CN106121892A - 一种柴油机电点火系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种柴油机电点火系统及方法，电点火系统包括蓄电池、点火线圈、分电器驱动盘和火花塞，分电器通过驱动盘与柴油机的油喷驱动齿轮盘的转轴连接；蓄电池的正极上通过点火开关与点火线圈的初级绕组的一端连接，初级绕组的另一端通过断电器与蓄电池的负极连接，点火线圈的次级绕组与分电器连接，分电器与火花塞连接，火花塞的个数与柴油机的缸数相同，柴油机的每个燃烧室对应设置一个火花塞；火花塞贯穿柴油机的气缸盖设置且其侧电极端伸入燃烧室内，火花塞与气缸盖密封连接。按照柴油机气缸的工作顺序，通过电点火系统使火花塞产生电火花，以一定点火提前角进行点火。能够使柴油机使用不能通过压燃来燃烧的燃料。

Description

一种柴油机电点火系统及方法

【技术领域】

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种柴油机电点火系统及方法。

【背景技术】

柴油机燃烧尾气主要为碳氧化合物、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒等，大量柴油机尾气的排放严重影响人的身体健康，破坏我们耐以生存的环境，世界各国制定更加严格的标准，大力限制柴油发动机尾气的排放量，努力减小其危害程度。

柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机，燃料依靠汽缸内空气压缩产生的热量引燃，也就是空气压缩会升高温度，当压缩空气的温度高于柴油的燃点时柴油就会燃烧。压缩点火的引燃方式使得柴油机燃料使用选择范围很局限，只要压缩空气的温度低于燃料的燃点时燃料就不能燃烧做功，这导致很多新型清洁环保燃料不能在柴油机上使用。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种柴油机电点火系统及方法，该系统能够使柴油机使用不能通过压燃来燃烧的燃料。

本发明所采用的技术方案如下：

一种柴油机电点火系统，设置在柴油机上用于为柴油机点火，包括蓄电池1、点火线圈2、分电器驱动盘3和火花塞4，分电器驱动盘3包括分电器3-1和驱动盘3-2，驱动盘3-2与分电器中心轴3-1-1的自由端连接，且分电器3-1通过驱动盘3-2与柴油机的油喷驱动齿轮盘的转轴连接；蓄电池1的正极上通过点火开5关与点火线圈的初级绕组2-1的一端连接，初级绕组2-1的另一端通过断电器6与蓄电池1的负极连接，点火线圈2的次级绕组2-2与分电器3-1连接，分电器3-1通过高压线与火花塞4连接，火花塞4的个数与柴油机的缸数相同，柴油机的每个燃烧室对应设置一个火花塞；

所述火花塞4贯穿柴油机的气缸盖7设置且其侧电极端伸入燃烧室内，火花塞4与气缸盖7密封连接。

所述的火花塞4的侧电极靠近排气门设置。

所述的气缸盖7上设有用于安装火花塞的火花塞套9，火花塞套9与气缸盖7焊接。

所述的火花塞套9上端的直径大于下端的直径。

所述的分电器中心轴3-1-1上还套设有分度盘10，分度盘10的中心开设有供分电器中心轴3-1-1穿过的分度盘中心孔10-1，和用于固定分度盘10的第二安装孔10-2，分度盘10上开设有供分电器调节点火提前角的调节孔10-3，分电器的安装板3-3上与调节孔10-3正对的位置设有第一安装孔3-3-1，第一安装孔3-3-1与调节孔10-3中设有用于使安装板3-3和分度盘10保持相对位置的紧固装置。

所述的第二安装孔10-2沿分度盘10的周向均匀设置，所述的调节孔10-3为长孔，调节孔10-3沿分度盘10的周向开设，第一安装孔3-3-1为长孔，第一安装孔3-3-1沿安装板3-3的径向开设。

所述分电器3-1在分度盘10上的可调节角度范围为-10°～10°。

所述的点火线圈2设置在柴油机进气管端部的螺栓上。

一种柴油机电点火方法，包括如下步骤，在点火前，调整点火提前角到一定角度并固定该角度，按照柴油机气缸的工作顺序，通过所述的柴油机电点火系统使火花塞产生电火花，所述点火提前角为6°±2°。

所述的柴油机电点火系统使火花塞产生电火花的过程为，闭合点火开关5，使蓄电池1的正极、点火线圈2的初级绕组2-1、断电器6和蓄电池1的负极形成回路，通过断电器6使点火线圈2的次级绕组2-2中产生感应电压，产生的感应电压使火花塞4的中心电极与侧电极之间产生电火花，通过分电器3-1的作用，使各火花塞按照柴油机气缸的工作顺序分别产生电火花。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过在柴油机上设置电点火系统，使得柴油机能够使用靠压缩燃烧不了的燃料，通过将在气缸盖上开孔，将火花塞设置在气缸盖上，使火花塞的侧电极端伸入柴油机的燃烧室，每个燃烧室对应设置一个火花塞，按照柴油机气缸的工作顺序，通过控制该系统使火花塞产生电火花来引燃燃烧室内的燃料，本发明的电点火系统通过将分电器驱动盘的驱动盘与柴油机的油喷驱动齿轮盘的转轴连接，使得不用额外增加动力来驱动分电器旋转，因此，本发明的电点火系统结构简单，对现有的柴油机的改动小，极大地扩展了现有柴油机的燃料来源。

进一步的，通过将火花塞的侧电极靠近排气门设置有助于点火的稳定性，保证点火成功率。

进一步的，通过设置火花塞套，使得火花塞安装方便，对现有柴油机的汽缸盖改动小，通过将火花塞套与气缸盖焊接连接，能够保证火花塞连接处的密封性，火花塞拆装更便捷。

进一步的，通过设置分度盘，能够使分电器方便地调节点火提前角，当需要调节点火提前角时，将紧固装置松开，使分电器转动来调节点火提前角，调整好之后，通过紧固装置将使安装板和分度盘紧固即可。

进一步的，将点火线圈设置在柴油机进气管端部的螺栓上，充分利用了柴油机现有的结构来安装点火线圈，节省了成本，操作方便。

【附图说明】

图1为本发明的柴油机电点火系统的示意图；

图2为本发明的火花塞在气缸盖上安装的侧视图；

图3(a)为本发明的火花塞在气缸盖上安装的正视图；图3(b)为柴油机缸体的结构示意图；

图4(a)为本发明的分电器驱动盘的结构示意图；图4(b)为分电器的结构示意图；图4(c)为分度盘的结构示意图；图4(d)为驱动盘的结构示意图。

其中，1-蓄电池，2-点火线圈，2-1-初级绕组，2-2-次级绕组，3-分电器驱动盘，3-1分电器，3-1-1-分电器中心轴，3-2-驱动盘，3-3-安装板，3-3-1-第一安装孔，4-火花塞，5-点火开关，6-断电器，7-气缸盖，8-喷油嘴，9-火花塞套，10-分度盘，10-1-分度盘中心孔，10-2-第二安装孔，10-3-调节孔，11-缸体，12-活塞，12-1-活塞顶部凹槽，13-进气门，14-排气门。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对发明进行详细说明。

如图1至图4(d)所示，本发明的柴油机电点火系统，设置在柴油机上用于为柴油机点火，包括蓄电池1、点火线圈2、分电器驱动盘3和火花塞4，点火线圈2设置在柴油机进气管端部的螺栓上，分电器驱动盘3包括分电器3-1、驱动盘3-2和套设在分电器中心轴3-1-1上的分度盘10，驱动盘3-2与分电器中心轴3-1-1的自由端连接，且分电器3-1通过驱动盘3-2与柴油机的油喷驱动齿轮盘的转轴连接；蓄电池1的正极上通过点火开5关与点火线圈的初级绕组2-1的一端连接，初级绕组2-1的另一端通过断电器6与蓄电池1的负极连接，点火线圈2的次级绕组2-2与分电器3-1连接，分电器3-1通过高压线与火花塞4连接，火花塞4的个数与柴油机的缸数相同，柴油机的每个燃烧室对应设置一个火花塞；

气缸盖7上设有用于安装火花塞的火花塞套9，火花塞套9上端的直径大于下端的直径，其内腔的形状与火花塞4相适配，火花塞套9与气缸盖7焊接且密封，火花塞4安装在火花塞套9的内腔并贯穿柴油机的气缸盖7，火花塞4的侧电极端伸入燃烧室内且靠近排气门设置，火花塞4与气缸盖7密封连接；

在安装火花塞时，还可直接在气缸盖上开设用于安装火花塞的孔，将火花塞直接安装在气缸盖上；

用于安装火花塞或火花塞套的孔在加工时，可在气缸盖上通过机床加工，或者在气缸盖铸造时直接铸造出该孔。

本发明的分度盘10的中心开设有供分电器中心轴3-1-1穿过的分度盘中心孔10-1，和用于固定分度盘10的第二安装孔10-2，第二安装孔10-2沿分度盘10的周向均匀设置，分度盘10上开设有供分电器调节点火提前角的调节孔10-3，调节孔10-3为长孔，调节孔10-3沿分度盘10的周向开设，分电器的安装板3-3上与调节孔10-3正对的位置设有第一安装孔3-3-1，第一安装孔3-3-1为长孔，第一安装孔3-3-1沿安装板3-3的径向开设，第一安装孔3-3-1与调节孔10-3中设有用于使安装板3-3和分度盘10保持相对位置的紧固装置，分电器3-1在分度盘10上的可调节角度范围为-10～10°；紧固装置为螺栓和螺母；当需要调节点火提前角时，将螺栓和螺母松开，使分电器顺时针或者逆时针转动来调节点火提前角，调整好之后，通过拧紧螺栓和螺母使安装板和分度盘紧固。

本发明的柴油机电点火系统通过蓄电池1、点火开关5、断电器6、点火线圈2、分电器3-1、高压线和火花塞4，形成低压电路和高压电路，其中低压电路为电流从蓄电池1的正极经过点火开关经过点火线圈2的初级绕组2-1，再经过断电器6的触点臂、触点，最终流回到蓄电池1的负极的回路；高压电路为电流从点火线圈2的次级绕组2-2的一端经过分电器3-1、火花塞4，再经火花塞4分电器3-1流回到次级绕组2-2的另一端组成的回路；

当断电器6的触点臂与触点断开时，低压电路通电，初级绕组周围产生磁场，通过铁芯得到加强，当断电器凸轮顶开触点时，初级电路断电，电压迅速下降到零，铁芯中的磁通随之减弱到消失，此时次级绕组中感应出很高的电压，将电压通过高压线传到火花塞的中心电极上，使火花塞中心电极与侧电极之间形成高电压，击穿两极之间的空气间隙产生电火花，电火花引燃燃烧室中燃料做功。

利用本发明的柴油机电点火系统的点火方法，按照柴油机气缸的工作顺序，通过所述的柴油机电点火系统使火花塞产生电火花，在点火前，调整点火提前角到一定角度并固定该角度，启动柴油机火花塞进行点火；

火花塞点火顺序根据柴油机气缸工作顺序依次点火工作，点火顺序主要根据柴油机气缸的工作顺序确定；

以四缸4105柴油机为例，其气缸工作顺序主要为1-3-4-2，四缸四冲程柴油机的着火间隔角为：θ＝720°/4＝180°，按四缸柴油机的平面曲拐布置方式，即第1个缸着火以后，依次为第3，4，2缸的顺序相继着火；当活塞运行到上止点位置时，第1缸进行做功行程，则第4缸进行吸气冲程，而第3缸和第2缸分别开始进行压缩行程和排气行程，在曲轴转过180°后，第2缸和第3缸的活塞处于上止点位置，第3缸开始进入做功行程，第2缸为进气行程。此时第1，4缸分别为排气和压缩行程；在点火时，当达到一定的点火提前角时，电点火系统控制火花塞进行点火。

点火提前角需要根据不同的燃料的特性经过多次试验确定。

甲醇燃料的点火提起前角为6°，最佳点火提前角主要与柴油机转速、负荷、燃料种类(如柴油牌号)以及其他的影响因素有关。当柴油机的转速和负荷范围确定，主要是柴油机燃料种类影响点火提前角，不同的燃料辛烷值不同，辛烷值表征燃料的抗暴性能，使用辛烷值较高即抗爆性较好的燃料时，应增大点火提前角。

点火提前角度确定：试验过程中通过测试设备测试柴油机运行的主要参考，包括柴油机功率、扭矩、转矩、油耗量、进出水温度、机油温度、机油压力，燃油温度、各缸的缸盖后排温度，柴油机工作声音是否正常，烟色是否正常。

其他因素：柴油机中一些其他的因素会影响混合气的燃烧速度，这些因素都会对点火提前角产生一定的影响，如燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度等。

本发明的有益效果如下：

1.分电器驱动盘由驱动盘和分电器两部分组成，驱动盘安装在柴油机的油喷驱动齿轮盘上，由曲轴带动分电器轴转动，分电器轴上的凸轮转动，使点火线圈的次级触点接通与闭合而产生高压电，高压电通过分电器上的分火头，根据柴油机工作顺序通过高压线送到各个火花塞上，火花塞产生电火花点燃燃烧室内燃料。分电器壳体可以手动转动调节基本点火提前角，来提供不同的点火提前角。

2.高压线圈通过发动机进气管上的螺栓固定。

3.火花塞的安装位置是理论证明和反复试验确定在缸盖对应点精确位置开孔安装，同时解决火花塞安装的密封问题，火花塞安装在气缸盖上，其侧电极端伸入燃烧室内，侧电极端具体位置在燃烧室内进气门与排气门之间偏向排气门处，活塞顶部的凹槽对应的范围之内，在安装火花塞时，还要避免火花塞的位置与活塞位置干涉，也不能与喷油嘴干涉，还要给喷油嘴与火花塞孔之间留有一定的间距，一般为一个缸盖下表面的壁厚。

打孔安装火花塞套，火花塞套为上端直径大，下端直径小中空圆管，其内腔的形状与火花塞的外形相适配，火花塞套与气缸盖通过焊接连接在一起，这样做可以让气缸盖和火花塞套牢固紧密的连接在一起，避免柴油机工作过程中冷却水从火花塞套与气缸盖连接处渗漏到燃烧室或气缸盖外。火花塞安装在火花塞套中，为了使火花塞的安装位置与喷油嘴的安装位置不发生干涉，火花塞套的安装孔为斜孔，斜度60°，即该孔的轴线与气缸盖底面的夹角为60°。

4.电子点火系统满足按照气缸的工作顺序定时地在火花塞两电极间产生足够能量的电火花。在一个工作循环过程中，活塞压缩接近上止点时，由火花塞点燃进入燃烧室的燃料，从而燃烧对外做功。

5.柴油机电点火系统可以调节点火时间点，因此能够让柴油机燃烧多种依靠压缩燃烧不了的清洁能源。

本发明的柴油机电点火系统能够使柴油机使用不能通过压燃进行燃烧的燃料，因此能够以清洁能源替代柴油在柴油机上燃烧是非常有前途的能源替代工程，是符合国家能源政策以及实现交通能源可持续发展的重要途径，经济和社会意义极大。

Claims (10)

1.一种柴油机电点火系统，设置在柴油机上用于为柴油机点火，其特征在于，包括蓄电池(1)、点火线圈(2)、分电器驱动盘(3)和火花塞(4)，分电器驱动盘(3)包括分电器(3-1)和驱动盘(3-2)，驱动盘(3-2)与分电器中心轴(3-1-1)的自由端连接，且分电器(3-1)通过驱动盘(3-2)与柴油机的油喷驱动齿轮盘的转轴连接；蓄电池(1)的正极上通过点火开关(5)与点火线圈的初级绕组(2-1)的一端连接，初级绕组(2-1)的另一端通过断电器(6)与蓄电池(1)的负极连接，点火线圈(2)的次级绕组(2-2)与分电器(3-1)连接，分电器(3-1)通过高压线与火花塞(4)连接，火花塞(4)的个数与柴油机的缸数相同，柴油机的每个燃烧室对应设置一个火花塞；

所述火花塞(4)贯穿柴油机的气缸盖(7)设置且其侧电极端伸入燃烧室内，火花塞(4)与气缸盖(7)密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述的火花塞(4)的侧电极靠近排气门设置。

3.根据权利要求1所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述的气缸盖(7)上设有用于安装火花塞的火花塞套(9)，火花塞套(9)与气缸盖(7)焊接。

4.根据权利要求3所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述的火花塞套(9)上端的直径大于下端的直径。

5.根据权利要求1所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述的分电器中心轴(3-1-1)上还套设有分度盘(10)，分度盘(10)的中心开设有供分电器中心轴(3-1-1)穿过的分度盘中心孔(10-1)，和用于固定分度盘(10)的第二安装孔(10-2)，分度盘(10)上开设有供分电器调节点火提前角的调节孔(10-3)，分电器的安装板(3-3)上与调节孔(10-3)正对的位置设有第一安装孔(3-3-1)，第一安装孔(3-3-1)与调节孔(10-3)中设有用于使安装板(3-3)和分度盘(10)保持相对位置的紧固装置。

6.根据权利要求5所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述的第二安装孔(10-2)沿分度盘(10)的周向均匀设置，所述的调节孔(10-3)为长孔，调节孔(10-3)沿分度盘(10)的周向开设，第一安装孔(3-3-1)为长孔，第一安装孔(3-3-1)沿安装板(3-3)的径向开设。

7.根据权利要求5所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述分电器(3-1)在分度盘(10)上的可调节角度范围为-10°～10°。

8.根据权利要求1所述的一种柴油机电点火系统，其特征在于，所述的点火线圈(2)设置在柴油机进气管端部的螺栓上。

9.一种基于权利要求1的柴油机电点火系统的电点火方法，其特征在于，包括如下步骤，在点火前，调整点火提前角到一定角度并固定该角度，按照柴油机气缸的工作顺序，通过所述的柴油机电点火系统使火花塞产生电火花，所述点火提前角为6°±2°。

10.根据权利要求9所述的柴油机电点火方法，其特征在于，所述的柴油机电点火系统使火花塞产生电火花的过程为，闭合点火开关(5)，使蓄电池(1)的正极、点火线圈(2)的初级绕组(2-1)、断电器(6)和蓄电池(1)的负极形成回路，通过断电器(6)使点火线圈(2)的次级绕组(2-2)中产生感应电压，产生的感应电压使火花塞(4)的中心电极与侧电极之间产生电火花，通过分电器(3-1)的作用，使各火花塞按照柴油机气缸的工作顺序分别产生电火花。