способ управления работой двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что в камеру сгорания подают углеводородную горючую смесь с добавлением водорода и кислорода, воспламеняют ее и продукты сгорания используют для совершения полезной работы, отличающийся тем, что, с целью снижения энергии зажигания горючих смесей и повышения экономичности, водород и кислород подают в предварительную камеру, образуют водородно-кислородную смесь с соотношением не менее 4% водорода и не менее 5% кислорода, осуществляют там микровзрыв, а продукты сгорания микровзрыва подают в основную камеру сгорания двигателя для воспламенения горючей углеводородной смеси.

2. Устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник питания, подключенный через катушку зажигания и прерыватель-распределитель к свечам зажигания камеры сгорания с подсоединенными к ней магистралями от источника углеводородного топлива и водорода, отличающееся тем, что, с целью снижения энергии зажигания горючих смесей и повышения экономичности, устройство дополнительно содержит источник кислорода и предварительную камеру, источники кислорода и водорода через генератор водорода и кислорода подключены к предварительной камере, прерыватель-распределитель выполнен в виде регистра сдвига и связан со свечами через электронный коммутатор напряжения, а катушка зажигания выполнена в виде преобразователя напряжения, при этом датчик положения через регистр сдвига подключен к входам электронного коммутатора напряжения, а последний связан с источником питания через преобразователь напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления работой двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и может найти широкое применение в транспортных средствах как в народном хозяйстве, так и в военной технике.

Известен способ управления работой двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что в камеру сгорания подают углеводородную горючую смесь с добавками водорода и кислорода, воспламеняют ее и продукты сгорания используют для совершения полезной работы.

Известно устройство управления работой двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник питания, подключенный через катушку зажигания и прерыватель-распределитель к свечам зажигания камеры сгорания с подсоединенными к ней магистралями от источников углеводородного топлива и водорода.

К недостаткам известного способа реализованного указанным устройством, следует отнести создание высоковольтного напряжения большой мощности, которое подводится к свечам зажигания для поджига горючих смесей в камерах сгорания двигателя.

Цель изобретения снижение энергии зажигания и повышение экономичности.

Это достигается тем, что при способе управления работой двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в том, что в камеру сгорания подают углеводородную горючую смесь с добавками водорода и кислорода, воспламеняют ее и продукты сгорания используют для совершения полезной работы, согласно изобретению, водород и кислород подают в предварительную камеру, образуют водородно-кислородную смесь с соотношением не менее 4% водорода и не менее 5% кислорода, осуществляют там микровзрыв, а продукты сгорания микровзрыва подают в основную камеру сгорания двигателя для воспламенения горючей углеводородной смеси.

В устройстве управления работой двигателя внутреннего сгорания, реализующем способ, содержащем источник питания, подключенный через катушку зажигания и прерыватель-распределитель к свечам зажигания камеры сгорания с подсоединенными к ней магистралями углеводородного топлива и водорода, согласно изобретению, дополнительно введены источник кислорода и предварительная камера, источники кислорода и водорода через генератор водорода и кислорода подключены к предварительной камере, прерыватель распределитель выполнен в виде регистра сдвига и связан со свечами через электронный коммутатор напряжения, а катушка зажигания выполнена в виде преобразователя напряжения, при этом датчик положения через сдвигающий регистр подключен к входам электронного коммутатора напряжения, который связан с источником питания через преобразователь напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления ДВС; на фиг. 2 принципиальная электрическая схема для ДВС, имеющего четыре цилиндра и соответственно четыре камеры сгорания.

Устройство состоит из источника питания (аккумулятор), катушки 2 зажигания в виде преобразователя напряжения; прерывателя-распределителя 3 в виде регистра сдвига; свечи 4 зажигания с двумя входами, камеры 5 сгорания горючей смеси, источников 6 водорода и кислорода, предварительной камеры 7, щелевого зазора 8 для передачи микровзрыва из предварительной камеры 7 в камеру сгорания 5; трубопровода 9, соединяющего источники водорода и кислорода 6 с первым входом свечи зажигания 4; электронного коммутатора 10 напряжения и датчика 11 положения маховика двигателя.

Устройство управления ДВС работает следующим образом.

Источник питания низкого напряжения 1 подключен к преобразователю напряжения 2, регистру сдвига 3 и датчику 11 положения маховика.

Выход датчика 11 положения подключен к входу регистра сдвига 3, выход которого через электронный коммутатор 10 подключен к второму входу свечи зажигания 4. Свеча зажигания 4 имеет два входа, к первому входу подключены источники 6 Н₂ и О₂ через трубопровод 9.

Выход преобразрователя напряжения 2 подключен к входу электронного коммутатора 10.

Необходимо отметить, что на выходе свечи зажигания 4 установлена предварительная камера 7, на выходе которой расположен щелевой зазор 8. При этом предварительная камера 7 со свечой 4 установлена на входе камеры сгорания 5.

Сигнал с датчика положения маховика ДВС 11 поступает на регистр сдвига входных импульсов 3 и далее на электронный коммутатор 10. После этого электронный коммутатор коммутирует напряжение преобразователя +U_пр на второй вход свечи зажигания 4.

Исходя из того, что в это время на первый вход свечи зажигания 4 поступает смесь водорода и кислорода от источника 6, происходит микровзрыв этой смеси в предварительной камере 7 за счет искры, образованной на первом входе свечи зажигания 4. Образованный микровзрыв смеси Н₂ и О₂ через щелевой зазор 8 передается из предварительной камеры 7 в камеру сгорания 5.

В камере сгорания 5 с помощью этого микровзрыва происходит поджиг бензиновоздушной смеси и частично смеси Н₂ и О₂, поступившей туда через щелевой зазор 8.

Электрическая схема способа и устройства управления ДВС, представленная на фиг. 2 работает следующим образом.

Датчик положения маховика может быть выполнен в виде магнитодиода, сигнал с которого поступает на вход С1(8) регистра сдвига 3. Основной функцией регистра сдвига является поочередное распределение входного импульса на выходы Q₀-Q₁ Q₂-Q₃.

При поступлении первого импульса на выход Q он далее подается на базу силового транзистора VT1 коммутатора 10, который коммутирует напряжение преобразователя 4 (+U_пр) порядка 700 В через коллектор VT1 на свечу 4₁, где и образуется искра. Если учесть, что к этому моменту от генератора водорода и кислорода 6 через трубопровод 9 в предварительную камеру 7₁ поступила взрывоопасная смесь Н₂ и О₂, то в предварительной камере 7₁ происходит микровзрыв смеси Н₂ и О₂. После этого продукты микровзрыва через щелевой зазор 8 передаются в камеру сгорания 7₁, в которой находится бензино-воздушная смесь. Продукты микровзрыва, имеющие высокую температуру, вызывают возгорание бензиновой смеси в камере 5₁. При этом необходимо учесть, что смесь Н₂ и О₂ от генератора 6 подается постоянно под небольшим давлением в трубопровод 9.

Второй импульс с датчика положения 11 поступает на выход Q₁ (12) регистра сдвига 3, затем на базу транзистора VT3 коммутатора напряжения 10 и далее на вход свечи зажигания 4₃ камеры 5₃ и т.д. (порядок работы цилиндров двигателя 1-3-4-2).

Затем процесс повторяется с третьим и четвертым импульсами от датчика положения, которые поступают соответственно в четвертую и вторую камеры сгорания.

Главное отличие предлагаемого способа от известных состоит в том, что энергия поджига водородно-кислородных смесей равна 0,002 мДж, что на три и более порядка меньше, чем необходима энергия поджига бензиновоздушных смесей, которая составляет 10-100 мДж.

Уменьшение энергии поджига, позволяет использовать современные достижения электроники, которые обладают более высокой надежностью, чем механические устройства, и значительно упрощают конструкцию устройств управления.

Кроме того, возрастает экономичность (КПД) ДВС, так как воздействие микровзрыва Н₂ и О₂ на бензиновую смесь приводит к более полному сгоранию этих смесей, свеча зажигания не замасливается продуктами сгорания.

Для надежной передачи микровзрыва зазор 8 в предварительной камере 7, через который микровзрыв передается в камеру сгорания горючих смесей 5, должен быть больше безопасно экспериментального максимального зазора (БЭМЗ).

Ориентировочное значение БЭМЗ: ширина щели 3,0 мм; длина щели 10 мм; БЭМЗ 0,001 мм.

Значение величины этого зазора необходимо выбирать по ГОСТ 22782.6-81 и ГОСТ 12.1.011-78.

Оптимальная величина щелевого зазора 8, исходя из расхода смеси Н₂ и О₂, выбирается из условий (1,5-2) БЭМЗ.