Способ пуска двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Способ пуска двигателя внутреннего сгорания может быть использован как в двигателях с впрыском топлива через форсунку, так и в карбюраторных двигателях и позволяет повысить надежность пуска и получать сжатый воздух во время работы двигателя без использования специального компрессора. Сжатый газ с воздухом в соответствии с порядком работы цилиндров подается из пускового баллона в цилиндры двигателя, обеспечивая пуск двигателя. После первых вспышек подачу сжатого газа и воздуха прекращают, используя цилиндр двигателя в режиме работы компрессора, а затем двигателя или только в режиме двигателя. Сжатый газ с воздухом подают через свечи зажигания для пуска, имеющие клапаны пуска. Зарядку баллонов производимой двигателем смеси воздуха и газа осуществляют через свечу зажигания для зарядки, снабженную обратнопусковым, перепускным и воздухогазоотборным клапанами. 2 с. и 30 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием.

Известно, что для автомобильного двигателя, оборудованного системой впрыска, например, с электронным управлением, большое значение имеет состояние аккумуляторной батареи и ее контактов. Если батарея не обладает необходимой емкостью, то в процессе пуска двигателя, особенно при низких температурах, напряжение на ее клеммах может упасть до 7-8 В. В этом случае существенно изменяются характеристики электронных блоков и электромагнитных форсунок, в результате чего запуск двигателя будет затруднен. Большое падение напряжения может сделать запуск вообще невозможным, так как стартерный пуск двигателя забирает на себя почти весь ток батарей. Несколько попыток пуска стартером приводит батарею к разрядке. То же относится и к пуску карбюраторного двигателя стартером от аккумуляторной батареи, что приводит к ослаблению искры зажигания.

Известен способ пуска двигателя сжатым воздухом. Пуск дизеля осуществляется электростартером или сжатым воздухом. Обе системы пуска независимы друг от друга.

Система пуска дизеля сжатым воздухом из воздухораспределителя, воздухопроводов, пусковых клапанов, запорного крана и баллона. Сжатый воздух из объектовой системы поступает к воздухораспределителю, из воздухораспределителя поступает к пусковым клапанам, установленным в резьбовых втулках головок цилиндров со стороны впуска, и через них в цилиндры дизеля.

Разрядка батареи или выход из строя компрессора, которые как правило быстро изнашиваются, делает систему пуска от батареи сжатым воздухом неработоспособной.

Возникает вопрос внедрения надежного и простого устройства для зарядки пускового баллона сжатым воздухом-газом. Для упрощения устройства двигателя и во избежание установки компрессора иногда для пуска в ход дизельных двигателей небольшой мощности применяют не сжатый воздух, а отработавшие газы высокого давления. Пусковые резервуары для этой цели заряжаются отработавшими газами самим двигателем во время его работы. Зарядка производится с помощью специального газоотборного клапана, помещающегося в крышке цилиндра. Газоотборный клапан позволяет в период наибольшего давления в цилиндре двигателя, т. е. в начале расширения, перепускать часть газа из цилиндра в пусковой резервуар и заряжать резервуар сжатым газами.

Зарядка баллона отработавшими газами производится обычно в несколько приемов, так как газоотборный клапан и трубопровод при зарядке сильно нагревается и для их охлаждения зарядку приходится прерывать.

Пуск двигателя отработавшими газами принципиально ничем не отличается от пуска сжатым воздухом. Существенным недостатком этого способа пуска является то, что в первый период работы двигателя цилиндр заполняется не чистым воздухом, а поэтому сгорание топлива при первых оборотах не будет полным до тех пор, пока цилиндры не очистятся от пусковых газов (Бирюков В.К. Судовые ДВС. Л.: Речной транспорт, 1955, с.208).

Известен способ пуска двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, как с впрыском топлива через форсунки, так и с подачей топлива через карбюратор, включающий подачу в цилиндры сжатого газа в соответствии с порядком работы в начале такта расширения и с воздействием газа на поршни и приведением во вращение коленчатого вала, причем сжатый газ с воздухом, производимый самим двигателем при его работе, подается из пускового баллона открытием запорного крана, после первых вспышек подачу газа из баллона прекращают, а используют цилиндр в режиме работы компрессора, затем двигателя или только двигателя. (см. авт.св. СССР N 1474313, кл. F 02 N 9/04, 1989).

Из указанного авт. св. СССР N 1474313 известно и устройство для пуска двигателя внутреннего сгорания, содержащее воздухогазопроводы, воздухогазораспределитель, кран управления с пусковым баллоном и электрическую схему управления.

Однако применение воздушного пуска на двигателе с искровым зажиганием затруднено. Во-первых, не находится места для размещения клапанов пуска в цилиндровой головке. Во-вторых, выполнение канала между камерой сжатия и клапаном создает технологические и технические затруднения, например, требуется уменьшение степени сжатия на величину канала, образуется недоступность к клапанам и т.д.

Воздушный пуск двигателя с искровым зажиганием полностью зависит от обеспечения системы сжатым воздухом, конструкции узлов и элементов, их места размещения, обеспечивающих работоспособностью и надежность. Поэтому в предлагаемом изобретении основное внимание обращено к способу и устройству для получения сжатого воздуха-газа.

Задачей настоящего изобретения является создание системы пуска для двигателя с искровым зажиганием, а также производство по меньшей мере одним цилиндром двигателя при его работе сжатого воздуха-газа (смеси), необходимого для цилиндрового пуска пневмотормозов, пневмодверей, накачивания колес, сифонной мойки, покраски и т.д., возможность зарядки пускового баллона без снижения этим цилиндром мощности, а также по возможности избежать изменения конструкции двигателя и вмешательство в его производство, осуществить получение сжатого воздуха без примеси отработавших газов или сгорания рабочей смеси без остатков вредных частиц, исключить установку на двигатель компрессора, при этом повысить надежность пуска, обеспечить взаимозаменяемость узлов и комплектующих деталей. Для удовлетворения общественной потребности применить цилиндровый пуск как для ДВС с впрыском топлива, так и для ДВС с карбюратором.

Поставленная задача решается тем, что способ пуска двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, как с впрыском топлива через форсунку, так и с карбюратором, включает подачу в цилиндры сжатого газа в соответствии с порядком работы в начале такта расширения и с воздействием газа на поршни и приведением во вращение коленчатого вала, причем сжатый газ с воздухом, производимый самим двигателем при его работе, подается из пускового баллона открытием запорного крана, после первых вспышек подачу газа из баллона прекращают и используют цилиндр в режиме работы компрессора, затем двигателя или только двигателя, причем сжатый газ с воздухом подают через свечи зажигания для пуска, имеющие клапаны пуска, а зарядку баллонов производимой двигателем смеси воздуха и газа осуществляют через свечу зажигания для зарядки, снабженную обратнопусковым, перепускным и воздухогазоотборным клапанами, воздухогазоотборный клапан открывают электромагнитом, а закрывают при помощи пружины.

В камере второй ступени на выходе создается запирающее усилие, эквивалентное давлению в цилиндре, в ней сжатая зажженная смесь сжимается вторично давлением расширения следующей вспышки, в результате часть газа поступает в баллон, а оставшаяся часть удаляет отработавшие газы обратно в цилиндр.

Для пневматического привода в двигателе с впрыском топлива на время работы цилиндра в режиме компрессора устраняют давление на сжатый воздух тактом расширения, для чего отключают впрыск топлива.

Для зарядки пускового баллона сжатым воздухом, затем газом используют наибольшее давление в начале расширения, образующееся вспышкой в цилиндре.

Для выравнивания мощности в цилиндр зарядки увеличивают количество топлива, например, увеличением длительности открытия клапана форсунки для выравнивания мощности цилиндра зарядки с впрыском топлива от насосной секции, в ней увеличивают объем подачи топлива или осуществляют впрыск топлива во впускной тракт.

Во избежание выброса поршнем горючей смеси во впускной тракт зарядку до определенного давления производят тактом сжатия с последующим переходом на зарядку тактом расширения вспышки.

В двигателе с карбюратором на время работы компрессора поступающую в цилиндр рабочую смесь на сгорание заменяют воздухом.

Для получения без примеси отработавших газов сжатый воздух в баллоны нагнетается через клапан, запертый усилием ниже давления такта сжатия.

При переводе цилиндра в режим двигателя открывают поступление рабочей смеси на сгорание, а зарядку проводят тактом расширения вспышки.

Для облегчения пуска двигателя при низких температурах сжатую смесь воздуха с газом подогревают или примешивают легковоспламеняющую жидкость.

Поставленная задача может быть решена и тем, что устройство для пуска двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием содержит воздухогазопроводы, воздухогазораспределитель, кран управления с пусковым баллоном и электрическую схему управления, причем устройство снабжено свечами зажигания для пуска с клапанами пуска и по меньшей мере одной свечой зажигания для зарядки с обратнопусковым, перепускным и воздухогазоотборным клапанами, воздухогазоотборный клапан открывается электромагнитом, а закрывается под действием пружины.

Роль клапана пуска выполняет подвижная часть изолятора свечи зажигания, снабженная прецизионным элементом, закрытие клапана осуществляется усилием пружины, открытие - под давлением сжатого газа.

Головка корпуса свечи с клапаном для пуска имеет неподвижный изолятор электрода зажигания с наконечником для подключения провода и резьбу для подсоединения воздухогазопровода.

Свеча для пуска снабжена обратнопусковым и перепускным клапанами, а основной клапан пуска выполняет роль воздухогазоотборного клапана.

Головка свечи зажигания для зарядки содержит датчик температуры, обратнопусковой клапан в штуцере, причем на нем надет угольник пускового воздухогазопровода и перепускной клапан, который через кран управления с пусковым баллоном сообщен воздухогазопроводом.

В свече зажигания для зарядки на пути прохождения сжатого воздуха или газа от цилиндровой камеры сжатия до перепускного клапана, снабженного элементом регулирования давления, изолятор свечи с якорем, являющиеся стержнем клапана, в корпусе образуют кольцевыми зазорами камеру второй ступени.

Электромагнит форсунки цилиндра зарядки снабжен контактной парой, помещенной в электронном блоке, формирующем импульс длительности открытого состояния клапана, и электрически связан с электромагнитом свечи зажигания для зарядки.

В корпусе нагнетательного клапана насосной секции в отверстие с резьбой ввернута регулируемая запорная игла с электромагнитным приводом, управляемым импульсом, получаемым через прерыватель, действующий от импульса топлива, нагнетаемого насосом.

В двигателе с карбюратором во впускной трубе помещен механизм, состоящий из цилиндрического корпуса, размещенной в нем заслонки, соединенной через ось с поворотным электромагнитом, имеющей входные и выходные окна в стенке и знакопеременно закрывающей впускные окна в корпусе.

Для обогащения рабочей смеси в впускной трубопровод ввернута электромагнитная форсунка, управляемая импульсом, получаемым от электрической цепи прерывателя системы зажигания.

В свече зажигания для зарядки выполнена резьбовая втулка, изменяющая усилие пружины перепускного клапана, усилие пружины может быть отрегулировано как на зарядку баллона воздуха тактом сжатия, так и на зарядку газа тактом расширения вспышки.

Разрыв электрода в камере второй ступени обеспечивает проскакивание электрической искры и зажигание рабочей смеси в обеих камерах сжатия, в результате чего образуется форкамерный эффект расширения и дожигания вредных частиц в самом цилиндре двигателя.

Свеча зажигания для зарядки через корпус, ввернутый в цилиндрическую головку, охлаждается жидкостью и снабжена терморегулятором, а для отвода тепла разряжением от свечи зонд отсоса соединяют с воздухоочистителем шлангом.

Корпус воздухогазораспределителя закреплен на крышке передачи, причем валик воздухогазораспределителя приводится во вращение от оси распределительного вала двигателя.

В колпак корпуса ввернут двойной штуцер, на который надет угольник для установки манометра и заливки жидкости, штуцер снабжен регулировочным винтом давления в распределителе.

Для обеспечения взаимозаменяемости воздухогазораспределитель выполнен в совмещенном корпусе прерывателя-распределителя системы зажигания, причем воздухогазораспределительный диск приводится во вращение приводным валиком распределителя зажигания.

Управление цилиндровым пуском двигателя и зарядкой осуществляется запорным краном как с ручным, так и с электромагнитным переключением, кран в положении "Пуск" или "Закрыто" размыканием контактов отключает свечу зажигания для зарядки.

Автоматическое управление зарядкой выполняет электросхема, состоящая из датчиков температуры и давления, через контактное реле отключает и включает электромагниты свечи зажигания для зарядки и форсунки или заслонки.

Контактное реле отключает электромагнит форсунки или включает электромагнит заслонки замены горючей смеси на воздух, включает электромагнит свечи зажигания для зарядки и электромагнит на открытие запорного крана, при переводе цилиндра зарядки с впрыском топлива в режим работы двигателя включает электромагнит форсунки через шунт.

Для замедления срабатывания электромагнита свечи зажигания для зарядки на открытие параллельно катушке включена емкость, при этом для ускорения срабатывания на закрытие электромагнита заслонки в цепи этой катушки включена емкость с сопротивлением.

На пусковом баллоне имеется разобщительный вентиль под редуктор-регулятор, соединенный воздухопроводом с тормозными баллонами.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для пуска; на фиг.2 - электросхема ДВС с впрыском топлива; на фиг. 3 - электросхема ДВС с карбюратором; на фиг. 4 - устройство свечи зажигания для зарядки; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - свеча зажигания для пуска; на фиг. 7 - устройство механизма замены рабочей смеси воздухом и наоборот в ДВС с карбюратором.

Описанное устройство системы пуска ДВС сжатым воздухом, производимым цилиндром двигателя при его работе (фиг.1), содержит пусковой баллон 1, который имеет разобщенный запорный вентиль, сообщенный воздухогазопроводом с краном управления 2. В свою очередь кран управления 2 воздухогазопроводом 3 соединен с воздухогазораспределителем 4. В корпусе воздухогазораспределителя 4 выполнены отверстия, в которые ввернуты зажимы крепления трубок 5, соединенные со свечами зажигания для пуска 6. Устройство снабжено по меньшей мере одной свечой зажигания для зарядки 7, соединенной воздухогазопроводом 8 с краном управления 2, который имеет в корпусе отверстие с резьбой 9 для крепления датчика (реле) давления. К прерывателю зажигания 10 электропроводами подключены свечи зажигания для пуска 6.

Для удобства и взаимозаменяемости воздухогазораспределитель 4 преимущественно выполняют в совмещенном корпусе с прерывателем зажигания 10.

В корпусе крана 2 управления выполнены отверстия с резьбой крепления воздухогазопровода 8, отверстие 9 под датчик давления, в отверстие 11 подсоединен воздухогазопровод, идущий к пусковому баллону 1. В золотнике крана 2 выполнен трехходовой канал. На время зарядки соединяют воздухогазопровод 8 с отверстиями 11 и 9, а на момент пуска соединяют воздухогазопровод 3 и отверстие 11. На время зарядки кран 2 устанавливают в положение 13, в момент пуска - в положение 12. При этом золотник кулачком размыкает конечный выключатель (ВК) 18 электромагнита свечи зажигания для зарядки, в положении "Закрыто" кран также размыкает ВК 19 (фиг.2), отключает электромагнит свечи зажигания для зарядки. Управление крана с электромагнитным приводом осуществляют выключателем 14.

Под колпаком воздухогазораспределителя 4 помещен распределительный диск с отжимной пружиной в тарелке (не показано). В колпак ввернут двойной штуцер 15, 17, на который надета трубка подвода сжатого воздуха и угольник 16, в отверстии с резьбой в него ввернута пробка. Угольник предназначен для контрольной установки манометра и заливки легковоспламеняющейся жидкости (эфир) для облегчения пуска двигателя в холодное время года.

Пуск двигателя осуществляется следующим образом. При установке крана 2 в положение "Пуск" сжатый газ из пускового баллона через кран управления 2, воздухогазопровод 3, воздухогазораспределитель 4 в соответствии с порядком работы цилиндров в начале такта расширения поступает по трубкам 5 к свечам зажигания для пуска 6, через них в цилиндры двигателя и, действуя на поршни, приводит во вращение коленчатый вал. При вспышках двигателя подачу сжатого воздуха прекращают установкой крана 2 в положение "Зарядка". При остановке транспортного средства кран 2 устанавливают в положение "Закрыто".

Предлагаемый способ пуска двигателя сжатым газом имеет две электросхемы автоматического управления зарядкой.

1. Зарядка давлением расширения и давлением сжатия в ДВС с впрыском топлива (фиг.2).

2. Зарядка давлением расширения и давлением сжатия в ДВС с карбюратором (фиг.3).

Конечный выключатель 18 (ВК-18) отключает электромагнит свечи зажигания для зарядки во время "Пуска" двигателя и конечный выключатель 19 (ВК-19) отключает электромагнит свечи зажигания для зарядки, когда кран управления установлен в положение "Закрыто" (см.электросхему на фиг.2). Схема содержит следующие элементы электропривода; электромагнит 20 (ЭМ-20) форсунки впрыска топлива и электромагнит 21 (ЭМ-21) свечи зажигания для зарядки. Контактное реле 22 (КР-22), выключатель 23 и выключатель-шунт 24. Реле КР-22 имеет контакты: закрытый 25 и открытый 26, контакт 27 выполнен в датчике температуры и контакт 28 встроен в датчик давления. В схему включен указатель давления 29 и сигнальная лампочка 30.

Электросхема зарядки давлением расширения работает следующим образом. В электросхеме на фиг.2 выполнен узел, состоящий из элементов: ЭМ-20, выключателя-шунта 24, закрытого контакта 25, выполненного в реле КР-22, включенных при наличии давления в баллоне или перепускного клапана, доведенного до давления, создаваемого в цилиндре тактом сжатия.

Выключателем 23 подается напряжение на катушку реле КР-22, загорается сигнальная лампочка 30. Сработав, реле замыканием контактов 26 включает электромагнит 21, открывается воздухоотборный клапан, часть сжатого воздуха в начале такта расширения будет перепускаться из цилиндра в пусковой баллон, а другая оставшаяся часть в камере сжатия второй ступени перейдет обратно в цилиндр.

По достижении предельной температуры датчик размыканием контактов 27 отключит реле КР-22, зарядка прервется, датчик температуры включит реле КР-22 после охлаждения узла зарядки. По достижении сжатым газом давления заданного предела датчик давления своими контактами 28 отключит КР-22, зарядка прервется. При снижении давления датчик контактами 28 через КР-22 включит электромагнит 21 и зарядка возобновится и т.д.

При соответствии контактов датчиков температуры и давления току нагрузки электромагнита свечи зажигания для зарядки отпадает необходимость в контактах 26, т.е. в реле КР-22.

Работа электросхемы зарядки давлением сжатия.

Для сокращения времени зарядки размыкают выключатель-шунт 24. При включении КР-22 размыканием контактов 25 отключаются ЭМ-20 форсунки, а замыканием контактов 26 отключают ЭМ-21 свечи зажигания для зарядки, по достижении предела давления тактом сжатия дозарядку производят давлением такта расширения, для чего выключателем-шунтом 24 шунтируют контакт 25. При этом контакты 27, 28, ВК-18 и ВК-19 действуют только на отключение и включение свечи зажигания для зарядки.

Зарядку пускового баллона ДВС с карбюратором осуществляют в том же порядке электросхемой, показанной на фиг.3. С той лишь разницей, что электромагнит 20 для привода форсунки заменен электромагнитом ЭМ-20, осуществляющим в карбюраторном двигателе привод смеси воздушной заслонки, помещенной во впускном трубопроводе (см.фиг.7) для замены рабочей смеси воздухом и обратно.

На фиг.3 показана электросхема зарядки воздушного баллона тактом сжатия цилиндра ДВС с карбюратором. Электросхему на фиг. 3 можно применить для сокращения времени зарядки и получения атмосферного воздуха для пневмопривода дверей салонов и других нужд.

Схема содержит конечные выключатели ВК-18 и ВК-19, отключающие электромагнит свечи зарядки 21 на время пуска двигателя и при закрытии пускового баллона 1. ЭМ-21 имеет подключенную емкость C₂. Электромагнит 20 заслонки с выключателем 24 (фиг.2) снабжен емкостью C₁ и сопротивлением R. Ручное управление осуществляется выключателем 23, автоматическое - контактами 27 и 28 соответствующих датчиков температуры и давления.

Свеча зажигания для зарядки имеет элементы управления и контроля (фиг. 4 и 5), включает свечу зажигания с воздухогазоотборным клапаном, выполняющим и функцию клапана пуска (фиг.6 и 4) и состоит из корпуса 31 с резьбой 32, центрального электрода 33, бокового электрода 34, подвижного изолятора 35, неподвижного изолятора 36, имеющего электрод с наконечником 37 для подключения провода высокого напряжения. Изолятор 35, являющийся стержнем воздухогазоотборного клапана 38, снабжен прецизионным запорным элементом, образующим кольцевую фаску с воздухогазоотборным клапаном 38. Закрытие воздухоотборного клапана 38 осуществляется пружиной 39, открытие клапана 38 производится давлением сжатого газа во время пуска, а во время зарядки - электромагнитом. Пружина фиксируется якорем 40 электромагнита 21. Головка 43 свечи с корпусом 31 и с клапаном 38 собраны на резьбовой втулке 41. В головке 43 свечи зажигания для пуска выполнен впускной воздухогазопровод 44, на него надет угольник 52 трубки 5 (фиг.1), закрепленный зажимом. Сжатый газ по угольнику 52 через воздухогазопровод 44, кольцевые зазоры, образованные изолятором 35 с общим корпусом, преодолевая усилие пружины 39 клапана 38, поступает в цилиндр двигателя, действуя на поршень и совершая работу.

Свеча зажигания для зарядки (фиг. 4 и 5) отличается от свечи зажигания для пуска тем, что она снабжена электромагнитом ЭМ-21, состоящим из якоря 40, который выполнен на изоляторе 35, помещен во втулке 41 с катушкой 42. Ход клапана равен 1:5-3 мм и ограничен упором в корпусе 31 и седлом клапана. Головка свечи имеет выходное отверстие, сообщенное с воздухогазопроводом 44. Разрез головки 43 по А-А показан на фиг. 5. В головку помещен перепускной клапан 45, открывающийся импульсом сжатого воздуха или газа из цилиндра в баллон и закрывающийся конической пружиной 46, изготовленной в форме звездочки и имеющей вырезы для прохода воздуха. Клапан 45 может быть шариковым, а пружина спиральной. Усилие давления пружины регулируется ввернутой втулкой в выходном отверстии. В головке помещен обратнопусковой клапан 47, также являющийся начальным клапаном воздухопуска. Обратнопусковой клапан 47 помещен в отверстие 48 с резьбой. Обратнопусковой клапан 47 открывается под действием сжатого газа, поступающего в цилиндр, закрывается пружиной, аналогичной пружине 46.

Изолятор 35 с якорем 40 в корпусе 31 свечи зажигания содержит перепускной и обратнопусковой клапаны, при этом повсеместные зазоры в свече образуют камеру 49 сжатия второй ступени высокого давления. Головка 43 имеет датчик 50 (реле) температуры и клеммник разъема 51 для подключения катушки 42 электромагнита.

Угольник 52 пускового воздухогазопровода закреплен штуцером 53, в котором помещен обратнопусковой клапан 47.

На фиг. 7 изображен механизм замены рабочей смеси воздухом и обратно, содержащий корпус 55 во впускном трубопроводе 54, имеющий окна впуска рабочей смеси, впуска воздуха и общее окно попеременного впуска смеси и воздуха в цилиндр. В корпус 55 встроена цилиндрическая заслонка 56, в кольцевой стенке выполнены окна 57 и 58, а во впускном трубопроводе выполнено воздушное окно 59 с резьбой для крепления воздухоочистителя. Заслонка 56 через ось соединена с электромагнитом 20, управляемым электросхемой, показанной на фиг. 3. В исходном положении окна 57 и 58 совмещены с окнами в корпусе 55, обеспечивая поступление рабочей смеси в цилиндр на сгорание. Для работы цилиндра двигателя в режиме компрессора электромагнит 20 повернет заслонку на 90^o, закроется поступление рабочей смеси и откроется доступ воздуха в цилиндр. При отключении электромагнита 20 заслонка станет в исходное положение, цилиндр будет работать в режиме двигателя.

Свеча зажигания для зарядки (фиг.4 и 5) по совокупности со свечой зажигания рабочей смеси в цилиндре двигателя представляет собой простое универсальное устройство способа получения сжатого воздуха и пуска и работает как средство воздушного пуска.

Сжатый воздух из воздухогазораспределителя 4 в соответствии с порядком работы по воздухогазопроводу через угольник 52 в штуцере 53 воздействует на обратнопусковой клапан 47, преодолевая усилие пружины, далее, проходя по кольцевым зазорам камеры второй ступени 49, открывает клапан 38 и поступает в цилиндр двигателя, оказывая давление на поршень.

Способ получения сжатого воздуха свечой зажигания для зарядки.

Вариант зарядки тактом сжатия.

Например, по справочным данным на автомобиле "Ауди" 80 АТЕ установлен 4-цилиндровый двигатель с впрыском топлива. Степень сжатия 9,5, в результате чего в цилиндре с закрытыми клапанами давление повышается до 15-16 кГ/см².

В двигателе с впрыском топлива отключают форсунку, в двигателе с карбюратором заменяют рабочую смесь воздухом. При указанном способе зарядки усилие пружины 46 перепускного клапана 45 устанавливают в пределах 1,5-2,0 кГ/см², так как цилиндр работает компрессором, из него в баллон первоначально перекачивается 90-85% объема с последующим его уменьшением. При срабатывании якоря 40 электромагнита клапан 38 откроется, зарядка баллона будет производиться через перепускной клапан 45 (фиг.5) до достижения предельного давления сжатого воздуха в системе, т.е. когда давление в баллоне и в цилиндре выравнивается. Замыканием контакта выключателя-шунта 24 или шунтированием датчиком контактов 25 включится электромагнит 20 форсунки (фиг.2) при включенной свече зажигания для зарядки, цилиндр перейдет в режим работы двигателя. Дозарядка будет осуществляться тактом расширения.

Для избежания, например, 4-цилиндровым двигателем потери мощности, расходуемой для получения сжатого воздуха тактом сжатия, зарядку пускового баллона производят тактом расширения и различают по признакам: способ зарядки цилиндром ДВС с впрыском топлива и способ зарядки цилиндром ДВС с карбюратором.

В первом варианте поступивший в цилиндр воздух сжимается поршнем, в него впрыскивается топливо, смесь зажигается проскакиванием электрической искры, в результате горения происходит расширение, т.д. такт расширения (рабочий ход). Чтобы избежать потерь в цилиндровой мощности в баллоне хранят сжатый воздух с давлением 14-16 кГ/см². С образованием камерой 49 второй ступени (фиг. 4) совместно с цилиндровой камерой сжатия их общий объем определяется из расчета соотношения давлений и может быть больше на 15-20%, при этом степень сжатия уменьшится.

В связи с этим увеличивают объем подачи топлива, зависящий от длительности открытого клапана форсунки. Для этого служит датчик, замыкающий контакты 26 и включающий включением ЭМ-21 свечи зажигания для зарядки, одновременно срабатывают контакты, замыкающие соответствующую цепь электронного блока в системе непрерывного впрыска топлива.

На время пополнения баллона сжатым газом при такте расширения давление как в цилиндре, так и в камере второй ступени примерно равно 14-16 кГ/см². В момент расширения газа в цилиндре ДВС в результате воспламенения рабочей смеси вторичное высокое давление 50-60 кГ/см² оказывает воздействие на сжатую смесь в камере второй ступени 49, за счет чего сжатый газ поступает через перепускной клапан 45 в баллон. Так как часть сжатого газа перекачивается в баллон, оставшийся в камере второй ступени сжатый газ во время того же такта "Рабочий ход" стремится удалить обратно в цилиндр отработавшие газы.

Благодаря щелевой камере второй ступени в среде высокого давления и температуры смесь сгорает полностью, без остатков вредных веществ. Важно, что горячие газы повышают нагрев свечи зарядки, для ее охлаждения датчик температуры прерывает зарядку.

По достижении в пусковом баллоне заданного давления примерно 5 кГ/см² датчик размыканием контактов 28 отключит ЭМ-21 (фиг. 1 и 2), зарядка прервется. При снижении давления до 50 кГ/см² зарядка возобновится.

Пример: автомобиль ГАЗ-24 имеет 4-цилиндровый двигатель с карбюратором. Степень сжатия без учета объема камеры второй ступени 8, 2. Давление такта сжатия 12-14 кГ/см², а такта расширения - 45-46 кГ/см².

Рабочий объем цилиндра 0,611 л, объем камеры сжатия цилиндра 0,075 л и объем камеры второй ступени 0,015 л эквивалентен цилиндру двигателя с форкамерно-факельным зажиганием. Зажигание горючей смеси осуществляется электрической искрой в обеих камерах.

Из положения "Закрыто" кран управления 2 устанавливают в положение "Зарядка", выключателем 23 подают напряжение катушке, ЭМ-21 открывает клапан 38 свечи зажигания для зарядки. При такте впуск поршень идет вниз, засасывая через открытый клапан впуска горючую смесь, одновременно создавая разрежение в камере 49 второй ступени (фиг. 4). Второй такт - сжатие. Поршень идет вверх, сжимая в цилиндре и в заполняемой камере второй ступени горючую смесь. С приходом поршня в В.М.Т. в свече зажигания для зарядки между разрывом электрода в изоляторах 35 и 36, а также на боковой электрод 34 проскакивает электрическая искра, при этом смесь воспламеняется в обеих камерах.

Хотя горючая смесь поджигается при степени сжатия 6, 7, давление в свече зажигания для зарядки оказывается большим, чем давление расширения вспышки в цилиндре. Эффект заключается в том, что на расширяющиеся газы в камере второй ступени воздействуют расширяющиеся газы в цилиндре с объемом в 5 раз больше, чем объем камеры второй ступени, а также в результате того, что давление за перепускным клапаном преодолевается легче.

Однако при этом способе зарядки баллона мощность цилиндра на 15% меньше, чем в других цилиндрах, а количество поступающего в баллон газа минимальное.

Для достижения 100% мощности цилиндром и ускорения зарядки смесь, поступающую на сгорание, обогащают путем добавления к ней топлива. Для этого во впускной трубопровод ввертывают распылитель с запорной иглой и электромагнитом, что также применимо и на двигателях с впрыском топлива ( не показано). Объем поступления топлива для обогащения смеси регулируется разрежением во впускном тракте, что зависит от частоты вращения двигателя. Распылитель включается в работу только во время такта всасывания в цилиндре зарядки, для чего в прерыватель зажигания встроен диск, действующий на контакт, подающий напряжение катушке электромагнита распылителя (ЭМР). Управление зарядкой проводят посредством электросхемы (фиг.3), где с отключением ЭМ-20 заслонки 56 включается через контакт прерывателя электромагнит распылителя.

Подача топлива к распылителю осуществляется, например, от карбюратора. В резьбу сливной пробки помещен штуцер с калиброванным отверстием. Карбюратор с распылителем соединяют трубкой. В качестве распылителя, например, применяют форсунку впрыска фирмы "БОШ", подстраиваемую на параметры топливоподачи двигателя.

В результате обогащения смеси, поступающей на сгорание, достигается требуемая мощность как цилиндром двигателя с впрыском топлива, так и в ДВС с карбюратором.

Преимущества воздушно-газового пуска перед пуском двигателя электростартером следующие.

Известно, что при уменьшении температуры аккумуляторной батареи на 1^o ее емкость падает на 1-2%.

Так, при температуре -15^o емкость аккумулятора уменьшается примерно на 40% по сравнению с емкостью при +15^o.

Ввиду повышенной вязкости масла для пуска двигателя зимой требуется большая мощность, чем летом. Поэтому пуск холодного двигателя затруднен или невозможен, так как каждая последующая попытка пуска еще больше разряжает батарею, что исключено при заявленном способе. Например, для пуска двигателя ГАЗ-24 летом применяют давление сжатого воздуха (смеси) 16-18 кГ/см², зимой, когда требуется большая мощность, давление увеличивают до 25 кГ/см² и более, в связи с чем скорость вращения вала составляет 120-140 об/мин, а температура сжатия 160-180^oC. Благодаря этому в пусковом и в сжатом воздухе легко воспламеняются пары эфира, что облегчает пуск двигателя.

Затрачиваемая мощность двигателя для пополнения пускового баллона в сравнении с зарядкой аккумуляторной батареи мало чем отличается.

С применением воздушного пуска отпадает необходимость в электростартере. Для питания потребителей на двигателе установлен генератор, работающий совместно с регулятором напряжения. Генератор обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи, питание потребителей.

С применением воздушного пуска отпадает необходимость в стартере с электромагнитным тяговым реле, его место на двигателе "Волги" занимает по меньшей мере трехлитровый баллон, а роль аккумуляторной батареи выполняет конденсатор.

Пример. Использование сжатого воздуха (смеси), производимого посредством свечи зажигания для зарядки для пневмотормозов автомобиля ЗИЛ-375. В разобщительный вентиль баллона ввертывают редуктор-регулятор и соединяют шлангом с воздушными баллонами. Если давление сжатого воздуха в тормозной системе станет снижаться, воздушные баллоны пневмотормозов станут пополняться через редуктор при наличии сжатого воздуха высокого давления из баллона.

При этом регулирование давления в пусковом баллоне, что возможно и в тормозной системе, осуществляет датчик регулятора. Регулирование давления сжатого воздуха в тормозной системе в пределах 5,6-7,4 кГ/см² выполняет сигнальный регулятор системы. Воздушные баллоны изготовлены из стали, объем их позволяет производить 8-10 торможений без пополнения запаса сжатого воздуха, когда цилиндр со свечой зажигания для зарядки по каким-либо причинам не нагнетает воздух.

Использование свечи зажигания для зарядки для получения сжатого воздуха упрощает двигатель тем, что позволяет избежать установку компрессора, а следовательно, и потерь мощности.

Следует отметить, что по причине ремонта, технического ухода и др. в пусковом баллоне может не оказаться вообще или достаточного давления сжатого воздуха. В этом случае двигатель запускают рукояткой, зарядку баллона производят ранее описанным способом, т.е. тактом сжатия, затем тактом расширения вспышки.

Иногда используют резервные и стационарные источники сжатого воздуха. Благодаря предлагаемому устройству свечи зажигания для зарядки становится возможным сжатым воздух получать как от двигателей средней мощности, многоцилиндровых, так и малой мощности одно-, двухцилиндровых ДВС.

Охлаждение свечи зажигания для зарядки происходит следующим образом.

Корпус свечи ввернут в цилиндровую головку, охлаждаемую водой двигателя. Температурные и кольцевые зазоры образуют камеру второй ступени, объем которой мал в сравнении с массой свечи, поэтому температура корпуса в результате теплообмена и теплопроводности от нее остается сравнительно близкой к температуре двигателя, так как время перелета части сжатого воздуха за перепускной клапан равно 0,6-0,4 мс, время горения - расширения равно примерно 1,4 мс. При этом место работы цилиндра остается вне свечи. Вспышка за два оборота вала достаточна для охлаждения свечи воздухом, а также за счет разрежения в полости воздухоочистителя.

Сведения об осуществлении устройства для реализации способа пуска и получения сжатого воздуха с отработавшими газами.

Двигатели автомобилей, колесной и не колесной техники, оборудованные аппаратурой впрыска, и карбюраторные двигатели следует снабдить комплектом, содержащим по меньшей мере набор свечей зажигания для пуска, свечу зажигания для зарядки с холодильником, управляемым автоматикой и выключателем, что могут освоить и производить специализированные предприятия, поставляющие комплектующие изделия изготовителям двигателей, а также на запчасти и в торговлю.

В карбюраторных двигателях выполнение и обработку места под корпус 55 во впускном трубопроводе 54 как в выпускаемых, так и для замены старых трубопроводов новыми. осуществляют изготовители впускной трубы, что также с успехом могут выполнять литейные производства, имеющие металлообрабатывающее оборудование.

Механизм, состоящий из корпуса 55, заслонки 56, поворотного электромагнита 20 и других деталей, может изготовляться смежниками по кооперации. Воздухогазораспределитель, кран управления и другие элементы комплекта могут быть поставлены по договорам.

Некоторые детали можно производить на месте. Например, компрессорным заводам (объединениям) из металла для компрессора автомобилей ЗИЛ, КАМАЗ, УРАЛ, МАЗ, и т.д. можно изготовить для двигателей с впрыском 18-20 комплектов, при этом один из трех устанавливаемых, например, на КАМАЗе должен быть пусковым баллоном, для машин с карбюраторным двигателем 12-14 комплектов. На двигателях дорогих автомобилей типа ГАЗ-31-02 и т.п. достаточно 3,5-литрового баллона из титана с его установкой вместо электростартера.

Реализация данного предложения имеет большое народнохозяйственное значение, позволит обойтись без компрессоров, устанавливаемых на двигатели различной техники, автомобилей, тракторов и других транспортных средств.

Следует отметить, что цилиндровый пуск двигателя в холодное время года вследствие увеличения пусковой мощности, т.е. давления, факельного подогрева специально выполненного для этого на пути воздухогазопровода, подводимого к воздухогазораспределителю, или примешивания легковоспламеняющихся жидкостей, позволяет обходиться без такого сложного оборудования, как предпусковые подогреватели "Вебасто" ПЖД-30 и др., устанавливаемые на различной технике.

Формула изобретения

1. Способ пуска двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, как с впрыском топлива через форсунку, так и с карбюратором, включающий подачу в цилиндры сжатого газа в соответствии с порядком работы в начале такта расширения и с воздействием газа на поршни и приведением во вращение коленчатого вала, причем сжатый газ с воздухом, производимый самим двигателем при его работе, подается из пускового баллона открытием запорного крана, после первых вспышек подачу газа из баллона прекращают, а используют цилиндр в режиме работы компрессора, затем двигателя или только двигателя, отличающийся тем, что сжатый газ с воздухом подают через свечи зажигания для пуска, имеющие клапаны пуска, а зарядку баллонов производимой двигателем смеси воздуха и газа осуществляют через свечу зажигания для зарядки, снабженную обратнопусковым, перепускным и воздухогазоотборным клапанами, причем воздухогазоотборный клапан открывают электромагнитом, а закрывают при помощи пружины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камере второй ступени на выходе создается запирающее усилие, эквивалентное давлению в цилиндре, в ней сжатая зажженная смесь сжимается вторично давлением расширения следующей вспышки, в результате часть газа поступает в баллон, а оставшаяся часть удаляет отработавшие газы обратно в цилиндр.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для пневматического привода в двигателе с впрыском топлива на время работы цилиндра в режиме компрессора устраняют давление на сжатый воздух тактом расширения, для чего отключают впрыск топлива.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что для зарядки пускового баллона сжатым воздухом, затем газом используют наибольшее давление в начале расширения, образующееся вспышкой в цилиндре.

5. Способ по пп.2 и 4, отличающийся тем, что для выравнивания мощности в цилиндр зарядки увеличивают количество подачи топлива, например, увеличением длительности открытия клапана форсунки.

6. Способ по пп.2 и 5, отличающийся тем, что для выравнивания мощности цилиндра зарядки с впрыском топлива от насосной секции в ней увеличивают объем подачи топлива или осуществляют впрыск топлива во впускной тракт.

7. Способ по пп.3 и 4, отличающийся тем, что во избежание выброса поршнем горячей смеси во впускной тракт зарядку до определенного давления производят тактом сжатия с последующим переходом на зарядку тактом расширения вспышки.

8. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в двигателе с карбюратором на время работы компрессора поступающую в цилиндр рабочую смесь на сгорание заменяют воздухом.

9. Способ по пп.7 и 8, отличающийся тем, что для получения без примеси отработавших газов сжатый воздух в баллоны нагнетается через клапан, запертый усилием ниже давления такта сжатия.

10. Способ по пп.7 - 9, отличающийся тем, что при переводе цилиндра в режим двигателя открывают поступление рабочей смеси на сгорание, зарядку проводят тактом расширения вспышки.

11. Способ по пп.4 и 10, отличающийся тем, что для облегчения пуска двигателя при низких температурах сжатую смесь воздуха с газом подогревают или примешивают легковоспламеняющуюся жидкость.

12. Устройство для пуска двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащее воздухогазопроводы, воздухогазораспределитель, кран управления с пусковым баллоном и электрическую схему управления, отличающееся тем, что снабжено свечами зажигания для пуска с клапанами пуска и по меньшей мере одной свечой зажигания для зарядки с обратнопусковым, перепускным и воздухогазоотборным клапанами, причем воздухогазоотборный клапан открывается электромагнитом, а закрывается под действием пружины.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что роль клапана пуска выполняет подвижная часть изолятора свечи зажигания, снабженная прецизионным элементом, закрытие клапана осуществляется усилием пружины, открытие - под давлением сжатого газа.

14. Устройство по пп.12 и 13, отличающееся тем, что головка корпуса свечи с клапаном для пуска имеет неподвижный изолятор электрода зажигания с наконечником для подключения провода и резьбу для подсоединения воздухогазопровода.

15. Устройство по пп.12 - 14, отличающееся тем, что свеча для пуска снабжена обратнопусковым и перепускным клапанами, а основной клапан пуска выполняет роль воздухогазоотборного клапана.

16. Устройство по пп.12 и 15, отличающееся тем, что головка свечи зажигания для зарядки содержит датчик температуры, обратнопусковой клапан в штуцере, причем на нем надет угольник пускового воздухогазопровода и перепускной клапан, который через кран управления с пусковым баллоном сообщен воздухогазопроводом.

17. Устройство по пп.12 и 16, отличающееся тем, что в свече зажигания для зарядки на пути прохождения сжатого воздуха или газа от цилиндровой камеры сжатия до перепускного клапана, снабженного элементом регулирования давления, изолятор свечи с якорем, являющиеся стержнем клапана, в корпусе образуют кольцевыми зазорами камеру второй ступени.

18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что электромагнит форсунки цилиндра зарядки снабжен контактной парой, помещенной в электронном блоке, формирующем импульс длительности открытого состояния клапана, и электрически связан с электромагнитом свечи зажигания для зарядки.

19. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в корпусе нагнетательного клапана наносной секции в отверстие с резьбой ввернута регулируемая запорная игла с электромагнитным приводом, управляемым импульсом, получаемым через прерыватель, действующий от импульса топлива, нагнетаемого насосом.

20. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в двигателе с карбюратором во впускной трубе помещен механизм, состоящий из цилиндрического корпуса, размещенной в нем заслонки, соединенной через ось с поворотным электромагнитом, имеющей входные и выходные окна в стенке и знакопеременно закрывающей впускные окна в корпусе.

21. Устройство по пп.19 и 20, отличающееся тем, что для обогащения рабочей смеси во впускной трубопровод ввернута электромагнитная форсунка, управляемая импульсом, получаемым от электрической цепи прерывателя системы зажигания.

22. Устройство по п.20, отличающееся тем, что в свече зажигания для зарядки выполнена резьбовая втулка, изменяющая усилие пружины перепускного клапана, усилие пружины может быть отрегулировано как на зарядку баллона воздуха тактом сжатия, так и на зарядку газа тактом расширения вспышки.

23. Устройство по пп.12, 17, отличающееся тем, что разрыв электрода в камере второй ступени обеспечивает проскакивание электрической искры и зажигание рабочей смеси в обеих камерах сжатия, в результате чего образуется форкамерный эффект расширения и дожигания вредных частиц в самом цилиндре двигателя.

24. Устройство по пп.12, 22 и 23, отличающееся тем, что свеча зажигания для зарядки через корпус, ввернутый в цилиндрическую головку, охлаждается жидкостью и снабжена терморегулятором, а для отвода тепла разряжением от свечи зонд отсоса соединяют с воздухоочистителем шлангом.

25. Устройство по п.12, отличающееся тем, что корпус воздухогазораспределителя закреплен на крышке передачи, причем валик воздухогазораспределителя приводится во вращение от оси распределительного вала двигателя.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что в колпак корпуса ввернут двойной штуцер, на который надет угольник для установки манометра и заливки жидкости, штуцер снабжен регулировочным винтом давления в распределителе.

27. Устройство по п.12, отличающееся тем, что для обеспечения взаимозаменяемости воздухогазораспределитель выполнен в совмещенном корпусе прерывателя-распределителя системы зажигания, причем воздухогазораспределительный диск приводится во вращение приводным валиком распределителя зажигания.

28. Устройство по пп.12 и 16, отличающееся тем, что управление цилиндровым пуском двигателя и зарядкой осуществляется запорным краном как с ручным, так и с электромагнитным переключением, кран в положении "Пуск" или "Закрыто" размыканием кантактов отключает свечу зажигания для зарядки.

29. Устройство по пп.20 и 24, отличающееся тем, что автоматическое управление зарядкой выполняет электросхема, состоящая из датчиков температуры и давления, через контактное реле отключает и включает электромагниты свечи зажигания для зарядки и форсунки или заслонки.

30. Устройство по пп.20, 22 и 29, отличающееся тем, что контактное реле отключает электромагнит форсунки или включает электромагнит заслонки замены горючей смеси на воздух, включает электромагнит свечи зажигания для зарядки и электромагнит на открытие запорного крана, при переводе цилиндра зарядки с впрыском топлива в режим работы двигателя включает электромагнит форсунки через шунт.

31. Устройство по п.20, отличающееся тем, что для замедления срабатывания электромагнита свечи зажигания для зарядки на открытие параллельно катушке включена емкость, при этом для ускорения срабатывания на закрытие электромагнита заслонки в цепи этой катушки включена емкость с сопротивлением.

32. Устройство по п.12, отличающееся тем, что на пусковом баллоне имеется разобщительный вентиль под редуктор-регулятор, соединенный воздухопроводом с тормозными баллонами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7