СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО РАЗРЯДА
SURFACE-DISCHARGE SPARK PLUG

Изобретение относится к свечам зажигания поверхностного разряда, применяемым для инициации плазмы и воспламенения газообразных и жидких топлив.
Известна свеча зажигания (патент RU №2059986, С1, МПК Н01Т 13/52, 1996), содержащая цилиндрический корпус, образующий кольцевой массовый электрод. Внутри цилиндрического корпуса установлен искрообразующий элемент в виде кольца из магнитомягкого феррита (магнитного полупроводника) с плоской торцевой рабочей поверхностью. Сквозь искрообразующий элемент коаксиально цилиндрическому корпусу пропущен центральный электрод в виде стержня. Центральный электрод внутри цилиндрического корпуса концентрически закреплен через изолятор.
В другом варианте конструкции свечи зажигания искрообразующий элемент выполнен выступающим за пределы кольцевой поверхности массового электрода. Центральный электрод выполнен с закрепленным на конце металлическим диском, который поджат к торцевой поверхности искрообразующего элемента, а рабочая искровая поверхность образуется на его цилиндрической боковой поверхности.
Недостатком свечи зажигания в обоих вариантах является наличие паразитного тока, который в отличие от тока, проходящего в момент разряда по рабочей поверхности искрообразующего элемента, протекает от одного электрода к другому по объему полупроводникового материала (магнитомягкого феррита). Это приводит к излишним электрическим потерям, вызывающим перегрев искрообразующего элемента, снижению надежности и уменьшению долговечности свечи зажигания.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является свеча зажигания поверхностного разряда для емкостной системы зажигания (патент RU №2300164, С2, МПК Н01Т 13/00, F02C 7/266, 2005), содержащая искрообразующий элемент с рабочей поверхностью, центральный электрод, размещенный во внутреннем канале искрообразующего элемента, оканчивающийся дисковым контактом, корпус, в котором установлен искрообразующий элемент, торцевую часть корпуса с контактным буртиком, образующим с дисковым контактом центрального электрода по рабочей поверхности искрообразующего элемента кольцевой искровой зазор, дополнительный изолятор, коаксиально размещенный со стороны, противоположной рабочему торцу свечи. Для повышения термостойкости и ресурса свечи зажигания контакты выполнены из сплава повышенной термостойкости, искрообразующий элемент изготовлен из высокоглинистой керамики, покрывающейся на рабочей поверхности в результате специальной высоковольтной тренировки материалом, обладающим полупроводниковыми свойствами.
Недостатком этого изобретения является быстрая потеря работоспособности свечи вследствие выгорания под действием высоких температур и электрических разрядов тонкого слоя полупроводящего материала, нанесенного на искрообразующий элемент. Известная технология тренировки и выжигания электродов с целью восстановления проводимости искрообразующего элемента перед эксплуатацией свечи ведет к разрушению дискового контакта, контактного буртика и искрообразующего элемента. При этом изнашивающаяся рабочая поверхность искрообразующего элемента отступает вглубь корпуса. В результате этого увеличивается ширина кольцевого искрового зазора и длина пути электрического разряда вплоть до полного разрыва электрической цепи, образованной дисковым контактом, искрообразующим элементом и контактным буртиком. Заложенная в конструкции взаимная неподвижность элементов препятствует восстановлению гальванического контакта между элементами электрической цепи, поэтому свеча теряет проводимость и перестает работать.
Задачей изобретения является повышение надежности контактных соединений свечи зажигания и, как следствие, продление срока ее службы.
Поставленная цель достигается тем, что в свече зажигания поверхностного разряда, содержащей цилиндрический корпус, на рабочем торце которого выполнен контактный буртик, кольцевой искрообразующий элемент с рабочей поверхностью, центральный электрод с дисковым контактом и два коаксиальных изолятора. Новым, согласно изобретению, является то, что контактный буртик и дисковый контакт снабжены кольцевыми контактными выступами, ориентированными навстречу рабочей поверхности искрообразующего элемента, который подпружинен через коаксиальные изоляторы к контактному буртику и дисковому контакту с противоположной стороны рабочего торца цилиндрического корпуса, причем между последним, кольцевым искрообразующим элементом и центральным электродом выполнены диэлектрические зазоры.
На чертеже приведено продольное сечение свечи зажигания поверхностного разряда.
Свеча зажигания поверхностного разряда содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположены внутренний 2 и внешний 3 коаксиальные изоляторы. Во внутреннем изоляторе 2 соосно установлен центральный электрод 4 с дисковым контактом 5. На рабочем торце корпуса 1 выполнен контактный буртик 6, между ним и изоляторами 2 и 3 установлен кольцевой искрообразующий элемент 7 с рабочей поверхностью 8. Кольцевой искрообразующий элемент 7 выполнен из полупроводящего материала, например, мягкого феррита. Между кольцевым искрообразующим элементом 7 и цилиндрическим корпусом 1, а также между кольцевым искрообразующим элементом 7 и центральным электродом 4 выполнены диэлектрические зазоры, соответственно, 9 и 10. На контактном буртике 6 и дисковом контакте 5 расположены кольцевые контактные выступы, соответственно, 11 и 12, которые ориентированы навстречу рабочей поверхности 8 кольцевого искрообразующего элемента 7 и образуют на ней между собой кольцевой искровой зазор 13. С противоположной стороны рабочего торца корпуса 1, последний и центральный электрод 4 имеют опорные площадки, соответственно, 14 и 15. Между опорной площадкой 14 и внешним изолятором 3, а также между опорной площадкой 15 и внутренним изолятором 2 установлены подпружинивающие элементы, соответственно, 16 и 17.
Свеча зажигания поверхностного разряда работает следующим образом.
При подаче напряжения между корпусом 1 и центральным электродом 4 рабочая поверхность 8 кольцевого искрообразующего элемента 7 под действием протекающего по ней электрического тока разогревается местами температурой выше 700°С. При этом происходит частичное испарение полупроводящего материала, в результате чего газ в кольцевом искровом зазоре 13 ионизируется. Через ионизированную газовую среду вдоль рабочей поверхности 8 проскакивает искровой разряд, развивающийся в плазменный сгусток с температурой более 4000°С, который воспламеняет топливовоздушную смесь, подаваемую на рабочий торец корпуса 1. Кольцевой искрообразующий элемент 7 постоянно поджимается к кольцевым контактным выступам 11 и 12 через коаксиальные изоляторы, соответственно, 3 и 2 под действием, соответственно, подпружинивающих элементов 16 и 17, упирающихся в опорные площадки, соответственно, 14 и 15. Этим обеспечивается перемещение кольцевого искрообразующего элемента 7 к кольцевым контактным выступам 11 и 12 на величину износа рабочей поверхности 8. Ориентирование кольцевых контактных выступов 11 и 12 навстречу рабочей поверхности 8 кольцевого искрообразующего элемента 7 способствует сохранению размера кольцевого искрового зазора 13 при эрозии металлических контактов. Все это создает постоянные и надежные контакты в электрической цепи, образованной корпусом 1, рабочей поверхностью 8 искрообразующего элемента 7 и дисковым контактом 5 центрального электрода 4 даже при значительном износе рабочей поверхности 8. Наличие диэлектрических зазоров 9 и 10 препятствует протеканию паразитных токов через внутреннюю и внешнюю боковые стенки искрообразующего элемента 7 по его объему, что уменьшает нагрев свечи джоулевым теплом, улучшает ее теплостойкость. Вследствие этого свеча продолжает стабильно и надежно работать даже при значительном износе рабочей поверхности 8 кольцевого искрообразующего элемента 7, а долговечность свечи увеличивается.
Применение изобретения позволяет повысить надежность контактных соединений свечи зажигания, улучшить ее теплостойкость, увеличить КПД и продлить срок службы.