RU2572735C2

RU2572735C2 - Цилиндр двигателя внутреннего сгорания для транспортного средства, а также соответствующий способ изготовления, средства для изготовления цилиндра, свеча зажигания, двигатель внутреннего сгорания и транспортное средство

Info

Publication number: RU2572735C2
Application number: RU2013158348/06A
Authority: RU
Inventors: Андреас БИРКИГ; Ларс ХЕНЧЕЛЬ; Мартин ШТОЛЛЕ; Клаудио-Себастьян ЗОНДЕР
Original assignee: Фольксваген Акциенгезельшафт
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2016-01-20
Also published as: CN103562534A; CN103562534B; US20140076261A1; US9556820B2; EP2715098A1; WO2012163479A1; DE102012009506A1; RU2013158348A; EP2715098B1

Abstract

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, предназначенных для транспортных средств. Цилиндр двигателя включает в себя по меньшей мере один впускной канал (4) и свечу (1) зажигания с массовым электродом (2). Свеча (1) зажигания и цилиндр включают в себя средства для расположения и закрепления свечи зажигания в цилиндре таким образом, чтобы открытый конец (3) массового электрода (2) свечи (1) зажигания был ориентирован в определенном направлении относительно впускного канала (4) цилиндра. Ориентация в определенном направлении позволяет охлаждать массовый электрод (2) воздушным потоком впускного канала (4) при эксплуатации двигателя. Раскрыты способ изготовления цилиндра, средства для изготовления цилиндра, свеча зажигания для цилиндра, двигатель внутреннего сгорания и транспортное средство. Технический результат заключается в улучшении охлаждения массового электрода. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение касается цилиндра двигателя внутреннего сгорания для транспортного средства, а также способа изготовления, который предназначен для изготовления цилиндра, и средств, которые применяются для изготовления цилиндра. Кроме того, настоящее изобретение касается свечи зажигания, которая соответственно может помещаться в предлагаемый изобретением цилиндр, или соответственно двигателя внутреннего сгорания и транспортного средства, которые имеют предлагаемый изобретением цилиндр.

В DE 102006042 457 B4, DE 10349077 A1 и DE 102007024878 A1 описано расположение свечи зажигания в цилиндре в определенной ориентации относительно впускных клапанов цилиндра.

В DE 10138976 A1 описан прибор для определения сгорания при преждевременном воспламенении в двигателе внутреннего сгорания.

Согласно уровню техники известно преждевременное воспламенение, при котором неконтролируемый процесс зажигания заряда в цилиндре наступает, более или менее опережая запланированный момент времени зажигания. Вследствие преждевременного преобразования воздушно-топливной смеси и дополнительного сжатия при этом возникают очень высокие давления в цилиндре. Вследствие состояния повышенного тепла после начала сгорания часто происходит детонация с последующим детонационным сгоранием. Одновременное наступление этих условий у двигателя с посторонним зажиганием может приводить к давлению в цилиндре, превышающему 250 бар, и вместе с тем к мгновенному выходу двигателя из строя.

Поэтому настоящее изобретение ставит перед собой задачу предоставить цилиндр, у которого преждевременное воспламенение наступает реже, чем у сравнимого цилиндра согласно уровню техники.

В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью цилиндра по п. 1 формулы изобретения, с помощью способа изготовления цилиндра по п. 7 формулы изобретения, с помощью средства для изготовления цилиндра по п. 12 формулы изобретения, с помощью свечи зажигания по п. 13 формулы изобретения, с помощью двигателя внутреннего сгорания по п. 15 формулы изобретения и с помощью транспортного средства по п. 16 формулы изобретения.

В рамках настоящего изобретения предоставляется цилиндр двигателя внутреннего сгорания для транспортного средства. При этом цилиндр включает в себя один или несколько впускных каналов и свечу зажигания. Свеча зажигания, в свою очередь, включает в себя массовый электрод. Свеча зажигания крепится в цилиндре таким образом, чтобы эта свеча зажигания имела относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала цилиндра ориентацию в заданной области ориентации (т.е. ориентацию цилиндра в заданном поле допусков (например, угловом диапазоне)), чтобы при работающем двигателе внутреннего сгорания охлаждать массовый электрод воздушным потоком, который создается впускным каналом или впускными каналами. Т.е. свеча зажигания монтируется или располагается в цилиндре таким образом, что создаваемый указанным по меньшей мере одним впускным каналом воздушный поток наиболее оптимальным образом охлаждает массовый электрод с учетом допусков при монтаже свечи зажигания.

Другими словами, основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы применять воздушный поток, который создается указанным по меньшей мере одним впускным каналом при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, для охлаждения массового электрода свечи зажигания. Чтобы теперь определить оптимальную ориентацию свечи зажигания и вместе с тем массового электрода, в которой массовый электрод наилучшим образом охлаждается воздушным потоком указанного по меньшей мере одного впускного канала, были исследованы многочисленные ориентации в том отношении, насколько нагревается в каждом случае массовый электрод при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. Для определения оптимальной ориентации свечи зажигания были проведены измерения температуры на свече зажигания на оптически доступном двигателе, при этом применялась специальная технология измерения (инфракрасная термометрия).

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что для охлаждения массового электрода воздушным потоком указанного по меньшей мере одного впускного канала предпочтительно крепить и монтировать свечу зажигания в цилиндре таким образом, чтобы открытый конец массового электрода был расположен по существу (т.е. с определенным допуском) в направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала.

Иначе выражаясь, свеча зажигания монтируется в цилиндре (например, путем вращения) таким образом, чтобы открытый конец (т.е. незакрепленный конец) массового электрода был направлен к указанному по меньшей мере одному впускному каналу таким образом, чтобы втекающий через указанный по меньшей мере один впускной канал воздушный поток попадал на этот открытый конец массового электрода и за счет этого охлаждал его.

Изобретатели исследовали два различных варианта. В первом варианте открытый конец массового электрода был расположен в направлении впускных клапанов, а во втором варианте - в направлении выпускных клапанов. При последующем измерении температуры во втором варианте самое горячее место массового электрода, которое чаще всего находится на открытом конце массового электрода, имело температуру, на 40-60°C превышающую температуру самого горячего места массового электрода в первом варианте. Поэтому целевое положение монтажа свечи зажигания с ориентацией массового электрода в направлении впускного клапана/впускных клапанов предпочтительным образом значительно уменьшает температуру на массовом электроде, благодаря чему максимальная температура свечи зажигания и вместе с тем частота преждевременных воспламенений может существенно уменьшаться.

Когда указанный по меньшей мере один впускной канал состоит точно из одного впускного канала, открытый конец массового электрода направляется точно на этот один впускной канал. Когда указанный по меньшей мере один впускной канал, напротив, состоит точно из двух впускных каналов, открытый конец массового электрода с учетом допуска направляется между этими двумя впускными каналами.

Допуск составляет предпочтительно максимум ±90°, лучше ±45° и наилучшим образом ±5°.

Когда допуск в соответствии с изобретением составляет ±90° (±45° или соответственно ±5°), свеча зажигания при предлагаемом изобретением монтаже вращается вокруг своей продольной центральной оси таким образом, что относительно оптимальной ориентации, при которой открытый конец массового электрода направлен точно на впускной канал (при точно одном впускном канале) или точно между двумя впускными каналами (при точно двух впускных каналах), она повернута максимум на 90° (45° или, соответственно, 5°) в направлении часовой стрелки или максимум на 90° (45° или соответственно 5°) против направления часовой стрелки. При этом, в частности, под «точно между двумя впускными каналами» подразумевается точка, которая находится между двумя впускными каналами на прямой, соединяющей середину выхода одного впускного канала в камеру сгорания с серединой выхода другого впускного канала в камеру сгорания. Причем эта точка находится на одном и том же расстоянии от середины выхода одного впускного канала и от середины выхода другого впускного канала.

В частности, цилиндр включает в себя средства для расположения свечи зажигания в цилиндре в соответствии с изобретением так, что открытый конец массового электрода с учетом допуска расположен в направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала.

Эти средства могут, например, иметь определенные обозначения (маркировки) для расположения свечи зажигания в цилиндре желаемым образом. Другая возможность заключается в наличии определенного упора, так чтобы свеча зажигания, когда она монтируется с учетом этого упора, в соответствии с изобретением была ориентирована к указанному по меньшей мере одному впускному каналу.

Один из предпочтительных вариантов осуществления изобретения для предлагаемых изобретением средств заключается в том, чтобы цилиндр (в частности, головка цилиндра) имел монтажное отверстие, снабженное внутренней резьбой, которое выполнено для помещения свечи зажигания. При этом свеча зажигания имеет наружную резьбу, которая адаптирована к внутренней резьбе таким образом, чтобы свеча зажигания после монтажа, при котором свеча зажигания ввертывается во внутреннюю резьбу с определенным моментом вращения, ориентировалась с определенным допуском в определенном направлении относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала.

Когда внутренняя резьба цилиндра и наружная резьба свечи зажигания адаптированы соответствующим образом, в частности, ориентированы таким образом, что свеча зажигания для монтажа должна располагаться в определенной ориентации относительно цилиндра, чтобы внутренняя резьба могла приводиться в контакт с наружной резьбой, конечное положение (т.е. положение после монтажа) свечи зажигания и вместе с тем ориентация открытого конца массового электрода относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала может задаваться с учетом допуска.

В рамках настоящего изобретения предоставляется также способ изготовления для изготовления цилиндра двигателя внутреннего сгорания для транспортного средства. В соответствии с этим способом изобретения свеча зажигания монтируется в цилиндре таким образом, чтобы гарантировалось, что свеча зажигания имела ориентацию в заданной области ориентации относительно одного или нескольких впускных каналов цилиндра, чтобы при работающем двигателе внутреннего сгорания массовый электрод свечи зажигания наиболее оптимальным образом охлаждался воздушным потоком, создаваемым указанным по меньшей мере одним впускным каналом.

Другими словами, этот способ изготовления гарантирует, чтобы свеча зажигания (в частности, открытый конец массового электрода) после монтажа имела желаемую ориентацию относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала. Способ изготовления, который только случайно достигает этой желаемой ориентации (то есть не обеспечивает у каждого цилиндра), согласно приведенному выше определению предлагаемого изобретением способа изготовления не является предлагаемым изобретением способом изготовления, так как он не гарантирует желаемую ориентацию свечи зажигания относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала.

В соответствии с предлагаемым изобретением способом изготовления свеча зажигания устанавливается в цилиндре, в частности, путем вращения вокруг центральной продольной оси (или средней продольной оси) свечи зажигания. То есть свеча зажигания путем вращения вокруг центральной продольной оси ввертывается в цилиндр (в частности, головку цилиндра). При этом свеча зажигания вращается в конечное положение таким образом, чтобы открытый конец массового электрода с учетом допуска указывал в направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала.

По одному из предпочтительных предлагаемых изобретением вариантов осуществления способа изготовления свеча зажигания имеет наружную резьбу, а цилиндр - внутреннюю резьбу. При этом внутренняя резьба и наружная резьба адаптированы друг к другу таким образом, чтобы открытый конец массового электрода вследствие адаптации внутренней резьбы к наружной резьбе как бы принудительно с определенным допуском указывал в направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала, когда свеча зажигания ввернута во внутреннюю резьбу.

В рамках настоящего изобретения предоставляются также средства для изготовления цилиндра двигателя внутреннего сгорания для транспортного средства. Причем эти средства устроены таким образом, что с помощью этих средств свеча зажигания может монтироваться в цилиндре таким образом, чтобы гарантировалось, чтобы свеча зажигания относительно одного или нескольких впускных каналов цилиндра имела ориентацию в заданной области ориентации, чтобы при работающем двигателе внутреннего сгорания массовый электрод свечи зажигания наиболее оптимальным образом охлаждался воздушным потоком, создаваемым указанным по меньшей мере одним впускным каналом.

Как уже излагалось выше, для этих предлагаемых изобретением средств существуют следующие возможности:

- обозначения (маркировки), которые служат для того, чтобы гарантировалось, что свеча зажигания после монтажа, при котором учитываются эти обозначения, имела желаемую ориентацию относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала;

- упор, с помощью которого гарантируется, чтобы свеча зажигания имела желаемую ориентацию относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала, когда свеча зажигания была ввернута до упора;

- ориентированная резьба, т.е., в частности, адаптация (подгонка) наружной резьбы свечи зажигания к внутренней резьбе цилиндра, как это описано выше.

В рамках настоящего изобретения предоставляется свеча зажигания. При этом резьба свечи зажигания выполнена таким образом, что профиль поверхности резьбы является накатанным. Эта резьба получается, когда заготовка под действием огромного усилия деформируется между двумя вращающимися накатными инструментами. При проникновении профилей накатных инструментов в поверхность заготовки материал в холодном состоянии сдавливается до основания инструментов для накатки резьбы и таким образом раскатывается до номинального размера. После накатки проверяется положение резьбы. Зная, как выполнена резьба на соответствующей свече зажигания, после этого устанавливается массовый электрод (приваривается). Кроме того, буртик металлического корпуса свечи зажигания со стороны камеры сгорания удлиняется так, чтобы буртик свечи зажигания заканчивался керамикой свечи зажигания или несколько выступал за керамику свечи зажигания. Таким образом, керамика свечи зажигания находится в корпусе, огражденная подобно изолятору. При такой компоновке возможный искровой промежуток изменяется так, что при перемещении высокого заряда возможный скользящий разряд происходит не через керамику, а отклоняется на металлический корпус. Благодаря этому обеспечивается надежное воспламенение смеси, и керамика защищена этим надежным воспламенением, так как керамика находится на такой же высоте или ниже корпуса свечи зажигания.

Кроме того, в рамках настоящего изобретения предоставляется двигатель внутреннего сгорания для транспортного средства, причем этот двигатель внутреннего сгорания включает в себя предлагаемый изобретением цилиндр, который описан выше.

Наконец, в рамках настоящего изобретения предоставляется транспортное средство, которое включает в себя предлагаемый изобретением двигатель внутреннего сгорания.

В рамках исследований по преждевременному воспламенению могла наблюдаться некоторая ясная тенденция. Чем холоднее свеча зажигания, тем меньше частота, с которой возникают преждевременные воспламенения для некоторой рабочей точки. Было обнаружено, что свеча зажигания является самым горячим конструктивным элементом в камере сгорания и при этом способствует преждевременному воспламенению. На всей фазе всасывания и сжатия тепло от горячей свечи зажигания передается более холодной воздушно-топливной смеси. Благодаря предлагаемому изобретением направленному встраиванию свечи зажигания температуры во всем поле рабочих характеристик уменьшаются. Это понижение температур, наряду с вероятностью преждевременного воспламенения, также снижает чувствительность к калильным зажиганиям, тепловой перегрузке и результирующие повреждения свечи зажигания.

Резюмируя, настоящее изобретение обладает, в частности, тем преимуществом, что вероятность наступления преждевременного воспламенения сокращается. Кроме того, нагрузка свечи зажигания предпочтительным образом снижается и при этом увеличивается срок службы свечи зажигания.

Настоящее изобретение пригодно, в частности, для применения в двигателях внутреннего сгорания автомобилей. Разумеется, настоящее изобретение не ограничено этой предпочтительной областью применения, так как настоящее изобретение пригодно также для двигателей внутреннего сгорания судов, самолетов, а также рельсовых транспортных средств или колейных транспортных средств.

Ниже настоящее изобретение описывается в деталях на предпочтительных вариантах осуществления со ссылкой на фигуры.

На фиг. 1 изображена головка цилиндра, если смотреть из внутренней полости цилиндра.

На фиг. 2 изображено сечение головки цилиндра по линии сечения 6 на фиг. 1.

На фиг. 3 изображена предлагаемая изобретением свеча зажигания.

На фиг. 4 изображено предлагаемое изобретением транспортное средство, снабженное предлагаемым изобретением двигателем внутреннего сгорания.

На фиг. 1 изображена головка цилиндра, если рассматривать из внутренней полости цилиндра. Видны два впускных канала 4 и два выпускных канала 5, при этом симметрично в середине этих впускных каналов 4 и выпускных каналов 5 установлена свеча 1 зажигания.

На фиг. 2 показано изображение сечения, которое отображает сечение, изображенное со ссылочной позицией 6 на фиг. 1, через середину головки цилиндра или соответственно камеры сгорания. При этом слева (на фиг. 2) изображен впускной канал 4, справа - выпускной канал 5 и в середине - свеча 1 зажигания. Виден изогнутый в направлении от наружного края свечи 1 зажигания к продольной центральной оси свечи 1 зажигания массовый электрод 2 свечи 1 зажигания. Обозначенный ссылочной позицией 3 открытый конец массового электрода 2 на фиг. 2 ориентирован точно влево (то есть точно в направлении сечения 6). Поэтому открытый конец 3 массового электрода 2 ориентирован точно между двумя впускными каналами 4.

На фиг. 3 изображено сечение свечи 1 зажигания. Буртик 12 свечи зажигания заканчивается керамикой 14 свечи зажигания или даже выступает за керамику 14 свечи зажигания. Керамика 14 свечи зажигания находится, будучи огражденной, в корпусе 11 свечи зажигания и образует изолятор.

На фиг. 4 изображено предлагаемое изобретением транспортное средство 10, которое имеет предлагаемый изобретением двигатель 8 внутреннего сгорания. Этот двигатель 8 внутреннего сгорания включает в себя, в свою очередь, четыре предлагаемых изобретением цилиндра 7.

Claims

1. Цилиндр двигателя (8) внутреннего сгорания для транспортного средства (10),
при этом цилиндр (7) включает в себя по меньшей мере один впускной канал (4) и свечу (1) зажигания, и
при этом свеча (1) зажигания включает в себя массовый электрод (2),
отличающийся тем, что
свеча (1) зажигания и цилиндр (7) включают в себя средства, чтобы расположить и закрепить свечу зажигания в цилиндре таким образом, что открытый конец (3) массового электрода (2) свечи (1) зажигания относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала (4) цилиндра ориентирован в предварительно определенном направлении, чтобы при эксплуатации двигателя (8) внутреннего сгорания охлаждать массовый электрод (2) воздушным потоком, создаваемым указанным по меньшей мере одним впускным каналом (4).

2. Цилиндр по п. 1, отличающийся тем, что свеча (1) зажигания смонтирована в цилиндре (7) таким образом, что открытый конец (3) массового электрода (2) относительно упомянутого по меньшей мере одного впускного канала (4) расположен с определенным допуском в предварительно определенном направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала (4).

3. Цилиндр по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр включает в себя точно два впускных канала (4) и свеча (1) зажигания смонтирована в цилиндре (7) таким образом, что открытый конец (3) массового электрода (2) относительно обоих впускных каналов (4) расположен с определенным допуском в определенном направлении между обоими впускными каналами (4).

4. Цилиндр по п. 2 или 3, отличающийся тем, что открытый конец (3) массового электрода с определенным допуском в пределах от ±90° до ±5° направлен в определенном направлении на упомянутый по меньшей мере один впускной канал (4) или с определенным допуском в пределах от ±90° до ±5° направлен в определенном направлении на точку между двумя впускными каналами,
причем точка между обоими впускными каналами (4) находится на прямой, которая соединяет середину выпуска одного впускного канала (4) в камеру сгорания с серединой выпуска другого впускного канала (4) в камеру сгорания.

5. Цилиндр по п. 2, отличающийся тем, что цилиндр (7) имеет монтажное отверстие с внутренней резьбой для приема свечи (1) зажигания,
что свеча (1) зажигания имеет наружную резьбу,
что внутренняя резьба и наружная резьба подогнаны друг к другу таким образом, чтобы свеча (1) зажигания после монтажа, при котором свеча (1) зажигания с определенным моментом вращения ввертывается во внутреннюю резьбу, причем открытый конец (3) массового электрода (2) свечи (3) зажигания с допуском, была ориентирована в определенном направлении относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала (4).

6. Способ изготовления для изготовления цилиндра (7) двигателя (8) внутреннего сгорания для транспортного средства (10), отличающийся тем, что свеча (1) зажигания монтируется в цилиндре таким образом, чтобы гарантировать, что открытый конец (3) массового электрода (2) свечи (1) зажигания относительно по меньшей мере одного впускного канала (4) цилиндра располагается в определенном направлении, чтобы при эксплуатации двигателя (8) внутреннего сгорания охлаждать массовый электрод (2) свечи (1) зажигания воздушным потоком, создаваемым указанным по меньшей мере одним впускным каналом (4).

7. Способ изготовления по п. 6, отличающийся тем, что свеча (1) зажигания монтируется в цилиндре (7) таким образом, чтобы гарантировать, что открытый конец (3) массового электрода относительно упомянутого по меньшей мере одного впускного канала (4) с определенным допуском располагают в определенном направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала (4).

8. Способ изготовления по п. 7, отличающийся тем, что свеча (1) зажигания устанавливается в цилиндре (7) путем вращения вокруг центральной продольной оси свечи (1) зажигания, и
что свеча (1) зажигания вращается таким образом, чтобы открытый конец (3) массового электрода (2) относительно упомянутого по меньшей мере одного впускного канала (4) с определенным допуском указывал в определенном направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала (4).

9. Способ изготовления по п. 7 или 8, отличающийся тем, что свеча (1) зажигания имеет наружную резьбу,
что свеча (1) зажигания своей наружной резьбой с определенным моментом вращения ввертывается во внутреннюю резьбу цилиндра (7),
что внутренняя резьба и наружная резьба приспособлены друг к другу таким образом, что открытый конец (3) массового электрода (2) после того, как открытый конец (3) массового электрода свечи (1) зажигания был ввернут во внутреннюю резьбу, относительно упомянутого по меньшей мере одного впускного канала (4) с определенным допуском указывает в определенном направлении указанного по меньшей мере одного впускного канала (4).

10. Способ изготовления по п. 6, отличающийся тем, что этот способ изготовления разработан для изготовления цилиндра (7) по п. 1.

11. Средства для изготовления цилиндра (7) двигателя (8) внутреннего сгорания для транспортного средства (10),
причем эти средства выполнены таким образом, что эти средства монтируют свечу (1) зажигания в цилиндре таким образом, что гарантируется, что открытый конец (3) массового электрода свечи зажигания имеет относительно указанного по меньшей мере одного впускного канала (4) цилиндра (7) определенное направление, чтобы при эксплуатации двигателя (8) внутреннего сгорания охлаждать массовый электрод (2) свечи (1) зажигания воздушным потоком, создаваемым указанным по меньшей мере одним впускным каналом (4).

12. Свеча (1) зажигания для цилиндра по п. 1, отличающаяся тем, что наружная резьба свечи (1) зажигания выполнена таким образом, что профиль поверхности резьбы (11) является накатанным, причем массовый электрод прикреплен своим открытым концом (3) в зависимости от подогнанной к внутренней резьбе монтажного отверстия для приема свечи (1) зажигания в цилиндре (7) внешней резьбы свечи (1) зажигания относительно внутренней резьбы.

13. Свеча (1) зажигания по п. 12, отличающаяся тем, что буртик (12) свечи зажигания со стороны камеры сгорания удлинен так, что этот буртик (12) свечи зажигания заканчивается по меньшей мере керамикой (14) свечи зажигания или несколько выступает за керамику (14) свечи зажигания.

14. Двигатель внутреннего сгорания для транспортного средства (10), снабженный цилиндром (7) по п. 1.

15. Транспортное средство, снабженное двигателем (8) внутреннего сгорания по п. 14.