Способ зажигания топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к системам зажигания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что зажигание в поршневом двигателе осуществляют путем подачи между центральным электродом и поршнем регулируемого по амплитуде высокого напряжения от бортового преобразователя напряжения, при этом на центральный электрод подают отрицательный потенциал, на поршень - положительный, а напряженность электрического поля регулируют путем изменения частоты и скважности импульсов рабочей частоты бортового преобразователя напряжения. В систему зажигания конструктивно включена и система впрыска топлива, при этом центральный электрод выполнен полым с капиллярным сквозным отверстием для электростатической подачи и распыления топлива. Изобретение позволяет упростить и повысить эффективность как смесеобразования, так воспламенения топливовоздушной смеси. 6 с. и 11 з. п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам и системам электрозажигания и впрыска топлива поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также к электросвечам зажигания преимущественно для бензиновых ДВС, позволяет интенсифицировать и упростить известные способы и устройства воспламенения и дожигания топливной смеси в камерах сгорания, конструктивно объединить систему впрыска топлива и систему воспламенения смеси на базе предложенной одноэлектродной регулируемой электросвечи с полым центральным электродом, что позволяет радикально упростить, функционально и конструктивно объединить существующие системы впрыска и электрозажигания для любого типа ДВС, вообще устранить трамблер и карбюратор или их электронные аналоги, создать единое простое гибридное устройство впрыска, воспламенения топлива для поршневых ДВС, существенно улучшить экологичность автотранспорта.

Изобретение может найти широкое применение в экологически чистых квазидизельных ДВС нового поколения.

Известно, что без электросвечей и систем зажигания топливной смеси бензиновый ДВС вообще неработоспособен.

Совершенствование электрических свечей и систем зажигания ДВС - это эффективный путь интенсификации воспламенения и сжигания топливной смеси и снижения токсичности выхлопных газов существующих ДВС, применяемых повсеместно на транспорте.

Известны и широко применяются в ДВС на автотранспорте способы и системы электрозажигания на базе двухэлектродных и многоэлектродных свечей зажигания, содержащие операции и устройства измерения положения поршня в камере сгорания, регулирования угла опережения зажигания смеси, генерирования высоковольтных импульсов зажигания и распределения во времени и пространстве по камерам сгорания, содержащие механические или электромагнитные датчики положения поршня (индуктивные датчики Холла), центробежный и вакуум-регуляторы угла опережения зажигания, индуктивную катушку зажигания, механический или электронный коммутатор первичного тока катушки зажигания, распределитель импульсов зажигания на основе трамблера или его аналогов (аналоги - из кн. В. Л. Роговцева и др. "Устройство и эксплуатация автотранспортных средств". - М., 1991, с. 147-154).

Известны двух- и многоэлектродные электросвечи зажигания топливной смеси в камерах сгорания ДВС, содержащие один центральный электропроводящий электрод с антикоррозионным и термостойким покрытием его рабочей части, размещенный и герметично запрессованный внутри электроизоляционной "рубашки", выполненной из уралита и завальцованной во внешний стальной корпус электросвечи, имеющий ввертную резьбовую часть для вворачивания электросвечи в корпус головки блока цилиндров ДВС. В состав основных элементов известной и широко применяемой электросвечи входят также один или несколько боковых электродов, механически соединениях с ее металлическим корпусом, и размещенных над центральным электродом на расстоянии 0,6-0,8 мм, уплотнительная металлическая прокладка на ввертной части свечи для герметизации соединения между корпусами электросвечи и двигателя (там же, с. 155-156).

Недостатки известных способов, систем и электросвечей зажигания состоят в недостаточно эффективной интенсивности воспламенения смеси по объему камеры сгорания, особенно в зависимости качества воспламенения смеси от температуры двигателя и смеси, от давления смеси, поскольку электрическая искра возникает лишь в локальном объеме камеры сгорания и на весьма короткое время.

В связи с неразборностью конструкции известной двухэлектродной свечи зажигания, она может применяться только до критического износа длины центрального электрода вследствие его электрической коррозии, после чего свеча подлежит замене.

Изменение зазора между центральным и боковым(и) электродом(ами) вследствие их коррозийного износа также приводит к ухудшению зажигания топливной смеси, особенно в режиме запуска двигателя в зимних условиях.

В связи со значительными различиями размеров и конструкций камер сгорания ДВС выпускается множество различных типов электросвечей зажигания, которые не взаимозаменяемы.

Данные недостатки конструкции электросвечей препятствуют их унификации и ремонту, приводят к удорожанию и усложнению эксплуатации бензиновых ДВС, во многом являются причинами неполного дожигания топливной смеси в камерах сгорания ДВС и образованию токсичных выхлопных газов, отравляющих атмосферу планеты, особенно в больших городах.

Известен способ и система бестрамблерного зажигания топливной смеси посредством одноэлектродной электросвечи зажигания, реализующих способ воспламенения и зажигания горючей смеси в ДВС путем электроискрового разряда между центральным электродом и днищем поршня в пределах двойного угла опережения зажигания при подходе поршня к верхней мертвой точке (прототипы - по патенту России N 2019728, МКИ F 02 P 15/00, БИ N 17, 1994).

Достоинством данного способа и системы воспламенения смеси посредством одноэлектродной свечи зажигания является более интенсивное многоискровое воспламенение топливной смеси по всему объему камеры сгорания, существенное упрощение системы распределения импульсов зажигания (устранена подвижная часть трамблера - его ротор-бегунок).

Поэтому применение одноэлектродных свечей зажигания весьма перспективно и является радикальным эффективным путем интенсификации воспламенения и дожигания топливной смеси в ДВС, а следовательно повышения экологичности автотранспорта.

Недостатки известного способа: сложность реализации и недостаточная эффективность зажигания смеси, поскольку отсутствуют операции и устройства настройки зазора между торцем центрального электрода одноэлектродной свечи и днищем поршня, воспламенение смеси осуществляют от неустойчивой искры переменного тока узкими (короткими по длительности - миллисекунды) высоковольтными (порядка 20 кВ) импульсами на низкой частоте (порядка сотен герц), а использование существующей катушки зажигания приводит к повышенному энергопотреблению от бортового источника, которое еще более возрастает в связи с введением силового стабилизатора-регулятора напряжения в цепи первичной катушки зажигания, торцевая поверхность электросвечи и поршня в режиме электродугового импульсного воздействия электрической искры на их торцевые поверхности быстро изнашиваются, в результате снижается надежность электросвечей, системы зажигания, всего ДВС и срок их службы.

Данный способ и система зажигания смеси на его основе не позволяет одновременно осуществить впрыск и распыление топлива непосредственно в камеры сгорания ДВС.

В известной системе электрозажигания (патент РФ N 2019798, 1994) по-прежнему используют практически основные элементы классической системы зажигания: неэкономичная и громоздкая катушка зажигания, трамблер (коробка трамблера, его центробежный регулятор и вакуум-регулятор), электронный прерыватель тока катушки, введен дополнительный сложный силовой блок стабилизатора-регулятора тока катушки зажигания, конструкция одноэлектродной электросвечи не проработана, поэтому прототип (новая система электрозажигания) также имеет ограниченное применение только под определенный типоразмер камер сгорания ДВС, трудности с настройкой правильного искрообразования, ограниченный срок службы в связи с износом центрального электрода и поршня, известная одноэлектродная свеча не регулируема и не пригодна для ремонта. Кроме того, при несоблюдении конструктивных особенностей заполнения такой электросвечи, в частности соотношения величины рабочего напряжения, рабочей длины центрального электрода и толщины электроизолятора между корпусом свечи и центральным электродом, такая электросвеча вообще неработоспособна, и способ зажигания будет в реализации либо неработоспособен, либо неэффективен и ненадежен.

Цель изобретения состоит в дальнейшем развитии известных способа и системы зажигания топливной смеси путем реализации режима электрозажигания смеси электроискрой с торца центрального электрода на днище поршня, а именно в развитии операций управления процессом зажигания смеси в этом режиме, конструкции одноэлектродной электросвечи, структуры и схем системы зажигания, способов настройки эксплуатации, диагностики и ремонта новых систем электрозажигания, для устранения известных недостатком аналогов и прототипа, в частности в создании универсальной регулируемой, разборной, ремонтнопригодной одноэлектродной свечи зажигания, обеспечивающей повышенный срок ее эксплуатации порядка 100 тыс. км пробега автомобиля, а также в совмещении функций и схем систем впрыска топлива и зажигания смеси при использовании электрической одноэлектродной свечи зажигания с полым центральным электродом в качестве электростатического насоса-форсунки в одном устройстве, обеспечивающим непосредственная впрыск топлива в камеры сгорания и интенсивное распыление и воспламенение смеси в момент наивысшего сжатия воздуха, т.е. впервые реализовать квазидизельный экономичный режим работы ДВС.

Предложен способ зажигания топливной смеси в камерах сгорания двигателя путем создания электроискрового разряда между центральным электродом одноэлектродной электрической свечи зажигания и днищем поршня в течение времени, соответствующего двойному углу опережения зажигания смеси, путем подачи между центральным электродом и поршнем регулируемого по амплитуде высокого напряжения от бортового преобразователя напряжения, отличающийся тем, что на центральный электрод подают отрицательный потенциал, а на корпус двигателя - положительный потенциал, посредством которых вводят в камеру сгорания двигателя регулируемое по напряженности электрическое поле, причем регулируют напряженность поля путем изменения частоты и скважности импульсов рабочей частоты бортового преобразователя напряжения.

Развитие способа зажигания смеси состоит в том, что осуществляют первоначальную настройку системы зажигания путем установки рабочего зазора между торцом центрального электрода и днищем поршня в его верхней мертвой точке и регулируют выходное напряжение преобразователя с одновременным контролем потребляемого импервичного тока, соответствующего постоянной искре между центральным электродом и поршнем в рабочем диапазоне допустимых углов опережения зажигания смеси для данного двигателя, после чего запускают двигатель и дополнительно регулируют выходное напряжение преобразователя и длину рабочей части центрального электрода по максимуму оборотов холостого хода двигателя при различных положениях угла открытия дроссельной топливной заслонки.

Развитие способа заключается в том, что осуществляют диагностику исправной работы одноэлектродных свечей зажигания и величины рабочего зазора между торцом центрального электрода и днищем поршня по величине постоянной и переменной составляющих потребляемого высоковольтным преобразователем напряжения тока путем сравнения этих величин с эталонными величинами, хранимыми в блоке памяти, с выдачей соответствующего информационного сигнала водителю в случае их несоответствия для конкретных режимов работы двигателя.

Развитие способа заключается в том, что топливо в камеру сгорания подают через калиброванное сквозное отверстие в центральном электроде одноэлектродной свечи зажигания в интервал времени, предшествующий возникновению электрической искры.

Развитие способа заключается в том, что регулируют интенсивность подачи и распыления топлива через отверстие центрального электрода свечи путем изменения отверстия диафрагмы, размещенной между дополнительным насосом постоянного давления и входом полого центрального электрода, или времени открывания этого отверстия запорным клапаном.

Для эффективной реализации нового способа предложена разборная, ремонтнопригодная, регулируемая одноэлектродная свеча зажигания смеси, содержащая удлиненный металлический центральный электрод, корпус и электроизолятор, причем она выполнена с регулируемой подачей металлического центрального электрода внутрь камеры сгорания посредством резьбового соединения с электроизолятором, рабочий торец центрального электрода выполнен заостренным либо с игольчатыми выступами в направлении поршня, а электроизолятор выполнен подвижным относительно металлического корпуса, длины электроизолятора и центрального электрода внутри камеры сгорания выбраны из условия недопущения электрического пробоя с торца центрального электрода на корпус двигателя, в частности - на впускной и выпускной клапаны в их максимально открытом состоянии, и устойчивого пробоя на поршень при максимальном угле опережения зажигания.

Развитие устройства заключается в том, что оно дополнено высоковольтным разрядником-индикатором высокого напряжения, включенным в цепь между центральным электродом и корпусом свечи или корпусом двигателя.

Развитие устройства заключается в том, что на рабочие торцы центрального электрода и поршня нанесено термостойкое и коррозионно-стойкое напыление, например вольфрамовое, корундовое или платиновое, а на резьбовые поверхности керамического электроизолятора нанесено металлическое термостойкое напыление.

Развитие устройства заключается в том, что одноэлектродная свеча выполнена с диаметром и шагом резьбы, совпадающими с диаметром и шагом резьбы штатных отверстий под свечи зажигания в головке блока цилиндров.

Развитие устройства заключается в том, что отверстие под одноэлектродную свечу зажигания размещено в головке блока цилиндров напротив центра поршня.

Развитие устройства заключается в том, что одноэлектродная свеча зажигания конструктивно и функционально совмещена с электростатическим топливным насосом-распылителем посредством выполнения центрального электрода полым с капиллярным сквозным отверстием для электростатической подачи и распыления топлива непосредственно в камеру сгорания, причем полый центральный электрод герметично присоединен через дополнительную электроизоляционную втулку к топливопроводу, а также через токопроводящую клемму - к минусовому выходу высоковольтного управляемого высокочастотного бортового преобразователя напряжения.

Развитие устройства заключается в том, оно снабжено диафрагмой для изменения расхода топлива путем изменения входного диаметра отверстия внутри центрального электрода одноэлектродной свечи.

Предложенная система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит одноэлектродные свечи зажигания по числу камер сгорания и высоковольтный регулируемый преобразователь напряжения, при этом свечи зажигания выполнены разборными, а преобразователь напряжения - автогенераторным высокочастотным с внутренней положительной обратной связью и внутренней схемой автоматической стабилизации по входному напряжению питания и температуре, и с выходным выпрямителем, причем преобразователь выполнен управляемым по частоте и скважности и подключен с низковольтной стороны непосредственно к бортовой аккумуляторной батарее, с высоковольтной стороны - минусовым потенциалом к центральным электродам свечей зажигания, а плюсовым потенциалом - к корпусу двигателя.

Развитие системы зажигания заключается в том, что функционально и конструктивно она совмещена с системой впрыска топлива и содержит одноэлектродные свечи с полыми центральными электродами и электромагнитный импульсный топливный насос, содержащий статорную катушку, соединенную с преобразователем напряжения, и игольчатой шток возвратно-поступательного хода с шариковым запорным клапаном на конце, имеющим диаметр, достаточный для запирания отверстия полого электрода.

Развитие изобретения состоит в способе коррекции длины рабочей части центрального(ых) электрода(ов) внутри камер(ы) сгорания двигателя по мере ее (их) коррозионного износа в тяжелых условиях ее (их) длительной эксплуатации на конкретном ДВС, заключающемся в том, что поддерживают постоянным зазором между торцем центрального электрода свечи и поршнем в его верхней мертвой точке путем ввинчивания центрального электрода внутрь камеры сгорания относительно электроизолятора с контролем данного зазора по потребляемому первичному току бортового преобразователя напряжения, подключенного к центральному электроду.

Развитие изобретения заключается в том, что при эксплуатации одноэлектродной свечи, совмещенной с электростатическим топливным насосом, первоначально взаимосвязано регулируют длину рабочей части полого центрального электрода и рабочего напряжения торца центрального электрода до достижения устойчивой работы холодного двигателя на обедненной смеси по условию максимума оборотов холостого хода и минимального потребления топлива и электроэнергии от бортового высоковольтного преобразователя напряжения.

Развитие изобретения заключается также в том, что при эксплуатации системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей одноэлектродную свечу, совмещенную с топливным насосом, осуществляют взаимосвязанное регулирование подачи топлива и угла опережения зажигания топливной смеси путем изменения частоты и скважности импульсов бортового преобразователя напряжения.

Изобретение пояснено на чертеже в виде развернутой блок-схемы, где упрощенно показаны совмещенная конструкция разборной регулируемой "одноэлектродной свечи зажигания - электростатического насоса" и новая бескарбюраторная и бестрамблерная система впрыска - электрозажигания топлива бензинового ДВС на ее основе.

Для простоты чертежа и ясности понимания изобретения некоторые элементы совмещенной конструкции "электросвечи - насоса" и новой системы электрозажигания на ее основе пояснены схематично, в частности не показан ускоряющий электрод насоса - свечи, не раскрыта принципиальная схема высоковольтного преобразователя напряжения, поскольку стабилизированные по входу и регулируемые по частоте и скважности импульсов блокинг-генераторы достаточно хорошо известны и изучены (см., например. Справочник по импульсной технике под редакц. Яковлева В.И., М., 1978).

Устройство, обеспечивающее работоспособность ДВС при использовании предложенной управляемой разборной одноэлектродной свечи зажигания, состоит из камеры сгорания 1, поршня 2 с напыленным на него рабочем торце слоя 3 коррозионно-стойкого сплава или металла толщиной не более 0,2-0,5 мм. В состав новой свечи зажигания входят съемный полый центральный электрод 4 с калиброванным сквозным отверстием (топливным каналом) 5, и заостренным рабочим торцем, подвижная относительно центрального электрода 4 и корпуса свечи втулка электроизолятора 6, металлический корпус 7 с шестигранником 8 для заворачивания ее свечным ключом, герметизирующая уплотнительная прокладка 9, фиксаторная герметизирующая втулка 10, в основании верхней крышки камеры сгорания 1 размещена электроизолирующая прокладка 11 с отверстиями под центральный электрод и клапаны цилиндра, корпус свечи фиксируется относительно электроизолятора 6, свечи втулкой 12. Втулка электроизолятора 6 зафиксирована относительно центрального электрода 4 герметизирующей втулкой 13. На внешний торец центрального электрода 4 герметично одета электроизолирующая втулка 14 с регулируемой диафрагмой 15, управляющим кольцевым электродом 16, а на вход втулки 14 герметично подсоединен электромагнитный топливный импульсный насос 17 с управляющим электродом 16, игольчатым штоком и запорным шариковым клапаном по диаметру полого отверстия электрода 4 (электромагнит и шток на чертеже не показаны). Высоковольтные потенциалы подведены к электродам через клеммы 18, электросвеча дополнена высоковольтным разрядником-индикатором 19, включенным через балластный помехогасящий резистор (не показан) между центральным электродом 4 и корпусом камеры сгорания 1, имеющей впускной 20 и выпускной 21 клапаны. В состав бестрамблерной системы зажигания входит также управляемый по частоте и скважности высоковольтный автогенераторный преобразователь 22 с регулируемым выходным рабочий напряжением от 15-20 до 40 кВ и мощностью не более 30-40 Вт, содержащий стабилизированный по входному напряжению и термостабилизированный индуктивно-полупроводниковый заторможенный по входу автогенератор, например повышающий блокинг-генератор, работающий на несущей частоте 25-30 кГц, имеющий выход(ы) переменного тока и два высокочастотных выпрямителя, причем его высоковольтный отрицательный потенциал (минус) присоединен через клемму 18 к центральному электроду 4, а положительный(ые) потенциал(ы) присоединен(ы) к корпусу камеры 1 двигателя и к управляющим электродам 16 электростатического насоса. Силовая схема 23 преобразователя 22 управляется от схемы управления 24, в состав которой входят датчики тока 25, скорости вала двигателя (не показан), а также задатчик мощности (расхода топлива). Электропитание преобразователь 22 получает от бортовой электросети 26, например от бортовой аккумуляторной батареи (АБ) напряжением 12/24 вольта.

Способ зажигания топливной смеси в камере сгорания двигателя реализуется следующим образом. Между центральным электродом 4 одноэлектродной свечи зажигания и днищем поршня создают электроискровой разряд в течение времени, соответствующего двойному углу опережения зажигания смеси, путем подачи между центральным электродом и поршнем регулируемого по амплитуде высокого напряжения от бортового преобразователя 22 напряжения, при этом на центральный электрод 4 подают отрицательный потенциал, а на корпус двигателя - положительный потенциал, посредством которых вводят в камеру сгорания 1 двигателя регулируемое по напряженности электрическое поле. Напряженность поля реализуют путем изменения частоты и скважности импульсов рабочей частоты бортового преобразователя 22 напряжения.

Первоначальную настройку системы зажигания осуществляют путем установки рабочего зазора между торцом центрального электрода 4 и днищем поршня 2 в его верхней мертвой точке и регулируют выходное напряжение преобразователя 22 с одновременным контролем потребляемого им первичного тока, соответствующего постоянной искре между центральным электродом 4 и поршнем 2 в рабочем диапазоне допустимых углов опережения смеси для данного двигателя, после чего запускают двигатель и дополнительно регулируют выходное напряжение преобразователя 22 и длину рабочей части центрального электрода 4 по максимуму оборотов холостого хода двигателя при различных положениях угла открытия дроссельной топливной заслонки (на чертеже не показана).

Диагностику исправной работы одноэлектродной свечи зажигания и величины рабочего зазора между торцем центрального электрода 4 и днищем поршня 2 осуществляют по величине постоянной и переменной составляющих потребляемого высоковольтным преобразователем 22 напряжения тока путем сравнения этих величин с эталонными величинами, хранимыми в блоке памяти (на чертеже не показан), с выдачей соответствующего информационного сигнала водителю в случае их несоответствия для конкретных режимов работы двигателя.

Топливо в камеру сгорания 1 подают через калиброванное сквозное отверстие 5 в центральном электроде 4 свечи зажигания в интервал времени, предшествующий возникновению электрической искры.

Интенсивность подачи и распыления топлива через отверстие 5 центрального электрода 4 свечи регулируют путем изменения отверстия диафрагмы 15, размещенной между дополнительным насосом 17 постоянного давления и входом полого центрального электрода 4, или времени открывания этого отверстия запорным клапаном (на чертеже не показан).

Во время эксплуатации двигателя поддерживают постоянным зазор между торцем центрального электрода 4 свечи с поршнем 2 в его верхней мертвой точке путем ввинчивания центрального электрода 4 внутрь камеры сгорания 1 относительно электроизолятора 6 с контролем данного зазора по потребляемому первичному току бортового преобразователя 22 напряжения, подключенного к центральному электроду 4.

При эксплуатации одноэлектродной свечи, совмещенной с электростатическим топливным насосом 17, первоначально взаимосвязанно регулируют длину рабочей части полого центрального электрода 4 и рабочего напряжения торца центрального электрода 4 до достижения устойчивой работы холодного двигателя на обедненной смеси по условию максимума оборотов холостого хода и минимального потребления топлива и электроэнергии от бортового высоковольтного преобразователя 22 напряжения.

При эксплуатации системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей одноэлектродную свечу, совмещенную с топливным насосом 17, осуществляют взаимосвязанное регулирование подачи топлива и угла опережения зажигания топливной смеси путем изменения частоты и скважности импульсов бортового преобразователя 22 напряжения.

Таким образом, применение предлагаемых регулируемых разборных ремонтопригодных одноэлектродных свечей зажигания в сочетании с предложенными способами их настройки и эксплуатации существенно упрощает эксплуатацию и диагностику всей системы зажигания, а в случае применения компактного, малогабаритного и надежного регулируемого высоковольтного высокочастотного преобразователя напряжения, например блокинг-генератора с встроенным выходным выпрямителем, присоединенным минусом к общему выводу центральных электродов, а плюсом к корпусу двигателя, вообще отпадает необходимость в громоздкой и неэкономичной катушке зажигания, электронном коммутаторе тока катушки, распределительной коробке трамблера и самом трамблере (или его электронных аналогов) со сложными системами измерения положения поршней центробежным регулятором и вакуум-регулятором угла опережения зажигания, системами распределения высоковольтных импульсов зажигания. Вследствие резкого упрощения системы электрозажигания при использовании одноэлектродных свечей зажигания повышается экономичность и надежность работы двигателя, повышается полнота сгорания топливной смеси и, как следствие, снижается токсичность выхлопных газов ДВС, существенно возрастает надежность и эффективность работы электрических свечей зажигания и всей системы электрозажигания смеси.

При совмещении электростатического насоса-распылителя топлива и одноэлектродной свечи зажигания смеси в одном устройстве посредством выполнения центрального электрода одноэлектродной свечи полым с капиллярным сквозным отверстием для электростатической подачи и распыления топлива непосредственно в камеру сгорания с увеличением выходного постоянного по знаку высоковольтного напряжения автоматически возрастают подача топлива в камеру сгорания и угол опережения зажигания смеси, а следовательно и мощность ДВС. По мере ухода поршня от верхней мертвой точки либо при снижении величины знакопостоянного выходного напряжения между центральным электродом и поршнем двигателя мощность и электроосмотическое давление на столб жидкости электростатического насоса автоматически снижаются, снижается и подача топлива в камеру сгорания. Известно, что в современных бензиновых двигателях максимальное давление сжатой смеси составляет порядка 7-10 атмосфер, расчеты и опыт показывают, что электростатический насос при подаче потенциала на капиллярный столб жидкого топлива при правильном выборе диаметра и материала капилляров позволяет создать давление на выходе капилляра до 10-15 атмосфер, что вполне достаточно для подачи топлива и распыления его в сжатый воздух в камеру сгорания. Для повышения эффективности работы такого электросмотического насоса в режиме "электросвеча-топливный насос" полый центральный электрод целесообразно выполнить из несмачиваемой термостойкой мелкосотовой керамической трубки с напылением на ее внешние боковые и торцевые поверхности токопроводящего покрытия, либо в виде пучка стекловолокон с калиброванными сквозными отверстиями, жестко закрепленных внутри центрального электрода.

Это позволяет также вообще устранить карбюратор или его электронные аналоги и механический насос высокого давления, поскольку электростатические впрыск и распыление топлива осуществляют через капиллярные отверстия центрального электрода при минимальных энергозатратах. Электростатическая подача и регулирование подачи топлива осуществляются в данном варианте совмещенной "электросвечи - топливной форсунки" автоматически с принудительным изменением величины высоковольтного выходного напряжения, а также в течение времени полного цикла двух, четырех, восьмитактного ДВС при неизменном высоком напряжении электропитания этого насоса-электросвечи по мере приближения - удаления поршня относительно верхней мертвой точки вследствие изменения напряженности электрического поля в рабочем пространстве между торцем капиллярного отверстия центрального электрода и поршнем двигателя и, как следствие, изменения электроосмотического давления топлива на выходе капиллярных отверстий с торца центрального электрода внутри камеры сгорания.

Отметим еще одно положительное свойство такого конструктивного и функционального совмещения одноэлектродной свечи и электростатического насоса для бензиновых ДВС, состоящее в том, что впрыск топлива происходит в ней именно в период впуска и сжатия воздуха (окислителя), поскольку в момент возникновения электрической искры с центрального электрода на поршень и начала электровоспламенения смеси выходное напряжение преобразователя снижается до нуля, потому в этот период электростатический насос не работает и топливо в камеру не подается, а по мере ухода поршня в рабочем такте от верхней мертвой точки и в такте выпуска горящих выхлопных газов пламя также электрически шунтирует высокое напряжение преобразователя между центральным электродом и поршнем, поэтому реально электростатический насос подает топливо именно на тактах впуска и сжатия воздуха, одновременно озонируя воздух и электростатически распыляя топливо.

Таким образом, в данном случае автоматически решается задача подачи, распыления, смешивания топлива с озонированным окислителем и последующего воспламенения смеси без карбюратора или сложнейшей электронной системы впрыска. Естественно, интенсивность подачи топлива можно регулировать изменением диаметра капиллярных отверстий в центральном электроде, регулированием входного давления топлива и величиной высокого напряжения электропитания электростатического насоса в зависимости от режима работы, мощности и типоразмера его камера сгорания.

Формула изобретения

1. Способ зажигания топливной смеси в камере сгорания двигателя путем создания электроискрового разряда между центральным электродом одноэлектродной свечи зажигания и днищем поршня в течение времени, соответствующего двойному углу опережения зажигания смеси, путем подачи между центральным электродом и поршнем регулируемого по амплитуде высокого напряжения от бортового преобразователя напряжения, отличающийся тем, что на центральный электрод подают отрицательный потенциал, а на корпус двигателя - положительный потенциал, посредством которых вводят в камеру сгорания двигателя регулируемое по напряженности электрическое поле, причем регулируют напряженность поля путем изменения частоты и скважности импульсов рабочей частоты бортового преобразователя напряжения.

2. Способ зажигания по п.1, отличающийся тем, что осуществляют первоначальную настройку системы зажигания путем установки рабочего зазора между торцом центрального электрода и днищем поршня в его верхней мертвой точке и регулируют выходное напряжение преобразователя с одновременным контролем потребляемого им первичного тока, соответствующего постоянной искре между центральным электродом и поршнем в рабочем диапазоне допустимых углов опережения зажигания смеси для данного двигателя, после чего запускают двигатель и дополнительно регулируют выходное напряжение преобразователя и длину рабочей части центрального электрода по максимуму оборотов холостого хода двигателя при различных положениях угла открытия дроссельной топливной заслонки.

3. Способ зажигания по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют диагностику исправной работы одноэлектродных свечей зажигания и величины рабочего зазора между торцом центрального электрода и днищем поршня по величине постоянной и переменной составляющих потребляемого высоковольтным преобразователем напряжения тока путем сравнения этих величин с эталонными величинами, хранимыми в блоке памяти, с выдачей соответствующего информационного сигнала водителю в случае их несоответствия для конкретных режимов работы двигателя.

4. Способ зажигания по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что топливо в камеру сгорания подают через калиброванное сквозное отверстие в центральном электроде одноэлектродной свечи зажигания в интервал времени, предшествующий возникновению электрической искры.

5. Способ зажигания по п.4, отличающийся тем, что регулируют интенсивность подачи и распыления топлива через отверстие центрального электрода свечи путем изменения отверстия диафрагмы, размещенной между дополнительным насосом постоянного давления и входом полого центрального электрода, или времени открывания этого отверстия запорным клапаном.

6. Устройство зажигания топливной смеси в камере сгорания двигателя, выполненное в виде одноэлектродной свечи зажигания, содержащей центральный электрод, корпус и электроизолятор, отличающееся тем, что оно выполнено разборным, с регулируемой подачей металлического центрального электрода внутрь камеры сгорания посредством резьбового соединения с электроизолятором, причем рабочий торец центрального электрода выполнен заостренным либо с игольчатыми выступами в направлении поршня, а электроизолятор выполнен подвижным относительно металлического корпуса, длины электроизолятора и центрального электрода внутри камеры сгорания выбраны из условия недопущения электрического пробоя с торца центрального электрода на корпус двигателя, в частности - на впускной и выпускной клапаны в их максимально открытом состоянии, и устойчивого пробоя на поршень при максимальном угле опережения зажигания.

7. Устройство зажигания по п. 6, отличающееся тем, что оно дополнено высоковольтным разрядником-индикатором высокого напряжения, включенным в цепь между центральным электродом и корпусом свечи или корпусом двигателя.

8. Устройство зажигания по одному из пп.1 - 7, отличающееся тем, что на рабочие торцы центрального электрода и поршня нанесено термостойкое и коррозионно-стойкое напыление, например, вольфрамовое, корундовое или платиновое, а на резьбовые поверхности керамического электроизолятора нанесено металлическое термостойкое напыление.

9. Устройство по одному из пп.1 - 8, отличающееся тем, что одноэлектродная свеча выполнена с диаметром и шагом резьбы, совпадающими с диаметром и шагом резьбы штатных отверстий под свечи зажигания в головке блока цилиндров.

10. Устройство зажигания по одному из пп.1 - 9, отличающееся тем что отверстие под одноэлектродную свечу зажигания размещено в головке блока цилиндров напротив центра поршня.

11. Устройство зажигания по одному из пп.1 - 10, отличающееся тем, что одноэлектродная свеча зажигания конструктивно и функционально совмещена с электростатическим топливным насосом-распылителем посредством выполнения центрального электрода полым с капиллярным сквозным отверстием для электростатической подачи и распыления топлива непосредственно в камеру сгорания, причем полый центральный электрод герметично присоединен через дополнительную электроизоляционную втулку к топливопроводу, а также через токопроводящую клемму - к минусовому выходу высоковольтного управляемого высокочастотного бортового преобразователя напряжения.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно снабжено диафрагмой для изменения расхода топлива путем изменения входного диаметра отверстия внутри центрального электрода одноэлектродной свечи.

13. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая одноэлектродные свечи зажигания по числу камер сгорания и высоковольтный регулируемый преобразователь напряжения, отличающаяся тем, что свечи зажигания выполнены разборными, а преобразователь напряжения - автогенераторным, высокочастотным с внутренней положительной обратной связью и внутренней схемой автоматической стабилизации по входному напряжению питания и температуре, и с выходным выпрямителем, причем преобразователь выполнен управляемым по частоте и скважности и подключен с низковольтной стороны непосредственно к бортовой аккумуляторной батарее, с высоковольтной стороны - минусовым потенциалом к центральным электродам свечей зажигания, а плюсовым потенциалом - к корпусу двигателя.

14. Система зажигания по п.13, отличающаяся тем, что функционально и конструктивно она совмещена с системой впрыска топлива и содержит одноэлектродные свечи с полыми центральными электродами и электромагнитный импульсный топливный насос, содержащий статорную катушку, соединенную с преобразователем напряжения, и игольчатый шток возвратно-поступательного хода с шариковым запорным клапаном на конце, имеющим диаметр, достаточный для запирания отверстия полого электрода.

15. Способ эксплуатации одноэлектродной свечи зажигания, отличающийся тем, что поддерживают постоянным зазор между торцем центрального электрода свечи и поршнем в его верхней мертвой точке путем ввинчивания центрального электрода внутрь камеры сгорания относительно электроизолятора с контролем данного зазора по потребляемому первичному току бортового преобразователя напряжения, подключенного к центральному электроду.

16. Способ эксплуатации одноэлектродной свечи, совмещенной с электростатическим топливным насосом, отличающийся тем, что первоначально взаимосвязанно регулируют длину рабочей части полого центрального электрода и рабочего напряжения торца центрального электрода до достижения устойчивой работы холодного двигателя на обедненной смеси по условию максимума оборотов холостого хода и минимального потребления топлива и электроэнергии от бортового высоковольтного преобразователя напряжения.

17. Способ эксплуатации системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей одноэлектродную свечу, совмещенную с топливным насосом, отличающийся тем, что осуществляют взаимосвязанное регулирование подачи топлива и угла опережения зажигания топливной смеси путем изменения частоты и скважности импульсов бортового преобразователя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1