EA004493B1 - Свеча зажигания и способ измерения температуры в камере сгорания - Google Patents

Abstract

Свеча зажигания преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус с рабочей, крепежной и внешней частями, установленный в полости корпуса изолятор, выполненный, по крайней мере частично, из монокристалла сапфира, и помещенный в изоляторе центральный электрод, причем выполненный из монокристалла сапфира элемент изолятора имеет участок, выступающий из внешней части корпуса, свеча снабжена приемником теплового излучения, установленным против выступающего из внешней части корпуса, выполненного из монокристалла сапфира участка изолятора; способ измерения температуры в камере сгорания по тепловому излучению из зоны горения, причем тепловое излучение измеряют на внешней части сапфирового изолятора свечи зажигания.

Description

Изобретение относится к свечам зажигания, используемым преимущественно в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известны свечи зажигания преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащие установленный в полости корпуса изолятор и помещенный в последнем центральный электрод (Энциклопедический справочник Машиностроение'' т. 10, ГНТИ М-1948, стр. 306-307).

В известных свечах зажигания изолятор изготавливается обычно из керамических материалов, к недостаткам которых можно отнести сравнительно невысокое электросопротивление при высоких температурах (10³-10⁴ Ом/м при 900°С) и низкий коэффициент теплопроводности (около 6 Вт/м-град). Эти отрицательные свойства нередко являются причиной пробоя изолятора и перегрева центрального электрода. Кроме того, любой керамический материал при любом способе изготовления является пористым и впитывает нагар.

Недостатки свечей такого типа в известной степени устранены в конструкции, являющейся предметом изобретения по евразийской заявке № 200000361, 1999г., по которой принято решение о выдаче патента. В указанной заявке описана свеча зажигания преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус с рабочей, крепежной и внешней частями, установленный в полости корпуса изолятор, выполненный по крайней мере частично из монокристалла сапфира, и помещенный в изоляторе центральный электрод. Монокристаллический сапфир имеет при высоких температурах значительно большее по сравнению с керамикой электрическое сопротивление и гораздо более высокий коэффициент теплопроводности, что позволяет существенно улучшить эксплуатационные качества свечи. Однако, как показали наши исследования, применение монокристалла сапфира при определенных конструктивных усовершенствованиях может дать значительно более высокие результаты.

Это достигается тем, что в свече зажигания преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащей корпус с рабочей, крепежной и внешней частями, установленный в полости корпуса изолятор, выполненный по крайней мере частично из монокристалла сапфира и помещенный в изоляторе центральный электрод, выполненный из монокристалла сапфира элемент изолятора имеет участок, выступающий из внешней части корпуса; изолятор может быть целиком выполненным из монокристалла сапфира; свеча может быть снабжена приемником интенсивности теплового излучения, установленным против выступающего из внешней части корпуса, выполненного из монокристалла сапфира участка изолятора.

Известен также способ измерения температуры в камере сгорания по интенсивности теплового излучения из зоны горения (см. евразийский патент № 001536, 1999г.).

В рамках данного изобретения в способе измерения температуры в камере сгорания по интенсивности теплового излучения из зоны горения интенсивность теплового излучения измеряют на участке сапфирового изолятора свечи зажигания, выступающем из внешней части корпуса. Такой способ позволяет упростить и повысить точность измерения температуры в камере сгорания ДВС. На прилагаемом чертеже представлен общий вид свечи зажигания согласно данному изобретению.

Свеча зажигания имеет металлический, обычно стальной корпус с рабочей, т.е. расположенной в камере сгорания частью 1, крепежной частью 2 для закрепления свечи в стенке цилиндра двигателя и внешней, т.е. расположенной снаружи цилиндра двигателя, частью 3. Часть 2 обычно состоит из резьбы 4, гайки 5 и уплотнителя или конуса 6. В полости корпуса установлен изолятор, выполненный в описываемом варианте из внутреннего элемента 7, расположенного, в основном, в рабочей 1 и крепежной 2 частях корпуса, причем часть 8 элемента 7 выступает наружу из внешней части 3 корпуса. Элемент 7 изготовлен из монокристалла сапфира. Внешняя часть 9 изолятора может быть выполнена из другого материала, например керамики. В изоляторе установлен центральный электрод 10, который с укрепленным на корпусе боковым электродом 11 образует искровой промежуток свечи 12. Электрод 10 через токопроводящий уплотнитель 13 соединен со стержнем 14, который подключается к высоковольтному проводу системы зажигания. Свеча может быть снабжена приемником излучения 15, установленным против части 8 изолятора, выступающей из внешней части корпуса.

Свеча работает следующим образом.

Когда система зажигания соединяет электрод 10 через стержень 14 и токопроводящий уплотнитель 13 с источником тока высокого напряжения, в искровом промежутке 12 возникает электрический разряд, который поджигает находящуюся в данном цилиндре двигателя топливовоздушную смесь. В процессе работы электрод 10 нагревается, но от перегрева его спасает интенсивный отвод тепла через внутренний элемент изолятора 7 за счет теплопередачи и излучения в сравнительно холодный корпус двигателя и окружающую среду. Благодаря применению сапфира, коэффициент теплопроводности которого значительно выше, чем у других материалов, например керамики (около 30 Вт/м-град при 900°С), интенсивность этого теплоотвода также достаточно высока, что позволяет предохранить центральный электрод 4 от перегрева и увеличить продолжительность срока службы свечи. Этому содействует также прозрачность сапфира, благодаря которой существенная часть теплоты отводится в окружающую среду за счет излучения. При этом появляется возможность контролировать температуру в камере сгорания, измеряя с помощью приемника 15 интенсивность излучения из камеры сгорания. Важным достоинством монокристаллического сапфира является высокое удельное электрическое сопротивление (10⁸ Ом/м при температуре 900°С), что исключает пробой изолятора при высоких температурах в цилиндре.

Кроме того, как это было подтверждено экспериментально, хорошая работа свечи при высокой температуре в камере и возможность контролировать температуру в ней позволяет повысить эту температуру, увеличив КПД двигателя и его экономичность. Наконец, нагар, осаждающийся на поверхность изолятора, не пригорает и может быть легко удален с помощью ветоши.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Свеча зажигания преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус с рабочей, крепежной и внешней частями, установленный в полости корпуса изолятор, выполненный, по крайней мере частично, из монокристалла сапфира, и помещенный в изоляторе центральный электрод, отличающаяся тем, что выполненный из монокристалла сап фира элемент изолятора имеет участок, выступающий из внешней части корпуса.
2. 2. Свеча зажигания по п.1, отличающаяся тем, что изолятор целиком выполнен из монокристалла сапфира.
3. 3. Свеча зажигания по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена приемником теплового излучения, установленным против выступающего из внешней части корпуса, выполненного из монокристалла сапфира участка изолятора.
4. 4. Способ измерения температуры в камере сгорания по интенсивности теплового излучения из зоны горения, отличающийся тем, что тепловое излучение измеряют на внешней части сапфирового изолятора свечи зажигания по п.1.