СПОСОБ УСТАНОВКИ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02P23/04 

Изобретение относится к системам зажигания для бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно может быть использовано для зажигания горючей смеси в ДВС с помощью СВЧ-разряда.

Известна система зажигания для бензинового ДВС, в которую входят прерыватель-распределитель, катушка зажигания, свечи, наконечники свечей и соединяющие провода. Прерыватель-распределитель состоит из прерывателя тока низкого напряжения, распределителя высокого напряжения, центробежного и вакуумного регулятора опережения зажигания и октан-корректора (Фучаджи К. С. Стрюк Н. Н. Автомобиль ЗАЗ-968М. М. Транспорт, 1989, с. 237-240).

Недостатком этой системы зажигания является сложность конструкции, большая трудоемкость изготовления, недостаточная надежность работы при обедненных горючих смесях, ненадежность работы распределителя тока высокого напряжения и разрегулировка опережения зажигания во времени.

Известна также система зажигания для бензинового ДВС, принятая за прототип изобретения, содержащая электронный блок выработки синхроимпульса, датчик угла поворота коленчатого вала (КВ), СВЧ-генератор, линию передачи, коаксиальный резонатор, возбудитель резонатора и излучатель СВЧ-энергии. Кроме того, система содержит датчик разряжения. К входу линии передачи подключен выход генератора, а к выходу возбудителя резонатор. Излучатель подсоединен к внутреннему проводу резонатора и введен в камеру сгорания цилиндра ДВС.

Электронный блок имеет два входа и один выход, который подключен к выходу СВЧ-генератора. На один вход блока поступает сигнал с датчика разряжения, а на другой с датчика угла поворота КВ. Электронный блок вырабатывает синхроимпульс, который включает СВЧ-генератор. Энергия этого генератора по линии передачи поступает в резонатор, а из него через излучатель в камеру сгорания цилиндра ДВС, где происходит высокочастотный пробой на массу и воспламенение горючей смеси.

В этой системе угол опережения зажигания устанавливается по сигналам с датчика разряжения и при езде в горной местности он может не соответствовать оптимальному углу.

Техническим результатом изобретения является точное соответствие значения угла опережения зажигания частоте вращения КВ и его неизменность во времени. Упрощение конструкции для многоцилиндровых ДВС.

Этот результат достигается благодаря тому, что устанавливают угол опережения зажигания для бензиновых ДВС в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала, которое преобразуют в изменение частоты f_г колебаний СВЧ-генератора, энергию, вырабатываемую последним, направляют в надпоршневое пространство цилиндра двигателя, образующее перестраиваемый объемный резонатор с переменной собственной частотой f_р. Изменяют эту частоту в зависимости от положения поршня в пределах, соответствующих максимальному и минимальному значениям угла опережения зажигания, в этих же пределах изменяют частоту СВЧ-генератора, причем ее максимальное значение соответствует максимальной, а минимальное минимальной частоте вращения коленчатого вала, а зажигание горючей смеси производят от СВЧ-разряда в резонаторе в момент, когда f_р=f_г.

Технический результат достигается с помощью устройства, работающего по описанному способу. Это устройство содержит СВЧ-генератор, линию передачи, размещенные в каждом цилиндре ДВС резонатор и возбудитель резонатора, переменные конденсаторы и разрядники по числу цилиндров, преобразователь частоты вращения коленчатого вала двигателя в изменение частоты генератора и циркулятор, количество плечей которого на два больше числа цилиндров, и согласованную нагрузку.

Вход линии передачи соединен с выходом генератора, а ее выход с первым плечом циркулятора, последнее плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, а остальные подключены к возбудителям резонаторов соответствующих цилиндров. Генератор выполнен перестраиваемым по частоте, резонаторы объемными, перестраиваемыми по частоте, и каждый из них образован верхней полостью цилиндра двигателя и его поршнем. Обкладки переменных конденсаторов выполнены в виде выступов на головках цилиндров и поршнях. Разрядники выполнены в виде острия, которые закреплены на одной из обкладок конденсаторов. Вход преобразователя соединен с частью двигателя, несущей информацию о частоте вращения коленчатого вала, а его выход соединен с управляющим входом генератора.

Отличительными признаками способа являются: изменение частоты вращения коленчатого вала, преобразование этой частоты в изменение частоты f_г колебаний СВЧ-генератора, направление энергии генератора в надпоршневое пространство цилиндра двигателя, которое образует перестраиваемый объемный резонатор с переменной собственной частотой f_р, изменяющееся в зависимости от положения поршня в пределах, соответствующих максимальному и минимальному значениям угла опережения зажигания, изменений в этих же пределах частоты генератора. Причем максимальное значение частоты генератора соответствует максимальной, а минимальное минимальной частоте вращения коленчатого вала. Кроме того, зажигание рабочей смеси производят от СВЧ-разряда в резонаторе в момент, когда f_p=f_г.

Отличительными признаками устройства являются переменные конденсаторы и разрядники, количество которых равно числу цилиндров двигателя, циркулятор, количество плечей которого на два больше числа цилиндров, преобразователь частоты вращения коленчатого вала двигателя в изменение частоты СВЧ-генератора и согласованная нагрузка. Генератор выполнен перестраиваемый по частоте, резонаторы выполнены объемными, перестраиваемыми по частоте, обкладки переменных конденсаторов выполнены в виде выступов на головках цилиндров и поршнях. Каждый из разрядников выполнен в виде острия, закрепленного на одной из обкладок. Вход преобразователя соединен с частью двигателя, несущей информацию о частоте вращения коленчатого вала, а его выход с управляющим входом генератора. Первое плечо циркулятора соединено с выходом линии передачи, последнее с согласованной нагрузкой, а остальные подключены к возбудителям резонаторов соответствующих цилиндров.

Чем больше скорость вращения КВ, тем больше должен быть угол опережения зажигания, и наоборот, чем меньше частота вращения КВ, тем меньше угол опережения зажигания. Способ и устройство обеспечивают выполнение этого требования. Преобразователь частоты вращения КВ ДВС вырабатывает сигнал, амплитуда которого пропорциональна частоте вращения КВ, который обеспечивает перестройку частоты СВЧ-генератора в пределах изменения собственной частоты резонаторов, соответствующих максимальному и минимальному углу опережения зажигания. Большая частота собственных колебаний соответствует большему объему резонатора, а следовательно, и большему углу опережения зажигания, а меньшая частота меньшему объему резонатора и меньшему углу опережения зажигания.

Зажигание горючей смеси происходит от СВЧ-разряда в резонаторе в момент, когда f_р=f_г, так как в этот момент волновое сопротивление резонатора становится равным волновому сопротивлению возбудителя.

На фиг. 1 представлена структурная и кинематическая схемы устройства; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, линию 2 передачи СВЧ-энергии; циркулятор 3, согласованную нагрузку 4, объемный резонатор 5, возбудитель 6 резонатора, обкладки 7 и 8 переменного конденсатора, разрядник 9, цилиндр ДВС 10, поршень 11 цилиндра, коленчатый вал 12 (КВ) ДВС, преобразователь 13 частоты вращения КВ ДВС в изменение частоты генератора, источник 14 электропитания СВЧ-генератора.

Генератор 1 выполняется перестраиваемым по частоте и может работать в режимах непрерывного или импульсного генерирования. В качестве такого генератора может быть применен клистрон с электронной перестройкой частоты или автогенератор на транзисторе с резонансным контуром, перестраиваемым с помощью варикапа.

Линия 2 может быть выполнена из отрезков волновода или коаксиального кабеля, циркулятор 3 ферритовым с числом плеч на два больше числа цилиндров ДВС; нагрузка 4 в виде закороченного с одного конца отрезка волновода или коаксиального кабеля, внутри которого помещен клин из материала с большим омическим сопротивлением; резонатор 5 перестраиваемым и образован полостью между стенками, головками цилиндра и поршня.

Возбудитель 6 может быть выполнен в виде петли связи, плоскость которой параллельна оси цилиндра, введенной в цилиндр через его боковую стенку, или штыря, введенного через отверстие в головке цилиндра, параллельно его оси.

Обкладки 7 и 8 переменного конденсатора могут быть выполнены в виде выступов, расположенных по середине головки цилиндра и поршня. Разрядник 9 выполняется в виде острия, закрепленного на одной из обкладок конденсатора.

Цилиндр 10 является цилиндром ДВС, поршень 11 поршнем цилиндра ДВС, коленчатый вал 12 коленчатым валом ДВС; преобразователь 13 может быть выполнен в виде тахогенератора, источник 14 в виде аккумулятора с преобразователем напряжения.

Устройство для осуществления способа содержит генератор 1, линию 2 передачи, циркулятор 3, нагрузку 4, резонатор 5, возбудитель 6, обкладки 7 и 8 конденсатора, разрядник 9, цилиндр 10, поршень 11, вал 12 и преобразователь 13.

Вход линии 2 соединен с выходом генератора 1, а выход линии с входом циркулятора 3, последнее плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, а среднее подключено к возбудителю 6 резонатора 5. Вход преобразователя 13 соединен с валом 12, а его выход с управляющим входом генератора 1.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от частоты вращения вала 12 изменяется амплитуда сигнала на выходе преобразователя 13, который управляет частотой колебаний генератора 1. Энергия, вырабатываемая генератором, через линию 2 поступает на вход циркулятора 3, с выхода которого энергия генератора поступает на вход возбудителя 6 и, в случае когда f_р=f_г, поступает в резонатор 5, так как в этом случае волновые сопротивления возбудителя и резонатора согласованы, и в резонаторе происходит СВЧ-разряд, который воспламеняет горючую смесь.

В случае, когда f_р≠f_г, волновые сопротивления возбудителя и резонатора несогласованы, энергия генератора отражается от входа резонатора и поступает в третье плечо циркулятора 3, а из него в нагрузку 4.

Чес больше частота вращения вала 12, тем больше напряжение на выходе преобразователя 13 и тем больше частота f_г. Поэтому пробой резонатора наступает при большем его объеме, т.е. при большем удалении головки поршня от верхней мертвой точки, и тем самым происходит автоматическое регулирование опережения зажигания. При уменьшении оборотов двигателя частоты вращения вала 12 напряжение на выходе преобразователя 13 уменьшается, уменьшается частота колебаний генератора, поэтому пробой резонатора наступает при меньшем объеме резонатора 5, т.е. при меньшем удалении головки поршня от верхней мертвой точки.

Сущность изобретения: в зависимости от частоты вращения коленчатого вала 12 двигателя изменяют выходную частоту f СВЧ-генератора 1, с помощью которого получают электрический разряд, воспламеняющий горючую смесь в камере сгорания. Стенки цилиндра, головка и поршень образуют объемный резонатор 5 с переменной собственной частотой, изменяющейся в пределах от f_{р . м а к с .} до f_{р . м и н .}, что соответствует максимальному и минимальному значению угла опережения зажигания. Воспламенение горючей смеси происходит в момент, когда f_р . = f_г .. Устройство для осуществления способа содержит СВЧ-генератор 1, резонаторы 5, количество которых равно числу цилиндров N, конденсаторы переменной емкости с обкладками 7, 8, разрядники 9, циркулятор 3 с N + 2 плечами и согласованную нагрузку 4. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ установки угла опережения зажигания для бензинового двигателя внутреннего сгорания в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала, отличающийся тем, что изменение частоты вращения коленчатого вала преобразуют в изменение частоты f_r колебаний СВЧ-генератора, энергию, вырабатываемую последним, направляют в надпоршневое пространство цилиндра двигателя, образующее перестраиваемый объемный резонатор с переменной собственной частотой f_p, изменяющийся в зависимости от положения поршня в пределах, соответствующих максимальному и минимальному значениям угла опережения зажигания, в этих же пределах изменяют частоту СВЧ-генератора, причем ее максимальное значение соответствует максимальной, а минимальное- минимальной частоте вращения коленчатого вала, а зажигание горючей смеси производят от СВЧ-разряда в резонаторе в момент, когда f_p = f_r. 2. Устройство для установки угла опережения зажигания для бензинового двигателя внутреннего сгорания, содержащее СВЧ-генератор, линию передачи, вход которой соединен с выходом генератора, и размещенные в каждом из цилиндров двигателя резонатор и возбудитель резонатора, отличающееся тем, что оно снабжено переменными конденсаторами и разрядниками, количество котовых равно числу цилиндров двигателя, циркулятором, количество плечей которого на два больше числа цилиндров, преобразователем частоты вращения коленчатого вала двигателя в изменение частоты генератора и согласованной нагрузкой, причем генератор выполнен перестраиваемым по частоте, резонаторы выполнены объемными, перестраиваемыми, и каждый из них образован верхней полостью цилиндра двигателя и его поршнем, обкладки переменных конденсаторов выполнены в виде выступов на головках цилиндров и поршнях, каждый из разрядников выполнен в виде острия, закрепленного на одной из обкладок, вход преобразователя соединен с частью двигателя, несущей информацию о частоте вращения коленчатого вала, а его выход соединен с управляющим входом генератора, первое плечо циркулятора соединено с выходом линии передачи, последнее - с согласованной нагрузкой, а остальные подключены к возбудителям резонаторов соответствующих цилиндров.