CN111677616A - 一种转子发动机内部激光多点点火系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转子发动机内部激光多点点火系统，包括曲轴和转子，位于转子中心孔内的所述曲轴一端与所述转子传动连接，还包括激光发射装置和激光通道，所述激光发射装置用于产生激光光束；所述激光通道用于引导所述激光光束通过转子中心孔进入转子发动机的燃烧室内；通过所述曲轴的转动使所述激光通道周期性导通，用于周期性引导激光光束进入燃烧室。本发明利用曲轴和转子的耦合接触，可以使激光传输到发动机内部，实现激光多点点火，从而弥补了转子发动机不完全燃烧的缺陷，有效地提高了转子发动机的性能。

Description

一种转子发动机内部激光多点点火系统
技术领域
本发明涉及动力机械系统的技术领域，尤其涉及一种转子发动机内部激光多点点火系统。
背景技术
对于内燃机，燃料燃烧的能量将转化为：对外做功，汽化潜热以及各种热损失，因此燃料不能完全转变为对外做功。如何使燃料尽量转变为对外做的功成为内燃机设计者的目标之一。对于内燃机，不完全燃烧会使发动机做功减少，燃油消耗量升高，不利于发动机的工作。并且，发动机不完全燃烧会产生更多的有害气体，造成严重的环境污染。所以燃烧过程是影响发动机的动力性经济性和排气污染的主要过程，同时与噪声、振动、启动性能和使用寿命也有重大关系。转子发动机是一种特殊的旋转式内燃机。当转子发动机的转子转动到上止点附近时，火花塞开始点火。此时，发动机的燃烧室比较狭长，这导致火焰传播距离长，火焰传播慢，燃料还未烧完就从排气口进入大气变成HC排放。同时，在上止点附近转子机燃烧室内的流场被完全挤压成转子转动方向的单向流，单向流阻碍了火焰向燃烧室尾部的传播，这加剧了燃料的不完全燃烧。适当添加激光点火的背景
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种转子发动机内部激光多点点火系统，利用曲轴和转子的耦合接触，可以使激光传输到发动机内部，实现激光多点点火，从而弥补了转子发动机不完全燃烧的缺陷，有效地提高了转子发动机的性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种转子发动机内部激光多点点火系统，包括曲轴和转子，位于转子中心孔内的所述曲轴一端与所述转子传动连接，还包括激光发射装置和激光通道，所述激光发射装置用于产生激光光束；所述激光通道用于引导所述激光光束通过转子中心孔进入转子发动机的燃烧室内；通过所述曲轴的转动使所述激光通道周期性导通，用于周期性引导激光光束进入燃烧室。
进一步，所述激光通道包括位于曲轴内的曲轴光纤和位于转子内的转子光纤，所述转子光纤连通所述转子中心孔和转子发动机的燃烧室，所述曲轴光纤用于引导所述激光光束进入转子中心孔；通过所述曲轴的转动使所述曲轴光纤与转子光纤周期性耦合，用于周期性引导激光光束进入燃烧室。
进一步，所述转子光纤包括收集部分、整合部分和分散部分；所述收集部分呈渐缩状，用于将激光进行聚拢，实现点火时刻及点火持续期可变；所述收集部分的上端连接整合部分一端；所述整合部分用于使激光直线传播，所述整合部分另一端连接分散部分；所述分散部分呈渐扩状，用于使激光分散在燃烧室内，实现燃烧室内多点点火。
进一步，所述曲轴光纤和转子光纤表面均设有涂覆层。
进一步，激光束射入所述燃烧室壁面设有耐高温材料，用于防止激光损伤缸壁。
进一步，所述激光发射装置包括电源和激光发射器，所述电源与激光发射器连接，所述激光发射器用于产生激光光束。
进一步，还包括ECU，至少一个传感器用于检测曲轴的旋转角度，所述ECU根据传感器的信号控制激光发射器产生激光光束。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的转子发动机内部激光多点点火系统，利用转子发动机转子旋转的特点，通过转子和曲轴的耦合实现激光进入转子发动机燃烧室，可以实现在转子发动机的转子上点火。
2.本发明所述的转子发动机内部激光多点点火系统，可以实现在转子上多点持续点火。多点点火产生多个火核，缩短了火焰在燃烧室内传播的时间，实现了火焰在燃烧室内的快速燃烧，同时降低了爆燃的可能，实现了高输出功率、高输出扭矩及低油耗的统一。激光点火延迟小，转子光纤的特殊结构可以实现在很高的转速下不同点火时刻持续点火，克服了传统点火的缺陷。
附图说明
图1为本发明的曲轴内部激光输送的原理图。
图2为本发明的转子内部结构图。
图中：
1-ECU；2-电源；3-激光发射器；4-曲轴；5-曲轴光纤涂覆层；6-曲轴光纤；7-转子光纤；8-转子光纤涂覆层；9-燃烧室；10-密封片；11-缸壁；12-耐高温材料；13-转子。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的转子发动机内部激光多点点火系统，转子发动机为汪克尔转子发动机，汪克尔转子发动机为现有公知的发动机，具体结构不再描述。位于转子3中心孔内的所述曲轴4一端与所述转子13传动连接，汪克尔转子发动机的汪克尔转子转一圈，曲轴4需要转3圈，即曲轴4转一圈，汪克尔转子转三分之一圈。此处的传动连接为公知的内齿圈与外齿传动连接。本发明的核心包括激光发射装置和激光通道，激光发射装置包括电源2和激光发射器3，所述电源2与激光发射器3连接，所述激光发射器3用于产生激光光束。所述激光通道用于引导所述激光光束通过转子3中心孔进入转子发动机的燃烧室9内；通过所述曲轴4的转动使所述激光通道周期性导通，用于周期性引导激光光束进入燃烧室9。用转子发动机转子旋转的特点，通过转子和曲轴的耦合实现激光进入转子发动机燃烧室，可以实现在转子发动机的转子上点火。
所述激光通道包括位于曲轴内的曲轴光纤6和位于转子内的转子光纤7，所述转子光纤7连通所述转子3中心孔和转子发动机的燃烧室9，所述曲轴光纤6用于引导所述激光光束进入转子3中心孔；通过所述曲轴4的转动使所述曲轴光纤6与转子光纤7周期性耦合，用于周期性引导激光光束进入燃烧室9。所述转子光纤7包括收集部分、整合部分和分散部分；所述收集部分呈渐缩状，用于将激光进行聚拢；所述收集部分的上端连接整合部分一端；所述整合部分用于使激光直线传播，所述整合部分另一端连接分散部分；所述分散部分呈渐扩状，用于使激光分散在燃烧室9内，实现燃烧室9内多点点火。激光进入转子光纤7时首先被聚光，然后再被分光，可以实现在转子上多点持续点火。多点点火产生多个火核，缩短了火焰在燃烧室内传播的时间，实现了火焰在燃烧室内的快速燃烧，同时降低了爆燃的可能，实现了高输出功率、高输出扭矩及低油耗的统一。还可以使激光点火延迟小，所以可以在很高的转速下持续点火，克服了传统点火的缺陷。曲轴光纤6外包裹曲轴光纤涂覆层5，转子光纤7外包裹转子光纤涂覆层8，激光在光纤内不断反射向前传播，涂覆层能够保护光纤不受损伤。激光束射入所述燃烧室9壁面设有耐高温材料，用于防止激光损伤缸壁11。
还包括控制器ECU 1，至少一个传感器用于检测曲轴4的旋转角度，所述ECU 1根据传感器的信号控制激光发射器3产生激光光束。所述传感器可以是曲轴4驱动部分的编码器也可以是角度传感器。ECU1可以通过角度传感器控制激光发射器3在曲轴光纤6与转子光纤7耦合时发射激光。
激光进入树形光纤7时首先被聚光，然后再被分光，从而达到多点点火的目的。激光进入燃烧室激发燃料发生化学链反应，实现点火。
工作原理：雾化的燃料分子吸收特定频率的激光光子并发生离解，产生的高活性高速离子可以引起化学链反应，从而实现点火。激光发射器3从电源2获得电能，发射激光进入曲轴光纤6。激光在曲轴光纤6内不断反射向前传播，当曲轴光纤6和转子光纤7耦合时形成激光通路时，激光得以进入转子13内。激光在转子光纤7先被聚光然后分光，这样可以实现多点点火。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种转子发动机内部激光多点点火系统，包括曲轴(4)和转子(13)，位于转子(3)中心孔内的所述曲轴(4)一端与所述转子(13)传动连接，其特征在于，还包括激光发射装置和激光通道，所述激光发射装置用于产生激光光束；所述激光通道用于引导所述激光光束通过转子(3)中心孔进入转子发动机的燃烧室(9)内；通过所述曲轴(4)的转动使所述激光通道周期性导通，用于周期性引导激光光束发散式进入燃烧室(9)。
2.根据权利要求1所述的转子发动机内部激光多点点火系统，其特征在于，所述激光通道包括位于曲轴内的曲轴光纤(6)和位于转子内的转子光纤(7)，所述转子光纤(7)连通所述转子(3)中心孔和转子发动机的燃烧室(9)，所述曲轴光纤(6)用于引导所述激光光束进入转子(3)中心孔；通过所述曲轴(4)的转动使所述曲轴光纤(6)与转子光纤(7)周期性耦合，用于周期性引导激光光束进入燃烧室(9)。
3.根据权利要求2所述的转子发动机内部激光多点点火系统，其特征在于，所述转子光纤(7)包括收集部分、整合部分和分散部分；所述收集部分呈渐缩状，用于将激光进行聚拢；所述收集部分的上端连接整合部分一端；所述整合部分用于使激光直线传播，所述整合部分另一端连接分散部分；所述分散部分呈渐扩状，用于使激光分散在燃烧室(9)内，实现燃烧室(9)内多点点火。
4.根据权利要求2所述的转子发动机内部激光多点点火系统，其特征在于，所述曲轴光纤(6)和转子光纤(7)表面均设有涂覆层。
5.根据权利要求2所述的转子发动机内部激光多点点火系统，其特征在于，激光束射入所述燃烧室(9)壁面设有耐高温材料，用于防止激光损伤缸壁(11)。
6.根据权利要求2所述的转子发动机内部激光多点点火系统，其特征在于，所述激光发射装置包括电源(2)和激光发射器(3)，所述电源(2)与激光发射器(3)连接，所述激光发射器(3)用于产生激光光束。
7.根据权利要求1所述的转子发动机内部激光多点点火系统，其特征在于，还包括ECU(1)，至少一个传感器用于检测曲轴(4)的旋转角度，所述ECU(1)根据传感器的信号控制激光发射器(3)产生激光光束。
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