PL190854B1

PL190854B1 - Grzałka ceramiczna

Info

Publication number: PL190854B1
Application number: PL325622A
Authority: PL
Inventors: Takanori Mizuno
Original assignee: Ngk Spark Plug Co
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2006-02-28
Also published as: PL325622A1; JPH10332149A; HUP9800710A2; HU9800710D0; CN1067144C; KR19980080845A; HU221886B1; US5852280A; DE69819583T2; EP0869698B1; CN1199821A; DE69819583D1; HUP9800710A3; KR100427818B1; EP0869698A1

Abstract

1. Grzalka ceramiczna majaca metalowa powloke z przelotowym otworem przebiegajacym wzdluz jej osi wzdluznej, w którym to otworze jest osadzony ceramiczny korpus tak, ze jego przednia koncówka wystaje na zewnatrz metalowej powloki i stanowi czesc grzewcza ceramicznego korpusu, a wewnatrz tej czesci grzewczej znajduje sie element grzejny, zas do jednej koncówki elementu grzejnego jest dolaczone wyprowadzenie pierwszej elektrody wy- giete do zewnetrznej powierzchni korpusu ceramicz- nego, a do drugiej koncówki elementu grzejnego jest dolaczone wyprowadzenie drugiej elektrody wygiete do zewnetrznej powierzchni koncówki korpusu ce- ramicznego i polaczone elektrycznie z elementem przewodzacym, znamienna tym, ze srednica ze- wnetrzna koncówki (16) korpusu ceramicznego (6) jest mniejsza niz srednica zewnetrzna pozostalej czesci korpusu ceramicznego (6), a wygiecie wyprowa- dzenia (18) drugiej elektrody (21) jest mniejsze niz wygiecie wyprowadzenia (19) pierwszej elektrody (20). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest grzałka ceramiczna.

W szczególnoś ci wynalazek dotyczy grzałki ceramicznej zastosowanej jako ś wieca ż arowa do wspomagania rozruchu silnika wysokoprężnego.

W silniku wysokoprężnym montowanym w samochodzie, zapłon (rozruch silnika) moż e sprawiać trudności szczególnie w sezonie chłodów, ponieważ zapłon paliwa następuje na skutek ciepła wydzielanego podczas sprężania powietrza.

Do wspomagania zapłonu, stosuje się wstępny podgrzewacz, który stanowi świeca żarowa, regulator świecy żarowej, przekaźnik świecy żarowej, i tak dalej.

Ogólna konstrukcja świecy żarowej zamocowanej w komorze wstępnej takiej jak komora wstępna spalania, komora wirowa, lub podobna komora w silniku wysokoprężnym jest znana.

W opisie patentowym JP-A-07 103482 została ujawniona ceramiczna ś wieca ż arowa, która (jak pokazano na figurach Pos. I i Pos. II) zawiera główną metalową powłokę 101 służącą do zamocowania świecy żarowej w silniku wysokoprężnym, oraz korpus 104 ze spieku ceramicznego, włożony w otwór wewnę trzny 102 głównej metalowej powłoki 101. W przedniej części korpusu 104 jest osadzony element grzejny 103. Do jednego końca elementu grzejnego 103 jest dołączone wyprowadzenie 105 a do jego drugiego końca jest dołączone drugie wyprowadzenie 106. Materiał spieku ceramicznego na korpus 104 jest spiekany pod ciśnieniem, a następnie jest poddawany obróbce szlifierskiej tak, żeby wyprowadzenie 105 zostało połączone z częścią elektrody 107 wystającej na obwodzie korpusu 104 i połączonej ze spiralą doprowadzenia 108. Z drugiej strony, drugie wyprowadzenie 106 jest w podobny sposób dołączone do części drugiej elektrody 109, znajdującej się na zewnętrznym obwodzie korpusu ceramicznego 104. Korpus ceramiczny 104 jest spajany szkłem i przylutowany do zewnętrznej metalowej rurki 113. Następnie zostaje luźno osadzony w głównej metalowej powłoce 101 i przylutowany tak, żeby część drugiej elektrody 109 została połączona z metalową rurką zewnętrzną 113.

W innym znanym rozwi ą zaniu ceramicznej ś wiecy ż arowej, pokazanym na Pos. III, części elektrod 107 i 109 są połączone ze spiralami doprowadzeń 108 i 110, odpowiednio.

Znane jest także takie rozwiązanie ceramicznej świecy żarowej, pokazane na Pos. IV, w którym w miejsce spirali doprowadzenia 108 zastosowano kapturek przewodzą cy 111.

W omówionych wyżej znanych ceramicznych świecach żarowych średnica zewnętrzna ceramicznego korpusu 104 wprowadzonego do wewnętrznego otworu 102 głównej metalowej powłoki 101 jest na całej długości jednakowa. Zatem, ponieważ obie części elektrod 107 i 109 muszą znajdować się na obwodzie korpusu 104, ich wyprowadzenia 105 i 106 muszą być wygięte. Ponadto, jeśli spirale doprowadzeń 108, 110 oraz kapturek przewodzący 111 są sprzężone z częścią wyprowadzenia elektrody, zewnętrzna średnica części umieszczanych w otworze wewnętrznym 102 głównej metalowej powłoki 101 staje się większa niż część wyprowadzenia elektrody.

Dlatego, jest niezbędne żeby kształt wygięcia był dokładnie kontrolowany co do wielkości i lokalizacji wyprowadzeń 105 i 106 w korpusie ceramicznym 104, aby umieścić części elektrod 107 i 109 na tej samej średnicy, poprzez wygięcie wyprowadzeń 105 i 106. Ponadto, w celu zabezpieczenia się przed zetknięciem spirali doprowadzenia 108 z wewnętrzną ścianką otworu 102 głównej metalowej powłoki 101, średnica P otworu 102 jest większa od zewnętrznej średnicy Q spirali doprowadzenia 108, co zapewnia istnienie szczeliny izolacyjnej 112. W związku z tym główna metalowa powłoka 101 musi mieć duże wymiary.

Jeżeli główna metalowa powłoka 101 będzie miała małe wymiary, szczelina izolacyjna nie będzie wystarczająca. Gdy główna metalowa powłoka 101 będzie cieńsza wytrzymałość powłoki zostanie obniżona. Szczególnie staje się to niemożliwe do pogodzenia, gdy główna metalowa powłoka 101 ma średnicę gwintu mocującego mniejszą niż M10.

Ponadto, ponieważ korpus ceramiczny 104 oraz zewnętrzna rurka metalowa 113 są wiązane szkliwem i następnie lutowane razem, a potem zewnętrzna rurka metalowa 113 i główna metalowa powłoka 101 są też lutowane jedna do drugiej, występuje skłonność do mimośrodu. A to sprawia trudność w zapewnieniu luzu pomiędzy wewnętrznym otworem 102 głównej metalowej powłoki 101 i spiralą doprowadzenia 108, albo kapturkiem przewodzącym 111. W tym przypadku może to doprowadzić do zmniejszenia zewnętrznej średnicy korpusu ceramicznego 104. Jednakże niezbędnym jest by zapewnić średnicę, która może przenosić obciążenia pochodzące od komory spalania, ponieważ część grzejna korpusu ceramicznego 104 jest zamocowana we wstępnej komorze spalania lub w samej

PL 190 854 B1 komorze spalania. Niezbędnym jest ponadto uzyskanie średnicy, która jest odpowiednia do zapewnienia pojemności cieplnej by spalanie było stabilne. Z tego wynika, że zewnętrzna średnica korpusu ceramicznego nie może być za bardzo zmniejszana.

Świeca żarowa ceramiczna, ujawniona w japońskim zgłoszeniu patentowym Hei-2-43091, ma średnicę zewnętrzną części wyprowadzeniowej elektrody, od strony tylnej korpusu ceramicznego, mniejszą niż zewnętrzna średnica części grzejnej, od strony czołowej korpusu ceramicznego. Jednakże wytrzymałość części wyprowadzeniowej elektrody korpusu ceramicznego jest wtedy obniżona. Ponieważ część wyprowadzeniowa elektrody znajduje się we wnętrzu głównej metalowej powłoki ceramicznej świecy żarowej, niepotrzebna jest zbyt wielka wytrzymałość części wyprowadzeniowej elektrody w porównaniu z częścią grzejną korpusu ceramicznego. Jednakże, ponieważ część wyprowadzeniowa elektrody jest połączona z zewnętrznym, samochodowym źródłem energii elektrycznej poprzez spiralę doprowadzenia lub przez kapturek przewodzący po stronie bieguna dodatniego, i ponieważ jest odizolowana elektrycznie od głównej metalowej powłoki, potrzebna jest wytrzymałość wyprowadzeniowej części elektrody, która jest narażona na drgania zarówno podczas montażu ceramicznej świecy żarowej jak i w czasie stosowania jej w silniku.

Właściwą wytrzymałość wyprowadzeniowej części elektrody można uzyskać przez wykonanie zewnętrznej średnicy wyprowadzeniowej części elektrody równej zewnętrznej średnicy części grzejnej korpusu, a w zamian za to średnicę zwojów spirali doprowadzenia wykonać bardzo małą. W tym przypadku, jednak spirala doprowadzenia będzie nagrzewać się od prądu zasilania, a trwałość spirali doprowadzenia będzie obniżona i nie można będzie uzyskać stabilnego przewodzenia.

Zmniejszenie zewnętrznej średnicy części wyprowadzeniowej elektrody ceramicznej w stosunku do zewnętrznej średnicy części grzejnej świecy żarowej jest znane. Wykonuje się to poprzez obróbkę skrawaniem. Jeżeli średnica zewnętrzna części wyprowadzeniowej elektrody jest, w skrajnym przypadku, większa niż średnica wewnętrzna zwojów spirali doprowadzenia z powodu błędów wykonawczych, spirala doprowadzenia nie da się zmontować z korpusem ceramicznym. Jeżeli zaś średnica zewnętrzna części wyprowadzeniowej elektrody jest mniejsza niż średnica wewnętrzna zwojów spirali doprowadzenia z powodu błędów wykonawczych, spirala doprowadzenia będzie się zsuwać z korpusu ceramicznego.

Grzałka ceramiczna mająca metalową powłokę z przelotowym otworem przebiegającym wzdłuż jej osi wzdłużnej, w którym to otworze jest osadzony ceramiczny korpus tak, że jego przednia końcówka wystaje na zewnątrz metalowej powłoki i stanowi część grzewczą ceramicznego korpusu, a wewnątrz tej części grzewczej znajduje się element grzejny, zaś do jednej końcówki elementu grzejnego jest dołączone wyprowadzenie pierwszej elektrody wygięte do zewnętrznej powierzchni korpusu ceramicznego, a do drugiej końcówki elementu grzejnego jest dołączone wyprowadzenie drugiej elektrody wygięte do zewnętrznej powierzchni zwężonej końcówki korpusu ceramicznego i połączone elektrycznie z elementem przewodzącym, według wynalazku jest charakterystyczna tym, że średnica zewnętrzna zwężonej końcówki korpusu ceramicznego jest mniejsza niż średnica zewnętrzna pozostałej części korpusu ceramicznego, a wygięcie wyprowadzenia drugiej elektrody jest mniejsze niż wygięcie wyprowadzenia pierwszej elektrody.

Korzystnie, wyprowadzenie drugiej elektrody ma kształt liniowy.

Korzystnie, średnica zewnętrzna Y części grzewczej korpusu ceramicznego jest > 3,3 mm, a średnica zewnętrzna Z zwężonej końcówki korpusu ceramicznego jest > 2,5 mm.

Korzystnie, różnica pomiędzy średnicą wewnętrzną metalowej powłoki a średnicą zewnętrzną elementu przewodzącego jest > 0,4 mm.

Korzystnie, różnica pomiędzy średnicą zewnętrzną Y części grzewczej korpusu ceramicznego, a średnicą zewnętrzną Z zwężonej końcówki korpusu ceramicznego jest > 0,5 mm.

Korzystnie, średnica zewnętrzna tylnej części zwężonej końcówki korpusu ceramicznego, jest mniejsza niż średnica zewnętrzna przedniej części zwężonej końcówki korpusu ceramicznego.

Korzystnie, średnica zewnętrzna tylnej części zwężonej końcówki korpusu ceramicznego, jest większa niż średnica zewnętrzna przedniej części zwężonej końcówki korpusu ceramicznego.

Korzystnie, tylna część zwężonej końcówki korpusu ceramicznego ma zaokrągloną krawędź.

Korzystnie, na zwężonej końcówce korpusu ceramicznego znajduje się śrubowy rowek.

Grzałka może być stosowana jako świeca żarowa.

Zaletą grzałki ceramicznej według wynalazku jest to, że kształt i położenia wyprowadzenia umieszczonego we wnętrzu korpusu ceramicznego daje się łatwo korygować. Korpus ze spieku ceramicznego ma dużą wytrzymałość. Trwałość elementu przewodzącego prąd elektryczny jest taka, że

PL 190 854 B1 przewodność elektryczna jest stabilna. Spirala doprowadzenia i element przewodzący elektryczność w łatwy sposób dają się montować z korpusem ceramicznym. Element przewodzą cy jest zabezpieczony przed zsuwaniem się z korpusu ceramicznego.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ceramiczną świecę żarową, w przekroju; fig. 2 - podstawową strukturę ceramicznej świecy żarowej z fig. 1, w przekroju, fig. 3 - korpus ceramiczny świecy żarowej z fig. 2, w przekroju; fig. 4 końcówkę korpusu ceramicznego z fig. 3 od strony bieguna dodatniego wraz ze spiralą wyprowadzeniową, w widoku bocznym; fig. 5 - drugi przykład wykonania końcówki korpusu ceramicznego z fig. 3 od strony bieguna dodatniego, w widoku bocznym; fig. 6 - trzeci przykład wykonania końcówki korpusu ceramicznego z fig. 3 od strony bieguna dodatniego wraz ze spiralą wyprowadzeniową, w widoku bocznym; fig. 7 - czwarty przykład wykonania końcówki korpusu ceramicznego z fig. 3 od strony bieguna dodatniego wraz ze spiralą wyprowadzeniową, w widoku bocznym; Pos.I - znane rozwiązanie ceramicznej świecy żarowej, w przekroju; Pos. II - korpus ceramiczny świecy żarowej z Pos.I, w przekroju; Pos. III - drugie rozwiązanie znanego korpusu ceramicznego wraz ze spiralami wyprowadzeniowymi bieguna ujemnego i dodatniego, w przekroju, zaś Pos. IV - trzecie rozwiązanie znanego korpusu ceramicznego z kapturkiem wyprowadzeniowym, w przekroju.

Przedstawiona na fig. 1 ceramiczna świeca żarowa 1 zawiera metalową powłokę 2, wałek 4 unieruchomiony za pomocą pierścieniowego izolatora 3 przy końcu części tylnej metalowej powłoki 2, oraz korpus ceramiczny 6 unieruchomiony za pomocą cylindrycznej metalowej rurki 5 przy końcu części przedniej metalowej powłoki 2.

Metalowa powłoka 2 służy jako element mocujący ceramicznej świecy żarowej 1 w głowicy cylindra (nie pokazanej) silnika wysokoprężnego mającego komorę wstępną spalania, komorę wirową spalania lub inną podobną komorę. Metalowa powłoka 2 stanowi końcówkę bieguna ujemnego ceramicznej świecy żarowej 1. Na powierzchni zewnętrznej metalowej powłoki 2 są uformowane: nagwintowana część mocująca 7, do wkręcania świecy w głowicę cylindra silnika wysokoprężnego oraz wyposażona w łeb sześciokątny część śrubowa 8 służąca do współpracy z narzędziem.

Metalowa powłoka 2 ma otwór przelotowy 9 usytuowany osiowo. Od strony przedniej świecy otwór przelotowy 9 jest najwęższy a od strony tylnej jest najszerszy. Otwór przelotowy 9 może być wypełniony proszkiem wypełniacza 10 z topliwego materiału szklanego, albo czymś podobnym. Szersza część otworu przelotowego 9 jest zatopiona szkliwem 11.

Wałek 4 stanowi końcówkę bieguna dodatniego ceramicznej świecy żarowej 1. Część przednia wałka 4 jest wpuszczona w metalową powłokę 2 tak, żeby jego ścianka zewnętrzna nie stykała się z wewnę trzną powierzchnią otworu przelotowego 9 metalowej powłoki 2. Drugi koniec wałka 4 wystaje z otworu przelotowego 9 w tylnej cz ęści metalowej powłoki 2 a unieruchomiony jest w niej za pomoc ą nakrętki 12 poprzez pierścieniowy izolator 3. Ponadto, przedni koniec 13 wałka 4, mający mniejszą średnicę niż średnica pozostałej części wałka 4 służy jako łącznik z elektrodą.

Cylindryczna rurka metalowa 5 jest wykonana z metalu o bardzo dobrej wytrzymałości cieplnej. Zabezpiecza ona przed intensywnymi wstrząsami oddziałującymi na korpus ceramiczny 6, który jest umieszczony w przedniej części metalowej powłoki 2. Jednocześnie, cylindryczna rurka metalowa 5 służy także jako element przewodzący elektryczność między metalową powłoką 2 a elementem grzejnym 17 osadzonym w korpusie ceramicznym 6.

Korpus ceramiczny 6 grzałki jest wykonany na przykład z azotku krzemu. Jest on ciasno wpasowany w otworze przelotowym 9 i wystaje z cylindrycznej rurki metalowej 5, przy końcu przedniej części metalowej powłoki 2. Część grzewcza 14 znajduje się w części przedniej korpusu ceramicznego 6, wystającej z metalowej powłoki 2. Część wyprowadzeniowa 15 elektrody od strony bieguna ujemnego, posiadająca taką samą średnicę zewnętrzną jak zewnętrzna średnica części grzewczej 14 oraz część wyprowadzeniowa 16 elektrody od strony bieguna dodatniego (tj. końcówka korpusu ceramicznego 6), posiadająca mniejszą średnicę niż zewnętrzna średnica części grzewczej 14, znajdują się przy końcu tylnej części korpusu ceramicznego 6.

Uformowany w kształt litery U element grzejny 17 jest osadzony w części grzewczej 14 korpusu ceramicznego 6. Do jednego końca elementu grzejnego 17 jest dołączone liniowe wyprowadzenie 18 elektrody dodatniej 21, podczas gdy do drugiego końca elementu grzejnego 17 jest dołączone, wygięte w kierunku zewnętrznej powierzchni części grzewczej 14, wyprowadzenie 19 elektrody ujemnej 20. Liniowe wyprowadzenie 18 elektrody dodatniej 21 jest wyprowadzone na zewnątrz powierzchni części grzewczej 14, a wygięte wyprowadzenie 19 elektrody ujemnej 20 jest wyprowadzone po przeciwnej stronie powierzchni części grzewczej 14.

PL 190 854 B1

Podczas zasilania prądem elementu grzejnego 17 temperatura powierzchni korpusu ceramicznego 6 wzrasta i podgrzewa rozpylone paliwo. Część wyprowadzeniowa 15 elektrody od strony bieguna ujemnego ma taką samą średnicę zewnętrzną jak średnica zewnętrzna części grzewczej 14. Na obwodowej powierzchni części wyprowadzeniowej 15 jest odsłonięta elektroda ujemna 20 wyprowadzenia 19, która jest elektrycznie połączona z metalową powłoką 2 poprzez cylindryczną rurkę metalową 5.

Część wyprowadzeniowa 16 elektrody bieguna dodatniego, ma średnicę zewnętrzną mniejszą niż średnica zewnętrzna części grzewczej 14 i mniejszą niż zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej 15 elektrody bieguna ujemnego. Na obwodowej powierzchni części wyprowadzeniowej 16 jest odsłonięta elektroda dodatnia 21 wyprowadzenia 18, która jest elektrycznie połączona z wałkiem 4 poprzez element przewodzący 22 w postaci spirali doprowadzenia. Dla ułatwienia nakładania elementu przewodzącego 22 na zwężoną końcówką 16 korpusu ceramicznego 6, jej czoło może mieć zaokrągloną krawędź 23.

Element przewodzący 22 składa się z przedniej części zwojowej 24, tylnej części zwojowej 25 i śrubowej pośredniej części spirali 26, łączącej obie te części zwojowe ze sobą. Przednia część zwojowa 24 jest nawinięta na zwężoną końcówkę 16 korpusu ceramicznego 6 i połączona elektrycznie z elektrodą dodatnią 21 za pomocą lutowania albo w inny podobny sposób. Natomiast tylna część zwojowa 25 jest nawinięta na przedni koniec 13 wałka 4 i połączona z nim elektrycznie także za pomocą lutowania albo w inny podobny sposób.

Dla zapewnienia trwałości urządzenia w rzeczywistych warunkach pracy muszą być spełnione określone warunki. Musi być zapewniona ciągłość przewodzenia prądu i duża wytrzymałość ceramiki. Powinien być zapewniony prześwit (odstęp izolacyjny) pomiędzy metalową powłoką 2 a spiralą doprowadzenia 22. Średnicę gwintu mocującego części gwintowanej 7 metalowej powłoki 2 można przyjąć nie większą niż M10. Korzystnie jest określać wymiary poszczególnych części grzałki, w sposób następujący.

Po pierwsze, średnicę drutu X spirali doprowadzenia 22, ustala się w zakresie

0,2 mm < X < 0 0,7 mm [Wyrażenie 1]

Zalecane jest, aby średnica drutu spirali doprowadzenia 22 była ustalona w zakresie od 0 0,4 mm do 0 0,7 mm.

Jako materiał na spiralę doprowadzenia 22 zaleca się stosowanie czystego niklu lub stopu niklu, który posiada wysoką żaroodporność i dobrą przewodność elektryczną.

Jeżeli średnica drutu spirali doprowadzenia 22 jest mniejsza niż 0 0,2 mm, opór elektryczny samej spirali doprowadzenia 22 jest duży i on staje się opornością korpusu 6. Na skutek tego, przy doprowadzeniu prądu elektrycznego do świecy żarowej, spirala doprowadzenia 22 nagrzewa się, a przez to zużywa bezużytecznie energię elektryczną. W dodatku, ponieważ utlenianie się spirali doprowadzenia 22 sprzyja grzaniu, to trwałość grzałki obniża się jeszcze bardziej. Ponadto, ponieważ energia elektryczna jest bezużytecznie tracona w tej części grzałki, to do elementu grzejnego 17 nie dochodzi wystarczająca ilość energii elektrycznej, a temperatura części grzewczej 14 korpusu ceramicznego 6 nie wzrasta dostatecznie.

Z drugiej strony, ustalenie średnicy drutu większej niż 0 0,7 powoduje, że trwałość faktycznie się nie zmienia, ale powstaje trudność w zapewnieniu prześwitu (odstępu izolacyjnego) pomiędzy metalową powłoką 2 i spiralą doprowadzenia 22.

W tabeli 1 zostały pokazane rezultaty przeprowadzanych testów trwałości (próba okresowa: 3 min włączenia - 1 min wyłączenia, przy 11V) dla różnych średnic drutu spirali doprowadzenia 22 wykonanej z czystego niklowego drutu.

Jeśli w kolumnie wyników jest oznaczenie 0, spirala doprowadzenia 22 posiada trwałość większą niż 10000 cykli, a przy pojawiającym się wzroście oporności spirali doprowadzenia 22 lub przerwaniu jej przy mniej niż 10000 cykli, wynik oznaczono przez X.

PL 190 854 B1

T a b e l a 1

Średnica drutu spirali doprowadzenia (mm)	Trwałość przewodzenia prądu elektrycznego (cykle)
0 0,3	X
0 0,4	0
0 0,6	0

Z tabeli wynika, że w przypadku średnicy drutu 0 0,3 mm lub mniejszej trwałość przewodzenia prądu elektrycznego jest niezwykle obniżona. Ten problem nie występuje w przypadku, gdy średnica drutu wynosi 0 0,4 mm lub więcej.

Po drugie, zewnętrzną średnicę Y części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej, tj . korpusu ceramicznego 6, ustala się w zakresie

3,3 mm < Y < 0 5,0 mm [Wyrażenie 2]

Zaleca się żeby zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej, tj. korpusu ceramicznego 6, mieściła się w przedziale 0 3,5 mm do 0 3,6 mm.

Jeżeli średnica zewnętrzna korpusu ceramicznego 6, będzie mniejsza niż wielkość podana wyżej, to podczas osadzania elementu grzejnego 17, który ma kształt litery U, będzie on zgniatany. W takim przypadku, może wystąpić ryzyko pęknięcia samego elementu grzejnego 17 albo możliwość zbliżenia się przeciwległych ramion tego elementu do siebie. W takim przypadku niemożliwe będzie zachowanie odstępu potrzebnego na izolację elektryczną pomiędzy przeciwległymi ramionami elementu grzejnego 17. Odstęp izolacyjny nie powinien być mniejszy niż 1 mm, a wytrzymałość mechaniczna korpusu ceramicznego 6 świecy żarowej musi być taka, żeby znieść wibracje podczas pracy silnika, w którym jest zamocowana. Nie jest pożądane aby zewnętrzna średnica części grzewczej 14 była mniejsza niż 0 3,3 mm, nawet jeśli potrzebne jest zmniejszenie zewnętrznej średnicy części grzewczej 14 tak bardzo jak to jest możliwe. Z drugiej strony, jeżeli średnica części grzewczej 14. byłaby większa niż 0 5.0 mm, to ponieważ grubość metalowej powłoki 2 musiałaby być niewielka, mogłyby wystąpić problemy z wytrzymałością.

Tabela 2 pokazuje wyniki prób dla różnych średnic korpusu ceramicznego 6 grzałki ceramicznej 1 zamontowanej na silniku. Wierzchołek części grzewczej 14 korpusu ceramicznego 6 wystaje 9 mm z cylindrycznej rurki metalowej 5. W tej próbie został użyty silnik rzędowy 4-zaworowy o pojemności 1800 cm³. Wytwarzanie pęknięć było obserwowane przy wystąpieniu nienormalnego spalania objawiającego się silnymi stukami.

T a b e l a 2

Średnica korpusu ceramicznego (mm)	Badanie skłonności do pękania
0 3.0	Wystąpiły pęknięcia
0 3,3	Bez pęknięć
0 3,5	Bez pęknięć

Na podstawie tych wyników można stwierdzić, że jeżeli zewnętrzna średnica korpusu ceramicznego 6 jest większa niż 0 3,3 mm, pęknięcia nie występują i stan jest dobry.

Po trzecie, zewnętrzną średnicę Z części wyprowadzeniowej elektrody dodatniej, tj. zwężonej końcówki 16 korpusu ceramicznego 6, ustala się w zakresie

2,5 mm < Z < 0 4,5 mm [Wyrażenie 3]

Zaleca się żeby zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej elektrody dodatniej mieściła się w przedziale od 0 2,5 do 0 30 mm.

Częścią wyprowadzeniową elektrody dodatniej jest wypolerowana i zwężona końcówka 16 korpusu ceramicznego 6, który ma tę samą średnicę zewnętrzną co zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej. Sposób prowadzenia w linii prostej wyprowadzenia 18 od elementu grzejnego 17 do elektrody dodatniej 21 jest bardziej korzystny, gdy chodzi o unikanie złamań przy

PL 190 854 B1 przejściu przez środek, niż sposób, w którym to wyprowadzenie musiałoby być zaginane. Ponadto, odstęp na izolację elektryczną pomiędzy przeciwległymi ramionami elementu grzejnego 17 musi być nie mniejszy niż 1 mm. W związku z tym, biorąc pod uwagę średnicę pręta elementu grzejnego 17 oraz średnice prętów wyprowadzeń elektrody dodatniej 18 i ujemnej 19, średnica zewnętrzna zwężonej końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 nie może być mniejsza niż 0 2,0 mm, nawet jeżeli zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej elektrody dodatniej ma być najmniejsza z możliwych. Z drugiej strony, jeżeli ta średnica byłaby większa niż 0 4,5, mogą wystąpić trudności z zapewnieniem dostatecznego odstępu na izolację elektryczną pomiędzy metalową powłoką 2 a spiralą doprowadzenia 22.

Tabela 3 przedstawia wyniki próby odporności na wstrząsy określonej przez JIS B8031, przy amplitudzie drgań 5 mm, dla dwóch różnych średnic zwężonej końcówki 16 korpusu ceramicznego 6, tj. 0 2.0 mm i 0 2,5 mm.

T a b e l a 3

Średnica zewnętrzna zwężonej końcówki korpusu ceramicznego (mm)	Badanie odporności na wstrząsy
0 2.0	Występują pęknięcia
0 2,5	Nie ma pęknięć

Z tabeli wynika, że zewnętrzna średnica zwężonej końcówki korpusu ceramicznego 16 powinna mieć 0 2,5 mm lub więcej.

Po czwarte, wewnętrzna średnica cylindrycznej rurki metalowej 5 jest dopasowana do części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej. A średnica zewnętrzna części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej i wewnętrzna średnica metalowej powłoki 2 powinny być o 0,2 mm większe niż zewnętrzna średnica korpusu ceramicznego 6 (zwłaszcza zewnętrzna średnica części grzewczej 14).

W celu zapewnienia wytrzymałości i żaroodporności cylindrycznej rurki metalowej 5, a tym samym w celu ochrony korpusu ceramicznego 6, rurkę tę wykonuje się z materiału metalowego o wysokiej żaroodporności, np. stali nierdzewnej SUS430, stopu niklu Inconel 601 lub podobnych. Ponadto, grubość blachy metalowej przeznaczonej na cylindryczną rurkę metalową 5 może mieścić się w granicach od 0,4 mm do 1,5 mm.

Średnica wewnętrzna P metalowej powłoki 2 jest o 0,1 mm większa niż zewnętrzna średnica cylindrycznej metalowej rurki 5. Metalową powłokę 2 wykonuje się ze stali węglowej takiej jak S40C lub podobnej.

Średnica wewnętrzna zwojów spirali doprowadzenia 22, przed nasadzeniem jej na korpus ceramiczny 6, jest o 0,1 mm mniejsza niż zewnętrzna średnica końcówki 16 korpusu ceramicznego 6. Ponieważ spirala doprowadzenia 22 jest sprężysta, operacja lutowania po założeniu spirali na końcówkę 16 korpusu ceramicznego 6, staje się łatwa.

Średnica drutu użytego na spiralę doprowadzenia 22 wynosi 0 0,5 mm. Zatem, zewnętrzna średnica Q spirali doprowadzenia 22, po nasadzeniu jej na korpus ceramiczny 6, staje się o 1,0 mm większa niż zewnętrzna średnica końcówki 16 korpusu ceramicznego 6.

Różnica średnic P - Q = S, pomiędzy wewnętrzną średnicą metalowej powłoki 2 a zewnętrzną średnią zwojów spirali doprowadzenia 22, powinna być tak dobrana, aby spełniona była nierówność

0,4 mm < S < 1,5 mm [Wyrażenie 4].

Korzystnie, ta różnica średnic S powinna mieścić się w przedziale od 0,8 mm do 1,5 mm.

Jeśli różnica średnic S jest nie mniejsza niż 0,4 mm, izolacja elektryczna pomiędzy spiralą doprowadzenia 22 a metalową powłoką 2 może być zachowana nawet w przypadku gdy występuje mimośrodowość pomiędzy metalową powłoką 2 i korpusem ceramicznym 6. Zaleca się jednak, aby różnica średnic S była nie mniejsza niż 0,8 mm.

Do badań użyto po sto próbek do montażu świec, w których różnica średnic S pomiędzy wewnętrzną średnicą metalowej powłoki 2 a zewnętrzną średnią zwojów spirali doprowadzenia 22 wynosiła 0,2 mm i 0,4 mm. Zbadano wskaźnik występowania zwarć, który przedstawia tabela 4.

PL 190 854 B1

T a b e l a 4

Różnica średnic S (mm)	Wskaźnik występowania zwarć (%)
0,2	60
0,4	0

Z wyników tych prób wynika, że jeżeli różnica średnic wynosi 0,4 mm lub więcej to, nawet jeśli metalowa powłoka 2 jest mimośrodowa względem korpusu ceramicznego 6, izolacja elektryczna pomiędzy spiralą doprowadzenia 22 a metalową powłoką 2 może być zapewniona.

Zatem ceramiczna świeca żarowa 1 powinna być tak uformowana, żeby: zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej 16 elektrody dodatniej, którą stanowi tylna końcówka korpusu ceramicznego 6, była mniejsza o około 0,5 mm niż zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej; średnica drutu spirali doprowadzenia 22 bieguna dodatniego miała wymiar 0 0,5 mm; zewnętrzna średnica cylindrycznej rurki metalowej 5 miała wymiar 0 4,7 mm. Różnica średnic pomiędzy wewnętrzną średnicą metalowej powłoki 2 a zewnętrzną średnicą zwojów spirali doprowadzenia 22 może wynosić na przykład od 0,7 mm do 1,0 mm nawet jeżeli nie przewidziano luzu w otworze przelotowym 9 metalowej powłoki 2. Kiedy gwint mocujący jest M8, to średnica zewnętrzna części wyprowadzeniowej 15 elektrody ujemnej korpusu ceramicznego 6 ma wymiar 0 3,5 mm, a zewnętrzna średnica części wyprowadzeniowej 16 elektrody dodatniej (tylna końcówka korpusu ceramicznego 6) ma wymiar 0 3,0 mm. Średnica zewnętrzna spirali doprowadzenia 22 bieguna dodatniego powinna mieć wymiar 0 4,0 mm po to żeby średnica drutu spirali doprowadzenia 22 bieguna dodatniego mogła wynosić 0 0,5 mm. Wtedy, biorąc pod uwagę wytrzymałość metalowej powłoki 2, jej średnica wewnętrzna może mieć wymiar 0 4,8 mm. Wskutek tego, możliwe staje się zapewnienie różnicy średnic S, pomiędzy wewnętrzną średnicą metalowej powłoki 2 i zewnętrzną średnicą zwojów spirali doprowadzenia 22, na przykład na wartość 0,8 mm.

Ponieważ może być zapewniony dostateczny odstęp dla izolacji elektrycznej pomiędzy metalową powłoką 2 służącą jako końcówka bieguna ujemnego, a spiralą doprowadzenia 22 bieguna dodatniego, można uchronić się od wystąpienia zwarć elektrycznych pomiędzy metalową powłoką 2 i spiralą doprowadzenia 22. Ponadto, ponieważ nie ma konieczności przewidywania luzu w obwodzie wewnętrznym metalowej powłoki 2, może być zapewniona trwałość przewodzenia prądu elektrycznego, trwałość urządzenia w warunkach rzeczywistych oraz wytrzymałość ceramiki, nawet w przypadku gdy średnica gwintu części gwintowanej 7 metalowej powłoki 2 jest nie większa niż M10 (na przykład M8). Wskutek tego, ceramiczna świeca żarowa 1, w której średnica zewnętrzna części wyprowadzeniowej 15 elektrody bieguna ujemnego, jest nie mniejsza niż 0 3,3 mm, a średnica gwintu mocującego jest nie większa niż M10, może być produkowana.

Poza tym, jeżeli średnica zewnętrzna części wyprowadzeniowej 16 elektrody dodatniej (tylna końcówka korpusu ceramicznego 6) jest mniejsza niż 0 2,5 mm, wytrzymałość korpusu ceramicznego 6 jest osłabiona i nie zapewnia dostatecznej trwałości. Wady tej można uniknąć, gdy średnica ta jest nie mniejsza niż 0 2,5 mm.

Przy produkowaniu ceramicznej świecy żarowej 1, w której średnica gwintu mocującego metalowej powłoki 2 jest większa niż M10, zewnętrzna średnica tylnej końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 może mieć 0 3,0 mm lub więcej. Lepsza jest wytrzymałość korpusu ceramicznego 6 oraz jego trwałość. Wtedy też może być zapewniona dostateczna różnica średnic S pomiędzy wewnętrzną średnicą metalowej powłoki 2 i zewnętrzną średnicą zwojów spirali doprowadzenia 22.

Jak pokazano na fig. 4, tylna część końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 ma zaokrągloną krawędź 23. Dzięki temu, nawet w przypadku gdy zewnętrzna średnica końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 jest większa niż wewnętrzna średnica zwojów spirali doprowadzenia 22, z powodu błędu wykonania, spiralę tę można łatwo nasadzić na końcówkę 16 korpusu ceramicznego 6.

Drugi przykład wykonania końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 świecy żarowej od strony bieguna dodatniego przedstawiono na fig. 5.

W tym rozwiązaniu, na końcówce 16 korpusu ceramicznego 6 został wykonany rowek śrubowy 27 odpowiadający zwojom spirali doprowadzenia 22. Dzięki temu, podczas nawijania spirali doprowadzenia 22, na zewnętrzny obwód końcówki 16 korpusu ceramicznego 6, spirala doprowadzenia 22 z łatwością układa się śrubowo wzdłuż rowka śrubowego 27.

PL 190 854 B1

Poza tym, spirala doprowadzenia 22, jest unieruchamiana na zewnętrznym obwodzie elektrodowej części wyprowadzeniowej 16 przez to, że układa się ją w zagłębieniach śrubowego rowka 27 końcówki 16 korpusu ceramicznego 6. W dodatku, zakończenie przedniej części zwojów 24 spirali doprowadzenia 22 lutuje się do elektrody dodatniej 21. Dzięki temu uzyskuje się stabilne przewodzenie prądu elektrycznego pomiędzy spiralą doprowadzenia 22 a elektrodą dodatnią 21, a co za tym idzie poprawia się trwałość ceramicznej świecy żarowej 1.

Trzeci przykład wykonania końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 świecy żarowej od strony bieguna dodatniego przedstawiono na fig. 6.

W tym rozwiązaniu, końcówka 16 korpusu ceramicznego 6 świecy żarowej ma część stożkową 28, której zewnętrzna średnica zmniejsza się w miarę zbliżania się do tylnego końca końcówki 16 korpusu ceramicznego 6, poczynając od środka tej końcówki 16. Dzięki temu, nawet w przypadku gdy średnica zewnętrzna końcówki 16 korpusu ceramicznego 6, jest większa niż wewnętrzna średnica zwojów spirali doprowadzenia 22, z powodu błędu wykonania, to spirala doprowadzenia 22 daje się łatwo nasadzić na końcówkę 16 korpusu ceramicznego 6.

Czwarty przykład wykonania końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 świecy żarowej od strony bieguna dodatniego przedstawiono na fig. 7.

W tym rozwiązaniu, ceramiczna świeca żarowa ma część 29 w postaci odwróconego stożka, której zewnętrzna średnica zwiększa się w miarę zbliżania się do tylnego końca końcówki 16 korpusu ceramicznego 6.

Dzięki temu, nawet w przypadku gdy średnica zewnętrzna końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 jest mniejsza niż wewnętrzna średnica zwojów spirali doprowadzenia 22, z powodu błędu wykonania, spirala doprowadzenia 22 jest zabezpieczona przed zsuwaniem się z końcówki 16 korpusu ceramicznego 6. W związku z tym uzyskuje się stabilne przewodzenie prądu elektrycznego pomiędzy spiralą doprowadzenia 22 a elektrodą dodatnią 21, a co za tym idzie poprawia się trwałość ceramicznej świecy żarowej 1.

Ponadto, średnica zewnętrzna końcówki 16 korpusu ceramicznego 6 może być uformowana tak żeby zmniejszała się w miarę zbliżania się od przedniego do tylnego końca końcówki 16 korpusu ceramicznego 6.

Ponadto, jako element przewodzący elektryczność może być zastosowany kapturek wyprowadzeniowy.

Chociaż przedstawione rozwiązania zostały opisane w odniesieniu do przypadku, w którym niniejszy wynalazek jest zastosowany do ceramicznej świecy żarowej 1, to jednak wynalazek ten może być zastosowany także do świecy żarowej z osłoną, do grzałki z gorącym kołnierzem albo grzałki ceramicznej, takiej jak grzałka palnika, podgrzewacz powietrza, i tak dalej.

Claims

1. Grzałka ceramiczna mająca metalową powłokę z przelotowym otworem przebiegającym wzdłuż jej osi wzdłużnej, w którym to otworze jest osadzony ceramiczny korpus tak, że jego przednia końcówka wystaje na zewnątrz metalowej powłoki i stanowi część grzewczą ceramicznego korpusu, a wewnątrz tej części grzewczej znajduje się element grzejny, zaś do jednej końcówki elementu grzejnego jest dołączone wyprowadzenie pierwszej elektrody wygięte do zewnętrznej powierzchni korpusu ceramicznego, a do drugiej końcówki elementu grzejnego jest dołączone wyprowadzenie drugiej elektrody wygięte do zewnętrznej powierzchni końcówki korpusu ceramicznego i połączone elektrycznie z elementem przewodzącym, znamienna tym, że średnica zewnętrzna końcówki (16) korpusu ceramicznego (6) jest mniejsza niż średnica zewnętrzna pozostałej części korpusu ceramicznego (6), a wygięcie wyprowadzenia (18) drugiej elektrody (21) jest mniejsze niż wygięcie wyprowadzenia (19) pierwszej elektrody (20).

2. Grzałka według zastrz. 1, znamienna tym, że wyprowadzenie (18) drugiej elektrody (21) ma kształt liniowy.

3. Grzałka według zastrz. 1, znamienna tym, że średnica zewnętrzna Y części grzewczej (14) korpusu ceramicznego (6) jest > 3,3 mm, a średnica zewnętrzna Z końcówki (16) korpusu ceramicznego (6) jest > 2,5 mm.

4. Grzałka według zastrz. 1, znamienna tym, że różnica pomiędzy średnicą wewnętrzną metalowej powłoki (2) i średnicą zewnętrzną elementu przewodzącego (22) jest > 0,4 mm.

PL 190 854 B1

5. Grzałka według zastrz. 1, znamienna tym, ż e róż nica pomię dzy ś rednicą zewnę trzną Y części grzewczej (14) korpusu ceramicznego (6), a średnicą zewnętrzną Z końcówki (16) korpusu ceramicznego (6) jest > 0,5 mm.

6. Grzałka według zastrz. 5, znamienna tym, że średnica zewnętrzna tylnej części końcówki (16) korpusu ceramicznego (6), jest mniejsza niż średnica zewnętrzna przedniej części końcówki (16) korpusu ceramicznego (6).

7. Grzałka według zastrz. 5, znamienna tym, że średnica zewnętrzna tylnej części końcówki (16) korpusu ceramicznego (6), jest większa niż średnica zewnętrzna przedniej części końcówki (16) korpusu ceramicznego (6).

8. Grzałka według zastrz. 1, znamienna tym, że tylna część końcówki (16) korpusu ceramicznego (6) ma zaokrągloną krawędź (23).

9. Grzałka według zastrz. 1, znamienna tym, że na końcówce (16) korpusu ceramicznego (6) znajduje się śrubowy rowek (27).

10. Grzałka według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienna tym, że stanowi świecę żarową.