Метод за намаляване на загубите на енергия в системите за запалване на двигатели с вътрешно горене

загубите

Притежатели на патента RU 2364744:

Изобретението се отнася до системи за запалване за двигатели с вътрешно горене с индуктивно или капацитивно акумулиране на енергия и може да се използва в системи за запалване на двигатели с вътрешно горене, както и в устройства, където е необходимо, с малки размери и разходи за монтаж, за да се получи висока ефективност и ниски загуби на искров разряд с големи стойности на ток и енергия. Методът за намаляване на енергийните загуби в системите за запалване на двигатели с вътрешно горене с индуктивно или капацитивно акумулиране на енергия е, че енергията на разреждане на запалителната бобина се намалява до стойност, достатъчна само за постигане на напрежение на пробив. Съпротивлението на веригата за високо напрежение е намалено до по-малко от 10 ома. Кондензатор е свързан последователно с високоволтовата намотка на запалителната бобина. Кондензаторът се разрежда чрез малките съпротивления на веригата за високо напрежение и "пробитата" искрова междина. Разрядът на кондензатора е основният източник на енергия за електрическия искров разряд. Техническият резултат при използване на предложеното изобретение е намаляване на енергийните загуби в запалителната система, подобряване на процеса на запалване, увеличаване на скоростта и пълнотата на изгаряне на горими смеси от различни състави, премахване на детонацията, подобряване на мощността и екологичните характеристики на вътрешното горене двигател. 1 кал.

Изобретението се отнася до системи за запалване на двигатели с вътрешно горене с индуктивно или капацитивно акумулиране на енергия и може да се използва в системи за запалване на двигатели с вътрешно горене, както и в устройства, където е необходимо, с малки размери и цена на инсталацията, да се получи висока ефективност и ниски загуби на искров разряд с големи токови и енергийни стойности.

При двигателите с вътрешно горене с искрово запалване запалването на сместа гориво-въздух (горима) се постига чрез електрически искров разряд между електродите на свещите. За да подобрите значително процеса на запалване и да увеличите скоростта на изгаряне, особено при силно оскъдни горивни смеси (27: 1), изключете детонацията, дори когато използвате нискооктанови горива, постигнете същия разход на гориво като дизелов двигател, подобрете мощността и околната среда характеристики на двигателя, е необходимо значително да се увеличи енергийният електрически искров разряд, да се получи по-голям обем на получената плазма (окислител) и да се увеличи степента на йонизация на горивната смес [1], [4].

Характеристиките на характеристиките на токовото напрежение на разряда във въздушната междина са известни [2]. Искра между електродите на свещта създава силно нагрят йонизиран канал. В този случай може да възникне тлеещ разряд под 0,1 A или дъгов разряд, когато токовете са високи поради голямата мощност на източника на ток и ниската съпротивление на веригата. Напрежението на горене на искра е много по-малко от напрежението на пробив. За да се получи по-голям обем плазма, пропорционален на произведението на средния разряден ток и времето и дължината на искрената междина (Кулон на метър), дъговите разряди с по-ниски напрежения на дъгата (характеристика „падащ“ волт-ампер) са енергийно по-благоприятно, отколкото при нажежен разряд. Размерът на тока на дъговия разряд е ограничен от високото омично съпротивление на веригата за високо напрежение (в конвенционалните системи за запалване) и следователно от големите загуби на енергия върху него, които квадратично зависят от стойността на разрядния ток. Фракцията енергия, отделена в искровия разряд, с увеличаване на тока на дъговия разряд поради "падащата" характеристика на токовото напрежение, нелинейно намалява [1].

Намаляването на съпротивлението на вторичната намотка на запалителната намотка (SC) изисква увеличаване на тока, включен от превключвателя, или увеличаване на честотата на разреждане, което е ограничено от хистерезис и индукционни загуби в късо съединение, основата на превключващия елемент и загуби в него, както и способността на електрическото оборудване да осигурява високи превключващи токове. В допълнение, късото съединение има ниска ефективност, тъй като осигурява две задачи - разрушаване на искровия междинен разряд (високо напрежение) и осигуряване на искровия разряд с енергия, достатъчна за ефективно запалване на горимата смес, докато напрежението на горене на искри е 10-30 или повече пъти по-малко от напрежението на пробив, особено при дъгови разряди [2].

Същността на изобретението е да се получи енергия на разреждане с ниски енергийни загуби и висока ефективност, която е по-голяма от източника на напрежение при пробив - късо съединение може да осигури.

Техническият резултат се постига поради факта, че енергията на късо съединение се намалява до стойност, достатъчна само за постигане на напрежение на пробив, съпротивлението на веригата за високо напрежение се намалява до стойности по-малки от 10 ома; кондензатор е свързан последователно с намотката за високо напрежение на късото съединение, чието разреждане чрез малките съпротивления на веригата за високо напрежение и "пробитата" искрова междина е основният източник на енергия за разреждане.

Техническият резултат от използването на предложеното изобретение са: намаляване на енергийните загуби в запалителната система на двигател с вътрешно горене, получаване на практически всеки необходим обем плазма в разряда с по-малко, до 36 или повече пъти, разход на енергия на единица от полученото обем на плазмата, възможност за запалване и по-бързо изгаряне на силно изчерпани горивни смеси със съотношение въздух/гориво до 27: 1, подобряване на икономическите и екологичните характеристики на двигателя, особено при частични натоварвания, способността за регулиране на мощността на двигателя само чрез промяна на количеството доставено гориво (няма регулиране на въздуха, като дизелов двигател, горивното оборудване е опростено и по-евтино). Времето за забавяне на запалването се намалява, скоростта на горене на горивната смес се увеличава, което елиминира ударите, дори когато се използва нискооктаново гориво, ви позволява да увеличите степента на компресия и да регулирате времето за запалване, за режим на по-голяма мощност и икономичност на двигателят (разход на гориво, като дизелов двигател). Ниското съпротивление на веригата за високо напрежение позволява използването на високи токове (стотици и хиляди А) и енергия от плазмен разряд с ниски загуби, което прави възможно в него да се използва за кратко време почти всяко количество електрическа енергия, получена от възстановяването на енергията на отработените газове и спирачната енергия на превозното средство, с минимално изискване за количеството натрупана енергия (малък размер и цена на тези рекуператорни устройства), което прави използването им икономически изгодно. Късото съединение при този метод има малък брой завои и размери (надеждност, лекота на производство, ниска цена). По отношение на съотношението на енергията на разреждане към масата на късо съединение, тази система значително надвишава производителността на други системи за запалване (почти 9000 пъти според резултатите от прототипни тестове и това не е границата).

При изпълнението на това изобретение се използва късо съединение в конструкцията и принципа на действие, подобно на късото съединение, използвано в системите за запалване на двигатели с вътрешно горене с индукционно и капацитивно акумулиране на енергия. Намаляване на съпротивлението на намотката за късо съединение с високо напрежение се постига чрез намаляване на броя на завъртанията на намотките и увеличаване на напречното сечение на проводника на намотката с високо напрежение. Освен това се елиминира съпротивлението от радиосмущения, което е възможно поради значително намаляване на капацитета на веригата за високо напрежение (малък брой завои на намотката с високо напрежение) и, следователно, ниската енергия на високата -напрежение капацитивен разряд; отсъствието на разпределител с високо напрежение, предпоставка поради високи разрядни токове (няма радиосмущения от неговата неекранирана искрова междина); разположението на отделни бобини за запалване директно на свещта (къса дължина на излъчващата антена). Изборът на продължителността и енергията на разряда, развитото напрежение на късо съединение, при този метод е подобен на средствата и методите, използвани в запалителни системи с индуктивно и капацитивно акумулиране на енергия и метода за тяхното изчисляване [2]. Величината на енергията на късо съединение, достатъчна за постигане на напрежение на пробив, за да се осигурят условията за разреждане на кондензатора, свързан последователно с високоволтовата намотка, е различна за различен състав и температури на горивната смес, работеща режими и типове двигатели, размерът на искрената междина и напрежението на кондензаторния заряд (увеличава се с увеличаване на искрената междина, индуктивността и съпротивлението на намотката за късо съединение с високо напрежение, намаляването на напрежението на кондензаторния заряд) е изчислено при производството на запалителната система за конкретен двигател със специфични параметри.

При изпълнението на настоящото изобретение е за предпочитане да се използва тиристорна верига за запалване, тъй като краткотрайността и енергията на разреждане при този метод не са недостатък, а високата скорост на нарастване на високо напрежение, малка зависимост на напрежението на зареждащия кондензатор от честотата на разреждане подобрява параметрите на запалителната система. Освен това е по-лесно да се получат високи превключващи токове в първичното късо съединение. Тиристорите могат да работят без охлаждащи радиатори, въпреки високите превключващи токове, тъй като работят в режим на импулсен ключ с кратко време на превключване (приблизително 250 μs за 1 s, с 4 цилиндъра и 6000 оборота в минута, в прототипните тестове средната превключваща мощност е 4,25 W ) в индуктивен товар. Повишени изисквания се налагат на тиристорите по отношение на скоростта на включване (di/dt не по-малко от 1000 A/s), импулсен (импулсен) ток над 100 A.

Чертежът показва една от възможните схеми за прилагане на предложения метод. Стандартна тиристорна верига за запалване със статично разпределение на енергията под високо напрежение има индивидуални къси съединения (n) за всяка свещ, показана е една, едната клема на първичните намотки е свързана към акумулаторния кондензатор С1, точка а и вторият към отделни тиристори VD (n), точка B (n), изобразен един. Веригата се отличава с наличието на кондензатор С2, единият извод на който е свързан към клемите за високо напрежение на бобините на късо съединение (n), точка c, а вторият към минуса на захранването, директно или през превключвателя K (o), както е показано на диаграмата. Диодите VD1 и VD2 създават верига за разреждане на веригата за високо напрежение, когато ключът е заключен и осигуряват защита срещу претоварване и обратни токове на превключвателя K (o). Кондензаторите C1 и C2 се зареждат от източник на пренапрежение с непрекъснато съхранение на енергия, което не е показано на диаграмата. В момента на запалване от блока за управление, който не е показан на диаграмата, в същото време идва сигнал за отключване на определен тиристор и превключвател K (o). След като пропастта на свещта се разпадне през ниско съпротивление (до стойност по-малка от 10 ома) на верига за високо напрежение, ниско съпротивление и напрежение на искровата междина, по време на дъговия разряд се създават условия за ефективно разряд на кондензатора С2, който има относително ниско напрежение на зареждане - по-малко от 1000 V (напрежението на горене на светещия разряд или по-малко, в зависимост от енергията на късо съединение, стойността на съпротивлението и индуктивността на намотката с високо напрежение). Тъй като кондензаторът С2 се разрежда, токът намалява, съпротивлението се увеличава и падането на напрежението в искровия разряд спира разрядът. Силата на тока, енергията на разряда се регулира от избора на стойността на капацитета и напрежението на кондензаторния заряд, дължината на искровия междина, настройката на времето и режима на разреждане, непрекъснат или прекъсващ превключвател K (о).

Резултати от тестове на модели. K (o) и диодите VD1, VD2 са изключени от схемата на прототипа (чертеж). KZ (n) - пръстеновидна феритна сърцевина K45.0 × 28.0 × 12.0 клас 6000 NM, и двете намотки се навиват с тел с диаметър 0,4 mm, съпротивление W2 - 0,8 Ohm, тегло по-малко от 0,1 kg, W1 - 1,75 оборота, W2 - 104 оборота. Искрена междина 11 мм. C1 0,45 μF, 612 V, разряд E - 0,085 J. Периодът на трептене на разряда с високо напрежение е 5 μs, времето на разреждане е 10 μs, максималният ток през първия полупериод на I разряд е 30 A. 1) C2 разряд е 5 μF, 612 V, E - 0,936 J, E искри - 0,346 J. I макс. - 171.4 A, време на разреждане t - 117 μs, ефективност на разреждане C2 - 47%. 2) Разряд C2 1100 μF, 612 V, E - 197 J, E искри - 70 J, I макс. - 411,6 A, t - 7,56 ms, ефективност - 35,5%. 3) C2 94 μF, 104,7 V, E - 0,293 J, E искри - 0,258 J, I макс. - 14-16 A, t - 817 μs, ефективност - 88%. Бяха получени плазмени разряди с ослепително бял цвят: в тест 1) овал 13 на 8 mm; c 2) сферична форма с диаметър 240 mm, с мощен звуков импулс. Ефективността на производството на плазма (произведение на средния разряден ток по негово време и на дължината на искрената междина Coulomb на метър) по този метод беше сравнена с характеристиката на искровия разряд на намотката 2108-37050-10 (" Фасет ", Италия - най-високите показатели за енергията на разреждане от 0,121 J), дадени в [3]. В този случай, плазмата, получена в предложения метод, късо съединение не е взета под внимание и енергията, подадена към W1 (0,085 J), е взета предвид при изчисляване на консумацията на енергия на единица обем на получената плазма. Тоест изчислените данни за ефективност при този метод са по-ниски от реалните. При 1) тестване на плазмата се получава 98 пъти повече, отколкото при бобината "Фасет", специфичният разход на енергия за производството на единичен обем плазма е 18,8 пъти по-малък. Съответно 2) 8913 пъти повече и 8,9 пъти по-малко, 3) 70,8 пъти повече и 36,7 пъти по-малко, в сравнение с прототипа [5], с 3 пъти по-малко доставена енергия, при Този метод се произвежда 28 пъти повече плазма, а специфичната консумация на енергия 84 пъти по-малко. Съотношението на количеството енергия в искровия разряд към масата на късото съединение е 2) 700 J/kg, 8861 пъти по-голямо от това на бобината 31.3705 [3].

1. Опарин И. М., Купеев Ю. А., Белов Е. Л. "Електронни системи за запалване". - М.: Машиностроене, 1987, с. 5-14, 20-23, 42-72, 76-89, 96-101, 103-104, 108, 112-113, 159-161, 163-167, 176-185.

2. А.Г. Ходасевич, Т.И. Ходасевич. „Наръчник за устройство и ремонт на електронни устройства в автомобилите.“ Част 1. "Електронни системи за запалване". - М.: Антелком, 2005, с. 8-25, 27-33, 69.

3. А.Г. Ходасевич, Т.И. Ходасевич. „Наръчник за устройство и ремонт на електронни устройства в автомобилите.“ Част 2. Електронни системи за запалване. - М.: Антелком, 2004, с. 9, 12-14.

4. J. Mackerle. "Модерен икономичен автомобил". - М.: Машиностроене, 1987, с. 197-200.

Метод за намаляване на загубите на енергия в запалителни системи на двигатели с вътрешно горене с индуктивно или капацитивно акумулиране на енергия, характеризиращ се с това, че енергията на разряд на запалителната бобина се намалява до стойност, достатъчна само за постигане на напрежение на пробив, съпротивлението на веригата за високо напрежение се намалява до стойности по-малки от 10 Ohm, последователно с намотката за високо напрежение на запалителната бобина включва кондензатор, чието разреждане чрез малките съпротивления на веригата за високо напрежение и "пробитата" искрова междина основният източник на енергия за разреждането.