ИСКРОВАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

Полезная модель относится к области электрооборудования двигателя внутреннего сгорания, конкретно - производство искровых свечей зажигания.
Известно, что в процессе работы на двигателе, электроды свечи зажигания изнашиваются, происходит увеличение искрового зазора вследствие электрической эрозии, микроиспарения, металла электродов под воздействием высокой температуры (до 3000 k), возникающей в точке образования электрической дуги. Скорость электрической эрозии электродов прямо пропорциональна энергии искрового разряда. В современных автомобильных системах зажигания, большая энергия разряда приводит к ускоренному износу электродов, до 0,015 мм на 1000 км, пробега автомобиля.
Расчетный ресурс работы свечей на автомобильных двигателях, до регулировки зазора, 20-30 тыс. км пробега автомобиля, в зависимости от типа системы зажигания. (Б.А.Басс «Свечи зажигания» спр. изд. «За рулем» 2007 г. стр.32).
Известные свечи с электродами из тугоплавких металлов иридия и платины, имеют значительно больший ресурс работоспособности. Основной их недостаток очень высокая стоимость. Наиболее близкие, к заявляемой полезной модели свечи зажигания, с несколькими боковыми электродами типа: А 17 DB - W Россия с двумя, LR 1 STC Чехия с тремя, WR 78 SUPER 4 Германия с четырьмя электродами, имеют больший ресурс, по сравнению с обычными одноэлектродными свечами. Основной недостаток таких свечей, кроме большей трудоемкости изготовления, повышенная склонность к нагарообразованию на тепловом конусе изолятора, вследствие замедленного его прогрева, что при минусовой температуре затрудняет «холодный пуск», а также трудность очистки от нагара.
Из опыта эксплуатации двигателей внутреннего сгорания известно, что при завышенном содержании в бензине антидетонационных железосодержащих присадок, ферроценов, на электродах и тепловом конусе изолятора свечи образуется налет окиси железа. Под воздействием высокой температуры в цилиндрах двигателя, работающего под нагрузкой, окись частично восстанавливается в металлическое железо, образуются токопроводящие мостики, шунтирующие электроды, что приводит к частичному или полному прекращению искрообразования у обычных одно или многоэлектродных свечей, и в меньшей степени у свечей с электродами из иридия и платины. Работоспособными в таких условиях остаются комбинированные свечи с перехватывающими электродами. (Журнал «За рулем» №12/2003 г. стр.136-137; №11/2004 г. стр.210; №1/2007 г. стр.124-126).
Техническая задача, на которую направлена заявляемая полезная модель - увеличение ресурса работоспособности свечи, без использования дорогостоящих металлов иридия, платины и меди.
Решение поставленной задачи достигается тем, что у заявляемой свечи торец центрального электрода 1 (фиг.1, 2, 3) выполнен в виде диска. Рабочая часть бокового электрода 2 (фиг.1, 2, 3), выполненная в виде части плоского кольца, на одной или двух ножках, 3 (фиг.2, 3), приваренных к торцу цоколя свечи, расположена в одной плоскости с диском центрального электрода, и образует с диском искровой зазор 4 (фиг.1, 2, 3), в форме дуги. На внутренней стороне рабочей части бокового электрода, обращенной к диску центрального электрода, выполнены радиальные прорези 5 (фиг.2, 3, 4), разделяющие рабочую часть на отдельные секции - электроды.
Боковой электрод, выполненный в виде плоского кольца 6 (фиг.4), на трех или более ножках, приваренных к торцу цоколя свечи, образует с диском центрального электрода кольцевой искровой зазор 7 (фиг.4).
На диске центрального электрода могут быть выполнены радиальные прорези 8 (фиг.3, 4), расположенные строго напротив прорезей на боковом электроде. Количество прорезей на диске равно n+2, где n - количество прорезей на боковом электроде. У бокового электрода в виде кольца, количество прорезей равно количеству прорезей на диске центрального электрода.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели, от наиболее близких аналогов являются следующие: наружный торец центрального электрода свечи выполнен в виде диска с радиальными прорезями или без них. Боковой электрод выполнен в виде части или полного плоского кольца расположенного в одной плоскости с диском центрального электрода и разделен радиальными прорезями на отдельные секции - электроды, при этом искровой зазор имеет дугообразную или кольцевую форму, соответственно.
Предлагаемые технические решения позволяют:
1. Значительно увеличить ресурс работоспособности свечи, за счет увеличения суммарной площади рабочей части электродов, подверженной электрической эрозии.
2. Обеспечить надежное, бесперебойное искрообразование за время всего срока службы свечи, вследствие того, что диск центрального электрода закрывает торец теплового конуса изолятора, препятствуя отложению нагара и ферроценов, образование токопроводящих мостиков на торце изолятора не происходит. При этом электроды не затеняют искровой разряд.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на двух листах.
Лист 1.
На чертеже фиг.1 изображена часть цоколя свечи в разрезе, где:
1 - центральный электрод, 2 - боковой электрод, 4 - искровой зазор, 10 - тепловой конус изолятора.
На чертежах фиг.2, 3 изображен цоколь свечи с электродами, вид с торца, где: фиг.2, 1 - центральный электрод без радиальных прорезей на диске, 2 - боковой электрод с тремя секциями, 3 - ножка бокового электрода, 4 - искровой зазор, 5 - радиальные прорези на боковом электроде, 9 - места сварки стержня центрального электрода с кольцом;
фиг.3, 1 - центральный электрод с радиальными прорезями на диске, 2 - боковой электрод с четырьмя секциями, 3 - ножки бокового электрода, 4 - искровой зазор, 5 - радиальные прорези на боковом электроде, 8 - радиальные прорези на диске центрального электрода.
Лист 2.
На чертеже фиг.4 изображен цоколь свечи с боковым электродом в виде кольца, вид с торца, где:
1 - центральный электрод (половина условно изображена с прорезями), 3 - ножки бокового электрода, 5 - радиальные прорези бокового электрода, 6 - боковой электрод, 7 - кольцевой искровой зазор, 8 - радиальные прорези на диске центрального электрода.
Фиг.5, 6 - боковой электрод с тремя секциями и одной ножкой 3;
фиг.7, 8 - боковой электрод с четырьмя секциями и двумя ножками 3;
фиг.9 - схема установки искрового зазора, где:
1 - центральный электрод, 2 - боковой электрод, Δ - номинальный установочный зазор, d - допуск на установочный зазор. Пунктиром показано положение бокового электрода при равномерном зазоре.
На чертежах фиг.2, 3, 4 не показаны опорная плоскость и шестигранник корпуса свечи.
Все чертежи выполнены, в масштабе 8:1 по отношению к свече с резьбой М 14×1,25, диаметр рабочей камеры 8 мм, диаметр центрального электрода 2,5 мм, диаметр торца теплового конуса изолятора 5 мм, установочный искровой зазор 1,0 мм.
Для придания торцу центрального электрода формы диска, на стержень электрода одето кольцо и закреплено сваркой в нескольких точках 9 (фиг.2, 3, 4), такое решение позволяет сохранить без изменения конструкцию сердечника серийной свечи (изолятор в сборе с центральным электродом и контактным стержнем), и технологию установки его в корпус. Наружный диаметр кольца (диска) равен диаметру торца теплового конуса изолятора 10 (фиг.1), толщина 1,0-1,2 мм. Расстояние от торца изолятора до кольца 1,2-1,4 мм. Кольцо изготавливается из жаропрочной хромоникелевой стали, той же марки, что применяется для изготовления центрального электрода серийных свечей. Стержень центрального электрода изготавливается из качественной углеродистой стали марки 08, без медного сердечника, т.к. сталь 08 имеет значительно более высокую теплопроводность при 400°С, чем хромоникелевая сталь; λ=51вт/м×400°C и λ=31 вт/м×400°С, соответственно. («Марочник сталей и сплавов» под ред. А.С.Зубченко изд. «Машиностроение - 1» М. 2003 г. стр.590). Толщина рабочей части бокового электрода равна толщине диска центрального электрода. Ножки бокового электрода, кроме крепления, к корпусу свечи, обеспечивают теплоотвод от его рабочей части, предотвращая появление калильного зажигания «по вине электрода». Для двух или трех секционных боковых электродов достаточно одной ножки, для четырех и более необходимо как минимум две ножки. Для кольцевого электрода - три, четыре ножки.
Количество секций бокового электрода определяется исходя из требуемого ресурса работоспособности свечи. Ширина радиальных прорезей 0,25-0,35 мм на глубину 0,5-0,6 мм. Прорези на диске центрального электрода целесообразно выполнять клиновидной конфигурации, для сохранения площади сечения рабочей части секций электрода при износе.
Установочный искровой зазор Δ, минимальный с одной стороны бокового электрода, для конкретного типа свечи, равномерно увеличивается до максимально допустимого, с другой его стороны.
min
max
Фиг.9, Δ=Δ-1/2d, Δ=Δ+l/2d, где d - допуск на установочный зазор.
Боковой электрод изготавливается из сплава той же марки, что применяется для изготовления боковых электродов серийных свечей, или рабочая часть электрода из жаропрочной хромоникелевой стали, ножки из стали марки 08.
Все размеры ориентировочные.
Предлагаемая конструкция электродов допускает множество вариантов исполнения свечи. Для автомобильных двигателей средней удельной мощности оптимальный вариант - свечи с двух, трех секционными боковыми электродами. Для более форсированных двигателей, свечи с четырех и более секционными электродами. Для сильно форсированных, теплонапряженных двигателей спортивных автомобилей, возможно применение свечей с кольцевым боковым электродом.
Свеча работает следующим образом: при подаче импульса высокого напряжения на электроды свечи, разряд происходит по кратчайшему расстоянию между электродами, т.е. в той секции, где зазор минимальный.
Это продолжается до тех пор, пока зазор в первой секции, в результате электроэрозии, не сравняется по величине с зазором во второй секции. Теперь будут работать обе секции попеременно, когда зазор в обоих секциях сравняется по величине с зазором в следующей секции, она также вступит в работу и т.д.