Устройство для воспламенения и сжигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания

 

Использование: в лесном хозяйстве, например, в бензопилах. Сущность изобретения: устройство для воспламенения и сжигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания содержит подключенный к электродам пьезоэлектрический элемент. Первый электрод установлен в головке цилиндра. Устройство содержит также нажимной элемент, контактирующий с пьезоэлектрическим элементом и механический привод. Привод установлен с возможностью воздействия на нажимной элемент. Согласно изобретению второй электрод и пьезоэлектрический и нажимной элементы установлены в головке поршня. Механический привод жестко прикреплен к шатуну, связанному с поршнем. Второй электрод выполнен с выступом над наружной поверхностью днища поршня. 5 з.п. ф-лы,1 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к устройствам для воспламенения посредством искрового зажигания и сжигания горючей смеси, и может быть использовано, например, в лесном хозяйстве в бензопилах, а также в других отраслях техники, где применяются двигатели внутреннего сгорания.

Известно устройство для воспламенения и сжигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, содержащее подключенный к электродам, первый из которых установлен в головке цилиндра, пьезоэлектрический элемент, нажимной элемент, контактирующий с пьезоэлектрическим элементом, и механический привод, установленный с возможностью воздействия на нажимной элемент (Патент США N 3444850, кл. F 02 Р 3/12, 1969).

Механический привод выполнен в виде кулачка, связанного с коленчатым валом. Пьезоэлемент расположен вне цилиндра.

Данное устройство характеризуется достаточно сложной электрической и механической связью пьезоэлектрического элемента с конструктивными элементами двигателя. Для работы необходимы провода высокого напряжения. Это уменьшает надежность его работы и может привести к необходимости частой регулировки момента зажигания (усложняет обслуживание двигателя).

Была поставлена задача создания такого устройства для воспламенения и сжигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, которое обладало бы повышенной надежностью и не требовало бы частого обслуживания.

Данная задача была решена в настоящем изобретении. В устройстве для воспламенения и сжигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, содержащем подключенный к электродам, первый из которых установлен в головке цилиндра, пьезоэлектрический элемент, нажимной элемент, контактирующий с пьезоэлектрическим элементом и механический привод, установленный с возможностью воздействия на нажимной элемент, согласно изобретению, второй электрод, и пьезоэлектрический и нажимной элементы установлены в головке поршня, механический привод жестко прикреплен к шатуну, связанному с поршнем, а второй электрод выполнен с выступом над наружной поверхностью днища поршня.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения механический привод выполнен в виде штока, имеющего на конце ролик, взаимодействующий с нажимным элементом, причем шток установлен на оси качения шатуна, а нажимной элемент установлен с выступом над внутренней поверхностью днища поршня.

Пьезоэлектрический элемент и второй электрод могут быть размещены во вкладыше из изолирующего материала, вмонтированном в головку поршня.

Выступ второго электрода может быть выполнен в виде стержня, а первый электрод при этом содержит отверстие, в которое проходит конец стержня при движении поршня к верхней мертвой точке.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения конец выступа второго электрода имеет заостренную, преимущественно коническую форму, а отверстие первого электрода имеет форму, аналогичную форме конца выступа второго электрода.

Первый электрод может быть выполнен в виде пластины, установленной с возможностью перемещения в направлениях, перпендикулярных направлению перемещения поршня.

Пьезоэлектрический элемент, связанный с электродом и контактирующий с нажимным элементом, позволяет при воздействии нажимного элемента на пьезоэлектрический элемент обеспечить подачу на электрод высокого потенциала, необходимого для проскакивания искры и зажигания горючей смеси.

Расположение пьезоэлектрического элемента в головке поршня позволяет в совокупности с описанным расположением нажимного элемента упростить схему связи вращающихся элементов двигателя с пьезоэлектрическим элементом и, следовательно, повысить надежность работы устройства.

Расположение второго электрода с выступом над наружной поверхностью днища поршня является оптимальным для обеспечения искрового разряда между данным выступом и первым электродом.

Жесткая связь механического привода с соединенным с поршнем шатуном позволяет обеспечить устойчивую синхронизацию момента зажигания с работой остальных узлов двигателя.

Расположение нажимного элемента с выступом над внутренней поверхностью днища поршня позволяет обеспечить оптимальный контакт нажимного элемента с механическим приводом.

Расположение пьезоэлектрического элемента и связанного с ним второго электрода во вкладыше из изолирующего материала, вмонтированном в головку поршня, позволяет обеспечить эффективную изоляцию указанных конструктивных элементов.

Расположение первого электрода в головке цилиндра позволяет обеспечить оптимальные условия для формирования разряда между электродами.

Если выступ второго электрода выполнен в виде стержня, а первый электрод содержит отверстие, в которое проходит конец стержня при движении поршня к верхней мертвой точке, достигается дополнительный технический эффект, заключающийся в том, что конец второго электрода автоматически очищается при работе двигателя.

В частности, этот эффект в наибольшей степени реализуется, если конец выступа второго электрода имеет заостренную, преимущественно коническую форму, а отверстие первого электрода имеет форму, аналогичную форме конца выступа второго электрода. Например, если второй электрод имеет коническую форму, отверстие первого электрода также должно иметь коническую форму.

Выполнение отверстия первого электрода в "плавающей" пластине (установленной с возможностью перемещения в направлениях, перпендикулярных направлению перемещения поршня) позволяет обеспечить попадание конца второго электрода в отверстие при перемещениях поршня при его износе (т.е. автоматическую корректировку положения отверстия).

Наиболее эффективно данное устройство работает в двигателях внутреннего сгорания, не требующих коррекции угла опережения зажигания при работе, двигателей, работающих с постоянными оборотами, например в бензопилах и др.

Конкретный пример выполнения устройства изображен на фиг.1 Двигатель содержит цилиндр 1 с головкой 2, поршнем 3. На головке поршня 3 установлен пьезоэлектрический элемент (из пьезокварца) 4, связанный с электродом 5 и нажимным элементом 6. Пьезоэлектрический элемент 4, электрод 5 и нажимной элемент 6 установлены во вкладыше 7 из изолирующего материала (фарфора), вмонтированного в головку поршня 3. Нажимной элемент 6 закреплен во вкладыше 7 посредством упругого кольца 8, которое одновременно выполняет функцию влагомаслонепроницаемого уплотнителя. Один из концов электрода 5 установлен с выступом конической формы 9 над наружной поверхностью головки поршня 3.

Механический привод выполнен в виде ролика 10, установленного с возможностью вращения на штоке 11, жестко связанном с шатуном 12, соединенным с поршнем 3 через поршневой палец 13. Шток 11 установлен, таким образом, на оси 14 качения шатуна 12. Из фиг.1 видно, что нажимной элемент установлен с выступом сферической формы над внутренней поверхностью поршня.

Первый электрод 15 закреплен в головке 2 цилиндра 1. Он содержит пластину 16, установленную с зазорами 17 в пазах держателей. Пластина 16 имеет коническое отверстие 18.

Устройство работает следующим образом.

При движении поршня 3 к верхней мертвой точке (ВМТ) шатун 12 стремится занять вертикальное положение. В это время в цилиндре 1 осуществляется такт "сжатие". При перемещении поршня 3 к ВМТ на определенное расстояние ролик 10 контактирует с выступом нажимного элемента 6, давит на нeгo, и через данный элемент 6 на пьезоэлектрический элемент 4, генерирующий разность потенциалов, достаточную для проскакивания искры зажигания. При этом положительный потенциал подается на контактирующий с пьезоэлектрическим элементом 4 второй электрод 5, а отрицательный на массу (первый электрод 15) через нажимной элемент 6, ролик 10, шток 11. В момент контакта ролика 10 с выступом нажимного элемента 6 электрод 5 приближается к пластине 16 первого электрода 15, и между электродами происходит электрический разряд, обеспечивающий зажигание смеси. Сразу же после разряда поршень 3 продолжает движение к ВМТ в течение некоторого времени, и выступ 9 электрода 5 заходит в отверстие 18 пластины 16. При этом происходит очищение как выступа 9 так и отверстия 18 от нагара. По мере износа поршня 3 возможно отклонение траектории движения выступа 9 электрода 5 от первоначальной, что могло бы привести к невозможности попадания выступа 9 в отверстие 18. Однако этого не происходит из-за автоматической коррекции положения "плавающей" пластины 16, перемещающейся в зазорах 17. При обратном движении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке цикл повторяется, однако разряд не происходит из-за удаления электродов 5 и 15 друг от друга на достаточно большое расстояние.

Таким образом, предложенное устройство обладает повышенной надежностью работы и не требует частого обслуживания.

Формула изобретения

1. Устройство для воспламенения и сжигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, содержащее подключенный к электродам, первый из которых установлен в головке цилиндра, пьезоэлектрический элемент, нажимной элемент, контактирующий с пьезоэлектрическим элементом, и механический привод, установленный о возможностью воздействия на нажимной элемент, отличающееся тем, что второй электрод и пьезоэлектрический и нажимной элементы установлены в головке поршня, механический привод жестко прикреплен к шатуну, связанному с поршнем, а второй электрод выполнен с выступом над наружной поверхностью днища поршня.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механический привод выполнен в виде штока, имеющего на конце ролик, взаимодействующий с нажимным элементом, причем шток установлен на оси качения шатуна, а нажимной элемент установлен с выступом над внутренней поверхностью днища поршня.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что пьезоэлектрический элемент и второй электрод размещены во вкладыше из изолирующего материала, вмонтированном в головку поршня.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что выступ второго электрода выполнен в виде стержня, а первой электрод содержит отверстие, в которое проходит конец стержня при движении поршня к верхней мертвой точке.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что конец выступа второго электрода имеет заостренную, преимущественно коническую форму, а отверстие первого электрода имеет форму, аналогичную форме конца выступа второго электрода.

6. Устройство по пп. 4 и 5, отличающееся тем, что первый электрод выполнен в виде пластины, установленной с возможностью перемещения в направлениях, перпендикулярных направлению перемещения поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1