Электронная система зажигания геладзе для дизельных двигателей

 

1. Электронная система зажигания для дизельных двигателей с непосредственным BniAKKOM топлива в UKnwwptt, содержащая функционально связанные с валом двигателя распред литель высокого напряжения, транзисторный преобразователь напряжения, выходная обмотка трансформатора которого соединена с ротором распределителя высокого, напряжения через центральный электрод крышки распределителя , боковые электроды которой соединены с искровыми свечами зажигания, отличающаяся тем, что, с целью снижения расхода топлива и токсичности выхлопных газов, ротор выполнен в виде кольца или диска с одним основным и тремя дополнительшлш секторёми, центральные углы которых друг другу, а отношения радиусов первого, второго и третьего дополнительных секторов к р адиусу основного сектора соответственно ргшны 0,97-0,86 ,89 и 0,985-0,90

, SU„„1023131

СОЮЗ О:ЕЕТСНИХ

СОЦ)4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (я) Р Вг. Р 3 04

/ 1 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГССУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 2918750/18-21 (22) 05.05.80 (46) 15..06.83. Вюл. Р 22 (72) И.A.Ãåëàäçå, В.И. Геладэе и A.È.Ãåëàäýå (53) 621.43.044 ° 9 (088.8) (56) 1. Байков:Б.П. и др. Дизели. Под общей ред. В.A.BàíøåéäTà.ÿ др., Л., Машиностроение!, "1977, с.335-.

346.

2. Авторское свидетельство СССР

9 758811 кл. F 02 P 3/04, 1977. (54) ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

ГЕЛАДЗЕ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (57) 1. Электронная система зажигания для дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры, содержащая функционально связанные с валом двигателя распределитель высокого напряжения, транзисторный преобразователь напряжения, выходная обмотка трансформатора которого соединена с ротором распредели- теля высокого. напряжения через центральный электрод крышки распределителя, боковые электроды которой соединены с искровыми свечами зажигания, отличающаясятем, что, с целью снижения расхода топлива и токсичности выхлопных газов, ротор вы- полнен в виде кольца или диска с одним основньве и тремя дополнительньвеи секторами, централвные углы которых равны друг другу, а отношения радиу" сов первого, второго и третьего дополнительных секторов к радиусу ос- Е .ионного сектора соответственно. рав- ны 0,97-0,86 0 98-0,89 и 0 985-0>90

102 З1З1

2. Система зажигания по и. 1, о тл и ч а ю щ à s с я тем, что функциональная связь распределителя с валом

Изобретение относится к двигателестроению и касается двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива в цилиндры, преимущественно дизельных двигателей. 5

Известна электрическая система зажигания дизельного двигателя, содержащая источник питания постоянного тока, включатель с самовозвратом, свечи накаливания и топливную аппара 1 туру, включающую топливный насос с регуляторами опережения впрыска топлива и частоты вращения коленчатого вала и форсунки.

В этой системе накаленная спираль свечи при запуске двигателя подогревает поступающий в цилиндр воздух.

Вследствие повышения давления в конце процесса сжатия и благодаря наличию в камере сжатия нити накаленной спирали достигается дальнейшее резкое повышение температуры смеси воздуха с остаточными газами, чем облегчается самовоспламенение впрыснутого в цилиндр топлива и запуск двигателя (1). 25

Однако на нагрев спиралей при запуске двигателя эта система потребля" ет большой разрядный ток, а на остальных режимах двигатель работает по классической схеме — без пастороннегоЗО источника воспламенения, т.е. самовоспламенением топлива от сжатия, имекщим длительный период развития предпламенной реакции, что кредопре" деляет увеличение длительности перио-35 да задержки воспламенения.

Кроме того, эта система не обеспечивает расширения первоначальных пределов воспламенения, уменьшения перно да задержки воспламенения и устойчи-.4О вого воспламенения и сжигания бедных смесей на всех режимах работы двигателя. Поэтому работа дизельного двигателя по-прежнему сопровождается массовой неполнотой сгорания топлива,, выбросом в атмосФеру воздуха большогоколичества токсичных веществ, резким увеличением работы сжатия и уменьшением работы расширения, а все это приводит к нерациональному расходованию топлива, к снижению моторесурса двигателя и к увеличению его металлоемкости.

Известна также электронная система зажигания, содержащая источник пита-! . ния постоянного тока, источник высо- 55 двигателя выполнена, например, посредством регулятора опережения впрыска топлива.

2 кочастотных импульсов высокого напря жения, например, в вИце транзисторно.го преобразователя напряжения, Функ- ционально связанный с валом двигателя распределитель высокого напряжения, например, в виде механического распределителя, включающего ротор, снабженный токоразносным электродом в виде сектора, центральный угол ко" торого выбирают в пределах 110-160, и крышку распределителя с централь ным электродом, к которому подсоединен один конец выходной обмотки трансформатора преобразователя, и с боко" выми электродами, которые подсоединены к свечам зажигания, в которых размеры зазоров между центральным и боковым электродами и центральным электродом и внутренней кромкой,торца юбочки свечи выполняют равными между собой и, например, для свечи с диаметром йарезнои части N18 эти зазоры выполняют равными 4,5 и 4,5 мм.

В этой системе от начала моМента о зажигания до 110-160 поворота коленчатого вала на свечи подают высокочастотные импульсы высокого напряжения, частоту следования которых выL бирают в пределах 2,5-40 кГц. Поэтому возникающими в межэлектродных промежутках свечи с размерами зазоров

4,5 и 4,5 мм электроискровыми разрядами в виде снопа и сопровождающими их явлениями, например расщеплением в каналах искровых разрядов молекул реагирующих веществ на.свободные атомы и радикалы, высокочас" тотными высоковольтными электромагнитными полями, возникающими вокруг искровых разрядов и электродов свечи (проводников с током), прохождением тока через реагирующие вещества и до-. полнительным теплом, выделяемым в каналах искровых разрядов, обеспечивается в течение примерно всего такта рабочего хода неперывное и непосредственное каталитическое воздействие на процессы воспламенения и сжигания горючей смеси, чем повышается ско-.. рость и полнота протекания химической реакции горения (2).

Недостатком этой системы является то, что воспламенение и.сжигание горючей смеси обеспечивается только, искровыми разрядами при значительно более низкой степени сжатия и,темпе. ратуре в конце процесса сжатия, чем

1023131 это имеет место в дизельных двигателях внутреннего сгорания °

Цель Изобретения - снижение расхо" да топлива и токсичности выхлопных газов за счет обеспечения расширения пределов воспламенения, уменьшения периода задержки воспламенения и устойчивого воспламенения и сжигания бедных смесей на всех режимах работы двигателя.

IIocтавленная цель достигается тем, ) что в электронной системе зажигания для дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры, содержащей функционально связанный с валом двигателя распределитель высо- 35 кого напряжения, транзисторный преобразователь напряжения, выходная обмотка трансформатора которого соединена с ротором распределителя высокого на-. пряжения через центральный электрод р() крышки распределителя, боковые электроды которой соединены с искровыми свечами зажигания, ротор выполнен в виде кольца или диска с однИм основньм и тремя дополнительными сектора« д ми, центральные углы которых равны друг другу, а отношения радиусов первого, второго и третьего дополнительных секторов к радиусу основного сек. тора соответственно равны 0,97-0,86)

0 98-0,89 и 0,985-0,90.

Прн этом функциональная связь распределителя с валом двигателя выполнена, например, посредством регулятора опережения впрыска топлива.

На чертеже схематически изображена электронная система зажигания, например, для четырехтактного иетырехцилиндрового дизельного двигателя с непосредственным впрыском-топлива в цилиндры. 40

Электронная система содержит источник 1 литания постоянного тока, положительный полюс которого соединен с замком зажигания 2, а отрицательный — с массой двигателя, источ,ник высоквчастотных импульсов высокого напряжения, выполненный в виде транзисторного преобразователя напряжения, размещенного в двух блокахэлектронном 3 и трансформаторном 4, соединенных между собой разъемом 5, причем блок 3 размещен„ например, в кабине водителя, а трансформатор 4 в моторном отсеке. Начало выходной обмотки трансформатора 4 соединено с массой двигателя, а конец 6 обмоткис центральным электродом крышки.7 распределителя 8 высокого напряжения.

Боковые электроды крыаки 7 (иа чертеже крышка показана условно) распределителя соединены соответственно с ус-б() тановленными в цилиндрах 9 - 12 дви- . гателя искровыми свечами зажигания

13-16 (в соответствии с установленным порядком работы цилиндров, например, 9, 11 12 и 10), с диаметром íà- 65 резной части, в которых размери зазоров между центральным и боковым электродами и центральным электродом и внутренней кромкой торца юбочки. свечи .выполнены равными в 4,5 мм.Ротор 17,, размещенный на ве(хнем конце валика распределителя, выполнен в виде кольца или диска с тремя дополнительными секторами 18-20 н одним основным сектором 21, центральные углы которых выполнены равными 90©каждый; а отношение радиуса первого 18, второго 19 и третьегo 20 дополнительных секторов к радиусу основного сектора 21 выбрано в пределах: 0,97-0,86, 0,980,89, 0,985-0,90 соответственно. Так, например, если эти соотношения выбра ны равными 0,86, 0,89 .и 0,96, радиус основного сектора 21, как, и в известном распределителе, взят равным 30 мм, а зазор между образукщей основного сектора 21 и бокову электродом крышки распределителя 7 (допуск которого

s известном распределителе равен 0 30,8 мм) выбран равным 0,6 мм, то радиус основного сектора 21 равен 30 мм, " первого дополнительного 18-25,8 мм, второго дополнительного 19-26,7 мм и третьего дополнительного 29-28,8 мм, а зазоры между боковыми электродами крышки 7 распределителя 8 и образующими основного сектора 21, первого дополнительного сектора 18, второго дополнительного сектора 19-3,9 мм и третьего дополнительного сектора 20 равны 0,6 мм, 4,8 мм, 3,9 мм. и 18 мм соответственно. Приведенными соотно шениями для выбора радиусов дополнительных секторов 18-20 ротора 17 достигается получение соответствукщих зазоров между секторами 18-21 ротора

17- и боковыми электродами крышки 7 распределителя 8. Этим обеспечивается соответствующее распределение (регулирование) энергии, выделяемой в искровых разрядах между электродами искровых свечей зажигания 13-16, по тактам рабочего цикла двигателя в соответствии с условиями развития процесса ударной ионизации при данном состоянии среды, при данном такте .т.е. обеспечивается получение следую" щих уровней энергии, выделяемой в искровых разрядах: в течение такта рабочего хода — номинальной, а в периоды остальных тактов -,номиналвной или несколько сниженной энергии по сравнению с номинальной, но не ниже энергии коронного разряда,.а выбранные величины центральных углов секторов

18-21 обеспечивают перекрытие тактов рабочего цикла двигателя.

Функциональную связь распределителя высокого напряжения с валом двигателя возможно осуществить множеством кинематических и электрических связей. Однако обязательным условием для

1023131 осуществления поставленной цели является синхронизация подачи на искровые свечи зажигания 13-16 искровых.разрядов номинальной мощности от момента впрыска топлива до конца такта рабочего хода. Это осуществляется посред- 5 ством кинематической связи распределителя высокого напряжения с регулятором опережения впрыска топлива. Для этого шлиц на нижнем конце приводно,го валика 22 распределителя высокого 10 напряжения посредством муфты привода входит в зацепление со втулкой приводного механизма, имеющего ведомую 23 и ведущую 24 шестерни, которые выполнены, например, в корпусе 25 регулятора частоты вращения вала двигателя топливного насоса 26 с регулятором опережения впрыска топлива 27 так, что на шейке кулачкового вала 28 топливного насоса 26 выполнена ведущая шестерня 24, входящая в зацепление с ведомой шестерней 23 с передаточным соотношением 1:1, форсунки 29-32 связаны с топливным насосом 26, а отсос ная трубка 33 связывает внутренний объем крышки 7 распределителя 8 со всасывающим трактом двигателя (не показан).

Система зажигания работает следую" щим образом. 30

Переднюю кромку основного сектора

21 ротора 17 распределителя 8 устанавливают с опережением момента впрыска топлива в первом цилиндре 9 на

3-5 . При включении замка зажигания 2 35 и вращении коленчатого вала двигателя от положительного полюса источника питания 1 на вход электронного блока 3 транзисторного преобразователя напряжения с трансформатором 4 40 поступает положительное напряжение, вследствие чего транзисторный преобразователь возбуждается. От конца 6 выходной обмотки трансформатора 4 высокое напряжение, например, с час- 45 тотой следования. 5 кРц, амплитудой

20 кВ и формой импульсов близкой к прямоугольной, с длительностью фронтов 6 мкс через центральный электрод крышки 7, секторы 18-21 ротора 17 и боковые электроды крышки 7 одновре- 5О менно и непрерывно поступает на свечи 13-16, установленные в цилиндрах

9-. 12 двигателя. Очевидно; что одновременную подачу высокочастотных импульсов высокого напряжения на все

1 .свечи 13-16 в течение тактов рабочего цикла двигателя возможно обеспечить не только известными механическими или электронными распределителями высокого напряжения, но и посред- 60 ством, например, искровых разрядников, путем подсоединения их входов к одной точке конца 6 выходной обмотки .трансформатора 4 преобразователя и подсоединением выходов разрядников к свечам зажигания 13-16. При этом искровыми разрядами в виде снопа и сопровождающими их явлениями, возникающими с частотой следования 5 кГц в межэлектродных промежутках свечей

13-16 с размерами зазоров 4,5 мм, достигается непрерывное и непосредственное каталитическое воздействие на процессы рабочего цикла дизельного двигателя, что выражается в следующем.

В течение такта выхлопа от дополнительного сектора 18 через зазор

4,8 мм в зазорах свечи 13 цилиндра 9 в среде раскаленных газов с наилучшими условиями проводимости электричества возникают электроискровые разряды номинальной мощности или несколько сниженной энергии по сравнению с номинальным, но не ниже энергии коронного разряда. Этим обеспечивается непрерывное расщепление частиц продуктов сгорания и изменения структуры их молекулярного строения, дожигание несгоревших частиц топлива и всевозрастающее повышение концентрации ионизированных частиц остаточных газов °

В течение такта всасывания с сектора 19 через зазор равный 3,9 мм в зазорах свечи 14 цилиндра 10 в среде с повышенной концентрацией ионизированных. частиц смеси воздуха с остаточными газами с хорошими условиями проводимости электрического тока возникают искровые разряды номинальной мощности или несколько сниженной энергии по сравнению с номинальным, но не ниже энергии коронного разряда.

При этом обеспечивается интенсивное перемешивание ионизированных частиц остаточных газов с частицами поступающего свежего заряда воздуха и расщепление частичек смеси воздуха с оста- . точными газами на свободные атомы и радикалы. Из некоторой части кислорода воздуха синтезируется трехатомный кислород — озон. Причем концентрация активизированных частиц и озона в объеме смеси все время повышается.

В течение такта сжатия до 3-5 перед впрыском топлива от сектора 20 через зазор равный 1,8 мм в зазорах свечи 16 цилиндра 12 с повышенной концентрацией активизированных частиц смеси воздуха с остаточными газами, способствующими улучшению проводимости электрич ского тока, возникают искровые разряды номинальной мощности или несколько сниженной энергии по сравнению с номинальным, но не ниже энергии коронного разряда.

Этим обеспечивается дальнейшее повышение концентрации свободных атомов и радикалов, а также повышение концентрации активизированных частиц и озона. Движение ионов в высокочастотном высоковольтном электромагнитном поле вызывает усиленный теплооб1023131

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.Ïðoåêòíàÿ,4 мен и перемешивание частичек смеси воздуха с остаточными газами, что споосбствует равномерному распределению температуры и частичек и объеме смеси. Вместе с этим по мере увеличения давления среды все время увеличи- 5 вается количество дополнительного тепла, выделяемого в каналы искровых разрядон, повйшая этим температуру конца процесса сжатия до впрыска топлива н цилиндр. 3a 3-5 до впрыска топ>О лина в цилиндр 12 Форсункой. 32 от основного сектора 21 через зазор размером 0,6 мм в зазорах свечи 16 цилиндра 12 возникают искровые разряды номинальной мощности, и в момент впрыска 15 топлива обеспечивается его комбинированное воспламенение; как самовоспламенение от сжатия, так и искровыми разрядами. Причем в момент впрыска топлива мельчайшие его .частицы, испа-2О рившиеся в среде раскаленных газов, сталкиваясь с молекулами трехатомиого кислорода и с заряженными частицами смеси воздуха с остаточными газа- ми, увлекаются ими и ионизируются, приобретая прк этом повышенное значе. ние внутренней энергии по сравнению со значением этой величины при данной температуре„ что приводит к ускорению развития првдпламенных реакций.

Одновременно с этим молекулы топлива: активизируются путем Нх разложения и каналах искровых разрядов на свободные атомны и радикалы - атомарный кислород и водород, предстанлякщий собой особенно активный реакционный ра-З5 дикал, энергично вступакщий в реакцию горения. Повышается концентрация активизированных частиц и активных центров горения, чему способствует также высокая исходная температура конца 40 сжатия. Все это обеспечивает расширение пределов воспламенения и резкое сокращение периода задержки воспламенения, а следовательно, и уменьшение угла опережения нпрыска.топлива. 45

В течение такта рабочего хода от основного сектора 21 через зазор

0,6 мм в межэлектродных промежутках свечи цилиндра возникают искровые разряды номинальной мощности, чем обеспечивается непрерывное и непосредственное каталитическое воздействие искровыми разрядами на процессы воспламенения к сжигания горючей смеси. Причем процессы, происходящие прк этом такте, аналогичны процессам, происходящим при вышеперечисленных тактах, с той разницей, что в этом случае искровые разряды и сопровождающие их явления воздействуют уже на реагирукщие вещества и кепос- бО редственно на процесс горения, чем обеспечивается поджиг всего, что ещеВНИИПИ Заказ 4181/24 может гореть к дожигание несгоревших частиц топлива. Совокупность этих

1 акторон обеспечинает повышение скорости к полноты химической реакции горения.

Таким образом, сочетание процессов предварительного повышения химической активности реагирукщей систе-. мы в течение тактов выхлопа, всасывания и сжатия, совместного (комбинированного) воспламенения топлива re дизельному процессу и посторонним зажиганием и дальнейшего каталитического воздействия н течение такта рабочего хода на процессы воспламенения и сжигания топлива по сравнению с дизельным процессом или карбюраторных двигателей позволяет получить су- щественные преимущества.

При одном обороте ротора 17, т е. при полном рабочем цикле двигателя, вышеуказанные процессы последовательно повторяются н каждом цилиндре 8-11.

С целью осуществления изобретения в двухтактных или многоцилиндровых двигателях осуществляют соответствую-. щий выбор передаточного соотношения между валом двигателя и приводным механизяом распределителя зажигания

8 или же ротор 17 и боковые электро« ды крьюнси 7 распределителя 8 выполняют многоярусными.

Изобретение можно использовать в бензиновых двигателях с непосредственным нпрыском топлива в цилиндры.

Использование предлагаемой злект», ронной системы зажигания в двигателях с непосредственным нпрыском топлива в цилиндры и с самовоспламенением от сжатия по сравнению с известными системами обеспечкнает надежное воспламенение к сжигание на всех режимах работы двигателя бедных смесей,. многосортность топлива с неограниченной величиной октанового числа †.двигатель становится всеядным; ослабление влияния длительности периода задержки воспламенения на скорость нарастания давления к максимальное использование конструктивных особенностей данного двигателя по ходу поршняв части повышения степени сжатия снижение расхода топлива на 15-20%, уменьшение дымности и токсичности отработавших газов облегчение процесса запуска двкгагеля, расширение рабочего диапазона по числу оборотов к устранение перебоев в работе двигателяу уменьшение вибрации, снижение уровня шумов и повышение моторесурсов двигателя.

Все это дает определенный техникоэкономический эффект в народном хо- зяйстве.

Тираж 550 Подписное