Zariadenie zapaľovacej sviečky (Largus 1)

Napriek rozmanitosti prevedení obsahuje každá zapaľovacia sviečka (obrázok 9) keramický izolátor, kovové puzdro, elektródy a kontaktnú hlavu na pripojenie k vysokonapäťovému vodiču.

Centrálna elektróda je inštalovaná v izolačnom kanáli s premenlivým priemerom. Hlava elektródy spočíva na kužeľovom povrchu izolačného kanála pri prechode z väčšieho priemeru na menší. Pracovná časť centrálnej elektródy vyčnieva z izolátora o 1,0 až 5,0 mm. Elektróda je upevnená v izolačnom kanáli a toto spojenie je utesnené tmelom na sklo. Je to zmes špeciálneho technického skla a kovového prášku. Sklo musí mať koeficient tepelnej rozťažnosti rovnaký ako keramika. V tomto prípade sa tesniaca zátka počas prevádzky nezničí v dôsledku zmien teploty. Mohalla prášok (meď alebo olovo) pridáva sa do skla, aby sa stalo elektricky vodivým.





Montáž jadra (zostava izolátora s centrálnou elektródou a kontaktnou tyčou) sa vykonávajú v nasledujúcom poradí. Elektróda sa inštaluje do izolačného kanála a na vrch sa naleje práškový sklenený tmel alebo sa umiestni do formy tablety. Potom sa kontaktná hlava nainštaluje do kanála izolátora. Pred zalisovaním zaberá sklenený tmel viac miesta ako po tejto operácii a kontaktná tyč nemôže úplne vstúpiť do kanála izolátora. Vyčnieva približne o tretinu svojej dĺžky nad izolátor. Obrobok sa zahreje na teplotu 700 – 900°C a silou niekoľkých desiatok kilogramov sa kontaktná tyč zasunie do skleneného tmelu zmäknutého teplotou. V tomto prípade prúdi do medzier medzi izolačným kanálom, hlavou centrálnej elektródy a kontaktnou hlavou. Po ochladení sklenený tmel stvrdne a bezpečne upevní obe časti v kanáli izolátora. Medzi koncami elektródy a kontaktnou hlavou sa vytvorí tesniaca zátka s výškou 1,5 až 7,0 mm, ktorá úplne blokuje kanál izolátora pred prienikom plynu

Ak je potrebné do obvodu centrálnej elektródy zabudovať elektrický odpor na potlačenie elektromagnetického rušenia, používa sa odporový sklenený tmel. Po ochladení získa tesniaca zátka elektrický odpor požadovanej hodnoty.

Jadro je nainštalované v tele zapaľovacej sviečky tak, aby sa jeho kužeľovitý povrch dotýkal zodpovedajúceho povrchu vo vnútri tela. Medzi týmito povrchmi je nainštalovaná tesniaca podložka "odvádzajúca teplo" (meď alebo oceľ).

Jadro sa upevní navinutím príruby puzdra na izolačný pás. Utesnenie spojenia izolátor-kryt sa vykonáva metódou usadzovania krytu v zahriatom stave (tepelné zrážky).



Bočná elektróda "hmoty" obdĺžnikového prierezu je privarená ku koncu puzdra a ohnutá smerom k stredovej. Na spodnej časti puzdra je nainštalovaný tesniaci krúžok s dorazom o rovnú nosnú plochu, určený na utesnenie spojenia medzi zapaľovacou sviečkou a motorom.

Na závitovú časť kontaktnej tyče je namontovaná kontaktná matica, ak to vyžaduje konštrukcia hrotu vysokonapäťového drôtu. V niektorých zapaľovacích sviečkach nemá kontaktná tyč závitovú hlavu, je priamo vyrazená v tvare kontaktnej matice.

Izolátor

Aby sa zabezpečila nepretržitá tvorba iskry, musí mať izolátor požadovanú elektrickú pevnosť aj pri vysokých prevádzkových teplotách. Napätie privádzané na izolátor počas prevádzky motora sa rovná prieraznému napätiu iskriska. Toto napätie sa zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom a veľkosťou medzery a znižuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. V motoroch s klasickým zapaľovacím systémom sa používajú zapaľovacie sviečky s iskrovou medzerou 0,5-0,7 mm. Maximálna hodnota prierazného napätia za týchto podmienok nepresahuje 12-15 kV (hodnota amplitúdy). U motorov s elektronickými zapaľovacími systémami je inštalačná iskrová medzera 0,8 – 1,0 mm. Počas prevádzky sa môže zväčšiť na 1,3 – 1,5 mm (oba systémy). V tomto prípade môže prierazné napätie dosiahnuť 20-25 kV.

Konštrukcia izolátora je pomerne jednoduchá - ide o valec s axiálnym otvorom na inštaláciu centrálnej elektródy.

v strednej časti izolátora je zahusťovanie, tzv. "pás", na spojenie s telom. Pod pásom sa nachádza tenšia valcovitá časť - hrdlo - ktoré sa mení na tepelný kužeľ. V prechodovom bode z ústia do tepelného kužeľa sa nachádza kužeľovitá plocha určená na inštaláciu medzi izolátor a teleso tesniacej podložky odvádzajúcej teplo. Nad remeňom sa nachádza "hlava" a v bode prechodu z remeňa na hlavu je rameno na krimpovanie príruby tela pri montáži zapaľovacej sviečky.



Prípustná hrúbka steny, berúc do úvahy bezpečnostný faktor, je určená elektrickou pevnosťou izolačného materiálu. Podľa domácich noriem musí izolátor odolať skúšobnému napätiu 18 až 22 kV (efektívna hodnota), čo je 1,4-krát väčšie ako amplitúda Dĺžka izolačnej hlavy je určená napätím povrchového prekrytia a pohybuje sa v rozmedzí 15 až 35 mm. Pre väčšinu zapaľovacích sviečok automobilov je táto hodnota približne 25 mm. Ďalšie zvýšenie je neúčinné a vedie k zníženiu mechanickej pevnosti izolátora. Aby sa vylúčila možnosť elektrického prierazu pozdĺž povrchu izolátora, jeho hlava je vybavená prstencovými drážkami (súčasné bariéry) a pokryté špeciálnou glazúrou na ochranu pred možnou kontamináciou.

Tepelný kužeľ plní funkciu ochrany pred prekrytím povrchov na strane spaľovacej komory. Táto najdôležitejšia časť izolátora napriek svojim relatívne malým rozmerom dokáže odolať vyššie uvedenému napätiu bez prekrytia povrchu.

Spočiatku sa ako izolačný materiál používal obyčajný porcelán. ale takýto izolant mal slabú odolnosť voči tepelným účinkom a nízku mechanickú pevnosť.

S rastúcim výkonom motora boli potrebné spoľahlivejšie izolátory. než tie porcelánové. Sľudové izolátory sa používali dlho. Pri použití palív s prísadami olova sa však sľuda zničila. Izolátory sa opäť začali vyrábať z keramiky, ale nie z porcelánu, ale z obzvlášť pevnej technickej keramiky.

Najbežnejšou a ekonomicky najvýhodnejšou technológiou na výrobu izolantov je izostatické lisovanie, keď sa z vopred pripravených komponentov vyrábajú granule požadovaného zloženia a fyzikálnych vlastností. Polotovary izolátorov sa lisujú z granúl pod vysokým tlakom, brúsia sa na požadované rozmery s prihliadnutím na zmršťovanie počas vypaľovania a potom sa raz vypália.



Moderné izolátory sú vyrobené z vysokohlinitej konštrukčnej keramiky na báze oxidu hlinitého. Táto keramika, ktorá obsahuje približne 95 % oxidu hlinitého, odoláva teplotám až do 1600°C a má vysokú elektrickú a mechanickú pevnosť.

Najdôležitejšou výhodou keramiky z oxidu hlinitého je jej vysoká tepelná vodivosť. To výrazne zlepšuje tepelné vlastnosti zapaľovacej sviečky, pretože hlavný tepelný tok prechádza cez izolátor a vstupuje do zapaľovacej sviečky cez tepelný kužeľ a centrálnu elektródu (obrázok 10).

Rám

Kovové puzdro je určené na inštaláciu zapaľovacej sviečky do motora a zaisťuje tesné spojenie s izolátorom. Na jeho konci je privarená bočná elektróda a v prevedeniach s prstencovou iskrovou medzerou teleso priamo funguje ako "uzemňovacia" elektróda.

Telo je vyrobené lisovaním alebo sústružením z nízkouhlíkových konštrukčných ocelí.

vo vnútri tela sa nachádza prstencový výčnelok s kužeľovitým povrchom. na ktorom spočíva izolátor. Na valcovej časti telesa sa nachádza prstencová drážka, tzv. drážka na tepelné usadzovanie. Počas montáže zapaľovacej sviečky sa horná príruba puzdra navinie na izolačný pás. Potom sa zahreje a stlačí, čím sa drážka pre tepelné usadzovanie plasticky deformuje a puzdro tesne uzatvára izolátor. V dôsledku tepelného zrážania je teleso v namáhanom stave, čo zaisťuje tesnosť zapaľovacej sviečky po celú jej životnosť.

Elektródy

Ako je uvedené vyššie, na zlepšenie účinnosti zapaľovania by mali byť elektródy zapaľovacej sviečky čo najtenšie a najdlhšie a iskrová medzera by mala mať maximálnu povolenú hodnotu. Na druhej strane, aby sa zabezpečila trvanlivosť, musia byť elektródy dostatočne masívne.

Preto v závislosti od požiadaviek na výkon, palivovú účinnosť a toxicitu motorov na jednej strane a požiadaviek na životnosť zapaľovacej sviečky na strane druhej bol pre každý typ motora vyvinutý špecifický dizajn elektród.

Vznik bimetalických elektród umožnil tento problém do určitej miery vyriešiť, pretože takáto elektróda má dostatočnú tepelnú vodivosť. Na rozdiel od bežného "monometalického" má pri prevádzke na motore nižšiu teplotu a teda aj dlhšiu životnosť. V prípadoch, keď je potrebné zvýšiť zdroj, sa používajú dve "uzemňovacie" elektródy (obrázok 11). Na tento účel používajú zapaľovacie sviečky zahraničnej výroby tri alebo dokonca štyri elektródy. Domáci priemysel vyrába zapaľovacie sviečky s týmto počtom elektród iba pre letecké a priemyselné plynové motory. Treba poznamenať, že so zvyšujúcim sa počtom elektród sa znižuje odolnosť voči tvorbe uhlíkových usadenín a čistenie od uhlíkových usadenín sa stáva ťažším.

Na materiál elektródy sa kladú nasledujúce požiadavky: vysoká odolnosť proti korózii a erózii: tepelná odolnosť a odolnosť voči vodnému kameňu: vysoká tepelná vodivosť; dostatočná plasticita na razenie. Cena materiálu by nemala byť vysoká. V domácom priemysle sa na výrobu centrálnych elektród zapaľovacích sviečok najčastejšie používajú žiaruvzdorné zliatiny: železo-chróm-titán, nikel-chróm-železo a nikel-chróm s rôznymi legujúcimi prísadami



Uzemňovacia elektróda musí mať vysokú tepelnú odolnosť a odolnosť proti korózii. Musí mať dobrú zvariteľnosť s bežnou konštrukčnou oceľou, z ktorej je teleso vyrobené, preto sa používa nikel-mangánová zliatina (napríklad NMC-5). Bočná elektróda musí mať dobrú plasticitu, aby sa zabezpečila možnosť nastavenia iskrovej medzery.

Aby sa znížil tlmiaci účinok elektród pri úprave zapaľovacích sviečok, na elektródach sa vytvoria drážky a v "uzemňovacej" elektróde sa vytvoria priechodné otvory. Niekedy je bočná elektróda rozdelená na dve časti, čím sa z jednoelektródovej zapaľovacej sviečky stane dvojelektródová.

Vstavaný rezistor

Iskrivý výboj je zdrojom elektromagnetického rušenia vrátane rádiového príjmu. Na ich potlačenie je medzi centrálnou elektródou a kontaktnou hlavou inštalovaný rezistor, ktorý má pri teplote 25±10°C elektrický odpor 4 až 13 kOhm. Počas prevádzky je povolená zmena hodnoty tohto odporu v rozsahu 2-50 kOhm po vystavení teplotám od -40 do +300°C a vysokonapäťovým impulzom.

Dodatočný izolátor

Aj malé straty zapaľovacej energie vedú k oslabeniu iskry so všetkými nepríjemnými následkami: horší štart, nestabilný voľnobeh, strata výkonu motora, nadmerná spotreba paliva, zvýšená toxicita výfukových plynov atď. Ak je povrch izolátora pokrytý uhlíkovými usadeninami, nečistotami alebo jednoducho vlhkosťou, dochádza k úniku prúdu "do zeme". V tme sa deteguje ako korónový výboj na povrchu izolátora. Únik pozdĺž kontaminovaného povrchu tepelného kužeľa izolátora v spaľovacej komore motora môže viesť k zlyhaniu generovania iskry. Najradikálnejším spôsobom, ako zvýšiť elektrickú pevnosť izolácie, je inštalácia dodatočného izolátora vo forme keramického puzdra medzi telo a kontaktnú hlavu zapaľovacej sviečky. Zapaľovacia sviečka tak získava dvojitú ochranu proti úniku prúdu "do zeme".

Zapaľovacie sviečky pred komorou

Existujú rôzne známe varianty konštrukcie zapaľovacích sviečok, v ktorých je pracovná komora navrhnutá ako predkomora. Používajú sa na zlepšenie spaľovania pracovnej zmesi. Predkomorové zapaľovacie sviečky sú podobné zapaľovacím sviečkam pre športové vysokovýkonné motory, kde sú elektródy umiestnené hlboko vo vnútri pracovnej komory krytu, aby sa zabránilo prehriatiu. Rozdiel je v tom. aká diera. spojovací prvok spájajúci pracovnú komoru (predkomoru) s valcom motora je vyrobený zo špeciálneho tvaru. Počas kompresie vstupuje čerstvá zmes do predkomory, v oblasti vírového prúdenia dochádza k iskrovému výboju a tvorba primárneho zdroja zapálenia sa stáva intenzívnejšou. To zabezpečuje rýchle šírenie plameňa v predspaľovacej komore. Tlak sa rýchlo zvyšuje a vyvrhne plameň, ktorý prenikne do spaľovacej komory motora a zintenzívni zapálenie aj veľmi chudobnej pracovnej zmesi.

Keď spaľovacie plyny prúdia z predkomory do valca motora, v dôsledku turbulencie horľavej zmesi sa proces spaľovania zrýchľuje a stáva sa účinnejším. To môže následne viesť k zlepšeniu spotreby paliva a toxicity výfukových plynov.

Nevýhodou predkomorových zapaľovacích sviečok je, že tlmiaci účinok elektród je veľký a ich odolnosť voči usadeninám uhlíka je nízka. Vetranie predspaľovacej komory je ťažké a horľavá zmes v nej obsahuje zvýšené množstvo zvyškových plynov. Keď horiace plyny prúdia z predspaľovacej komory do valca, dochádza k dodatočným tepelným stratám. Jeden z variantov predkomorovej zapaľovacej sviečky je znázornený na obrázku 12.