СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, в частности, к устройствам зажигания горючей смеси в двигателях на легком топливе.
Для воспламенения горючей смеси в таких двигателях применяют свечи зажигания. Все свечи зажигания работают по принципу высоковольтного искрового разряда в условиях сжатой горючей смеси. Благодаря высокой температуре искры происходит воспламенение горючей смеси.
Подавляющее большинство свечей зажигания по своей технической сути представляют собой пассивный поджигатель. Несмотря на то, что искровой разряд бывает воздушный, поверхностный и комбинированный, воспламенение горючей смеси происходит в небольшом объеме рядом со стенкой камеры сгорания, (каталог фирмы NGK«Свечи зажигания», 2006 г)
Дальнейшее развитие горения определяют направлением и силой вихрей горючей смеси в камере сгорания.
Основным недостатком таких свечей зажигания является ассиметричное горение смеси по удлиненной траектории. Это существенно снижает все характеристики двигателя.
Для получения максимальных характеристик двигателя горючую смесь необходимо воспламенить в центре камеры сгорания. В этом случае горение будет происходить симметрично и быстро. При существующих конструкциях двигателей это возможно лишь при использовании активных поджигателей, т.е. свечей зажигания, обладающих факельным эффектом.
Известны форкамерные свечи зажигания, содержащие корпус с внутренней полостью, изолятор, центральный электрод и узкий канал (сопло), связывающий форкамеру с камерой сгорания двигателя.
Форкамерным свечам свойственен ряд недостатков:
1. Объем форкамеры мал для накопления необходимого заряда горючей смеси.
2. Холодные стенки форкамеры усугубляют первый недостаток за счет тепловых потерь в стенки.
3. Отсутствует вентиляция, и остаточные газы еще более снижают заряд горючей смеси и повышают нестабильность зажигания.
Эти недостатки особенно проявляются в плохом запуске холодного двигателя, нестабильной работе двигателя на холостом ходу и при резком дросселировании.
В то же время эти свечи зажигания склонны к калильному зажиганию на больших нагрузках. После слабого «выстрела» продуктов горения из форкамеры в основную камеру происходит ответный мощный «выстрел», который перегревает центральный электрод и изолятор.
Более перспективным способом получения мощного факела является использование эффекта « конусной резонансной камеры»
Известна свеча зажигания, содержащая корпус, изолятор с размещенным в нем центральным электродом, боковой электрод, закрепленный на корпусе с образованием искрового промежутка между ним и торцом центрального электрода. (СССР а.с №1720115, 1992 г)
В известной конструкции на корпусе выполнена внутренняя расширяющаяся наружу конусная поверхность, которая симметрично охватывает искровой промежуток, а по высоте в 3-5 раз больше его.
Недостатком известной конструкции является невысокая эффективность ее работы.
Известна свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, изолятор с тепловым конусом, центральный и боковой («массы») электроды, образующие искровой промежуток, при этом корпус снабжен резонатором с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью, охватывающей искровой промежуток и образующей резонансную камеру. (патент US 6667568,2003 г.)
Благодаря низкой теплопроводности насадки уменьшились тепловые потери свечи зажигания, и эффективность ее возросла.
Однако эффективность, надежность и другие характеристики свечи зажигания еще в известной конструкции ограничены, из-за значительных тепловых потерь в холодные стенки рабочей камеры корпуса свечи зажигания и в боковой электрод.
Известная свеча зажигания обладает и другими недостатками, а именно:
- боковой электрод вносит ассиметрию и экранирует часть энергии факела.
-высота конусной насадки ограничена, следовательно, ограничен «эффект конусной резонансной камеры».
-конусная насадка ограничивает температурные характеристики свечи зажигания, является слабым местом в случае детонации, заметно повышает трудоемкость и себестоимость свечи зажигания.
- в случае загрязнения поверхности изолятора, искра может возникать не в искровом промежутке, а «уходить» по загрязненной поверхности изолятора на корпус свечи зажигания или электрический ток может стекать по сильным загрязнениям, не производя искры. Например, при запуске двигателя в сырую погоду.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью, образующей резонансную камеру, и внутренним кольцевым выступом в качестве электрода «массы», изолятор и установленный в нем центральный электрод (см.патент RU №70601). В известной конструкции изолятор выполнен в виде теплового конуса.
Высота конусной резонансной камеры возросла, и пропорционально вырос факельный эффект.
Искра также стала заметно длиннее, а разряд - поверхностным. Это автоматически обеспечивает чистоту поверхности теплового конуса.
Однако, высота конусного резонатора еще не достигла теоретического
предела.
Кроме того, возникла проблема электрической прочности изолятора на уровне массового электрода у основания теплового конуса.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются устранение всех указанных недостатков и максимальное улучшение характеристик свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей корпус с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью, образующей резонансную камеру, и внутренним кольцевым выступом в качестве электрода «массы», изолятор и установленный в нем центральный электрод, в которой, согласно полезной модели, изолятор и установленный в нем центральный электрод выполнены с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью, при этом их торцевые поверхности расположены на расстояние друг от друга, причем внутренние расширяющиеся наружу конусные поверхности корпуса, изолятора и центрального электрода образуют единую конусную поверхность резонансной камеры.
В предлагаемой полезной модели высота резонансной камеры достигает теоретической.
В резонансной камере не расположены никакие элементы конструкции (корпуса, изолятора и центрального электрода).Это означает, что эффективность резонансной камеры также достигает теоретического предела.
Кроме того, в предлагаемой конструкции значительно возросла толщина изолятора между центральным электродом и корпусом, что приводит к увеличению срока службы свечи.
Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков,
в аналогичных конструкциях свечей зажигания, т.е. предлагаемое решение, соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеприведенным описанием устройства и чертежом, на котором показан продольный разрез свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания
Свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью 2, образующей резонансную камеру 3, и внутренним кольцевым выступом 4 в качестве электрода «массы», изолятор 5 и установленный в нем центральный электрод 6
Изолятор 5 и центральный электрод 6 выполнены с внутренними расширяющимися наружу конусными поверхностями 7 и 8.
Торцевые поверхности изолятора 5 и центрального электрода 6 расположены на расстояние друг от друга, а торцевая поверхность изолятора 5 расположена ниже внутреннего кольцевого выступа 4 (электрода «массы»).
Причем внутренние расширяющиеся наружу конусные поверхности 2, 7 и 8 корпуса, изолятора и центрального электрода образуют единую конусную поверхность резонансной камеры 3
Предлагаемая свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом:
Во время тактов «Впуск» и «Сжатия» происходит пополнение горючей смесью резонансной камеры 3. Во время подачи высоковольтного импульса на центральный электрод 6 начинается ионизация искрового промежутка 9 вдоль конусной поверхности 7 изолятора 5.
Поверхностный искровой разряд происходит по траектории наименьшего сопротивления, которая зависит от загрязнения конусной поверхности 7. Известно, что искровой разряд помимо джоулевого тепла излучает
большую энергию в диапазоне от звуковых волн (ударная волна) до мягкого рентгеновского излучения
Указанная энергия многократно отражается от внутренней расширяющейся наружу конусной поверхности 2 и активирует горючую смесь в резонаторной камере 3. Горение смеси начинается вдоль всей длины искрового разряда и быстро распространяется по всему объему резонансной камеры 3.
При подходе поршня к верхней мертвой точке из резонансной камеры происходит направленный вдоль оси свечи зажигания микровзрыв плазмы (импульсный расходящийся факел).
При попадании плазменного заряда в центр камеры сгорания двигателя горение смеси в ней происходит симметрично и быстро (в такте «Расширения »).
Все характеристики двигателя значительно улучшаются. Это подтверждено многочисленными испытаниями на различных двигателях. Например, экономия бензина возросла на 15%, а динамичность - на 30%