Свічка запалювання для двигуна внутрішнього згоряння

1. Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, раз мещенный в корпусе изолятор с центральным электродом и массовый электрод, закрепленный на корпусе с образованием искрового промежутка между электродами, причем свеча снабжена со пловым насадком, закрепленным в корпусе, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что центральный электрод снабжен наконечником в виде конуса, вершина которого обращена в сторону среза соплового насадка, массовый электрод выполнен в виде соплового насадка типа сопла Лаваля и образует с наконечником центрального электрода сопло с центральным телом, при этом наконечник центрального электрода размещен между критическим сечением сопла Лаваля и его срезом с образованием между стенкой сопла и наконечником искрового промежутка. 2. Свеча по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что боковая поверхность наконечника центрального электрода и внутренняя поверхность сопла Лаваля имеют покрытие в виде слоя эрозионно-стойкого материала, например, нитрида бора. С > ел Изобретение относится к устройствам для воспламенения рабочей топливной смеси в цилиндрах или камерах сгорания двигателей, работающих без самовоспламенения этой смеси, главным образом, карбюраторных двигателей внутреннего сгорания Шве). Воспламенение топливных смесей в таких двигателях обычно осуществляется с помощью свечей зажигания (искровых запальных свечей), у которых между электродами или контактами, введенными в камеру сгорания ДВС, в требуемые моменты времени образуется электрическая искра, которая собственно и воспламеняет топливную смесь. Для образования такой искры в известных свечах зажигания используется несколько явлений: а) образование искры между контактами, через которые протекает электрический ток, при их размыкании; б) образование поверхностного разряда по поверхности изолятора, разделяющего два электрода, на которые подается высокое напряжение; в) образование искры в зоне электрического пробоя между двумя электродами при подаче на них высокого напряжения Различие используемых явлений искрообразования приводит, разумеется, к различиям в конструктивных исполнениях свечей различных типов, но обязательными компонентами большинства свечей является кор г> 15727 nyc (обычно металлический), изолятор и проводники, подводящие через отверстия в изоляторе напряжение к электродам (контактам), находящимся в зоне воспламенения. При этом корпус обычно снабжается резьбой для вворачивания свечи в соответствующее посадочное место на ДВС, изолятор размещается внутри корпуса, проводники проходят через изолятор и на последнем закрепляются клеммы для подключения проводников к источнику высокого напряжения. В качестве одного из проводников свечи обычно используется металлический корпус свечи, с которым и соединяется один из электродов (контактов) свечи. В наиболее распространенных свечах с образованием искры в зоне электрического сіробоя один из электродов (центральный) обычно выполнен в виде стержня в центре свечи, а второй (боковой) отходит от корпуса в виде изогнутого или прямого стержня, образующего с центральным требуемый искровой зазор. Свечи зажигания с использованием первых двух явлений для искрообразования находят крайне ограниченное применение из-за сложной конструкции или малой мощности разрядной плазмы. В настоящее время в подавляющем большинстве ДВС применяются свечи зажигания, использующие явление образования искры в зоне электрического пробоя между электродами при подаче на них высокого напряжения. Для всех типов свечей зажигания присущ общий недостаток - образование нагара между электродами (контактами), в результате чего свеча перерастает работать в режиме искрообразования и поджигать рабочую топливную смесь. В наибольшей степени этот недостаток проявляется в свечах зажигания с размыканием контактов, в наименьшей - в свечах с поверхностным разрядом, но практически он наиболее ощутимо проявляется для свечей с электрическим пробоем между электродами из-за их преобладающего распространения. Другим общим недостатком всех известных свечей зажигания является малая эффективность поджигания рабочей топливной смеси, особенно обедненной, обусловленной привязкой образующейся искры строго к одной траектории прохождения в зоне минимального зазора м ;жду электродами. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является вариант свечи по п.18 патента Великобритании № 1160502. Мкл. Н 01 Т 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 13/48, Н кл. Р 1В, опубл 1969, в котором искра образуется в разрядном промежутке между центральным электродом и корпусным, Разрядный промежуток находится во внутренней полости свечи. Полость соединяется с камерой сгорания двигателя с помощью сменяемой трубки. Использование такой свечи обеспечивает воспламенение рабочей смеси в камере сгорания двигателя с помощью факела пламени, истекающего из внутренней полости свечи через трубку. Надежность воспламенения в камере сгорания определяется надежностью воспламенения, в полости свечи. Недостатком этого решения (прототипа) является то, что, как и в большинстве рассмотренных выше решений, в нем траектория искры привязана к зоне минимального зазора между электродами, причем по мере обгорання электродов и увеличения зазора эта зона не изменяет места своего расположения. Это приводит к тому, что, во-первых, увеличивается вероятность пропуска пробоев и образования нагара именно в этой зоне, а во-вторых, эффективность воспламенения рабочей смеси остается низкой, т.к. воспламенение происходит в ограниченном объеме, а продукты воспламенения распространяются в зоне пробоя неорганизованно. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции свечи зажигания и рабочих процессов в ней, а именно: повышение эксплуатационных характеристик свечи за счет увеличения мощности разрядной плазмы и увеличение ресурса работы за счет уменьшения нагарообразования на электродах Поставленная задача решается путем комбинации в конструкции свечи импульсного ускорителя плазмы и форкамеры. Изобретение поясняется чертежом. Свеча зажигания сосюит из металлического корпуса 1, снабженного резьбой А для вворачивания в головку ДВС, и многогранной (обычно шестигранной) головкой Б под гаечный ключ для обеспечения такого вворачивания. Внутри корпуса жестко и герметично закреплен изолятор 2, выходящий из него наружу, через который пропущен центральный электродЗ; с внутренней стороны (т.е. со стороны, вворачиваемой в ДВС) электрод 3 снабжен конусным наконечником 4. обращенным вершиной в сторону цилиндра ДВС. С наружной стороны злекгрод 3 снабжен контактной клеммой 5 любого типа обеспечивающей подсоединение к электроду 3 провода от источника импульсов высокого напряжения (не показанного), Второй конец от этого источника [не показанный), 15727 полости, перпендикулярной оси свечи. Снакак и в большинстве известных свечей зажичала эта плоскость находится в зоне минигания, должен соединяться с корпусом ДВС мального зазора между наконечником 4 и с тем, чтобы при вворачивании в него свечи сопловым насадком 6 (в критическом сечесоздавалась надежная гальваническая связь между этим проводом и корпусом 1 5 нии соплового насадка 6). свечи, Корпусной электрод 6 свечи выполСразу же под действием электродинанен в виде соплового насадка типа сопла мической силы, возникающей а результате Лаваля реактивного двигателя и может соевзаимодействия радиального тока, проходиняться с корпусом 1 либо жестко (напридящего через образовавшуюся при пробое мер, сваркой), либо с помощью 10 плазму, и кольцевого магнитного поля, сорегулируемого соединения. Примером такозданного этим же током, протекающим даго соединения может быть соединение на лее по центральному электроду, микрометрической резьбе В, выполненной плазменный сгусток начинает ускоряться в корпусе и на насадке. Жесткая фиксация вдоль оси соплового насадка, т.е. происхосоплового насадка 6 в требуемом положе- 15 дитперемещение("выдувание")плазменнонии обеспечивается фиксирующей гайкой 7. го сгустка к торцу соплового насадка. В Регулируемое соединение в данном варианрезультате-этого происходит увеличение те обеспечивает регулировку минимального размеров кольцевого разряда и обеспечизазора между электродами. Такая регуливается его перемещение через рабочую ровка может быть выполнена также с по- 20 смесь в объеме соплового насадка, что примощью аналогичного регулируемого водит к воспламенению этой смеси не по соединения центрального электрода с изолинии (шнуру), как в известных свечах зажилятором при жестком (нерегулируемом) соегания, а практически по всему объему содинении соплового насадка с корпусом плового насадка, что существенно свечи. Таким образом в полностью собран- 25 повышает надежность воспламенения. ной свече зажигания корпусом 1, изолятоНо топливная смесь воспламеняется и ром 2, конусным наконечником 4 и по другую сторону от критического сечения критическим сечением соплового насадка 6 соплового насадка 6, т.е. в полости С. Вособразуется полость С в виде камеры сгорапламенение топливной смеси в полости С ния реактивного двигателя с выхлопным со- 30 приводит к тому, что струя продуктов сгораплом. Форма и размеры деталей свечи ния истекает с большой скоростью из соплопроектируются так, чтобы объем V в кубичевого насадка, смешивается с топливной ских сантиметрах указанной полости и мисмесью в объеме камеры сгорания ДВС и нимальная величина площади S в завершает процесс ее поджигания, начатый квадратных сантиметрах кольцевого зазора 35 "выдуваемым" плазменным сгустком. между конусным наконечником 4 и соплом Кроме того, как перемещение плазмен6 подчинялись соотношению, например, ного сгустка вдоль оси соплового насадка, 20S < V < 300S. так и следующий за ним выброс с большой Внутренняя поверхность электрода 6 и скоростью струи продуктов сгорания из понаружная поверхность конусного наконеч- 40 лости С приводят к тому, что твердые и ника 4 электрода 3 снабжены п ротивоэрозижидкие частицы, которые могут образоватьонным покрытием. Примером такого ся на электродах свечи в процесса ее рабопокрытия может быть нитрид бора, обеспеты, выносятся из разрядного промежутка. чивающий хорошую коррозионную стойСвеча самоочищается, причем дважды при кость в условиях высоких давлений и 45 подаче на нее каждого импульса высокого температур камеры сгорания ДВС. напряжения, что приводит практически к полному устранению возможности образоРабота предлагаемой свечи зажигания вания нагара на ее электродах. происходит следующим образом. При заполнении топливной смесью каПри последующем такте сжатия происмеры сгорания ДВС или при такте сжатия в 50 ходит охлаждение электродов топливной ДВС полость С свечи также заполняется смесью, заполняющей полость С через этой смесью. При подаче на электроды 3 и 6 кольцевой зазор, особенно интенсивное в импульса высокого напряжения происходит зоне пробоя. электрический пробой в зоне минимального В отличие от известных свечей зажигазазора между наконечником 4 центрального 55 ния, в которых инициатором воспламенеэлектрода и электродом - сопловым насадния топливной смеси является только один ком 6. Сначала этот пробой имеет вид искплазменный шнур, привязанный к месту рового шнура, но затем под его электрического пробоя между электродами, ионизирующим воздействием пробой расв предлагаемой свече можно выделить чепространяется на весь кольцевой зазор в тыре этих инициатора: 15727 1) плазменный шнур, возникающий в месте электрического пробоя между электродами и инициирующий поджигание топливной смеси как в направлении среза сопла, так и в направлении внутренней полости свечи; 2) плазменное кольцо, возникающее между электродами в поперечном сечении свечи после возникновения плазменного шнура; 3) плазменная трубка, возникающая за счет "выдувания" (перемещения к торцу сопла) указанного плазменного кольца электродинамическими силами; 4) высокоскоростная струя пламени, истекающая из внутренней полости свечи в камеру сгорания ДВС. Особо следует отметить следующий фактор, присущий описанному процессу воспламенения предлагаемой свечой. Образование неподвижных (прилипших к электродам) частиц нагара в предлагаемой свече, как и s известных, возможно только при возникновении плазменного шнура, который хотя и может быть привязан к одному месту в критическом сечении сопла Лаваля, 5 10 15 20 но это место не может быть застойной зоной, а является как раз зоной наибольшей скорости как истекающей струи продуктов воспламенения, так и струи нагнетаемой в свечу топливной смеси. Остальные три инициатора воспламенения подвижны и могут образовывать только подвижные частицы нагара, которые перемещаются с ними и не могут вывести свечу из строя; мало того, подвижные частицы нагара способствуют отрыву уже прилипших частиц за счет кинетических соударений. Из приведенного описания конструкции и работы свечи зажигания видно, что задача изобретения - повышение эксплуатационных характеристик свечи за счет повышений поджигающей возможности и снижения вероятности образования нагара за счет организованного распространения продуктов воспламенения - решается. Эффективная работа свечи по предлагаемой заявке подтверждается проведен25 ными к настоящему аремени испытаниями ее в составе автомобильного двигателя. 5 15727 Упорядник Замовлення 4198 Техред М.Моргентал Коректор А. Обручар Тираж _ Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП. КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101