Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к системе зажигания двигателя, и может быть использована для конвертированных двигателей, работающих на компримированном природном газе, в частности, в переоборудованном дизельном двигателе Iveco Cursor 13.
При создании системы зажигания одной из технических проблем является создание надежной конструкции с применением средств для организации герметичности в зонах воздействия влаги, охлаждающей жидкости, масла, масляных паров, находящихся под крышкой головки бока цилиндров и в ее каналах подклапанного пространства, имеющих конусную часть.
В описании к патентному документу CN 208127006 раскрыта система зажигания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), работающего с использованием природного газа. Данная система зажигания включает головку блока цилиндров (ГБЦ), свечу, связанную со свечным колодцем, свечной наконечник, катушку зажигания, уплотнение.
При этом свечной колодец выполнен из резины для предотвращения попадания воды, пыли и посторонних веществ в цилиндр двигателя. Кроме того, материал свечного колодца выполняет функцию изолятора, а его конструкция выполнена так, что в нее возможно заливать изолирующий материал, который затем полимеризуется с формированием уплотнения под обмоткой катушки зажигания.
Известная катушка зажигания обеспечивает надежность работу системы зажигания в условиях высоких температур при нагревании обмотки и сердечника катушки зажигания вследствие организации уплотнения из полимеризующейся резины и выполнения корпуса (свечного колодца) из резины.
Однако предложенная конструкция не обладает свойством удобства монтажа вследствие необходимости заливать полимеризующийся материал через узкое отверстие в полость корпуса (свечного колодца).
Следует отметить, что в документе CN 208127006 нет указания на особенности формы места установки свечи зажигания в головке блока цилиндров, столь важной для предлагаемой полезной модели с точки зрения организации системы уплотнений.
Из описания к патенту RU 64704 известна система зажигания ДВС, имеющая в своем составе: выполненный канал в головке блока цилиндров катушку зажигания (исходя из фигуры 1 к описанию патента RU 64704), на которой изображен общий вид V-образного многоцилиндрового двигателя), выполняющий функцию свечного колодца свечной стакан, свеча зажигания, связанная через электрод с катушкой зажигания. Свечной стакан выполнен сужающимся книзу с двумя уступами.
Надежность известной системы зажигания ставится под сомнение вследствие отсутствия системы окружающих свечной колодец уплотнений, предотвращающих попадание нежелательных сред, как это было указано выше.
В качестве наиболее близким аналогом выбрана система зажигания ДВС, известная из патента RU 161538. Данная система зажигания включает свечу зажигания, установленную в стакане, связанным со свечным колодцем; внутри свечного стакана проходит свечной наконечник, соединяющий указанную свечу зажигания и катушку зажигания, при этом стакан свечи зажигания выполнен ступенчатым с широкой и узкой частью, соединенной резьбовым соединением с соответствующим посадочным местом в канале головки блока цилиндров. Кроме того, форма свечного стакана (стакана форсунки) обусловила указание на форму уплотнения, а именно конусное уплотнение между свечным стаканом и посадочным местом канала ГБЦ.
Из описания к патенту RU 161538 следует, что свечной колодец выполнен составным. Отказ от использования такой конструктивной особенности в предлагаемом техническом решении продиктован невозможностью точной посадки свечного стакана (стакана форсунки) в соответствующее место канала ГБЦ, так как при нарезании резьбы для завинчивания свечного стакана существует вероятность несоблюдения соосности последнего и посадочного места.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении надежности системы зажигания ДВС.
Технический результат - предотвращение нежелательного попадания внешней среды (воды, влаги, охлаждающей жидкости, масла и масляных паров) в полость входящих в систему зажигания свечного колодца и свечного стакана.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой системе зажигания двигателя внутреннего сгорания, которая включает установленную в стакане свечу зажигания, свечной колодец со свечным наконечником, который соединяет указанную свечу зажигания и катушку зажигания, -наружная поверхность нижней части свечного колодца, установленной в канал головки блока цилиндров, выполнена с кольцевыми канавками, в каждой из которых удерживается уплотнительное кольцо, при этом между канавками с уплотнительными кольцами расположены участки свечного колодца, к данным участкам примыкают имеющиеся в головке блока цилиндров полости, стакан свечи зажигания выполнен ступенчатым с широкой и узкой частью, соединенной резьбовым соединением с соответствующим посадочным местом в канале головки блока цилиндров, широкая часть свечного стакана опирается через кольцевую медную прокладку на поверхность стального конического уплотнительного кольца, боковая поверхность которого выполнена конической формы, адаптированной к соответствующей форме посадочной поверхности головки блока цилиндров.
В предлагаемой системе наружная поверхность верхней части свечного колодца на участке перехода к нижней части, представляющем собой монтажный участок, может быть выполнена плоской для прилегания и крепления монтажного элемента, например, скобы, предназначенной для удержания свечного колодца в головке блока цилиндров. Кроме того, верхняя кромка свечного колодца может быть выполнена с уступом, предназначенным для установки уплотнительного элемента, например, резинового кольца, и может быть выполнена с полированной поверхностью.
Система зажигания ДВС представляет собой находящиеся в конструктивном и функциональном единстве соединенные сборочными операциями составные части, обусловливающие повышение надежности с обеспечением герметичности. Так, выполнение канавок на наружной поверхности нижней части свечного колодца, установленной в канал ГБЦ, с кольцами (каждое из которых установлено в соответствующей канавке) предотвращает попадание нежелательной среды в полость свечного колодца и свечного стакана. Выполнение каналов в нижней части свечного колодца определяется конструктивными особенностями ГБЦ переоборудованного дизельного двигателя Iveco Cursor 13. Иными словами, на наружной поверхности свечного наконечника кольцевые канавки выполнены так, чтобы между ними находились полости, примыкающие к данной поверхности и предназначенные для нахождения нежелательной среды.
Наличие стального конического уплотнительного кольца с боковой конической поверхностью (далее - коническое кольцо) продиктовано тем, что в ГБЦ сужение канала со свечным колодцем и свечным стаканом к концевой части с резьбовым участком (с внутренней резьбой), предназначенным для резьбового соединения со свечой зажигания, выполнено через участок конической формы, заложенный конструктивно в исходной детали. При этом используемый парк металлорежущих станков способен обеспечить доступ инструмента для нарезания резьбы только со стороны камеры сгорания.
Итак, при резьбовом соединении свечного стакана с местом установки допускается несоосность взаимного расположения оси вращения указанного свечного стакана и оси вращения двух участков: конического участка сужения канала и концевой части с резьбовым участком. По этой причине использование одного уплотнительного конического кольца в посадочном месте ГБЦ недостаточно для обеспечения герметичности рубашки охлаждения ГБЦ от проникающих снизу газов камеры сгорания. Следовательно, наличие второго уплотнительного кольца-прокладки, расположенного между плоской поверхностью конического кольца и плоскостью опоры ступенчатого участка свечного стакана, приводит к созданию герметичного самоцентрирующегося уплотнения в посадочном месте свечного стакана, нивелирующего допускаемую несоосность. Свойство уплотнения (или самоцентрируемости) проявляется при резьбовом соединении свечного стакана с местом установки в канале ГБЦ, во время которого относительно оси вращения свечного стакана коническое кольцо занимает свое положение со смещением, а кольцо-прокладка - без смещения, так как его ось совпадает с осью вращения стакана благодаря возможности взаимного смещения в горизонтальном направлении контактирующих плоских поверхностей указанных двух колец - кольца-прокладки и конического кольца. Таким образом, наличие двух колец в подобной взаимосвязи создает две степени свободы, обусловливающие герметичность уплотнения: коническое кольцо предотвращает попадание газов камеры сгорания в систему охлаждения через конусную поверхность, а кольцо-прокладка предотвращает попадание таких газов в полость свечного колодца через вертикальные каналы.
Для повышения надежности системы зажигания свечной наконечник контактирует со свечным колодцем через резиновую прокладку, установленную в выполненном на верхней кромке свечного колодца уступе. Данный прием обеспечивает герметичность ГБЦ от попадания влаги в свечной колодец.
Выполнение плоской площадки на наружной поверхности верхней части свечного колодца целесообразно с точки зрения прилегания к ней и закрепления крепежного элемента, например, скобы, установленной на поверхности ГБЦ.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фигуре 1 изображена система зажигания переоборудованного дизельного двигателя  Cursor 13, а на фигуре 2 укрупненно показано посадочное место
свечного стакана с кольцом-прокладкой и коническим кольцом в ГБЦ.
Сборочными операциями в предлагаемом устройстве объединены: головка блока цилиндров 1, в которой выполнены каналы, каждый из которых предназначен для установки свечного стакана 2 со свечой зажигания 3, соединенной с катушкой зажигания 4 через свечной наконечник 5 (с центральным электродом), который проходит в корпусе - свечном колодце 6.
Свечной колодец 6 выполнен в виде единой детали, например, из алюминия. Нижняя часть свечного колодца 6 установлена непосредственно в канал ГБЦ. При этом на наружной поверхности свечного колодца, более точно на участке, примыкающем к каналу ГБЦ, выполнена площадка 7, к которой прилегает скоба 8, установленная на поверхности ГБЦ, например, посредством болтового соединения.
Как было указано выше, наружная поверхность свечного колодца 6, находящаяся в канале ГБЦ, называемая нижней частью, выполнена с тремя кольцевыми канавками 9, в которые установлены соответствующие уплотнительные резиновые кольца.
Наличие трех канавок определено тем, что к свечному колодцу 6 примыкают полости ГБЦ, предназначенные для циркуляции дизельного топлива, которое не требуется для газового двигателя.
Для установки свечного стакана 2 в канал ГБЦ используется резьбовое соединение 10, при этом свечной стакан 2 выполнен ступенчатым с широкой и узкой частями; узкая часть соединена резьбовым соединением с соответствующим посадочным местом в канале головки блока цилиндров 1. При этом переход от широкой части канала в ГБЦ к узкой части с резьбой 10 выполнен благодаря наличию конического участка.
Нормированные допуски отклонения от соосности двух сборочных единиц -свечного стакана 2 и места его установки вместе с переходным коническим участком обусловили организацию самоцентрирующегося уплотнения, состоящего из стального конического кольца 11 и кольца-прокладки 12. Таким образом, широкая часть свечного стакана 2 опирается на поверхность уплотнительного кольца 11 через медную кольцевую прокладку 12.
Материал кольца-прокладки (медь) 12 выбран исходя из необходимости упругой деформации кольца прокладки для обеспечения герметизации присоединяемых деталей конического кольца 11 и свечного стакана 2.
Материал конического кольца (сталь) выбран исходя из высоких локальных давлений в месте соединения конического кольца 11 и головки блока цилиндров 1.
В верхней части свечного колодца 6 кромка выполнена с уступом, в котором размещено резиновое уплотнительное кольцо 13 для контакта с крышкой клапанов. Причем поверхность уступа выполнена полированной для обеспечения плотности прилегания кольца 13 для обеспечения герметичности пространства, расположенного под крышкой клапанов.
На наружной поверхности свечного колодца 6 выполнена плоская площадка 7, к которой одним концом прикреплена скоба 8, установленная на поверхности ГБЦ. Скоба 8 выполняет функцию крепежного элемента для устойчивого положения свечного колодца 6.
Перед установкой свечного стакана 2 со свечой зажигания 3 устанавливается последовательно конической кольцо 11, затем кольцо-прокладка 12. При резьбовом соединении свечного стакана 2 с местом установки происходит взаимное смещение горизонтальных контактирующих поверхностей элементов 11 и 12, в результате которой происходит герметизация по поверхности конуса переходного участка канала ГБЦ и герметизация по горизонтальной поверхности уступа свечного стакана 2.
Предлагаемая система зажигания ДВС обладает свойством ремонтопригодности, влияющей на повышение надежности, вследствие возможности проведения сервисных процедур, например, по замене свечи зажигания с возможностью сборки самоцентрирующегося уплотнения и сохранения герметичности системы зажигания.
При установке в канал ГБЦ свечного колодца 6 уплотнительные кольца в кольцевых каналах 9 препятствуют нежелательному проникновению внешней среды в полость свечного колодца, тем самым обеспечивая герметичность.
Монтаж элементов системы зажигания происходит штатным образом, подробно описанным в уровне техники, и не требует подробного раскрытия в данном описании с точки зрения пояснения для достижения технического результата.
При использовании полезной модели повышается надежность системы зажигания вследствие обеспечения непроницаемости всех участков соединения свечного колодца и свечного стакана от нежелательной среды - воды, влаги, охлаждающей жидкости, масла и масляных паров, - циркулирующей в полостях и каналах головки блока цилиндров. При этом при изготовлении устройства нет необходимости в высокой точности обработки поверхностей сборочных единиц для точной стыковки, способствующей герметичности. Таким образом, организация системы уплотнения позволяет использовать существующий станочный парк, обусловливающий снижение материалоемкости системы зажигания по пути снижения затрат на ее переоборудование в конвертированных двигателях  Cursor 13 при обеспечении технологичности и ремонтопригодности.