. Область в межэлектродном пространстве А, область вне межэлектродного пространства В. Свеча работает следующим образом. Перед установкой свечи в головке блока цилиндра регулируется зазор между центральным электродом 3 и боковым электродом 4. Боковой электрод 4, как в большинстве свечей подобного типа, имеет изогнутую форму. Изогнутая его часть на фиг. 1 изображена над центральным электродом 3, поэтому в дальнейшем для удобства боковой электрод назван верхним электродом. В верхнем электроде выполнено центральное отверстие (канал) в виде усеченного конуса, вершиной направленного вниз к центральному электроду 3. Причем осевая линия электрода 3 проходит через центр 5 в верхнем электроде. Электрический разряд искра образуется между острыми кромками отверстия 5 и вершиной конусообразного выступа 8, а также между острыми кромками радиально расположенных отверстий 6 и ребром (жалом) буртика 7. Разряд после электрического пробоя принимает форму пространственного, кистевого разряда. Между кромками отверстия 5 и вершиной конуса 8, расположенного на осевой линии центрального электрода, образуется несколько узких проводящих каналов-стримеров. Аналогичные каналы-стримеры образуются в пространстве между кромками отверстий 6 и вершиной буртика 7. Время образования стримеров 10 с. Величина напряженности электрического поля у кромок отверстий верхнего электрода очень высока. При напряженности электрического поля порядка 4,106 В/см происходит эмиссия электронов из катода (в данном случае центрального электрода). Электроны, инжектируемые из нижнего, центрального электрода 3, под действием разности потенциалов устремляются к верхнему электроду 4. В силу большой неоднородности электрического поля вблизи верхнего электрода они вдоль силовых линий в нижней части межэлектродного пространства, приобретя достаточно высокую кинетическую энергию, и благодаря фокусирующему действию стримеров пролетают в отверстия верхнего электрода 4. Могут иметь место два случая. Первый, когда рабочий процесс в цилиндре происходит при обедненной смеси. Рассмотрим вначале работу свечи зажигания при наличии в цилиндре обедненной смеси. При возникновении между электродами свечи разности потенциалов электрическое поле в межэлектродном пространстве будет неоднородным. Так, если угол между образующей конуса и его осью симметрии в отверстиях, расположенных по окружности на боковом электроде, меньше, чем этот же угол в центральном отверстии бокового электрода, то напряженность поля в межэлектродном пространстве больше между буртиком центрального электрода и нижними кромками малых отверстий бокового электрода, чем между нижними кромками центрального отверстия и конусообразным выступом центрального электрода. Рассмотрим этот случай более подробно. Отверстия в боковом электроде образованы в виде конусообразных воронок, вершинами направленными вниз (фиг. 1). Допустим, что в отверстиях, расположенных по окружности (фиг. 3а), угол 160о, 2 120о, потенциал центрального электрода 1000 В. Какова при этом напряженность поля в произвольной точке М между электродами, если расстояние ее от осевой линии 0,5 мм, а угол = 120о. В сферической системе координат при условии отсутствия в межэлектродном пространстве объемного заряда поле описывается уравнением Лапласа в виде sin 0 откуда sin C1; ln tg +C2 в данном случае 0 С1lntg30o + C2; 1000 C1ln60о + C2, отсюда С1 909 В; С2 500 В. Потенциал в точке М, м 909lntg60 + 500 1000 B. Напряженность поля в точке М -2100103В/м -2100 а при расстоянии точки М от оси на 0,25 мм напряженность поля = -42Между тем интенсивная эмиссия электронов из металла возникает уже при напряженности поля 400 КВ/мм (Милликен). Электроны, инжектированные из электрода 3, под действием разности потенциалов между электродами устремляются с ускорением к электроду 4. Максимальную скорость при этом они приобретают, достигая уровня соответствующего нижней поверхности 4 верхнего электрода (фиг. 2б). Здесь в качестве аналога можно привести работу обычной вакуумной лампы тетрода или пентода, когда под действием ускоряющего потенциала сетки электроны с катода пролетают на анод. В данном случае заряженные частицы-электроны и образовавшиеся ионы достигают скорости, достаточной для ударной ионизации. Ударная ионизация газовой смеси проявляется при условии
A1 + где Аi работа ионизации многоатомных молекул паров бензина;
М масса одной молекулы;
m масса электрона (иона). Скорость образовавшейся в результате ударной ионизации частицы с зарядом и массой m
где разность потенциалов между электродами. Образовавшаяся в результате ударной ионизации плазменная струя направлена острием за пределы межэлектродного пространства. Но поскольку диаметр стримера 0,05 мм, то струя плазменного факела будет достаточно узкой и воспламенение обедненной смеси может задержаться. В этом случае вступает в действие второй механизм образования центрального плазменного факела (фиг. 3). Даже при тех же углах наклона образующей конуса к оси симметрии за счет большего диаметра нижнего центрального отверстия бокового электрода площадь плазменного факела увеличивается. При увеличении угла наклона образующей образование стримеров в центральном отверстии бокового электрода будет происходить с некоторой задержкой, обусловленной ростом потенциала центрального электрода. Плазменный факел имеет в этом случае чечевицеобразную форму и воспламенение происходит как в области вне межэлектродного пространства, как и внутри его. Этот режим работы свечи характерен для обедненных смесей. Второй случай, когда в цилиндре находится насыщенная смесь. Здесь воспламенение смеси происходит вне межэлектродного пространства. За счет работы электрических полей в отверстиях, расположенных вокруг центрального. В этом случае, как было сказано ранее, плазменная струя приобретает вид длинной иглы и воспламенение смеси происходит за пределами межэлектродного пространства. При данной конструкции свечи не возникает нагара и улучшается режим запуска двигателя. Предлагаемая конструкция позволит избежать применения громоздких и малонадежных радиоэлектронных устройств, служащих для выбора оптимального угла зажигания. Воспламенение смеси за пределами межэлектроного пространства способствует более полному сгоранию ее и повышает экономичность двигателя.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам воспламенения смеси в бензиновых двигателях внутреннего сгорания
Искровая свеча зажигания // 2042995
Свеча зажигания // 2002347
Стеклогерметик для искровой свечи зажигания // 1825261
Свеча зажигания // 1806413
Стеклогерметик для искровой свечи зажигания // 1136706
Запальная свеча поверхностного разряда // 1076994
Искровая свеча зажигания // 266469
Свеча зажигания // 2100887
Электродинамическая свеча зажигания // 2118026
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно - к устройствам для воспламенения топливной смеси двигателей внутреннего сгорания
Изобретение относится к электронной технике для изготовления объемных композиционных резисторов, применяемых в свечах зажигания для двигателей внутреннего сгорания
Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, в частности к устройствам зажигания горючей смеси в карбюраторных двигателях
Свеча зажигания // 2159979
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для воспламенения рабочей смеси
Свеча зажигания стримерная // 2176122
Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, в частности к устройствам для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, основанным на использовании особенностей как комбинированных, так и обычных традиционных искровых свечей зажигания
Свеча зажигания // 2183893
Изобретение относится к электротехнике, а именно к свечам зажигания, и может быть использовано преимущественно для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания
Устройство зажигания бугайца // 2185015
Изобретение относится к электротехнике, а конкретнее к системам зажигания легких топливных смесей в ДВС, и может быть использовано как в новых ДВС, так и при модернизации старых, находящихся в эксплуатации
Свеча зажигания // 2189096
Изобретение относится к свечам зажигания и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания и других установках, где требуется воспламенение топлива