СПОСОБ ЗАЖИГАНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ В КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02P15/00 

Изобретение относится к зажиганию горючей смеси в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) от искрового разряда между одноэлектродной свечой и днищем поршня.

Известен способ воспламенения и зажигания горючей смеси в ДВС путем подачи высокочастотного импульсного напряжения на центральный электрод свечи и образования при этом искрового разряда между свечой и днищем поршня во время рабочего такта цилиндра.

Известна также система зажигания для осуществления этого способа. В систему входят источник постоянного тока, источник высокого пульсирующего напряжения, прерыватель, распределитель высокого напряжения по цилиндрам, одноэлектродная свеча зажигания.

Недостатком известного способа является то, что система для его осуществления содержит прерыватель и распределитель высокого напряжения. Наличие этих устройств усложняет систему зажигания и снижает надежность работы двигателя.

Целью изобретения является упрощение системы зажигания и повышение надежности работы ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что высоковольтное импульсное напряжение высокой частоты подают на центральный электрод свечи зажигания постоянно на все время работы цилиндра, момент начала зажигания зависит от величины высокого напряжения, а продолжительность искрообразования происходит в пределах двоичного угла опережения зажигания.

Для достижения этого способа в систему зажигания введен регулирующий стабилизатор напряжения, к которому подведены две электрические цепи от центробежного и вакуумного регуляторов карбюраторного ДВС, а выход высоковольтного импульсного генератора непосредственно подключен ко всем свечам цилиндра.

На фиг.1 изображена схема цилиндра двигателя, поясняющая сущность способа; на фиг.2 - диаграмма газораспределения и искрообразования двигателей ГАЗ-24, УМЗ-451 М; на фиг.3 - функциональная схема зажигания для осуществления предлагаемого способа.

Система зажигания содержит источник 1 постоянного тока, регулируемый стабилизатор 2 напряжения, источник высокого импульсного напряжения, в который входят катушка 3 зажигания, низковольтный генератор 4 импульсов, электронный ключ 5. Первый электрод ключа 5 и цепь питания генератора 4 соединены с выходом стабилизатора 2. Второй электрод ключа 5 соединен с низковольтной обмоткой катушки 3 зажигания и конденсатором 6. Выход генератора 4 соединен с третьим управляющим электродом ключа 5. К регулирующим элементам стабилизатора 2 подведены цепи 7 и 8 соответственно от центробежного и вакуумного регуляторов двигателя. Вторые концы обеих обмоток катушки 3 соединены и подключены к массе двигателя. Первый конец высоковольтной обмотки катушки 3 высоковольтным экранированным проводом подключен к распределительной коробке 9, в которой его центральная жила запараллелена с центральными жилами четырех высоковольтных проводов, идущих к электродам четырех свечей зажигания цилиндров.

К электроду свечи 10 зажигания постоянно вне зависимости от положения поршня 11 подведено высокое напряжение импульсного тока +U. Амплитуда этого напряжения изменяется и его мгновенное значение зависит от частоты вращения коленчатого вала и его нагрузки (степени открытия дроссельной заслонки карбюратора).

На фиг.1 показаны уровни: А - уровень расположения электрода свечи, В - уровень поршня в ВМТ, С - уровень поршня, при котором начинается процесс искрообразования и начала воспламенения горючей смеси при минимальной частоте вращения коленчатого вала и наименьшей его нагрузке (режим холостого хода). Этот уровень соответствует минимальному углу опережения начала зажигания. Уровень D поршня соответствует максимальному углу опережения начала зажигания при максимальной частоте вращения коленчатого вала и наибольшей его нагрузке.

Очевидно, что при уровне D, когда расстояние между электродом 10 и днищем поршня 11 велико, для устойчивого искрообразования высоковольтное напряжение между электродом и днищем поршня должно быть U = U_max, но не более значения U_max, потому что ниже уровня D искрообразование во избежание преждевременного (раннего) зажигания не должно быть. Точно так же при уровне С, U = U_min, где U_min - минимальное напряжение для устойчивого искрообразования. Ниже уровня С при U_min искрообразования не должно быть. Другими словами, напряжение на электроде свечи должно меняться от значения угла опережения зажигания и быть ему пропорциональным:
U = k ˙α , где U - мгновенное значение высокого напряжения;
α - мгновенное значение угла опережения зажигания;
k - коэффициент пропорциональности.

Если обеспечить автоматическое выполнение этого условия, то ДВС сгорания развивает наибольшую мощность и оптимальную экономичность во всех режимах работы. При этом устойчивое искрообразование продолжается при движении поршня от начала искрообразования (например от уровня D) до того же уровня при прохождении им ВМТ, т.е. продолжительность искрообразования равна двойному углу опережения зажигания 2 α. Например, для двигателей ГАЗ-24, УМЗ-451М - 2 α_max= 30. Продолжительное искрообразование облегчает запуск холодного двигателя, способствует лучшему сгоранию топлива, улучшает экономичность двигателя и снижает токсичность выхлопных газов.

В двухтактных двигателях поршень за рабочий цикл подходит один раз к ВМТ, поэтому способ идеально оправдывается.

В четырехтактных двигателях поршень за рабочий цикл дважды подходит к ВМТ - в начале рабочего хода и в начале впуска горючей смеси. И в обоих случаях происходит искрообразование. Если в первом случае возникновение искрового разряда и воспламенение рабочей смеси необходимо, то во втором случае возникновение искрового разряда нежелательно, а воспламенение - недопустимо. В предложенном способе в начале впуска искрообразование происходит, но воспламенение газовой смеси не происходит. Это объясняется тем, что, во-первых, вначале открытия впускного клапана (в нашем примере при 12^о до ВМТ) клапан только начинает подниматься и впускное отверстие представляет собой круглую узкую щель высотой в несколько десятков долей миллиметра, поэтому при предварительном впуске (от 12^о до ВМТ) горючая смесь (или воздух) в цилиндр почти не проходит. В конце процесса впуска (18^о после ВМТ) давление газов равно 1,05 - 1,25 кГ/см, и температура остаточных газов для карбюраторных двигателей составляет 700 - 1000^оС. Эта температура значительно превышает температуру самовоспламенения бензино-воздушных смесей, однако несмотря на это самовоспламенение горючей смеси в цилиндре карбюраторного двигателя не происходит. Не происходит и воспламенения газовой смеси и при наличии искрового разряда, потому что в начале впуска концентрация горючей смеси в массе остаточных газов ничтожно мала, а время искрового разряда практически совпадает с началом впуска и окончанием выпуска и крайне ограничено и составляет не более 30, продолжительность впуска 252. Более того время искрового разряда совпадает с периодом перекрытия клапанов, когда оба - впускной и выпускной клапаны открыты, происходит продувка цилиндра. Это обстоятельство еще более уменьшает вероятность воспламенения в начале впуска.

Система зажигания работает следующим образом.

Постоянное напряжение источника 1 стабилизируется стабилизатором 2. Генератор 4 импульсов питается стабилизированным напряжением. Импульсы генератора 4 коммутируют электронный ключ 5. Потому в первичной обмотке катушки 3 зажигания течет пульсирующий ток, который во вторичной обмотке катушки 3 индуцирует ЭДС высокого пульсирующего напряжения до 24 кВ. Это напряжение при помощи высоковольтных экранированных проводов и распределительной коробки 9 одновременно поступает на свечи всех четырех цилиндров двигателя. По цепям 7 и 8 от центробежного и вакуумного регуляторов поступают электрические сигналы, которые изменяют выходное напряжение стабилизатора 2, в зависимости от числа оборотов коленчатого валов и степени открытия дроссельной заслонки карбюратора. Поэтому величина тока в первичной обмотке катушки 3 изменяется. А это приводит к тому, что напряжение во вторичной обмотке также изменяется. Этим достигается автоматическое изменение высокого напряжения в цилиндрах, мгновенное значение амплитуды высоковольтного напряжения определяет момент возникновения начала зажигания при подходе поршня к ВМТ, т.е. угол опережения зажигания. При U = U_min, α = α_min; при U = U_max, α = α_max .

Как видно, в системе зажигания отсутствуют прерыватель и распределитель. Этим достигается упрощение системы зажигания и повышение надежности работы ДВС.

Использование: в системах зажигания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ заключается в подаче высоковольтного импульсного высокочастотного напряжения на электрод свечи постоянно на все время работы цилиндра, искрообразование между электродом свечи и днищем поршня осуществляют на период двойного угла опережения зажигания. Система зажигания содержит источник 1 постоянного тока, регулируемый стабилизатор 2 напряжения, генератор 4 импульсов, электронный ключ 5, конденсатор 6, катушку 3 зажигания, распределительную коробку 9, одноэлектродную свечу 10. Особенностью изобретения является введение стабилизатора 2. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ зажигания горючей смеси в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания, заключающийся в том, что подают на два электрода высоковольтное импульсное напряжение, создают искровый разряд между двумя электродами, первым из которых является центральный электрод свечи, а вторым днище поршня, а момент начала и окончания искрового разряда устанавливают путем перемещения поршня до ВМТ и обратно, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за счет обеспечения оптимального времени искрообразования, при установке момента начала и окончания искрового разряда дополнительно изменяют величину уровня высокочастотного напряжения, пропорционально данным центробежного и вакуумного регуляторов. 2. Система зажигания горючей смеси в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания, содержащая источник постоянного тока, который имеет плюсовую и минусовую, которая соединена с общей шиной, клемму питания, преобразователь постоянного напряжения в высоковольтное импульсное напряжение, одноэлектродные свечи зажигания, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности за счет обеспечения оптимального времени искрообразования и упрощения, введен регулируемый стабилизатор напряжения, вход которого соединен с плюсовой клеммой источника постоянного тока, выход которого соединен с входом преобразователя постоянного напряжения и высоковольтное импульсное напряжение, выход которого соединен с электродами свечей.