RU72728U1

RU72728U1 - COMBINED LASER-SPARK SYSTEM OF IGNITION OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU72728U1
Application number: RU2007146318/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Ерохов; Анатолий Леонидович Карунин; Максим Анатольевич Карунин; Анатолий Матвеевич Ревонченков
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2008-04-27

Abstract

Полезная модель относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Техническая задача полезной модели решена в комбинированной лазерно-искровой системе зажигания двигателя внутреннего сгорания, которая включает в себя систему лазерного подогрева межэлектродного промежутка свечи и систему электронного искрового зажигания и дополнительно снабжена: устройством установки мощности лазерного подогрева при переключения системы питания с бензиновой на газовую и наоборот; устройством отключения лазерного подогрева при переходе на обычный режим работы и устройством индикации. Система лазерного подогрева содержит в своем составе микроконтроллер лазерного подогрева, генераторы накачки для лазерных модулей, лазерные модули, излучение которых при помощи фокусирующих устройств концентрируется в искровых промежутках свечей зажигания установленных в головке цилиндров двигателя. Система электронного искрового зажигания содержит в своем составе, контроллер зажигания, датчик положения коленчатого вала и модуль зажигания, высоковольтные импульсы которого подаются на клеммы свечей зажигания и далее к искровым промежуткам. 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. Устройство отключения лазерного подогрева и установки мощности лазерного подогрева включает в себя переключатель, установленный в салоне транспортного средства электрически связанный с реле отключения генераторов накачки лазерных модулей, контакты которого установлены в разрыв силового провода питания и переключатель установки мощности лазерного подогрева сблокированный с переключателем вида топлива расположенный также в салоне транспортного средства, электрически связанный с реле установки мощности ЛП, причем один из контактов этого реле подключен к дополнительному входу микроконтроллера ЛП, а другой заземлен, кроме того, выход микроконтроллера ЛП электрически связан с дополнительным входом генератора накачки для установки выходной мощности лазерного модуля. 4 п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the automotive industry, namely to the ignition systems of automotive internal combustion engines. The technical problem of the utility model is solved in a combined laser-spark ignition system of an internal combustion engine, which includes a laser heating system for the interelectrode gap of a candle and an electronic spark ignition system and is additionally equipped with: a device for setting the laser heating power when switching the power system from gasoline to gas and vice versa ; device for switching off laser heating during transition to normal operation and an indication device. The laser heating system includes a laser heating microcontroller, pump generators for laser modules, laser modules, the radiation of which is focused using focusing devices in the spark gaps of the spark plugs installed in the cylinder head of the engine. The electronic spark ignition system includes, an ignition controller, a crankshaft position sensor and an ignition module, high-voltage pulses of which are supplied to the terminals of the spark plugs and further to the spark gaps. In the system, semiconductor laser modules are used as radiation sources. Electric pulses for powering the laser modules are generated in the pump generators, and the control pulses of the generators are supplied from the main outputs of the laser heating microcontroller located in the vehicle interior. The device for turning off the laser heating and setting the power of the laser heating includes a switch installed in the vehicle interior electrically connected to the relay for switching off the pump generators of the laser modules, the contacts of which are installed in the break of the power supply wire and the switch for setting the laser heating power is interlocked with a fuel type switch located also in the passenger compartment, electrically connected to the relay setting the power of the drug, and one of the contacts This relay is connected to an additional input of the LP microcontroller, and the other is grounded, in addition, the output of the LP microcontroller is electrically connected to the additional input of the pump generator to set the output power of the laser module. 4 p. Fs, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания автомобильных двигателей внутреннего сгорания.The utility model relates to the automotive industry, namely to the ignition systems of automotive internal combustion engines.

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.From the current state of the art, ignition systems using a laser are known for automotive internal combustion engines, which enable the engine to run on lean fuel mixtures. Some of these systems are described in patents: RF №2003825, MPK F02P 23/04, publ. 11/30/1993, DE 3600255 A1, MPK F02P 23/04, publ. 07/09/1987, RU No. 2212559 IPC F02P 23/04, publ. 09/20/2003.

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.The systems presented in patents RU No. 2003825 and DE No. 3600255 are laser ignition systems for internal combustion engines, which include a laser radiation source, a laser pumping unit, optical fibers connecting the laser to the cylinder head, and also a synchronization device connecting the engine flywheel to the operation of the pumping unit laser in accordance with the moment of ignition.

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.The ignition systems described in these patents suggest dramatic changes in the design of the engine and cannot be used in conjunction with the traditional spark ignition system, as well as when the engine is running on various types of motor fuel. In addition, the use of a solid-state pulsed laser as a device for igniting a depleted combustible mixture reduces the reliability of ignition of depleted combustible fuel mixtures, where it is necessary to expose the mixture to a longer pulse time, which is difficult in the case of a solid-state laser.

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.The closest, in technical essence to the proposed utility model, relates to a device for igniting a lean fuel mixture in a cylinder of an internal combustion engine described in RU patent No. 2212559, comprising a synchronization unit connected by an electric circuit to a position sensor of the engine crankshaft, a laser pump power amplifier, connected to the sensor of the composition of the combustible mixture, a semiconductor laser connected through the light guide to the interelectrode space of the spark plug.

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.The disadvantage of this device is the lack of flexibility in controlling the system under various operating modes of the internal combustion engine due to the lack of an electronic microprocessor control for laser heating of the spark gap.

Кроме того, в системе не предусмотрена возможность ее эксплуатации при использовании альтернативных видов моторного топлива для ДВС.In addition, the system does not provide for the possibility of its operation when using alternative types of motor fuel for internal combustion engines.

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.The technical task of the proposed utility model is to increase the reliability of ignition of the mixture in the combustion chamber of the engine and the creation of a laser-spark ignition system for operation on lean fuel mixtures of gasoline and gas motor fuel compatible with the traditional spark ignition system and not requiring a fundamental change in the design of the engine with electronic microprocessor control.

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).The problem is solved in that the proposed combined laser-spark ignition system of an internal combustion engine, in addition to an electronic spark ignition system containing an engine crankshaft position sensor, an ignition module, high-voltage pulses of which are supplied to the spark gap of the spark plug for spark discharge at the end of the cycle compression in the combustion chamber and the laser heating system, comprising a laser module, the radiation of which is fed through the fiber to the region the spark gap of the spark plug is equipped with a laser heating microcontroller (LP), a device for setting the power of the drug when switching the power system from gas to gas and vice versa, a device for turning off the drug when switching to normal operation and an indication device, while: the microcontroller of the drug is connected at the input to the group sensors, and at the output through the control circuit with the main input of the pump generator, the device for setting the power of the LP consists of a switch for setting the power of the LP blocked with a switch of the form top It is connected to the relay of setting the power of the medicinal product, one of the contacts of which is electrically connected to the additional input of the microcontroller and the other is grounded, the device for disconnecting the medicinal device when switching to normal operation without heating consists of a two-position switch with manual control and the disconnecting relay for the medicinal product to break the power wire of the pump generator power supply, and the display device is electrically connected to the outputs of the microcontroller (indication outputs).

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.In addition, the inputs of the laser heating microcontroller are electrically connected: to the camshaft position sensor, the engine speed sensor, the coolant temperature sensor and the air temperature sensor in the intake manifold.

Кроме того, микроконтроллер лазерного подогрева, снабжен дополнительным выходом электрически связанным с лазерным модулем через генератор накачки.In addition, the laser heating microcontroller is equipped with an additional output electrically connected to the laser module through a pump generator.

Кроме того, устройство индикации установлено на приборной панели в салоне транспортного средства для информирования о состоянии системы ЛП в зависимости от режима работы ДВС.In addition, an indication device is installed on the dashboard in the passenger compartment of the vehicle to inform about the state of the drug system, depending on the operating mode of the engine.

Кроме того, устройство отключения лазерного подогрева и установка мощности лазерного подогрева включает в себя, двухпозиционный выключатель, установленный в салоне транспортного средства.In addition, the device for switching off the laser heating and setting the power of the laser heating includes a two-position switch installed in the passenger compartment of the vehicle.

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.The system uses semiconductor laser modules as radiation sources. Electric pulses for powering the laser modules are generated in the pump generators, and the control pulses of the generators are supplied from the main outputs of the laser heating microcontroller located in the vehicle interior.

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.The technical result obtained using the combined laser-spark ignition system is to increase the reliability of ignition of the combustible mixture in the engine combustion chamber when operating on lean fuel mixtures, which is especially important for gas engine fuel. And as a result, fuel efficiency is improved, and the environmental parameters of the vehicle are improved.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена схема комбинированной лазерно-искровой системы зажигания двигателя с лазерным подогревом искрового промежутка.The proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a diagram of a combined laser-spark ignition system of the engine with laser heating of the spark gap.

Согласно предложенному техническому решению процесс воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обеспечивается искровой микропроцессорной системой зажигания с лазерным подогревом искрового промежутка свечи.According to the proposed technical solution, the ignition process of the working mixture in the cylinder of an internal combustion engine is provided by a spark microprocessor ignition system with laser heating of the spark gap of the candle.

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.At the same time, the integration of the spark system and the laser heating system is performed in such a way that in both systems, control signals are received from a group of sensors: the engine camshaft position sensor 1, the engine crankshaft position sensor 2, the coolant temperature sensor 3, and the air temperature sensor 4 in the intake manifold, which are processed in the ignition control controller 5 and the laser heating (PM) control microcontroller 9. Further, the signals from the outputs of the controller 5 through the spark ignition control circuit 6 are supplied to the ignition module 7, then the high voltage pulses are fed to the high-voltage terminal of the spark plug 8, and the signals from the main outputs of the microcontroller 9 are fed to the main input through the control circuit 10 (in the drawing shown by a thickened line) of the pump generator 11, from the output of which, the pulse is supplied to the laser module 12, and the radiation of the laser module 12 is directed to the spark gap of the spark plug 8.

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.The information from the sensors 1, 2, 3, 4, processed in the microcontroller 9 control (LP), allows you to synchronize the supply of control pulses in the pump generator 11 of the laser module 12 for laser heating of the spark gap during the compression cycle.

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 When the engine is running with laser heating of the spark gaps on, the pump generators 11 are supplied with power, and the microcontroller 9 controls the LP based on data received from

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.the camshaft position sensor 1 and the crankshaft position sensor 2, the engine coolant temperature sensor 3 and the air temperature sensor 4 in the intake manifold, give signals to the main inputs of the pump modules of the laser modules, in accordance with the compression strokes in the cylinders.

В соответствии с моментами искрообразования в цилиндрах модуль 7 зажигания подает импульсы высокого напряжения на искровые промежутки свечей.In accordance with the moments of sparking in the cylinders, the ignition module 7 supplies high voltage pulses to the spark gaps of the candles.

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.The part of the combined ignition system that provides the engine with laser heating of the spark gap includes a device for setting the power of the LP when switching the power system from gas to gas and vice versa. The LP power setting device includes: a power setting switch 13 interlocked with a fuel type switch (dashed in the drawing) and a power setting relay 14. The power setting switch 13 is electrically connected to the coil of the relay 14 and the power wire, and one of the contacts of the relay 14 is connected to the additional input of the microcontroller 9 of the control device, and the other is grounded.

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.As a result, the power setting relay 14 is activated, and the corresponding input of the microcontroller is grounded, and a high level signal is generated at the output of the microcontroller 9, which, when fed to the additional input of the pump generator 11, further increases the supplied power to the laser module 12. The switch 13 of the installation power can be a two-position switch with manual switching.

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.The device for switching off the laser heating during the transition to normal operation without heating includes a switch 15, relay 16 shutdown. The switch 15 disconnects the winding of the disconnect relay 16 from the power wire if the laser heating is turned off, as a result, the contacts of the relay 16 break the power supply circuit of the pump generator 11. The switch 15 can also be a two-position switch with manual switching. When the switch 15 is turned to the position corresponding to the normal mode without laser heating, the relay coil 16 is de-energized and the relay contacts disconnect the power wire from the pump generator 11.

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).To inform about the state of the LP system, depending on the operating mode of the internal combustion engine, an indication device is installed on the dashboard in the vehicle compartment, which is electrically connected to the outputs of the microcontroller (indication outputs).

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.For stable ignition of a lean gas mixture using gas fuel, the power setting device provides an increase in the laser heating power by about 20% compared with the laser heating power when operating on gasoline.

Claims

1. Combined laser-spark ignition system of an internal combustion engine, including an electronic spark ignition system containing a position sensor for the engine crankshaft, an ignition module, high-voltage pulses of which are supplied to the spark gap of the spark plug for spark discharge at the end of the compression stroke in the combustion chamber and a laser heating system comprising a laser module, the radiation of which is supplied through the light guide to the spark gap region of the spark plug, distinguishing The fact is that the system is additionally equipped with a laser heating microcontroller (LP), a device for setting the power of the drug when switching the power system from gas to gas and vice versa, a device for turning off the drug when switching to normal operation and an indication device, while the microcontroller of the drug is connected at the input to group of sensors, and at the output through the control circuit with the main input of the pump generator, the device for setting the power of the LP consists of a switch for setting the power of the LP blocked with a switch of the type of fuel a, it is connected with the power setting relay of the medicinal product, one of the contacts of which is electrically connected to the additional input of the microcontroller and the other one is grounded, the device for disconnecting the medicinal device when switching to the normal operation without heating consists of a two-position switch with manual control and the disconnecting relay for the medicinal product included in the gap of the power wire of the power supply of the pump generator, and the display device is electrically connected to the outputs of the microcontroller (display outputs).

2. The combined laser-spark ignition system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the inputs of the laser heating microcontroller are electrically connected to the camshaft position sensor, the engine speed sensor, the coolant temperature sensor and the air temperature sensor in the intake manifold .

3. The combined laser-spark ignition system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the laser heating microcontroller is equipped with an additional output electrically connected to the laser module through a pump generator.

4. The combined laser-spark ignition system of the internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the display device is installed on the dashboard in the passenger compartment of the vehicle to inform about the state of the LP system, depending on the operating mode of the internal combustion engine.