SK286382B6 - Žeraviaci kolík - Google Patents

Abstract

Žeraviaci kolík (1) v kolíkovej žeraviacej sviečke na dieselové motory má aspoň jednu v podstate vnútornú izolačnú vrstvu (3) a aspoň jednu v podstate vonkajšiu vodivú vrstvu (2), pričom obidve vrstvy obsahujú keramickú štruktúru. Žeraviaci kolík (1) má v podstate po celej svojej dĺžke v podstate jednotný celkový prierez (d1) a v oblasti hrotu (4)žeraviaceho kolíka sa podiel izolačnej vrstvy (3)na celkovom priereze (d1) zväčšuje, zatiaľ čo podiel vodivej vrstvy (2) sa na celkovom priereze (d1) zmenšuje.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka žeraviaceho kolíka v kolíkovej žeraviacej sviečke na dieselové motory, ktorý má aspoň jednu v podstate vnútornú izolačnú vrstvu a aspoň jednu v podstate vonkajšiu vodivú vrstvu, pričom obidve vrstvy obsahujú keramickú štruktúru, pričom žeraviaci kolík má v podstate po celej svojej dĺžke v podstate jednotný celkový prierez a v oblasti hrotu žeraviaceho kolíka sa podiel izolačnej vrstvy na celkovom priereze zväčšuje, zatiaľ čo sa podiel vodivej vrstvy na celkovom priereze zmenšuje.

Doterajší stav techniky

Technika moderných dieselových motorov kladie na kolíkové žeraviace sviečky vysoké požiadavky a síce najmä so zreteľom na konštrukčnú veľkosť, pevnosť, rýchlosť stúpania teploty pri ohreve a odolnosť proti vysokým teplotám. Obvykle sa vyžaduje, aby sa mohla dosiahnuť teplota od 1000 °C a ustálená teplota od 1200 °C so žeraviacou účinnosťou približne 70 až 100 W do 2 sekúnd.

Z praxe sú známe v dnešnej dobe kolíkové žeraviace sviečky s kovovými a keramickými vykurovacími prvkami. Štandardné uskutočnenia keramických kolíkových žeraviacich sviečok disponujú vnútornými kovovými alebo keramickými vykurovacími prvkami, ktoré sú zapečené do vysokoteplotne stabilnej nevodivej keramiky. Kolíkové žeraviace sviečky takejto konštrukcie sa však môžu vyrábať iba nákladným spôsobom lisovaním za tepla. Naproti tomu sú kolíkové žeraviace sviečky s vonkajšími vykurovacími prvkami z kompozitnej keramiky vyrobiteľné jednoduchším a nákladovo výhodným spekaním.

Žeraviaca sviečka na dieselové motory s valcovitou kovovou trubicou, s pripoj ovacím zariadením na elektrické kontaktovanie a s keramickým vykurovacím zariadením je napríklad známa z WO 96/27104. Pri tejto keramickej sviečke drží valcovitá kovová trubica na svojom hrote keramické vykurovacie zariadenie samonosné, pričom keramické vykurovacie zariadenie je kontaktované s prípojným zariadením, takže počas žeraviaceho procesu preteká cez keramické vykurovacie zariadenie prúd.

Keramické vykurovacie zariadenie má pritom aspoň jedno miesto redukovaného priečneho prierezu, pričom redukcia priečneho prierezu keramického vykurovacieho zariadenia nastáva na tom mieste, na ktoré dopadá zmes paliva a vzduchu. Zoslabnutie priečneho profilu je pri tomto keramickom vykurovacom zariadení uskutočnené takým spôsobom, že stenová hrúbka bočnej steny je na dotyčnom mieste príslušne redukovaná.

Pri takejto kolíkovej žeraviacej sviečke je možné, že oblasť vykurovacieho zariadenia, ktorá je najprístupnejšia vznetlivej zmesi, na základe tým väčšieho odporu najrýchlejšie dosiahne nutnú teplotu vznietenia. Tým sú možné kratšie časy nažeravenia kolíkovej žeraviacej sviečky. Takéto definované redukovanie stenovej hrúbky umožňuje to, aby sa dalo najviac nažeraviť práve to miesto žeraviacej kolíkovej sviečky, na ktoré dopadá spaľovacia zmes.

V spise WO 00/35830 sa opisuje ďalšie konvenčné riešenie na vytvorenie žeraviaceho kolika, ktorý sa rýchlo zohrieva, pričom toto sa opäť dosiahne zoslabnutím prierezu žeraviaceho kolíka v oblasti horúceho pásma. Takýto žeraviaci kolík je na redukovanie priečneho prierezu vytvorený s filigránovým hrotom.

Takéto z doterajšieho stavu techniky známe žeraviace kolíky majú tú nevýhodu, že majú horúce pásmo, ktoré musí byť usporiadané krajne filigránovo utváraním hrotu alebo iným redukovaním priečneho prierezu v oblasti hrotu žeraviaceho kolíka, aby sa mohol rýchlo zohriať na vysokú teplotu.

Takéto filigránové a tým mechanicky iba málo zaťažiteľné hroty žeraviacich kolíkov sú však krajne chúlostivé a môžu sa najmä pri manipulácii, pri montáži do motora a ostatnom ľahko poškodiť.

Okrem toho majú takéto oblasti žeraviacich kolíkov redukované v svojom priečnom priereze tiež nedostatočnú termicky činnú hmotu, takže sa nemôže dosiahnuť ochladenie okolitého prostredia, ako napríklad pri spútaní motora za studená, kde je veľmi veľké nebezpečenstvo sfúknutia kolíkovej žeraviacej sviečky.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje žeraviaci kolík v kolíkovej žeraviacej sviečke na dieselové motory, ktorý má aspoň jednu v podstate vnútornú izolačnú vrstvu a aspoň jednu v podstate vonkajšiu vodivú vrstvu, pričom obidve vrstvy obsahujú keramickú štruktúru, pričom žeraviaci kolík má v podstate po celej svojej dĺžke v podstate jednotný celkový prierez a v oblasti hrotu žeraviaceho kolíka sa podiel izolačnej vrstvy na celkovom priereze zväčšuje, zatiaľ čo sa podiel vodivej vrstvy na celkovom priereze zmenšuje. Žeraviaci kolík podľa vynálezu má naproti tomu tú výhodu, že zmeneným vytvarovaním geometrie hrotu žeraviaceho kolíka sa môže dosiahnuť zreteľne vyššia mechanická odolnosť, pretože hrot žeraviaceho kolíka sa v svojom celkovom priereze nezmenšuje.

Okrem toho ponúka hrot vykurovacieho telesa vytvarovaný s väčším priečnym prierezom výhodne väčšiu termicky činnú hmotu. Toto pôsobí potom za určitého prevádzkového stavu, najmä pri spúšťaní motora za studená, proti sfúknutiu kolíkovej žeraviacej sviečky.

Podľa jednej výhodnej formy uskutočnenia žeraviaceho kolíka je tento vytvorený v podstate ako rotačné súmerný. Toto sa ukázalo preto ako výhodné, pretože pri takejto úprave žeraviaceho kolíka je umožnené to, že sviečka žeraví v svojej strednej oblasti hrotu, ako sa požaduje pre moderné, priamo vstrekované dieselové motory.

Pri úprave žeraviaceho kolíka môže byť pritom upravené to, že izolačná vrstva je v podstate potiahnutá vodivou vrstvou.

Ukázalo sa, že je obzvlášť na výrobu žeraviaceho kolíka výhodné, ak sa izolačná vrstva obkladá vodivou vrstvou v podstate sendvičovým spôsobom, to znamená, že pri pozorovaní priečneho prierezu existuje sled vodivej vrstvy, stredovej izolačnej vrstvy a opäť vodivej vrstvy, pričom izolačná vrstva sa nachádza aspoň približne v strednej oblasti priečneho prierezu žeraviaceho kolíka.

Toto sa ukázalo ako výhodné najmä potom, ak sa žeraviaci kolík vyrába vstrekovým liatím a izolačná vrstva sa odleje vstrekom najskôr, pričom sa izolačná vrstva svojou okrajovou oblasťou, to znamená oblasťou, ktorá nehraničí s vodivou vrstvou, aspoň čiastočne preťahuje až na obvod žeraviaceho kolíka. Tým sa môže izolačná vrstva dať do tvárniacej formy na nastriekanie vodivej vrstvy, napríklad kolmo na deliacu rovinu tvárniacej formy.

Najmä so zreteľom na konštrukčnú veľkosť žeraviaceho kolíka, ktorá sa má udržať veľmi malá, je výhodné, ak žeraviaci kolík má priemer v rozmedzí asi od 2 mm do 5 mm.

Je výhodné, ak usporiadanie vodivej vrstvy a izolačnej vrstvy pre ten ktorý spôsob výroby žeraviaceho kolíka je optimalizované. Výhodné spôsoby výroby sú vstiekové liatie a/alebo lisovanie vstrekom. Optimalizácia nastáva výhodne prostredníctvom analytického spôsobu, najmä nastáva prostredníctvom metódy dokončených súčastí. S takouto optimalizáciou je možné, že sa vypočíta geometria žeraviaceho kolíka, ktorá sa napríklad môže veľmi jednoducho a lacno vyrábať dvojstupňovým vstrekovým liatím bez dodatočného opracovania a následným spekaním.

Keramická štruktúra spojenia vodivej a izolačnej vrstvy má pritom obzvlášť výhodne ako komponenty trisiliciumtetranitrid a silicid kovu. Pritom sa obzvlášť výhodne utvárajú keramická štruktúra spojenia na vodivú vrstvu zo 60 % hmotnostného podielu X'loSij a zo 40 % hmotnostného podielu SÍ3N4 ako aj spekacích prísad, a na izolačnú vrstvu zo 40 % hmotnostného podielu MoSi₂, 60 % hmotnostného podielu Si₃N₄, ako aj spekacích prísad.

Ďalšie výhody a výhodné uskutočnenia vynálezu vyplývajú z patentových nárokov, z následného opisu a z výkresov.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Tri výhodné príklady uskutočnenia žeraviaceho kolíka v kolíkovej žeraviacej sviečke na dieselové motory podľa vynálezu sú schematicky znázornené a v nasledujúcom opise bližšie objasnené na výkrese, kde znázorňujú:

obr. 1 pozdĺžny rez žeraviacim kolíkom s dvoma príslušnými priečnymi prierezmi podľa línie A-A a B-B podľa prvej výhodnej formy uskutočnenia vynálezu;

obr. 2 vodivú vrstvu hrotovej oblasti žeraviaceho kolika optimalizovanou výpočtom dokončených súčastí podľa druhej výhodnej formy uskutočnenia;

obr. 3 izolačnú vrstvu, ktorá patrí k vodivej vrstve znázornenej na obr. 2;

obr. 4 trojrozmerné znázornenie žeraviaceho kolíka podľa obr. 2 a 3;

obr. 5 pohľad odzadu na žeraviaci kolík podľa formy uskutočnenia znázornenej na obr. 2 až 4 a obr. 6a až 6c priečny prierez, pozdĺžny rez, ako aj pohľad zhora na žeraviaci kolík podľa tretej výhodnej formy uskutočnenia vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je teraz znázornený žeraviaci kolík 1 v pozdĺžne rezanom pohľade, pričom vodivá vrstva 2 sa nachádza v podstate vonku a izolačná vrstva 3 je v podstate vnútri, pričom izolačná vrstva 3 je obložená vodivou vrstvou 2 sendvičovým spôsobom. Obidve vrstvy 2, 3 majú keramickú štruktúru spojenia.

Tento žeraviaci kolík 1 má, ako je možné zistiť z obr. 1, po svojej celej dĺžke jednotný celkový priečny prirez, pričom izolačná vrstva 3 má v oblasti hrotu 4 žeraviaceho kolíka 1 zväčšenie priečneho prierezu, zatiaľ čo sa podiel vonkajšej vodivej vrstvy 2 čo sa týka celkového prierezu príslušne zmenšuje.

Ako je možné zistiť najmä z príslušných priečnych prierezov podľa línií A-A a B-B z obr. 1, je žeraviaci kolík 1 vytvorený podľa výhodnej formy uskutočnenia symetricky. Pod pojmom symetricky sa môže pritom rozumieť symetria okolo osi súmernosti ležiacej v rovine priečneho prierezu alebo tiež symetria okolo osi otáčania pozdĺž osi žeraviaceho kolíka 1 v kryštalografickom zmysle.

Ide tu o keramický žeraviaci kolík 1 s vonkajším vykurovacím telesom, ktorý má vhodný priemer na vmontovanie do telesa M8. Na ten účel sa pre žeraviaci kolík 1 preukázal ako výhodný priemer od približne 3,3 mm.

Vhodnou voľbou geometrie vodivej vrstvy 2 a izolačnej vrstvy 3 znázornenou na obr. 1 sa umožňuje redukcia priečneho prierezu vodivej vrstvy 2 v oblasti hrotu 4, pričom celkový žeraviaci kolík 1 má po celej svojej dĺžke v podstate jednotný priečny prierez. Tým je umožnené to, že žeraviaci kolík 1 sa v oblasti hrotu 4 rýchlo rozpáli, ako sa to vyžaduje pre moderné priamo vstrekované dieselové motory a napriek tomu má dobrú mechanickú odolnosť.

Na obr. 2 až 5, na ktorých sú použité z dôvodu prehľadnosti pre rovnako fungujúce konštrukčné prvky rovnaké vzťahové značky ako na obr. 1, je znázornený žeraviaci kolík 1, ktorého tvar, a síce najmä tvar vodivej vrstvy 2 proti izolačnej vrstve 3, bol optimalizovaný prostredníctvom analytického spôsobu, pričom optimalizácia sa uskutočňuje vzhľadom na spôsob výroby žeraviaceho kolíka 1, a síce najmä s ohľadom na vstrekové liatie.

Takýto žeraviaci kolík 1 sa môže realizovať v jednoduchom vstrekovom liati, pričom najskôr sa v predbežne tvarovanej tvárniacej forme napred naleje vstrekovým liatím izolačná vrstva 3 a keramická vodivá vrstva 2 sa v druhom pracovnom kroku nastrieka okolo izolačnej vrstvy 3.

Rozšírenie 3A izolačnej vrstvy 3 na okrajoch žeraviaceho kolíka 1, ktoré je znázornené na obr. 2 až 3, zvyšuje vstrekovú odlievateľnosť takéhoto žeraviaceho kolíka 1 ako aj stabilitu polohy izolačnej vrstvy 3 v tvárniacej forme na nastriekanie vodivej vrstvy 2. Takýmto spôsobom bude možné vstrekové liatie žeraviaceho kolíka 1 bez materiálových presahov, ktoré si vyhradzujú dokončovacie obrábanie.

Optimalizácia geometrie sa podľa znázornenej druhej formy uskutočnenia optimalizovala na kompozitnú keramiku, ako napríklad Si₃N₄ a MoSi₂. Pritom pozostáva vodivá vrstva 2 prinajmenšom približne zo 60 % hmotnostného podielu MoSi₂, zo 40 % hmotnostného podielu Si₃N₄, ako aj spekacich prísad, a izolačná vrstva 3 pozostáva zo 40 % hmotnostného podielu MoSi₂, 60 % hmotnostného podielu Si₃N₄ a spekacich prísad.

Na výrobu vstrekovacích hmôt sa premiešajú práškové zmesi s polypropylénom vrúbľovaným kyselinou akrylovou alebo anhydridom kyseliny maleínovej ako napríklad so spájadlom „Polybond 1000“ a „Cyclododecan“, pripadne „Cyclododecanol“ ako pomocnými materiálmi, ktoré majú úhrnom účasť na hmotnostnom podiele na vstrekovanej hmote od 15 do 20 %.

Na obr. 6 a až 6c je znázornený, čo sa týka spôsobu výroby, ešte ďalej optimalizovaný žeraviaci kolík 1 v pohľade na priečny prierez (obr. 6a), v pozdĺžnom reze (obr. 6b) ako aj v pohľade zhora (obr. 6c).

Pritom boli prechody medzi izolačnou vrstvou 3 a vodivou vrstvou 2 zaguľatené prípadne zaoblené, čo sa opäť ukázalo ako výhodné, čo sa týka vstrekového liatia, pretože po nastriekaní vodivej vrstvy 2 nevznikajú žiadne vrcholy termických namáhaní na ostrých rohoch a hranách.

V prierezovom znázornení obr. 6a je opäť podrobnejšie príkladnými údajmi o rozmeroch viditeľná forma žeraviaceho kolíka 1 optimalizovaná čo sa týka uvedeného materiálu a spôsobu vstrekovania. Primcr dl žeraviaceho kolíka pritom robí 3,3 mm, šírka bl izolačnej vrstvy 3 medzi bokami robí 1,9 mm až 2 mm, hrúbka prípadne priemer d2 vykurovacieho kanálika robí 0,35 mm a hrúbka izolačnej vrstvy 3 obnáša 0,8 mm. Uhol a bokov izolačnej vrstvy robí výhodne 120°.

Tiež pri žeraviacom kolíku 1 znázornenom na obr. 6 ide v podstate o žeraviaci kolík 1 usporiadaný sendvičovým spôsobom, pri ktorom je izolačná vrstva 3 usporiadaná v podstate medzi vodivou vrstvou 2, pričom izolačná vrstva 3 aspoň čiastočne vybieha až na okraj žeraviaceho kolíka 1.

Exemplárne sa má následne krátko vysvetliť priebeh vstrekového liatia žeraviaceho kolíka.

V prvej časti sa odleje vstrekom izolačná vrstva 3. Pritom je vtok na najhrubšom mieste izolačnej vrstvy 3, to znamená podľa predloženého vynálezu v oblasti hrotu 4. Pri dĺžke vodivej vrstvy 2 od asi 50 mm je teraz v kovovej tvoriacej forme vstrekovateľná hrúbka vrstvy od najmenej 0,8 mm. Ak sa na povrch dutiny tvárniacej formy na vstrekové liatie nanesie tepelne izolačná vrstva, ako A1₂O₃, ZrO₂ alebo podobne, tak sú vstrekovateľné riedke izolačné vrstvy 3.

Ako nasledujúca sa táto izolačná vrstva 3 vloží do tvárniacej formy kolmo proti deliacej rovine tvárniacej formy, to znamená teda vertikálne, a nastrieka sa vodivá vrstva 2.

Nástrek sa pritom uskutočňuje na pätke, prestriekanie izolačnej vrstvy 3 vodivou hmotou sa uskutočňuje od pätky zvonku k hrotu 4. Pritom sa krátkodobo nataví povrch izolačnej vrstvy 3 a spojí sa s vodivou vrstvou 2. Obrys izolačnej vrstvy 3 je na stene tvárniacej formy vytvorený štyrmi hranami tak, že tieto hrany sa môžu ľahko dosiahnuť prípadne nataviť tekutou zliatinou vodivej hmoty. Na ten účel sú upravené najmä zaguľatené prechody. Ak sa nemajú izolačná vrstva 3 a vodivá vrstva 2 napriek tomu bezprostredne v oblasti povrchu dutiny zlúčiť, tak sa môže povrch tvárniacej formy v oblasti prechodu izolačnej vrstvy 3 a vodivej vrstvy 2 znova vybaviť tepelne izolačnou vrstvou.

Potom nasleduje odsústruženie vodivej hmoty k pätke až na začiatku izolačnej vrstvy 3, takže oblasť pätky nie je elektricky skratovaná. Pritom sa potom pridružujú termické napojenia a okoviny.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Žeraviaci kolík (1) v kolíkovej žeraviacej sviečke na dieselové motory, ktorý má aspoň jednu v podstate vnútornú izolačnú vrstvu (3) a aspoň jednu v podstate vonkajšiu vodivú vrstvu (2), pričom obidve vrstvy (2, 3) obsahujú keramickú štruktúru, vyznačujúci sa tým, že má v podstate po celej svojej dĺžke v podstate jednotný celkový prierez (dl) a v oblasti hrotu (4) žeraviaceho kolíka (1) sa podiel izolačnej vrstvy (3) na celkovom priereze (dl) zväčšuje, zatiaľ čo sa podiel vodivej vrstvy (2) na celkovom priereze (dl) zmenšuje.
2. 2. Žeraviaci kolík (1) podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, ný v podstate symetricky.
3. 3. Žeraviaci kolík (1) podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci je v podstate potiahnutá vodivou vrstvou (2).
4. 4. Žeraviaci kolík (1) podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznač vrstva (3) je obložená vodivou vrstvou (2) na spôsob sendviča.
5. 5. Žeraviaci kolík (1) podľa j edného z predchádzaj úcich nárokov, v má celkový priemer (dl) v oblasti od aspoň približne 2 mm do 5 mm.
6. 6. Žeraviaci kolík (1) podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, v vodivá vrstva (2) pozostáva zo 60 % hmotnostných podielu MoSi₂, zo spekacích prísad a izolačná vrstva (3) pozostáva zo 40 % hmotnostných podielu MoSi₂, 60 % hmotnostného podielu Si₃N₄ a spekacích prísad.
7. 7. Žeraviaci kolík (1) podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že keramická štruktúra spojenia je vytvorená na báze SiOC - sklenenej keramiky odvodenej od polysiloxánu s vhodnými plniacimi látkami a silicidom kovu.

   že priečny prierez je vytvorejú tým, že izolačná vrstva (3) tým, že izolačná tým, tým, že že y

   40 % hmotnostných podielu Si₃N₄ a