КОМБИНИРОВАННАЯ ЛАЗЕРНО-ИСКРОВАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания автомобильных двигателей внутреннего сгорания.
Из существующего на данный момент уровня техники известны системы зажигания с применением лазера для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, обеспечивающие возможность работы двигателя на обедненных горючих смесях. Некоторые из подобных систем описаны в патентах: РФ №2003825, MПK F02P 23/04, опубл. 30.11.1993, DE 3600255 A1, MПK F02P 23/04, опубл. 09.07.1987, RU №2212559 МПК F02P 23/04, опубл. 20.09.2003.
Системы представленные в патентах RU №2003825 и DE №3600255 представляют собой лазерные системы зажигания для ДВС, включающие в себя источник лазерного излучения, блок накачки лазера, световоды, соединяющие лазер с головкой цилиндра, а также устройство синхронизации, связывающее маховик двигателя с работой блока накачки лазера в соответствии с моментом зажигания.
Системы зажигания, описанные в этих патентах, предполагают, кардинальные изменения в конструкции двигателя и не могут быть использованы совместно с традиционной искровой системой зажигания, а также при работе двигателя на различных видах моторного топлива. Помимо этого применение в качестве устройства для воспламенения обедненной горючей смеси твердотельного импульсного лазера, снижает надежность зажигания обедненных горючих топливных смесей, где необходимо воздействие на смесь более длительным по времени импульсом, что затруднительно в случае твердотельного лазера.
Наиболее близко, по технической сущности к предлагаемой полезной модели, относится устройство для зажигания обедненной горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, описанное в патенте RU №2212559, содержащее блок синхронизации, связанный электрической цепью с датчиком положения коленчатого вала двигателя, усилитель мощности накачки лазера, связанный с датчиком состава горючей смеси, полупроводниковый лазер, связанный через световод с межэлектродным пространством искровой свечи зажигания.
Недостатком указанного устройства является недостаточная гибкость управления системой при различных режимах работы ДВС из-за отсутствия в системе электронного микропроцессорного управления лазерным подогревом искрового промежутка.
Кроме того, в системе не предусмотрена возможность ее эксплуатации при использовании альтернативных видов моторного топлива для ДВС.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности воспламенения смеси в камере сгорания двигателя и создание лазерно-искровой системы зажигания для работы на обедненных горючих смесях бензина и газового моторного топлива совместимой с традиционной искровой системой зажигания и не требующей кардинального изменения конструкции двигателя с электронным микропроцессорным управлением.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемая комбинированная лазерно-искровая система зажигания двигателя внутреннего сгорания, дополнительно, к системе электронного искрового зажигания, содержащей датчик положения коленчатого вала двигателя, модуль зажигания, высоковольтные импульсы которого подаются на искровой промежуток свечи зажигания для искрового разряда в конце такта сжатия в камере сгорания и системе лазерного подогрева, содержащей в своем составе лазерный модуль, излучение которого через световод подается к области искрового промежутка свечи зажигания снабжена микроконтроллером лазерного подогрева (ЛП), устройством установки мощности ЛП при переключении системы питания с бензиновой на газовую и наоборот, устройством отключения ЛП при переходе на обычный режим работы и устройством индикации, при этом: микроконтроллер ЛП связан на входе с группой датчиков, а на выходе через цепь управления с главным входом генератора накачки, устройство установки мощности ЛП состоит из переключателя установки мощности ЛП сблокированного с переключателем вида топлива и связано с реле установки мощности ЛП, один из контактов которого электрически связан с дополнительным входом микроконтроллера, а другой заземлен, устройство отключения ЛП при переходе на обычный режим работы без подогрева состоит из двухпозиционного переключателя с ручным управлением и реле отключения ЛП, контакты которого включены в разрыв силового провода питания генератора накачки, а устройство индикации электрически связанно с выходами микроконтроллера (выходами индикации).
Кроме того, входы микроконтроллера лазерного подогрева электрически связаны: с датчиком положения распределительного вала, датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчиком температуры охлаждающей жидкости и датчиком температуры воздуха во впускном коллекторе.
Кроме того, микроконтроллер лазерного подогрева, снабжен дополнительным выходом электрически связанным с лазерным модулем через генератор накачки.
Кроме того, устройство индикации установлено на приборной панели в салоне транспортного средства для информирования о состоянии системы ЛП в зависимости от режима работы ДВС.
Кроме того, устройство отключения лазерного подогрева и установка мощности лазерного подогрева включает в себя, двухпозиционный выключатель, установленный в салоне транспортного средства.
В системе, в качестве источников излучения, используются полупроводниковые лазерные модули. Электрические импульсы для питания лазерных модулей вырабатываются в генераторах накачки, а импульсы управления генераторами подаются с основных выходов микроконтроллера лазерного подогрева расположенного в салоне транспортного средства.
Технический результат, получаемый с помощью комбинированной лазерно-искровой системы зажигания, заключается в повышении надежности воспламенения горючей смеси в камере сгорания двигателя, при работе на обедненных горючих смесях, что особенно важно для газового моторного топлива. И как следствие, повышается топливная экономичность, и улучшаются экологические параметры транспортного средства.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена схема комбинированной лазерно-искровой системы зажигания двигателя с лазерным подогревом искрового промежутка.
Согласно предложенному техническому решению процесс воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обеспечивается искровой микропроцессорной системой зажигания с лазерным подогревом искрового промежутка свечи.
При этом, интегрирование искровой системы и системы лазерного подогрева выполнено таким образом, что в обе системы, сигналы управления поступают от группы датчиков: датчика 1 положения распределительного вала двигателя, датчика 2 положения коленчатого вала двигателя, датчика 3 температуры охлаждающей жидкости и датчика 4 температуры воздуха во впускном коллекторе, которые обрабатываются и в контроллере 5 управления зажиганием и микроконтроллере 9 управления лазерным подогревом (ЛП). Далее, сигналы, с выходов контроллера 5 через цепь 6 управления искровым зажиганием поступают на модуль 7 зажигания, затем импульсы высокого напряжения подаются на высоковольтную клемму свечи 8 зажигания, а сигналы с основных выходов микроконтроллера 9 через цепь управления 10 подаются на главный вход (на чертеже изображен утолщенной линией) генератора 11 накачки, с выхода которого, импульс подается на лазерный модуль 12, а излучение лазерного модуля 12 направляется в область искрового промежутка свечи 8 зажигания.
Информация с датчиков 1, 2, 3, 4, обработанная в микроконтроллере 9 управления (ЛП), позволяет синхронизировать подачу управляющих импульсов в генераторе 11 накачки лазерного модуля 12 для осуществления лазерного подогрева искрового промежутка во время такта сжатия.
При работе двигателя с включенным лазерным подогревом искровых промежутков, на генераторы 11 накачки, подается электропитание, а микроконтроллер 9 управления ЛП на основании данных полученных от
датчика 1 положения распределительного вала и датчика 2 положения (частоты вращения) коленчатого вала, датчика 3 температуры охлаждающей жидкости двигателя и датчика 4 температуры воздуха во впускном коллекторе, выдает сигналы на основные входы генераторов накачки лазерных модулей, в соответствии с тактами сжатия в цилиндрах.
В соответствии с моментами искрообразования в цилиндрах модуль 7 зажигания подает импульсы высокого напряжения на искровые промежутки свечей.
Часть комбинированной системы зажигания, обеспечивающая работу двигателя в режиме лазерного подогрева искрового промежутка, включает в себя устройство установки мощности ЛП при переключении системы питания с бензиновой на газовую и наоборот. Устройство установки мощности ЛП включает в себя: переключатель 13 установки мощности, сблокированный с переключателем вида топлива (изображен на чертеже пунктиром) и реле 14 установки мощности. Переключатель 13 установки мощности электрически связан с обмоткой реле 14 и силовым проводом, причем один из контактов реле 14 подключен к дополнительному входу микроконтроллера 9 управления ЛП, а другой заземлен.
В результате, реле 14 установки мощности срабатывает, и соответствующий вход микроконтроллера заземляется, а на выходе микроконтроллера 9 формируется сигнал высокого уровня, который, поступая на дополнительный вход генератора накачки 11, еще более увеличивает подаваемую мощность на лазерный модуль 12. При этом переключатель 13 установки мощности может представлять собой двухпозиционный переключатель с ручным переключением.
Устройство отключения лазерного подогрева при переходе на обычный режим работы без подогрева включает в себя переключатель 15, реле 16 отключения. Переключатель 15 отключает обмотку реле 16 отключения от силового провода, если выключается лазерный подогрев, в результате контакты реле 16 разрывают цепь питания генератора накачки 11. Переключатель 15 также может представлять собой двухпозиционный переключатель с ручным переключением. При переведении переключателя 15 в положение соответствующее обычному режиму без лазерного подогрева, обмотка реле 16 обесточивается и контакты реле отключают силовой провод от генератора 11 накачки.
Для информирования о состоянии системы ЛП в зависимости от режима работы ДВС на приборной панели в салоне транспортного средства установлено устройство индикации, которое электрически связано с выходами микроконтроллера (выходами индикации).
Для устойчивого воспламенения обедненной горючей смеси на газовом топливе устройство установки мощности обеспечивает увеличение мощности лазерного подогрева примерно на 20% по сравнению с мощностью лазерного подогрева при работе на бензине.