Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси



Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси
Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси

 


Владельцы патента RU 2553971:

Болотин Николай Борисович (RU)

Изобретения относятся к энергетическим машинам и могут найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Техническим результатом является повышение эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышение надежности зажигания. Решение указанных задач достигнуто в системе зажигания топливовоздушной смеси, содержащей свечу зажигания с центральным электродом, изолятором и боковым электродом, имеющим рабочую часть, источник энергии, высоковольтный преобразователь, распределитель зажигания и высоковольтный провод, тем, что согласно изобретению в изоляторе установлен дополнительный электрод, рабочая часть бокового электрода выполнена Ω-образной формы, при этом центральный электрод соединен проводом с источником энергии, а один из концов рабочей части бокового электрода заземлен, а второй конец рабочей части бокового электрода через выключатель и реле времени соединен с источником энергии. Решение указанных задач достигнуто в свече зажигания, включающей осевой центральный электрод для разряда искры зажигания, изолятор и боковой заземленный электрод с рабочим участком и с центральным отверстием, тем, что согласно изобретению внутри изолятора выполнен дополнительный электрод, соединенный с центральным в его нижней части. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 25 ил.

 

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.

Предшествующий уровень техники

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 «мини-форкамеры», обращенной к осевому центральному электроду, было прямоугольным.

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 «мини-форкамере» 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.

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.

Во время работы ДВС из-за коррозии могут появиться трещина на конце осевого центрального электрода, что приводит к возникновению критического повреждения. Срок службы свечи зажигания может снизиться из-за такого дефекта

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 «мини-форкамера». Искровой разряд осуществляется на цилиндрическую стенку, а выход продуктов сгорания осуществляется в кольцевой зазор.

Недостатки этой свечи - возможное засорение кольцевого зазора, из-за отложения твердых частиц продуктов сгорания на обеих электродах, особенно при работе на обогащенной смеси.

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.

Недостаток - плохой запуск двигателя при отрицательных температурах.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2360342, МПК H01T 13/54, опубл. 27.06.2009 г.

Эта свеча содержит центральный и боковой электроды и две форкамеры, установленные последовательно.

Недостатки: конструктивная сложность свечи, ее большие осевые габариты и высокая стоимость.

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.

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.

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.

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 по заявке Великобритании №2185529, МПК H01F 13/18, опубл. 1987 г.

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.

В основу изобретения положена задача создания свечи зажигания с электроподогревом, позволяющей надежно работать при высокой величине пробивного напряжения.

Недостаток - медленный прогрев свечи.

Известна также свеча зажигания с электроподогревом по патенту РФ на изобретение №2083042, опубл. 27.06.1997 г.

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.

Недостаток - медленный и недостаточно эффективный подогрев свечи из-за внешнего расположения электронагревателя.

В качестве прототипа принята свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2356145, МПК H01T 13/20, опубл. 20.05.2009 г.

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.

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 «мини-форкамеры», а центральное отверстие - роль сопла этой «мини-форкамеры»

Недостатки прототипа: низкая эффективность искрового разряда, обусловленная несоответствием формы, размером и взаимным расположением 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:

- 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,

- закрутка осуществляется в горизонтальной плоскости, что не способствует внедрению факела в значительный объем камеры сгорания цилиндра ДВС, который обычно располагается ниже свечи.

Кроме того, прототипу присущи еще несколько недостатков:

- отверстие малого диаметра легче забивается продуктами неполного сгорания ТВС,

- отверстие выполняет роль выходного сопла «мини-форкамеры» 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.

Задачей создания полезной модели, соответствующей 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.

Решение указанных задач достигнуто в системе зажигания топливовоздушной смеси, содержащей свечу зажигания с центральным электродом, изолятором и боковым электродом, имеющим рабочую часть, источник энергии, высоковольтный преобразователь, распределитель зажигания и высоковольтный провод, тем, что согласно изобретению в изоляторе установлен дополнительный электрод, рабочая часть бокового электрода выполнена Ω-образной формы, при этом центральный электрод соединен проводом с источником энергии, а один из концов рабочей части бокового электрода заземлен, а второй конец рабочей части бокового электрода через выключатель и реле времени соединен с источником энергии.

Решение указанных задач достигнуто в свече зажигания, включающей осевой центральный электрод для разряда искры зажигания, изолятор и боковой заземленный электрод с рабочим участком и с центральным отверстием, тем, что согласно изобретению внутри изолятора выполнен дополнительный электрод, соединенный с центральным в его нижней части. Свеча зажигания может быть выполнена охлаждаемой. В свече зажигания может быть применена система воздушного охлаждения, содержащая втулку из электропроводного материала и оребрение. В свече зажигания может быть применена система жидкостного охлаждения, которая содержит выполненные в корпусе свечи подводящий коллектор, канал прямого хода, средний коллектора, канал обратного хода и отводящий коллектор, а внутри каналов прямого и обратного хода выполнены ребра.

Решение указанных задач достигнуто в способе воспламенения топливовоздушной смеси, включающем подачу высокого напряжения на центральный электрод и ее подогрев, тем, что согласно изобретению подогревают рабочую часть бокового электрода одновременно с подачей напряжения на центральный электрод и потом при помощи реле времени отключают подогрев.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1…25, где

- на фиг.1 представлена свеча зажигания в разрезе,

- на фиг.2 приведен боковой электрод с круглым отверстием,

- на фиг.3 и 4 приведен боковой электрод с расширением и с треугольным отверстием,

- на фиг.5 приведен боковой электрод с отверстием в форме ромба,

- на фиг.6 представлен боковой электрод с расширением и утолщением,

- на фиг.7 приведен разрез А-А,

- на фиг.8 представлен центральный электрод, имеющий поперечное сечение в форме эллипса,

- на фиг.9 представлен центральный электрод с выемкой на торце,

- на фиг.10 представлен центральный электрод с кольцевой выемкой на торце,

- на фиг.11 приведен центральный электрод с двумя выемками,

- на фиг.12 приведен вид С,

- на фиг.13 приведен вид D,

- на фиг.14 приведен боковой электрод, рабочая поверхность которого установлена не перпендикулярно оси центрального электрода,

- на фиг.15 приведен центральный электрод, торец которого выполнен не перпендикулярно его оси,

- на фиг.16 приведена свеча, у которой боковой электрод, рабочая поверхность которого установлена не перпендикулярно оси центрального электрода, и центральный электрод, торец которого выполнен не перпендикулярно его оси,

- на фиг.17 приведен центральный электрод с пластиной из тугоплавкого материала и устройством для закрутки потока на боковой образующей пластины,

- на фиг.18 приведена пластина с устройством для закрутки потока на торце,

- на фиг.19 приведена свеча зажигания с воздушным охлаждением,

- на фиг.20 приведена свеча с жидкостным охлаждением,

- на фиг.21 приведен разрез В-В,

- на фиг.22 приведен разрез С-С,

- на фиг.23 приведен разрез D-D,

- на фиг.24 приведена схема движения ТВС между электродами свечи в цикле «сжатие»,

- на фиг.25 приведена схема движения продуктов сгорания между электродами свечи в цикле «рабочий ход».

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. Рабочая часть 7 выполнена Ω-образной формы и имеет два конца: первый 8, соединенный с боковым электродом 5, и второй конец 9, соединенный с дополнительным электродом 10, установленным внутри изолятора 4. В центре рабочей части 7 образовано центральное отверстие 11.

Между центральным электродом 10 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.

Центральное отверстие 11 может быть круглой формы (фиг.2), или треугольной (фиг.3 и 4), или в форме ромба (фиг.5). При выполнении центрального отверстия 11 в форме ромба его длинная диагональ располагается параллельно длинным гранями рабочей части 7.

Возможны и другие варианты исполнения центрального отверстия 11.

На центральном электроде 3 может быть выполнено устройство закрутки потока 12 (фиг.9…12).

Это сделано для того, чтобы использовать боковой электрод 5 как нагревательный элемент. Подогрев бокового электрода 5 значительно облегчает запуск непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, так как он имеет малую массу, его прогрев осуществляется практически мгновенно и до очень высоких температур при минимальных затратах энергии.

На центральном электроде 3 может быть выполнено устройство закрутки потока 12 (фиг.9…12).

Система зажигания содержит источник энергии 13 (аккумуляторную батарею), блок высокого напряжения 14 и распределитель зажигания 15. Источник энергии 13 низковольтными проводами 16, содержащими выключатель 17 (замок зажигания), соединен с блоком высокого напряжения 14. Один из выходов источника энергии 13 соединен заземляющим проводом 18 с заземлением 19 (корпус автомобиля). Выход из распределителя зажигания 15 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 10. Эта электрическая цепь предназначена для подачи низкого напряжения для разогрева бокового электрода 5 свечи, а точнее только его рабочей части 7.

Рабочая часть 7 бокового электрода 5 может быть выполнена в разных вариантах исполнения, например из проволоки круглого сечения или в виде плоской шайбы с прорезью.

На рабочей части 7 бокового электрода 5 может быть выполнено расширение 23 (фиг.3), для того, чтобы в нем выполнить относительно большое центральное отверстие 11. Кроме того, может быть выполнено утолщение 24 (фиг.7), толщина которого определяется из соотношения:

H=(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.

Устройство закрутки потока 12 (фиг.9…13) может быть выполнено в торце 25 центрального электрода 3. Возможны несколько вариантов исполнения устройства закрутки потока 12, 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).

Устройство закрутки потока 12 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.

Применение овальных, треугольных или в форме ромба центральных отверстий 11 в этом случае будет оправдано, так как в отверстиях вытянутой формы можно разместить парный вихрь.

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.

Возможно, наоборот выполнение плоскости рабочей части 7 бокового электрода 5 перпендикулярно оси центрального электрода 3, а торца 25 под углом β.

Оптимальное значение угла β

β=7…15 град.

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).

При этом пластина 29 может быть выполнена цилиндрической (фиг.17) или иметь форму центрального отверстия 11. При этом устройство закрутки потока 12 в виде наклонных лопаток может быть расположено на боковой образующей пластины 29 из тугоплавкого металла (фиг.17) или на торце пластины 29 в виде углубления (фиг.18).

В этом случае устройство для закрутки потока 12 сначала выполняется на пластине 29, а потом она приваривается (припаивается) к центральному электроду 3. Это приводит кроме всего к удешевлению свеч зажигания за счет использования для центрального электрода 3 недефицитного металла и упрощению изготовления при массовом производстве.

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.

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 32 и 36, а также между каналами 33 и 35 установлены перегородки 37 (фиг.21 и 22) для разобщения этих коллекторов и каналов. В каналах 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).

На фиг.24 и 25 показано соответственно движение ТВС и продуктов сгорания в зазоре между электродами 3 и 5 и в центральном отверстии 11 в разных циклах работы две.

Работа устройства

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 6 мин (фиг.14). Наличие острых углов на электродах 3 и 5 способствует улучшению разряда.

Применение устройств закрутки потока 12 позволит создать вихревое движение топливовоздушной смеси 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 11 в принципе исключает его засорение углеродными частицами и, кроме того, выбрасывает более мощный факел для воспламенения ТВС в цилиндре.

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.

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 отводящий коллектор 36 и отводящий штуцер 40 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.

На фиг.24 показано движение ТВС в зазоре между электродами 3 и 5 и в центральном отверстии 11 в цикле «сжатие». В коническом сужающемся канале (по направлению потока), образованном фаской, ТВС разгоняется и закручивается. Все поверхности центрального электрода 3 и верхняя поверхность рабочего участка 7 бокового электрода 5 очищаются от твердых отложений углерода.

В цикле «рабочий ход» (фиг.25) продукты сгорания, имеющие очень высокую температуру, с огромной скоростью выбрасываются из центрального отверстия 11 в полость камеры сгорания цилиндра и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней.

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.

В итоге применение изобретения позволит:

- улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет подогрева центрального электрода,

- уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом, т.н. «мини-форкамеры»,

- снизить эмиссию вредных веществ вследствие полного сгорания топлива,

- увеличить ресурс работы свечи за счет очистки от копоти и предотвращения разрушения центрального электрода и за счет применения пластины из тугоплавкого материала,

- использовать для центрального электрода более дешевые сплавы за счет применения пластины из тугоплавкого материала на ее торце,

- значительно увеличить ресурс свеч и исключить обгорание электродов за счет применения систем их охлаждения,

- облегчить процесс изготовления свеч зажигания за свет увеличения допусков на изготовление наиболее ответственных деталей,

- снизить стоимость свеч зажигания по причинам, указанным ранее.

1. Система зажигания топливовоздушной смеси, содержащая свечу зажигания с центральным электродом, изолятором и боковым электродом, имеющим рабочую часть, источник энергии, высоковольтный преобразователь, распределитель зажигания и высоковольтный провод, отличающаяся тем, что в изоляторе установлен дополнительный электрод, рабочая часть бокового электрода выполнена Ω-образной формы, при этом центральный электрод соединен проводом с источником энергии, один из концов рабочей части бокового электрода заземлен, а второй конец рабочей части бокового электрода через выключатель и реле времени соединен с источником энергии.

2. Свеча зажигания, включающая осевой центральный электрод для разряда искры зажигания, изолятор и боковой заземленный электрод с рабочим участком и с центральным отверстием, отличающаяся тем, что внутри изолятора выполнен дополнительный электрод, соединенный с центральным в его нижней части.

3. Свеча зажигания по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена охлаждаемой.

4. Свеча зажигания по п.3, отличающаяся тем, что применена система воздушного охлаждения, содержащая втулку из электропроводного материала и оребрение.

5. Свеча зажигания по п.3, отличающаяся тем, что применена система жидкостного охлаждения, которая содержит выполненные в корпусе свечи подводящий коллектор, канал прямого хода, средний коллектора, канал обратного хода и отводящий коллектор, а внутри каналов прямого и обратного хода выполнены ребра.

6. Способ воспламенения топливовоздушной смеси, включающий подачу высокого напряжения на центральный электрод и ее подогрев, отличающийся тем, что подогревают рабочую часть бокового электрода одновременно с подачей напряжения на центральный электрод и потом при помощи реле времени отключают подогрев.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к форкамерной свече зажигания. Техническим результатом является увеличение срока службы форкамерной свечи зажигания.

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.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к искровым свечам зажигания, применяемым для воспламенения горючей смеси в камере двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к свечам зажигания двигателей внутреннего сгорания, в частности к электроду массы для свечи зажигания. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области автомобилестроению, в частности к способам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания. .
Наверх