Пристрій форсажного запалювання двигунів внутрішнього згорання

Запропонований винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема до засобів оптимізації систем запалення двигунів внутрішнього згорання, реалізованих на базі контактних і транзисторно-контактних переривачів, що формують іскрові розряди для підпалення горючих сумішей, і може бути використаний для підвищення ефективності робочих режимів, якості згорання палива для широкого класу автомобілів, що експлуатуються в даний час. Фундаментальним принципом побудови відомих контактних систем запалення є генерація високовольтних імпульсів напруги, що формують іскрові розряди в свіча х запалення за допомогою високовольтних трансформаторних або автотрансформаторних перетворювачів [1, 2]. Відомі контактні системи запалення характеризуються наступними параметрами: максимальна напруга високовольтних імпульсів при заданих параметрах шунтуючо го опору розрядного проміжку - Rш і сумарної ємності ланцюга іскрового розряду, яка приведена до виходу генератора імпульсів напруги; рівень енергії іскрового розряду при фіксованій тривалості цього процесу; кількість іскрових розрядів, що виникають в процесі одного циклу підпалення цієї свічі запалення. Вищезазначені системи запалення двигунів внутрішнього згорання мають недоліки: складні у виготовленні та застосуванні, мають великі габаритні розміри, низьку надійність. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого винаходу є система запалення, що містить в собі котушк у запалення, первинну обмотку якої приєднано через контакти переривача до акумуляторної батареї, а вторинну обмотку одним з виводів під'єднану до спільної точки первинної обмотки, другим виводом - до порогового пристрою, що виконано у вигляді зустрічне ввімкнутих симетричних стовпів стабілітронів, які підключені між високовольтним виводом котушки запалення і центральним виводом переривача розподільника, що комутує високовольтні імпульси напруги між сукупністю свічок запалення двигунів внутрішнього згорання [3]. Принцип роботи системи запалення прототипа заснований на принципах пасивного порогового перетворювача імпульсів високовольтної напруги, які використовуються для підпалення іскрових проміжків свічок запалення. Відомо, що енергія ємкісної фази розряду імпульсу котушки запалення складає 1/2U2max Спр, де Спр приведена сумарна ємність ланцюга розрядного проміжку даної свічі запалення. Факторами, що безпосерньо впливають на процес підпалення, є: теплові ефекти, супутні іскровому розряду, фо то- та електроіонізація плазми іскрового проміжку тощо. Починається процес іскроутворення в момент розмикання контакта переривача-розподільника. До моменту перевищення імпульсом напруги катушки запалення деякої величини UКР потужність в ланцюгу паразитного навантаження даного іскрового проміжку практично не розсіюється. Величина Uкр визначається виразом: Uкр=Uдод+kUmax, де: Uдод - величина пробивної напруги додаткового іскрового проміжку; kUmax - величина, що обумовлена додатковим підпором однієї із зустрічне ввімкнених гілок введеного стовпа стабілітронів. Перевищення поточним значенням U імпульсу напруги котушки запалення критичної величини Uкр призводить до того, що наступний фронт зростання імпульсу високовольтної напруги миттєво впливає на основний розрядний проміжок свічі запалення, який за рахунок додатково збережених резервів імпульсної потужності та оптимальної форми еквівалентно перевищує рівень пікового значення відомої системи запалення Umax на 20-25%, що, дозволяє працювати з більшими розрядними проміжками свічок запалення порівняно з тими, які рекомендуються виробником двигуна внутрішнього згорання. При цьому видозмінюється перехід в індуктивну фазу розряду. Після падіння напруги на розрядному проміжку свічі нижче від рівня відсічки зустрічне ввімкненого стабілітронного стовпа в ланцюг іскрового розряду вводиться сумарний опір усіх запертих послідовно ввімкнених стабілітронів стовпа. При цьому невикористана потужність катушки запалення в індуктивній фазі розряду призводить до відновлення коливального характеру імпульсу високовольтної напруги, який характерний за формою для імпульсу при повній відсутності іскрового розряду. Саме для від'ємної частини напівхвилі імпульсної напруги др уга гілка симетрично ввімкненого стовпа стабілітронів зіграє ту саму роль, що й перша гілка для додатної напівхвилі імпульсу напруги. В результаті чого виникає додатковий іскровий розряд по відношенню до загальної кількості розрядів без додатково введених симетрично ввімкнених стовпів стабілітронів, які підвищують якість детонаційного спалення горючої суміші. Далі процеси іскроутворення протікають як і в відомих системах запалення і продовжуються до момента замикання переривача струму самоіндукції. Однак, вищезазначений пристрій форсажного запалення двигунів вн утрішнього згорання має такі недоліки: у зв’язку з тим, що кількість стабілітронів у стовпах моноблока - 12-14шт., їхній монтаж виконується в спеціальному корпусі, який підходить тільки для 4-х циліндрових двигунів, що звужує його галузь використання, або для встановлення на двигуни з більшим числом циліндрів потрібне додаткове кріплення; габаритні розміри моноблока (90х95х62мм) та вага (приблизно 300г) не дозволяють розміщувати його в підкапотному просторі деяких автомобілів; велика концентрація шкідливих речовин у вихлопних газах; великі витрати пального. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою форсажного запалення двигунів внутрішнього згорання, в якому за рахунок зниження втрат енергії іскрового розряду в паразитному шунтуючому опорі забезпечується підвищення крутизни переднього фронту високовольтного імпульсу напруги з одночасною інтенсифікацією процесу багаточисельного іскроутворення при збільшених розрядних проміжках, що надасть змогу знизити концентрацію шкідливих речовин у ви хлопних газах, забезпечити економію пального, підвищити потужність двигуна, покращити динамічні властивості автомобіля, полегшити запуск двигуна в холодну пору року. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрої форсажного запалення двигунів внутрішнього згорання, який містить катушку запалення, що генерує енергію іскрового розряду по виходу високовольтної обмотки, переривач-розподільник з центральним електродом, який комутує високовольтні імпульси напруги між сукупністю свічок запалення циліндрів двигуна внутрішнього згорання, пороговий пристрій виконано у вигляді одного стовпа газових розрядників, порог спрацьовування яких вибраний із співвідношення kUmax, де Umax - пікове значення імпульсу високовольтної напруги, що генерується відомою системою запалення. Суть винаходу пояснюється фігурою, де зображена електрична блок-схема запропонованого винаходу. Запропонований пристрій форсажного запалення двигунів внутрішнього згорання містить котушку 1 запалення, яка генерує енергію іскрового розряду на виході 2 високовольтної обмотки 3, переривач-розподільник 4 з контактом 5 і центральним електродом 6, що комутує високовольтні імпульси напруги між сукупністю свічок запалення циліндрів двигуна внутрішнього згорання 7, а також ввімкнений між високовольтною обмоткою 3 котушки 1 запалення і центральним електродом 6 переривача-розподільника 4 стовп газових розрядників 8 з фіксованим порогом відсічки, який вибирається із співвідношення kUmax, де Umax - пікове значення імпульсу високовольтної напруги, що генерується відомою системою запалення даного класу двигунів вн утрішнього згорання. Окрім того, пристрій містить акумуляторні батареї 9 та шунтуючий конденсатор 10. Працює запропонований пристрій на принципах порогового перетворювача генерованих імпульсів високовольтної напруги, які використовуються для підпалення іскрових проміжків свічок запалення 7. Відомо, що енергія ємкісної фази розряду імпульсу котушки запалення 1 складає ½ U2max Спр, де Спр - приведена сумарна ємність ланцюга розрядного проміжку даної свічі запалення. Факторами, що безпосередньо впливають на процес підпалення, є: теплові ефекти, супутні іскровому розряду, фото- та електроіонізація плазми іскрового проміжку тощо. Починається процес іскроутворення в момент розмикання контакта 5 переривача-розподільника 4. До моменту перевищення імпульсом напруги катушки запалення 1 деякої величини Uкр потужність в ланцюгу паразитного навантаження даного іскрового проміжку практично не розсіюється. Величина Uкр визначається виразом Uкр=Uдод+kUmax, де Uдод - величина пробивної напруги додаткового іскрового проміжку; kUmax - величина, обумовлена додатковим підпором введеного стовпа газових розрядників. Перевищення поточним значенням U імпульсу напруги котушки запалення 1 критичної величини Uкр призводить до того, що наступний фронт зростання імпульсу високовольтної напруги миттєво впливає на основний розрядний проміжок свічі запалення 7, який за рахунок додатково збережених резервів імпульсної потужності та оптимальної форми еквівалентно перевищує рівень пікового значення відомчої системизапалення Umax на 20–25 %, що, природно, дозволяє працювати зі збільшеними розрядними проміжками свічок запалення 7 порівняно з тими, що рекомендовані виробником двигуна внутрішнього згорання. При цьому видозмінюється перехід в індуктивну фазу розряду. Після падіння напруги на розрядному проміжку нижче від рівня відсічки стовпа газових розрядників в ланцюг іскрового розряду вводиться сумарний опір усіх запертих послідовно ввімкнених газових розрядників. При цьому невикористана потужність катушки запалення 1 в індуктивній фазі розряду приводить до відновлення коливального характеру імпульсу високовольтної напруги, який характерний по формі для імпульсу при повній відсутності іскрового розряду. З огляду на те, що газовий розрядник є двонапрямленим елементом, то як для від'ємної, так і для додатної частин напівхвилі імпульсної напруги буде мати місце один і той же фізичний процес, в результаті чого виникає додатковий іскровий розряд по відношенню до загальної кількості розрядів без введення додаткового стовпа газових розрядників. Далі процеси іскроутворення протікають, як і в відомих системах запалення, і продовжуються до момента замикання переривання струму самоіндукції. Проведені цикли випробувань та оцінки ефективності впливу запропонованих засобів модифікації відомих систем запалення, конструктивно оформлених у ви гляді моноблока, безпосередньо встановленого в гніздо катушки запалення або переривача, що містить стовп газових розрядників (наприклад, типу А71-Н45Х) із вказаним рівнем відсічки, дозволило отримати такі результати: зменшення габаритів (діаметр 20мм, довжина 95мм); зменшення ваги (75г); зменшення витрат пального; концентрації шкідливих речовин у вихлопних газах; підвищення надійності безвідмовної роботи автомобільного транспорту; зниження рівня радіопоміх, що генеруються та випромінюються у навколишнє середовище системою запалення двигунів вн утрішнього згорання; висока надійність наробки на відмову всієї системи в цілому в усіх режимах експлуатації. Запропонований винахід може бути встановлений на будь - який автомобіль з контактною або контактнотранзисторною системою запалення (навіть на автомобілі іноземного виробництва). Це дає змогу за досить обмежених витрат гарантовано отримати значний техніко-економічний ефект оптимізації параметрів систем запалення для автомобілів усіх вітчизняних і закордонних марок, на яких встановлена контактна або транзисторно-контактна система запалення, що сприяє вирішенню найважливіших завдань вітчизняної економіки. Джерела інформації: 1. С.В.Акимов, Ю.И.Барановских, Ю.П.Чижков. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. М.: Машиностроение, 1988. 2. Б.А.Данов, В.Д,Рогачев. Электронные приборы автомобилей. - М.: Транспорт, 1992. 3. Заявка №94020615 UA, МПК F 02 Р 1/08, п ублікація 26.04.93р.