СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к свечам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и направлена на снижение токсичности выхлопных газов.
Известна свеча зажигания, содержащая корпус, изолятор, центральный и боковой электроды. На наружной поверхности изолятора нанесено оксидное покрытие, являющееся промотором горения (1). Известны свечи зажигания ДВС, у которых центральный и боковой электроды снабжены покрытием из дорогостоящего металла (2, 3). Известна свеча зажигания, у которой на нижнюю часть центрального электрода и на поверхность сопловой части нанесено электроэрозионное покрытие (4). Известные технические решения направлены на увеличение срока службы свечи и не решают задачи - снижения токсичности выхлопных газов.
Известны свечи, которые снабжены дополнительными элементами. Так в патенте на изобретение (5), в корпусе со стороны теплового конуса изолятора установлена вставка из металла, обладающего каталитическими свойствами. Вставка обеспечивает уверенный поджог рабочей смеси в камере ДВС, и более полное ее сгорание. Недостатком этого технического решения является то, что вставка удалена от зоны первичного искрообразования, что снижает ее эффективность.
В патенте на полезную модель (6) свеча снабжена насадкой из жаропрочного сплава с каталитическими свойствами, закрепленной на внешней стороне корпуса. Недостатком этого технического решения является усложнение конструкции свечи и частичная изоляция зоны первичного поджигания рабочей смеси.
Известно техническое решение (7), в соответствии с которым для улучшения эксплуатационных параметров машины, экономии горючего, получения более «чистого» выхлопа и повышения КПД машины на боковом электроде выполнено отверстие, а на центральном - соосно с отверстием - выемка. Вокруг отверстия выполнен зубчатый
буртик. Недостатком такого технического решения является повышенный электроэрозионный износ искрообразующих кромок, образование нагара.
Наиболее близким техническим решением является свеча зажигания, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус, изолятор, центральный и боковой электроды, причем искрообразующая часть центрального электрода и боковой электрод снабжены покрытием, состоящим из одного или нескольких оксидных соединений металлов: хрома, марганца, никеля, меди, палладия и платины (8). Покрытие обеспечивает уменьшение нагарообразования, снижение расхода бензина, выхлопа несгоревших углеводородов топлива и содержание оксида углерода в выхлопных газах. Недостатком технического решения является то, что покрытие нанесено только на металлические поверхности и занимает небольшую площадь. Кроме того, способом нанесения покрытия, описанным в патенте, невозможно создать определенные оптимальные композиции окислов по составу и содержанию. Все что снижает эффективность действия покрытия на уменьшение токсичности выхлопных газов, а также эффективность сокращения времени поджигания топливного заряда.
Технической задачей полезной модели является снижение токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием и повышение эффективности работы двигателей за счет сокращения времени поджигания топливного заряда.
Задача решается тем, что в свече зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей корпус, внутри которого установлен изолятор с выступающим из него центральным электродом, и боковой электрод, снабженные покрытием, содержащим металлические и/или оксидные каталитические присадки, покрытием снабжены поверхности центрального и бокового электродов, не участвующие в искрообразовании, и прилегающие к электродам поверхности корпуса свечи и теплового конуса изолятора.
2
3
2
5
2
3
2
2
3
В качестве материалов покрытия предлагается брать металлы Сu, Mn, Ag, V, W, Мо и окислы металлов АlО, TiO, VO, СrС, MnO, CuO, ZnO, FeO, FeO, NiO, BaO в порошкообразном виде в различных сочетаниях, при этом порошкообразные присадки закреплены на поверхностях связующим, например жидким стеклом высушенным и прокаленным.
Покрытие может быть нанесено как на свечи, не имеющие какие-либо другие покрытия, так и на свечи имеющие известные функциональные покрытия рабочих искрообразующих поверхностях электродов, например покрытие для улучшения искрообразования, для уменьшения нагара дли уменьшения эрозии и т.п.
Нанесение покрытия на указанные поверхности увеличивает эффективность действия каталитических присадок за счет возрастания контактной поверхности.
Нанесение каталитического покрытия с использованием жидкого стекла обеспечивает возможность его нанесения, как на металлические, так и на неметаллические поверхности, позволяет использовать катализаторы в порошковом виде в любом сочетании и тем самым обеспечивает возможность получения наиболее эффективного состава.
2
3
2
5
2
3
2
2
3
В качестве катализаторов-ускорителей горения, предлагаются металлы и окислы металлов Сu, Mn, Ag, V, W, Мо и окислы металлов АlО, TiO, VO, СrО, MnO, CuO, ZnO, FeO, FеО, NiO, BaO, применение которых поврозь или в различных сочетаниях как ускорителей горения известно.
На рис.1 показана рабочая часть свечи.
Свеча состоит из корпуса 1, внутри которого расположен изолятор 2 с тепловым конусом. По центру изолятора установлен центральный электрод 3. На корпусе расположен боковой электрод 4. Покрытие нанесено на боковую выступающую из изолятора поверхность 5 центрального электрода, на верхнюю и боковые поверхности 6 бокового электрода, торцевую поверхность 7 корпуса, и на внутреннюю поверхность 8
корпуса и наружную поверхность 9 теплового конуса изолятора, доступные для нанесения покрытия. Таким образом, указанным покрытием снабжены все поверхности свечи, прилегающие к рабочим искрообразующим частям электродов.
Покрытие нанесено с помощью связующего материала. Таким связующим материалом может быть, например, жидкое стекло, которое может быть легко смешано с любыми выбранными порошкообразными каталитическими присадками. Причем получаемая композиция является сама изолятором даже при высоком содержании (до 30%) металлического катализатора, например меди, серебра. Жидкое стекло наносят тонким слоем на все доступные поверхности, сушат и прокаливают до затвердения. После нанесения покрытия рабочие поверхности электродов зачищают. Если свеча до нанесения заявленного покрытия имела на электродах какое-либо другое функциональное покрытие, то зачистку осуществляют со снятием слоя заявленного покрытия, оставляя функциональное покрытие на рабочих искрообразующих поверхностях электродов.
Испытания предлагаемой конструкции свечи зажигания проводили на двигателе внутреннего сгорания УАЗМ-331. Три комплекта новых свечей Д20А поочередно устанавливали на двигатель и после прогрева двигателя замеряли содержание СО, СхНу в выхлопных газах на холостом ходу и при повышенных оборотах (2000об/мин) Измерение проводили газоанализатором ГАЗТЕСТ - Авеста 4.01.
2
2
3
После зачистки и промывки свечей на электроды и прилегающие свободные участки поверхности изолятора и корпуса свечей наносили покрытие с каталитическими присадками, в качестве которых была выбрана композиция Сu, МnО, и FеO, В качестве связующего использовали жидкое стекло. После зачистки искрообразующих поверхностей электродов свечи устанавливали на двигатель и в том же порядке замеряли указанные выше компоненты выхлопных газов.
Результаты испытаний приведены в табл. (среднее для трех комплектов).
Используемые свечи
Содержание СО и СхНу в выхлопных газах
На холостом ходу
При скорости вращения 2000 об/мин
СО
СхНу
СО
СхНу
Серийные свечи
0,60
170
0,40
270
Свечи с покрытием
0,63
168
0,28
140
Как видно из таблицы, содержание СО и СхНу практически не изменилось на холостом ходу и существенно уменьшилось на рабочих режимах работы двигателя при n=2000 об/мин.
Были проведены также длительные испытания свечей с покрытием. Проводили замеры СО и СхНу вначале работы двигателя и после 1000 км пробега автомобиля. Замеры показали что содержание указанных компонентов в выхлопных газах вначале и после пробега практически не отличалось. Двигатель работал устойчиво на всех режимах эксплуатации, нагар на рабочих поверхностях свечей практически отсутствовал.
Таким образом, свеча зажигания с каталитическим покрытием позволила снизить токсичность выхлопных газов на 30-40%.
Источники информации:
1. Патент на изобретение РФ №2101820 кл. H 01 N 13/00, 1998 г.
2. Патент США №4826462, кл. 445-7, 1989 г.
3. Заявка ЕПВ №0243529, Н 01 Т 21/02.
4. Патент на полезную модель РФ №15816, кл. Н 01 Т 21/02, 2000 г.
5. Патент на изобретение РФ №2002347, кл. Н 01 Т 13/20, 1998 г.
6. Патент на изобретение РФ №35042, кл. Н 01 Т 13/00, 2003 г.
8. Патент на изобретение РФ №2040092, кл. Н 01 N 13/39, 1993 г.