СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Настоящая полезная модель относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания и может быть использована в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания автомобилей, в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания других транспортных средств и промышленного оборудования, содержащих двигатели внутреннего сгорания, а также в системах запуска турбовинтовых двигателей. Заявляемая полезная модель касается свечей зажигания, которые состоят из металлического корпуса с боковыми дугообразными электродами, приваренными к торцу внутренней цилиндрической части и высоковольтного изолятора, внутри которого размещен центральный электрод.
В настоящее время известны свечи зажигания для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), состоящие из металлического корпуса, высоковольтного изолятора, по оси которого проходит центральный электрод, выступающий на определенное расстояние из конечной части изолятора, и боковой дугообразный электрод, приваренный одним концом к торцу внутренней цилиндрической части корпуса, причем центральный электрод и боковой дугообразный электрод образуют искровой промежуток (см. Акимов С.В. и др. Электрическое и электронное оборудование автомобилей, М., Машиностроение, 1988, стр.123; Орлик А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. М., Машиностроение, 1990, с.161; Литвиненко В.В. Сироткин А.П. Эксплуатация электрооборудования легковых автомобилей. М. ДОСААФ 1986, стр.119-120; ж. «За рулем» №10 (892), 2005 г.; описание полезной модели по патенту №2260889, МПК Н01Т 13/20, 2005 г).
Известна также свеча зажигания, состоящая из металлического корпуса и высоковольтного изолятора, по оси которого проходит центральный электрод, выступающий на определенную величину из конечной части изолятора, и боковой электрод, выполненный в виде двух и более секций, причем в каждой секции бокового электрода имеются сквозные отверстия (см. описание изобретения «Устройство для поджига горючей смеси» к патенту РФ №2074609 ).
Известны также серийно выпускаемые свечи зажигания «Bosch Super 4», выпускаемые ОАО «Роберт Бош Саратов», с одним центральным электродом и четырьмя боковыми дугообразными электродами, приваренными к торцу внутренней цилиндрической части корпуса и образующими с центральным электродом искровые промежутки (см. материалы Интернет-сайта «Свечи зажигания «Bosch Super 4»). Указанные конструкции свечей зажигания по патенту РФ №2074609 и «Bosch Super 4» имеют лучшие показатели надежности зажигания топливной смеси сравнительно с одноэлектродной конструкцией. Наличие нескольких (2-4) искровых промежутков повышает вероятность воспламенения топливно-воздушной смеси (ТВС), однако при поступлении высоковольтного импульса формируется искра только в одном искровом промежутке, электрическая прочность которого меньше, чем других. Другие искровые промежутки при этом шунтируются возникшим искровым разрядом и искра в них не возникает. С другой стороны, большое количество боковых дугообразных электродов создает большее экранирование фронту распространения пламени топливной смеси, из-за чего топливно-воздушная смесь (ТВС) в цилиндрах сгорает не полностью. При образовании искры большая часть ТВС воспламеняется и сгорает, но часть ТВС не сгорает по указанным обстоятельствам. При этом возрастают выбросы вредных веществ, а продукты горения осаждаются на электродах свечи, на стенках цилиндров и на поверхности поршней двигателя. Кроме того, усложняется конструкция изготовления металлического корпуса и ухудшаются эксплуатационные показатели из-за отсутствия возможности регулировки искрового промежутка между электродами. Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности является свеча зажигания по патенту РФ №2043683, состоящая из металлического корпуса с закрепленным в нем высоковольтным изолятором и центрального электрода, установленного по оси изолятора, на конце электрода укреплен наконечник с радиальными выступами, образующими с торцевой поверхностью внутренней части корпуса искровые промежутки, причем наконечник выполнен из электропроводящего материала с высоким электрическим сопротивлением.
Заявленная цель согласно описанию изобретения к патенту №2043683 - повышение надежности и долговечности работы свечи зажигания. В качестве материала наконечника могут применяться существующие в электротехнической отрасли жаростойкие металлические сплавы с большим электрическим сопротивлением, например, константан, манганин (удельное сопротивление 0,42-0,52 мкОм/м) или сплав Х27Ю5Т (удельное сопротивление 1,47-1,57 мкОм/м), [см. Н.В.Никулин «Справочник молодого электрика по электротехническим материалам и изделиям» М. Высшая школа, 1982, стр.146-148].
По утверждению автора патента такое решение обеспечивает одновременное (синхронное) образование электрических искр в каждом искровом промежутке.
Для определения условий синхронного образования искр в каждом искровом промежутке проведено исследование электрической схемы свечи зажигания по патенту №2043683. Получены результаты: для устойчивого синхронного образования искр в каждом искровом промежутке электрическое сопротивление каждого радиального выступа должно быть не менее 250 Ом.
(факт)
(треб)
В случае применения для радиальных выступов сплава Х27Ю5Т (самое большое удельное сопротивление из числа других сплавов) максимально возможное электрическое сопротивление одного радиального выступа составит примерно 0,01 Ома, это гораздо меньше требуемой величины, равной 250 Ом, т.е. r<<R.
Отсюда следует, что режим синхронного образования электрических искр в каждом искровом промежутке по авторскому свидетельству №2043683 принципиально нереализуем. Свеча, изготовленная по патенту №2043683 работает аналогично серийным свечам зажигания «Bosch Super 4»: при поступлении высоковольтного импульса образуется искра только в одном искровом промежутке.
В ДВС с такими свечами зажигания топливная смесь также сгорает не полностью, имеет место выделение вредных веществ, продукты горения осаждаются на электродах свечи и на поверхности поршней и цилиндров двигателя. Это конструктивное свойство таких свечей конструкций. С другой стороны, изменения формы и количества электродов, установка на центральном электроде наконечника с радиальными выступами или установка четырех боковых дугообразных электродов на металлическом корпусе приводят к усложнению технологии производства и процесса эксплуатации свечи и увеличивают стоимость изготовления.
Однако повышение полноты сгорания топливной смеси, снижение уровня вредных выбросов и повышение надежности работы свечи возможно посредством иного технического решения.
В основу настоящей полезной модели положена техническая задача повышения полноты сгорания топливной смеси, снижения уровня вредных выбросов и повышения надежности работы свечи зажигания за счет синхронного формирования искры в двух искровых промежутках. Режим синхронного образования электрических искр в двух искровых промежутках увеличивает полноту сгорания топливной смеси, уменьшает количество вредных выбросов и повышает вероятность безотказной работы свечи. К примеру, при вероятности безотказной работы одноэлектродной свечи, равной 0,9, вероятность безотказной работы свечи с двумя автономными искровыми промежутками составляет 0,99. Увеличение полноты сгорания ТВС и снижение уровня вредных выбросов за счет синхронного формирования искр в каждом искровом промежутке реализуется путем технического решения, которое обеспечивает независимость режима работы искровых промежутков.
Поставленная задача решается тем, что свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая металлический корпус с установленным внутри высоковольтным изолятором, центральный электрод, проходящий по оси изолятора и боковые дугообразные электроды, приваренные одним концом к торцу внутренней цилиндрической части корпуса и образующие с центральным электродом искровые промежутки, отличающаяся тем, что внутри высоковольтного изолятора размещены входной электрод, два балластных резистора и два линейных электрода, расположенные симметрично относительно продольной оси изолятора и выступающие на определенную величину из конечной части изолятора, к торцу внутренней цилиндрической части корпуса приварены два диаметрально противоположных дугообразных электрода, образующие с торцами линейных электродов на выходе изолятора два отдельных искровых промежутка, причем верхние выводы балластных резисторов соединены с верхним входным электродом, нижние выводы балластных резисторов соединены соответствующими линейными электродами, а минимальное электрическое сопротивление балластных резисторов составляет 250 Ом.
В совокупности изложенные признаки конструкции свечи обеспечивают более полное сгорание ТВС, снижение уровня вредных выбросов и повышение надежности работы свечи. В дальнейшем настоящая полезная модель поясняется описанием работы свечи зажигания и чертежом. Предлагаемая свеча зажигания (фиг.1) содержит высоковольтный изолятор 1, установленный в металлическом корпусе 5. В высоковольтном изоляторе 1 размещены входной электрод 2, два балластных резистора 3, два линейных электрода 4 совместно с термокомпенсаторами 6 и два выходных электрода 7. К торцу внутренней цилиндрической части корпуса 5 приварены два боковых дугообразных электрода 8, расположенные диаметрально противоположно таким образом, что между ними и торцами выходных электродов 7 образуются два искровых промежутка.
Изолятор 1, корпус 5, электроды 2, 4, 7, 8 балластные резисторы 3 и термокомпенсаторы 6 изготовлены из материалов, применяемых в производстве свечей зажигания для ДВС.
При поступлении высоковольтного импульса напряжения от системы зажигания ДВС в одном из искровых промежутков образуется искра. При этом сопротивление этого искрового промежутка уменьшается и соответственно уменьшается величина напряжения на нем. Однако это не приводит к шунтированию другого промежутка и, соответственно, к уменьшению потенциала на другом искровом промежутке из-за наличия балластных резисторов в каждом электроде. Поэтому в другом искровом промежутке также образуется искра. Этот процесс происходит практически синхронно. Воспламенение и горение ТВС осуществляется от двух искровых разрядов одновременно и с большей скоростью, чем при наличии одного искрового разряда.
Таким образом, при величине сопротивления балластных резисторов, равной или больше указанного минимального значения (250 Ом), предлагаемая конструкция полезной модели обеспечивает синхронное и независимое формирование двух электрических искр в двух искровых промежутках. При синхронном образовании двух электрических искр увеличивается полнота сгорания топливной смеси, снижается уровень вредных выбросов и повышается вероятность безотказной работы свечи зажигания, например, со значения 0,9 для одноэлектродной свечи до значения 0,99 для предлагаемой полезной модели.