СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам зажигания горючей смеси в двигателях на легком топливе, а именно к свечам зажигания, предназначенным для воспламенения горючей смеси в двигателях на легком топливе.
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).
Дальнейшее развитие горения определяется 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 воспламенять 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.
В основном исследования проводились с форкамерными свечами зажигания, например, патент Немецкого Рейха №661768, опубликован 2.06.1938 и патент RU №2239925, опубликован 10.11.2004. Основным признаком форкамерных свечей, содержащих корпус, изолятор и центральный электрод, является наличие внутри корпуса полости, играющей роль форкамеры, и узкого канала (сопла), связывающего форкамеру с камерой сгорания двигателя.
Форкамерным свечам свойственен ряд недостатков. Объем форкамеры мал для накопления необходимого заряда горючей смеси. Холодные стенки форкамеры усугубляют первый недостаток за счет тепловых потерь в стенки. Отсутствует вентиляция, и остаточные газы еще более снижают заряд горючей смеси и повышают нестабильность зажигания. Это в сумме проявляется 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 конусного резонатора.
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 (см. АС СССР №1720115, по кл. H01T 13/00, 1992).
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.
Однако из-за холодных стенок рабочей полости корпуса эффективность данной свечи была невысокой.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является свеча зажигания, содержащая корпус с боковым электродом, изолятор с центральным электродом и соединенную с корпусом насадку с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью и размещенный в ее канале боковой электрод (см. патент US №6667568).
В известной конструкции благодаря низкой теплопроводности насадки уменьшились тепловые потери свечи зажигания.
Однако, недостатком известной конструкции является значительные тепловые потери в холодные стенки рабочей камеры корпуса свечи зажигания и в боковой электрод, что приводит к снижению эффективности, надежности и других характеристик свечи зажигания.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание свечи зажигания, лишенной указанных недостатков.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием свечи зажигания, содержащей корпус с боковым электродом, установленный в его центральном отверстии изолятор с центральным электродом, торец которого образует с боковым электродом искровой зазор, и соединенная с корпусом насадка, имеющая внутреннюю расширяющуюся наружу конусную поверхность и канал для бокового электрода, в которой, согласно полезной модели, насадка закреплена в центральном отверстии корпуса, а боковой электрод расположен снаружи насадки, причем конец бокового электрода, образующий искровой зазор, расположен над насадкой.
Предлагаемая полезная модель позволяет защитить накапливаемую тепловую энергию во внутренней полости свечи зажигания от холодных стенок корпуса и бокового электрода.
Кроме того, в предлагаемой конструкции улучшаются условия охлаждения бокового электрода за счет вихревых потоков, что снижает тепловую нагрузку на свечу зажигания.
Расположение конца бокового электрода, образующего искровой зазор, над насадкой позволяет производить поджиг горючей смеси только в рабочей полости свечи зажигания.
В предлагаемой полезной модели улучшается пробой искрового зазора.
Наличие вентиляционных отверстий в конусной насадке улучшает вентиляцию внутренней полости свечи зажигания и охлаждение изолятора. Также повышается дальность «стрельбы» свечи за счет эжекторного эффекта.
Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков в аналогичных свечах зажигания, т.е. предлагаемое решение, соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность предлагаемой свечи зажигания поясняется нижеследующим описанием предлагаемой полезной модели и чертежом, где показан продольный разрез свечи зажигания.
Свеча зажигания содержит корпус 1 с боковым электродом 2, установленный в его центральном отверстии 3, изолятор 4 с центральным электродом 5, торец которого образует с боковым электродом искровой зазор 6, насадку 7, закрепленную в центральном отверстии 3 корпуса 1.
В зависимости от технологических требований насадка 7 может быть выполнена тонкостенной из жаростойкого сплава с каталитическими свойствами с внутренней расширяющейся наружу конусной поверхностью 8 и каналом 9, предназначенным для размещения в нем бокового электрода 2.
Конусная насадка 7 имеет вентиляционное отверстие 10.
В предлагаемой полезной модели конец 11 бокового электрода, образующий искровой зазор 6, расположен над насадкой 7, а именно, выше плоскости 12, проходящей через внешнюю кромку конусной насадки 7.
Свеча зажигания работает следующим образом.
Во время такта сжатия происходит уплотнение горючей смеси, что приводит к повышению давления и температуры.
При подаче высоковольтного напряжения на центральный электрод 5 начинается ионизация искрового зазора 6. В определенный момент времени наступает пробой искрового зазора 6.
Ток разряда искры обладает высокой температурой, что приводит к образованию плазменного шарика и воспламенению горючей смеси. Несмотря на наличие газового вихря, сильное поле конусной насадки защищает от
распространения пламени в камере сгорания двигателя. Горение развивается только во внутренней полости свечи зажигания.
Выделяемая тепловая энергия хорошо накапливается, так как внутренняя полость хорошо защищена горячими стенками насадки 7 и отсутствием в ней бокового электрода 2.
В определенный момент времени (при завершении такта сжатия) свеча зажигания «выстреливает» запасенной тепловой энергией в виде мощного расширяющегося плазменного факела. При достижении факелом центра камеры сгорания, горение развивается симметрично и быстро.
Это значительно повышает все характеристики двигателя.
Предлагаемая свеча зажигания была опробована и результаты показали, что искровой зазор можно увеличить с 0,8 мм до 1,5 мм без ущерба для высоковольтной части системы зажигания.
Значительно расширился крутящий момент на «низах и верхах». Так легковой автомобиль способен ехать и разгоняться на 5-ой передаче от 300 об/мин. На 1-ой передаче крутящий момент не снижается до 7 тыс. об/мин. Это позволяет получить рекордные экономические, динамические и др. характеристики.