CZ3204U1 - Zapalovací svíčka - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení· se týká uspořádání zapalovací svíčky pro zážehové soalovací motory.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že jedním z problémů týkajících se spalovacích motorů je rychlé a dokonalé zapálení směsi paliva a vzduchu, která směřuje do spalovací komory nebo komor. Nedokonalé nebo příliš pomalé zapálení má za následek zvýšenou spotřebu paliva, nižší účinnost motoru a znečišťování vzduchu okolního prostředí.

Zapalovací svíčky v běžném provedení sestávají z ocelového pouzdra na jednom konci opatřeného vnějším závitem pro upevnění svíčky do hlavy válce spalovacího motoru a dále z válcové elektricky izolační keramické části, plynotésně uložené v tomto pouzdru. V keramickém izolátoru je osově uspořádána středová elektroda, spojená zátavem s kovovým svorníkem, který slouží k přivedení vysokého napětí ke středové elektCOCLě . O

LhliCKV

SVICXV

J’ vyvecena clo 5caj.cvac2.no casnc je uoiscena naa srreaoíe u těchto orovedení soustprosooru motoru a její axtivm vou elektrodou. Jiskrový výboj ředěn na malou plochu středové a zemní elektrody, důsledkem je úbytek materiálu zvláště středové elektrody a snížená životnost zapalovací svíčky.

Jsou rovněž známy zapalovací svíčky s vícenásobnou zemní elektrodou, např. dvěma až třemi zemními elektrodami, které jsou přivařeny na konci závitové čásoi pouzdra svíčky. Jejich konce jsou z boku přihnuty ke středové elektrodě. Zemní elektroda muže být také z jediného kusu s výstupky, které představují její aktivní části. Uvedená provedení však výrazně neovlivňují životnost zapalovací svíčky a navíc jsou výrobně náročnější.

Rychlejšího a dokonalejšího zapáleni směsi paliva a vzduchu

-2a tím spolehlivějšího provozu motoru se dosahuje zapalovacími svíčkami s vícejiskrovým výbojem. Mezi středovou elektrodou a zemní elektrodou jsou po obvodu koncové části keramického izolátoru uspořádány zpravidla jedna až tři prstencové pomocné elektrody, které tvoří několik jiskřišt za sebou. V místech s nejvyšší koncentrací zapalovací směsi zde dochází k vícejiskrovým výbojům prostorově od sebe oddělených, výhodou je možnost zapálení a dobrého prohoření i velmi chudé směsi.

Zapalovací svíčka tohoto druhu je popisována v USA patentu č. 1,465,582, kde středová elektroda nese s ní spojenou kovovou čepičku ve tvaru stříšky a kde pomocné elektrody jsou tvořeny dělenými kovovými kroužky kruhového průřezu, které jsou v drážkách na keramickém izolátoru svíčky pružně nasazeny. Pouzdro svíčky má na svém okraji lem, který je přihnutý směrem k izolátoru. Toto provedení má řadu nevýhod. Při pracovních podmínkách ve spalovacím motoru dochází při teplotách přibližně 600 až 700°C ke ztrátě mechanického předpětí kovových kroužků, takže se z důvodu nedostatečného odvodu tepla do izolátoru přehřívají a opalují a při versích zatíženích mohou i shořet. Rovněž stříšková středová elektroda se za provozu přehřívá, nemá dokonalý tepelný styk s izolátorem a plocha přijímající teplo ze spodního prostoru je nepoměrně větší oproti průřezu elektrody, která toto teplo může odvádět. Od přehřátých kovových kroužků pomocných elektrod i stříškové středové elektrody je zvýšené riziko vzniku samozápalů. Lem pouzdra navíc vytváří prostor pro hromadění úsad a možnost zanesení, případně i vodivého přemostění jiskřiště.

Další provedení zapalovací svíčky s prstencovou pomocnou elektrodou, umístěnou mezi zemní a středovou elektrodou, je popsáno v britské patentové přihlášce č. 2,094,883. Středová i pomocná elektroda jsou zapuštěny v dutině kovového pouzdra svíčky. Nevýhodou tohoto provedení je skutečnost, že špičku keramického izolátoru nelze podle potřeby vysunout do spalovacího prostoru a umístit tak jiskřiště dc ne j. vhodně j šiho místa. Zapalovací svíčky těchto provedení se z uvedených důvodů v praxi nerozšířily.

Podstata technického řešení

Nevýhody dosavadního stavu techniky do značné míry odstraňuje uspořádání zapalovací svíčky podle tohoto technického řešení. Zapalovací svíčka sestává z pevného, tepelně a elektricky vodivého pouzdra s upevňovacími prostředky, v jehož dutině je plynctěsně uložen keramický izolátor se středovou páčka je opatřena alespoň dou, uspořádanou na jedné konce pouzdra a na druhé konce středové elektrody.

pomocné prstencové elekny. Zvyšuje se rak životi provozu dochází vlivem álu pomocných elektrod.

elektrodou, jehož vně vyčnívající š jednou prstencovou pomocnou elektro straně s odstupem od přivráceného straně s odstupem od přivráceného Podstata vynálezu spočívá v tom, že trody jsou na svých okrajích zesíle nost zapalovací svíčky, protože př elektrického výboje k úbytku mateři Zesílení jsou vytvořena vnějšími re mi nákružky. Pomocné elektrody lze lit například do zápichu v keram mechanickým vytvarováním nebo kombi Pomocné prstencové elektrody jsou

nacemi ohou způsobů.

s výhodou alespoň dvě, přičemž jejich okrajové nákružky jsou uspořádány v souhlasném směru. Úbytek jejich materiálu vlivem elektrických výbojů je rovnoměrný na obou stranách jiskřiště.

Pomocné orstencové elektrody mohc ;reny vrs^- ru pláště komolého kužele se zesílenou spodní a horní dovou hranou, které odpovídají tvaru zužující se špičky válcového keramického izolátoru. Je to příznivé pro odvod tepla ze špičky keramického izolátoru a tím i pro rozložení teplou na špičce izolátoru.

K zesílenému vnějšímu okraji pomocné prstencové elektrody umístěné na vrcholu zužující se štičkv válcového keramického sílena vne vycnzvaj. K zesílenému vnitřnímu okřáni

OC ;ne creocve e.

stencové

-4přiléhá vnitřní hrana pouzdra, vytvořená na jeho koncovém válcovém čele pomocí vnitřního osazení. Na rotační ploše zužující se části keramického izolátoru je tak vytvořeno několik jiskřišt umístěných za sebou s proměnnou šířkou pomocných prstencových elektrod, které jsou vždy na svých okrajích zesíleny. Vnitřní osazení hrany kovového pouzdra umožňuje dobré čištění a chlazení špičky keramického izolátoru za provozu.

Tloušťka pomocné prstencové elektrody je v rozmezí od C,1 do 1,5 mm, přičemž její okrajová zesílení jsou o síle 0,2 mm. Obvyklá hodnota tloušťky pomocných prstencových elektrod je 0,2 mm, což zaručuje jejich minimální teplotní setrvačnost se změnou režimů spalovacích motorů a díky dobrému přestupu tepla z pomocné elektrody do keramického izolátoru i rychlé přizpůsobení režimu motoru. Pomocné . prstencové elektrody jsou z titannitridu TiN, pouzdro je z oceli. Materiál pomocné prstencové elektrody musí mít blízkou teplotní roztažnost keramickému materiálu izolátoru, v rozmezí ±15 až 20%, titannitrid TiN tuto podmínku splňuje.

Přehled, obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže vysvětleno- na příkladech pomocí výkresů, kde na obr.l je schematicky v řezu zobrazeno známé provedené zapalovací svíčky s pomocnými prstencovými elektrodami, tvořenými dělenými pružnými kovovými kroužky. Na obr.2 je v řezu zobrazeno základní uspořádání vícejiskrové zapalovací svíčky podle tohoto technického řešení a na obr. 3 až 5 jsou různá provedení pomocných prstencových elektrod se zesílenými okraji.

Příklady provedeni technického řešeni

V dutině ocelového pouzdra i zapalovací svíčky, které je na jednom svém konci opatřeno vnějším závitem k montáži do hlavy motoru, je plynotěsně uloženo těleso keramického izolátoru 2. Vnitřní tvarový otvor pouzdra _! je několikrát osazen a je ooatřen sedlem cro uložení izolátoru 2 oomocí kovového,

-5např. ocelového nebo měděného kroužku 2· Vak dosaženo dokonalého styku mezi pouzdrem i a izolátorem 2 z důvodu plvnotěsnosti zapalovací svíčky a dobrého přestupu tepla z izolátoru 2 do pouzdra 1 a dále do hlavy spalovacího motoru. Pří svém okraji v oblasti závitového čepu v koncovém válcovém čele je otvor pouzdra i odlehčen vnitřním osazením. Keramický izolátor 2 odpovídá svým vnějším tvarem vnitřnímu tvaru pouzdra 1 s příslušnými tolerancemi, které zaručují vzájemnou smontovatelncst 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 s ocelovým svorníkem 11 přívodu vysokého napětí. Zátav 10 např. na bázi olova nebo mědi 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 koncového čela pouzdra 1, a směrem k vnějšímu konci středové elektrody 9 se zužuje. V místě sedla s kroužkem 2 přechází válec izolátoru 2 ve směru ke kcnci s přívodem vysokého napětí k zapalovací svíčce do většího průměru. Zužující se špička izolátoru 2 má tvar rotační plochy, v⁷ tento případě komolého rotačního kužele.

Na ploše zužující se části keramického izolátoru 2 jsou dvě prstencové pomocné elektrody 4., 5, 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 umístěných jiskřišt 6, 2 ^a 2· První jiskřiště 6 mezi okrajem pouzdra 1 v místě jeho vnitřního osazení a druhou oomocnou elektrodou 6 má délku 0,6 až 0,3 jvt v širším rozmezí, nap:

od 0,4 mm. Obdobně i další jiskřiště mají délku obvykle 0,6 až 0,S mm.

Pomocné elektrodv 4., 2 jsou tvořeny vrstvami z titanmtridu TiN tvaru oiáště komolého kužele se zesílenou soodní a horní obvodovou hranou, které odpovídají tvaru zužující se špičky válcového keramického izolátoru 2, to je části izolátoru 2, která vyčnívá nad koncové válcové čelo pouzdra 1. Jsou s keramickým izolátorem 2 dokonale spojeny. Jejich materiál, titannitrid TiN, který má teplotní roztašnost blízkou hodnotě teplotní roztažnosti izolátoru 2, je nanášen na izolátor 2 postupně, ve velikosti molekul nebo shluků molekul, s výhodou plasmovou technologií. To zaručuje vynikající přilnavost a je tak rovněž zaručen dobrý přestup tepla mezi nimi a dále do pouzdra 1 a hlavy motoru. Pomocné elektrody 4., 5 lze vytvářet v malých tloušťkách, obvykle 0,2 mm, což zaručuje minimální teplotní setrvačnost (se změnou režimů motoru) a díky dokonalému přestupu tepla z pomocné elektrody 4., 5. do izolátoru 2 i rychlé přizpůsobení režimu motoru.

Šířkou pomocných elektrod 4, £ lze při konstantní délce špičky izolátoru 2 měnit velikost jiskřišté 7 umístěného mezi nimi. Šířka je v podstatě volně proměnná, je omezena pouze hloubkou spalovacího prostoru. Mírou· zúžení špičky izolátoru 2 lze zase měním velikost jiskřišté 8_ mezi středovou elektrodou 5 a první pomocnou elektrodou 4. Jiskřišté lze umístit do nejvhodnějšího místa spalovacího prostoru.

Při provozu zapalovací svíčky dochází vlivem elektrického výboje k erozi, to je postupnému úbytku materiálu pomocných elektrod 4_, 5. Aby se životnost zapalovací svíčky zvýšila, jsou pomocné elektrody 4 a 5 na svých okrajích, přiléhajících k jiskřištím 6, 7 a 3, zesíleny. K zesílenému vnitřnímu okraji druhé pomocné prstencové elektrody 5 přiléhá vnitřní hrana pouzdra 1, vytvořená na jeho koncovém válcovém čele pomocí vnitřního osazení. K zesílenému vnějšímu okraji první pomocné prstencové elektrody 4 umístěné na vrcholu zužující se špičky válcového keramického izolátoru 2 přiléhá vně vyčnívající konec středové elektrody 9. Zesíleni jsou tvořena vnějšími resp. vnitřními prstencovými nákružky 12 , které jsou vytvořeny například do zápichu v keramickém izolátoru 2, případně mechanickým vytvarováním nebo kombinacemi obou zoůsobů. Ckraiové nákružkv 12 isou usnořšdénv s výhodou

-Ί ν souhlasném směru, tak aby úbytek jejich materiálu vlivem elektrických výbojů byl rovnoměrný po obou stranách příslušného jiskřiště. Okrajová zesílení resp. nákružky 12 jsou o síle zpravidla 0,2 mm, mohou mít samozřejmě i menší nebo větší tloušťku. Znamená to, že celková tloušťka vrstvy příslušné pomocné elektrody 4, resp. 5 v oblasti svého okrajového zesílení rychle podléhá renká vrstva jiskrou, cheje zpravidla přibližně 0,4 mm. opotřebení (eroze elektrickou mické vlivy za vysokých teplot apod.), příliš silná vrstva se zase obtížně a dlouho zhotovuje.

Zapalovací svíčka podle tohoto technického řešení je určena rro zážehové soalovací rezerv.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapalovací svíčka, sestávající 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 alespoň jednou prstencovou pomocnou elektrodou, uspořádanou na jedné straně s odstupem od přivráceného konce pouzdra a na druhé straně s odstupem od přivráceného konce středové elektrody, vyznačující se tím, že pomocné prstencové elektrody (4, 5) jsou na svých okrajích zesíleny.
2. 2. Zapalovací svíčka podle nároku 1, vyznačující se tím, že zesílení jsou vytvořena vnějšími resp. vnitřními prstencovými nákružky (12).

   αν

   Zapalovací svíčka podle nároku 1 nebo 2 , že pomocné prstencové elektrody (4, , piíčemt jejich okrajové nákružky (12) , vyznačující se 5) jsou alespcň jsou usoořádány v souhlasném směru.
3. 4. Zapalovací svíčka podle některého z předcházejících nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pomocné prstencové elektrody (4, 5) jsou tvořeny pásky tvaru pláště komolého kužele se zesílenou spodní a horní obvodovou hranou, které odpovídají tvaru zužující se špíčky válcového, keramického izolátoru ( 2 ) .
4. 5. Zapalovací svíčka podle nároku 4, vyznačující se tím, že k zesílenému vnějšímu okraji pomocné prstencové elektrody (4) umístěné na vrcholu zužující se špičky válcového keramického izolátoru (2) přiléhá vně vyčnívající konec středové elekrrodv (5).
5. 6. Zapalovací svíčka podle některého z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že k zesílenému vnitřnímu okraji pomocné prstencové elektrody (5) přiléhá vnitřní hrana pouzdra (1), vytvořená na jeho koncovém válcovém čele pomocí vnitřního osazení.
6. 7. Zapalovací svíčka podle některého z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že tlouštka pomocné prstencové elektrody (4, 5) je v rozmezí od 0,1 do 1,5 mm, přičemž její okrajová zesílení jsou o síle 0,2 mm.

   S. Zapalovací svíčka podle některého z predeházejících nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že pomocné prstencové elektrody (4, 5) jsou z titannitridu a pouzdro (1) je z oceli.