СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ
SPARK-PLUG

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки, серийный номер 61/215,329, поданной 4 мая 2009 г., озаглавленной "ION GUN SPARK PLUG FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES", и испрашивает приоритет заявки па патент США №12/772,680, озаглавленной "SPARK PLUG", поданной 3 мая 2010 г., 2001, содержание которых включены в настоящую заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ. К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение в целом относится к свечам зажигания для двигателей внутреннего сгорания.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Свечи зажигания для двигателей внутреннего сгорания известны более чем 100 лет. Хотя конструкция свеч зажигания значительно улучшилась за это время, продолжает существовать потребность в свечах зажигания, которые будут далее улучшать производительность двигателя и, следует надеяться, снижать уровень расхода топлива.
Потребность в свечах зажигания, которые предоставляют улучшенную производительность двигателя, особенно актуальна в сфере гонок, где даже небольшое увеличение производительности двигателя и/или небольшое снижение расхода топлива двигателем может означать разницу между победой и поражением.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение удовлетворяет данную потребность. Изобретение представляет собой свечу зажигания, содержащую (а) центральный электрод, содержащий ближнюю часть и дальнюю часть, при этом дальняя часть имеет круглое поперечное сечение с продольной осью и оканчивается дальним концом; и (b) множество боковых электродов, при этом каждый боковой электрод содержит нижнюю часть и верхнюю часть и имеет по существу идентичную форму и размеры, при этом каждая верхняя часть содержит наиболее удаленную точку, каждая наиболее удаленная точка расположена в центральной плоскости, в пределах которой полностью расположена продольная ось дальней части центрального электрода, поперечное сечение каждой верхней части, выполненное вдоль ее центральной плоскости, ограничивает выпуклую внешнюю сторону и невыпуклую внутреннюю сторону, причем каждая выпуклая внешняя сторона содержит изогнутую поверхность, касательную ко множеству касательных плоскостей, при этом все касательные плоскости пересекают продольную ось дальней части центрального электрода в точках, расположенных на или над дальним концом дальней точки центрального электрода.
ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Данные и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более понятны со ссылкой на следующее описание, прилагаемую формулу изобретения и сопроводительные графические материалы, где:
На фиг.1 изображен вид в перспективе свечи зажигания, содержащей признаки согласно изобретению;
На фиг.2 изображена горизонтальная проекция одного конца свечи зажигания, изображенной на фиг.1;
На фиг.3a изображен вид в поперечном сечении свечи зажигания, изображенной на фиг.2, выполненном вдоль линии 3-3;
На фиг.3b изображен альтернативный вид в поперечном сечении свечи зажигания, изображенной на фиг.2, выполненном вдоль линии 3-3;
На фиг.4A изображен схематический вид первой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4B изображен схематический вид второй нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4C изображен схематический вид третьей нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4D изображен схематический вид четвертой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4E изображен схематический вид пятой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4F изображен схематический вид шестой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4G изображен схематический вид седьмой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4H изображен схематический вид восьмой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4I изображен вид сбоку нижней части бокового электрода, изображенного на фиг.4H;
На фиг.4J изображен схематический вид девятой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4K. изображен вид сбоку нижней части бокового электрода, изображенного на фиг.4J;
На фиг.4L изображен схематический вид десятой нижней части бокового электрода, используемого в изобретении;
На фиг.4М изображен вид сбоку нижней части бокового электрода, изображенного на фиг.4L;
На фиг.4N изображен альтернативный вид сбоку нижней части бокового электрода, изображенного на фиг.4L.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Далее приведено подробное описание одного варианта осуществления изобретения и нескольких вариаций данного варианта осуществления. Тем не менее, данное описание не должно расцениваться как ограничивающее изобретение данными определенными вариантами осуществления. Специалистам-практикам в данной области также будут очевидны многие другие варианты осуществления.
Как используется в настоящем тексте, за исключением тех случаев, когда контекст требует иначе, термин "содержать" и вариации данного термина, такие как "содержащий," "содержит" и "содержится", не предназначены для исключения других добавок, компонентов, целых частей или этапов. Таким образом, в данном техническом описании, если контекст не требует иначе, слова "содержать", "содержащий" и т.п., следует понимать как включающие, в противовес исключающим, то есть как "включающие, но не ограничивающиеся ".
Как изображено на фигурах, все размеры, указанные в данном описании, приведены лишь в качестве примера и не предназначены для ограничения. Кроме этого, пропорции, изображенные на данных фигурах, не обязательно приведены с соблюдением масштаба. Как будет очевидно специалистам в данной области со ссылкой на данное описание, фактические размеры какого-либо устройства или части устройства, раскрытых в данном описании, будут определены их предполагаемым применением.
Изобретение представляет собой свечу 10 зажигания для двигателя внутреннего сгорания, которая способна предоставлять выдающуюся производительность.
Свеча 10 зажигания содержит центральный электрод 12 и множество боковых электродов 14. Изобретение изображено на фиг.1-3.
Центральный электрод 12 содержит ближнюю часть 16 и дальнюю часть 18. Дальняя часть 18 имеет круглое поперечное сечение с продольной осью 20. Дальняя часть 18 оканчивается дальним концом 22. В одном варианте осуществления дальний конец 22 центрального электрода 12 выполнен в форме купола для получения соответствующей округленной формы. Для облегчения изготовления центральный электрод 12 является цилиндрическим, как и в случае обычных свечей зажигания.
В предпочтительном варианте осуществления диаметр дальней части 18 составляет от примерно 0,125 дюйма до примерно 0,265 дюйма. Данный диаметр дальней части 18 примерно в два или три раза больше, чем в обычной свече зажигания. Размер центрального электрода 12 увеличен по нескольким причинам. Одна причина заключается в стабилизации искры. Увеличенный электрод накапливает больше энергии, тем самым высвобождая большее количество электричества при образовании искры. Вторая цель заключается в создании непрерывного быстрого движения ионов в ходе цикла зажигания, которое не прекратится даже при сверхвысоком давлении сгорания, как в гоночных двигателях.
Множество боковых электродов 14 расположено на равном расстоянии друг от друга вокруг центрального электрода 12 так, чтобы ограничить круг, содержащий центральный электрод 12, расположенный в центре. Боковые электроды 14 обычно составляют единое целое с нарезным основным цилиндром 24. В варианте осуществления, изображенном на графических материалах, множество боковых электродов 14 составляют 8 боковых электродов 14. В любом случае важно, чтобы количество боковых электродов 14 составляло от примерно 3 до примерно 12. Когда количество боковых электродов 14 менее 3 или более 12, производительность двигателя внутреннего сгорания заметно снижается.
Каждый из боковых электродов 14 имеет по существу идентичную форму и размеры. Каждый из боковых электродов 14 содержит нижнюю часть 25 и верхнюю часть 26. Верхняя часть 26 содержит наиболее удаленную точку 28. Как изображено на фиг.1 и 2, наиболее удаленная точка 28 каждого бокового электрода 14 может быть относительно острой. Тем не менее, в других вариантах осуществления наиболее удаленная точка 28 каждого бокового электрода 14 может быть более округлой или плоской.
Как изображено на фиг.2, каждая наиболее удаленная точка 28 расположена в центральной плоскости 30, в пределах которой полностью расположена продольная ось 20 дальней части 18 центрального электрода 12. Поперечное сечение каждой верхней части 26 каждого бокового электрода 14, выполненное вдоль ее центральной плоскости 30, ограничивает выпуклую внешнюю сторону 32 и невыпуклую внутреннюю сторону 34.
Как изображено на фиг.3A, каждая выпуклая внешняя сторона 32 содержит изогнутую поверхность 36, касательную ко множеству касательных плоскостей 38, при этом все касательные плоскости 38 пересекают продольную ось 20 дальней части 18 центрального электрода 12 в точках, расположенных на или над дальним концом 22 дальней точки центрального электрода 12. В типичном варианте осуществления изогнутая поверхность 36 выпуклой внешней стороны 32 является гладкой, предпочтительно без неоднородностей.
На фиг.3В изображен альтернативный вид в поперечном сечении, идентичный тому, который изображен на фиг.3A, за исключением того, что внутренняя сторона 34 ограничивает небольшую плоскую секцию 37 возле наиболее удаленной точки 28.
Согласно вышеупомянутой конструкции множество боковых электродов 14 напоминают вилку, которую согнули в петлю так, что зубцы были направлены по дуге внутрь к точке на центральном электроде 12.
Как также изображено на фиг.3, боковые электроды 14 электрически изолированы от центрального электрода 12 слоем бакелита 40 или другим подходящим изолятором.
Как изображено на фиг.4A-4M, боковые электроды 14 могут иметь различные формы. На фиг.4А изображена форма поперечного сечения нижней части 25 бокового электрода 14, имеющей в целом квадратное поперечное сечение. На фиг.4В изображена нижняя часть 25 бокового электрода 14, имеющая в целом прямоугольное поперечное сечение. На фиг.4С изображена нижняя часть 25 бокового электрода 14, имеющая в целом овальную форму. На фиг.4D изображена нижняя часть 25 бокового электрода 14, имеющая в целом круглую форму. На фиг.4Е изображена нижняя часть 25 бокового электрода 14, имеющая в целом квадратную форму, но с закругленными углами. На фиг.4F изображена нижняя часть 25 бокового электрода 14, имеющая в целом прямоугольное поперечное сечение, но с закругленными углами. На фиг.4G изображена нижняя часть 25 бокового электрода 14, имеющая в целом треугольное поперечное сечение.
На фиг.4Н и 4L изображена верхняя часть 26 бокового электрода 14, имеющая форму эксцентричного конуса. Подобным образом на фиг.4J и 4K изображена верхняя часть 26 бокового электрода 14, имеющая форму альтернативного эксцентрического конуса.
На фиг.4L и 4М изображена верхняя часть 26 бокового электрода 14, содержащая в целом плоскую внутреннюю сторону 34 и внешнюю сторону 32, которая изображена в поперечном сечении, выполненном вдоль ее центральной плоскости 30, при этом внутренняя сторона 34 имеет в целом плоскую поверхность и поверхность внешней стороны 32 имеет форму дуги окружности.
На фиг.4N изображено поперечное сечение альтернативной верхней части 26 бокового электрода 14, изображенного на фиг.4L, где внутренняя сторона 34 имеет слегка вогнутую форму.
Как правило, наиболее удаленная точка 28 каждого бокового электрода 14 находится на расстоянии от центрального электрода 12, равном от примерно 0,04 дюйма до примерно 0,095 дюйма, обычно от примерно 0,05 дюйма до примерно 0,07 дюйма.
Благодаря вышеописанной уникальной конструкции свечи 10 зажигания согласно изобретению свеча 10 зажигания может обеспечивать улучшенную производительность двигателя, включая увеличение мощности в лошадиных силах и крутящего момента, путем использования избыточной энергии от источника зажигания для создания быстрого движения ионов, которое смешивается с поступающим воздухом/топливом в камере сгорания. Струя отрицательных ионов смешивается с воздушно-топливной смесью в камере сгорания непосредственно перед зажиганием, при образовании искры и при сгорании. Данная струя ионов изменяет характеристики горения топлива путем высвобождения большего количества потенциальной энергии и замедления фактического процесса сгорания топлива. Данное явление подобно повышению октанового числа топлива. При поджигании ионы охлаждают рабочие концы электродов. Данное событие часто приводит к быстрому круговому потоку вокруг центрального электрода.
Данное явление обладает дополнительным преимуществом, которое заключается в том, что свеча зажигания согласно изобретению не обязательно должна быть сконструирована для одного из большого количества определенных тепловых диапазонов. Для большинства применений требуется лишь один тепловой диапазон. Напротив, при использовании обычных свечей зажигания требуется до 20 различных конструкций, по одной на каждый тепловой диапазон.
Благодаря конструкции боковых электродов согласно изобретению отрицательные ионы отделяются от электрического заряда, текущего от катушки. Ионы перемещаются вдоль периферии отрицательных электродов, накапливая момент вдоль изгибов боковых электродов, достигая вершины в дальней части и затем пробивая путь к центральному электроду для прохождения плазмы искрового разряда. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке такта сжатия/сгорания, в камере сгорания возникает высокое давление. В данной атмосфере плазма искрового разряда усиливается и разделяется, так что происходит выпуск множества искр из разных заземляющих электродов. До трех различных высокоэнергетических центров искр наблюдались при испытаниях под высоким давлением.
Быстрое движение ионов действует на центральный электрод и расширяется наружу в дозу воздушно-топливной смеси, сильно ионизируя указанную дозу перед, в ходе и вскоре после данного образования искры. Таким образом, обеспечиваемый катушкой электрический заряд полностью используется.
Другое явление, которое происходит при эксплуатации изобретения, заключается в том, что движущиеся ионы создают экран повышенного давления под центральным электродом и в полости между изолятором и внутренней стенкой основной оболочки. Данный экран повышенного давления удерживает углерод от частично сгоревшего топлива и масла, предотвращая загрязнение изолятора и внутренней стенки основной оболочки, таким образом, предотвращая потенциальное замыкание искры.
После зажигания быстрое движение ионов охлаждает фронт воспламенения, тем самым замедляя процесс сгорания. Данный процесс быстрого движения ионов вызывает увеличенную длительность давления на опускающуюся верхнюю часть поршня. Данный процесс сгорания с быстрым движением ионов также обеспечивает более полное сгорание, тем самым снижая процентное соотношение несгоревших углеводородов.
x
x
Еще одна положительная выгода, связанная с выхлопом, заключается в том, что охлаждающее свойство быстрого движения ионов предотвращает повышение уровня NO. Это отличается от обычных свеч зажигания, где для сжигания большего количества углеводородов должен быть использован более высокий тепловой диапазон (и такой более высокий уровень тепла обязательно приводит к образованию большего количества NO).
Наконец, конструкция согласно изобретению также производит очень сильную и устойчивую искру, которая может проходить большие зазоры между электродами при сверхвысоком давлении сгорания, тем самым значительно сокращая пропуски зажигания.
ПРИМЕРЫ
Динамограммы воспроизведены с использованием высокопроизводительного испытательного V-образного 8-цилиндрового двигателя. Данные испытания были проведены независимой базой. Двигатель не подвергался изменениям или дополнениям помимо замены свеч зажигания.
Данные динамограммы демонстрируют увеличение мощности в лошадиных силах и крутящего момента, достигаемого благодаря свече зажигания согласно изобретению, по сравнению с обычными гоночными свечами зажигания известного уровня техники.
Пример 1
В данном примере испытываемым двигателем был Ford FE объемом 420 кубических дюймов с карбюратором Holly на 850 куб.футов/мин, и 38 уровнями регулирования момента зажигания. Серийными свечами зажигания были серийные свечи Autolite 3924 с установленным зазором в 0,040 дюйма. Свечами зажигания согласно изобретению были серийные свечи Autolite 3924, модифицированные, как изображено на фиг.1, с зазором 0,058 дюйма.
Серийная свеча
Свеча согласно изобретению
об/мин
Крут.момент
Мощность
Крут.момент
Мощность
3900
470,7
349,5
462,7
343,6
4000
505,1
384,7
503,5
383,4
4100
500,6
390,8
505,5
394,6
4200
499,8
399,7
507,6
405,9
4300
499,5
408,9
503,7
412,4
4400
498,2
417,4
501,8
420,4
4500
502,0
430,1
508,3
435,5
4600
512,8
449,2
511,9
448,3
4700
516,2
461,9
523,0
468,0
4800
514,9
470,6
522,0
477,1
4900
519,0
484,2
521,7
486,7
5000
518,8
493,9
525,4
500,2
5100
520,9
505,8
522,4
507,3
5200
523,2
518,0
520,5
515,3
5300
519,4
524,1
524,3
529,1
5400
514,2
528,7
521,4
536,1
5500
514,3
538,6
518,6
543,1
5600
505,6
539,1
511,7
545,6
5700
500,0
542,6
501,6
544,4
5800
493,5
545,0
493,1
544,6
5900
483,5
543,1
487,0
547,1
6000
476,6
544,5
481,6
550,1
6100
471,4
547,5
469,4
545.2
6200
462,3
545,8
462,2
545,6
6300
452,7
543,0
458,0
549,4
6400
447,3
545,1
446,5
544,1
6500
437,6
541,6
435,8
539,3
Пример 2
Испытываемым двигателем был двигатель Ford объемом 812 кубических дюймов с карбюратором Holly на 850 куб.футов/мин, и 38 уровнями регулирования момента зажигания. Серийными свечами зажигания были серийные свечи Autolite 3924 с установленным зазором в 0,45 дюйма. Свечами зажигания согласно изобретению были серийные свечи Autolite 3924, модифицированные, как изображено на фиг.1, с зазором 0,062 дюйма. В примере 2 было проведено два испытания со свечами зажигания согласно изобретению.
Серийная
Изобретение 1
Изобретение 2
об/мин
Крут.момент
Мощность
Крут.момент
Мощность
Крут.момент
Мощность
4000
495,9
377,6
496,6
378,2
506,0
385,4
4100
505,4
394,5
496,9
387,9
504,1
393,5
4200
503,5
402,6
501,1
400,7
505,0
403,8
4300
506,1
414,4
498,9
408,5
511,2
418,6
4400
511,9
428,9
508,8
426,2
510,0
427,2
4500
513,5
440,0
514,4
440,7
511,4
438,2
4600
512,3
448,7
515,4
451,5
517,6
453,3
4700
523,3
468,3
519,4
464,8
526,2
470,9
4800
530,2
484,6
531,2
485,4
527,9
482,4
4900
528,6
493,2
529,7
494,2
527,1
491,8
5000
534,2
508,6
533,3
507,8
530,1
504,7
5100
530,9
515,5
531,4
516,1
532,9
517,5
5200
529,5
524,2
533,9
528,6
529,6
524,4
5300
524,1
528,9
528,1
532,9
526,9
531,7
5400
520,1
534,8
523,2
538,0
522,4
537,1
5500
519,2
543,7
523,2
547,9
517,8
542,2
5600
512,7
546,7
518,7
553,0
505,9
539,4
5700
498,7
541,3
511,1
554,7
503,7
546,7
5800
497,3
549,2
502,7
555,1
495,6
547,4
5900
494,1
555,0
493,6
554,4
492,8
553,6
6000
483,7
552,6
488,8
557,9
489,3
559,0
После описания изобретения должно быть очевидно, что могут быть осуществлены многочисленные структурные модификации и адаптации в пределах объема и точного замысла настоящего изобретения, как изложено выше и как описано ниже в формуле изобретения.