RU2552712C1 - System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition - Google Patents
System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552712C1 RU2552712C1 RU2013141744/07A RU2013141744A RU2552712C1 RU 2552712 C1 RU2552712 C1 RU 2552712C1 RU 2013141744/07 A RU2013141744/07 A RU 2013141744/07A RU 2013141744 A RU2013141744 A RU 2013141744A RU 2552712 C1 RU2552712 C1 RU 2552712C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spark plug
- central
- central electrode
- electrode
- insulator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Spark Plugs (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к свечам зажигания, в частности к улучшенной свече зажигания, которая способна значительно улучшить эффективность распространения искры зажигания и эффективность сжигания топлива при использовании в двигателе внутреннего сгорания - ДВС, а также в роторных двигателях, газопоршневых и других типах двигателей и в энергетических установках.The invention relates to spark plugs, in particular to an improved spark plug, which can significantly improve the efficiency of distribution of the spark and the efficiency of fuel combustion when used in an internal combustion engine - internal combustion engine, as well as in rotary engines, gas piston and other types of engines and in power plants.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Обычно боковой заземленный электрод свечи зажигания изогнут и имеет L-образную форму, будучи перпендикулярным к направлению осевого центрального электрода так, чтобы поперечное сечение разрядной части, так называемой «минифоркамеры», обращенной к осевому центральному электроду, было прямоугольным.Usually, the lateral grounded electrode of the spark plug is bent and L-shaped, being perpendicular to the direction of the axial central electrode so that the cross section of the discharge part, the so-called “minicamera” facing the axial central electrode, is rectangular.
Когда возникает искровой разряд свечи зажигания, искра появляется между осевым центральным электродом и концевой разрядной частью заземленного электрода, расположенной ниже осевого центрального электрода. Газовая смесь в искровом промежутке, сформированном этими электродами, воспламеняется за счет искры так, что сжатая газовая смесь воспламеняется сначала в «минифоркамере» между электродами, а потом горизонтально истекающий факел воспламеняет остальную ТВС. В обычных конструкциях высокое давление газа, вызванное воспламенением, может быть заблокировано концевой разрядной частью так, что эффект распространения горения на воздушно-топливную газовую смесь в камере сгорания является недостаточно хорошим. А запуск двигателя при отрицательных температурах вообще вызывает затруднение из-за охлаждения воспламеняющего факела от холодных металлических частей головки цилиндра.When a spark discharge occurs, the spark appears between the axial central electrode and the end discharge part of the grounded electrode located below the axial central electrode. The gas mixture in the spark gap formed by these electrodes is ignited by the spark so that the compressed gas mixture is ignited first in the "minicamera" between the electrodes, and then the horizontally expiring torch ignites the rest of the fuel assembly. In conventional designs, the high gas pressure caused by ignition can be blocked by the end discharge part so that the effect of the propagation of combustion on the air-fuel gas mixture in the combustion chamber is not good enough. And starting the engine at low temperatures generally causes difficulty due to the cooling of the flaming flame from the cold metal parts of the cylinder head.
Когда остаточный углерод (продукт неполного сгорания топливовоздушной смеси - ТВС) остается в искровом промежутке между электродами, то углерод может накапливаться и изменяться от фазы частиц до фазы соединения на поверхностях электродов так, что между электродами может возникнуть короткое замыкание. В таком состоянии даже при подаче напряжения искра может не возникать, что ведет к серьезным проблемам вплоть до остановки двигателя или выпуску топливовоздушной смеси через выхлопную трубу без сгорания. Когда несгоревшая газовая смесь выпускается в выхлопную трубу, часто проявляется эффект обратной вспышки, при этом проявляется аварийный эффект и снижается эффективность сгорания. Выход из строя одного из нескольких цилиндров может длительное время оставаться без внимания, что приведет к поломке двигателя из-за дисбаланса роторных частей.When the residual carbon (the product of incomplete combustion of the fuel-air mixture - FA) remains in the spark gap between the electrodes, carbon can accumulate and change from the phase of the particles to the phase of the connection on the surfaces of the electrodes so that a short circuit can occur between the electrodes. In this state, even when voltage is applied, a spark may not occur, which leads to serious problems up to stopping the engine or releasing the air-fuel mixture through the exhaust pipe without combustion. When an unburned gas mixture is discharged into the exhaust pipe, a reverse flash effect is often manifested, with an emergency effect and a reduced combustion efficiency. Failure of one of several cylinders can remain unattended for a long time, which will lead to engine failure due to imbalance of rotor parts.
Во время работы ДВС из-за коррозии могут появиться трещины на конце осевого центрального электрода, что приводит к возникновению критического повреждения. Срок службы свечи зажигания может снизиться из-за такого дефектаDuring the operation of the internal combustion engine due to corrosion, cracks may appear at the end of the axial central electrode, which leads to the occurrence of critical damage. Spark plug life may be reduced due to such a defect.
Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2366053, МПК H01T 13/20, опубл. 27.08.2009 г. Эта свеча зажигания содержит центральный электрод и боковой электрод цилиндрической формы, между ними образуется «минифоркамера». Искровой разряд осуществляется на цилиндрическую стенку, а выход продуктов сгорания осуществляется в кольцевой зазор.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2366053, IPC H01T 13/20, publ. August 27, 2009. This spark plug contains a central electrode and a side electrode of a cylindrical shape, between them a “mini-chamber” is formed. Spark discharge is carried out on a cylindrical wall, and the output of combustion products is carried out in an annular gap.
Недостаток этой свечи - возможное засорение кольцевого зазора из-за отложения твердых частиц продуктов сгорания на обоих электродах, особенно при работе на обогащенной смеси.The disadvantage of this candle is the possible clogging of the annular gap due to the deposition of solid particles of combustion products on both electrodes, especially when working on an enriched mixture.
Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2366052, МПК H01T 13/00, опубл. 27.08.2009 г. Эта свеча содержит центральный электрод и Г-образный боковой электрод, плоскость которого скручена по длине для создания вихревого движения продуктов сгорания.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2366052, IPC H01T 13/00, publ. August 27, 2009. This candle contains a central electrode and a L-shaped side electrode, the plane of which is twisted along the length to create a vortex motion of the combustion products.
Недостаток - плохой запуск двигателя при отрицательных температурах.The disadvantage is poor engine starting at low temperatures.
Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2360342, МПК H01T 13/54, опубл. 27.06.2009 г.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2360342, IPC H01T 13/54, publ. 06/27/2009
Эта свеча содержит центральный и боковой электроды и две форкамеры, установленные последовательно.This candle contains a central and side electrodes and two prechambers mounted in series.
Недостатки: конструктивная сложность свечи, ее большие осевые габариты и высокая стоимость.Disadvantages: constructive complexity of the candle, its large axial dimensions and high cost.
Известно, что для бесперебойной работы свечи зажигания нижняя часть изолятора (тепловой конус) должна иметь температуру примерно 500-600°C. При температуре ниже указанной на свече образуется слой нагара и она начинает работать с перебоями. Недостаточная температура нагрева изолятора и электродов свечи особенно сильно проявляется при запуске холодного двигателя в условиях отрицательных температур, когда пары топлива частично конденсируются и надежность воспламенения смеси обусловлена не только ее ионизацией, но и нагревом прилегающего к электродам объема газа. Для повышения надежности работы системы зажигания в условиях отрицательных температур применяют свечи с принудительным электроподогревом.It is known that for the trouble-free operation of the spark plug, the lower part of the insulator (thermal cone) should have a temperature of about 500-600 ° C. At a temperature lower than indicated on the candle, a layer of soot forms and it begins to work intermittently. The insufficient heating temperature of the insulator and the spark plug electrodes is especially pronounced when the cold engine starts at negative temperatures, when the fuel vapor partially condenses and the ignition reliability of the mixture is due not only to its ionization, but also to the heating of the gas volume adjacent to the electrodes. To increase the reliability of the ignition system in conditions of negative temperatures, candles with forced electric heating are used.
Известна, например, свеча зажигания, содержащая металлический корпус, изолятор и нагревательный элемент, размещенный в кольцевой проточке, выполненной на боковой стенке изолятора, в его части, закрытой корпусом по АС СССР №1802382, МПК H01T 13/00, опубл. 1993 г.Known, for example, a spark plug containing a metal casing, an insulator and a heating element, placed in an annular groove made on the side wall of the insulator, in its part, closed by a casing according to the USSR AS No. 1802382, IPC H01T 13/00, publ. 1993 year
Недостатком такой конструкции является то, что нагревательный элемент может быть встроен в свечу только при ее изготовлении. Однако актуальной является также задача модернизации уже изготовленных свечей.The disadvantage of this design is that the heating element can be integrated into the candle only during its manufacture. However, the urgent task is the modernization of already made candles.
Известна также свеча зажигания, содержащая нагревательный элемент, выполненный в виде спирали, размещенной на тепловом конусе изолятора. Такое размещение нагревательного элемента ухудшает электрические характеристики свечи и может являться причиной возникновения пробоя между центральным электродом и корпусом, что, в свою очередь, приводит к снижению надежности работы свечи и пропускам искрообразования (заявка Великобритании №2185529, МПК H01F 13/18, опубл. 1987 г.).Also known is a spark plug containing a heating element made in the form of a spiral placed on the thermal cone of the insulator. Such placement of the heating element degrades the electrical characteristics of the plug and can cause a breakdown between the central electrode and the housing, which, in turn, leads to a decrease in the reliability of the plug and skipping sparks (UK application No. 2185529, IPC H01F 13/18, publ. 1987 g.).
Считается, что в свечах зажигания возможность увеличения искрового зазора ограничивается пробивным напряжением между центральным электродом и корпусом по наружной поверхности изолятора. Однако, как показали исследования, пробой по поверхности возникает значительно позже по толщине изолятора между центральным электродом и отбортованной кромкой корпуса. На данном участке изолятора рассмотренные выше свечи зажигания имеют минимальную толщину изолятора и минимальное расстояние между центральным электродом и корпусом.It is believed that in spark plugs, the possibility of increasing the spark gap is limited by the breakdown voltage between the central electrode and the housing along the outer surface of the insulator. However, studies have shown that surface breakdown occurs much later in the thickness of the insulator between the central electrode and the flanged edge of the housing. In this section of the insulator, the spark plugs discussed above have a minimum insulator thickness and a minimum distance between the central electrode and the housing.
В основу изобретения положена задача создания свечи зажигания с электроподогревом, позволяющей надежно работать при высокой величине пробивного напряжения.The basis of the invention is the task of creating a spark plug with electric heating, which allows reliable operation at high breakdown voltage.
Недостаток - медленный прогрев свечи.The disadvantage is the slow heating of the candle.
Известна также свеча зажигания с электроподогревом по патенту РФ на изобретение №2083042, опубл. 27.06.1997 г.Also known is a spark plug with electric heating according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2083042, publ. 06/27/1997
Эта свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержит металлический корпус с отбортованной кромкой, изолятор, часть которого расположена внутри корпуса, центральный электрод, расположенный внутри изолятора по его длине, боковой электрод, соединенный с металлическим корпусом и образующий с центральным электродом искровой зазор, и нагревательный элемент, снабжена кольцеобразным элементом из диэлектрического материала, установленным на расположенной вне металлического корпуса части изолятора, причем нагревательный элемент расположен в кольцеобразном элементе или закреплен на свече под ним. Кольцеобразный элемент может быть расположен непосредственно над отбортованной кромкой корпуса и контактировать с ней. Таким образом обеспечивается уменьшение токов утечки на наиболее напряженном с электрической точки зрения участке. Возможно также размещение кольцеобразного элемента на некотором расстоянии от кромки корпуса, что позволяет предотвратить теплоотвод от кольцевого элемента на корпус. Геометрические размеры кольцеобразного элемента выбираются такими, чтобы электрическая прочность изолятора на участке его соединения с корпусом была равна или превышала минимальную прочность изолятора на участке, расположенном внутри корпуса. Это позволяет улучшить электрические характеристики свечи и уменьшить вероятность пробоя между центральным электродом и корпусом. Размещение нагревательного элемента в кольцевом элементе легко осуществимо с технологической точки зрения и не приводит к ухудшению электрических свойств свечи. Кольцеобразные элементы, снабженные нагревательными элементами, могут устанавливаться на серийно выпускаемые в настоящее время свечи зажигания.This spark plug for an internal combustion engine contains a metal housing with a flanged edge, an insulator, a part of which is located inside the housing, a central electrode located along the length of the insulator, a side electrode connected to the metal body and forming a spark gap with the central electrode, and a heating element equipped with an annular element of dielectric material mounted on an insulator part located outside the metal housing, the heating element located in an annular element or mounted on a candle under it. The ring-shaped element can be located directly above the flanged edge of the housing and in contact with it. This ensures a decrease in leakage currents in the most stressed area from an electrical point of view. It is also possible to place the ring-shaped element at a certain distance from the edge of the housing, which prevents heat removal from the ring element to the housing. The geometrical dimensions of the ring-shaped element are selected so that the dielectric strength of the insulator in the area of its connection with the housing is equal to or exceeds the minimum strength of the insulator in the area located inside the housing. This allows you to improve the electrical characteristics of the candles and reduce the likelihood of breakdown between the Central electrode and the housing. The placement of the heating element in the annular element is easily feasible from a technological point of view and does not lead to deterioration of the electrical properties of the candle. Ring-shaped elements equipped with heating elements can be mounted on currently commercially available spark plugs.
Недостаток - медленный и недостаточно эффективный подогрев свечи из-за внешнего расположения электронагревателя.The disadvantage is the slow and insufficiently effective heating of the candles due to the external location of the electric heater.
В качестве прототипа принята свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2356145, МПК H01T 13/20, опубл. 20.05.2009 г.As a prototype adopted the spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2356145, IPC H01T 13/20, publ. 05/20/2009
Эта свеча зажигания содержит осевой центральный электрод для искрового разряда и боковой заземленный электрод, находящийся напротив осевого центрального электрода относительно искрового промежутка, с круглой частью в плане, имеющей центральное круглое отверстие, выполненное на разрядном конце бокового округлого электрода. При этом свеча зажигания включает множество спиральных выступов, которые выступают из внутренней стороны круглой части в направлении центрального круглого отверстия так, чтобы сформировать турбулентный поток в газовой смеси, когда газ, сжатый во время хода сжатия, подается в искровой промежуток через центральное круглое отверстие. Техническим результатом является улучшение эффективности распространения искры за счет обеспечения лучшего смешивания в искровом промежутке между электродами, обеспечение функции генерации турбулентного потока, а также увеличение силы воспламенения.This spark plug contains an axial central electrode for a spark discharge and a side grounded electrode opposite the axial central electrode relative to the spark gap, with a circular portion in plan having a central circular hole formed at the discharge end of the lateral rounded electrode. In this case, the spark plug includes a plurality of spiral projections that protrude from the inner side of the circular part in the direction of the central circular opening so as to form a turbulent flow in the gas mixture when gas compressed during the compression stroke is supplied into the spark gap through the central circular opening. The technical result is to improve the efficiency of spark propagation by providing better mixing in the spark gap between the electrodes, providing a function of generating a turbulent flow, and also increasing the ignition force.
Признаки, общие с прототипом, - осевой центральный электрод для разряда искры зажигания и боковой заземленный электрод L-образной формы, который состоит из двух частей: токопроводящей и рабочей с центральным отверстием, и наличие закручивающего устройства. Зазор между электродами выполняет роль «минифоркамеры», а центральное отверстие - роль сопла этой «минифоркамеры»Signs common with the prototype are an axial central electrode for discharging an ignition spark and a lateral grounded L-shaped electrode, which consists of two parts: conductive and working with a central hole, and the presence of a twisting device. The gap between the electrodes acts as a “mini-camera”, and the central hole plays the role of a nozzle of this “mini-camera”
Недостатки прототипа: низкая эффективность искрового разряда, обусловленная несоответствием формы, размера и взаимного расположения электродов оптимальным для электрического разряда в газовом промежутке. Недостатком является то, что площадь центрального отверстия выполнена меньше площади поперечного сечения центрального электрода. Это дает несколько отрицательных результатов: закручивающее устройство малоэффективно и не выполняет своей функции по двум причинам:The disadvantages of the prototype: low efficiency of the spark discharge due to the mismatch of the shape, size and relative position of the electrodes is optimal for an electric discharge in the gas gap. The disadvantage is that the area of the Central hole is made smaller than the cross-sectional area of the Central electrode. This gives several negative results: the twisting device is ineffective and does not perform its function for two reasons:
- средства закрутки имеют очень маленькую высоту (из-за небольшого диаметра отверстия) и, располагаясь в пределах пограничного слоя потока, не влияют на характер движения основной массы потока, истекающего из отверстия,- spinning means have a very small height (due to the small diameter of the hole) and, being located within the boundary layer of the stream, do not affect the nature of the movement of the bulk of the stream flowing from the hole,
- закрутка осуществляется в горизонтальной плоскости, что не способствует внедрению факела в значительный объем камеры сгорания цилиндра ДВС, который обычно располагается ниже свечи.- the spin is carried out in a horizontal plane, which does not contribute to the introduction of the torch into a significant volume of the combustion chamber of the internal combustion engine cylinder, which is usually located below the candle.
Кроме того, прототипу присущи еще несколько недостатков:In addition, the prototype has several more disadvantages:
- отверстие малого диаметра легче забивается продуктами неполного сгорания ТВС,- a small diameter hole is more easily clogged by products of incomplete combustion of fuel assemblies,
- отверстие выполняет роль выходного сопла «минифоркамеры» и при малой площади отверстия мощность факела незначительная и не может обеспечить запуск ДВС при отрицательных температурах. Роль второго сопла выполняют боковые зазоры между центральным и боковым электродами, но истекающие из них вдоль головки непрогретого цилиндра продукты сгорания резко охлаждаются и не могут воспламенить весь объем камеры сгорания цилиндра. Традиционно применяемый способ запуска с обогащением ТВС приводит к перерасходу топлива, износу поршневой системы ДВС и к отложению копоти па электродах.- the hole acts as the output nozzle of the “mini-camera” and with a small area of the hole, the torch power is insignificant and cannot ensure the start of the internal combustion engine at low temperatures. The role of the second nozzle is played by the lateral gaps between the central and side electrodes, but the combustion products flowing out along the head of the unheated cylinder are sharply cooled and cannot ignite the entire volume of the combustion chamber of the cylinder. The traditionally used method of starting with fuel assembly enrichment leads to excessive fuel consumption, wear of the internal combustion engine piston system and to soot deposition on the electrodes.
Задачей изобретения, соответствующего достигнутому техническому результату, является создание свечи зажигания, которая обеспечивает более надежное зажигание при запуске ДВС особенно при низких температурах, более полное сгорание ТВС и надежность свечи. Таким образом, поставлена задача создания свечи, в которой эффективность распространения искры значительно улучшена за счет обеспечения лучшего смешивания в искровом промежутке между электродами с искровым промежутком, намного больше воздействующим на эффективность распространения искры, и со смешиванием, обеспечивающим функцию генерации турбулентного потока. Дополнительно, эффективность сгорания топлива значительно улучшается, базируясь на увеличенной силе воспламенения, такой, что удаление остаточного углерода от электродов является эффективным и электроды изнашиваются меньше и более равномерно.The objective of the invention, corresponding to the achieved technical result, is to create a spark plug, which provides more reliable ignition when starting the engine, especially at low temperatures, more complete combustion of the fuel assemblies and the reliability of the spark plug. Thus, the task is to create a candle in which the efficiency of spark propagation is significantly improved by providing better mixing in the spark gap between the electrodes with a spark gap that is much more affecting the efficiency of spark propagation, and with mixing that provides the function of generating turbulent flow. Additionally, the combustion efficiency of the fuel is significantly improved, based on the increased ignition power, such that the removal of residual carbon from the electrodes is effective and the electrodes wear less and more evenly.
Решение указанных задач достигнуто в системе зажигания топливовоздушной смеси, содержащей свечу зажигания с центральным и боковым электродами и изолятором, источник энергии, соединенный низковольтными проводами с блоком высокого напряжения, распределитель зажигания, выход из которого высоковольтным проводом соединен с верхней частью центрального электрода, отличающейся тем, что внутри изолятора проходит дополнительный электрод, электрически связанный, например, через электропроводную втулку с центральным электродом в его нижней части, соединенный проводом с источником энергии через выключатель и реле времени.The solution of these problems was achieved in the ignition system of the air-fuel mixture, containing a spark plug with a central and side electrodes and an insulator, an energy source connected by low-voltage wires to a high voltage unit, an ignition distributor, the output of which is connected by a high-voltage wire to the upper part of the central electrode, characterized in that inside the insulator an additional electrode passes, electrically connected, for example, through an electrically conductive sleeve with a central electrode in its lower part STI, wired to a power source through a switch and timer.
Решение указанных задач достигнуто в свече зажигания, включающей осевой центральный электрод для разряда искры зажигания, изолятор и боковой заземленный электрод L-образной формы, который состоит из двух частей: токопроводящей и рабочей с центральным отверстием, имеющим диффузорную часть, а также средство закрутки потока, тем, что согласно изобретению внутри изолятора выполнен дополнительный электрод, соединенный с центральным в его нижней части, а средство закрутки потока выполнено на центральном электроде. Устройство закрутки потока может быть выполнено в виде цилиндра с лопатками, установленного на торце центрального электрода. Устройство закрутки потока может быть выполнено в виде углубления в торце центрального электрода. Свеча может быть выполнена охлаждаемой.The solution of these problems was achieved in the spark plug, which includes an axial central electrode for discharging the spark, an insulator and a lateral grounded L-shaped electrode, which consists of two parts: conductive and working with a central hole having a diffuser part, as well as a means for swirling the flow, the fact that according to the invention, an additional electrode is made inside the insulator, connected to a central electrode in its lower part, and the flow swirling means is made on the central electrode. The flow swirl device can be made in the form of a cylinder with blades mounted on the end of the central electrode. The device swirl flow can be made in the form of a recess in the end of the Central electrode. The candle can be made chilled.
Может быть применено воздушное охлаждение. Может быть применена система жидкостного охлаждения. Система жидкостного охлаждения может содержать выполненные в корпусе свечи подводящий коллектор, канал прямого хода, средний коллектор, канал обратного хода и отводящий коллектор, а внутри каналов прямого и обратного хода выполнены ребра.Air cooling may be used. A liquid cooling system may be used. The liquid cooling system may comprise a supply manifold, a forward path channel, a middle collector, a reverse path channel and a discharge manifold made in the candle body, and fins are made inside the forward and reverse path channels.
Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…25, гдеThe invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 25, where
- на фиг. 1 представлена свеча зажигания в разрезе,- in FIG. 1 shows a spark plug in a section,
- на фиг. 2 приведен боковой электрод с круглым отверстием,- in FIG. 2 shows a side electrode with a round hole,
- на фиг. 3 и 4 приведен боковой электрод с расширением и с треугольным отверстием,- in FIG. 3 and 4 show a side electrode with an extension and with a triangular hole,
- на фиг. 5 приведен боковой электрод с отверстием в форме ромба,- in FIG. 5 shows a side electrode with a diamond-shaped hole,
- на фиг. 6 представлен боковой электрод с расширением и утолщением,- in FIG. 6 shows a side electrode with expansion and thickening,
- на фиг. 7 приведен разрез А-А,- in FIG. 7 shows a section aa,
- на фиг. 8 представлен центральный электрод, имеющий поперечное сечение в форме эллипса,- in FIG. 8 shows a central electrode having an elliptical cross-section,
- на фиг. 9 представлен центральный электрод с выемкой на торце,- in FIG. 9 shows a central electrode with a recess at the end,
- на фиг. 10 представлен центральный электрод с кольцевой выемкой на торце,- in FIG. 10 shows a central electrode with an annular recess at the end,
- на фиг. 11 приведен центральный электрод с двумя выемками,- in FIG. 11 shows a central electrode with two recesses,
- на фиг. 12 приведен вид С,- in FIG. 12 shows view C,
- на фиг. 13 приведен вид D,- in FIG. 13 shows a view of D,
- на фиг.14 приведен боковой электрод, рабочая поверхность которого установлена неперпендикулярно оси центрального электрода,- Fig.14 shows the side electrode, the working surface of which is installed perpendicular to the axis of the Central electrode,
- на фиг.15 приведена центральный электрод торец которого выполнен неперпендикулярно его оси,,- Fig. 15 shows a central electrode whose end face is made perpendicular to its axis,
- на фиг.16 приведена свеча с у которой, боковой электрод, рабочая поверхность которого установлена неперпендикулярно оси центрального электрода, а центральный электрод торец которого выполнен неперпендикулярно его оси,- Fig. 16 shows a candle with which, a side electrode, the working surface of which is installed non-perpendicular to the axis of the central electrode, and the central electrode whose end face is made non-perpendicular to its axis,
- на фиг.17 приведен центральный электрод с пластиной из тугоплавкого материала и устройством для закрутки потока на боковой образующей пластины,- Fig.17 shows the Central electrode with a plate of refractory material and a device for swirling the flow on the side generatrix of the plate,
- на фиг.18 приведена пластина с устройством для закрутки потока на торце,- Fig.18 shows a plate with a device for swirling the flow at the end,
- на фиг.19 приведена свеча зажигания с воздушным охлаждением,- Fig.19 shows a spark plug with air cooling,
- на фиг.20 приведена свеча с жидкостным охлаждением,- Fig.20 shows a candle with liquid cooling,
- на фиг.21 приведен разрез B-B,.- Fig.21 shows a section B-B ,.
- на фиг.22 приведен разрез C-C,- Fig.22 shows a section C-C,
- на фиг.23 приведен разрез D-D.- Fig.23 shows a section D-D.
- на фиг.24 приведена схема движения ТВС между электродами свечи в цикле «сжатие»,- Fig.24 shows a diagram of the movement of fuel assemblies between the electrodes of the candle in the cycle "compression",
- на фиг.25 приведена схема движения продуктов сгорания между электродами свечи в цикле «рабочий ход».- Fig.25 shows a diagram of the movement of combustion products between the electrodes of the candles in the cycle "stroke".
Система зажигания (фиг.1…25) содержит свечу зажигания, имеющую в свою очередь корпус 1 с резьбовым участком 2, центральный электрод 3, изолятор 4 и боковой электрод 5, соединенный с корпусом 1. Длина резьбового участка 2 и его диаметр (резьба) для каждого двигателя свои, однако для многих типов автомобильных двигателей они унифицированы. Боковой электрод 5 выполнен L-образной формы и состоит из токоподводящей части 6 и рабочей части 7. Между центральным электродом 1 и рабочей частью 7 бокового электрода выполнен зазор δ. Этот зазор строго регламентирован для каждого конкретного двигателя ДВС и зависит от напряжения источника высокого напряжения и от температуры окружающей среды. При низких температурах атмосферного воздуха зазор целесообразно уменьшить для облегчения искрового пробоя относительно холодной топливовоздушной смеси - ТВС.The ignition system (figure 1 ... 25) contains a spark plug, which in turn has a
В рабочей части 7 против центрального электрода 3 выполнено центральное отверстие 8 (фиг.1).In the working
Центральное отверстие 8 может быть круглой формы (фиг.2), или треугольной (фиг.3 и 4), или в форме ромба (фиг.5). При выполнении центрального отверстия 8 в форме ромба его длинная диагональ располагается параллельно длинным гранями рабочей части 7. Центральное отверстие 8 имеет диффузор 9 (расширяющуюся часть).The
Оптимальный угол диффузора 15…30 град.The optimum angle of the diffuser is 15 ... 30 degrees.
Возможны и другие варианты исполнения центрального отверстия 8.Other versions of the
На центральном электроде 3 выполнено устройство закрутки потока 10 (фиг.9…12). Внутри изолятора 4 проходит дополнительный электрод, электрически связанный, например, через электропроводную втулку 11 с центральным электродом 3 в его нижней части 3 (фиг.1). Это сделано для того, чтобы использовать центральный электрод 3 как нагревательный элемент. Подогрев центрального электрода 3 облегчает запуск непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах окружающей среды.At the
Система зажигания содержит источник энергии 13 (аккумуляторную батарею), блок высокого напряжения 14 и распределитель зажигания 15. Источник энергии 15 низковольтными проводами 16, содержащими выключатель 17 (замок зажигания), соединен с высоковольтным блоком 14. Один из выходов источника энергии 14 соединен заземляющим проводом 18 с заземлением 19 (корпус автомобиля). Выход их распределителя зажигания 16 высоковольтным проводом 20 соединен с верхней частью центрального электрода 3. Выключатель 17 выполнен многоконтактным. К одному из контактов присоединен дополнительный провод 21, содержащий реле времени 22, другой конец дополнительного провода 21 соединен с дополнительным электродом 11. Эта электрическая цепь предназначена для подачи низкого напряжения для разогрева центрального электрода свечи.The ignition system contains an energy source 13 (battery), a
На рабочей части 7 бокового электрода 5 может быть выполнено расширение 33 (фиг.3), для того чтобы в нем выполнить относительно большое центральное отверстие 8. Кроме того, может быть выполнено утолщение 24 (фиг.7), толщина которого определяется из соотношения:On the working
H=(1,5-2.5)D2H = (1.5-2.5) D2
Диффузор 10 образует расширяющийся канал для продуктов сгорания, воспламененных в зазоре между электродами 3 и 5. Одновременно он является сужающимся каналом (разгоняющим) для топливовоздушной смеси в цикле ее впуска в цилиндр ДВС.The
Устройство для закрутки потока 10 (фиг.9…13) может быть выполнено в торце 25 центрального электрода 3. Возможны несколько вариантов исполнения устройства для закрутки потока 10, наиболее простой приведен на фиг.9, он представляет собой углубление 26 в форме полусферы или эллипсоида вращения. Более эффективный вариант, генерирующий парные вихри, может быть выполнен в виде кольцевого углубления 27, образующего центральное тело 28 (фиг.10). Также возможен вариант выполнения двух углублений 26 с центральным телом 28 между ними (фиг.11 и 13).A device for swirling the flow 10 (Fig. 9 ... 13) can be performed at the
Устройство для закрутки 10 придает потоку продуктов сгорания и ТВС окружную составляющую скорости в вертикальной плоскости, при этом образуются вихри. Возможно создание системы парных вихрей, вращающихся в противоположные стороны. Это улучшает воспламенение топливовоздушной смеси.The device for swirling 10 gives the flow of combustion products and fuel assemblies the peripheral velocity component in the vertical plane, while vortices are formed. It is possible to create a system of paired vortices rotating in opposite directions. This improves the ignition of the air-fuel mixture.
Применение овальных, треугольных или в форме ромба центральных отверстий 8 в этом случае будет оправдано, так как в отверстиях вытянутой формы можно разместить парный вихрь.The use of oval, triangular or in the form of a rhombus
Рабочая часть 7 бокового электрода 5 может быть выполнена под углом α к торцу 25 центрального электрода 3. Оптимальное значение угла α=7…15 град.The working
Возможно, наоборот, выполнение плоскости рабочей части 7 бокового электрода 5 перпендикулярно оси центрального электрода 3, а торца 25 под углом β.Perhaps, on the contrary, the execution of the plane of the working
Оптимальное значение угла βThe optimal value of the angle β
β=7…15 град.β = 7 ... 15 deg.
К рабочему торцу 25 центрального электрода 3 может быть присоединена при помощи сварки или высокотемпературной пайки пластина 29 из тугоплавкого материала (фиг.17 и 18).To the working
При этом пластина 29 может быть выполнена цилиндрической (фиг.17) или иметь форму центрального отверстия 8. При этом устройство для закрутки потока в виде наклонных лопаток может быть расположено на боковой образующей пластины из тугоплавкого металла 29 (фиг.17) или на торце пластины в виде углубления (фиг.18).In this case, the
В этом случае устройство для закрутки потока 10 сначала выполняется на пластине 29, а потом она приваривается (припаивается) к центральному электроду 3. Это приводят кроме всего к удешевлению свеч зажигания за счет использования для центрального электрода 3 недефицитного металла и упрощению изготовления при массовом производстве.In this case, the device for swirling the
Свеча зажигания может быть выполнена охлаждаемой. Может быть применено воздушное охлаждение. Такой вариант свечи приведен на фиг.19. Внутри металлического (стального) корпуса 1 выполнена втулка из теплопроводного материала 30 (меди или ее сплава), на которой выполнено оребрение 31.The spark plug can be made cooled. Air cooling may be used. Such a variant of the candle is shown in Fig. 19. Inside the metal (steel)
Возможно применение системы жидкостного охлаждения, которая может быть выполнена в разных вариантах исполнения. Для примера (фиг.20…23) приведена простейшая конструкция в виде выполненных в корпусе 1 свечи подводящего коллектора 32, канала (каналов) прямого хода 33, среднего коллектора 34, канала (каналов) обратного хода 35 и отводящего коллектора 36. Между подводящим и отводящим коллекторами 21 и 25, а также между каналами 21 и 23 установлены перегородки 37 (фиг.21 и 22) для разобщения этих коллекторов и каналов. В канал 33 и 35 для интенсификации охлаждения выполнены ребра 38 (фиг.22). К подводящему коллектору 32 присоединен подводящий штуцер 39, а к отводящему коллектору 36 присоединен отводящий штуцер 40. К штуцерам 39 и 40 присоединены гибкие шланги (на фиг.1…25 не показано).Perhaps the use of liquid cooling systems, which can be performed in different versions. For an example (Fig. 20 ... 23), the simplest design is presented in the form of a lead-in
На фиг.24 и 25 показано соответственно движение ТВС и продуктов сгорания в зазоре между электродами 3 и 5 и в центральном отверстии 8 в разных циклах работы ДВС.24 and 25 respectively show the movement of fuel assemblies and combustion products in the gap between the
Работа устройстваDevice operation
При работе ДВС (фиг.1…25), в состав которого входят свечи зажигания, после впрыска ТВС подается высокое напряжение на электроды 3 и 5. При этом происходит пробой зазора, в первую очередь в месте, где он имеет минимальное значение δ мин (фиг.14). Наличие острых углов на электродах 3 и 5 способствует улучшению разряда.During operation of the internal combustion engine (Fig. 1 ... 25), which includes spark plugs, after fuel assembly injection, a high voltage is applied to the
Применение устройств для закрутки потока 10 позволит создать вихревое движение топливовоздушной меси при цикле сжатия и продуктов сгорания в цикле «рабочий ход», тем самым постоянно (при всех циклах работы ДВС) очищать центральный электрод 3 от копоти за счет вращения с большой скоростью топливовоздушной смеси вокруг центрального электрода 3 и в зазоре. Относительно большой размер центрального отверстия 8 в принципе исключает его засорение углеродными частицами и, кроме того, выбрасывает более мощный факел для воспламенения ТВС в цилиндре.The use of devices for swirling the
Если применена система воздушного охлаждения (фиг.19), то отвод тепла осуществляет оребрение 31. Тепловой поток движется из камеры сгорания цилиндра (камера сгорания и цилиндр ДВС на фиг.1…25 не показаны) по корпусу 1, выполненному из теплопроводного материала (стали), и через оребрение 31 отдается в атмосферу.If an air cooling system is used (Fig. 19), heat is removed by
Если применена система жидкостного охлаждения (фиг.20…23), то охлаждающая жидкость (вода или антифриз) подается через подводящий штуцер 39 в подводящий коллектор 32, далее в канал прямого хода 33, потом в средний коллектор 34, далее по каналам обратного хода 35 в выходной коллектор 36 и выходной штуцер 37 и в радиатор системы охлаждения жидкости (на фиг.1…25 не показано). Охлаждающая жидкость возвращается снова в систему жидкостного охлаждения свечи зажигания. Для многопоршневых двигателей системы зажигания всех свеч зажигания могут быть объединены параллельно или последовательно. Эта система охлаждения более эффективна, чем воздушное охлаждение, но сложнее и может быть применена на очень мощных ДВС.If a liquid cooling system is used (Fig. 20 ... 23), then the cooling liquid (water or antifreeze) is supplied through the inlet fitting 39 to the
На фиг.24 показано движение ТВС в зазоре между электродами 3 и 5 и в центральном отверстии 8 в цикле «сжатие». В коническом сужающемся канале (по направлению потока), образованном фаской 10, ТВС разгоняется и закручивается. Все поверхности центрального электрода 3 и верхняя поверхность рабочего участка 7 бокового электрода 5 очищаются от твердых отложений углерода.On Fig shows the movement of the fuel assembly in the gap between the
В цикле «рабочий ход» (фиг.25) продукты сгорания, имеющие очень высокую температуру, с огромной скоростью выбрасываются из центрального отверстия 8 в полость камеры сгорания цилиндра и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней.In the cycle "stroke" (Fig.25), the combustion products having a very high temperature are ejected with great speed from the
Такая организация процесса воспламенения ТВС обеспечит 100% воспламенение даже в самых плохих условиях при низкой температуре и высокой влажности. Также этот подход может быть применен на двигателях, работающих на криогенных топливах: водороде и сжиженном природном газе. Для воспламенения криогенного топлива, имеющего очень низкую температуру, не понадобится значительно увеличивать мощность свечи зажигания. Особенно хорошо этот эффект будет проявляться на двигателях большой мощности.Such an organization of the fuel assembly ignition process will provide 100% ignition even in the worst conditions at low temperature and high humidity. Also, this approach can be applied on engines operating on cryogenic fuels: hydrogen and liquefied natural gas. To ignite a cryogenic fuel having a very low temperature, it is not necessary to significantly increase the power of the spark plug. This effect will be especially good on high power engines.
В итоге применение изобретения позволит:As a result, the application of the invention will allow:
- улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет подогрева центрального электрода,- improve ignition when starting an unheated engine, especially at low temperatures, by heating the central electrode,
- уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом т.н. «минифоркамеры».- reduce fuel consumption due to its more complete combustion, provided more accurate ignition of the fuel assemblies in the combustion chamber of the internal combustion engine with a powerful torch of the so-called "Mini-cameras".
- снизить эмиссию вредных веществ вследствие полного сгорания топлива,- reduce emissions of harmful substances due to complete combustion of fuel,
- увеличить ресурс работы свечи за счет очистки от копоти и предотвращения разрушения центрального электрода и за счет применения пластины из тугоплавкого материала,- increase the life of the candle by cleaning from soot and preventing the destruction of the Central electrode and through the use of a plate of refractory material,
- использовать для центрального электрода более дешевые сплавы за счет применения пластины из тугоплавкого материала на ее торце,- use cheaper alloys for the central electrode due to the use of a plate of refractory material at its end,
- значительно увеличить ресурс свеч и исключить обгорание электродов за счет применения систем их охлаждения,- significantly increase the life of the candles and eliminate burning of the electrodes through the use of their cooling systems,
- облегчить процесс изготовления свеч зажигания за свет увеличения допусков на изготовление наиболее ответственных деталей,- facilitate the manufacturing process of spark plugs for light increasing tolerances for the manufacture of the most critical parts,
- снизить стоимость свеч зажигания по причинам указанным ранее.- reduce the cost of spark plugs for the reasons mentioned earlier.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141744/07A RU2552712C1 (en) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141744/07A RU2552712C1 (en) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013141744A RU2013141744A (en) | 2015-05-20 |
RU2552712C1 true RU2552712C1 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53283521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013141744/07A RU2552712C1 (en) | 2013-09-10 | 2013-09-10 | System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2552712C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60101894A (en) * | 1983-10-25 | 1985-06-05 | ダイムラー−ベンツ・アクチエンゲゼルシャフト | Ignitor combustible mixture gas |
RU74524U1 (en) * | 2008-02-13 | 2008-06-27 | Евгений Степанович Бугаец | SPARK PLUG |
RU2402126C2 (en) * | 2005-11-14 | 2010-10-20 | Рено С.А.С | Spark plug for internal combustion engine |
JP2011515005A (en) * | 2008-02-22 | 2011-05-12 | エールリッヒ,メルヴィン | Plasma plug for internal combustion engine |
CN202333445U (en) * | 2011-11-10 | 2012-07-11 | 李忠尧 | Multiple side-electrode ignition spark plug |
RU2464684C1 (en) * | 2011-02-14 | 2012-10-20 | Николай Иванович Кузин | Ignition plug |
-
2013
- 2013-09-10 RU RU2013141744/07A patent/RU2552712C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60101894A (en) * | 1983-10-25 | 1985-06-05 | ダイムラー−ベンツ・アクチエンゲゼルシャフト | Ignitor combustible mixture gas |
RU2402126C2 (en) * | 2005-11-14 | 2010-10-20 | Рено С.А.С | Spark plug for internal combustion engine |
RU74524U1 (en) * | 2008-02-13 | 2008-06-27 | Евгений Степанович Бугаец | SPARK PLUG |
JP2011515005A (en) * | 2008-02-22 | 2011-05-12 | エールリッヒ,メルヴィン | Plasma plug for internal combustion engine |
RU2464684C1 (en) * | 2011-02-14 | 2012-10-20 | Николай Иванович Кузин | Ignition plug |
CN202333445U (en) * | 2011-11-10 | 2012-07-11 | 李忠尧 | Multiple side-electrode ignition spark plug |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013141744A (en) | 2015-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2576691C1 (en) | Igniter | |
US9391431B2 (en) | Barrier discharge ignition apparatus for internal combustion engine | |
WO2015113439A1 (en) | Sparking plug | |
WO2015024516A1 (en) | Spark plug and ignition system of internal combustion engine using same | |
WO2015113438A1 (en) | Spark plug and ignition system of internal combustion engine using spark plug | |
WO2016161817A1 (en) | Series clearance multi-point discharging sparking plug | |
CN103867264B (en) | High temperature cleaning plant, purification system and the purification method of diesel engine vent gas purification | |
CN203434440U (en) | Spark plug | |
US20060033411A1 (en) | Spark plug | |
RU2552712C1 (en) | System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition | |
RU2553971C2 (en) | System of fuel and air mixture ignition, spark plug and method of fuel and air mixture ignition | |
US20050127809A1 (en) | Spark plug | |
RU2531834C1 (en) | Prechamber of internal combustion engine | |
RU2542710C1 (en) | Igniter | |
RU2545012C1 (en) | Igniter of internal combustion engine | |
RU2576088C1 (en) | Internal combustion engine and igniter | |
RU147897U1 (en) | TORCH IGNITION CANDLE | |
RU138895U1 (en) | CANDLE CANDLE | |
RU2574189C1 (en) | Laser igniter | |
RU2563561C2 (en) | Internal combustion engine and igniter | |
RU2574191C1 (en) | Internal combustion engine igniter | |
RU2647889C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2645363C1 (en) | Laser igniter | |
RU2647499C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2574697C1 (en) | Internal combustion engine and igniter |