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, как карбюраторных, так и инжекторных и дизельных, а также в роторных двигателях, газопоршневых 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 «минифоркамеры», 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 «минифоркамере» 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 дисбаласа 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
Известно, что для бесперебойной работы свечи зажигания нижняя часть изолятора (тепловой конус) должна иметь температуру примерно 500-600oC. 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.
Форкамера ДВС постоянно модернизировалась и совершенствовалась [2] … [8].
Наиболее совершенная, простая по конструкции и обладающая большой воспламеняющей мощностью предложена автором в патенте РФ на изобретение № 2531834, Форкамера ДВС, опубл. г. [1].
Несмотря на это форкамеры не получили широкого распространения, особенно на двигателях для автотранспорта.
Правда для стационарных ВС мощностью более 500 Квт форкамеры применяются довольно часто.
Также постоянно разрабытываются свели зажигания основанные на различных физическх принципах. Особый интерес представляют лазерные свечи. Преимущества лазерных свечей зажигания: более высокая полнота сгорания топлива и уменьшение количества вредных веществ в выхлопе.
Задачей создания изобретения, соответствующей достигнутому техническому результату является создание простого воспламенителя малых габаритов, обеспечивающего более надежное зажигание при запуске ДВС особенно при низких температурах, более полное сгорание ТВС и надежность.
Форкамера ДВС (рис. 1…6) содержит корпус 1 с резьбовым отверстием 2 для установки свечи зажигания, резьбовой участок 3 для вворачивания форкамеры в головку цилиндров, камеру воспламенения 4 цилиндрической формы, днище 5 сферической формы с отверстиями 6 в нем. При этом общая площадь отверстий 6 выполнена больше площади поперечного сечения камеры воспламенения 4.

В корпус форкамеры 1 ввернута свеча зажигания 7. Сам корпус 1 ввернут в головку цилиндров 8.
Отверстия 6 выполнены радиально (рис. 1). Отверстия 6 могут быть выполнены цилиндрической формы (рис. 3). Отверстия 6 могут быть выполнены конической формы с расширением в сторону выхода (рис. 4).

Отверстия 6 могут быть выполнены с перекрытием (рис. 5 и 6) для увеличения проницаемости днища 4 (степени перфорации).

Работа устройства
При работе форкамеры, например в составе ДВС (рис. 1…6), в состав которого входит воспламенитель, после впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) ее часть через отверстии 4 попадает в камеру воспламенения 4.
В цикле «рабочий ход» продукты сгорания, имеющие очень высокую температуру, с огромной скоростью выбрасываются из камеры воспламенения 4 через отверстия 6 в полость камеры сгорания цилиндра ДВС и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней. При этом, за счет того, что общая площадь отверстий 6 больше, чем площадь поперечного сечения камеры воспламенения 4 отверстия 6 не дросселируют поток ТВС при его поступлении в камеру воспламенения 4. Вследствие этого заряд ТВС в камере воспламенения 4 возрастает. В цикле рабочий ход из-за большей общей площади отверстий 6 по сравнению с прототипом мощность воспламеняющего факела возрастает.
Сферическая форма днища (в виде полушара) позволяет разместить на нем максимально количество отверстий при минимальном выступании форкамеры внутрь цилиндра ДВС. Кроме того на сферической поверхности можно расположить отверстия под любым углом к оси форкамеры.
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 предложенного изобретения позволит:
— уменьшить осевые габаритные размеры форкамеры,
— упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении свечи зажигания и форкамеры,
— 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 форкамеры.
— снизить эмиссию вредных веществ, вследствие полного сгорания топлива,
— увеличить ресурс работы свечи за счет очистки от копоти ее электродов,
— значительно увеличить ресурс свеч и исключить обгорание их электродов

ЛИТЕРАТУРА
1. Болотин Н. Б. Патент РФ на изобретение № 2531834, Форкамера ДВС, опул. 27.10.2014 г.
2. Болотин Н. Б. Форкамера двигателя внутреннего сгорания, Заявка на изобретение № 2014 145398 приор 11.11.2014 г.
3. Болотин Н. Б. Форкамера двигателя внутреннего сгорания. Заявка на изобретение № 2015 100818, приор. 12.01.2015 г.
4. Болотин Н. Б. Воспламенитель. Заявка РФ на изобретение № 2015 102415, приор.
5. Болотин Н. Б., Соловьев В. А. Форкамера двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ № 2327882, опубл. 27.06.2008 г.
6. Солнцев А. Ю, Федоров Ю. Н., Соловьев В. А. Форкамера ДВС. Пат. РФ на полезную модель № 60635, МПК F02D19/10, опубл. 27.01.2007 г.
7. Соловьев В. А, Паршиков Ю. И. Форкамера двигателя внутреннего сгорания. Св. РФ на полезную модель № 30396, МПК F02B19/00, опубл. 27.06.2003 г.
8. Чуваев В. А., Соловьев В. А., Паршиков Ю. И. Форкамера двигателя внутреннего сгорания. Св. РФ на полезную модель № 23918, опубл. 20.07.2002 г.

Автор статьи: Патентный поверенный РФ , рег № 466 Болотин Николай Борисович