СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ
SPARK PLUG

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к свече зажигания для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
В US 2010/0244651 А1 описана ранее известная свеча зажигания, у которой ее боковой электрод в виде перемычки приваривают с обеих сторон к торцу корпуса. Такой боковой электрод из-за наличия двух расположенных против друг друга мест сварного соединения подвержен значительным тепловым напряжениям, которые обусловлены прежде всего различиями в коэффициентах теплового расширения материала бокового электрода и материала корпуса. Помимо этого выполненный в виде перемычки боковой электрод не позволяет в последующем регулировать зазор между ним и центральным электродом путем своего выгибания.
В DE 10155404 А1 описана свеча зажигания указанного в ограничительной части п. 1 формулы изобретения типа. У такой свечи зажигания ее корпус с резьбой очень далеко смещен назад относительно обращенного к камере сгорания конца центрального электрода. По этой причине боковой электрод имеет очень длинную, проходящую параллельно средней оси свечи зажигания часть. Свеча зажигания такой известной конструкции обладает двумя следующими решающими недостатками. Сравнительно большой и длинный боковой электрод имеет сравнительно большую площадь поверхности, доступной для поглощения тепла в камере сгорания. По сравнению со столь большой теплопоглощающей поверхностью боковой электрод имеет лишь очень малое поперечное сечение в месте соединения между ним и корпусом. Лишь это очень малое по своей площади поперечное сечение может использоваться для отвода тепла от бокового электрода в корпус. Подобное неблагоприятное соотношение между площадью теплопоглощающей поверхности и площадью теплоотводящего поперечного сечения приводит к значительной тепловой нагрузке на такой известный боковой электрод и тем самым к интенсификации его окисления и сокращению срока его службы. Помимо этого такой известной конструкции присущи значительные недостатки при регулировке зазора между центральным и боковым электродами. Для настройки этого зазора боковой электрод после его соединения с корпусом необходимо изогнуть в направлении центрального электрода. Известный боковой электрод имеет, как указано выше, очень длинную часть, параллельную средней оси свечи зажигания. При изгибании той части бокового электрода, которая расположена напротив центрального электрода, на параллельную средней оси часть бокового электрода действует неблагоприятный изгибающий момент. По этой причине в свече зажигания такой известной конструкции оптимальная настройка зазора между электродами невозможна.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предлагается свеча зажигания, отличительные признаки которой представлены в п. 1 формулы изобретения и у которой ее боковой электрод поглощает минимально возможное количество тепла через свою поверхность и благодаря этому подвержен меньшему окислению, а также обладает более продолжительным сроком службы. Помимо этого предлагаемая в изобретении свеча зажигания имеет малую длину, обладает высокой жесткостью, а также позволяет легко настраивать зазор между центральным и боковым электродами. Предлагаемые в изобретении свечи зажигания предназначены для применения в стационарных газовых ДВС с предкамерами, характеризующихся высоким давлением в камере сгорания и высокой температурой. Однако целесообразным является и любое иное применение предлагаемых в изобретении свечей зажигания, например на автомобилях. Соответствующие преимущества достигаются при использовании свечи зажигания, имеющей корпус в качестве контакта для замыкания на "массу", которой служит двигатель внутреннего сгорания, центральный электрод, расположенный в корпусе вдоль средней оси свечи зажигания, изолятор между центральным электродом и корпусом и боковой электрод с двумя радиальными частями ("двуплечий" боковой электрод), которые расположены под углом друг к другу в радиальной плоскости, находящейся с обращенной к камере сгорания стороны центрального электрода и перпендикулярной средней оси, при этом каждый из обоих концов бокового электрода соединен с корпусом в своем месте соединения с ним, причем первое расстояние между обращенным к камере сгорания концом корпуса и радиальной плоскостью меньше второго расстояния между одним из мест соединения и средней осью или равно этому второму расстоянию и/или боковой электрод выполнен сужающимся по направлению к средней оси. Решающим фактором, которым определяется площадь поверхности бокового электрода, является его периметр. В соответствии с этим согласно еще одному определению боковой электрод сужается по своему периметру по направлению к средней оси. Места соединения между боковым электродом и корпусом свечи зажигания в предпочтительном варианте выполнены в виде сварных соединений. Радиальная плоскость расположена напротив центрального электрода, соответственно напротив его обращенного к камере сгорания конца. Между боковым электродом в радиальной плоскости и центральным электродом происходит искрообразование в предлагаемой в изобретении свече зажигания. Положенная в основу изобретения задача, а именно уменьшение передачи тепла от камеры сгорания на боковой электрод, решается согласно изобретению двумя различными возможными путями. Согласно первому решению расстояние от обращенного к камере сгорания конца корпуса до радиальной плоскости поддерживают минимально возможным. Благодаря этому уменьшается общая площадь поверхности бокового электрода и вследствие этого снижается поглощение им тепла. Согласно второму решению учитывается тот факт, что в радиальной плоскости боковой электрод подвержен воздействию наибольших температур, преобладающих в камере сгорания. Именно по этой причине боковой электрод выполнен сужающимся по направлению к средней оси свечи зажигания. Тем самым общим для обоих вариантов решения лежащей в основе изобретения задачи является то, что в них предлагается уменьшать площадь поверхности бокового электрода до минимально возможной. Однако в то же время в обоих вариантах боковой электрод выполнен с двумя радиальными частями ("двуплечим"). Обе радиальные части бокового электрода расположены при этом под углом друг к другу, и поэтому оба места соединения между боковым электродом и корпусом расположены не строго диаметрально против друг друга. Вследствие этого путем простого выгибания обеих радиальных частей бокового электрода в направлении центрального электрода можно точно отрегулировать, соответственно настроить зазор между центральным электродом и боковым электродом. Указанные в настоящих материалах расстояния и углы измеряются прежде всего до изгибания бокового электрода в целях точной настройки зазора между электродами свечи зажигания, соответственно данные о таких расстояниях и углах относятся к соответствующим величинам в проекции обеих радиальных частей бокового электрода на радиальную плоскость, перпендикулярную средней оси. Первое расстояние измеряется между обращенным к камере сгорания концом корпуса и радиальной плоскостью. В этой радиальной плоскости боковой электрод имеет определенную толщину, и поэтому первое расстояние соответственно измеряется от середины бокового электрода. Второе расстояние измеряется от средней оси до места соединения. Место соединения также имеет определенную толщину, и поэтому второе расстояние измеряется от центра или середины места соединения.
В зависимых пунктах формулы изобретения представлены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.
В одном из таких предпочтительных вариантов прежде всего предусмотрено выполнять боковой электрод сужающимся в радиальной плоскости по своему периметру по направлению к средней оси. Боковой электрод подвергается наибольшей термической нагрузке прежде всего в радиальной плоскости. Поэтому благодаря сужению бокового электрода именно в этой зоне достигается исключительно эффективное снижение поглощения им тепла.
В еще одном предпочтительном варианте боковой электрод выполнен в виде проволоки, диаметр которой уменьшается по направлению к средней оси. Диаметр такой проволоки в наиболее тонком ее месте прежде всего составляет от 1 до 5 мм, главным образом от 1 до 3 мм. Особенно предпочтительно применение проволоки толщиной 2 мм. Альтернативно этому боковой электрод выполнен в виде металлической листовой детали, измеряемая перпендикулярно средней оси, ширина которой уменьшается по направлению к средней оси. Ширина такой металлической листовой детали в наиболее узком ее месте составляет от 1 до 6 мм, прежде всего от 2 до 5 мм, главным образом от 2,5 до 3,5 мм. Особенно предпочтительно применение металлической листовой детали толщиной 2,8 мм.
Помимо этого возможно также использование металлической листовой детали постоянной ширины или проволоки постоянной толщины. В этом случае предпочтительно, чтобы постоянная толщина проволоки, соответственно постоянная ширина металлической листовой детали, лежали в указанном выше интервале значений.
Помимо этого в еще одном предпочтительном варианте боковой электрод выполнен сужающимся по своему периметру по направлению к средней оси на по меньшей мере 3%, прежде всего на по меньшей мере 5%, в первую очередь на по меньшей мере 7%. Сужение на 5% означает, например, что боковой электрод в одном своем месте имеет ширину 5 мм и толщину 1 мм (в соответствии с чем длина периметра составляет 12 мм), а в другом, расположенном ближе к средней оси, месте имеет ширину 4,7 мм при той же толщине. В месте изгиба между обеими радиальными частями "двуплечего" бокового электрода, которое в предпочтительном варианте расположено непосредственно над центральным электродом, ширина может вновь несколько увеличиваться.
В особенно предпочтительном варианте обе радиальные части бокового электрода расположены в радиальной плоскости под углом друг к другу, который составляет от 20 до 179°, прежде всего от 30 до 179°, в первую очередь от 30 до 170°, главным образом от 60 до 150°, а предпочтительно около 90°. При расположении обеих радиальных частей бокового электрода под углом друг к другу, значение которого лежит в указанных пределах, оба места соединения между боковым электродом и корпусом оказываются расположены не строго диаметрально против друг друга, благодаря чему всегда обеспечивается возможность выгибания бокового электрода в направлении центрального электрода в целях настройки зазора между этими электродами свечи зажигания.
Дополнительно в боковом электроде может быть предусмотрен один или несколько сквозных проходов любой формы прежде всего для возможности влияния на газовый поток в пространстве между тепловым конусом изолятора и корпусом свечи зажигания, соответственно на газовый поток, выходящий из этого пространства.
Помимо этого в еще одном предпочтительном варианте обе радиальные части бокового электрода выполнены за одно целое.
Кроме того, боковой электрод в еще одном предпочтительном варианте имеет проходящую в направлении средней оси выступающую часть между корпусом и радиальной плоскостью. Такую выступающую часть на одном ее конце приваривают к корпусу, а на другом ее конце находится еще одно сварное соединение с радиальными частями бокового электрода. Вместо подобной выступающей части оба конца бокового электрода могут быть загнуты в сторону корпуса.
В особенно предпочтительном варианте обе радиальные части бокового электрода сгибают друг к другу в процессе изготовления, а затем оба конца приваривают к торцу корпуса. Благодаря исключительно короткому выполнению бокового электрода снижается поглощение им тепла. По сравнению со стандартным боковым электродом у предлагаемого в изобретении электрода максимальная температура его нагрева снижается приблизительно на 17%. Выполнение предлагаемого в изобретении бокового электрода "двуплечим", а также двойное его крепление к торцу корпуса повышают жесткость бокового электрода. Благодаря этому практически полностью предотвращается коробление бокового электрода при работе под действием газовых потоков и температурных напряжений. Таким путем жесткость бокового электрода повышается по сравнению со стандартным боковым электродом на приблизительно 300%.
В качестве материала для изготовления бокового электрода в предпочтительном варианте используется низколегированный никелевый сплав. Использование такого сплава позволяет простым образом выставлять зазор между центральным и боковым электродами путем пластической деформации бокового электрода. Используемый низколегированный никелевый сплав благодаря своей пластичности поддается пластической деформации при комнатной температуре без образования трещин. В предпочтительном варианте на боковой электрод наносят благородный металл для образования износостойкой поверхности. В принципе для изготовления предлагаемого в изобретении бокового электрода пригодны также высоколегированные никелевые сплавы (с содержанием хрома более 10%). Однако в этом случае усложняется настройка зазора между электродами, поскольку такие высоколегированные никелевые сплавы обладают меньшей пластичностью.
Для настройки зазора между образованной благородным металлом износостойкой поверхностью на боковом электроде и центральным электродом на радиальные части бокового электрода дополнительно надавливают пуансоном. Для этого в предпочтительном варианте при приваривании бокового электрода к корпусу выбирают увеличенный зазор между электродами, который затем путем дополнительного надавливания на радиальные части бокового электрода уменьшают до требуемого размера.
Предлагаемый в изобретении "двуплечий" боковой электрод в предпочтительном варианте изготавливают путем сгибания проволоки или путем вырубки из металлической полосы. Боковой электрод перед сваркой может быть ровным или может иметь любую форму, приданную ему путем предварительной гибки в направлении или против направления оси симметрии свечи зажигания. Оба конца бокового электрода приваривают к торцу корпуса свечи зажигания, для чего используют контактную либо лазерную сварку. Для увеличения срока службы бокового электрода на его радиальные части преимущественно напротив центрального электрода наносят благородный металл в виде износостойкой поверхности произвольной формы. Такую износостойкую поверхность из благородного металла в предпочтительном варианте закрепляют путем контактной либо лазерной сварки.
Чертежи
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере пяти вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - вид сбоку предлагаемой в изобретении свечи зажигания, выполненной по первому варианту,
на фиг. 2 - вид в плане предлагаемой в изобретении свечи зажигания, выполненной по первому варианту,
на фиг. 3 - вид в плане предлагаемой в изобретении свечи зажигания, выполненной по второму варианту,
на фиг. 4 - вид в плане предлагаемой в изобретении свечи зажигания, выполненной по третьему варианту,
на фиг. 5 - вид сбоку предлагаемой в изобретении свечи зажигания, выполненной по четвертому варианту, и
на фиг. 6 - вид сбоку предлагаемой в изобретении свечи зажигания, выполненной по пятому варианту.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже со ссылкой на фиг. 1 и 2 описан первый вариант выполнения предлагаемой в изобретении свечи 1 зажигания.
Свеча 1 зажигания имеет корпус 2 в качестве контакта для замыкания на "массу", которой служит ДВС. Корпус 2 имеет резьбу для ввинчивания свечи 1 зажигания в ДВС. В корпусе 2 вдоль средней оси 8 свечи 1 зажигания расположен ее центральный электрод 3. Между центральным электродом 3 и корпусом 2 находится изолятор 4.
На корпусе 2 расположен боковой электрод 5. Этот боковой электрод 5 имеет выступающую часть 14, проходящую параллельно средней оси 8. От этой выступающей части 14 боковой электрод 5 проходит в радиальной плоскости Е относительно центрального электрода 3 и перпендикулярно средней оси 8. Боковой электрод 5 соединен с корпусом 2 в двух местах 11, 12 (см. фиг. 2).
Между обращенным к камере сгорания концом корпуса 2 и радиальной плоскостью Е измеряется первое расстояние 6. Как показано на фиг. 1, боковой электрод 5 имеет в радиальной плоскости Е определенную толщину, и поэтому первое расстояние соответственно измеряется от середины бокового электрода 5. От средней оси 8 до мест 11, 12 соединения бокового электрода с корпусом, соответственно до выступающей части 14, измеряется второе расстояние 7. Выступающая часть 14 также имеет определенную толщину, и поэтому для определения второго расстояния 7 оно измеряется от середины выступающей части 14.
Свеча зажигания имеет такую конструкцию, что первое расстояние 6 меньше второго расстояния 7. Первое расстояние 6 меньше второго расстояния 7 на по меньшей мере 10%, прежде всего на по меньшей мере 20%. Благодаря этому обеспечивается минимально возможная длина бокового электрода 5, а вследствие этого обеспечивается и минимально возможная площадь поверхности электрода 5, и поэтому происходит минимально возможная передача тепла от камеры сгорания на боковой электрод 5.
На фиг. 2 свеча 1 зажигания, выполненная по первому варианту, показана в виде в плане со стороны камеры сгорания. Как показано на данном чертеже, боковой электрод 5 имеет в радиальной плоскости Е первую радиальную часть 9 и вторую радиальную часть 10. Боковой электрод 5 изготовлен штамповкой из листового металла. Обе радиальные части 9, 10 образуют между собой угол α, равный 90°. Первая радиальная часть 9, соответственно выступающая часть 14 на ней, соединена с корпусом 2 первым сварным соединением 11 (место 11 соединения). Вторая радиальная часть 10, соответственно выступающая часть 14 на ней, соединена с корпусом 2 вторым сварным соединением (место 12 соединения).
В предпочтительном варианте обе радиальные части 9, 10 сходятся непосредственно над центральным электродом 3, соответственно на средней оси 8. Обе радиальные части 9, 10 имеют в первом варианте одинаковую ширину b, измеряемую перпендикулярно средней оси 8.
На фиг. 3 показана выполненная по второму варианту свеча 1 зажигания. Одинаковые, соответственно функционально одинаковые, детали и элементы во всех вариантах обозначены одними и теми же позициями.
Как показано на фиг. 3, ширина обеих радиальных частей 9, 10 уменьшается по направлению к средней оси 8, соответственно к центральному электроду 3. На чертеже при этом обозначена наименьшая ширина b.
На примере двух первых вариантов выполнения свечи зажигания можно наглядно пояснить обе существенные, лежащие в основе изобретения, идеи. Одна из существенных идей, лежащих в основе изобретения, заключается в том, что при минимально возможной площади поверхности бокового электрода 5 он поглощает минимально возможное количество тепла, благодаря чему предотвращается окисление бокового электрода 5 и тем самым продлевается срок его службы. В первом варианте первое расстояние 6 относительно мало по сравнению со вторым расстоянием 7. Во втором варианте боковой электрод 5 сужается, прежде всего, в зоне наибольшего нагрева, а именно у средней оси 8, вследствие чего площадь поверхность бокового электрода 5 также уменьшается. Однако в то же время предлагаемая в изобретении свеча 1 зажигания должна допускать возможность настройки зазора между электродами. Поэтому в обоих вариантах используется изогнутый углом боковой электрод 5 с двумя радиальными частями ("двуплечий" боковой электрод). Такой изогнутый углом боковой электрод 5 позволяет очень легко выгибать его в направлении средней оси 8.
На фиг. 4 показана выполненная по третьему варианту предлагаемая в изобретении свеча 1 зажигания. Одинаковые, соответственно функционально одинаковые, детали и элементы во всех вариантах обозначены одними и теми же позициями. Согласно фиг. 4 в третьем варианте угол α между обеими радиальными частями 9, 10 бокового электрода составляет приблизительно 115°. Помимо этого в каждой из радиальных частей 9, 10 выполнено по сквозному проходу 13 в виде цилиндрического отверстия. Такой проход 13 служит в данном случае для влияния на газовый поток, входящий в пространство между тепловым конусом изолятора и корпусом свечи зажигания.
На фиг. 5 показана выполненная по четвертому варианту свеча 1 зажигания. Одинаковые, соответственно функционально одинаковые, детали и элементы во всех вариантах обозначены одними и теми же позициями. В четвертом варианте боковой электрод 5 выполнен полностью цельным, и поэтому в данном случае более не требуется применение никаких выступающих частей 14, как в первом варианте. С этой целью концы бокового электрода 5 загибают в месте 15 изгиба на 90°. Эти концы затем приваривают к корпусу 2 в местах 11, 12 сварного соединения. Первое расстояние 6 в данном случае аналогично первому варианту также выбрано меньшим второго расстояния 7.
На фиг. 6 показана выполненная по пятому варианту свеча 1 зажигания. Одинаковые, соответственно функционально одинаковые, детали и элементы во всех вариантах обозначены одними и теми же позициями.
На фиг. 6 в увеличенном виде показан обращенный к камере сгорания конец свечи 1 зажигания. В показанном на фиг. 6 варианте корпус 2 выступает со стороны камеры сгорания за пределы центрального электрода 3. Обращенный к камере сгорания конец корпуса 2 показан на фиг. 6 с вырывом, благодаря чему виден центральный электрод 3. Боковой электрод 5 выполнен в пятом варианте в виде ровной детали. Поскольку корпус 2 выступает со стороны камеры сгорания за пределы центрального электрода 3, такой ровный боковой электрод 5 можно приварить непосредственно к концам корпуса 2. На чертеже показано второе место 12 соединения между корпусом 2 и боковым электродом 5. Первое место 11 соединения для сохранения наглядности чертежа не показано на нем. Первое расстояние 6 в данном варианте сокращается на половину толщины бокового электрода 5 и измеряется параллельно средней оси 8.
Во всех вариантах в качестве бокового электрода 5 можно использовать показанные на фиг. 2-4 боковые электроды, различающиеся своей формой.