Способ электрического зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего горения Советский патент 1934 года по МПК F01P7/16 

В отличие от всех существующих систем электрического зажигания рабочих смесей в цилиндрах двигателей внутреннего горения предлагаемый способ основан на получении электрической искры в свече цилиндра двигателя не с помощью магнето, аккумулятора или динамомашины, а с помощью прямого пьезоэлектрического эффекта.

Как известно, прямой пьезоэлектрический эффект в кристаллах заключается в том, что при давлении на кристалл по его электрической или механической оси на гранях кристалла в направлении давления образуются электрические заряды. При этом количества выделивщихся зарядов электричества прямо пропорциональны сдавливающим силам и не зависят от геометрических размеров кристалла.

Многочисленные опыты и исследования показали, что кристаллы сегнетовой соли ( 4Н.О) дают наибольший пьезоэлектрический эффект. Этот огромный по сравнению со всеми пьезоэлектрическими кристаллами эффект и используется в предлагаемом способе электрическЬго зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего горения.

Устройство для осуществления предлагаемого способа заключается в том, что кулачный диск, соединенный с распределительным валом двигателя, для

получения в нужный момент искры в свече цилиндра, сообщает пластинке, вырезанной из кристалла сегнетовой соли, давление порядка 10-15 кг. Электроды кристалла включены в первичную обмотку индукционной катушки. По достижении максимума напряжения на электродах кристалла, соответствующего верхней мертвой точке в цилиндре двигателя, прерыватель обрывает цепь первичной обмотки и получающийся вследствие этого экстраток размыкания воз буждает во вторичной обмотке катушки ток высокого напряжения (12000- 18000 V), который с помощью распределителя дает искру в свече соответствующего цилиндра.

Предлагаемый способ зажигания имеет следующие преимущества перед существующими, а именно: простота и, вследствие этого, большая надежность конструкции в эксплоатации благодаря отсутствию вращающихся магнитных масс, обмоток, коллекторов и пр., что, в свою очередь, значительно упрощает электрическую схему; легкость и компактность, вследствие отсутствия массивной магнитной системы или аккумулятора, что имеет исключительно больщое значение для авиационных двигателей; простота и дещевизна изготовления приборов, делающая предлагаемый способ экономически более выгодным; отсутствие какой-либо необходимости в специальных пусковых приспособлениях (пусковые магнето и np.)i что также дает большие экономические, конструктивные и весовые преимущества предлагаемого способа зажигания.

Все эти преимущества имеют исключительно значение для авиационных двигателей, для которых вопросы легкости, компактности и надежности конструкции имеют первостепенное значение.

На чертеже изображена механическая часть и схема электрических соединений устройства для осуществления предлагаемого способа электрического зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего горения, в случае его применения к 12-цилиндровому авиационному двигателю с двойным зажиганием, т. е. с двумя свечами в каждом цилиндре.

Кулачный диск 7, получающий вращение от распределительного вала двигателя, имеет число выступов соответственно числу цилиндров двигателя и углу между ними, соответственно порядку зажигания (в данном случае 12 выступов с углом между ними в 30°).

При вращении кулачного диска 1 его выступы набегают на плотно прижатые пружинами 25 и 26 пятки 4 и 5 рычагов 2 л 3 прерывателей. В момент прохождения выступов диска под пятками рычагов, соответствующий верхней мертвой точке поршня в одном из цилиндров двигателя, поворотные рычаги 3 л 4 сообщают через плоские пружины 25 и 26 давление порядка 10-15 кг (в зависимости от качества кристаллов) обой.мам 11, 12.

В пьезоэлектрических элементах, образованных обоймами //, 12, для усиления эффекта используются по две пластинки кристаллов 13, 14 и 15, 16 сегнетовой соли, положенные так, чтобы одинаковые заряды выделялись на электродах 18 и 21, изолированных от чассы двигателя, а противоположные по знаку заряды выделялись на электродах 19, 17 и 20, 22, соединенных с корпусом пьезоэлектрических элементов и металлической массой двигателя. Возникающий при резком увеличении давления электрический ток проходит с электродов -7(9 и 27 через первичные обмотки индукционных катушек 27, 29 и 28, 30 к контактам 7, 9 прерывателей, изолированным от массы, с них на контакты 6, 8 рычагов 5, 2 и через массу двигателя 37 к электродам 77, 19 и 20, 22 возвращается на пластинки кристаллов сегнетовой соли.

В момент, соответствующий максимальному давлению и максимальной силе тока, т. е. при прохождении выступа диска 7 под пяткой рычагов 2, 3 происходит разрыв первичной цепи с помощью размыкания контактов 6, 7 я S, 9. Это вызывает экстраток размыкания з первичных цепях, дающий резкое повышение напряжения во вторичных обмотках индукционных катушек. Ток высокого напряжения проходит через распределители 31 и 32 обычного устройства и питает свечи 35 цилиндра, в котором в данный момент должна произойти вспышка рабочей смеси. Побегушки 33 и 34 распределителей сидят на одной оси с кулачным диском 7 и поэтому прохождение выступа под пяткой рычага всегда совпадаете касанием электрода побегушки одной из секций распределителя.

Напряжение в момент искрообразования на электродах сзечи должно достигать (в зависимости от типа двигателя, степени сжатия и пр.) 12000 - 18000V. Для получения такого напряжения необходимо создать во вторичной обмотке к моменту размыкания контактов прерывателя напряжение порядка 1000-2500 V, что при соотношении витков вторичной и первичной обмоток 40-50 будет соответствовать первичному напряжению 20-40 V. Две пластинки кристаллов сегнетовой соли при надлежащей обработке и достаточно большом давлении способны дать такое напряжение при достаточной для зажигания смеси силе тока.

При этом напряжение, даваемое кристаллом, совершенно не зависит от числа оборотов двигателя и остается постоянным для всех режимов раоотьт.

Как известно, специальны.,пусковые приспособления вводятсялотому, что при запуске двигателя во вторичной обмотке магнето не создается достаточной резкости изменения магнитного поля, т. е. быстроты вращения якоря. Независимость предлагаемого способа зажигания