Устройство за запалителна свещ (Largus 1)

Въпреки разнообразието от дизайни, всяка свещ (Фигура 9) включва керамичен изолатор, метален корпус, електроди и контактна глава за свързване към високоволтов проводник.

Централният електрод е монтиран в изолационен канал с променлив диаметър. Главата на електрода опира върху коничната повърхност на изолационния канал при прехода от по-голям към по-малък диаметър. Работната част на централния електрод стърчи от изолатора с 1,0 до 5,0 мм. Електродът е фиксиран в канала на изолатора и тази връзка е запечатана с помощта на уплътнител за стъкло. Това е смес от специално техническо стъкло и метален прах. Стъклото трябва да има коефициент на термично разширение, равен на този на керамиката. В този случай, уплътнителната запушалка няма да бъде унищожена от температурни промени по време на работа. Мохалски прах (мед или олово) добавен към стъклото, за да го направи електропроводимо.





Сглобяване на ядрото (изолаторен възел с централен електрод и контактен прът) се извършват в следния ред. Електродът се монтира в канала на изолатора и отгоре се излива прахообразен стъклен уплътнител или се поставя под формата на таблетка. След това контактната глава се монтира в канала на изолатора. Преди пресоване, стъкленият уплътнител заема повече място, отколкото след тази операция, и контактният прът не може да влезе напълно в канала на изолатора. Той стърчи приблизително с една трета от дължината си над изолатора. Заготовката се нагрява до температура 700-900°C и със сила от няколко десетки килограма контактният прът се вкарва в омекналия от температурата стъклен уплътнител. В този случай той се влива в пролуките между изолационния канал, главата на централния електрод и контактната глава. След охлаждане, стъкленият уплътнител се втвърдява и здраво фиксира двете части в канала на изолатора. Между краищата на електрода и контактната глава се образува уплътнителна запушалка с височина от 1,5 до 7,0 мм, която напълно блокира канала на изолатора от пробив на газ

Ако е необходимо да се вгради електрическо съпротивление в централната електродна верига, за да се потиснат електромагнитните смущения, се използва резистивен стъклен уплътнител. След охлаждане, уплътнителната запушалка придобива електрическото съпротивление с необходимата стойност.

Сърцевината е монтирана в тялото на свещта, така че коничната ѝ повърхност да докосва съответната повърхност вътре в тялото. Между тези повърхности е монтирана уплътнителна "топлоразсейваща" шайба (мед или стомана).



Сърцевината се закрепва чрез навиване на фланеца на корпуса върху изолационния колан. Уплътняването на връзката между изолатора и корпуса се извършва чрез утаяване на корпуса в нагрято състояние (термични валежи).

Страничният електрод на "масата" с правоъгълно напречно сечение е заварен към края на корпуса и е огънат към централния. В основата на корпуса е монтиран уплътнителен пръстен с ограничител към плоска опорна повърхност, предназначен за уплътняване на връзката между свещта и двигателя.

Върху резбованата част на контактния прът е монтирана контактна гайка, ако това се изисква от конструкцията на върха на високоволтовия проводник. При някои запалителни свещи контактният прът няма резбована глава, а е директно щампован във формата на контактна гайка.

Изолатор

За да се осигури непрекъснато образуване на искри, изолаторът трябва да има необходимата електрическа якост дори при високи работни температури. Напрежението, приложено към изолатора по време на работа на двигателя, е равно на пробивното напрежение на искровата междина. Това напрежение се увеличава с увеличаване на налягането и размера на пролуката и намалява с повишаване на температурата. При двигатели с класическа система за запалване се използват свещи с искрова междина 0,5-0,7 мм. Максималната стойност на пробното напрежение при тези условия не надвишава 12-15 kV (стойност на амплитудата). При двигатели с електронни системи за запалване, инсталационната искрова междина е 0,8-1,0 мм. По време на работа тя може да се увеличи до 1,3-1,5 мм (и двете системи). В този случай, напрежението на пробив може да достигне 20-25 kV.



Дизайнът на изолатора е сравнително прост - той представлява цилиндър с аксиален отвор за монтиране на централния електрод.

Оригиналът е достъпен на този ресурс LADAMAN

в средната част на изолатор има удебеляване, така наречените -пояс - за връзка с делото. Под колана има по-тънка цилиндрична част - шийката - която преминава в термичен конус. В точката на преход от устието към термичния конус има конична повърхност, предназначена за монтаж между изолатора и тялото на уплътнителна топлоразсейваща шайба. Над ремъка има "глава", а в точката на преход от ремъка към главата има рамо за кримпване на фланеца на тялото при сглобяване на свещта.

Допустимата дебелина на стената, като се вземе предвид коефициентът на безопасност, се определя от електрическата якост на изолационния материал. Според вътрешните стандарти, изолаторът трябва да издържи на изпитвателно напрежение от 18 до 22 kV (ефективна стойност), което е 1,4 пъти по-голямо от амплитудата. Дължината на изолаторната глава се определя от напрежението на повърхностното припокриване и се изпълнява в диапазона от 15 до 35 мм. За повечето автомобилни свещи тази стойност е около 25 мм. По-нататъшното увеличаване е неефективно и води до намаляване на механичната якост на изолатора. За да се елиминира възможността за електрически пробив по повърхността на изолатора, главата му е снабдена с пръстеновидни канали (настоящи бариери) и покрити със специална глазура, за да се предпазят от евентуално замърсяване.

Термичният конус изпълнява функцията на защита срещу припокриване на повърхности от страната на горивната камера. Тази най-важна част от изолатора, въпреки относително малките си размери, може да издържи гореспоменатото напрежение, без да се припокрива повърхността.



Първоначално обикновеният порцелан е бил използван като изолационен материал. но такъв изолатор имаше лоша устойчивост на термични ефекти и ниска механична якост.

С увеличаването на мощността на двигателя се изискваха по-надеждни изолатори. отколкото порцелановите. Слюдените изолатори са били използвани дълго време. Въпреки това, при използване на горива с оловни добавки, слюдата е била унищожена. Изолаторите отново започнаха да се изработват от керамика, но не от порцелан, а от особено здрава техническа керамика.

Най-разпространената и икономически осъществима технология за производство на изолатори е изостатичното пресоване, когато от предварително подготвени компоненти се произвеждат гранули с необходимия състав и физични свойства. Заготовките за изолатори се пресоват от гранули под високо налягане, смилат се до необходимите размери, като се взема предвид свиването по време на изпичане, и след това се изпичат еднократно.

Съвременните изолатори са изработени от високоалуминиева структурна керамика на базата на алуминиев оксид. Тази керамика, съдържаща около 95% алуминиев оксид, може да издържи на температури до 1600°C и има висока електрическа и механична якост.

Най-важното предимство на алуминиево-оксидната керамика е, че тя има висока топлопроводимост. Това значително подобрява топлинните характеристики на свещта, тъй като основният топлинен поток преминава през изолатора, влизайки в свещта през термичния конус и централния електрод (фигура 10).

Рамка

Металният корпус е предназначен за монтиране на свещта в двигателя и осигурява плътна връзка с изолатора. Страничен електрод е заварен към края му, а при конструкции с пръстеновидна искрова междина тялото функционира директно като "заземяващ" електрод.



Корпусът е изработен чрез щамповане или струговане от нисковъглеродни конструкционни стомани.

вътре в тялото има пръстеновидна издатина с конична повърхност. върху който лежи изолаторът. Върху цилиндричната част на тялото има пръстеновиден жлеб, т. нар. жлеб за термоутаяване. По време на процеса на сглобяване на запалителната свещ, горният фланец на корпуса се навива върху изолационния колан. След това се нагрява и пресова, при което жлебът за термоутаяване претърпява пластична деформация и корпусът плътно покрива изолатора. В резултат на термично утаяване, тялото е в напрегнато състояние, което осигурява херметичността на свещта за целия ѝ експлоатационен живот.

Електроди

Както е посочено по-горе, за да се подобри ефективността на запалването, електродите на свещта трябва да са възможно най-тънки и дълги, а искровата междина трябва да има максимално допустимата стойност. От друга страна, за да се осигури издръжливост, електродите трябва да са достатъчно масивни.

Следователно, в зависимост от изискванията за мощност, горивна ефективност и токсичност на двигателите, от една страна, и изискванията за дълготрайност на свещта, от друга страна, за всеки тип двигател е разработен специфичен дизайн на електродите.

Появата на биметални електроди позволи да се реши този проблем до известна степен, тъй като такъв електрод има достатъчна топлопроводимост. За разлика от обичайния "монометалически", той има по-ниска температура при работа на двигателя и съответно по-дълъг експлоатационен живот. В случаите, когато е необходимо да се увеличи ресурсът, се използват два "заземени" електрода (фигура 11). За тази цел, свещите от чуждестранно производство използват три или дори четири електрода. Местната индустрия произвежда свещи с този брой електроди само за авиационни и промишлени газови двигатели. Трябва да се отбележи, че с увеличаване на броя на електродите, съпротивлението срещу образуване на въглеродни отлагания намалява и почистването от въглеродни отлагания става по-трудно.

Към материала на електрода се налагат следните изисквания: висока устойчивост на корозия и ерозия; устойчивост на топлина и котлен камък; висока топлопроводимост; достатъчна пластичност за щамповане. Цената на материала не трябва да е висока. Топлоустойчивите сплави са най-широко използвани в битовата промишленост за производството на централни електроди на свещи: желязо-хром-титан, никел-хром-желязо и никел-хром с различни легиращи добавки



Заземяващият електрод трябва да има висока топлоустойчивост и устойчивост на корозия. Трябва да има добра заваряемост с обикновената конструкционна стомана, от която е изработено тялото, затова се използва никел-манганова сплав (например. NMC-5). Страничният електрод трябва да има добра пластичност, за да се осигури възможност за регулиране на искровата междина.

За да се намали демпфиращият ефект на електродите при модифициране на свещите, върху електродите се правят канали, а в "заземяващия" електрод се правят проходни отвори. Понякога страничният електрод се разделя на две части, превръщайки едноелектродната свещ в двуелектродна.

Вграден резистор

Искровият разряд е източник на електромагнитни смущения, включително радиоприемане. За потискането им между централния електрод и контактната глава е монтиран резистор, който има електрическо съпротивление от 4 до 13 kOhm при температура 25±10°C. По време на работа се допуска промяна на стойността на това съпротивление в диапазона 2-50 kOhm след излагане на температури от -40 до +300°C и импулси на високо напрежение.

Допълнителен изолатор

Дори малки загуби на енергия на запалване водят до отслабване на искрата с всички неприятни последици: по-лошо стартиране, нестабилен празен ход, загуба на мощност на двигателя, прекомерен разход на гориво, повишена токсичност на отработените газове и др. Ако повърхността на изолатора е покрита с въглеродни отлагания, мръсотия или просто влага, се получава изтичане на ток "към земя". То се открива на тъмно като коронен разряд по повърхността на изолатора. Теч по замърсена повърхност на термичен конус на изолатор в горивната камера на двигателя може да доведе до прекъсване на генерирането на искра. Най-радикалният начин за увеличаване на електрическата якост на изолацията е инсталирането на допълнителен изолатор под формата на керамична втулка между тялото и контактната глава на свещта. По този начин свещта придобива двойна защита срещу течове на ток "към земя".

Свещи за предкамера

Известни са различни варианти на конструкция на запалителните свещи, при които работната камера е проектирана като предкамера. Те се използват за подобряване на горенето на работната смес. Предкамерните свещи са подобни на свещите за спортни високопроизводителни двигатели, където електродите са монтирани дълбоко в работната камера на корпуса, за да се предпазят от прегряване. Разликата е, че. каква дупка. свързващият елемент, свързващ работната камера (предкамера) с цилиндъра на двигателя, е изработен със специална форма. По време на компресията, прясна смес навлиза в предкамерата, в областта на вихровия поток възниква искров разряд и образуването на първичния източник на запалване става по-интензивно. Това осигурява бързо разпространение на пламъка в предгорната камера. Налягането бързо се увеличава и изхвърля пламък, който прониква в горивната камера на двигателя и усилва запалването дори на много бедна работна смес.

Когато горящите газове преминават от предкамерата в цилиндъра на двигателя, поради турбулентността на горимата смес, процесът на горене се ускорява и става по-ефективен. Това от своя страна може да доведе до подобрена икономия на гориво и токсичност на отработените газове.

Недостатъците на предкамерните свещи са, че демпфиращият ефект на електродите е голям, а устойчивостта им на въглеродни отлагания е ниска. Вентилацията на предгорната камера е трудна и горимата смес в нея съдържа повишено количество остатъчни газове. Когато горивните газове преминават от камерата за предварително горене в цилиндъра, възникват допълнителни топлинни загуби. Един от вариантите на предкамерната свещ е показан на фигурата 12.