PL223646B1 - Plazmowa świeca zapłonowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest plazmowa świeca zapłonowa, przeznaczona dla silników spalinowych, inicjująca zapłon mieszanki paliwo-powietrznej.

Plazmowy układ zapłonowy znany z polskiego opisu patentowego nr PL 127501 ma pomiędzy kondensatorem a elektrodą centralną świecy włączony tyrystor wysokonapięciowy. Jego bramka sterowana jest przez blok formowania impulsów od przerywacza obwodu uzwojenia pierwotnego cewki zapłonowej lub w przypadku silnika wielocylindrowego z rozdzielaczem zapłonu od czujnika indukcyjnego zainstalowanego na przewodzie łączącym diodę z elektrodą centralną. Blok formowania impulsów jest znanym zespołem złożonym z kondensatora, diody zabezpieczającej i układu rezystorów.

Urządzenie i sposób do zapłonu materiałów palnych w komorze spalania silnika spalinowego za pomocą plazmy koronowej wytwarzanej w rezonatorze koncentrycznym znany jest z opisu patentowego USA nr US7721697. Urządzenie ma koncentryczny rezonator, wewnątrz którego umieszczona jest elektroda zasilana sygnałem zmiennym o częstotliwości radiowej. Wyładowanie plazmowe powstające w pobliżu elektrody zapala materiały palne w komorze spalania silnika spalinowego.

Generator mikrofal znany z opisu patentowego USA nr US8026772, zawiera rezonator, który ma dwie elektrody zasilane napięciem zapłonu, pomiędzy którymi jest przerwa iskrowa. Generator mikrofal o zwiększonej mocy, może działać przy stosunkowo wysokich napięciach zapłonu lub natężeniach pola elektrycznego.

Znana ze stosowania świeca zapłonowa ma jedną elektrodę centralną. Propagacja energii impulsowej z cewki zapłonowej zachodzi w torze współosiowym utworzonym z centralnego pręta świecy oraz z jej metalowej obudowy umasionej do bloku silnika.

W publikacji Dyjakon A.: Plazmowy zapłon rozpylonych paliw ciekłych Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 2004 T. 25, z. 4, s. 2121-2128, przedstawiony jest palnik olejowy z zapłonem plazmotronowym, przy czym pomiędzy dwiema elektrodami zapalany jest łuk ślizgający się wzdłuż elektrod pod wpływem wymuszonego przepływu gazu podawanego pomiędzy elektrodami oraz sił elektrodynamicznych. Palnik olejowy zamocowany jest osiowo w komorze spalania, w której umieszczona jest dodatkowo zapalarka plazmowa. Zapalarka zasilana jest energią elektryczną z zasilacza wysokonapięciowego wysokiej częstotliwości i dodatkowym strumieniem powietrza wprowadzanym ze sprężarki do zapalarki, w celu poprawy jej działania polegającego na wypychaniu łuku elektrycznego.

Istota świecy zapłonowej, według wynalazku, polega na tym, że ma co najmniej trzy identyczne elementy generatora plazmy w postaci elektrod symetrycznie rozmieszczonych wewnątrz uziemionego korpusu, przy czym elektrody zamocowane są w izolacji osadzonej w korpusie, oraz podłączone do co najmniej jednego generatora mocy.

Korzystnie, elektrody wykonane są z prętów przewodzących, najkorzystniej metalowych.

Korzystnie, w izolacji od strony komory spalania, wykonane jest wgłębienie, zaś elektrody wykonane są z drutów wygiętych w kształcie odwróconej litery V do wnętrza wgłębienia, przy czym pomiędzy wygiętymi elektrodami utworzona jest szczelina, w której zapalany jest łuk elektryczny ślizgający się po powierzchni tych elektrod.

Korzystnym jest, gdy w osi korpusu pomiędzy elektrodami symetrycznie rozmies zczonymi na okręgu, umieszczony jest uziemiony pręt.

Korzystnym jest również, gdy elektrody naniesione są w postaci warstwy na górną powierzchnię izolacji wypełniającej korpus.

Korzystnie, elektrody połączone są generatorem mocy poprzez dzielnik mocy, najkorzystniej pomiędzy dzielnik mocy i co najmniej trzy elektrody włączone są co najmniej dwa przesuwniki fazy.

Korzystnie, pomiędzy dzielnik mocy i co najmniej trzy elektrody włączone są co najmniej trzy izolatory mikrofalowe.

Zaletą świecy zapłonowej plazmowej, według wynalazku jest zastosowanie przebiegów sinusoidalnych w ilości równej ilości elektrod, przesuniętych względem siebie w fazie o kąt 360 stopni podzielony przez ilość elektrod, tak że pole elektryczne układu elektrod będzie wirowało generując jednorodny dysk plazmy. Rozwiązanie pozwala także na zdigitalizowanie ciągu prostokątnych impulsów wysokonapięciowych, które mogą być indeksowane i fazowane cyfrowo do wybranych par lub grup elektrod wywołując powstanie plazmy o zadanym kształcie.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia trójelektrodową świecę zapłonową plazmową z symetryczną trójfazową linią zasilającą w przekroju wzdłużnym w ujęciu schematycznym, fig. 2 - czteroelektrodową świecę zapłonową plazmową

PL 223 646 B1 z łukiem ślizgowym, fig. 3 - trójelektrodową świecę zapłonową w widoku z góry, fig. 4 - czteroelektrodową świecę zapłonową w widoku z góry, fig. 5 - pięcioelektrodową świecę zapłonową w widoku z góry, fig. 6 - czteroelektrodową świecę zapłonową w widoku z góry z uziemionym prętem w widoku z góry, fig. 7 - świecę zapłonową z czterema elektrodami naniesionymi w postaci warstwy na powierzchnię izolacji w widoku z góry, fig. 8 - świecę zapłonową z trzema elektrodami naniesionymi w postaci warstwy na powierzchnię izolacji w widoku z góry, fig. 9 - trójfazowy układ zasilania elektrod, fig. 10 - układ zasilania trójelektrodowej świecy zapłonowej z cyfrowym układem kluczującym, fig. 11 - układ zasilania mikrofalami trójelektrodowej świecy zapłonowej, podłączony do źródła stałego napięcia, a fig. 12 - układ zasilania mikrofalami trójelektrodowej świecy zapłonowej z izolatorami.

P r z y k ł a d 1

Plazmowa świeca zapłonowa ma trzy elektrody E₁, E₂, E₃ wykonane z prętów przewodzących i symetrycznie rozmieszczone wewnątrz cylindrycznego uziemionego korpusu KR. Elektrody E₁, E₂, E₃ zamocowane są w izolacji IZ osadzonej w korpusie KR, oraz podłączone za pośrednictwem przesuwników fazy do jednego generatora mocy G. Plazma PL zapalana jest pomiędzy elektrodami E₁, E₂, E₃.

P r z y k ł a d 2

Plazmowa świeca zapłonowa wykonana jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma cztery elektrody E₁, E₂, E₃, E₄ symetrycznie rozmieszczone wewnątrz uziemionego korpusu KR. W izolacji IZ od strony komory spalania, wykonane jest wgłębienie. Elektrody E₁, E₂, E₃, E₄ wykonane są z drutów wygiętych w kształcie odwróconej litery V do wnętrza wgłębienia. Pomiędzy wygiętymi elektrodami E₁, E₂, E₃, E₄ utworzona jest szczelina, w której zapalana jest plazma PL w postaci łuku elektrycznego ślizgającego się po powierzchni tych elektrod E₁, E₂, E₃, E₄.

P r z y k ł a d 3

Plazmowa świeca zapłonowa wykonana jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma cztery elektrody E₁, E₂, E₃, E₄ symetrycznie rozmieszczone wewnątrz uziemionego korpusu KR, a pomiędzy elektrodami E₁, E₂, E₃, E₄ symetrycznie umieszczony jest uziemiony pręt PR.

Ilość elektrod E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆ może być dowolna powyżej dwóch (fig. 3, fig. 4 oraz fig. 5). Elektrody E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆ mogą być naniesione w postaci warstwy przewodzącej na górną powierzchnię izolacji IZ wypełniającej korpus KR (fig. 6 i fig. 7), natomiast izolacja IZ może być osadzona w korpusie KR, tak że jej górna powierzchnia jest poniżej górnej krawędzi korpusu KR, leży w górnej krawędzi korpusu KR, albo wystaje powyżej górnej krawędzi korpusu KR.

P r z y k ł a d 4

Plazmowa świeca zapłonowa wykonana jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że ma sześć elektrod E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆ symetrycznie rozmieszczone wewnątrz uziemionego korpusu KR, które zasilane są parami trójfazowo, przy czym elektrody pierwsza E₁ i trzecia E₃ podłączone są do trzeciej fazy F₃, elektrody druga E₂ i piąta E₅ do drugiej fazy F₂, zaś elektrody czwarta E₅ i szósta E₆ do pierwszej fazy F₁.

P r z y k ł a d 5

Plazmowa świeca zapłonowa wykonana jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że ma trzy elektrody E₁, E₂, E₃ połączone z układem zasilacza wyposażonym w półprzewodnikowe układy kluczujące T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆ z tranzystorami typu 2SK1120, sterującym łączeniem wybranych elektrod E₁, E₂, E₃ ze źródłem prądu stałego U, ponadto pomiędzy półprzewodnikowe układy kluczujące T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆ i elektrody E₁, E₂, E₃, włączone są transformatory TR₁, TR₂, TR₃, przy czym wspólny punkt wysokonapięciowych uzwojeń wtórnych połączony jest ze źródłem napięcia V, nadającemu wynikowej plazmie wymagany potencjał.

P r z y k ł a d 6

Plazmowa świeca zapłonowa wykonana jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że ma trzy elektrody E₁, E₂, E₃ połączone z generatorem mocy G poprzez dzielnik mocy S.

P r z y k ł a d 7

Plazmowa świeca zapłonowa wykonana jak w przykładzie szóstym z tą różnicą, że ma cztery elektrody E₁, E₂, E₃, E₄ symetrycznie rozmieszczone wewnątrz uziemionego korpusu KR, przy czym pomiędzy dzielnik mocy S i elektrody E₁, E₂, E₃, E₄ włączone są połączone szeregowo cztery przesuwniki fazy F₁, F₂, F₃, F₄ z czterema izolatorami mikrofalowymi I₁, I₂, I₃, I₄.

Jeżeli nie stosuje się izolatorów mikrofalowych I₁, I₂, I₃, I₄, wówczas różnice fazy pomiędzy kolejnymi przesuwnikami fazy F₁, F₂, F₃, F₄, wynoszą 45 stopni, zaś w przypadku zastosowania izolatorów mikrofalowych I₁, I₂, I₃, I₄, różnice fazy pomiędzy kolejnymi przesuwnikami fazy F₁, F₂, F₃, F₄, wynoszą 90 stopni.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Plazmowa świeca zapłonowa zawierająca elektrody podłączone do zasilacza, które umies zczone są w cylindrycznej obudowie ceramicznej, znamienna tym, że ma co najmniej trzy identyczne elementy generatora plazmy w postaci elektrod (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) symetrycznie rozmieszczonych wewnątrz uziemionego korpusu (KR), przy czym elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) zamocowane są w izolacji (IZ) osadzonej w korpusie (KR), oraz podłączone do co najmniej jednego generatora mocy (G).
2. 2. Świeca, według zastrz. 1, znamienna tym, że elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) wykonane są z prętów przewodzących korzystnie metalowych.
3. 3. Świeca, według zastrz. 1, znamienna tym, że w izolacji (IZ) od strony komory spalania, wykonane jest wgłębienie, zaś elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) wykonane są z drutów wygiętych w kształcie odwróconej litery V do wnętrza wgłębienia, przy czym pomiędzy wygiętymi elektrodami (Ei, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) utworzona jest szczelina, w której zapalany jest łuk elektryczny ślizgający się po powierzchni tych elektrod (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆).
4. 4. Świeca, według zastrz. 1, znamienna tym, że w osi korpusu (KR) pomiędzy elektrodami (Ei, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) symetrycznie rozmieszczonymi na okręgu, umieszczony jest uziemiony pręt (PR).
5. 5. Świeca, według zastrz. 1, znamienna tym, że elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) naniesione są w postaci warstwy na górną powierzchnię izolacji (IZ) wypełniającej korpus (KR).
6. 6. Świeca, według zastrz. 1, znamienna tym, że elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) połączone są generatorem mocy (G) poprzez dzielnik mocy (S).
7. 7. Świeca, według zastrz. 6, znamienna tym, że pomiędzy dzielnik mocy (S) i co najmniej trzy elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) włączone są co najmniej dwa przesuwniki fazy (F₁, F₂, F₃, F₄).
8. 8. Świeca, według zastrz. 6, znamienna tym, że pomiędzy dzielnik mocy (S) i co najmniej trzy elektrody (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆) włączone są co najmniej trzy izolatory mikrofalowe (I₁, I₂, I₃, I₄).