Свеча зажигания с многоступенчатой посадочной частью ее изолятора
Изобретение относится к свечам зажигания. Техническим результатом является создание усовершенствованной свечи зажигания с новым принципом внутреннего уплотнения. Предложена свеча (1) зажигания, имеющая корпус (2), расположенный внутри корпуса (2) изолятор (3), тепловой конус (31), тело (32) и верхнюю часть (33), а также посадочную часть (35), которая образует переход от теплового конуса (31) изолятора к его телу (32), а также имеющей расположенный внутри изолятора (3) центральный электрод (4) и расположенный с обращенной к камере сгорания торцевой стороны корпуса (2) боковой электрод (5). Боковой электрод (5) и центральный электрод (4) расположены так, что образуют между собой искровой зазор. Корпус (2) имеет на внутренней стороне посадочную часть (25) на нем, к которой прилегает изолятор (3) своей посадочной частью (35), между посадочной частью (25) на корпусе и посадочной частью (35) изолятора расположено внутреннее уплотнение (10), которое совместно с посадочной частью (25) на корпусе и посадочной частью (35) изолятора образует уплотнительную систему. Посадочная часть (35) изолятора имеет по меньшей мере одну ступеньку с первым участком (3510) и по меньшей мере одним вторым участком (3520), при этом первый участок (351) и вторые участки (3520) расположены под углом γ друг к другу больше 0° и первый участок (3510) параллелен продольной оси (X) изолятора, причем внутреннее уплотнение (10) прилегает к этому первому участку (3510), в результате чего на изоляторе (3) образуется радиальная уплотняющая поверхность (351). 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к свече зажигания согласно родовому понятию п. 1 формулы изобретения. Подобная свеча зажигания известна, например, из DE 10344186 А1.
Качественная и хорошо работающая свеча зажигания и ее компоненты всегда должны удовлетворять раду требований, таких, например, как долговечность, надежное искрообразование, пробивная прочность и газонепроницаемость. При этом условия, в которых свеча зажигания должна работать надежно и максимально долго, такие, например, как температура и давление в камере сгорания, постоянно становились и становятся экстремальнее. Условия температуры и давления, преобладающие в камере сгорания при работе двигателя, подвергают смонтированную свечу зажигания серьезному испытанию особенно на ее газонепроницаемость.
Современные свечи зажигания имеют целый ряд уплотнительных элементов и уплотняющих материалов для достижения и обеспечения требуемой газонепроницаемости. Одно из возможных решений по уплотнению промежуточного пространства между изолятором и корпусом свечи зажигания проиллюстрировано на фиг. 2. Корпус имеет со своей внутренней стороны сужение в своем внутреннем диаметре в направлении своего обращенного к камере сгорания конца. Такое сужение называют также посадочной (или опорной) частью на корпусе. Поверхность этой посадочной части на корпусе наклонена к его продольной оси, соответственно к продольной оси свечи зажигания, каковая продольная ось обычно совпадает с продольной осью корпуса, под углом α. Этот угол α обычно составляет от 55 до 65°. Изолятор также имеет сужение в своем наружном диаметре в направлении своего обращенного к камере сгорания конца, соответственно своего теплового конуса. Такое сужение называют посадочной (или опорной) частью изолятора или же переходным плечиком к тепловому конусу изолятора. Поверхность этой посадочной части изолятора наклонена к его продольной оси, соответственно к продольной оси свечи зажигания, каковая продольная ось обычно совпадает с продольной осью изолятора. Часто посадочная часть на корпусе и посадочная часть изолятора имеют разный наклон к продольной оси свечи зажигания. Посадочная часть изолятора прилегает к посадочной части на корпусе, при этом между обеими посадочными поверхностями расположено внутреннее уплотнение, часто в виде уплотнительной шайбы или уплотнительного кольца. В результате спрессовывания корпуса и изолятора друг с другом внутреннее уплотнение деформируется, образуя с посадочной частью на корпусе и посадочной частью изолятора по осевой уплотняющей поверхности. Эта осевая уплотняющая поверхность у свечи зажигания с наружной резьбой М12 обычно имеет площадь примерно 10 мм2. Такой принцип уплотнения хорошо зарекомендовал себя для температур в камере сгорания до примерно 220°С и давлений в ней до примерно 22 бар.
Однако требования к (эффективной) мощности двигателей, а тем самым и к свечам зажигания возрастают. Особенно в области так называемых "даунсайзинг"-двигателей (от англ. "downsizing", современная тенденция сокращения массогабаритных параметров двигателя при одновременном улучшении его тягово-экономических показателей) работают с постоянно возрастающими давлениями и температурами, вследствие чего на свечу зажигания воздействуют новые нагрузки. Температуры вплоть до 300°С и давления вплоть до 30 бар становятся в постоянно возрастающей степени правилом и уже не являются исключением при работе двигателя внутреннего сгорания.
Что же касается наружного уплотнения, то определенные возможности по обеспечению газонепроницаемости перехода между свечой зажигания и головкой блока цилиндров предоставляет момент затяжки, с которым свечу зажигания ввертывают в головку блока цилиндров. Так, например, свечу зажигания с наружной резьбой М12 на сегодняшний день затягивают с моментом, достигающим 60 Н⋅м, тогда как ранее достаточным был момент затяжки 40 Н⋅м.
Преимущества изобретения/раскрытие изобретения Однако было установлено, что прежний принцип уплотнения, используемый для обеспечения внутренней непроницаемости, т.е. непроницаемости промежуточного пространства между корпусом и изолятором свечи зажигания, постепенно приближается к своим пределам по мере возрастания требований к свече зажигания и действующих на нее сил. В особенности повышенный момент затяжки приводит к тому, что корпус свечи зажигания при ее монтаже удлиняется в зоне своей резьбы. В зоне этой резьбы на внутренней стороне корпуса находится посадочная часть на нем. Удлинение корпуса сопровождается уменьшением силы предварительного натяга, с которой корпус и изолятор спрессованы друг с другом, вследствие чего внутреннее уплотнение оказывается уже недостаточно сильно сжато между корпусом и изолятором, в результате чего уменьшается контактное давление между этим внутренним уплотнением и изолятором, соответственно корпусом, а тем самым уменьшается и площадь уплотняющей поверхности, которая поэтому не может более в достаточной мере оказывать сопротивление высоким, преобладающим в камере сгорания давлениям с тем, чтобы свеча зажигания оставалась достаточно газонепроницаемой.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать свечу зажигания указанного в начале описания типа в том отношении, чтобы она и прежде всего промежуточное пространство между ее изолятором и корпусом надежно оставались газонепроницаемыми даже при возрастающих температурах и давлениях в камере сгорания. Для этого необходим новый принцип внутреннего уплотнения, соответственно необходима новая система внутреннего уплотнения.
Указанная задача в отношении свечи зажигания указанного в начале описания типа решается согласно изобретению благодаря тому, что посадочная часть изолятора имеет по меньшей мере одну ступеньку с первым участком и по меньшей мере одним вторым участком, при этом первый участок и вторые участки расположены под углом γ друг к другу больше 0° и первый участок параллелен продольной оси изолятора, причем внутреннее уплотнение прилегает к этому первому участку, в результате чего на изоляторе образуется радиальная уплотняющая поверхность.
Предлагаемая в изобретении свеча зажигания имеет корпус, расположенный внутри корпуса изолятор, расположенный внутри изолятора центральный электрод и расположенный с обращенной к камере сгорания торцевой стороны корпуса боковой электрод, при этом боковой электрод и центральный электрод расположены таким образом, что оба электрода образуют между собой искровой зазор.
Изолятор имеет продольную ось X вдоль своей продольной протяженности. Эта продольная ось может также представлять собой ось симметрии и/или ось вращения изолятора, если, например, рассматривать изолятор в сечении плоскостью вдоль продольной оси. Продольная ось X изолятора обычно совпадает у собранной свечи зажигания с ее продольной осью и продольной осью ее корпуса. Изолятор можно подразделить вдоль его продольной оси на три следующие части: тепловой конус, тело (или основную часть) и верхнюю часть (или головку). Ту часть, которая образует обращенный к камере сгорания конец изолятора, называют его тепловым конусом. Верхняя часть изолятора образует его обращенный от камеры сгорания конец. Между верхней частью изолятора и его тепловым конусом расположено тело изолятора. Эти три части часто имеют различающийся между собой наружный диаметр, который может также изменяться в пределах одной части изолятора. Переходы между этими частями изолятора выполнены в виде уступов, соответственно плечиков. Переход между телом изолятора и его тепловым конусом называют также переходным плечиком к тепловому конусу изолятора или его посадочной частью.
Помимо этого корпус имеет на своей внутренней стороне посадочную часть на нем, к которой прилегает изолятор своей посадочной частью, при этом между посадочной частью на корпусе и посадочной частью изолятора расположено внутреннее уплотнение, которое совместно с посадочной частью на корпусе и посадочной частью изолятора образует уплотнительную систему.
Согласно изобретению посадочная часть изолятора имеет по меньшей мере одну ступеньку с первым участком и по меньшей мере одним вторым участком, при этом первый участок и вторые участки расположены под углом γ друг к другу больше 0° и первый участок параллелен продольной оси X изолятора, причем внутреннее уплотнение прилегает к этому первому участку, в результате чего на изоляторе образуется радиальная уплотняющая поверхность. Точнее говоря, радиальная уплотняющая поверхность образуется между первым участком в посадочной части изолятора и внутренним уплотнением.
Благодаря образованию радиальной уплотняющей поверхности достигается то преимущество, что свеча зажигания несмотря на уменьшение силы предварительного натяга между ее корпусом и изолятором вследствие удлинения корпуса при ввертывании свечи зажигания в головку блока цилиндров сохраняет хорошую газонепроницаемость. Сила предварительного натяга представляет собой силу с большой осевой составляющей и меньшей радиальной составляющей. Отсюда следует, что на радиальную уплотняющую поверхность, образование которой первично обусловлено радиально действующими силами между внутренним уплотнением и изолятором, едва влияет удлинение корпуса и связанное с этим уменьшение силы предварительного натяга, прежде всего ее осевой составляющей. Еще одно преимущество проявляется при работе свечи зажигания. Под действием более высоких температур при работе свечи зажигания материал внутреннего уплотнения, равно как и другие компоненты свечи зажигания расширяются. Результаты исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, свидетельствуют о том, что внутреннее уплотнение подвергается в осевом направлении большему тепловому расширению, чем в радиальном направлении, т.е. с ростом температуры в процессе работы свечи зажигания, соответственно в процессе работы двигателя изменяется соотношение действующих в осевом направлении сил, вследствие чего ухудшается непроницаемость на осевых уплотняющих поверхностях. На соотношение же действующих в радиальном направлении сил, а тем самым и на непроницаемость на радиальных уплотняющих поверхностях тепловое расширение внутреннего уплотнения практически не влияет.
Согласно настоящему изобретению под осевой силой, соответственно осевой составляющей силы подразумеваются силы, действующие параллельно продольной оси свечи зажигания. Под радиальной же силой, соответственно радиальной составляющей силы подразумеваются силы, действующие перпендикулярно продольной оси свечи зажигания. При этом каждую из действующих сил можно разложить на осевую и радиальную составляющие.
Согласно настоящему изобретению термин "параллельно" используется не в узком буквальном геометрическом смысле. В качестве "параллельной" ориентации, прежде всего в отношении ориентации поверхностей, рассматривается также ориентация с небольшими отклонениями от строгой геометрической параллельности, которые обусловлены, например, погрешностями в силу производственных причин. Так, например, поверхность или участок, соответственно отрезок рассматривается как параллельная/параллельный или в основном параллельная/параллельный продольной оси изолятора, если такая поверхность/такой участок располагается под углом к продольной оси изолятора максимум 10°.
В настоящих материалах в качестве радиальной уплотняющей поверхности рассматривается любая уплотняющая поверхность, которая прилегает к поверхности или участку, которая/который в основном параллельна/параллелен продольной оси изолятора, продольной оси корпуса или продольной оси свечи зажигания. Соответственно, все другие уплотняющие поверхности, которые прилегают к поверхности или участку, которая/который ориентирована/ориентирован перпендикулярно или под углом к продольной оси изолятора, продольной оси корпуса или продольной ось свечи зажигания, являются осевыми уплотняющими поверхностями.
Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из таких предпочтительных вариантов выполнения свечи зажигания ступенька на посадочной части изолятора наряду с радиальной уплотняющей поверхностью имеет еще по меньшей мере одну осевую уплотняющую поверхность, которая образована прежде всего на по меньшей мере одном втором участке ступеньки. Благодаря этому увеличивается площадь общей уплотняющей поверхности, вследствие чего улучшается общая непроницаемость системы внутреннего уплотнения. Дополнительно достигается еще тот эффект, что на осевую уплотняющую поверхность, на которую первично влияют осевые, действующие на изолятор, внутреннее уплотнение и корпус силы, и на радиальную уплотняющую поверхность, на которую первично влияют радиально действующие на изолятор, внутреннее уплотнение и корпус силы, влияют разные составляющие силы предварительного натяга, благодаря чему одна уплотняющая поверхность может сохранять способность выполнять свою функцию, когда у другой уплотняющей поверхности ее способность выполнять свою функцию снижается, например, из-за уменьшения соответствующей составляющей силы.
В целом при создании изобретения в качестве предпочтительного зарекомендовал себя вариант, в котором ступенька имеет первый участок и два вторых участка, между которыми при этом расположен первый участок. Совместно с внутренним уплотнением образуется радиальная уплотняющая поверхность, расположенная между двумя осевыми уплотняющими поверхностями. Благодаря этому достигается то преимущество, что внутреннее уплотнение прилегает ко всей поверхности первого участка ступеньки на посадочной части изолятора и тем самым образует на этом первом участке максимально возможную по своему размеру радиальную уплотняющую поверхность. Помимо этого благодаря комбинации осевых и радиальных уплотняющих поверхностей увеличивается площадь общей уплотняющей поверхности, а благодаря ступенчатому или коленчатому, т.е. изогнутому под углом, расположению первого и вторых участков ступеньки на посадочной части изолятора удлиняется путь, который должен пройти газ для своего просачивания через уплотнение, вследствие чего в целом улучшается газонепроницаемость системы внутреннего уплотнения.
В одном из предпочтительных вариантов посадочная часть изолятора имеет несколько ступенек, каждая из которых имеет по первому участку, которые совместно с внутренним уплотнением образуют несколько радиальных уплотняющих поверхностей. Благодаря этому описанные выше технические эффекты и преимущества проявляются особенно ярко. Сказанное прежде всего относится также к случаю, когда в том числе и в одной из модификаций данного варианта каждая из этих нескольких радиальных уплотняющих поверхностей соединена с другой из них осевой уплотняющей поверхностью.
В вариантах с несколькими радиальными уплотняющими поверхностями на посадочной части изолятора существует одна радиальная основная уплотняющая поверхность с по меньшей мере одной радиальной побочной уплотняющей поверхностью. Дополнительно к этому или альтернативно этому при наличии нескольких осевых уплотняющих поверхностей соответственно существует одна осевая основная уплотняющая поверхность с по меньшей мере одной осевой побочной уплотняющей поверхностью на посадочной части изолятора. При этом основная уплотняющая поверхность и побочная уплотняющая поверхность различаются между собой своей площадью, соответственно величиной своей уплотняющей площади. Обычно имеются одна радиальная, соответственно одна осевая основная уплотняющая поверхность и несколько побочных уплотняющих поверхностей, при этом основная уплотняющая поверхность имеет наибольшую уплотняющую площадь между изолятором и внутренним уплотнением. В измерении вдоль продольной оси изолятора радиальная основная уплотняющая поверхность имеет наибольшую длину в сравнении с другими радиальными уплотняющими поверхностями. Сказанное, соответственно, относится и к осевым уплотняющем поверхностям, при этом в данном случае их длина измеряется перпендикулярно продольной оси изолятора, соответственно под углом к ней.
В предпочтительном варианте радиальная основная уплотняющая поверхность заключена ("обрамлена") вдоль продольной оси изолятора между радиальными побочными уплотняющими поверхностями, при этом радиальные уплотняющие поверхности соединены осевыми уплотняющими поверхностями. Непосредственно в примыкании к радиальной основной уплотняющей поверхности может быть расположена осевая основная уплотняющая поверхность.
Радиальная побочная уплотняющая поверхность может быть также образована, например, на тепловом конусе изолятора и/или на его теле, т.е. внутреннее уплотнение после своей деформации выступает за пределы посадочной части изолятора. Благодаря этому достигается то преимущество, что вся поверхность посадочной части изолятора используется в качестве уплотняющей поверхности, которая при этом составлена из участков радиальных и осевых уплотняющих поверхностей. Благодаря ступенчатой конфигурации уплотняющей поверхности путь просачивания газа становится особенно длинным, вследствие чего свеча зажигания сохраняет свою газонепроницаемость даже при высоких давлениях газа.
Точная форма внутреннего уплотнения после сборки свечи зажигания и упруго-пластической деформации внутреннего уплотнения и связанное с этим конкретное образование осевых и радиальных уплотняющих поверхностей, например по их количеству и расположению, зависят от различных факторов, таких, например, как величина зазора между изолятором и корпусом выше и ниже посадочной части изолятора, количество ступенек на посадочной части изолятора, сила предварительного натяга, с которой изолятор запрессован в корпус, или площадь уплотнительного контура. Благодаря этому появляется также возможность согласования системы внутреннего уплотнения путем соответствующего варьирования данных факторов с особыми нагрузками и требованиями с целью оптимизировать тем самым свечу зажигания под конкретные условия ее применения.
Результаты исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, свидетельствуют о том, что предпочтительным является далее вариант, когда вторые участки одной ступеньки на посадочной части изолятора образуют с его продольной осью X угол γ величиной по меньшей мере 90°. По результатам дальнейших исследований было установлено, что описанные выше технические эффекты воспроизводимо проявляются вплоть до угла γ, составляющего 175°. Подобные исследования позволили также сделать вывод о том, что при наличии нескольких вторых участков у одной ступеньки или при наличии нескольких ступенек вторые участки могут все образовывать одинаковый угол γ или могут образовывать разные углы γ с продольной осью X изолятора. В том случае, когда все вторые участки наклонены под одинаковым углом γ к продольной оси изолятора, упрощается его изготовление и тем самым снижаются также производственные расходы на его изготовление. Выполнение же вторых участков с наклоном под разными углами γ к продольной оси изолятора предоставляет возможность при точном конструктивном оформлении свечи зажигания реагировать на возможные особенности в зоне посадочной части на корпусе или на аналогичные факторы и согласовывать ступеньки на посадочной части изолятора соответственно конкретному частному случаю для достижения оптимальной газонепроницаемости свечи зажигания.
По результатам более глубоких исследований было дополнительно установлено, что посадочная часть на корпусе может образовывать с продольной осью X изолятора угол β, который может принимать значение из значительно более широкого интервала значений, чем при использовании известных из уровня техники принципов внутреннего уплотнения, в котором обычно угол α составляет от 55 до 65°. Угол β представляет собой угол в пределах стенки корпуса. Углу α из уровня техники (УТ) соответствует угол βУТ от 115 до 125°. У предлагаемой в изобретении свечи зажигания предлагаемая в изобретении система внутреннего уплотнения работает уже в том случае, когда угол β имеет значение по меньшей мере 80°, и работает также при значениях угла β вплоть до максимум 170°. В предпочтительном варианте значение угла β составляет от по меньшей мере 90 до максимум 160°. Иными словами, интервал значений, из которого можно выбирать угол β у предлагаемой в изобретении системы внутреннего уплотнения, имеет ширину по меньшей мере 70°, начиная с угла β, равного 90°, предпочтительно ширину по меньшей мере 90°, начиная с угла β, равного 80°, тогда как у места плотной посадки изолятора на корпус согласно уровню техники интервал значений угла βУТ обычно имеет лишь ширину 10°.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения внутреннее уплотнение перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси X изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси X. При этом при создании изобретения в качестве предпочтительного зарекомендовал себя вариант, в котором отношение ширины d внутреннего уплотнения к его высоте h составляет по меньшей мере 0,5, прежде всего по меньшей мере 0,75. Внутреннее уплотнение в предпочтительном варианте представляет собой твердое тело, такое, например, как уплотнительное кольцо или уплотнительная шайба, т.е. внутреннее уплотнение не имеет вид спрессованной уплотняющей порошковой набивки.
В предпочтительном варианте ширина внутреннего уплотнения больше глубины посадочной части на корпусе. Глубина ag посадочной части на корпусе рассчитывается как полуразность между внутренним диаметром cg корпуса выше посадочной части на нем, соответственно в направлении его обращенной от камеры сгорания стороны и внутренним диаметром bg корпуса ниже посадочной части на нем, а именно в направлении его обращенного к камере сгорания конца. Глубина ai посадочной части изолятора аналогичным образом определяется как полуразность между наружным диаметром q изолятора выше его посадочной части, а именно на теле изолятора, и наружным диаметром bi изолятора ниже его посадочной части, а именно на его тепловом конусе. Так, например, глубина ai посадочной части изолятора меньше глубины ag посадочной части на корпусе или равна ей.
Дополнительно предпочтителен вариант, в котором радиальная уплотняющая поверхность на посадочной части изолятора имеет измеренную параллельно его продольной оси X высоту, которая составляет по меньшей мере 30%, прежде всего по меньшей мере 36%, от высоты h внутреннего уплотнения.
В альтернативном варианте с несколькими радиальными уплотняющими поверхностями на посадочной части изолятора радиальная основная уплотняющая поверхность на посадочной части изолятора имеет измеренную параллельно его продольной оси X высоту, которая составляет по меньшей мере 30%, прежде всего по меньшей мере 36%, от высоты h внутреннего уплотнения. Дополнительно возможен вариант, в котором радиальные побочные уплотняющие поверхности на посадочной части изолятора имеют измеренную параллельно его продольной оси X высоту, которая составляет по меньшей мере 1%, прежде всего по меньшей мере 5%, от высоты h внутреннего уплотнения.
В отношении осевой уплотняющей поверхности в качестве предпочтительного зарекомендовал себя вариант, в котором она на посадочной части изолятора имеет измеренную перпендикулярно его продольной оси X ширину, которая составляет по меньшей мере 15%, прежде всего по меньшей мере 20%, от ширины d внутреннего уплотнения. При наличии нескольких осевых уплотняющих поверхностей осевая основная уплотняющая поверхность на посадочной части изолятора может иметь измеренную перпендикулярно его продольной оси X ширину, которая составляет по меньшей мере 15%, прежде всего по меньшей мере 20%, от ширины d внутреннего уплотнения. Дополнительно к этому или альтернативно этому осевые побочные уплотняющие поверхности на посадочной части изолятора могут иметь измеренную перпендикулярно его продольной оси X ширину, которая составляет по меньшей мере 1%, прежде всего по меньшей мере 5%, от ширины d внутреннего уплотнения.
Принципиально возможен вариант, в котором внутреннее уплотнение и корпус образуют на посадочной части на нем осевую уплотняющую поверхность, а на внутренней стороне корпуса - радиальную уплотняющую поверхность. При этом в качестве предпочтительного зарекомендовал себя вариант, в котором радиальная уплотняющая поверхность на корпусе имеет измеренную параллельно продольной оси X изолятора высоту, которая составляет по меньшей мере 30%, прежде всего по меньшей мере 36%, от высоты h внутреннего уплотнения.
Непосредственно примыкающая к тепловому конусу изолятора осевая (побочная) уплотняющая поверхность на посадочной части изолятора имеет в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере ширину, которая соответствует ширине зазора, прежде всего наименьшей ширине зазора, между тепловым конусом изолятора и расположенной напротив этого его теплового конуса внутренней стороной корпуса непосредственно на посадочной части изолятора. Дополнительно предпочтителен вариант, в котором ширина примыкающей к тепловому конусу изолятора осевой (побочной) уплотняющей поверхности соответствует также по меньшей мере ширине зазора между телом изолятора и расположенной напротив внутренней стороной корпуса, если этот зазор имеет ширину, которая больше ширины зазора между тепловым конусом изолятора и внутренней стороной корпуса. Чертежи
На фиг. 1 представлен пример свечи зажигания.
На фиг. 2 детально показано расположение посадочной части на корпусе, посадочной части изолятора и внутреннего уплотнения свечи зажигания согласно уровню техники.
На фиг. 3 детально показаны посадочная часть изолятора со ступенькой, внутреннее уплотнение и посадочная часть на корпусе у предлагаемой в изобретении свечи зажигания перед установкой изолятора в корпус.
На фиг. 4 детально показаны посадочная часть изолятора со ступенькой, внутреннее уплотнение и посадочная часть на корпусе у предлагаемой в изобретении свечи зажигания после установки изолятора в корпус.
На фиг. 5 показана посадочная часть изолятора со ступенькой у предлагаемой в изобретении свечи зажигания.
На фиг. 6 представлен пример посадочной части на корпусе у предлагаемой в изобретении свечи зажигания.
Описание примера осуществления изобретения
На фиг. 1 в половинном разрезе показана свеча 1 зажигания. Такая свеча 1 зажигания имеет корпус 2. В корпус 2 вставлен изолятор 3. Корпус 2 и изолятор 3 имеют вдоль их продольной оси по отверстию. Продольная ось корпуса 2, продольная ось X изолятора 3 и продольная ось свечи 1 зажигания совпадают. В изолятор 3 вставлен центральный электрод 4. Помимо этого в изолятор 3 входит контактный стержень 8. На контактном стержне 8 расположена контактная гайка 9, через которую возможно электрическое подсоединение свечи 1 зажигания к источнику напряжения. Контактная гайка 9 образует обращенный от камеры сгорания конец свечи 1 зажигания.
Между центральным электродом 4 и контактным стержнем 8 в изоляторе 3 находится резистивный элемент 7, называемый также панатом (резистивным герметиком). Резистивный элемент 7 электрически соединяет центральный электрод 4 с контактным стержнем 8. Резистивный элемент 7 выполнен, например, в виде слоистой системы из первого контактного паната, резистивного паната и второго контактного паната. Слои резистивного элемента различаются между собой составом своего материала и тем самым величиной своего электрического сопротивления. Первый контактный панат и второй контактный панат могут иметь различающееся между собой или одинаковое электрическое сопротивление.
На корпусе 2 с его обращенной к камере сгорания торцевой стороны расположен электрически соединенный с ним боковой электрод 5. Между боковым электродом 5 и центральным электродом 4 создается искра зажигания.
Корпус 2 выполнен в виде стержневидной детали. На этой стержневидной детали выполнены многогранник 21, усадочная шейка и резьба 22. Резьба 22 предназначена для ввертывания свечи 1 зажигания в двигатель внутреннего сгорания. Между резьбой 22 и многогранником 21 расположен наружный уплотнительный элемент 6. Этот наружный уплотнительный элемент 6 в данном примере выполнен в виде складчатого уплотнения.
Изолятор 3 обычно подразделяется на три следующие части: тепловой конус 31, тело 32 и верхнюю часть 33. Эти три части изолятора различаются между собой, например, своим диаметром. Тепловой конус 31 изолятора представляет собой его обращенный к камере сгорания конец. Внутри теплового конуса 31 изолятора расположен центральный электрод 4. Тепловой конус 31 изолятора обычно полностью или на по меньшей мере большей части своей длины, измеренной параллельно продольной оси свечи зажигания или продольной оси X этого изолятора, расположен внутри корпуса 2. Обычно тепловой конус 31 изолятора имеет на нем наименьший наружный диаметр.
В примыкании к тепловому конусу 31 изолятора расположено его тело 32, которое обычно полностью окружено корпусом 2. Тело 32 изолятора имеет больший наружный диаметр, чем тепловой конус 31 изолятора. Переход между тепловым конусом 31 изолятора и его телом 32 выполнен в виде уступа или плечика. Такой переход называют также переходным плечиком к тепловому конусу изолятора или его посадочной частью 35.
Верхняя часть 33 изолятора примыкает на обращенном от камеры сгорания конце тела 32 изолятора к этому его телу и образует обращенный от камеры сгорания конец изолятора 3. Верхняя часть 33 изолятора выступает из корпуса 2 наружу. Наружный диаметр верхней части 33 изолятора занимает промежуточное положение между наружным диаметром теплового конуса 31 изолятора и его телом 32, при этом у указанных частей изолятора их наружный диаметр по их длине обычно не постоянен, а может изменяться.
Корпус 2 имеет со своей внутренней стороны посадочную часть 25. К этой посадочной части 25 на корпусе своим уступом, соответственно своей посадочной частью 35 прилегает изолятор. Между посадочной частью 35 изолятора и посадочной частью 25 на корпусе расположено внутреннее уплотнение 10. Зона 30, где расположены посадочная часть 25 на корпусе и посадочная часть 35 изолятора, отмечена на фиг. 1 окружностью и более подробно описана со ссылкой на последующие фиг. 2-6.
На фиг. 2 детально показана зона 30 с посадочной частью 25 на корпусе, посадочной частью 35 изолятора и внутренним уплотнением 10 согласно уровню техники. Посадочная часть 25 на корпусе наклонена к продольной оси свечи зажигания под углом α, который составляет от 55 до 65°. Поверхность посадочной части 35 изолятора определяется переходом от теплового конуса 31 изолятора к его телу 32 при непрерывном увеличении наружного диаметра. В такой системе между посадочной частью 25 на корпусе, посадочной частью 35 изолятора и внутренним уплотнением образуется одна осевая уплотняющая поверхность площадью примерно 10 мм2, при этом сила предварительного натяга, с которой корпус 2 и изолятор 3 спрессованы друг с другом, составляет от 1,5 до 10 кН включительно.
На фиг. 3 детально показана зона 30 с посадочной частью 25 на корпусе, посадочной частью 35 изолятора и внутренним уплотнением 10 согласно изобретению перед установкой изолятора 3 в корпус 2. Внутреннее уплотнение 10 прилегает к посадочной части 25 на корпусе. Перед установкой изолятора 3 внутреннее уплотнение имеет высоту h, измеренную параллельно продольной оси свечи зажигания, соответственно продольной оси X изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно продольной оси свечи зажигания, соответственно продольной оси X изолятора.
Посадочная часть 35 изолятора, которая образует переход между тепловым конусом 31 изолятора и его телом 32, имеет в данном примере одну ступеньку. Такую ступеньку можно подразделить на три участка. Первый участок 3510 имеет поверхность, которая параллельна продольной оси X изолятора, в соответствии с чем и сам этот первый участок 3510 параллелен продольной оси X изолятора. Оба других участка 3520, называемых также вторым участком, наклонены к первому участку 3510 под углом γ. При этом в данном случае, например, каждый второй участок 3520 образует с первым участком 3510, соответственно с продольной осью X изолятора иной угол γ. Альтернативно этому разные вторые участки 3520 могут образовывать одинаковый угол γ с первым участком 3510, соответственно с продольной осью X изолятора.
На фиг. 4 детально показана зона 30 с посадочной частью 25 на корпусе, посадочной частью 35 изолятора и внутренним уплотнением 10 согласно изобретению после установки изолятора 3 в корпус 2. При установке изолятора 3 в корпус 2 на внутреннее уплотнение 10 действует сила, вследствие чего внутреннее уплотнение 10 деформируется и образуются радиальные уплотняющие поверхности 251, 351а, 351b, 351с и осевые уплотняющие поверхности 252, 352а, 352b, 352с на изоляторе 3 и на его посадочной части 35, а также на корпусе 2 и посадочной части 25 на нем. Радиальные уплотняющие поверхности 351а, 351b всегда образуются между внутренним уплотнением 10 и параллельными продольной оси X изолятора 3 поверхностями последнего или корпуса 2. В качестве параллельных согласно настоящим материалам рассматриваются также поверхности, которые вследствие особенностей производственных процессов имеют легкий наклон, т.е. наклонены под углом менее 10°, к продольной оси свечей зажигания или к продольной оси X изолятора.
На корпусе 2 образуется радиальная уплотняющая поверхность 251, а на посадочной части 25 на нем образуется осевая уплотняющая поверхность 252.
Посадочная часть 35 изолятора имеет в данном примере две ступеньки и тем самым два первых участка 3510а, 3510b и несколько вторых участков 3520а, 3520b, 3520с. На первых участках 3510а, 3510b образуются радиальные уплотняющие поверхности 351а, 351b. При этом на первом участке 3510а образуется радиальная основная уплотняющая поверхность 351а, а на другом первом участке 3510b - радиальная побочная уплотняющая поверхность 351b. Обычно образуются одна основная уплотняющая поверхность и несколько побочных уплотняющих поверхностей, причем основная уплотняющая поверхность заключена между смежными с ней побочными уплотняющими поверхностями. Основная уплотняющая поверхность обычно представляет собой наибольшую поверхность. Наряду с радиальными уплотняющими поверхностями на посадочной части изолятора образуются также осевые уплотняющие поверхности 352а, 352b на вторых участках 3520а, 3520b. Осевые уплотняющие поверхности 352а, 352b также можно подразделить на основные и побочные уплотняющие поверхности.
Вследствие ступенчатой формы посадочной части изолятора радиальные и осевые уплотняющая поверхности взаимно чередуются.
Не исключено образование также на тепловом конусе 31 изолятора или на его теле 32 радиальных уплотняющих поверхностей, как например, образование радиальной уплотняющей поверхности 351 с на тепловом конусе 31 изолятора.
В принципе нет необходимости в образовании уплотняющей поверхности на всех участках одной ступеньки на посадочной части 35 изолятора. Как следует из рассматриваемого примера, не существует никаких проблем в том, что на участке 3520 с, который расположен на краю посадочной части 35 изолятора, не образуется никакая уплотняющая поверхность.
Осевая побочная уплотняющая поверхность 352b, которая примыкает к тепловому конусу 31 изолятора, должна быть шире, чем ширина е зазора между тепловым конусом 31 изолятора и корпусом 2, т.е. под посадочной частью 35 изолятора, и/или шире, чем ширина f зазора между телом 32 изолятора и корпусом 2, т.е. над посадочной частью 35 изолятора.
На фиг. 5 еще раз детально показана посадочная часть 35 изолятора с двумя ступеньками. Из данного чертежа следует, что обе ступеньки на посадочной части 35 изолятора имеют разный угол γ между их первым и соответствующим вторым участком 3510, 3520а, 3520b. Угол γ имеет значение в пределах от 90 до 175°. Глубина ai посадочной части 35 изолятора соответствует полуразности между диаметром bi теплового конуса 31 изолятора и диаметром ci его тела 32.
На фиг. 6 детально показана посадочная часть 25 на корпусе. Глубина ag этой посадочной части 25 на корпусе соответствует полуразности между внутренним диаметром bg корпуса на уровне теплового конуса изолятора и внутренним диаметром cg корпуса над посадочной частью на нем. Оба диаметра измеряются перпендикулярно продольной оси корпуса. Посадочная часть 25 на корпусе наклонена к его продольной оси под углом β. Угол β имеет значение в пределах от 90 до 160°. В принципе угол β может также иметь значения меньше 90°, однако в этом случае усложняется производственный процесс и возрастают производственные расходы.
1. Свеча (1) зажигания, имеющая
- корпус (2), изолятор (3), расположенный внутри корпуса (2) и имеющий продольную ось (X), тепловой конус (31), тело (32) и верхнюю часть (33), а также посадочную часть (35), которая образует переход от теплового конуса (31) изолятора к его телу (32),
- расположенный внутри изолятора (3) центральный электрод (4),
- расположенный с обращенной к камере сгорания торцевой стороны корпуса (2) боковой электрод (5),
при этом боковой электрод (5) и центральный электрод (4) расположены таким образом, что оба электрода образуют между собой искровой зазор, корпус (2) имеет на своей внутренней стороне посадочную часть (25) на нем, к которой прилегает изолятор (3) своей посадочной частью (35), между посадочной частью (25) на корпусе и посадочной частью (35) изолятора расположено внутреннее уплотнение (10), которое совместно с посадочной частью (25) на корпусе и посадочной частью (35) изолятора образует уплотнительную систему, посадочная часть (35) изолятора имеет по меньшей мере одну ступеньку с первым участком (3510) и вторыми участками (3520), причем первый участок (3510) и вторые участки (3520) расположены под углом γ друг к другу больше 0°, первый участок (3510) параллелен продольной оси (X) изолятора и внутреннее уплотнение (10) прилегает к этому первому участку (3510), в результате чего на изоляторе (3) образуется радиальная уплотняющая поверхность (351), отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) выступает за пределы посадочной части (35) изолятора с образованием в результате побочной уплотняющей поверхности на тепловом конусе (31) изолятора.
2. Свеча (1) зажигания по п. 1, отличающаяся тем, что ступенька на посадочной части (35) изолятора наряду с радиальной уплотняющей поверхностью (351) имеет еще по меньшей мере одну осевую уплотняющую поверхность (352), которая образована прежде всего на по меньшей мере одном втором участке (3520) ступеньки.
3. Свеча (1) зажигания по п. 2, отличающаяся тем, что радиальная уплотняющая поверхность (351) расположена между двумя осевыми уплотняющими поверхностями (352a, 352b).
4. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что посадочная часть (35) изолятора имеет несколько ступенек, каждая из которых имеет по первому участку (3510), которые совместно с внутренним уплотнением (10) образуют несколько радиальных уплотняющих поверхностей (351a, 351b, 351c).
5. Свеча (1) зажигания по п. 4, отличающаяся тем, что каждая из нескольких радиальных уплотняющих поверхностей (351a, 351b, 351c) соединена с другой из них осевой уплотняющей поверхностью (352a, 352b, 352c).
6. Свеча (1) зажигания по одному из пп. 3-5, отличающаяся тем, что при наличии нескольких радиальных уплотняющих поверхностей на посадочной части изолятора существует одна радиальная основная уплотняющая поверхность (351a) с по меньшей мере одной радиальной побочной уплотняющей поверхностью (351b, 351c) и/или при наличии нескольких осевых уплотняющих поверхностей существует одна осевая основная уплотняющая поверхность (352a) с по меньшей мере одной осевой побочной уплотняющей поверхностью (352b, 352c).
7. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что вторые участки (3520) одной ступеньки на посадочной части (35) изолятора образуют с его продольной осью (X) угол γ в пределах от 90 до 175°.
8. Свеча (1) зажигания по п. 7, отличающаяся тем, что все вторые участки (3520) одной ступеньки образуют одинаковый угол γ с продольной осью (X) изолятора.
9. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что посадочная часть (25) на корпусе образует с продольной осью (X) изолятора угол β, который имеет значение в пределах от по меньшей мере 80 до максимум 170°, прежде всего от 90 до 160°.
10. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом отношение ширины d внутреннего уплотнения (10) к его высоте h перед установкой изолятора в корпус составляет по меньшей мере 0,5, прежде всего по меньшей мере 0,75.
11. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом радиальная уплотняющая поверхность (351) на посадочной части (35) изолятора имеет измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора высоту, которая составляет по меньшей мере 30%, прежде всего по меньшей мере 36%, от высоты h внутреннего уплотнения (10).
12. Свеча (1) зажигания по одному из пп. 1-10, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом при наличии нескольких радиальных уплотняющих поверхностей (351a, 351b, 351c) на посадочной части (35) изолятора радиальная основная уплотняющая поверхность (351a) на посадочной части (35) изолятора имеет измеренную параллельно его продольной оси (X) высоту, которая составляет по меньшей мере 30%, прежде всего по меньшей мере 36%, от высоты h внутреннего уплотнения (10).
13. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом при наличии нескольких радиальных уплотняющих поверхностей (351a, 351b, 351c) на посадочной части (35) изолятора радиальные побочные уплотняющие поверхности (351b, 351c) на посадочной части (35) изолятора имеют измеренную параллельно его продольной оси (X) высоту, которая составляет по меньшей мере 1%, прежде всего по меньшей мере 5%, от высоты h внутреннего уплотнения (10).
14. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом внутреннее уплотнение (10) и корпус (2) образуют на посадочной части (25) на нем одну осевую уплотняющую поверхность (252), а на внутренней стороне корпуса - одну радиальную уплотняющую поверхность (251), которая имеет измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора высоту, которая составляет по меньшей мере 30%, прежде всего по меньшей мере 36%, от высоты h внутреннего уплотнения (10).
15. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом осевая уплотняющая поверхность (352) на посадочной части изолятора имеет измеренную перпендикулярно его продольной оси (X) ширину, которая составляет по меньшей мере 15%, прежде всего по меньшей мере 20%, от ширины d внутреннего уплотнения (10).
16. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом при наличии нескольких осевых уплотняющих поверхностей осевая основная уплотняющая поверхность (352a) на посадочной части (35) изолятора имеет измеренную перпендикулярно его продольной оси (X) ширину, которая составляет по меньшей мере 15%, прежде всего по меньшей мере 20%, от ширины d внутреннего уплотнения (10).
17. Свеча (1) зажигания по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что внутреннее уплотнение (10) перед установкой изолятора в корпус имеет в сечении высоту h, измеренную параллельно продольной оси (X) изолятора, и ширину d, измеренную перпендикулярно его продольной оси (X), при этом при наличии нескольких осевых уплотняющих поверхностей осевая побочная уплотняющая поверхность (352b, 352c) на посадочной части (35) изолятора имеет измеренную перпендикулярно его продольной оси (X) ширину, которая составляет по меньшей мере 1%, прежде всего по меньшей мере 5%, от ширины d внутреннего уплотнения (10).
18. Свеча (1) зажигания по одному из пп. 2-17, отличающаяся тем, что непосредственно примыкающая к тепловому конусу изолятора осевая уплотняющая поверхность (352b) на посадочной части (35) изолятора имеет по меньшей мере ширину, которая соответствует ширине (e) зазора, прежде всего наименьшей ширине (e) зазора, между тепловым конусом (31) изолятора и расположенной напротив этого его теплового конуса (31) внутренней стороной корпуса.
