PL195122B1 - Trzpieniowa świeca żarowa - Google Patents

Abstract

1. Trzpieniowa swieca zarowa, w szczegól- nosci do uruchamiania silnika spalinowego ozaplonie samoczynnym, z trzpieniem zaro- wym, który wchodzi w komore spalania zawie- rajaca zapalna mieszanke paliwowo-powietrz- na, który to trzpien zarowy sklada sie z materia- lu ceramicznego przewodzacego prad elek- tryczny i za pomoca polaczenia ze zródlem napiecia jest nagrzewany do temperatury za- plonu, przy czym trzpieniowa swieca zarowa obejmuje zintegrowany z nia czujnik temperatu- ry, który jest zintegrowany z prowadnica w trzpieniu zarowym, znamienna tym, ze pro- wadnica (44) jest otworem nieprzelotowym (45), który przebiega w osi podluznej (32) trzpienia zarowego (14). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest trzpieniowa świeca żarowa, w szczególności do uruchamiania silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym.

Tego rodzaju trzpieniowe świece żarowe są znane. Do uruchomienia silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym jest niezbędny zapłon inicjujący mieszanki paliwowo-powietrznej. W tym celu są stosowane trzpieniowe świece żarowe, które są umieszczone w ściance komory spalania. Trzpieniowe świece żarowe mają trzpień żarowy, który styka się z mieszanką paliwowo-powietrzną, która ma być zapalona.

Znane jest wytwarzanie trzpienia żarowego z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny. Trzpień żarowy posiada określony opór elektryczny, tak, że po połączeniu trzpienia żarowego ze źródłem napięcia płynie prąd grzejny, który powoduje rozgrzanie trzpienia żarowego do określonej temperatury.

Ta temperatura jest wystarczająca do zapalenia mieszanki paliwowo-powietrznej.

Do nadzoru i sterowania pracą silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym jest pożądana znajomość temperatury trzpieniowej świecy żarowej. Do tego znane jest mierzenie prądu grzejnego płynącego przez trzpień żarowy w celu ustalenia temperatury trzpienia żarowego. Jak wiadomo materiały ceramiczne przewodzące prąd elektryczny, z których wytwarzane są trzpienie żarowe, wykonane są z materiału o dodatnim współczynniku temperaturowym. Oznacza to, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta opór, tak, że przy stałym napięciu zasilania prąd grzejny zmniejsza się. Na podstawie przebiegu prądu grzejnego w funkcji czasu można wnioskować o chwilowej temperaturze trzpienia żarowego. Jednak w tym znanym układzie niekorzystne jest to, że rozkład temperatury na długości trzpienia żarowego przy stałym prądzie grzejnym może bardzo się zmieniać. Rozkład temperatury jest zależny, na przykład od prędkości obrotowej, stanu obciążenia i/lub chłodzenia silnika spalinowego. Badania eksperymentalne wykazały, że mogą wystąpić różnice temperatur aż do 200°C.

Zgodnie z pierwszą postacią wynalazku, trzpieniowa świeca żarowa, w szczególności do uruchamiania silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym, z trzpieniem żarowym, który wchodzi w komorę spalania zawierającą zapalną mieszankę paliwowo-powietrzną, który to trzpień żarowy składa się z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny i za pomocą połączenia ze źródłem napięcia jest nagrzewany do temperatury zapłonu, przy czym trzpieniowa świeca żarowa obejmuje zintegrowany z nią czujnik temperatury, który jest zintegrowany z prowadnicą w trzpieniu żarowym, charakteryzuje się tym, że prowadnica jest otworem nieprzelotowym, który przebiega w osi podłużnej trzpienia żarowego.

Zgodnie z drugą postacią wynalazku, prowadnica przebiega pod kątem do osi podłużnej trzpienia żarowego.

Korzystnie, prowadnica początkowo obejmuje otwór, który wychodzi na zewnątrz na powierzchnię boczną trzpienia żarowego i następnie przechodzi w rowek o otwartym obrzeżu, przy czym otwór wychodzi na zewnątrz na powierzchnię boczną trzpienia żarowego w przybliżeniu w połowie całkowitej długości trzpienia żarowego.

Korzystnie rowek o otwartym obrzeżu ma głębokość, która odpowiada średnicy czujnika temperatury.

Korzystnie dalej, prowadnica początkowo obejmuje szczelinę promieniową, która przechodzi w rowek o otwartym obrzeżu.

Zaletą trzpieniowej świecy żarowej według pierwszej postaci wynalazku jest to, że pomiar temperatury może nastąpić bezpośrednio na końcu trzpienia żarowego bez pogorszenia właściwej funkcji trzpieniowej świecy żarowej. Dzięki temu, że trzpieniowa świeca żarowa obejmuje zintegrowany z nią czujnik temperatury, możliwe jest określenie aktualnej temperatury trzpienia żarowego nie tylko podczas działania trzpieniowej świecy żarowej, lecz również przy wyłączonej trzpieniowej świecy żarowej. W tym przypadku, zwłaszcza dokładność wyznaczenia temperatury jest niezależna od warunków pracy silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym.

W trzpieniowej świecy żarowej według wynalazku szczególnie w prosty sposób możliwe jest zintegrowanie czujnika temperatury z trzpieniową świecą żarową. Nie jest potrzebne dodatkowe miejsce dla czujnika temperatury, gdyż jest on zintegrowany z trzpieniem żarowym jako quasi-wewnętrzny.

Ponadto otwór mieszczący czujnik temperatury znajduje się wewnątrz rdzenia izolacyjnego trzpienia żarowego. Dzięki temu powstaje układ czujnika temperatury bez jakiegokolwiek negatywnego oddziaływania na właściwą funkcję żarzenia trzpienia żarowego.

Jeśli otwór w trzpieniu żarowym mieszczący czujnik temperatury co najmniej na pewnym obszarze jest rowkiem o otwartym obrzeżu w trzpieniu żarowym, możliwe jest korzystne poprowadzenie

PL 195 122 B1 czujnika temperatury aż do zewnętrznej ścianki obwodowej trzpienia żarowego, tak, że jest możliwy szczególnie dokładny pomiar temperatury, gdyż w wyniku umieszczenia go w rowku o otwartym obrzeżu nie jest konieczne uwzględnienie oporności przejścia materiału ceramicznego trzpienia żarowego.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój trzpieniowej świecy żarowej w pierwszym wariancie wykonania, fig. 2 - schematyczny widok czujnika temperatury, fig. 3 - schematyczny przekrój trzpienia żarowego, fig. 4 - przekrój trzpieniowej świecy żarowej w drugim wariancie wykonania, fig. 5 i fig. 6 przedstawiają schematyczne widoki trzpienia żarowego zgodnie z drugim wariantem wykonania i fig. 7 i fig. 8 przedstawiają schematyczne widoki trzpienia żarowego w następnym wariancie wykonania.

Na fig. 1 przedstawiono trzpieniową świecę żarową 10, która jest używana do uruchamiania silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym. Trzpieniowa świeca żarowa 10 posiada korpus świecy 12, który zasadniczo jest wydrążonym walcem.

Korpus świecy 12 mieści w sobie trzpień żarowy 14. Korpus świecy 12 jest szczelnie zamocowany w ściance nie przedstawionej głowicy silnika, tak, że trzpień żarowy 14 wystaje do środka w komorze spalania. Trzpień żarowy 14 jest połączony za pomocą sprężyny stykowej 16 z trzpieniem stykowym 18 w sposób umożliwiający przewodzenie prądu elektrycznego. Trzpień stykowy 18 jest połączony w nie przedstawiony bardziej szczegółowo sposób ze źródłem napięcia, w samochodzie z akumulatorem samochodu, tak, że za pomocą trzpienia stykowego 18 i elementu stykowego, na przykład sprężyny stykowej 16 trzpień żarowy 14 jest zasilany napięciem. Sam trzpień żarowy 14 jest wykonany z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny. Trzpieniowa świeca żarowa 10 posiada następne części składowe, z których tutaj są jeszcze wymienione uszczelnienia 20 lub 22, tuleja ceramiczna 24, pierścień metalowy 26 oraz element naprężający 28. Trzpieniowa świeca żarowa 10 posiada ponadto czujnik temperatury 30, który ciągnie się zasadniczo na całej długości trzpieniowej świecy żarowej wzdłuż jej osi podłużnej 32.

Budowa i działanie takiej trzpieniowej świecy żarowej 10 są powszechnie znane, tak, że w ramach przytoczonego opisu nie wdawano się dokładniej w szczegóły.

Przy zastosowaniu trzpieniowej świecy żarowej 10 zgodnie z przeznaczeniem, trzpień żarowy 14 jest zasilany napięciem U, tak, że dochodzi do przepływu prądu grzejnego I. Wartość prądu grzejnego I, zależy od elektrycznego oporu R trzpienia żarowego 14. Jest on w ten sposób zaprojektowany, że działa jako element grzejny (element żarowy). Przy tym przewiduje się, że rozkład oporu elektrycznego R na długości trzpienia żarowego 14 jest zróżnicowany. W szczególności w obszarze końca trzpienia żarowego 34 jest skoncentrowany wyższy opór elektryczny R, tak, że w tym miejscu wyższe napięcie U maleje i nagrzewanie w obrębie końca trzpienia żarowego 34 jest większe niż na pozostałym obszarze trzpienia żarowego 14.

Za pomocą czujnika temperatury 30 zintegrowanego z trzpieniową świecą żarową 10 może być wyznaczona chwilowa temperatura bezpośrednio w obszarze końca trzpienia żarowego 34.

Na fig. 2 jest przedstawiony schematycznie wyizolowany czujnik temperatury 30. Czujnik temperatury 30 składa się, na przykład z układu dwóch materiałów przewodzących prąd elektryczny, który wytwarza napięcie proporcjonalne do działającej temperatury. Jako czujnik temperatury 30 jest stosowana, na przykład znana termopara platyna - platyna/rod. Ten elektryczny przewód 36 w postaci pętli jest poprowadzony wewnątrz czujnika temperatury 30 i połączony za pomocą zewnętrznych przyłączy 38 z układem do analizy sygnałów. Czujnik temperatury 30 jest wykonany z odpornego na działanie wysokiej temperatury, nie przewodzącego prądu elektrycznego materiału ceramicznego i do zamocowania pętli przewodów posiada nie przedstawioną w szczegółach podwójną rurkę kapilarną. Czujnik temperatury 30 jest przeprowadzony w sposób izolowany przez trzpień stykowy 18. W tym celu trzpień stykowy 18 posiada otwór 40 przebiegający wzdłuż długości trzpieniowej świecy żarowej. Ponieważ czujnik temperatury 30 na swoim zewnętrznym obwodzie jest wykonany z izolującego elektrycznie materiału ceramicznego, zwarcie z trzpieniem przyłączowym jest niemożliwe.

Czujnik temperatury 30 jest prowadzony wewnątrz trzpienia żarowego 14 bezpośrednio aż do końca trzpienia żarowego 34. Sam trzpień żarowy 14 zwykle jest wykonany z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny, który otacza rdzeń izolujący 42. Dzięki temu dochodzi do utworzenia pętli przewodów w kształcie litery U z przewodzącego prąd elektryczny materiału ceramicznego trzpienia żarowego 14.

Czujnik temperatury 30 jest więc umieszczony wewnątrz rdzenia izolującego 42 lub ze względu na swoje zewnętrzne właściwości izolowania elektrycznego sam stanowi rdzeń izolujący 42. Odstęp

PL 195 122 B1 czujnika temperatury 30 od izolującego elektrycznie obszaru trzpienia żarowego 14, wynosi na przykład 0,2 mm.

Na fig. 3 przedstawiono trzpień żarowy 14 w postaci oddzielnej części. Przy tym jest widoczne, że trzpień żarowy 14 posiada prowadnicę 44 położoną w osi podłużnej 30, w którą jest wkładany czujnik temperatury 30. Prowadnica 44 rozciąga się bezpośrednio aż do końca trzpienia żarowego 34. Prowadnica 44 jest wykonana, na przykład jako otwór nieprzelotowy 45.

Prowadnicę 44 korzystnie wykonuje się w stanie wilgotnym materiału ceramicznego. Dzięki temu zapobiega się odpryskiwaniu materiału lub czemuś podobnemu podczas wykonywania prowadnicy 44.

Na fig. 4 przedstawiono trzpieniową świecę żarową 10 w następnym wariancie wykonania, przy czym główne części są zaopatrzone w takie same oznaczenia odsyłające jak na fig. 1 i nie są jeszcze raz objaśnione. Z tego względu omówiono tylko istniejące różnice. Pozostała budowa i funkcje są identyczne.

Już w widoku na fig. 4 jest widoczne, że czujnik temperatury 30 jest umieszczony wewnątrz trzpienia żarowego 14 z ukierunkowaniem odbiegającym od kierunku osi podłużnej 32. Usytuowanie czujnika temperatury 30 jest w tym przypadku dobrane w ten sposób, że w miarę zbliżania się do końca trzpienia żarowego 34 zwiększa się odstęp w kierunku promieniowym od osi podłużnej 32, aż do przecięcia przez czujnik temperatury 30 powierzchni obwodowej 46 trzpienia żarowego 14. Na fig. 5 do fig. 8 przedstawiono trzpień żarowy 14 w dwóch różnych wariantach wykonania.

Na fig. 5 pokazano widok z góry trzpienia żarowego 14 - widziany od prawej strony zgodnie z fig. 4 - i fig. 6 przedstawia przekrój obrócony o 90° w stosunku do fig. 5. Widać, że prowadnica 44 służąca do zamocowania czujnika temperatury 30 jest utworzona przede wszystkim przez otwór 47, który rozpoczynając się w obszarze osi podłużnej 32 początkowo przebiega pod kątem a do osi podłużnej 32. Kąt a jest w ten sposób dobrany, że przyjmując całkowitą długość 1 trzpienia żarowego 14, w przybliżeniu w połowie tej całkowitej długości 1 otwór 47 wychodzi na zewnątrz na powierzchnię boczną 46 i przechodzi w rowek 48 o otwartym obrzeżu. Głębokość rowka 48 o otwartym obrzeżu jest w ten sposób dopasowana do średnicy czujnika temperatury 30, że w kierunku promieniowym nie wystaje on nad powierzchnią boczną 46 trzpienia żarowego 14.

Na fig. 7 i fig. 8 jest przedstawiony następny wariant wykonania, w którym prowadnica 44 jest utworzona przez szczelinę promieniową 50, która początkowo wzdłuż długości 1 trzpienia żarowego 14 ma do połowy długości 1 głębokość zmniejszającą się i następnie przechodzi w rowek 48 o otwartym obrzeżu pokazany już na fig. 6. Dzięki ukształtowaniu szczeliny promieniowej 50 jest możliwe włożenie czujnika temperatury 30 w trzpień żarowy 14 w kierunku promieniowym, podczas gdy według przykładu wykonania na fig. 5 i fig. 6 dla umożliwienia włożenia w rowek 48 o otwartym obrzeżu najpierw czujnik temperatury musi zostać przeciągnięty przez otwór 47.

Zarówno otwór 47 zgodnie z przykładem wykonania na fig. 5 i fig. 6, jak szczelina promieniowa 50 zgodnie z przykładem wykonania na fig. 7 i fig. 8, jak i wspólne dla obydwu przykładów wykonania rowki 48 o otwartych obrzeżach znajdują się w obszarze trzpienia żarowego 14, który jest wykonany z materiału izolującego. Jak wiadomo trzpień żarowy 14 jest strukturą warstwową, przy czym izolujący materiał ceramiczny jest zalany w pętli przewodu w kształcie litery U z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny. Zatem zapobiega się negatywnemu oddziaływaniu materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny, na przykład przekroju warstwy przewodzącej prąd elektryczny. Zamocowanie czujnika temperatury 30 w otworze 47 względnie w szczelinie promieniowej 50 i w rowku 48 o otwartym obrzeżu następuje przez zalanie ceramiką szklaną. Przy tym rozszerzalność cieplna tej ceramiki szklanej, materiału ceramicznego czujnika temperatury 30 i izolującego materiału ceramicznego trzpienia żarowego 14 są w taki sposób wzajemnie dopasowane, że przy ogrzewaniu całej struktury warstwowej jest zapewniona zasadniczo taka sama rozszerzalność cieplna.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Trzpieńiowa świeca żarowa. w szczególności do uruchamiania siinika spallnowego o zapłonie samoczynnym, z trzpieniem żarowym, który wchodzi w komorę spalania zawierającą zapalną mieszankę paliwowo-powietrzną, który to trzpień żarowy składa się z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny i za pomocą połączenia ze źródłem napięcia jest nagrzewany do temperatury zapłonu, przy czym trzpieniowa świeca żarowa obejmuje zintegrowany z nią czujnik temperatury, który jest zintegrowany z prowadnicą w trzpieniu żarowym, znamienna tym, że prowadnica (44) jest otworem nieprzelotowym (45), który przebiega w osi podłużnej (32) trzpienia żarowego (14).

   PL 195 122 B1
2. 2. Trzpieniowa świeca żarowa, w szczególności do uruchamiania silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym, z trzpieniem żarowym, który wchodzi w komorę spalania zawierającą zapalną mieszankę pailwowo-powletrzną, który to trzpień żarowy składa się z materiału ceramicznego przewodzącego prąd elektryczny i za pomocą połączenia ze źródłem napięcia jest nagrzewany do temperatury zapłonu, przy czym trzpieniowa świeca żarowa obejmuje zintegrowany z nią czujnik temperatury, który jest zintegrowany z prowadnicą w trzpieniu żarowym, znamienna tym, że prowadnica (44) przebiega pod kątem (a) do osi podłużnej (32) trzpienia żarowego (14).
3. 3. Trzpieniowa świeca żarowa według zastrz. 2, znamienna tym, że prowadnica (44) początkowo obejmuje otwór (47), który wychodzi na zewnątrz na powierzchnię boczną (46) trzpienia żarowego (14) i następnie przechodzi w rowek (48) o otwartym obrzeżu.
4. 4. Trzpieniowa świeca żarowa według zastrz. 3, znamienna tym, że otwór (47) wychodzi na zewnątrz na powierzchnię boczną (46) trzpienia żarowego (14) w przybliżeniu w połowie całkowitej długości (1) trzpienia żarowego (14).
5. 5. Trzpieniowa świeca żarowa według zastrz. 3, znamienna tym, że rowek (48) o otwartym obrzeżu ma głębokość, która odpowiada średnicy czujnika temperatury (30).
6. 6. Trzpieniowa świeca żarowa według zastrz. 2, znamienna tym, że prowadnica (44) początkowo obejmuje szczelinę promieniową (50), która przechodzi w rowek (48) o otwartym obrzeżu.