CZ260496A3 - Zapalovací svíčka - Google Patents

Abstract

Zapalovací svíčka sestává z pevného, tepelně a elektricky vodivého pouzdra /1/ s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynotěsně uložen keramický izolátor /2/ se středovou elektrodou / 9 /, jehož vně vyčnívající špička je ve své koncové části, přesahující přes vodivé pouzdro, opatřena alespoň jednou prstencovou pomocnou elektrodou /4/, K prstencové pomocné elektrodě /4/, nejbližší k čelu vodivého pouzdra /1/, je čelní plochou svého zasunutého konce nebo svou boční plochou přivrácena pro vytvoření jlskřiště nejméně jedna zemní elektroda /13/, vodivě a mechanicky spojená s vodivým pouzdrem /1/. Délka zemní elektrody /13/, měřená ve směru osy zapalovací svíčky, je v rozmezí 0,5 až 8 mm. Prstencové pomocné elektrody /4/ jsou alespoň dvě odsazené uspořádány za sebou, a zemní elektrody /13/ v počtu tři až čtyři, symetricky uspořádané po obvodu vodivého pouzdra /1 /.jsou přivráceny k prstencové pomocné elektrodě /4/, ležící nejblíže k vodivému pouzdru /1/. Délka všech zemních elektrod /13/, meřená ve směru osy zapalovací svíčky, je 3 až 4 mm.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká uspořádání vícejiskrové zapalovací svíčky pro spalovací motory.

r' ~ Dosavadní stav techniky - -----Dosud známé vícejiskrové zapalovací svíčky sestávají ť z pevného, tepelně a elektricky vodivého pouzdra s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynotěsně uložen keramický izolátor se středovou elektrodou, jehož vně vyčnívající špička je opatřena jednou nebo více prstencovými pomocnými elektrodami, oddělenými od sebe elektricky nevodivou plochou, uspořádanou na jedné straně s určitým odstupem od přivráceného konce pouzdra a na druhé straně s dalším odstupem od přivráceného konce středové elektrody. Mezi pouzdrem a středovou elektrodou se tak vytváří několik za sebou umístěných jiskřišť. První jiskřiště mezi okrajem pouzdra v místě jeho vnitřního osazení a nejbližší pomocnou elektrodou má délku obvykle 0,6 až 0,8 mm. Obdobně i další jiskřiště mají délku obvykle 0,6 až 0,8 mm. Velikost dutiny mezi vnitřní válcovou plochou pouzdra a vnější válcovou plochou izolátoru je omezena maximálním přípustným napětím limitovaným izolační pevností izolátoru a napětím zapalovací soupravy. Toto uspořádání zapalovací svíčky je popsáno v českém užitném vzoru

č. 531 a přihlášce vynálezu PV 3294-94 (PCT/CZ95/00028). Základní / uspořádání bylo rovněž zveřejněno v USA patentu č. 1,465,582.

r

Nevýhodou uvedeného řešení je umístění prvního jiskřiště do úrovně stěny spalovacího prostoru, tedy do místa, kde dochází při startu studeného motoru ke kondenzaci paliva s karbonem. V důsledku velmi malého prostoru mezi vnitřním povrchem pouzdra a izolátorem docházelo u některých motorů k zanášení tohoto prostoru a vzniku můstků, způsobujících vodivé propojení prstencové pomocné elektrody s vnitřní válcovou plochou pouzdra a tím k omezení schopnosti studeného startu, případně vyřazení prvního jiskřiště z činnosti.

Podstata vynálezu

Nevýhody dosavadního stavu techniky do značné míry odstraňuje uspořádání více jiskrové zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu, které vychází z českého užitného vzoru č. 531 a přihlášky vynálezu PCT/CZ95/00028.

Vícejiskrová zapalovací svíčka sestává z tepelně a elektricky vodivého pouzdra s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynotěsně uložen keramický izolátor se středovou elektrodou. Jeho špička, vyčnívající do spalovacího prostoru, je opatřena alespoň jednou prstencovou pomocnou elektrodou, vytvořenou mezi vnitřním koncem vodivého pouzdra a koncem špičky. K prstencové pomocné elektrodě, nejbližší k čelu vodivého pouzdra, je čelní plochou svého zahnutého konce nebo svou boční plochou přivrácena pro vytvoření jiskříště nejméně jedna zemní elektroda, vodivě a mechanicky spojená s vodivým pouzdrem.

výhodou takto uspořádané vícejiskrové zapalovací svíčky se zemní elektrodou je skutečnost, že poslední jiskřiště v sérii jiskřišť od středové elektrody směrem k čelu vodivého závitového pouzdra je vysunuto směrem do spalovacího prostoru o 0,5 až 8 mm. Tím je znesnadněna kondenzace paliva na tomto posledním jiskřišti při studených startech motoru. Posunutím tohoto jiskřiště směrem ke špičce keramického izolátoru, to je směrem do vnitřku spalovacího prostoru, se zamezí vytváření vodivých můstků mezi prstencovou pomocnou elektrodou a vnitřní válcovou plochou pouzdra, tedy v místech, kde dochází při startu studeného motoru ke kondenzaci paliva s karbonem. Tím zůstane zachována účinnost zapalovací svíčky i v této náročné fází činnosti spalovacího motoru při jeho spouštění za nízkých teplot. Současně lze zvětšit dutinu mezi izolátorem a vnitřním povrchem vodivého pouzdra, takže tato dutina nebude při studeném startu zanášena kondenzovaným palivem. Zlepšení vlastností při startech studených motorů je zvláště patrné u motorů s vyšším stupněm opotřebení (zejména pístních kroužků a ventilů) a motorů s méně výkonnou zapalovací soustavou.

Délka zemní elektrody, měřená ve směru osy zapalovací svíčky, je s výhodou v rozmezí 0,5 až 8 mm. Horní rozměr, to je 8 mm, je omezen (normou ISO) požadavkem, aby ve spalovacím prostoru motoru nedošlo ke kolizi čela pístu s díly zapalovacích svíček. Spodní hranice, 0,5 mm, je dána jednak technologickými možnostmi takového uspořádání a jednak jeho účinky, to je ^žádoucím předsunutím jiskřiště před čelo vodivého závitového pouzdra.

..... Prstencové pomocné elektrody- mohou-být .s ..výhodou, .alespoň..

dvě odsazené uspořádány za sebou a zemní elektrody s výhodou v počtu tři až čtyři, symetricky uspořádané po obvodu vodivého pouzdra, mohou být přivráceny k prstencové pomocné elektrodě, ležící nejblíže vodivému pouzdru. Přitom délka všech zemních elektrod, měřená ve směru osy zapalovací svíčky, je s výhodou 3 až 4 mm. Počtem zemních a prstencových pomocných elektrod je rozšířena možnost míst přeskoků jisker. Jinými slovy takových míst, ve kterých jsou nej lepší fyzikální podmínky pro přeskok jiskry a zapálení směsi.

Jiné výhodné řešení se vyznačuje tím, že prstencová pomocná elektroda je na svých okrajích zesílena, čímž se zvyšuje životnost zapalovací svíčky. Z okrajů resp. hran pomocných elektrod vystupují jiskry a jě zde největší opotřebení erozí elektrickou jiskrou a největší tepelné namáhání od přeskoku jiskry. Toto zesílení má zejména význam u pomocné prstencové elektrody nejbližší k čelu vodivého pouzdra, kde k výbojům dochází ve stejných místech, a to v místech, kde k pomocné prstencové elektrodě přiléhají zemní elektrody.

Prstencová pomocná elektroda může být tvořena nejméně dvěma segmenty. Dělicí spára mezi těmito segmenty může být přitom souběžná s osou keramického izolátoru nebo šikmá k této ose. Zlepší se přilnavost prstencové pomocné elektrody k podkladu, to je keramickému izolátoru, která závisí na tepelné roztažnosti těchto materiálů (se zvětšujícím se rozdílem jejich tepelných roztažnosti se přilnavost zhoršuje).

U jiného výhodného řešení je čelní plocha zahnutého konce zemní elektrody uspořádána proti ploše prstencové pomocné elektrody. Tímto konstrukčním opatřením se zvětší plocha, kde dochází k přeskoku jiskry mezi aktivními plochami elektrod, a tím se sníží opotřebení pomocné prstencové elektrody resp. 2výší životnost zapalovací svíčky.

Zemní elektroda může mít kruhový průřez, případně průřez pravoúhlého čtyřúhelníka, nejlépe obdélníka. Navařování k

-----—---- - -pouzdru;—následné- střihání —-a— tvarování— zemní— - elektrody — obdélníkového průřezu je technologicky výhodné. Je zde dosaženo dostatečně velké plochy; ze které přeskakuje jiskra, a tím je dosahováno velké životnosti vícejiskrové zapalovací svíčky. Zemní elektrody jsou s výhodou vytvořeny ze slitiny niklu a chrómu, která je vysoce tepelně odolná, stejně tak jako je odolná vůči účinkům elektrických výbojů a chemickým vlivům v prostředí spalovacího motoru. Tato vlastnost prodlužuje životnost zapalovací svíčky. Slitina je rovněž dobře svařitelná s vodivým pouzdrem a tepelně dobře vodivá. Zemní elektroda může mít jádro vytvořené z mědi. Touto konstrukční úpravou se dosáhne jejího menšího opotřebení zlepšením odvodu tepla z elektrody, a tím snížením její pracovní teploty.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je schematicky v řezu zobrazeno známé provedení vícejiskrové zapalovací svíčky se zemní elektrodou tvořenou vnitřním osazením na koncovém válcovém čele pouzdra.

/ ' '2 Na obrázku 2 a obrázku 2a je schematicky v řezu zobrazeno základní uspořádání vícejiskrové zapalovací svíčky s jednou pomocnou elektrodou a zemními elektrodami se zahnutým koncem.

Na obrázku 3 a obrázku 3a je schematicky v řezu zobrazeno základní uspořádání vícejiskrové zapalovací svíčky s dvěma pomocnými elektrodami a třemi zemními elektrodami se zahnutými konci. Na obr.3b je alternativní konstrukční provedení, kde zemní elektrody přiléhají k prstencové pomocné elektrodě svou boční plochou.

Na obrázku 4 je vyobrazena závislost výkonu zážehového spalovacího motoru na jeho otáčkách při použití dvoujiskrové zapalovací svíčky s jednou pomocnou a třemi zemními elektrodami v provedení podle obrázku 2a v porovnání s běžnou konvenční jednojiskrovou zapalovací svíčkou.

Na obrázku 5 je závislost výkonu jiného zážehového spalovacího motoru na otáčkách při použití tří jiskrové zapalovací svíčky se dvěma pomocnými a třemi zemními elektrodami v. provedení podle obrázku 3a v porovnání s běžnou konvenčni jednojiskrovou zapalovací svíčkou.

Příklady provedení vynálezu

V dutině ocelového vodivého pouzdra 1 známého provedeni vícejiskrové zapalovací svíčky na obr. 1 je plynotěsně uloženo těleso keramického izolátoru 2.· Vnitřní tvarový otvor pouzdra i je několikrát osazen a je opatřen sedlem pro uložení izolátoru 2 pomocí, kovového, např. ocelového nebo měděného kroužku 3. Je tak dosaženo dokonalého styku mezi pouzdrem 1 a izolátorem 2. z. důvodu plynotěsnosti zapalovací svíčky a dobrého přestupu tepla z izolátoru 2. do pouzdra i a dále do hlavy spalovacího motoru. Zemní elektroda zapalovací svíčky jě tvořena vnitřním osazením na koncovém válcovém čele pouzdra I, které je na tomto konci opatřeno vnějším závitem k montáži do hlavy motoru.

Keramický izolátor 2 odpovídá svým vnějším tvarem vnitřnímu tvaru pouzdra i s příslušnými tolerancemi, které zaručují vzájemnou smontovatelnošt obou součástí s určitou definovanou vůlí. Izolátor 2. má ve své ose průchozí tvarovaný otvor s několika osazeními, který je určen pro umístění středové elektrody 9 zapalovací svíčky, vodivě spojené pomocí zátavu 10 (viz obr. 2 nebo 3), např. na bázi olova nebo mědi, s ocelovým svorníkem 11 přívodu vysokého napětí. Zátav 10 těsní tlaky plynů ve spalovacím prostoru motoru vůči okolnímu prostředí a převádí elektrický proud ze svorníku 11 na středovou elektrodu 9. Keramický izolátor 2_ má válcový tvar, zasahující až do oblasti konce čela pouzdra i a směrem k vnějšímu konci středové elektrody 9 se zužuje. V místě sedla s kroužkem 3 přechází válec izolátoru 2 ve směru ke konci s přívodem vysokého napětí k zapalovací svíčce do většího průměru. Zužující se špička izolátoru 2. má tvar rotační plochy, v tomto případě komolého rotačního kužele.

Na ploše zužující se části keramického izolátoru 2 jsou dvě prstencové' pomocné elektrody 4/ S, -které jsou-uspořádány-na-jedné- — straně s odstupem od přivráceného konce pouzdra 1 a na druhé straně s odstupem od přivráceného konce středové elektrody 9.· Mezi pouzdrem 1 a středovou elektrodou 9 se tak vytvoří několik za sebou uspořádaných jiskřišť 6, 7, 8. Prstencové pomocné, elektrody mohou být tvořeny rovněž segmenty. Dělicí spára mezi těmito segmenty může být přitom souběžná s osou keramického izolátoru nebo šikmá k této ose. zlepší se přilnavost prstencové pomocné elektrody k podkladu, to je keramickému izolátoru, která závisí na tepelné roztažnosti těchto materiálů (se zvětšujícím se rozdílem jejich tepelných roztažnosti se přilnavost zhoršuje).

Na obr.2, 2a a 2b jsou vyobrazena provedení vícejiskrové zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu, která má jednu prstencovou pomocnou elektrodou 4, vytvořenou na ploše zužující se části keramického izolátoru 2.. Prstencová pomocná elektroda

4. je pro zvýšení životnosti zapalovací svíčky na svých, okrajích, přiléhajících k jiskřištím 8, 14, zesílena. K této prstencové pomocné elektrodě 4 jsou čelními plochami svých zahnutých konců (viz provedení na obr. 2a) nebo svými bočními plochami (viz provedení na obr. 2b) přivráceny pro vytvoření jiskřiště tři zemní elektrody 13 obdélníkového průřezu, vodivě a mechanicky spojené s vodivým pouzdrem 1- Navalování k pouzdru, následné střihání a- tvarování zemní elektrody obdélníkového průřezu je technologicky výhodné. Je zde dostatečně velká plocha, ze které přeskakuje jiskra, tím je zlepšena životnost vícejiskrové zapalovací svíčky. Délka d zemních elektrod 13., měřená ve směru osy zapalovací svíčky, je v rozmezí 0,5 až 8 mm. Čelní plochy zahnutých konců zemních elektrod 13 jsou s výhodou uspořádány proti ploše prstencové pomocné elektrody 4 (viz provedení na obr. 2a). Při svém okraji v oblasti závitového čepu v koncovém válcovém čele je otvor pouzdra 1 odlehčen vnitřním osazením 15. Zvětšením prostoru 15 mezi vnější kuželovou plochou izolátoru 2 a vnitřní plochou pouzdra i zapalovací svíčky je omezeno zanášení tohoto prostoru 15. a jiskříš tě 14 mezi zemními elektrodami 13 a .prstencovou pomocnou elektrodou 4. při studeném startu za teplot pod 0°C palivem s karbonem a tvorbě vodivého můstku mezi zemními a pomocnou prstencovou elektrodou 13., 4.

Na obrázcích 3, 3a a 3b je zobrazeno .jiné provedení zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu. Uspořádání svíčky je obdobné jako na obr.2, 2a a 2b, jsou zde však dvě prstencové pomocné elektrody 4 a 5, které jsou odsazené uspořádány za sebou. Tři zemní elektrody 13 jsou symetricky umístěny po obvodu vodivého pouzdra 1 a jsou přivráceny k prstencové pomocné elektrodě 4_, ležící nejblíže vodivému pouzdru 1. Délka všech zemních elektrod 13., měřená ve směru osy zapalovací svíčky, je 3 až 4 mm. Na obr.3 a 3a jsou zemní elektrody obdélníkového průřezu se zahnutými konci, přivrácenými k druhé prstencové pomocné elektrodě 5. Na obr.3b jsou zemní elektrody přivráceny k druhé prstencové pomocné elektrodě 5 svými bočními plochami. V obou popisovaných případech vytvářejí předsunuté jiskřiště 14. Předsunutím jistřiště 14 před závitovou část pouzdra 1 a zvětšením prostoru 15 mezi vnější kuželovou plochou izolátoru 2 a vnitřní plochou pouzdra 1 zapalovací svíčky je, jak již bylo uvedeno, omezeno zanášení tohoto prostoru 15 a jiskřiště 14 při startu za teplot pod 0°C palivem s karbonem a tvorbě vodivého můstku mezi zemními a druhou prstencovou pomocnou elektrodou 5..

Pomocné prstencové elektrody 4, 5 tvaru pláště komolého kužele odpovídají tvaru zužující se špičky keramického izolátoru 2, to je části izolátoru 2, která vyčnívá nad koncové válcové čelo pouzdra i. Šířkou pomocných prstencových elektrod 4_, 5 lze při konstantní délce špičky izolátoru 2 měnit velikost jiskřiště 7, umístěného mezi nimi. Šířka, která je v podstatě volně proměnná, je omezena pouze hloubkou spalovacího prostoru. Mírou zúžení špičky izolátoru 2 lze měnit velikost jiskřiště 8. mezi středovou elektrodou 9 a první pomocnou elektrodou 4. Jiskřiště lze umístit do nejvhodnějšího místa spalovacího prostoru.

Na obrázku č. 4 je znázorněn vliv dvoujiskrové zapalovací svíčky (s jednou prstencovou pomocnou elektrodou a třemi zemními elektrodami) v provedení podle obrázku 2a. Křivka a znázorňuje hodnoty výkonu naměřené při použití dvoujiskrové zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu v závislosti na provozních otáčkách zážehového motoru objemu 2000 cm³ se šestnácti ventily, DOHC, o

-----,------- jmenovitém výkonu.....110 kW.-Rřivka-b-znázorňuje - hodnoty-naměřené —* -* — u tohoto motoru pro běžnou, konvenční zapalovací svíčku.

Obrázek. 5 znázorňuje závislost výkonu na provozních otáčkách zážehového motoru objemu 1600 cm³ se šestnácti ventily,

DOHC, o jmenovitém výkonu 78 kw při použití tříjiskrové zapalovací svíčky podle tohoto vynálezu {se dvěma prstencovými pomocnými elektrodami a třemi zemními elektrodami) - viz křivka a, oproti hodnotám znázorněným křivkou b pro běžnou konvenční zapalovací svíčku. V obou případech bylo v praxi u několika rozdílných typů zážehových motorů se zapalovacími svíčkami podle tohoto vynálezu prokázáno {zkouškami v mrazicí komoře při teplotách až -25°C) výrazné zlepšení startovatelnosti při nízkých teplotách okolního prostředí při zachování všech dobrých :*·· Ps‘ .* * ... j funkčních vlastností svíček s prstencovými pomocnými elektrodami {viz přihláška vynálezu PCT/CZ95/00028 resp. český užitný vzor č. 531).

Průmyslová využitelnost vynálezu

Zapalovací svíčka podle tohoto vynálezu je určena pro zážehové spalovací motory.

i

Λ >

-ť o

Ό

Xf<

Patentové náro:

O

O o O < m· x o

o σι·	O	i ar. 1 (fc.
X	o c/x	j cn
CD'	ι- Ο
	V»
Ch		to

Claims (9)

1. o«

   1. Zapalovací svíčka sestává*ťfepelň?^ elektricky vodivého pouzdra (1) s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynotěsně uložen keramický izolátor (2) se středovou elektrodou (9), jehož špička je ve své koncové části, přesahující přes vodivé pouzdro, opatřena alespoň jednou prstencovou pomocnou /

   elektrodou (4), vyznačující se tím, že k prstencové pomocné elektrodě (4), nejbližší k čelu vodivého pouzdra (1), je čelní plochou - svého zahnutého- konce nebo -svou boční- plochou-přivrácena------pro vytvoření jiskřiště nejméně jedna zemní elektroda (13), vodivě a mechanicky spojená s vodivým pouzdrem (lj.
2. 2. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka zemní elektrody (13), měřená ve směru osy zapalovací svíčky, jev rozmezí 0,5 až 8 mm.

   V“%
3. 3. Zapalovací svíčka podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prstencové pomocné elektrody (4) jsou alespoň dvě odsazené uspořádány za sebou, a kde zemní elektrody (13) v počtu tři až čtyři, symetricky uspořádané po obvodu vodivého pouzdra (1), jsou přivráceny k prstencové pomocné elektrodě (4), ležící nejblíže vodivému pouzdru (1), přičemž délka všech zemních elektrod (13), měřená ve směru osy zapalovací svíčky, je 3 až 4 mm.
4. 4. Zapalovací svíčka podle některého z nároků 1, 2 nebo 3,. vyznačující, se tím, že prstencová pomocná elektroda (4) je na svých okrajích’ zesílena.
5. 5. Zapalovací svíčka podle některého Z nároků 1, 2, 3 nebo 4, vyznačující se tím, že prstencová pomocná elektroda (4) je tvořena nejméně dvěma segmenty.
6. 6. Zapalovací svíčka podle nároku 5, vyznačující se tím, že dělicí spára mezi segmenty prstencové pomocné elektrody (4) je souběžná s osou keramického izolátoru (2) nebo šikmá k této ose.
7. 7. Zapalovací svíčka podle některého z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že čelní plocha zahnutého

   L· konce zemní elektrody (13) je uspořádána proti plose prstencové pomocné elektrody (4,.
8. 8. Zapalovací svíčka podle některého nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že zemní kruhový průřez.
9. 9. Zapalovací svíčka podle některého nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že zemní průřez pravoúhlého čtyřúhelníku.

   z předcházejících elektroda (13) má z předcházejících elektroda (13) má /

   Z

   S‘

   Γ /

   I 'W ί )-^---— j JAlOINiSVIA i ΟΗ3Λ(ΠδλΜ0ϊΜ ' f avy o

   9 6 .XI ;s o