Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания и предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и др. Технический результат заключается в возможности повышения эффективности работы свечи зажигания, а именно в возможности обеспечения более полной передачи энергии искрового разряда в рабочую смесь и, как следствие, в повышении надежности воспламенения смеси и полноты ее сгорания. Предлагаемая свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус, закрепленный в нем изолятор, стержневой основной электрод и кольцевой электрод. Основной электрод закреплен в центральном отверстии изолятора таким образом, что рабочий конец электрода выступает из торца изолятора. Кольцевой электрод выполнен в виде пустотелого цилиндра с отверстием в днище, который образует своей внутренней полостью вокруг основного электрода форкамеру. Отверстие в днище кольцевого электрода сообщается с камерой сгорания и выполнено соосным основному электроду и образует совместно с боковой поверхностью его окончания искровой промежуток. При этом длина части основного электрода, выступающей из торца изолятора, выполнена равной двум - трем его диаметрам с соответствующим удлинением кольцевого электрода. 1 ил.
Изобретение предназначено для использования в двигателях внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и др. и относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания.
Известны стандартные свечи зажигания, содержащие корпус, изолятор, центральный электрод и изогнутый боковой электрод, образующие с торцевой поверхностью искровой зазор [Банников С.П, Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1977, с.223. Орлик А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1990, с.161]. Конструкция стандартной среды свечи не менялась более 100 лет.
Основными недостатками свечей данной конструкции являются, во-первых, то, что данная конструкция свечи не позволяет поджечь бензовоздушную смесь на оптимальном расстоянии от стенки камеры сгорания. Во время такта сжатия движение рабочей смеси сопровождается градиентами скоростей, турбулентными пульсациями, которые нелинейным образом зависят от оборотов двигателя. Большие градиенты скорости бензовоздушной смеси наблюдаются у стенок цилиндра в слое порядка 3 мм, причем абсолютная величина градиента при сжигании у стенки сравнима с градиентом скорости при всасывании [Семенов Е.С. Исследование турбулентного движения газа в условиях поршневого двигателя. Сб. Статей о горении в турбулентном потоке. Дискуссия на общемосковском семинаре по горению при энергетическом институте. АН СССР. М., Изд-во АН СССР, 1959, с.141]. Указанная конструкция вносит значительные газодинамические возмущения в области стенки камеры, что отрицательно сказывается на эффективности процесса воспламенения и горения смеси. Кроме того, изолятор не защищен от продуктов сгорания и находится в тяжелом тепловом режиме работы.
Во-вторых, возникающая в искровом промежутке искра закрыта от основного объема рабочей смеси боковым электродом и вследствие этого воспламенение смеси происходит недостаточно эффективно.
В-третьих, искровой промежуток в данной конструкции свечи жестко не фиксирован и он может меняться произвольно в процессе работы двигателя из-за температурных напряжений, возникающих в боковом изогнутом электроде. В-четвертых, данная конструкция свечи не может обеспечить полное сгорание смеси.
Известна также свеча зажигания [патент РФ № 2059334. Приоритет 23.09.94, МПК Н 01 T 13/20, опубл. 27.04.96. Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания. Нехорошев Л.А., Калашников Ю.Д.], содержащая изолятор в корпусе и центральный электрод, имеющий стержневую часть, размещенную в отверстии изолятора, и дисковую часть, над которой образована микрофоркамера, сообщенная с камерой сгорания через кольцевой зазор. Боковой электрод выполнен в виде кожуха, имеющего вид стакана, причем стенки кожуха выполнены сплошными, а в днище имеется цилиндрическое отверстие, в котором размещена дисковая часть центрального электрода, диаметр которого равен диаметру торца изолятора.
К недостаткам свечи данной конструкции относится то, что наличие в ней микрофоркамеры не может по существу влиять на процесс воспламенения, т.к. воспламенение горючей смеси от искры с одинаковой вероятностью распространяется как в камеру сгорания цилиндра двигателя, так и в микрофоркамеру. Конструкция самой микрофоркамеры имеет недостаток из-за наличия в ней изолятора, что ведет к временной неопределенности процессов горения в микрофоркамере.
Кроме того, данная конструкция электродов не позволяет получить в свече объемный коронный разряд, переходящий затем в искровой для параметров импульса высокого напряжения в серийных системах зажигания, не позволяет для реальной конструкции свечи получить эффективный объем микрофоркамеры.
Известна свеча зажигания [заявка WO 9601512 A1, 95, опубл. 18.01.96, МПК Н 01 T 13/54], содержащая кольцевой электрод, цилиндрический изолятор и основной электрод, который закреплен в центральном отверстии изолятора. В кольцевом электроде образовано отверстие, которое удалено от торца основного электрода и сообщается каналом Вентури, соединяющим камеру предварительного сгорания с камерой сгорания цилиндра двигателя. Величина искрового промежутка между торцом основного электрода и кольцевым электродом не является постоянной из-за геометрической конфигурации торца основного электрода. Искра образуется между рабочим торцом основного электрода и кольцевым электродом.
К недостаткам свечи данной конструкции относится то, что условия воспламенения смеси в камере предварительного сгорания могут быть нестабильными из-за того, что конструкция кольцевого и торца основного электродов не позволяют получить стабильный искровой разряд, т.к. воспламенение смеси от искры может с одинаковой вероятностью распространяться или в камеру предварительного сгорания, или в канал Вентури, или одновременно в камеру предварительного сгорания и канал Вентури, а это может приводить к нестабильности процесса горения в камере сгорания цилиндра двигателя.
За прототип принята свеча зажигания [патент РФ № 2181919], содержащая корпус, закрепленный в нем изолятор, стержневой основной электрод, закрепленный в центральном отверстии изолятора так, что рабочий конец электрода выступает из торца изолятора, кольцевой электрод с центральной сквозной полостью, выступающей за торец основного электрода, форкамеру, выполненную в кольцевом электроде, окружающую основной электрод и сообщающуюся с камерой сгорания цилиндра двигателя, при этом форкамера состоит из двух форкамер: основной и дополнительной. Основная форкамера фактически представляет собой отверстие в камеру сгорания двигателя, в которое частично заходит окончание основного электрода (при этом образуется искровой промежуток), а дополнительная - соосную с основной форкамерой цилиндрическую выемку с плоским дном. Сообщаются форкамеры через кольцевой зазор между дном выемки и торцом изолятора.
К недостаткам свечи данной конструкции относится то, что из-за конечного времени распространения пламени в форкамере необходимо корректировать угол опережения зажигания, величина которого влияет на процесс сгорания смеси и мощность двигателя. Кроме того, данная конструкция электродов и изолятора не позволяет сделать объем форкамеры большим для создания интенсивного факела пламени.
Решаемая техническая задача состоит в поджоге смеси в камере сгорания цилиндра двигателя совместно с помощью интенсивного факела пламени, вылетающего из свечи зажигания, и с помощью электрической искры, которые позволяют повысить эффективность работы свечи зажигания (повышается экономичность двигателя, снижается содержание вредных веществ).
Указанная техническая задача решается свечой зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащей корпус, закрепленный в нем изолятор, стержневой основной электрод, закрепленный в центральном отверстии изолятора так, что рабочий конец электрода выступает из торца изолятора, кольцевой электрод в виде пустотелого цилиндра, образующего своей внутренней полостью вокруг основного электрода форкамеру, с выполненным в днище соосным основному электроду отверстием сообщения с камерой сгорания цилиндра двигателя, образующим совместно с боковой поверхностью окончания основного электрода искровой промежуток, в которой, согласно предложению, длина выступающей из торца изолятора части электрода выполнена равной двум - трем его диаметрам с соответствующим удлинением кольцевого электрода. Конструкция основного и кольцевого электродов свечи обеспечивают получение форкамеры большего объема.
Заявляемая свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежом.
На чертеже показан продольный разрез свечи зажигания.
Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержит изолятор 1, закрепленный в корпусе 2, кольцевой электрод 3, образующий своей внутренней полостью форкамеру 4, искровой промежуток 5, образованный выступающей частью 6 основного электрода 7 и поверхностью отверстия в днище кольцевого электрода 3.
Свеча работает следующим образом. Во время такта сжатия происходит наполнение рабочей смесью форкамеры 4 под давлением. В форкамеру 4 рабочая смесь инжектируется через кольцевой искровой промежуток 5 с большой скоростью и в результате происходит дополнительное распыливание поступающей в нее смеси. В стадии завершения процесса наполнения форкамеры 4 рабочей смесью на основной электрод подается высоковольтный импульс напряжения, вызывающий на его боковой поверхности коронный разряд, переходящий затем в кольцевом промежутке 5 в искровой разряд, который надежно поджигает рабочую смесь в этом промежутке, что вызывает первоначальное воспламенение рабочей смеси в форкамере 4 и в камере сгорания. При горении смеси в форкамере давление в ней больше, чем в камере сгорания, и поэтому из форкамеры в камеру сгорания будут вылетать факел пламени и продукты горения, которые совместно с электрической искрой надежно воспламеняют основной заряд рабочей смеси. При длине выступающей части электрода 7, меньшей двух его диаметров, приводит к нестабильности и неопределенности процессов горения в форкамере, а при длине, большей трех диаметров, - происходит необоснованное увеличение габаритов свечи.
Предлагаемая свеча позволяет обеспечить более полную передачу энергии искрового разряда в рабочую смесь, повысить надежность воспламенения смеси и полноту ее сгорания, практически независимо от оборотов двигателя.
Результаты опробования свечей зажигания данной конструкции в двигателях ВАЗ 2106, ЗАЗ 406 подтвердили ее ожидаемые характеристики.
Указанное выполнение форкамеры и электродов позволяет модернизировать существующие, серийно выпускаемые свечи зажигания для двигателей внутреннего сгорания с минимальными затратами.
Формула изобретения
Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, закрепленный в нем изолятор, стержневой основной электрод, закрепленный в центральном отверстии изолятора так, что рабочий конец электрода выступает из торца изолятора, кольцевой электрод в виде пустотелого цилиндра, образующего своей внутренней полостью вокруг основного электрода форкамеру с выполненным в днище соосным с основным электродом отверстием сообщения с камерой сгорания цилиндра двигателя, образующим совместно с боковой поверхностью окончания основного электрода искровой промежуток, отличающаяся тем, что длина выступающей из торца изолятора части электрода выполнена равной двум - трем его диаметрам с соответствующим удлинением кольцевого электрода.
РИСУНКИ
