CZ2002635A3 - Svíčka se ľhavicím kolíkem a způsob jejího provozu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká svíčky se žhavicím kolíkem, s čidlem proudu iontů, se schránkou a s tyčovitým topným elementem, uspořádaným v soustředně vyvrtaném otvoru schránky, přičemž topný element má alespoň jednu izolační vrstvu, jakož i první přiváděči vrstvu a druhou přiváděči vrstvu, přičemž první přiváděči vrstva a druhá přiváděči vrstva jsou spojeny na konci topného elementu u spalovacího prostoru prostřednictvím můstku, přičemž první a druhá přiváděči vrstva a můstek sestávají z elektricky vodivého keramického materiálu a izolační vrstva sestává z elektricky izolujícího keramického materiálu.

Dosavadní stav techniky

Vynález vychází z keramické svíčky se žhavicím kolíkem pro Dieselový motory s čidlem proudu iontů, podle druhu prvního nezávislého nároku. Z DE-OS 34 28 371, jsou již známy keramické svíčky se žhavicím kolíkem, které mají keramický topný element. Keramický topný element nese elektrodu z kovového materiálu, která slouží k tomu, aby indikovala elektrickou vodivost ionizovaného plynu, který se vyskytuje ve spalovacím prostoru spalovacího motoru. Jako druhá elektroda přitom slouží obložení spalovacího prostoru.

Dále jsou známy, svíčky se žhavicím kolíkem, které mají schránku, ve které je v soustředně vyvrtaném otvoru uspořádán tyčovitý topný element. Topný element přitom sestává z alespoň • « · · jedné izolační vrstvy jakož i z první přiváděči vrstvy a druhé přiváděči vrstvy, přičemž první a druhá přiváděči vrstva jsou můstkem spojeny na špici topného elementu, na straně u spalovacího prostoru. Přitom izolační vrstva sestává z elektricky izolujícího keramického materiálu a první i druhá přiváděči vrstva, jakož i můstek sestávají z elektricky vodivého keramického materiálu.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje svíčka se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů se schránkou a s tyčovitým topným elementem, uspořádaným v soustředně vyvrtaném otvoru schránky, přičemž topný element má alespoň jednu izolační vrstvu, jakož i první přiváděči vrstvu a druhou přiváděči vrstvu, přičemž první přiváděči vrstva a druhá přiváděči vrstva jsou spojeny na konci topného elementu, u spalovacího prostoru, prostřednictvím můstku, přičemž první a druhá přiváděči vrstva a můstek sestávají z elektricky vodivého keramického materiálu a izolační vrstva sestává z elektricky izolujícího keramického materiálu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že topný element má první elektrodu pro indikaci proudu iontů a druhou elektrodu pro indikaci proudu iontů, které jsou zapuštěny do izolační vrstvy nebo na izolační vrstvu naneseny.

Keramická svíčka se žhavicím kolíkem, podle vynálezu, s čidlem proudu iontů, se znaky prvního nezávislého nároku má tu výhodu, že svíčka se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů má velmi jednoduchou konstrukci a výroba je levná.

Opatřeními, uvedenými ve vedlejších nárocích, jsou možné výhodné úpravy a vylepšení keramické svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů, uvedené v hlavním nároku. Zvláště výhodného • to · · · · provedení svíčky se žhavicím kolíkem lze dosáhnout tehdy, může-li současně probíhat žhavicí provoz a měření proudu iontů. Je také výhodné, zavést elektrodu pro indikaci proudu iontů až na konec topného elementu, na straně u spalovacího prostoru, protože tak lze proud iontů indikovat v oblasti spalovacího prostoru, která je významná pro spalovací procesy, které se odehrávají ve spalovacím prostoru. Dále je výhodné, vytvořit pro indikaci proudu iontů dvě elektrody tak, aby proud iontů tekl od jedné elektrody ke druhé elektrodě a aby tak procházel pouze jednou oblastí, zvláště zajímavou pro měření proudu iontů. Dále je výhodné, pro různé vrstvy topného elementu použít níže popsané keramické sdružené struktury, jejichž vodivost a koeficient roztažnosti se nechají velmi dobře sladit. To platí stejnou měrou pro níže popsané precursorové sdružené materiály.

Při způsobu provozu svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů je zvláště výhodná indikace proudu iontů během žhavení topného elementu, poněvadž je zajímavé zachytit spalovací proces ve startovací fázi spalovacího motoru.

Další výhody vyplývají z následujícího popisu příkladů provedení.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou znázorněny na výkresech a blíže objasněny v následujícím popisu, kde znázorňují :

obr. 1 svíčku se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů, podle vynálezu,schematicky v podélném řezu, ·· ·· 99 999 9 99 99

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 — Λ Λ Λ Λ » . Λ Λ Λ » obr. 2 schematický podélný řez koncem keramické svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů, podle vynálezu, na straně u spalovacího prostoru, obr. 3a a 3b schematické podélné řezy topným elementem svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů, podle vynálezu a obr. 4 schematický příčný řez topným elementem svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů, podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 schematicky znázorňuje podélný řez svíčkou se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů, podle vynálezu. Trubkovitá, zejména kovová schránka 3_ obsahuje, ve svém soustředně vyvrtaném otvoru, na konci u spalovacího prostoru, topný element 5_. Topný element 5. sestává z keramického materiálu. Topný element 5. má první přiváděči vrstvu 7_ a druhou přiváděči vrstvil 9., přičemž první přiváděči vrstva

7. a druhá přiváděči vrstva 9 sestávají z elektricky vodivého keramického materiálu. Na konci 6 u spalovacího prostoru topného elementu 5. jsou první přiváděči vrstva 7. a druhá přiváděči vrstva 9 spojeny můstkem 8., který rovněž sestává z elektricky vodivého keramického materiálu. První přiváděči vrstva 7. a druhá přiváděči vrstva 9 jsou od sebe odděleny izolační vrstvou 11. Izolační vrstva 11 sestává z elektricky izolujícího keramického materiálu. Vnitřek schránky 3_ je ve směru spalovacího prostoru utěsněn těsněním 13 spalovacího prostoru, které jako kroužek obklopuje topný element 5_. Na konci topného elementu 5_, vzdáleném od spalovacího prostoru, je první přiváděči vrstva 7. spojena s třetím připojením 37. Toto třetí • · · · 4 · připojení 37 je zase ve směru konce, vzdáleného od spalovacího prostoru, svíčky se žhavicím kolíkem spojeno s připojovacím svorníkem 19. Druhá přiváděči vrstva 9 má na svém konci, vzdáleném od spalovacího prostoru, kontaktní plochu 12, prostřednictvím které je druhá přiváděči vrstva 9. přes elektricky vodivé těsnění 13 spalovacího prostoru elektricky spojena se schránkou 3_. Schránka 3. je spojena s hmotou. Kontaktní plocha 12 může být ve výhodném příkladu provedení vytvořena tak, že v této oblasti se přeruší elektricky izolující skleněný povlak, obklopující konec topného elementu 5_, vzdálený od spalovacího prostoru, a tím se vytvoří elektrický kontakt s těsněním 13 spalovacího prostoru. Ve zvláště výhodném příkladu provedení je kontaktní plocha 12 opatřena kovovým povlakem.

Připojovací svorník 19 má prostřednictvím keramického distančního pouzdra 27, uspořádaného v soustředně vyvrtaném otvoru schránky 3., odstup od konce topného elementu 5_, vzdáleného od spalovacího prostoru. Ve směru konce, vzdáleného od spalovacího prostoru, se připojovací svorník 19 provlékne upínacím pouzdrem 29 a kovovým pouzdrem 31. Na konci svíčky se žhavicím kolíkem, vzdáleném od spalovacího prostoru, je na připojovací svorník 1 9 nastrčena okrouhlá zástrčka 25, která vykonává elektrické připojení. Konec soustředně vyvrtaného otvoru schránky 3_, vzdálený od spalovacího prostoru, je utěsněn respektive izolován hadicovým kroužkem 21 a izolačním kotoučem 23.

Prostřednictvím obr. 2 je vynález vysvětlen ještě jednou přesněji. Je zde v podélném řezu schematicky znázorněn pouze konec svíčky se žhavicím kolíkem, podle vynálezu, u spalovacího prostoru. Topný element 5.je zde ve srovnání s obr. 1 proříznut v rovině kolmé k rovině řezu z obr. 1. Je zde viditelná pouze izolační vrstva 11.

9 99 9 9

99

9 9 9

Uvnitř izolační vrstvy 11 probíhají dvě elektrody pro indikaci 33 a 33' proudu iontů, které jsou na konci 6. u spalovacího prostoru topného elementu 5. rozšířeny. V dalším příkladu provedení mohou být elektrody 33 a 33' také naneseny na izolační vrstvě 11 zvenku. Na konci topného elementu 5., vzdáleném od spalovacího prostoru, je první elektroda pro indikaci 33 proudu iontů spojena s prvním připojením 15. Stejně tak je druhá elektroda pro indikaci 33' proudu iontů na konci topného elementu 5_, vzdáleném od spalovacího prostoru, spojena s druhým připojením 17. První připojení 1 5 a druhé připojení 17 se provléknou připojovacím svorníkem 19 ke konci svíčky se žhavicím kolíkem, vzdálenému od spalovacího prostoru. Jak už bylo zmíněno, je první přiváděči vrstva 7. s připojovacím svorníkem 19 spojena prostřednictvím třetího připojení 37.

Uspořádání různých vrstev topného elementu 5. s příslušnými připojeními jsou ještě jednou znázorněna na obr. 3. Obr. 3a znázorňuje topný element 5. v podélném řezu. První elektroda pro indikaci 33 proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci 3 3' proudu iontů jsou uspořádány v izolační vrstvě 11. Na konci topného elementu 5_, vzdáleném od spalovacího prostoru, je první elektroda pro indikaci 33 proudu iontů spojena s prvním připojením 15 a druhá elektroda pro indikaci 33' proudu iontů je spojena s druhým připojením 17. Na konci topného elementu 5_, u spalovacího prostoru, je kromě toho vidět můstek 8., který navzájem spojuje první přiváděči vrstvu 7. a druhou přiváděči vrstvu 9.

Obr. 3b znázorňuje topný element 5., který je proříznut v rovině, která je kolmo k rovině, ve které byl topný element 5. znázorněn na obr. 3a. Jsou tu vidět první přiváděči vrstva 7. a druhá přiváděči vrstva 9., které jsou navzájem spojeny na konci 6 u spalovacího prostoru topného elementu 5. prostřednictvím můstku 8/ Třetí

9999 ··

9 9 ·»

9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9 · · · · 99 9 9 připojení 37 je spojeno s první přiváděči vrstvou 7 na konci topného elementu 5_, vzdáleném od spalovacího prostoru.

Obr. 4 znázorňuje, pro lepší ozřejmění vynálezu, příčný průřez topným elementem 5_, na konci vzdáleném od spalovacího prostoru. Je vidět, že první přiváděči vrstva 7. je od druhé přiváděči vrstvy 9 oddělena izolační vrstvou 11. Uvnitř izolační vrstvy 11 je uspořádáno první připojení 15, které je spojeno s první elektrodou pro indikaci 33 proudu iontů. Stejně tak je uvnitř izolační vrstvy 11 uspořádáno druhé připojení 17. které je spojeno s druhou elektrodou pro indikaci 33' proudu iontů. Uvnitř první přiváděči vrstvy 7. je dále uspořádáno třetí připojení 37. Je vidět, že izolační vrstva 11 je v oblasti, ve které jsou tyto elektrody uspořádány, rozšířena pro lepší přijmutí a izolaci první a druhé elektrody pro indikaci 33, 33 ' proudu iontů.

V prvním příkladu provedení lze svíčku se žhavicím kolíkem provozovat tak, že při startu spalovacího motoru je svíčka se žhavicím kolíkem nejprve provozována v ohřívacím způsobu. To znamená, že během žhavicí fáze se na třetím připojení 37 přiloží pozitivní napětí oproti hmotě, takže proud teče přes první přiváděči vrstvu 7, můstek 8. a druhou přiváděči vrstvu 9. Elektrickým odporem na této cestě se zvýší teplota topného elementu a spalovací prostor, do kterého konec žhavicího kolíku, na straně u spalovacího prostoru, vyčnívá, se ohřívá. Po ukončení žhavicí fáze se na první připojení 1 5 a druhé připojení 17 přiloží napěťový potenciál, takže první elektroda 33 a druhá elektroda 33 ’ slouží jako elektrody pro měření proudu iontů. Je-li spalovací prostor přítomností iontů ionizován, tak může proud iontů téct z elektrod pro indikaci 33, 33 ’ proudu iontů k obložení spalovacího prostoru, přičemž obložení spalovacího prostoru leží na hmotě. První elektroda pro indikaci 33 proudu iontů a druhá

9* «··9 • 9 ♦* · 9 ♦ • · • · · • · ♦ · · • · · • « 9 9 • * · · • f ·· «· 99 • · · · • · · · 9 • · · *· ···· elektroda pro indikaci 33' proudu iontů fungují v tomto příkladu provedení vedle sebe jako elektrody na stejném potenciálu.

V dalším příkladu provedení je také možné, na první elektrodu pro indikaci 33 proudu iontů a na druhou elektrodu pro indikaci 33' proudu iontů přiložit rozdílný napěťový potenciál, takže proud iontů teče mezi první elektrodou pro indikaci 33 proudu iontů a druhou elektrodou pro indikaci 33' proudu iontů.

V dalším příkladu provedení může žhavicí provoz a indikace proudu iontů na svíčce se žhavicím kolíkem probíhat současně. K tomu se přiloží na třetí připojení 37 a na první a druhé připojení 1 5, 17 vždy současně to napětí, které je nezbytné pro žhavicí provoz respektive pro indikaci proudu iontů. Napěťové potenciály lze přitom volit tak, aby první elektroda pro indikaci 33 proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci 33' proudu iontů ležely na stejném nebo rozdílném potenciálu, to znamená, jak bylo výše vysvětleno, aby proud iontů tekl ionizovaným spalovacím prostorem k obložení spalovacího prostoru respektive od první elektrody pro indikaci 33 proudu iontů ionizovaným prostorem ke druhé elektrodě pro indikaci 33' proudu iontů.

Materiály první přiváděči vrstvy 7.» můstku 8_, druhé přiváděči vrstvy 9, izolační vrstvy 11 a první elektrody pro indikaci 33 proudu iontů jakož i druhé elektrody pro indikaci 33.' proudu iontů mají v prvním příkladu provedení sestávat z keramického materiálu. Tím je zaručeno, že koeficienty tepelné roztažnosti materiálů se téměř neliší, takže trvanlivost topného elementu 5. je zaručena. Materiál první přiváděči vrstvy ]_, můstku 8. a druhé přiváděči vrstvy 9. se přitom volí tak, že odpor těchto vrstev je menší, než odpor izolační vrstvy 11. Stejně tak odpor první elektrody pro indikaci 33 proudu • · • · « • · · · • · » · · ···· ···· iontů a druhé elektrody pro indikaci 33' proudu iontů je menší, než odpor izolační vrstvy 11.

V dalším příkladu provedení mohou první elektroda pro indikaci 33 proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci 33' proudu iontů také sestávat z kovového materiálu, například z platiny.

Ve výhodném příkladu provedení sestávají první přiváděči vrstva 7., můstek 8. a druhá přiváděči vrstva 9, izolační vrstva 11 a popřípadě první elektroda 33 a druhá elektroda 33' z keramických sdružených struktur, které obsahují alespoň dvě ze sloučenin AI2O3, M0S12, S13N4 a Y2O3. Tyto složené struktury lze získat jednostupňovým nebo vícestupňovým slinovacím procesem. Specifický odpor vrstev přitom lze s výhodou stanovit obsahem MoSi₂ a/nebo velikostí zrn MoSi₂, s výhodou je obsah MoSi₂ první přiváděči vrstvy 7., můstku £ a druhé přiváděči vrstvy 9. jakož i první a druhé elektrody pro indikaci 33, 33' proudu iontů vyšší, než obsah MoSi₂ izolační vrstvy 11.

V dalším příkladu provedení sestávali první přiváděči vrstva Ί_, můstek 8. a druhá přiváděči vrstva 9, izolační vrstva 11, jakož i popřípadě první elektroda pro indikaci 33 proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci 33.' proudu iontů z kompozitní precursorové keramiky s rozdílnými podíly plnidel. Matrice tohoto materiálu přitom sestává z polysiloxanů, polysilsequioxanů, polysilanů nebo polysilazanů, které mohou být dotovány bórem, dusíkem nebo hliníkem a které se vyrobí pyrolýzou. Plnidlo tvoří pro jednotlivé vrstvy alespoň jedna ze sloučenin AI2O3, MoSi₂, SiO₂ a SiC. Analogicky k výše uvedeným sdruženým strukturám, může obsah MoSi₂ a/nebo velikost zrn MoSi₂ s výhodou stanovit odpor vrstev. S výhodou se nastavuje obsah MoSi₂ první přiváděči vrstvy Ί_, můstku • · · 9 · · £ a druhé přiváděči vrstvy 9 jakož i popřípadě první a druhé elektrody pro indikaci 33, 33' proudu iontů vyšší než obsah MoSi₂ izolační vrstvy 11. Složení první přiváděči vrstvy ]_, můstku 8., druhé přiváděči vrstvy 9, izolační vrstvy 11, jakož i popřípadě první elektrody pro indikaci 33 proudu iontů a druhé elektrody pro indikaci 33' proudu iontů se ve výše uvedených příkladech provedení volí tak, že jejich koeficienty tepelné roztažnosti a smrštěni, které se vyskytuje během procesu slinování respektive procesu pyrolýzy, jsou stejné, takže v topném elementu 5. nevznikají žádné trhliny.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Svíčka se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů se schránkou (3) a s tyčovitým topným elementem (5), uspořádaným v soustředně vyvrtaném otvoru schránky, přičemž topný element (5) má alespoň jednu izolační vrstvu (11), jakož i první přiváděči vrstvu (7) a druhou přiváděči vrstvu (9), přičemž první přiváděči vrstva (7) a druhá přiváděči vrstva (9) jsou spojeny na konci (6) u spalovacího prostoru topného elementu (5) prostřednictvím můstku (8), přičemž první a druhá přiváděči vrstva (7, 9) a můstek (8) sestávají z elektricky vodivého keramického materiálu a izolační vrstva (11) sestává z elektricky izolujícího keramického materiálu, vyznačující se tím, že topný element (5) má první elektrodu pro indikaci (33) proudu iontů a druhou elektrodu pro indikaci (33') proudu iontů, které jsou zapuštěny do izolační vrstvy (11) nebo na izolační vrstvu (11) naneseny.
2. 2. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že první elektroda pro indikaci (33) proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci (33') proudu iontů sestávají z kovového materiálu, zejména z platiny.
3. 3. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že první elektroda pro indikaci (33) proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci (33') proudu iontů sestávají z elektricky vodivého keramického materiálu.
4. 4. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že na konci topného elementu (5), vzdáleném od spalovacího prostoru, je první elektrické připojení (15) a druhé elektrické připojení (17), přičemž první elektrické připojení (15) je spojeno s ·· ·· ft ft · ft koncem první elektrody pro indikaci (33) proudu iontů, vzdáleným od spalovacího prostoru, a druhé elektrické připojení (17) je spojeno s koncem druhé elektrody pro indikaci (33') proudu iontů, vzdáleným od spalovacího prostoru.
5. 5. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že spojení druhé přiváděči vrstvy (9) s hmotou je provedeno prostřednictvím schránky (3) a těsnění (13) spalovacího prostoru.
6. 6. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že na konci topného elementu (5), vzdáleném od spalovacího prostoru, je uvnitř soustředně vrtaného otvoru schránky (3) uspořádáno trubkovité distanční pouzdro (27) z elektricky izolujícího materiálu.
7. 7. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že izolační vrstva (11), první přiváděči vrstva (7), můstek (8) a druhá přiváděči vrstva (9) sestávají z keramických sdružených struktur, které lze získat jednostupňovým nebo vícestupňovým slinovacím procesem z alespoň dvou ze sloučenin AbCb. Mo$i_2> S13N4 a Y2O3.
8. 8. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 1, vyznačující se tím, že izolační vrstva (11), první přiváděči vrstva (7), můstek (8) a druhá přiváděči vrstva (9) sestávají z kompozitní precursorové keramiky, přičemž materiál matrice obsahuje polysiloxany, polysilsequioxany, polysilany nebo polysilazany, které mohou být dotovány bórem, dusíkem nebo hliníkem a které byly vyrobeny pyrolýzou, přičemž plnidlo je vytvořeno z alespoň jedné ze sloučenin AI2O3, M0SÍ2, SÍO2 a SiC.

   • · ·· to to· * • ♦ * ··· • · to • · · · · · toto • «to · • · • · • · ········ to · ····
9. 9. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 3, vyznačující se tím, že první elektroda pro indikaci (33) proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci (33') proudu iontů sestávají z keramických sdružených struktur, které lze získat j ednostupňovým nebo vícestupňovým slinovacím procesem z alespoň dvou ze sloučenin AI2O3, M0S12, S13N4 a Y2O3.
10. 10. Svíčka se žhavicím kolíkem podle nároku 3, vyznačující se tím, že první elektroda pro indikaci (33) proudu iontů a druhá elektroda pro indikaci (33') proudu iontů sestávají z kompozitní precursorové keramiky, přičemž materiál matrice obsahuje polysiloxany, polysilsequioxany, polysilany nebo polysilazany, které mohou být dotovány bórem, dusíkem nebo hliníkem a které byly vyrobeny pyrolýzou, přičemž plnidlo je vytvořeno z alespoň jedné ze sloučenin AI2O3, M0S12, S1O2 a SiC.
11. 11. Způsob provozu svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů podle nároku 1, vyznačující se tím, že během žhavicí fáze se na první a druhé přiváděči vrstvě (7,9) přiloží pouze jedno elektrické napětí a po ukončení žhavicí fáze se elektrické napětí přiloží pouze na první elektrodě pro indikaci (33) proudu iontů a na druhé elektrodě pro indikaci (33') proudu iontů.
12. 12. Způsob provozu svíčky se žhavicím kolíkem s čidlem proudu iontů podle nároku 1, vyznačující se tím, že během žhavicí fáze se elektrické napětí přiloží jak na první a druhé přiváděči vrstvě (7,9), tak na první elektrodě pro indikaci (33) proudu iontů a na druhé elektrodě pro indikaci (33') proudu iontů.
13. 13. Způsob podle jednoho z nároků 11 nebo 12, vyznačující se tím, že na první elektrodě pro indikaci (33) proudu iontů a na druhé elektrodě pro indikaci (33') proudu iontů se přiloží napětí se stejným potenciálem.
14. 14. Způsob podle jednoho z nároků 11 nebo 12, vyznačující se tím, že na první elektrodě pro indikaci (33) proudu iontů a na druhé elektrodě pro indikaci (33') proudu iontů se přiloží napětí s rozdílným potenciálem.