Запальная свеча

 

1. ЗАПАЛЬНАЯ СВЕЧА, содержащая корпус, центральный электрод, расположенньй в корпусе и электрически изолированный от него, и нагреватель , выполненный из подложки и электрического нагревательного элемента , расположенного на поверхности подложки, причем один конец нагревательного элемента находится в электрическом контакте с корпусом, а другой - с центральным электродом, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, а также снижения тепловой инерционности, электрический нагревательньй элемент выполнен в виде проводящей поверхностной пленки и расположен по меньшей мере на одной из поверхностей подложки. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК

АР Р 02 Р 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13,, 1

И% М " i 1"11

К ПАТЕНТУ

75 74(21) 3645189/18-06 (22) 21.09.83 (31) 430909 (32) 30.09.82 (33) lUS (46) 30.11.85. Бюл.№ 44 (71) Дзе Бендикс Корпорейшн (US) (72) Иарк Аллен Брукс, Амброс Томала и Гари Ли Кейси (US) (53) 621 . 43.045 (088 8) (56) Патент Великобритании ¹ 1329533, кл. F 1 F опублик. 1972. (54) (57) . ЗАПАЛЬНАЯ СВЕЧА, содержащая корпус, центральный электрод, расположенный в корпусе и электричесÄÄSUÄÄ 1 s А ки изолированный от него, и нагреватель, выполненный из подложки и электрического нагревательного элемента, расположенного на поверхности подложки, причем один конец нагревательного элемента находится в электрическом контакте с корпусом, а другой — с центральным электродом, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и

Ф экономичности, а также снижения тепловой инерционности, электрический нагревательный элемент выполнен в виде проводящей поверхностной пленки и расположен по меньшей мере на одной из поверхностей подложки.

I 1959

2. Свечапоп.) отлич ающ а я с я тем, что пленка выполнена металлической.

3. Свеча по п.2, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что металлическая 5 пленка выполнена из переходного металла платиновой группы.

4. Свеча по п.2, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что на поверхности металлической пленки расположена дополнительная пленка, изготовленная из переходного металла платиновой группы.

5. Свеча по п.4, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что между металли- 15 ческой пленкой и дополнительной пленкой размещен слой диэлектрика.

6. Свеча no aa. 4 и 5, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что металлическая пленка выполнена из сплава резис-20

Ривного металлае

7. Свеча по пп.2,3,4 и 5, о т л ич а.ю щ а я с я тем, что подложка выполнена в виде цилиндра, размещенного вокруг центрального электрода, а металлическая пленка расположена на наружной поверхности цилиндра.

8. Свеча по п.7, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что цилиндрическая подложка выполнена из керамики. 30

9. Свеча по н.8, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что керамическая подложка изготовлена из окиси алюминия.

10. Свеча по и 8, о т л и ч аю щ а я с я тем, что керамическая подложка изготовлена из кварца.

)1. Свеча по п,7, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что подложка выполне-40 на из металла, на наружной поверхности которого размещена пленка из диэлектрика.

12. Свеча по п.7, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что металлическая 45 пленка вьколнена в виде спиральной ленты, расположенной на наружной. поверхности цилиндра.

13. Свеча по п.)2 о т л и ч аю щ а я с я тем, что металлическая 50 пленка выполнена в виде нескольких спиральных лент, расположенных на наружной поверхности цилиндра.

14 ° Свеча .по п.2 - 5, о т. л и— ч а ю щ а я с я тем, что подложка 55 выполнена в виде элемента с двумя плоскими противолежащими. поверхностямие

l9

15. Свеча по п.l4, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что элемент подложки выполнен из керамики.

16. Свеча по и.!5 о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что металлическая пленка состоит по крайней мере из двух частей, расположенных по одной на каждой противолежащей поверхности элемента подложки.

17. Свеча по п.!4, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что элемент подложки выполнен иэ металла и по меньшей мере на одной из его поверхностей размещен слой диэлектрика.

18. Свеча по п.l7 о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что слой диэлектрика размещен по меньшей мере на обеих поверхностях элемента подложки, а металлическая пленка состоит по меньшей мере из двух частей, расположенных на слоях диэлектрика.

l9. Свеча по п.1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что проводящая поверхностная пленка выполнена из металлокерамического материала.

20. Свеча по л.19, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что металлокерамический материал содержит по меньшей мере один переходный металл иэ платиновой группы.

2l . Свеча по п.19, о т л и ч а ющ а я с я тем, что на поверхности металлокерамической проводящей пленки расположена дополнительная пленка, изготовленная из переходного металла платиновой группы.

22. Свеча по п.21, о т л и ч а— ю .щ а я с я тем, что между металлокерамической проводящей пленкой и дополнительной пленкой размещен слой диэлектрика.

23. Свеча по пп.19 — 22, о т л ич а ю.щ а я с я тем, что подложка выполнена в виде, цилиндра, расположенного концентрично с центральным электродом.

24. Свеча по п,23, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что цилиндрическая подложка выполнена из керамики.

25. Свеча поп.24, о т л ич аю щ а я с я тем, что цилиндрическая подложка выполнена иэ металла, на наружной поверхности которого размещена пленка из диэлектрика.

26. Свеча по п.23, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что металлокерамическая пленка выполнена в виде

1 1959 спиральной ленты, расположенной на наружной поверхности цилиндра.

27. Свеча по п.24, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что спиральная . лента выполнена в виде нескольких параллельных лент, расположенных на наружной поверхности цилиндра.

28. Свеча по пп.19 — 22, о т л и- ч а ю щ а я с я тем, что подложка выполнена в виде элемента с двумя

l9 плоскими противолежащими поверхнос- тями.

29. Свеча по п 28, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что элемент подложки выполнен из керамики.

30. Све а по п.28, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что элемент подложки выполнен из металла и по меньшей мере на одной из его плоскостей размещен слой диэлектрика.

1 с

Изобретение относится к двигателе строению, в частности к устройствам зажигания с помощью накаливаемых тел, предназначенным для облегчения запуска дизельного двигателя. 5

Цель изобретения — повышение надежности и экономичности запальной свечи, а также снижение ее тепловой инерционности.

На фиг.1 изображена запальная

10 свеча (первый вариант ), продольный разрез; на фиг.2 — то же, поперечный разрез, на фиг.3 - контактная шайба, разрез; на фиг.4 - нагреватель (первый вариант ), частичный разрез; на фиг.5 — то же, второй вариант; на фиг.6 — то же, третий вариант; на фиг.7 — запальная свеча (второй вариант ), продольный разрез; на фиг.8 — запальная свеча (третий вариант ) с плоским нагревателем, продольный разрез; на фиг 9 -, то же, вид сверху; на фиг.10— плоский нагреватель, продольный раз25 реэ; на фиг.ll — то же, вид сверху; на фиг.12 — нагреватель (четвертый вариант ), продольный разрез; на фиг.13 — возможный вариант нагревателя на фиг.12, продольный разрез; на фиг.14 — нагреватель, имеющий по- ЗО ристый керамический верхний слой; на фиг.15 — то же, имеющий металлическую подложку; на фиг.16 — электри- ческая схема установки на дизельном двигателе запальной свечи, имеющей З5 нагреватель с металлическим пленочным нагревателем.

Запальная свеча 1 содержит цилиндрический корпус 2, имеющий на одном конце внутренний уступ 3 для

2 одного конца нагревателя 4, а с другой стороны — ступенчатые отверстия 5,6 и 7, причем отверстие 7 является сквозным. На границе между отверстиями 5 и 6 образован опорный торец 8 для узла 9 стержня 10, а между отверстиями 6 и 7 — опорный торец t) для пружины 12. Узел 9 размещен в отверстии 5 и содержит контактный стержень 10, держатель 13, шайбу 14 из силастика и заглушку 15.

Контактный стержень 10 с одного конца имеет отверстие для размещения пружинного штифта 16, с другого конца — "езьбовую часть 17 для подсоединения к источнику тока и буртик 18 для закрепления. Держатель

13 отформирован иэ конструкционного термопласта вокруг буртика 18 стержня 10 и центрует последний в корпусе 2. Заглушка 15 выполнена методом литьевого формования и обеспечивает закрепление узла 9 в корпусе 2 посредством проточки 19 и шльцев

20, выполненных в корпусе 2.

На конец нагревателя 4, удаленный

;от уступа 3, установлен колпачок 21, прикрепленный в электроду 22, Между уступом 3 и торцом нагревателя 4 установлена снабженная покрытием первая контактная шайба 23, обеспечивающая электрический контакт между нагревателем 4 и корпусом 2. Вторая снабженная покрытием контактная шайба 24 установлена между колпачком 21 и другим торцом нагревателя

4. Шайбы 23 и 24 могут быть конусными, однако более предпочтительно их выполнять с выпуклой частью 25, упирающейся в нагреватель 4 (фиг.3).

Шайбы 23 и 24 могут быть покрыты дра1195919 гоценным металлом, таким как золото, серебро, платина, палладий, или другим благородным металлом или сплавом благородных металлов, применяемым в области изготовления электрических контактов. Колпачок 21

Ф навернут на снабженную резьбой концевую часть осевого электрода 22, после чего конец электрода расклепан.Проти- 10 воположный конец электрода 22 имеет радиальный выступ 26-и осевое отверстие 27 для штифта 16. Вокруг этого конца электрода 22 отформирована направляющая 28, которая изолирует, 15 электрод 22 от корпуса 2. Направляю-щая 28 установлена в корпусе 2 с возможностью перемещения и имеет первое гнездо 29 для пружины 12 и второе гнездо 30 для стержня 10. 20

Материалом направляющей может быть конструкционкый термопласт тила полифенилсульфида. Пружина 12 воздействует через электрод 22 на йагреватель 41прижимая его к уступу 3 с усилием от 22,5 до 45 кг. Пружина 12 обеспечивает хороший контакт между контактными шайбами 23 и 24 и нагревателем 4, а также компенсирует тепловое расширение деталей. 30

Шайбы 31, 32,33 к 34 обеспечивают электрическую и тепловую изоляцию между пружиной 12 к корпусом 2.

Шайба 31 выполнена из стали, шайба

33 — из силкката алюминия к обеспечивает основную электрическую и тепловую изоляцию. Шайба 32, выполненная из высокотемпературного силасткка, предотвращает истирание шайбы 33 шайбой 31. Шайба 34 выпал- 4б .иена из фекопласта и обеспечивает защиту от разрушения шайбы ЗЗ усилием пружины 12. Корпус имеет резьбу

35 для крепления свечи в корпусе двигателя к шестигранник Зб для 45 удобства монтажа свечи.

На фиг.4,5 к 6 представлены варианты исполнения нагревателя. Нагрева тель 37, показанный ка фкг.4, содержит цнлндрическу о керамическую 50 подложку 38, изготовленную, например, из окиси алюминия илк кварца и имеющую длину около 1,О см и диаметр 0,5 см. Кромки 39 и 40 подложки"

38 выполнены по радиусам и чисто отшлифованы. На наружную цилиндрическую поверхность нагревателя 37 наклеена металлическая или металлокерамическая пленка 41 толщиной от

О, 1 до 1,0 мкм, являющаяся электрическим нагревательным элементом.

Пленка 41 может быть нанесена любым из известных способов (охлаждение из паров, вакуумное напыление, металлизация распылением, плазменное напыление или химический способ).

Пленка 41 выполнена из благородного металла или металлокерамики, содержащих переходный металл, выбранный из платиновой группы, содержащей платину, палладий, иридий и радий или их сплавы. Пленка 41 может быть

I нанесена путем покрытия наружной поверхности нагревателя 37 и его торцов тонким слоем платинового реактива и последующего обжига при

1000 С в течение 10-20 мин для создания платинового покрытия толщиной около 10 мкм. После нанесения пленки 41 на нагревателе 37 выполняют спиральные канавки 42,43 и 44 в средней части нагревателя, образуя тем самым несколько спиралеобразных элементов 45,46 и 47. Участки 48 н 49 пленки 41, размещенные на противоположных концах нагревателя 37 и на его торцах, обеспечивают параллельное соединение элементов 45, 46 и 47. Предпочтительная величина электрического сопротивления параллельно соединенных элементов 45, 46 и 47 находится в пределах от 0,5 до 2,0 Ом.

Показанный на фиг.5 нагреватель

50 содержит цилиндрическую керамическую подложку 51, такую же, как подложка 38. Аналогичным образом у обоих вариантов выполнены торцы подложки..На наружную поверхность подложки 51 нанесена первая проводящая пленка 52, служащая нагревательным элементом, изготовленная, например, из платины толщиной от 0,1 до 10 мкм. На концевые участки цилиндрической поверхности и торцы подложки 51 поверх пленки 52 нанесены дополнительные пленки 53 и 54, толщина которых больше толщины пленки 52. Пленки 53 и 54 имеют низкое электрическое сопротивление и образуют электроды нагревателя 50.

Они изготовлены также из металлов платиновой группы. Участок, расположенный между пленками 53 и 54 образует нагревательный элемент 55.

1195919

1Î

30 иый

На фиг.7 показан вариант запаль ной свечи, в которой использованы металлический корпус 60 и керамический изолятор 61, которые применяются в традиционных искровых свечах.

Осевой электрод 62 закреплен в изоля торе 61 и имеет резьбовую часть, выступающую из изолятора 61. На электроде 62 установлен нагреватель

63, аналогичный изображенному на фиг.4,5 или 6 ° Он опирается в опорную поверхность выточки 64 в корпусе 60. С концов нагревателя 63 установлены шайбы 65 и бб, покрытые благородным металлом, которые упруго поддерживают нагреватель 63 между корпусом 60 и гайкой 67, повернутой на конец электрода 62. Конец электрода 62 со стороны гайки 67 расклепан. Выточка 64 фиксирует нагрева- / тель 63 по оси свечи. При необходи45

Пленки, подобные пленкам 53 и 54, могут быть нанесены и на нагреватель 37 на фиг.4.

Кодификация нагревателя на фиг.5 изображена на фиг,б. В этом варианте первая проводящая пленка 56 нанесена на наружные цилиндрическую и торцовые поверхности подложки 57, также как. и на фиг.5. Затем поверх пленки 56 нанесен слой второго металла на участке 58, сплавлен с первой пленкой 56, в результате чего образован слой 59 сплава высокого сопротивле.ния на средней части подложки 57.

Второй металл выбирают так, чтобы образованный сплав имел более высокое сопротивление, чем первой пленки

56. Сопротивление слоя сплава также выполняют в пределах от 0,5 до 2,0 Ом. Нагревательные элементы 2 предпочтительно выполняют иэ металлов или металлокерамики на основе металлов платиновой группы из за их Высокой коррозионной стойкости в условиях работы в двигателях внутренного сгорания. Кроме того, эти металлы оказывают каталитическое действие на воспламенение топлива.

Другим преимуществом металлов платиновой группы является то, что они имеют положительный температур коэффициент сопротивления, что поэво ляет путем подбора сопротивления и конфигурации нагревательного элемента сделать нагревательный элемент самоограничивающимся по сопротивлению. мости нагревателю может быть придана любая требуемая форма. На фиг.8 и 9 представлен вариант запальной свечи, в которой нагреватель имеет плоскую форму. Осевой электрод 68 имеет на конце лыску 69, обеспечивающую возможность установки нагревателя 70. Корпус 71 имеет прямоугольный вырез 72, в который входит один конец нагревателя 70 и на дне которого расположена покрытая благородным металлом пружина 73. На элект. роде 68 установлен с возможностью

|перемещения покрытый благородным ,металлом элемент 74, имеющий паз, в который входит другой конец нагревателя 70. Элемент 74 и нагреватель

70 прижаты пружиной 73, а выступающий конец электрода 68 расклепан.

На фиг.10 показан нагреватель. 70 в увеличенном виде. Он содержит плоскую прямоугольную керамическую подложку 75. Кромки 76,77,78 и 79 чисто отшлифованы и закруглены в местах соединения с плоскостями

80,81,82 и 83. Поверхности 80,81, 82 и 83 покрыты проводящей пленкой, образующей плоские поверхностные нагревательные элементы 84, которые выполнены предпочтительно из металла платиновой группы или металлокерамики, содержащей металл платиновой группы. Для утолщения покрытия на участках электрического контакта нагревателя 70 с пружиной 73 и элементом 74 (фиг.8 и 9 ) на поверхности

82 и 83 и частично на поверхности

80 и 81 могут быть нанесены более толстые контактные пленки 85 и 86.

При необходимости сопротивление нагревательного элемента 84 может быть увеличено путем прорезания в нагревательном элементе канавок

87 и 88 в нагревателе 89 (фиг.11).

Для обеспечения каталитического действия запальной свечи не обяза-. тельно выполнять сам нагревательный элемент из металла платиновой группы.

На фиг. 12 металлический пленочный нагреватель 90 выполнен иэ резистивного материала, например нихрома, и расположен непосредственно на подложке 91 Средний участок нагревательного элемента 90 между контактными торцами 92 и 93 покрыт тонким слоем

94 диэлектрика, например окиси алюминия. Диэлектрический слой 94 покрыт тонкой пленкой 95 металла пла7 il тиновой группы. Пленка 95 покрывает контактный торец 92, обеспечивая электрическое заземление пленки 95 и предотвращение накапливания статических.зарядов. Диэлектрический слой 94 может быть выполнен из полупроводникового материала, способ ного пропускать статические заряды, возникшие на пленке 94, непосредственно к пленочному нагревателю 90.

Показанная на фиг.12 конструкция нагревателя в принципе пригодна.для цилиндрического и плоского нагревателя.

На фиг.13, диэлектрический слой отсутствует и пленка 96 из металла платиновой группы нанесена на резчетивный нагревательный элемент 97.

На поверхности контакта пленка 96 и элемент 97 частично сплавлены, так что открытая наружная поверхность нагревателя в основном покрыта металлом платиновой группы.

Для дополнительной защиты нагревательного элемента от жестких условий окружающей среды внутри цилиндра двигателя на поверхность нагревательного элемента 98 нанесен пористый керамический слой 99, выполненный из окиси алюминия, шпинели или другого керамического материала (фиг.l4 ). Этот пористый слой может быть использован в сочетании с любым из описанных нагревателей.

Для повышения конструктивных качеств нагреватель может быть снабжен цилиндрической металлической подложкой 100 (фиг.15 ). На .наружной поверхности подложки 100 имеется диэлектрический слой 101 в виде образованного химическим путем окисла или в виде нанесенного слоя из окиси алюминия или шпинели. На диэлектрический слой 101 нанесена проводящая пленка 102. На фиг.lб показана запальная свеча 103, установленная в головке 104 цилиндра двигателя. Одна клемма аккумуляторной батареи 105 присоединена к "массе" двигателя.

Корпус 106 свечи 103 ввернут в головку .104 двигателя и соединяет

95919

8 один конец нагревателя 107 с аккумуляторной батареей 105. Другой конец нагревателя 107, соединенный электрически с контактным стержнем

108, соединен с выходом приборе

109 управления работой запальных свечей и через него — с второй клеммой аккумуляторной батареи 105 при помощи выключателя 110.

IO

Запальная свеча работает следующим образом.

Перед запуском двигателя оператор включает выключатели IIО. Прибор 109 управления получает энергию от аккумуляторной батареи и обеспечивает ею запальную свечу. Обычно выключатель представляет собой отдельный прибор, приводимый в дей20 ствие оператором перед пуском, однако благодаря малому времени срабатывания (от I до 3 с ) этим выключателем может служить выключатель зажигания. Прибор 109 управления

2> обеспечивает подачу электрической энергии к запальной свече на заданный промежуток времени и до того момента, пока двигатель выйдет на самостоятельный режим работы, что

30 определяется выходным сигналом электрического генератора, температурой двигателя, давлением масла и др.

Прибор 109 регулирует и ограничивает электрическую энергию, подводимую к запальной свече. После прекращения подачи энергии к свече, достаточной для поддержания работы двигателя, температуру свечи будет обеспечивать тепло, выделяемое в цилиндре

4О двигателя в результате сгорания топливной смеси.

Предлагаемые запальные свечи обладают повышенной коррозионной стойкостью; низкой тепловой инерцион45 ностью, время нагрева до температуры

900-1500 Ñ две-три секунды; высокой удельной мощностью; способностью самоограничения тока; наличием каталитических свойств, улучшающих зажигание смеси, а также достаточно высокой технологичностью.

1195919!

195919

Ю г

Ф ж юо "

7У

В

7 д

7 Ж ф Яиа 10 ру.84 И в Яф МИ Ф

Я

У2 93

Уб уу Que 12

ВНИИПИ Заказ 7429/62 Тираж 537 Подписное

Филиал ППП ."Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4