RU2176122C1 - Streamer spark plug - Google Patents
Streamer spark plug Download PDFInfo
- Publication number
- RU2176122C1 RU2176122C1 RU2000132050A RU2000132050A RU2176122C1 RU 2176122 C1 RU2176122 C1 RU 2176122C1 RU 2000132050 A RU2000132050 A RU 2000132050A RU 2000132050 A RU2000132050 A RU 2000132050A RU 2176122 C1 RU2176122 C1 RU 2176122C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spark
- electrode
- candle
- main
- starting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Spark Plugs (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, в частности к устройствам для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, основанным на использовании особенностей как комбинированных, так и обычных традиционных искровых свечей зажигания. The invention relates to mechanical engineering, in particular to the field of engine building, in particular to devices for the forced ignition of the working mixture in the cylinders of internal combustion engines, based on the use of features of both combined and conventional traditional spark plugs.
Известна базовая свеча зажигания, содержащая корпус и изолятор со встроенным в него центральным электродом, выступающим за его торец, а также боковые электроды массы, размещенные в плоскости торца изолятора против центрального электрода (см. , например, патент РФ N 2159979, МКИ H 01 Т 13/20, 1999). Known basic spark plug containing a housing and an insulator with a built-in central electrode protruding beyond its end, as well as side mass electrodes placed in the plane of the end face of the insulator against the central electrode (see, for example, RF patent N 2159979, MKI H 01
В отличие от других комбинированных свечей зажигания с характерным зигзагообразным движением искрового разряда, начинающего путь по торцу изолятора, затем изменяя направление, переходит на его боковую поверхность и, вновь изменяя направление, перескакивает на электрод массы, базовая свеча обеспечивает почти прямолинейное движение искрового разряда. Вследствие этого снижается и необходимое пробивное напряжение до уровня, свойственного обычным искровым свечам зажигания при воздушном зазоре 0,8...0,9 мм. Unlike other combined spark plugs with a characteristic zigzag movement of the spark discharge, starting the path along the end of the insulator, then changing direction, it moves to its side surface and, again changing direction, jumps to the mass electrode, the base candle provides an almost rectilinear movement of the spark discharge. As a result of this, the necessary breakdown voltage also decreases to the level typical of ordinary spark plugs with an air gap of 0.8 ... 0.9 mm.
Однако в процессе испытаний данных свечей было установлено, что на неустановившихся разгонных режимах работы требуется повышенное напряжение пробоя, что не мешает улучшению экономичности и экологичности автомобиля, но существует и опасность пропуска воспламенения смеси на упомянутых неустановившихся режимах работы двигателя. However, in the process of testing these candles, it was found that in unsteady accelerating modes of operation an increased breakdown voltage is required, which does not interfere with improving the efficiency and environmental friendliness of the car, but there is also a danger of ignition of the mixture at the mentioned unsteady engine modes.
Известна также свеча зажигания, принятая в качестве прототипа и содержащая корпус, изолятор с торцевой разрядной поверхностью и встроенным центральным электродом, выступающим за разрядную поверхность, и электроды массы, расположенные относительно изолятора с воздушным зазором и образующие с боковой поверхностью центрального электрода основные искровые промежутки (см. патент Великобритании N 1373435, МКИ H 01 Т 13/52, 1974 г.). Also known is a spark plug adopted as a prototype and comprising a housing, an insulator with an end discharge surface and a built-in central electrode protruding beyond the discharge surface, and mass electrodes located relative to the insulator with an air gap and forming main spark gaps with the side surface of the central electrode (see UK patent N 1373435, MKI H 01
Неэффективность данного технического решения состоит в том, что боковые электроды массы размещены относительно боковой поверхности изолятора так, что искровой разряд неизбежно должен перемещаться по сложной траектории, поскольку на уровне торца изолятора размещена верхняя кромка боковых электродов. При такой компоновке искровой разряд при своем движении изменяет несколько раз свое направление, что требует повышенных напряжений пробоя. Электрод, образующий искровой зазор с торцом центрального электрода, скреплен с торцом корпуса свечи и размещен под углом 90o к основным электродам, т. е. он может выполнять самостоятельную роль и не обеспечит нужную ионизацию пространства в зоне основных электродов, чтобы понизить напряжения пробоя.The inefficiency of this technical solution lies in the fact that the side electrodes of the mass are located relative to the side surface of the insulator so that the spark discharge must inevitably move along a complex path, since the upper edge of the side electrodes is located at the level of the end of the insulator. With this arrangement, the spark discharge during its movement changes its direction several times, which requires increased breakdown voltages. The electrode forming the spark gap with the end of the central electrode is fastened to the end of the candle body and placed at an angle of 90 ° to the main electrodes, i.e., it can play an independent role and will not provide the necessary ionization of the space in the area of the main electrodes in order to reduce the breakdown voltage.
Целью настоящего изобретения, т.е. тем техническим результатом, который предполагается получить от использования настоящего изобретения, является повышение эффективности работы свечи путем использования явления стримера для увеличения интенсивности ионизации в зоне возникновения основного электрического разряда, вследствие чего создаются благоприятные условия для устойчивого искрообразования и снижения напряжения пробоя на всех возможных режимах работы двигателя в эксплуатации. The aim of the present invention, i.e. the technical result that is expected to be obtained from the use of the present invention is to increase the efficiency of the candle by using the streamer phenomenon to increase the ionization intensity in the zone of occurrence of the main electric discharge, as a result of which favorable conditions are created for stable sparking and a decrease in breakdown voltage at all possible engine operating modes in operation.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в свече зажигания, содержащей корпус, изолятор с торцевой разрядной поверхностью и встроенным центральным электродом, выступающим за разрядную поверхность, и электроды массы, расположенные относительно изолятора с воздушным зазором и образующие с боковой поверхностью центрального электрода основные искровые промежутки, по меньшей мере, один электрод массы выполнен составным из главной и пусковой частей с обособленными искровыми поверхностями, причем пусковая часть образует вспомогательный искровой зазор с центральным электродом, а основной искровой промежуток образован главной частью и боковой поверхностью центрального электрода. The claimed technical result is achieved due to the fact that in the spark plug containing the housing, an insulator with an end discharge surface and an integrated central electrode protruding beyond the discharge surface, and mass electrodes located relative to the insulator with an air gap and forming the main spark with the side surface of the central electrode the gaps of at least one mass electrode is made integral of the main and starting parts with separate spark surfaces, and the starting part is an image There is an auxiliary spark gap with the central electrode, and the main spark gap is formed by the main part and the side surface of the central electrode.
Кроме того, для усиления эффективности работы могут быть предложены следующие конструктивные особенности выполнения составных элементов свечи, например:
- главная часть электрода массы выполнена сплошной с цилиндрической искроприемной поверхностью, концентричной оси свечи;
- главная часть электрода массы выполнена П-образной с цилиндрической искроприемной поверхностью, концентричной оси свечи;
- пусковая часть электрода массы, формирующая ионизационный пространственный заряд в зоне искрообразования, выполнена двухветвевой с общей для ветвей искроприемной поверхностью, при этом ее оптимальное размещение над торцом относительно центрального электрода выбрано так, что она не затеняет зону искрового разряда между боковой образующей центрального электрода и серединой искроприемной поверхности главной части;
- пусковая часть электрода массы может быть выполнена одноветвевой, предпочтительно заостренной (конусной) формы.In addition, to enhance the efficiency of the work, the following design features of the components of the candle, for example:
- the main part of the mass electrode is made continuous with a cylindrical spark receiving surface, the concentric axis of the candle;
- the main part of the mass electrode is made U-shaped with a cylindrical spark receiving surface, the concentric axis of the candle;
- the starting part of the mass electrode, which forms the ionization space charge in the zone of sparking, is made of a two-branch one with a spark-receiving surface common for the branches, while its optimal placement above the end face relative to the central electrode is chosen so that it does not obscure the zone of spark discharge between the side generatrix of the central electrode and the middle spark surface of the main part;
- the starting part of the mass electrode can be made single-branch, preferably pointed (conical) in shape.
Кроме того, главная часть электрода массы может быть установлена на корпусе свечи, а пусковая часть размещена на главной части и жестко связана с ней или главная и пусковая части электрода массы самостоятельно могут быть связаны с корпусом свечи. In addition, the main part of the mass electrode can be mounted on the candle body, and the starting part is placed on the main part and is rigidly connected with it, or the main and starting parts of the mass electrode can independently be connected with the candle body.
Также вспомогательный искровой зазор может быть образован между пусковой частью и торцом центрального электрода либо между пусковой частью и боковой поверхностью центрального электрода. Also, an auxiliary spark gap may be formed between the starting part and the end face of the central electrode, or between the starting part and the side surface of the central electrode.
Для улучшения очистки искрообразующих элементов и управлением пробоем на торцевой поверхности корпуса свечи выполнены каналы-завихрители. To improve the cleaning of spark-forming elements and the control of breakdown, swirl channels are made on the end surface of the candle body.
При этом для всех примеров исполнения конструкции характерно то, что обращенная внутрь кромка цилиндрической искроприемной поверхности главной части электрода массы расположена, по меньшей мере, в плоскости торца изолятора. Moreover, for all examples of the construction, it is characteristic that the inwardly facing edge of the cylindrical spark receiving surface of the main part of the mass electrode is located at least in the plane of the end face of the insulator.
Изобретение поясняется чертежами где:
на фиг. 1 показан разрез свечи, у которой главная и пусковая части жестко связаны между собой;
на фиг. 2 - то же с П-образной главной частью;
на фиг. 3 - вид сверху по фиг. 1 и 2 с двухветвевой пусковой частью;
на фиг. 4 - вид сверху по фиг. 1 и 2 с одноветвевой заостренной пусковой частью и каналами-завихрителями;
на фиг. 5 - разрез свечи с одноветвевой пусковой частью, скрепляемой с торцом корпуса свечи;
на фиг. 6 - вид сверху по фиг. 1 и 2 с разделенной главной частью, размещенной вблизи пусковой части;
на фиг. 7 - то же с главной частью, размещенной с одной стороны от пусковой части;
на фиг. 8 - разрез свечи, по меньшей мере, с двумя блоками составных электродов массы, пусковые части которых образуют вспомогательный искровой зазор с торцом центрального электрода;
на фиг. 9 - то же, но пусковые части образуют вспомогательный искровой зазор с боковой поверхностью центрального электрода;
на фиг. 10 - схема выявления эффективности влияния расположения пусковой части электрода массы по отношению к его главной части.The invention is illustrated by drawings where:
in FIG. 1 shows a cross-section of a candle in which the main and starting parts are rigidly interconnected;
in FIG. 2 - the same with the U-shaped main part;
in FIG. 3 is a plan view of FIG. 1 and 2 with a two-branch starting part;
in FIG. 4 is a plan view of FIG. 1 and 2 with a single-branch pointed starting part and swirl channels;
in FIG. 5 - section of a candle with a single-branch starting part, fastened to the end of the candle body;
in FIG. 6 is a plan view of FIG. 1 and 2 with a divided main part located near the launch part;
in FIG. 7 - the same with the main part, located on one side of the launch part;
in FIG. 8 is a sectional view of a candle with at least two blocks of composite mass electrodes, the starting parts of which form an auxiliary spark gap with the end of the central electrode;
in FIG. 9 - the same, but the starting parts form an auxiliary spark gap with the lateral surface of the central electrode;
in FIG. 10 is a diagram for identifying the effectiveness of the influence of the location of the starting part of the mass electrode with respect to its main part.
Свеча зажигания содержит корпус 1, изолятор 2 с торцевой разрядной поверхностью и встроенным в него центральным электродом 3, выступающим за разрядную поверхность, и электроды массы 4, расположенные относительно изолятора с воздушным зазором и образующие с боковой поверхностью центрального электрода основные искровые промежутки. The spark plug contains a
По меньшей мере, один электрод массы выполнен составным из главной 5 и пусковой 6 частей с обособленными искровыми поверхностями, причем пусковая 6 часть образует вспомогательный искровой зазор 7 с центральным электродом 3, а основной искровой промежуток 8 образован главной 5 частью и боковой поверхностью центрального электрода 3. At least one mass electrode is made of a composite of the main 5 and the starting 6 parts with separate spark surfaces, and the starting 6 part forms an
Главная 5 часть электрода массы может быть выполнена либо в виде сплошной накладки 9 (фиг. 1), либо П-образной формы (фиг. 2), жестко соединенной с корпусом 1, с цилиндрической искроприемной поверхностью 10, в основном, концентричной оси 11 свечи. Причем обращенная внутрь кромка 12 цилиндрической искроприемной поверхности главной 5 части электрода массы расположена, по меньшей мере, в плоскости торца 13 изолятора с точностью ±0,1 мм. The main 5 part of the mass electrode can be made either in the form of a continuous lining 9 (Fig. 1), or a U-shaped (Fig. 2), rigidly connected to the
Пусковая 6 часть электрода массы может быть выполнена либо двухветвевой (фиг. 3) с общей для ветвей искроприемной поверхностью, либо одноветвевой (фиг. 4-7). The starting
Кроме того, главная 5 часть электрода массы может быть либо установлена на корпусе 1 свечи, а пусковая 6 часть размещена на главной части и жестко связана с ней (фиг. 1-2), либо главная 5 и пусковая 6 части электрода массы самостоятельно связаны с корпусом свечи (фиг. 4-9). In addition, the main 5 part of the mass electrode can either be mounted on the
Вспомогательный искровой зазор 7 образован либо между пусковой 6 частью и торцом центрального электрода 3, либо между пусковой частью 6 и боковой поверхностью центрального электрода 3. The
Центральный электрод 3 выступает за пределы торца 13 изолятора 2 на величину до 1/3 своего диаметра, но может и превышать эту величину. Радиус искроприемной цилиндрической поверхности 10 главной 5 части электрода массы равен сумме радиусов центрального электрода и искрового промежутка "1", величина которого равна (R-r)+ δ (см.фиг. 1) и может быть увеличена путем применения изоляторов 2 с развитым торцом 13, т.е. большим R, и увеличения воздушного зазора δ в пределах внутренней полости резьбовой части корпуса свечи, а именно до 3 мм и более. The
Для интенсификации очистки элементов искрообразования свечи на торцевой поверхности ее корпуса сделаны каналы-завихрители14, выполненные наклонными к боковой поверхности изолятора 2 и к оси корпуса 1. To intensify the cleaning of spark sparking elements on the end surface of its housing, swirl channels 14 are made, made oblique to the side surface of
Для заявленной свечи зажигания характерным является наличие искрового промежутка между главной 5 частью электрода массы и воздушного зазора между пусковой 6 его частью и центральным электродом 3. Для облегчения оптимизации величин искровых промежутков и зазоров могут быть применены соотношения, основанные на известном законе Пашена, которые в данной трактовке позволяют находить в первом приближении численные значения величин пробивного напряжения U2 для ряда значений δ и (R-г) + δ, что позволяет оценивать соответствие свечи данной системе зажигания с учетом ε, т.е. степени сжатия конкретного двигателя.The claimed spark plug is characterized by the presence of a spark gap between the main 5 part of the mass electrode and the air gap between the starting
По закону Пашена Uпр = f(Pδ/T),
где p и Т - соответственно давление и температура в цилиндре в момент зажигания при данном δ-воздушном зазоре. Названные величины p и Т - это их значения в конце такта сжатия и начале сгорания, которые целесообразно выражать с использованием известных термодинамических соотношений, которые даются во всех книгах по теории двигателей, и выразить через Pa и Тa : P = Pc = Pa • и T = Тc = Ta• тогда отношение
Используя изложенное, приводим формулу, позволяющую определить напряжение пробоя как в комбинированных, так и в обычных свечах при наличии только воздушного зазора.According to Paschen's law, U pr = f (Pδ / T),
where p and T are respectively the pressure and temperature in the cylinder at the moment of ignition for a given δ-air gap. The named values of p and T are their values at the end of the compression stroke and the beginning of combustion, which should be expressed using the well-known thermodynamic relations that are given in all books on engine theory, and expressed in terms of P a and T a : P = P c = P a • and T = T c = T a • then attitude
Using the foregoing, we give a formula that allows you to determine the breakdown voltage in both combined and conventional candles in the presence of only an air gap.
Uпр - напряжение пробоя свечи зажигания, кВ;
Pa - давление начала впуска, кгс/см2;
Тa - температура начала впуска, К;
ε- степень сжатия;
δизол- величина искрового промежутка над изолятором, см;
δвозд- воздушный зазор, см;
K1 = 9195 - коэффициент пропорциональности, K•см•кВ/кгс;
К2 = 1,985 - коэффициент пропорциональности, см;
К3 = 3 - коэффициент пропорциональности, см;
К4 = 1 - коэффициент пропорциональности, см-1.
U CR - breakdown voltage of the spark plug, kV;
P a - pressure of the beginning of the inlet, kgf / cm 2 ;
T a - inlet start temperature, K;
ε is the compression ratio;
δ isol - the value of the spark gap above the insulator, cm;
δ air - air gap, cm;
K 1 = 9195 - proportionality coefficient, K • cm • kV / kgf;
To 2 = 1,985 - the coefficient of proportionality, cm;
K 3 = 3 - coefficient of proportionality, cm;
K 4 = 1 - coefficient of proportionality, cm -1 .
При этом
напряжение пробоя вблизи поверхности изолятора свечи зажигания;
напряжение пробоя чисто газового промежутка свечи зажигания.Wherein
breakdown voltage near the surface of the spark plug insulator;
breakdown voltage of the purely gas gap of the spark plug.
Учитывая, что важнейшим элементом искрового пробоя на первой стадии является стример, который зарождается от мощной электронной лавины, а в простейшем случае - около анода. Considering that the streamer, which arises from a powerful electron avalanche, and in the simplest case, near the anode, is the most important element of spark breakdown at the first stage.
Стримерный (или лидерный пробой) - в виде тонкого плазменного канала от одного электрода к другому, который превращается в искровой, способный пропустить сильный ток. Стримерная стадия разряда занимает промежуточное положение между лавинной и искровой, предшествуя последней, и предопределяется взаиморасположением электродов массы. Streamer (or leader breakdown) - in the form of a thin plasma channel from one electrode to another, which turns into a spark, capable of passing a strong current. The streamer stage of the discharge occupies an intermediate position between the avalanche and spark, preceding the latter, and is predetermined by the relative position of the mass electrodes.
Влияние расположения пускового электрода по отношению к основному описывается следующей формулой (фиг. 10)
K - коэффициент влияния энергии пускового электрода на энергию основного электрода. При этом, заранее задаваясь значением K (K≥1), можно определить α, т. е. угол, ограничивающий возможное взаимное расположение основного и пускового электродов: рад
r - радиус центрального электрода;
δ- воздушный зазор между основным электродом и изолятором центрального электрода;
l1 - расстояние от кромки пускового электрода до центрального электрода.The influence of the location of the starting electrode relative to the main is described by the following formula (Fig. 10)
K is the coefficient of influence of the energy of the starting electrode on the energy of the main electrode. Moreover, presetting the value of K (K≥1), it is possible to determine α, i.e., the angle limiting the possible relative position of the main and starting electrodes:
r is the radius of the central electrode;
δ is the air gap between the main electrode and the insulator of the central electrode;
l 1 - the distance from the edge of the starting electrode to the Central electrode.
Предлагаемая свеча работает следующим образом: между центральным электродом 3, боковыми электродами (главной 5 и пусковой 6 частями) прикладывается напряжение, вследствие чего пространство между ними на первой стадии ионизируется, формируя стример вблизи изолятора центрального электрода и усиливая ионизационное поле в зоне, ограничиваемой ветвями пускового электрода массы, что и вызывает электрический разряд между центральным электродом 3 и искроприемной поверхностью главной части 5 электрода массы, который вначале скользит по поверхности торца изолятора, а затем, преодолевая воздушный зазор 8 в том же направлении, перескакивает на поверхность электрода 4 массы. С увеличением искрового промежутка "l" повышается и надежность воспламенения рабочей смеси в камере сгорания двигателя. При этом, на режимах пуска и малых нагрузках работает только пусковая часть 6 электрода массы, а с увеличением нагрузки вступает в работу основной искровой промежуток "l". Благодаря этому обеспечивается устойчивость работы двигателя на всех возможных режимах в эксплуатации, включая и мотоциклетные энергосистемы, обладающими низкими возможностями. The proposed candle operates as follows: a voltage is applied between the
Предлагаемая стримерная свеча зажигания отличается не только новизной, но и высокоэффективна при любых системах питания и зажигания бензиновых двигателей, особенно в расчете на использование забедненных горючих смесей с целью уменьшения расхода топлива и выброса вредных веществ в атмосферу. The proposed streamer spark plug is not only novelty, but also highly effective for any power supply and ignition systems of gasoline engines, especially with regard to the use of lean fuel mixtures in order to reduce fuel consumption and emission of harmful substances into the atmosphere.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000132050A RU2176122C1 (en) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Streamer spark plug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000132050A RU2176122C1 (en) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Streamer spark plug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2176122C1 true RU2176122C1 (en) | 2001-11-20 |
Family
ID=20243753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000132050A RU2176122C1 (en) | 2000-12-21 | 2000-12-21 | Streamer spark plug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2176122C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2511893C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Combustion method of hydrocarbon fuel in gas turbine engine or plant |
-
2000
- 2000-12-21 RU RU2000132050A patent/RU2176122C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2511893C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Combustion method of hydrocarbon fuel in gas turbine engine or plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100317762B1 (en) | Traveling spark ignition system and ignitor therefor | |
US6013973A (en) | Spark plug having a sub-combustion chamber for use in fuel ignition systems | |
US6321733B1 (en) | Traveling spark ignition system and ignitor therefor | |
US5623179A (en) | Multi fire spark plug | |
US20100212620A1 (en) | Plasma igniter and ignition device for internal combustion engine | |
GB1588167A (en) | Accumulating fuel particles in a portion of a combustion chamber | |
US4798991A (en) | Surface-gap spark plug for internal combustion engines | |
WO2000077391A1 (en) | Add on unit to conventional ignition systems to provide a follow-on current through a spark plug | |
JP2012184718A (en) | Non-thermal equilibrium plasma ignition device | |
JPH0218883A (en) | Spark plug | |
WO2016075361A1 (en) | Lean-burn internal combustion gas engine provided with a dielectric barrier discharge plasma ignition device within a combustion prechamber | |
KR20100126757A (en) | Plasma plug for an internal combustion engine | |
RU2176122C1 (en) | Streamer spark plug | |
RU2134473C1 (en) | Sparking plug system | |
RU2175160C1 (en) | Surface-discharge spark plug | |
KR101749685B1 (en) | spark plug | |
US5449966A (en) | Double sliding spark plug - thunder II | |
RU2286632C2 (en) | Spark plug | |
GB2275505A (en) | Multiple electrode spark plug | |
RU2183893C1 (en) | Sparking plug | |
SU1760588A1 (en) | Spark plug | |
CN2653748Y (en) | Energy saving environment protection sparking plug | |
RU2260889C2 (en) | Spark plug | |
KR200146947Y1 (en) | V-type firing plug | |
RU2041367C1 (en) | Fuel ionizer for internal combustion engine |