ФОРКАМЕРНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ
PRECHAMBER SPARK-PLUG

Изобретение относится к форкамерной свече зажигания в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы.
Форкамерная свеча зажигания состоит, помимо прочего, из среднего электрода и, по меньшей мере, одного бокового (массового) электрода, который расположен с зазором от среднего электрода, образуя искровой промежуток. Средний и боковой электроды расположены внутри крышки форкамеры. Через одно или несколько переходных отверстий в крышке форкамеры сжатая газовоздушная смесь поступает в форкамеру. После воспламенения смеси фронт пламени распространяется из форкамеры через эти переходные отверстия в главную камеру сгорания.
Так, например, в DE 10144976 А1 описан первый вариант форкамерной свечи зажигания с кольцеобразным боковым электродом, который посредством держателей закреплен на крышке форкамеры. В продольном направлении форкамерной свечи зажигания боковой электрод имеет внутреннюю и внешнюю периферийные поверхности. Внутренняя периферийная поверхность обращена к боковому электроду. Внешняя периферийная поверхность расположена на стороне бокового электрода, от которой обращен средний электрод. Во втором варианте несколько боковых электродов звездообразно ориентированы относительно среднего электрода. В обоих вариантах средний и боковой электроды не доступны снаружи. Этим, однако, заданы объем их обгорания и срок службы форкамерной свечи зажигания. Объем обгорания возникает из минимального зазора между средним и боковым электродами в новом состоянии форкамерной свечи зажигания, а также из максимального зазора и формы бокового электрода. Кроме того, кольцеобразный боковой электрод даже в случае доступности форкамеры невозможно отрегулировать. Срок службы такой форкамерной свечи зажигания составляет обычно примерно 2000 рабочих часов, так что в этом имеется потенциал оптимизации.
В основе изобретения лежит задача дальнейшего повышения срока службы форкамерной свечи зажигания.
Эта задача решается посредством форкамерной свечи зажигания с признаками п.1 и соответственно адаптированного способа ее изготовления с признаками п.4 или 5 формулы.
У форкамерной свечи зажигания, согласно изобретению, внутренняя периферийная поверхность бокового электрода имеет вогнутый контур, а внешняя периферийная поверхность - выпуклый контур. Дополнительно внутренняя периферийная поверхность находится под растягивающим напряжением, а внешняя периферийная поверхность - под сжимающим напряжением. Эти напряжения создаются за счет того, что в процессе изготовления боковой электрод вставляется в держатель и прижимается к нему внутренней и внешней периферийными поверхностями, то есть целенаправленно пластически деформируется. В качестве альтернативы этому, растягивающие и сжимающие напряжения могут создаваться за счет того, что боковой электрод сваривается с держателем посредством углового шва. Во время эксплуатации форкамерной свечи зажигания толщина бокового электрода уменьшается из-за обгорания. Если критическая толщина бокового электрода меньше заданной, то растягивающее и сжимающее напряжения вызывают возврат бокового электрода обратно в исходное состояние до пластической деформации. Следовательно, за счет растягивающего и сжимающего напряжений достигается первый компенсационный эффект, который состоит в том, что при увеличении зазора между боковым и средним электродами боковой электрод самопроизвольно возвращается обратно, в результате чего зазор до среднего электрода снова уменьшается. Первый компенсационный эффект заканчивается тогда, когда обращенные друг к другу периферийные поверхности среднего и бокового электродов параллельны друг другу. При проведении стендовых испытаний было установлено, что первый компенсационный эффект наступает примерно через 4000 часов. Преимуществом является повышенное постоянство искрообразования вследствие поддерживаемого постоянным зазора между электродами. Это также приводит к более постоянному сгоранию в течение срока эксплуатации форкамерной свечи зажигания.
В одном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что переходное отверстие или отверстия расположено/расположены таким образом, что сжатая газовоздушная смесь (Mittel-Jet) протекает через искровой промежуток между средним и боковым электродами. В сочетании с выбором размеров бокового электрода и держателя достигается относительно сильный нагрев внутренней периферийной поверхности бокового электрода при одновременно хорошем теплоотводе на внешней периферийной поверхности через держатели. Разница температур внешней и внутренней периферийных поверхностей вызывает, в свою очередь, изменение формы бокового электрода. Теперь внутренняя периферийная поверхность имеет выпуклый контур, а внешняя периферийная поверхность - вогнутый контур. За счет расположения переходных отверстий в сочетании с подходящим выбором размеров бокового электрода и держателя достигается второй компенсационный эффект. Он состоит в том, что после длительной эксплуатации форкамерной свечи зажигания зазор между средним и боковым электродами не увеличивается, несмотря на обгорание.
Преимуществами изобретения являются простой способ изготовления и заметно более длительный срок службы форкамерной свечи зажигания. Оба компенсационных эффекта дают, в свою очередь, преимущество более постоянного момента зажигания в течение всего срока службы свечи.
На чертежах изображены предпочтительные примеры осуществления изобретения. Чертежи показывают:
- фиг. 1: форкамерную свечу зажигания с кольцеобразным боковым электродом;
- фиг. 2: форкамерную свечу зажигания с отдельными боковыми электродами;
- фиг. 3: фрагмент свечи из фиг.1 в исходном состоянии;
- фиг. 4: фрагмент свечи по истечении первого времени эксплуатации;
- фиг. 5: фрагмент свечи по истечении второго времени эксплуатации;
- фиг. 6: фрагмент свечи по истечении третьего времени эксплуатации.
На фиг.1 в разрезе изображена форкамерная свеча зажигания 1 с кольцеобразным боковым электродом 3 в зоне форкамеры 5. Общая конструкция и общая функция форкамерной свечи зажигания предполагаются известными. В зоне форкамеры 5 свеча 1 состоит из расположенного в центре среднего электрода 2, кольцеобразного бокового электрода 3, крышки 4 форкамеры, которая образует собственно форкамеру 5, и корпуса 6. Средний электрод 2 электрически изолирован от корпуса 6. Крышка 4 форкамеры соединена с корпусом 6 свечи 1. В крышке 4 выполнено, по меньшей мере, одно проходное отверстие 9, через которое газовоздушная смесь поступает в форкамеру 5, а после ее воспламенения фронт пламени распространяется в главную камеру сгорания. Средний 2 и боковой 3 электроды расположены в форкамере 5 так, что они недоступны снаружи. Боковой электрод 3 охватывает с зазором средний электрод 2, образуя искровой промежуток 7. Боковой электрод 3 закреплен на корпусе 6 посредством держателей 8.
На фиг. 2 изображена форкамерная свеча зажигания 1 с отдельными боковыми электродами 3. На фиг. 2 показаны три боковых электрода 3, звездообразно ориентированные относительно среднего электрода 2. Каждый боковой электрод 3 закреплен на корпусе 6 форкамерной свечи 1 зажигания посредством держателя 8.
Фиг.3-6 описаны сообща, причем на них изображены фрагменты фиг.1 в разные моменты продолжительности эксплуатации. Так, на фиг.3 форкамерная свеча 1 зажигания изображена в исходном состоянии, то есть по истечении продолжительности эксплуатации t ноль рабочих часов (t=t0). На фиг.4 форкамерная свеча 1 зажигания изображена по истечении продолжительности эксплуатации t1, например через 4000 часов. На фиг.5 форкамерная свеча 1 зажигания изображена по истечении продолжительности эксплуатации t2, например через 5000 часов, а на фиг. 6 форкамерная свеча 1 зажигания изображена по истечении продолжительности эксплуатации t3, например через 6000 часов.
В соответствии с фиг.3 боковой электрод 3 имеет внутреннюю периферийную поверхность 10, обращенную к среднему электроду 2. Внутренняя периферийная поверхность 10 образована по окружности U и высоте d3. Показано, что упомянутая внутренняя периферийная поверхность 10 проходит в продольном направлении 11 форкамерной свечи 1 зажигания. Внешняя периферийная поверхность 12 бокового электрода 3 находится на той его стороне, которая обращена от среднего электрода 2. В исходном состоянии внутренняя периферийная поверхность 10 имеет вогнутый контур, а внешняя периферийная поверхность 12 - выпуклый контур. Обе криволинейные периферийные поверхности возникают за счет того, что боковой электрод 3 вставляется внешней периферийной поверхностью 12 в держатель 8, после чего внутренняя периферийная поверхность 10 и внешняя периферийная поверхность 12 одновременно прижимаются к держателю 8 нему, то есть целенаправленно пластически деформируются. В результате пластической деформации на внутренней периферийной поверхности 10 создаются растягивающие напряжения 13, идущие от места возникновения 14 напряжения. На внешней периферийной поверхности 12 создаются, напротив, сжимающие напряжения 15, которые взаимно компенсируются в упомянутом месте 14. В одном альтернативном способе изготовления обе криволинейные периферийные поверхности, а также растягивающие и сжимающие напряжения возникают за счет того, что боковой электрод 3 сваривается с держателем 8 посредством углового шва.
Как видно на фиг.4, внутренняя периферийная поверхность 10 бокового электрода 3 уже обгорела на заштрихованном участке 16. Это состояние наступает в момент t1. В результате обгорания толщина d1 бокового электрода 3 уменьшается. Если толщина бокового электрода 3 становится меньше критической толщины, то возникает первый компенсационный эффект. Вследствие слишком малой толщины, растягивающие напряжения 13 на внутренней периферийной поверхности 10 и сжимающие напряжения 15 на внешней периферийной поверхности 12 вызывают возврат бокового электрода 3 в его первоначальную форму до пластической деформации. Следовательно, первый компенсационный эффект состоит в том, что при увеличении зазора между обоими электродами боковой электрод 3 самопроизвольно возвращается обратно, в результате чего зазор до среднего электрода 2 снова уменьшается. Первый компенсационный эффект заканчивается тогда, когда внутренняя периферийная поверхность 10 бокового электрода 3 и периферийная поверхность среднего электрода 2 параллельны друг другу. Это состояние изображено на фиг. 5, причем показанное штриховой линией состояние соответствует изображению на фиг. 4.
Для повышения срока службы свечи 1 предусмотрено, что переходные отверстия 9 в крышке 5 форкамеры расположены и ориентированы таким образом, что сжатая газовоздушная смесь 17 (Mittel-Jet) протекает через искровой промежуток 7 между средним 2 и боковым 3 электродами. Поскольку сжатая смесь имеет температуру около 200°С, внутренняя периферийная поверхность 10 бокового электрода 3 нагревается. Через держатели 8 возникает теплопередача от бокового электрода 3 к корпусу 6. На фиг.5 тепловой поток обозначен соответствующими стрелками. С помощью выбора размеров бокового электрода 3 и держателя 8 по отношению друг к другу можно достичь того эффекта, что внутренняя периферийная поверхность 10 бокового электрода 3 нагреется сильнее, его внешняя периферийная поверхность 12 - слабее. При проведении стендовых испытаний оказалось, что этот эффект повторяется, если отношение d2/d1≥1,846, а отношение d3/d2≥1,35. Здесь d1 соответствует толщине бокового электрода 3, d2 - толщине держателя 8, а d3 - высоте бокового электрода 3 (фиг.4). Разница температур обеих периферийных поверхностей приводит к тому, что внутренняя периферийная поверхность 10 бокового электрода 3 приобретает выпуклый контур, а внешняя периферийная поверхность 12 - вогнутый контур. Это состояние изображено на фиг. 6. Позицией Т1 обозначена температура на внутренней периферийной поверхности 10, а позицией Т2 - температура на внешней периферийной поверхности 12 бокового электрода 3, причем справедливо, что температура Т1 выше температуры Т2 (Т2>Т1). Ориентация переходных отверстий 9 и выбор размеров бокового электрода 3 и держателя 8 вызывают, следовательно, второй компенсационный эффект. На фиг.6 изображена свеча 1 после возникновения второго компенсационного эффекта при продолжительности эксплуатации t=t3.
Обгорание продолжается в зоне внешних кромок 18 бокового электрода 3 и приводит к их скруглению. В процессе дальнейшей эксплуатации обгорание продолжается в направлении центральной оси бокового электрода 3. Вследствие этого внутренняя периферийная поверхность 10 снова становится параллельной ему, и снова достигается исходная точка. Этот процесс обгорания продолжается до тех пор, пока в зоне центральной оси бокового электрода 3 не будет достигнут критический диаметр, боковой электрод 3 не осядет и минимальный зазор между электродами не станет меньше заданного или боковой электрод 3 не выпадет из крепления.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - форкамерная свеча зажигания
2 - средний электрод
3 - боковой электрод
4 - крышка форкамеры
5 - форкамера
6 - корпус
7 - искровой промежуток
8 - держатель
9 - переходное отверстие
10 - внутренняя периферийная поверхность
11 - продольное направление
12 - внешняя периферийная поверхность
13 - растягивающее напряжение
14 - место возникновения
15 - сжимающее напряжение
16 - участок (обгорание)
17 - сжатая смесь (Mittel-Jet)
18 - кромка.