CN108443044A - 一种发动机用激光点火装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机用激光点火装置及其方法，涉及激光点火领域。装置包括：激光发生装置，反射装置和若干激光传导装置；所述的激光传导装置包括沿激光光路顺次设置的凸透镜、凹透镜、焦点透镜和保护镜。激光传导装置的凸透镜对反射过来的激光束进行聚拢，凹透镜再将聚拢的激光束重新转换为平行光，平行光经过焦点透镜后穿过保护镜后在气缸内形成点火焦点，点火焦点处能量大，实现气缸的点火。本发明的装置只需操控反射镜就可以对气缸进行点火，且焦点透镜可以根据需要选用多焦点的透镜，实现更加有效的点火。

Description

一种发动机用激光点火装置及其方法

技术领域

本发明涉及激光点火领域，尤其涉及一种发动机用激光点火装置及其方法。

背景技术

发动机点火方式包括点燃和压燃，其中火花塞是点燃式发动机的重要部件。传统的电火花点火需要定期更换火花塞，否则容易出现中心电极腐蚀，火花塞老化，积碳严重等现象，导致汽车冷启动比较困难，频繁出现怠速熄火，发动机加速性能下降等。激光点火作为一种日渐成熟的点火技术，目前已经在航天与军事方面得到广泛的应用，在汽车发动机领域也得到了广泛的研究。与电火花点火相比，激光点火冷启动性能好，易于控制点火时刻和点火位置，可以实现多焦点点火，更能适应发动机气缸内多种复杂的工况和多变的点火要求。

目前的发动机激光点火装置，多为单个气缸点火装置，多个气缸需要多个激光点火和控制装置。公布号为CN104121134A的发明专利提出通过振镜和反射镜实现多缸点火的方法，本专利提出直接根据各个气缸对应的反射镜和旋转装置来改变激光光路实现多缸点火。目前的发动机激光点火装置，多为单点点火装置，且难以准确控制聚焦点火点的位置，公布号为CN102062037A的发明专利提出用压电晶体，电磁铁，气压移动等方式改变激光聚焦点的位置，但难以实现激光聚焦点的精确移动，本专利提出用焦点透镜可以实现一个或双个激光聚焦点，其中射入焦点透镜的激光为聚拢后的平行光束，通过滑动块和滑动导轨移动焦点透镜来改变激光聚焦点的位置，其中焦点透镜移动的距离和方向与激光聚焦点在气缸中的移动距离和方向相同。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出了一种发动机用激光点火装置及其方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的激光点火装置包括激光发生装置、反射装置、若干激光传导装置，所述的激光传导装置包括沿激光光路顺次设置的凸透镜、凹透镜、焦点透镜和保护镜。激光发生装置用于产生平行激光束；反射装置设置在激光发生装置产生的激光光路上，将所述激光束反射到相应的激光传导装置上；若干激光传导装置设置在发动机气缸上，让反射装置反射的激光束在发动机气缸内进行聚焦；

优选的，所述的反射装置包括若干反射单元；反射单元与激光传导装置一一对应；所述的反射单元沿激光发生装置发射的、且未被反射的激光束方向排列；

所述的反射单元包括：反射镜和驱动所述反射镜运动以反射激光束至对应激光传导装置的运动机构。

优选的，所述的运动机构为旋转机构，所述的反射镜可以在旋转机构带动下从初始位置旋转至工作位置；反射镜在初始位置时，位于光路一侧；反射镜在工作位置时，反射激光束至对应的激光传导装置。

优选的，所述的凸透镜、凹透镜、焦点透镜和保护镜的边缘为平面。

优选的，所述的焦点透镜为双焦点透镜或凸透镜。

优选的，所述激光传导装置还包括移动装置，所述移动装置包括滑动块和滑动导轨；焦点透镜固定安装在滑动块上；滑动块设置在滑动导轨上；滑动块的滑动方向与光路平行。

优选的，所述的激光点火装置还包括控制装置，所述的控制装置分别与激光发生装置、反射装置相连。

优选的，所述的保护镜为耐高温平面镜片，其设置在气缸内壁面上，作为气缸内壁面的一部分。

所述激光点火装置的点火方法如下：

1)激光发生装置产生平行激光束；

2)当某一气缸需要点火时；与该气缸对应的反射装置运动至工作状态，反射激光束至对应激光传导装置；

3)激光传导装置的凸透镜对反射过来的激光束进行聚拢，凹透镜再将聚拢的激光束重新转换为平行光，该平行光相较于反射过来的平行激光束更窄；平行光经过焦点透镜后穿过保护镜后在气缸内形成点火焦点，点火焦点处能量大，实现气缸的点火；改变焦点透镜在凹透镜和保护镜之间的距离，可以调整点火焦点在气缸内的位置；通过凹透镜射入焦点透镜的激光为聚拢后的平行光束，焦点透镜的移动距离和方向与点火焦点在气缸中的移动距离和方向相同；

4)处于工作状态的反射装置复位，下一需点火的气缸对应的反射装置运动至工作状态，对下一需点火的气缸进行点火。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1)通过一个激光点火装置和控制装置实现发动机多个气缸点火。

2)通过焦点透镜可以实现一个或双个聚焦点火点。

3)通过移动焦点透镜可以改变聚焦点在气缸内的位置，其中焦点透镜的移动距离和方向和聚焦点位置变化的距离和方向相同。

4)光学透镜的边缘为平面，易于固定。

5)耐高温平面镜片可以保护光学透镜免受发动机气缸内高温和震荡的冲击。

附图说明

图1是本发明激光点火光路示意图(A)。

图2是本发明激光点火光路示意图(B)。

图3是本发明的透镜结构示意图

图4是透镜固定示意图。

1、激光控制器，2、激光发生器，3、反射镜，4、凸透镜，5、凹透镜，6、双焦点透镜，7、保护镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明的激光点火装置包括：激光发生装置2，反射装置3，若干激光传导装置；所述的激光传导装置包括沿激光光路顺次设置的凸透镜4、凹透镜5、焦点透镜6和保护镜7。其中激光发生装置用于产生平行激光束；反射装置设置在激光发生装置产生的激光光路上，将所述激光束反射到相应的激光传导装置上；若干激光传导装置设置在发动机气缸上，让发射装置反射的激光束在发动机气缸内进行聚焦。

如图1和2所示，本发明装置的工作过程如下：

激光发生装置产生平行激光束；

2)当某一气缸需要点火时；与该气缸对应的反射装置运动至工作状态，反射激光束至对应激光传导装置；

3)激光传导装置的凸透镜对反射过来的激光束进行聚拢，凹透镜再将聚拢的激光束重新转换为平行光，该平行光相较于反射过来的平行激光束更窄；平行光经过焦点透镜后穿过保护镜后在气缸内形成点火焦点，点火焦点处能量大，实现气缸的点火；改变焦点透镜在凹透镜和保护镜之间的距离，可以调整点火焦点在气缸内的位置；

4)处于工作状态的反射装置复位，下一需点火的气缸对应的反射装置运动至工作状态，对下一需点火的气缸进行点火。

在本发明的一个具体实施例中，所述的反射装置包括若干反射单元；反射单元与激光传导装置一一对应；所述的反射单元沿激光发生装置发射的、且未被反射的激光束方向排列；所述的反射单元包括反射镜和驱动所述反射镜运动以反射激光束至对应激光传导装置的运动机构。

在本发明的一个具体实施例中，所述的运动机构为旋转机构，所述的反射镜可以在旋转机构带动下从初始位置旋转至工作位置；反射镜在初始位置时，位于光路一侧；反射镜在工作位置时，反射激光束至对应的激光传导装置。

在本发明的一个具体实施例中，所述的运动机构为电动推杆，所述的反射镜可以在电动推杆带动下从初始位置移动至工作位置(光路上)；反射镜在初始位置时，位于光路一侧；反射镜在工作位置时，处在光路上，反射激光束至对应的激光传导装置。

如图3和4所示，在本发明的一个具体实施例中，所述的凸透镜、凹透镜、焦点透镜和保护镜的边缘为平面。边缘为平面有利于上述透镜和保护镜稳定的安装在激光传导装置的外壳上。

在本发明的一个具体实施例中，所述的焦点透镜为凸透镜。在本发明的一个优选实施例中，所述的焦点透镜为双焦点透镜，双焦点透镜可以在气缸内形成两个焦点，实现双点点火。

在本发明的一个具体实施例中，所述的激光传导装置还包括移动装置，所述移动装置包括滑动块和滑动导轨；焦点透镜固定安装在滑动块上；滑动块设置在滑动导轨上；滑动块的滑动方向与光路平行。

如图1或2所示，在本发明的一个具体实施例中，还包括控制装置1，所述的控制装置1分别与激光发生装置2、反射装置3相连；控制装置1用于控制控制装置1的开闭，并控制反射装置3按照既定的点火顺序进行运动。所述的控制装置由独立电源供电，所述的独立电源由汽车蓄电池充电并保持电量在预定区间内。

所述的保护镜为耐高温平面镜片，其设置在气缸内壁面上，作为气缸内壁面的一部分。安装时，在气缸一个面上开孔，在开孔上安装保护镜即可。因气缸内温度和压力均较高，因此要求保护镜为耐高温镜片，且具有足够的机械强度。

Claims (9)

1.一种发动机用激光点火装置，其特征在于包括：

激光发生装置，其用于产生平行激光束；

反射装置，其设置在激光发生装置产生的激光光路上，将所述激光束反射到相应的激光传导装置上；

若干激光传导装置；其设置在发动机气缸上，让反射装置反射的激光束在发动机气缸内进行聚焦；

所述的激光传导装置包括沿激光光路顺次设置的凸透镜、凹透镜、焦点透镜和保护镜。

2.根据权利要求1所述的发动机用激光点火装置，其特征在于所述的反射装置包括若干反射单元；反射单元与激光传导装置一一对应；所述的反射单元沿激光发生装置发射的、且未被反射的激光束方向排列；

所述的反射单元包括：反射镜，和

驱动所述反射镜运动以反射激光束至对应激光传导装置的运动机构。

3.根据权利要求2所述的发动机用激光点火装置，其特征在于所述的运动机构为旋转机构，所述的反射镜可以在旋转机构带动下从初始位置旋转至工作位置；反射镜在初始位置时，位于光路一侧；反射镜在工作位置时，反射激光束至对应的激光传导装置。

4.根据权利要求1所述的发动机用激光点火装置，其特征在于所述的凸透镜、凹透镜、焦点透镜和保护镜的边缘为平面。

5.根据权利要求1所述的发动机用激光点火装置，其特征在于所述的焦点透镜为双焦点透镜或凸透镜。

6.根据权利要求1所述的发动机用激光点火装置，其特征在于所述激光传导装置还包括移动装置，所述移动装置包括滑动块和滑动导轨；焦点透镜固定安装在滑动块上；滑动块设置在滑动导轨上；滑动块的滑动方向与光路平行。

7.根据权利要求1所述的发动机用激光点火装置，其特征在于还包括控制装置，所述的控制装置分别与激光发生装置、反射装置相连。

8.根据权利要求1所述的发动机用激光点火装置，其特征在于所述的保护镜为耐高温平面镜片，其设置在气缸内壁面上，作为气缸内壁面的一部分。

9.一种权利要求1所述发动机用激光点火装置的点火方法，其特征在于：

1)激光发生装置产生平行激光束；

2)当某一气缸需要点火时；与该气缸对应的反射装置运动至工作状态，反射激光束至对应激光传导装置；

3)激光传导装置的凸透镜对反射过来的激光束进行聚拢，凹透镜再将聚拢的激光束重新转换为平行光，该平行光相较于反射过来的平行激光束更窄；平行光经过焦点透镜后穿过保护镜后在气缸内形成点火焦点，点火焦点处能量大，实现气缸的点火；改变焦点透镜在凹透镜和保护镜之间的距离，可以调整点火焦点在气缸内的位置；通过凹透镜射入焦点透镜的激光为聚拢后的平行光束，焦点透镜的移动距离和方向与点火焦点在气缸中的移动距离和方向相同；

4)处于工作状态的反射装置复位，下一需点火的气缸对应的反射装置运动至工作状态，对下一需点火的气缸进行点火。