PL216056B1

PL216056B1 - Spark plug for spark ingnition combustion engines

Info

Publication number: PL216056B1
Application number: PL384839A
Authority: PL
Inventors: Radoslaw Pelka
Original assignee: Radoslaw Pelka
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2014-02-28
Also published as: WO2009123482A1

Abstract

A sparking plug according to the invention is presented in two versions. Thus in the version one, a sparking plug is constructed of a solid housing (1), which is an electric and thermal conductor. In its interior recess, a gas-proof, ceramic insulator (2) is located with central electrode (3), whose protruding end (4) is located inside a cylinder (5) integrated with housing (1). Around it, in the bottom part, there are holes (6) in a radial pattern that enable easy gas flow into the cylinder (5) and outside the cylinder (5) from the inside. Height of the cylinder (5) is adjusted for the piston not to hit the cylinder (5) bottom (7) while the engine is working. Gasses getting out of the cylinder (5) interior via the radial pattern holes (6) should comprise as much area of the combustion chamber as possible.

Description

Przedmiot wynalazku. Przedmiotem wynalazku jest świeca zapłonowa silników spalinowych z zapłonem iskrowym, mająca szerokie zastosowanie w silnikach spalinowych służących do napędu wszelkiego rodzaju pojazdów, oraz urządzeń mechanicznych.Object of the invention. The subject of the invention is a spark plug for spark ignition internal combustion engines, which is widely used in internal combustion engines used to drive all kinds of vehicles and mechanical devices.

Stan techniki. Znane są świece zapłonowe stosowane w silnikach spalinowych z zapłonem iskrowym. Rozróżniane są świece jedno-elektrodowe, trój-elektrodowe lub cztero-elektrodowe, a celem zwiększenia ich żywotności oraz właściwości zapłonowych mogą być one platynowane. Świece zapłonowe obecnie stosowane w motoryzacji, nie spełniają podstawowego zadania, jakim jest podniesienie efektywności spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Za przykład niech posłuży porównanie silnika z zapłonem iskrowym w odniesieniu do silnika z zapłonem samoczynnym z piezoelektrycznym wtryskiem paliwa. I tak jeżeli założymy, że są to silniki czterosuwowe ₃ i cechują się taką samą pojemnością skokową 2000 cm³ oraz montowane są w takich samych pojazdach o identycznych współczynnikach oporu powietrza, to okaże się że podczas eksploatacji pojazdów przy stałej prędkości 110 km/h, auto z silnikiem z zapłonem samoczynnym skonsumuje 4 I paliwa, natomiast auto z silnikiem z zapłonem iskrowym skonsumuje 6,5 I paliwa. Różnica w sprawności energetycznej obydwu silników wynika z dwóch przyczyn: pierwsza to wyższa sprawność silnika z zapłonem samoczynnym będąca wynikiem wyższego stopnia sprężania, druga będąca główną przyczyną tych rozbieżności, to efektywność spalania względem funkcji kąta obrotu wału korbowego.State of the art. Spark plugs are known for use in spark-ignition internal combustion engines. Single-electrode, three-electrode or four-electrode plugs are distinguished, and in order to increase their service life and ignition properties, they can be platinized. Spark plugs currently used in the automotive industry do not fulfill the basic task of increasing the combustion efficiency of the air-fuel mixture as a function of the crankshaft rotation angle. An example is the comparison of a spark ignition engine with a compression ignition engine with piezoelectric fuel injection. And so, if we assume that these are 4-stroke engines ₃ and have the same displacement of 2000 cm ³ and are installed in the same vehicles with identical drag coefficients, it turns out that during the operation of vehicles at a constant speed of 110 km / h, the car with a compression ignition engine will consume 4 l of fuel, while a car with a positive ignition engine will consume 6.5 l of fuel. The difference in the energy efficiency of both engines is due to two reasons: the first is the higher efficiency of the compression ignition engine resulting from the higher compression ratio, the second being the main reason for these discrepancies, is the combustion efficiency in relation to the crank angle function.

Istota wynalazku. Świeca zapłonowa silników spalinowych z zapłonem iskrowym według wynalazku, jest rozwiązaniem pozwalającym w znaczącym stopniu przyśpieszyć efektywność spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. W zależności od usytuowania otworu montażowego świecy zapłonowej względem cylindra silnika, świeca zapłonowa według wynalazku występuje w dwóch zasadniczych wariantach. Wariant pierwszy gdy otwór montażowy świecy zapłonowej usytuowany jest centralnie względem cylindra, takie rozwiązanie ma szerokie zastosowanie w silnikach w których zastosowane są trzy, cztery lub pięć zaworów na cylinder, oraz stosowane są dwa wałki rozrządu DOHC. Oraz wariant drugi gdy otwór montażowy świecy zapłonowej usytuowany jest z boku cylindra, takie rozwiązanie stosowane jest w silnikach dwu-zaworowych z jednym wałkiem rozrządu umieszczonym centralnie wzdłuż osi cylindrów silnika SOHC.The essence of the invention. The spark plug of spark-ignition internal combustion engines according to the invention is a solution that allows to significantly accelerate the combustion efficiency of the fuel-air mixture. Depending on the position of the spark plug mounting hole in relation to the engine cylinder, the spark plug according to the invention is available in two main variants. The first variant, when the spark plug mounting hole is centrally located in relation to the cylinder, this solution is widely used in engines where three, four or five valves per cylinder are used, and two DOHC camshafts are used. And the second variant, when the spark plug mounting hole is located on the side of the cylinder, such a solution is used in two-valve engines with one camshaft located centrally along the axis of the SOHC engine cylinders.

W wariancie pierwszym świeca zapłonowa według wynalazku zawiera litą, elektrycznie i cieplnie przewodzącą obudowę, a w jej wewnętrznej wnęce umieszczony jest gazoszczelny, ceramiczny izolator ze środkową elektrodą, której wystający koniec znajduje się we wnętrzu jednolitego z obudową cylinderka, naokoło którego w dolnej części wydzielone są promieniście otwory, zapewniające swobodny przepływ gazów do wnętrza cylinderka i z wnętrza na zewnątrz cylinderka. Wysokość cylinderka dobrana jest tak, aby podczas pracy silnika tłok nie uderzał o denko cylinderka, i aby gazy wypływające z wnętrza cylinderka przez promieniście rozchodzące się otwory, obejmowały jak największą powierzchnię komory spalania.In the first variant, the spark plug according to the invention has a solid, electrically and thermally conductive housing, and in its internal cavity there is a gas-tight, ceramic insulator with a central electrode, the protruding end of which is inside a cylinder that is uniform with the housing, around which in its lower part are radially separated openings allowing the free flow of gases into the cylinder and from the interior to the exterior of the cylinder. The height of the cylinder is selected so that the piston does not hit the cylinder bottom during engine operation and that the gases flowing from the cylinder interior through the radial openings cover the largest possible area of the combustion chamber.

W wariancie drugim świeca zapłonowa według wynalazku zawiera litą, elektrycznie i cieplnie przewodzącą obudowę, a w jej wewnętrznej wnęce umieszczony jest gazoszczelny, ceramiczny izolator ze środkową elektrodą, której wystający koniec znajduje się we wnętrzu jednolitego z obudową cylinderka, którego denko usytuowane jest ukośnie w zależności od kąta nachylenia świecy względem cylindra silnika. W dolnej części cylinderka, po stronie komory spalania i po jednej stronie względem osi świecy, wydzielone są promieniście otwory, zapewniające swobodny przepływ gazów do wnętrza cylinderka i z wnętrza na zewnątrz cylinderka. Wysokość cylinderka dobrana jest tak, aby podczas pracy silnika tłok nie uderzał o spodnią część cylinderka, i aby gazy wypływające z wnętrza cylinderka przez promieniście rozchodzące się otwory, obejmowały jak największą powierzchnię komory spalania.In the second variant, the spark plug according to the invention has a solid, electrically and thermally conductive housing, and in its internal cavity there is a gas-tight, ceramic insulator with a central electrode, the protruding end of which is inside a cylinder that is uniform with the housing, the bottom of which is located obliquely depending on the angle of the spark plug in relation to the engine cylinder. In the lower part of the cylinder, on the side of the combustion chamber and on one side in relation to the axis of the candle, there are radial openings, which ensure free flow of gases into the cylinder and from the inside to the outside of the cylinder. The height of the cylinder is selected so that the piston does not hit the bottom of the cylinder during engine operation, and that the gases flowing from the cylinder interior through the radial openings cover the largest possible area of the combustion chamber.

W pierwszym wariancie świecy zapłonowej według wynalazku, wkręcenie świecy w otwór wydzielony w głowicy silnika nie wymaga dodatkowych zabiegów, natomiast w drugim wariancie ze względu na ukośne ukształtowanie denka cylinderka świecy i wydzieleniu promieniście rozchodzących się otworków po jednej stronie względem osi świecy, montaż świecy w otworze wydzielonym w głowicy silnika, wymaga zastosowania znaczników na świecy i podkładki montażowej, gdyż podczas wkręcania świecy prawidłowe jej osadzenie występuje co 360° obrotu świecy.In the first variant of the spark plug according to the invention, screwing the spark plug into the hole in the engine head does not require any additional measures, while in the second variant, due to the oblique shape of the bottom of the candle cylinder and the separation of radially radiating holes on one side in relation to the spark plug axis, mounting the candle in the hole separated in the engine head, requires the use of spark plug markers and a mounting washer, because when screwing the candle in, its proper seating occurs every 360 ° of the candle's rotation.

Zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej przebiega w następujący sposób: W trakcie suwu sprężania część świeżego ładunku, poprzez promieniście rozchodzące się otwory w cylinderku świecy zapłonowej, przedostaje się do wnętrza cylinderka. Następnie przy GMP tłoka a z uwzględnieniemIgnition of the air / fuel mixture is as follows: During the compression stroke, some of the fresh load passes through the radial holes in the spark plug cylinder into the cylinder interior. Then at TDC of the piston and taking into account

PL 216 056 B1 kąta wyprzedzenia zapłonu, wzbudzana jest iskra elektryczna na środkowej elektrodzie, która przeskakuje pomiędzy elektrodą a uziemionym denkiem cylinderka świecy zapłonowej. We wnętrzu cylinderka świecy zapłonowej, następuje bardzo szybki proces spalania i przyrostu ciśnienia gorących gazów, które z ogromną prędkością wypływają poprzez otworki cylinderka świecy zapłonowej, inicjując zapłon w komorze spalania silnika.In the pre-ignition angle, an electric spark is excited at the center electrode, which jumps between the electrode and the grounded base of the spark plug cylinder. Inside the spark plug cylinder, a very rapid combustion process takes place and the pressure build-up of hot gases, which flow out at great speed through the holes in the spark plug cylinder, initiating ignition in the engine's combustion chamber.

Przykład wykonania wynalazku. Rozwiązanie świecy zapłonowej według wynalazku, przedstawiono w przykładzie wykonania w dwóch wariantach i tak w wariancie pierwszym świeca zapłonowa według wynalazku zawiera litą, elektrycznie i cieplnie przewodzącą obudowę 1, a w jej wewnętrznej wnęce umieszczony jest gazoszczelny, ceramiczny izolator 2 ze środkową elektrodą 3, której wystający koniec 4 znajduje się we wnętrzu jednolitego z obudową 1 cylinderka 5, naokoło którego w dolnej części wydzielone są promieniście rozchodzące się otwory 6, zapewniające swobodny przepływ gazów do wnętrza cylinderka 5 i z wnętrza na zewnątrz cylinderka 5. Wysokość cylinderka 5 dobrana jest tak, aby podczas pracy silnika tłok nie uderzał o denko 7 cylinderka 5, i aby gazy wypływające z wnętrza cylinderka 5 przez promieniście rozchodzące się otwory 6, obejmowały jak największy obszar komory spalania.An embodiment of the invention. The solution of the spark plug according to the invention is presented in the exemplary embodiment in two variants, so in the first variant the spark plug according to the invention comprises a solid, electrically and thermally conductive casing 1, and in its internal cavity there is a gas-tight ceramic insulator 2 with a central electrode 3 whose protruding the end 4 is inside the cylinder 5, uniform with the casing 1, around which, in the lower part, there are radiating openings 6, which ensure free flow of gases into the cylinder 5 and from the inside to the outside of the cylinder 5. The height of the cylinder 5 is selected in such a way that of the engine operation, the piston does not hit the bottom 7 of the cylinder 5, and so that the gases flowing from the inside of the cylinder 5 through the radially extending holes 6 cover the largest possible area of the combustion chamber.

W wariancie drugim świeca zapłonowa według wynalazku zawiera litą, elektrycznie i cieplnie przewodzącą obudowę 8, a w jej wewnętrznej wnęce umieszczony jest gazoszczelny, ceramiczny izolator 9 ze środkową elektrodą 10, której wystający koniec 11 znajduje się we wnętrzu jednolitego z obudową cylinderka 12, którego denko 13 usytuowane jest ukośnie w zależności od kąta nachylenia świecy względem cylindra silnika. W dolnej części cylinderka 12, po stronie komory spalania i po jednej stronie względem osi świecy, wydzielone są promieniście rozchodzące się otwory 14, zapewniające swobodny przepływ gazów do wnętrza cylinderka 12 i z wnętrza na zewnątrz cylinderka 12. Wysokość cylinderka 12 dobrana jest tak, aby podczas pracy silnika tłok nie uderzał o denko 13 cylinderka 12, i aby gazy wypływające z wnętrza cylinderka 12 przez promieniście rozchodzące się otwory 14, obejmowały jak największy obszar komory spalania.In the second variant, the spark plug according to the invention comprises a solid, electrically and thermally conductive casing 8, and in its internal cavity there is a gas-tight, ceramic insulator 9 with a central electrode 10, the protruding end 11 of which is inside a cylinder 12 uniform with the casing, the bottom of which 13 it is located obliquely depending on the angle of inclination of the candle with respect to the engine cylinder. In the lower part of the cylinder 12, on the side of the combustion chamber and on one side with respect to the axis of the candle, there are radial openings 14, which ensure free flow of gases into the cylinder 12 and from the interior to the outside of the cylinder 12. The height of cylinder 12 is selected so that during When the engine is running, the piston does not hit the bottom 13 of the cylinder 12, and so that the gases flowing from the inside of the cylinder 12 through the radial openings 14 cover the largest possible area of the combustion chamber.

Objaśnienie figur rysunków.Explanation of figures in drawings.

Fig. 1 przedstawia w przekroju poprzecznym świecę według wynalazku w wariancie z centralnym umieszczeniem świecy względem cylindra silnika. Fig. 2 przedstawia w przekroju poprzecznym świecę według wynalazku w wariancie z bocznym umieszczeniem świecy względem cylindra silnika. Fig. 3 przedstawia w rysunku przestrzennym świecę według wynalazku w wariancie z centralnym umieszczeniem świecy względem cylindra silnika z uwidocznieniem strumieni gorących gazów zapłonowych, wydobywających się poprzez wydzielone otworki z wnętrza świecy. Fig. 4 przedstawia w rysunku przestrzennym świecę według wynalazku w wariancie z bocznym umieszczeniem świecy względem cylindra silnika z uwidocznieniem strumieni gorących gazów zapłonowych, wydobywających się poprzez wydzielone otworki z wnętrza świecy.Fig. 1 shows a cross-section of a plug according to the invention in a variant with the plug being centered in relation to the engine cylinder. Fig. 2 shows a cross-section of a plug according to the invention in a variant with lateral placement of the plug in relation to the engine cylinder. Fig. 3 shows a spatial drawing of a spark plug according to the invention in a variant with the plug centered in relation to the engine cylinder, showing the streams of hot ignition gases escaping through the separated holes from the inside of the candle. Fig. 4 shows a spatial drawing of a spark plug according to the invention in a variant with a side placement of the candle in relation to the engine cylinder, showing the streams of hot ignition gases escaping through the separated holes from the inside of the candle.

Claims

1. Spark plug of spark-ignition internal combustion engines, characterized in that the plug comprises a solid, electrically and thermally conductive housing (1), and in its internal cavity there is a gas-tight, ceramic insulator (2) with a central electrode (3), the protruding end of which (4) is located inside a cylinder (5) uniform with the housing (1), around which in the lower part there are radiating holes (6), and the cylinder height is selected so that the piston does not hit the bottom during engine operation (7) of the cylinder (5), and that the gases flowing from the inside of the cylinder (5) through the radially extending holes (6) cover the largest possible area of the combustion chamber.

2. Spark plug of spark-ignition internal combustion engines, characterized in that the plug comprises a solid, electrically and thermally conductive housing (8), and in its internal cavity there is a gas-tight, ceramic insulator (9) with a central electrode (10), the protruding end of which (11) is located inside the cylinder (12) uniform with the housing, the bottom (13) of which is located obliquely depending on the angle of inclination of the candle in relation to the engine cylinder, and in the lower part of the cylinder (12), on the side of the combustion chamber and on one side in relation to the axis of the candle, radially diverging holes (14) are separated, and the height of the cylinder (12) is selected so that during engine operation, the piston does not hit the bottom (13) of the cylinder (12), and that the gases flowing out of the cylinder (12) ) through the radial openings (14), encompass the largest possible area of the combustion chamber.