RU2553916C2

RU2553916C2 - Method for laser ignition of fuel in diesel engine; device for laser ignition of fuel in diesel engine and igniter

Info

Publication number: RU2553916C2
Application number: RU2013147006/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Моисеевич Цейтлин; Сергей Григорьевич Ребров; Андрей Николаевич Голиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер"
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-06-20
Also published as: RU2013147006A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: group of inventions relates to engine building and can be used for ignition. Supply of thermal energy pulse is started before fuel spray advance and continued till completion of a combustion product outlet phase. Laser emission power can be reduced as the outlet phase is being competed. Prior to ignition, some amount of fuel is ignited in a prechamber by radiation created by a microchip laser. It is possible to correct a fuel spray advance angle depending on a true turning angle of a distributing shaft. It is possible to correct power of a laser plug beam depending on air temperature. An igniter is of a cooled type and connected to a liquid cooling system. The device can contain a control unit, a pumping unit, an energy source, which are connected with electrical communications, as well as a laser power control that is installed between the energy source and the pumping unit. A damping device can be installed inside the housing. On the housing of the laser ignition plug there can be made longitudinal ribs. Inside the housing of the laser ignition plug there can be made an annular cavity, to which supply and discharge branch pipes for circulation of cooling liquids are connected.

EFFECT: task of creation of a group of inventions consists in improvement of reliability of an ignition system, improvement of ecological properties of the engine, reduction of vibration loads on the plug and improvement of its reliability.

22 cl, 27 dwg

Description

Группа изобретений относится к двигателестроению и может быть использована для воспламенения топлива в дизельных двигателях, работающих на жидком и газообразном топливе, как поршневых, так и роторных. Воспламенитель, содержащий форкамеру и свечу лазерного воспламенения, кроме того, может быть установлен на газотурбинных двигателях - ГТД и жидкостных ракетных двигателях - ЖРД и на других энергетических установках.The group of inventions relates to engine building and can be used to ignite fuel in diesel engines running on liquid and gaseous fuels, both piston and rotary. An ignitor containing a pre-chamber and a laser spark plug can also be installed on gas turbine engines - gas turbine engines and liquid-propellant rocket engines - liquid propellant rocket engines and other power plants.

Известна система зажигания камеры двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ на изобретение №2124792, МПК F02P 3/04, опубл. 10.01.1999 г.Known ignition system of the chamber of an internal combustion engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2144792, IPC F02P 3/04, publ. 01/10/1999

Это изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрооборудовании транспортного средства. Свеча зажигания имеет корпус с эмиссионным преобразователем в виде пьезоэлектрического источника электронов. Свеча также содержит токоподводящий элемент, который одновременно является токопроводящим элементом преобразователя. Эмиссионный преобразователь имеет средство для формирования электрического импульса в виде эмиссионного катода, совмещенного с центральным электродом свечи. При подаче низковольтного напряжения на токоподводящий элемент с эмиссионного катода преобразователя вылетает поток электронов, представляющий собой непрерывный луч в течение одного цикла работы двигателя. Энергия, выделяемая лучом, воспламеняет топливовоздушную смесь в камере сгорания. Таким образом, повышается эффективность в работе свечи зажигания.This invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the electrical equipment of a vehicle. The spark plug has a housing with an emission transducer in the form of a piezoelectric electron source. The candle also contains a current-conducting element, which at the same time is a conductive element of the Converter. The emission converter has a means for generating an electric pulse in the form of an emission cathode, combined with the central electrode of the candle. When a low-voltage voltage is applied to the current-supplying element, an electron stream is emitted from the emission cathode of the converter, which is a continuous beam during one cycle of the engine. The energy released by the beam ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber. Thus, the efficiency of the spark plug is increased.

Недостатки: низкая мощность импульсов зажигания и периодическое обгорание электродов свечи, а также их загрязнение продуктами сгорания.Disadvantages: low power of ignition pulses and periodic burning of spark plug electrodes, as well as their pollution by combustion products.

Известна свеча зажигания двигателя по патенту КНР на изобретение №103189638, МПК F02P 23/04, опубл. 03/07/2013 г.A known spark plug of the engine according to the patent of the People's Republic of China for invention No. 103189638, IPC F02P 23/04, publ. 07/03/2013

Свеча системы зажигания короны по этому патенту выдает нетермическую плазму в форме короны, чтобы ионизировать и зажигать смесь топлива. Свеча включает электрод и керамический изолятор, окружающий электрод. Изолятор окружает конец электрода и блоки электрода от внешней части до камеры сгорания. Изолятор представляет поверхность, которая, подвергаясь воздействию в камере сгорания, испускает нетермическую плазму. Преимущественно проводящие элементы расположены в матрице керамического материала и вдоль изолятора нанесены, частицы металла вставлялись в керамическом материале или отверстиях в керамическом материале. Электрически поведение элементов уменьшает вредное действие дуги в течение действия свечи и таким образом улучшает качество зажигания.The corona spark plug of this patent provides a non-thermal corona-shaped plasma to ionize and ignite a fuel mixture. The candle includes an electrode and a ceramic insulator surrounding the electrode. An insulator surrounds the end of the electrode and electrode blocks from the outside to the combustion chamber. An insulator represents a surface that, when exposed to a combustion chamber, emits non-thermal plasma. Mostly the conductive elements are located in the matrix of the ceramic material and are deposited along the insulator, metal particles are inserted into the ceramic material or holes in the ceramic material. Electrically, the behavior of the elements reduces the harmful effect of the arc during the operation of the spark plug and thus improves the quality of the ignition.

Недостаток - относительно низкая энергия импульса.The disadvantage is the relatively low pulse energy.

Известна система лазерного зажигания горючей смеси двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ на изобретение №2309288, МПК F02P 23/04, опубл. 27.10.2007 г., прототип способа и устройства.A known system of laser ignition of a combustible mixture of an internal combustion engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2309288, IPC F02P 23/04, publ. 10.27.2007, a prototype of the method and device.

Эта система содержит два лазера: один предназначен для разогрева определенного объема камеры цилиндра, а другой для воспламенения топливной смеси. Кроме того, предусмотрено изменение фокусировки второго лазера. Это значительно усложняет систему лазерного зажигания и снижает ее надежность. Кроме того, фокусировка лазерного луча никак не ориентирована относительно впускного клапана топливной смеси. Также недостатком является однократная подача воспламеняющего импульса лазерной свечи от второго лазера в момент опережения зажигания, который вычисляется только с помощью датчика углового положения распределительного вала. При этом общеизвестно, что угол опережения зажигания значительно зависит от частоты вращения коленчатого вала и четного или нечетного числа его оборотов для четырехтактных двигателей. Между угловым положением распределительного и коленчатого валов может быть рассогласование, например, из-за вытягивания цепи. Все это приводит к снижению КПД двигателя и увеличению эмиссии вредных веществ в выхлопных газах. Мер по снижению вибронагрузок на электронные компоненты и оптику лазерной свечи не предусмотрено.This system contains two lasers: one for heating a certain volume of the cylinder chamber, and the other for igniting the fuel mixture. In addition, a focus change of the second laser is provided. This greatly complicates the laser ignition system and reduces its reliability. In addition, the focusing of the laser beam is not oriented in any way with respect to the intake valve of the fuel mixture. Also a disadvantage is a single supply of a flaming pulse of a laser candle from a second laser at the time of ignition timing, which is calculated only using the camshaft angle sensor. It is well known that the ignition timing is significantly dependent on the crankshaft speed and the even or odd number of its revolutions for four-stroke engines. There may be a mismatch between the angular position of the camshaft and crankshaft, for example, due to chain stretching. All this leads to a decrease in engine efficiency and an increase in the emission of harmful substances in exhaust gases. Measures to reduce vibration loads on electronic components and laser candle optics are not provided.

Известен воспламенитель по заявке США №2009159031, МПК F02P 23/04, опубл. 25.02.2009 г., прототип воспламенителя. Этот воспламенитель содержит форкамеру и лазерную свечу. Недостаток ненадежное воспламенение при малой мощности лазера.Known igniter according to the application of US No. 2009159031, IPC F02P 23/04, publ. 02/25/2009, the prototype of the igniter. This igniter contains a pre-chamber and a laser candle. The disadvantage is unreliable ignition at low laser power.

Задачей создания группы изобретений, совпадающей с техническим результатом, является увеличение надежности системы зажигания, улучшение экологических свойств двигателя, уменьшение вибронагрузок на свечу и повышение ее надежности.The task of creating a group of inventions that coincides with the technical result is to increase the reliability of the ignition system, improve the environmental properties of the engine, reduce vibration loads on the spark plug and increase its reliability.

Решение указанных задач достигнуто в способе лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе, содержащем по меньшей мере один цилиндр, впускной и выпускной клапаны, форсунку и воспламенитель, путем подачи импульса лазерного излучения в точку фокусировки во внутреннем объеме цилиндра в момент, который соответствует углу опережении зажигания, который соответствует углу опережения впрыска топлива, и воспламенение топливовоздушной смеси, тем, что согласно изобретению подачу импульса тепловой энергии осуществляют при помощи воспламенителя, содержащего свечу лазерного воспламенения и форкамеру, направлением факела в сторону форсунки. Подачу импульса тепловой энергии начинают до момента опережения впрыска топлива и продолжают до завершения фазы выпуска продуктов сгорания. Мощность лазерного излучения может уменьшаться по мере завершения фазы выпуска продуктов сгорания. Перед воспламенением топлива в дизельном двигателе его воспламеняют в форкамере лазерным излучением, создаваемым микрочип-лазером. Возможно осуществление коррекции угла опережения впрыска топлива в зависимости от истинного угла поворота распределительного вала. Возможно осуществление коррекцию мощности лазерного луча свеч в зависимости от температуры воздуха. Возможно осуществление коррекцию мощности лазерного луча свеч в зависимости от давления воздуха после нагнетателя.The solution to these problems was achieved in a method of laser ignition of fuel in a diesel engine containing at least one cylinder, inlet and outlet valves, nozzle and igniter, by applying a laser pulse to the focus point in the internal volume of the cylinder at a moment that corresponds to the ignition advance angle, which corresponds to the lead angle of the fuel injection and ignition of the air-fuel mixture, in that according to the invention, the thermal energy pulse is supplied by ignition a substitute containing a laser spark plug and a pre-chamber, with the torch pointing toward the nozzle. The supply of a pulse of thermal energy begins until the fuel injection is ahead of the curve and continues until the completion of the phase of the release of combustion products. The power of laser radiation may decrease with the completion of the phase of release of combustion products. Before fuel is ignited in a diesel engine, it is ignited in the prechamber by laser radiation generated by a microchip laser. It is possible to carry out the correction of the angle of advance of fuel injection depending on the true angle of rotation of the camshaft. It is possible to correct the power of the laser beam of candles depending on the air temperature. It is possible to correct the power of the laser beam of candles depending on the air pressure after the supercharger.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр, впускной и выпускной клапаны и воспламенитель с форкамерой и свечой зажигания, тем, что согласно изобретению применена свеча лазерного воспламенения, содержащая микрочип-лазер, вакуумную трубку и фокусирующую линзу, фокус которой находится под впускным клапаном, при этом микрочип-лазер соединен оптическим волокном с блоком накачки. Воспламенитель может быть выполнен охлаждаемым и соединен с системой жидкостного охлаждения. Устройство может содержать блок управления, блок накачки, источник энергии, соединенные электрическими связями, а также регулятор мощности лазера, который установлен между источником энергии и блоком накачки. Устройство для лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе может содержать датчики частоты вращения коленчатого вала, углового положения коленчатого вала, числа оборотов коленчатого вала и углового положения распределительного вала, соединенные электрическими связями с блоком управления. Устройство для лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе может содержать датчик давления топлива.The solution of these problems has been achieved in a device for laser ignition of fuel in an internal combustion engine containing at least one cylinder, an intake and exhaust valve and an ignitor with a prechamber and a spark plug, by the fact that according to the invention a laser spark plug containing a microchip laser, vacuum is used the tube and the focusing lens, the focus of which is under the inlet valve, while the microchip laser is connected by an optical fiber to the pump unit. The igniter can be made cooled and connected to a liquid cooling system. The device may include a control unit, a pump unit, an energy source connected by electrical connections, and a laser power regulator, which is installed between the energy source and the pump unit. A device for laser ignition of fuel in a diesel engine may include sensors for crankshaft speed, crankshaft angular position, crankshaft speed and camshaft angular position, connected by electrical connections to the control unit. A device for laser ignition of fuel in a diesel engine may include a fuel pressure sensor.

Решение указанных задач достигнуто в воспламенителе, содержащем форкамеру, выполненную в виде цилиндрического корпуса с цилиндрической полостью и выходным отверстием на торце, и свечу лазерного воспламенения, содержащую, в свою очередь, корпус и фокусирующую линзу, тем, что внутри корпуса установлен микрочип-лазер, а фокус свечи лазерного воспламенения расположен около боковой стенки форкамеры на расстоянии 0,1…0,2 от внутреннего диаметра форкамеры. Фокусировка свечи лазерного воспламенения может быть выполнена за счет выполнения осей свечи лазерного воспламенения и форкамеры под углом. Фокусировка свечи лазерного воспламенения может быть выполнена за счет выполнения оптической оси фокусирующей линзы по углом к оси свечи лазерного воспламенения. Внутри корпуса может быть установлено средство демпфирования. Средство демпфирования может быть выполнено из металлорезины. Средство демпфирования может быть выполнено в виде тросового виброизолятора. Тросовый виброизолятор может быть выполнен в виде нижней обоймы, жестко закрепленной в корпусе, и верхней обоймы, установленной в корпусе с возможностью осевого и радиального перемещения в центральном отверстии которой установлен микрочип-лазер, а обоймы соединены между собой тросовым элементом. Тросовый элемент может быть выполнен из винтовых прядей троса. Корпус свечи лазерного воспламенения может быть выполнен охлаждаемым. На корпусе свечи лазерного воспламенения могут быть выполнены продольные ребра. Внутри корпуса свечи лазерного воспламенения может быть выполнена кольцевая полость, к которой присоединены подводящий и отводящий патрубки для циркуляции охлаждающей жидкости.The solution of these problems was achieved in an igniter containing a prechamber made in the form of a cylindrical body with a cylindrical cavity and an outlet at the end, and a laser spark plug, which in turn contains a body and a focusing lens, so that a microchip laser is installed inside the body, and the focus of the laser ignition candle is located near the side wall of the prechamber at a distance of 0.1 ... 0.2 from the inner diameter of the prechamber. The focusing of the laser ignition plug can be accomplished by performing the axes of the laser ignition plug and the prechamber at an angle. The focusing of the laser ignition candle can be accomplished by performing the optical axis of the focusing lens at an angle to the axis of the laser ignition candle. Damping means may be installed inside the housing. The damping means may be made of metal rubber. The damping means can be made in the form of a cable vibration isolator. The cable vibration isolator can be made in the form of a lower clip rigidly fixed in the housing and an upper clip mounted in the housing with the possibility of axial and radial movement in the central hole of which a microchip laser is installed, and the clips are interconnected by a cable element. The cable element can be made of screw strands of cable. The body of the laser ignition plug can be cooled. On the casing of the laser ignition candle, longitudinal ribs can be made. An annular cavity may be made inside the body of the laser ignition plug, to which inlet and outlet pipes are connected for circulation of the coolant.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…27, гдеThe invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 27, where

- на фиг. 1 приведен вид дизельного двигателя с торца,- in FIG. 1 shows the end view of a diesel engine,

- на фиг. 2 приведен воспламенитель, упрощенная схема,- in FIG. 2 shows the igniter, a simplified diagram,

- на фиг. 3 приведен разрез А-А,- in FIG. 3 shows a section aa,

- на фиг. 4 приведен разрез В-В,- in FIG. 4 shows a section bb,

- на фиг. 5 приведен вид С-С,- in FIG. 5 shows a view of CC

- на фиг. 6 приведен разрез D-D,- in FIG. 6 shows a section D-D,

- на фиг. 7 приведена схема взаимной компоновки впускного клапана, выпускного клапана и воспламенителя,- in FIG. 7 shows a diagram of the mutual arrangement of the intake valve, exhaust valve and igniter,

- на фиг. 8 приведена схема взаимной компоновки впускного клапана и воспламенителя,- in FIG. 8 shows a diagram of the mutual arrangement of the intake valve and igniter,

- на фиг. 9 приведена диаграмма фаз газораспределения,- in FIG. 9 shows a timing diagram,

- на фиг. 10 приведен воспламенитель,- in FIG. 10 is an igniter,

- на фиг. 11 приведена свеча лазерного воспламенения с демпфером из металлорезины,- in FIG. 11 shows a laser spark plug with a metal rubber damper,

- на фиг. 12 приведена свеча лазерного воспламенения с тросовым демпфером,- in FIG. 12 shows a laser spark plug with a cable damper,

- на фиг. 13 приведена форкамера,- in FIG. 13 shows a prechamber,

- на фиг. 14 приведена форкамера, второй вариант,- in FIG. 14 shows the prechamber, the second option,

- на фиг. 15 приведена форкамера, третий вариант,- in FIG. 15 shows the prechamber, the third option,

- на фиг. 16 приведена схема установки фокусирующей линзы,- in FIG. 16 is a diagram of a focusing lens installation,

- на фиг. 17 приведен виброизолятор,- in FIG. 17 shows a vibration isolator,

- на фиг. 18 приведена охлаждаемая свеча лазерного воспламенения, воздушное (конвективное охлаждение),- in FIG. 18 shows a cooled laser spark plug, air (convective cooling),

- на фиг. 19 приведена охлаждаемая свеча лазерного воспламенения, жидкостное охлаждение,- in FIG. 19 shows a cooled laser spark plug, liquid cooling,

- на фиг. 20 приведен первый вариант схемы жидкостного охлаждения свечи,- in FIG. 20 shows a first embodiment of a liquid cooling scheme for a candle,

- на фиг.21 приведен второй вариант схемы жидкостного охлаждения свечи,- Fig.21 shows a second variant of a liquid cooling circuit of a candle,

- на фиг.22 приведен третий вариант жидкостного охлаждения свечи,- Fig.22 shows a third embodiment of liquid cooling candles,

- на фиг.23 приведен первый вариант работы системы лазерного воспламенения,- Fig.23 shows a first embodiment of a laser ignition system,

- на фиг.24 приведен второй вариант работы воспламенителя,- Fig.24 shows a second embodiment of the igniter,

- на фиг.25 приведен третий вариант работы воспламенителя,- Fig.25 shows a third embodiment of the igniter,

- на фиг.26 приведена циклограмма работы зажигания с подогревом,- Fig.26 shows the sequence diagram of the operation of the ignition with heating,

- на фиг.27 приведено изменение подогрева от температуры воздуха.- Fig.27 shows the change in heating from air temperature.

Дизельный двигатель (в дальнейшем - двигатель) содержит (фиг.1…27) по меньшей мере один цилиндр 1 и установленный в нем поршень 2.The diesel engine (hereinafter referred to as the engine) contains (FIGS. 1 ... 27) at least one cylinder 1 and a piston 2 installed therein.

В дальнейшем описание приведено на примере двухцилиндрового дизельного двигателя. Изобретение распространяет свои права на дизельные двигатели с любым числом цилиндров и с любым их расположением.The description below is given by the example of a two-cylinder diesel engine. The invention extends its rights to diesel engines with any number of cylinders and with any arrangement thereof.

Каждый поршень 2 имеет компрессионные и маслосъемные кольца 3 и 4 соответственно. Цилиндры 1 выполнены заодно с корпусом 5, имеющим поддон 6 для масла 7. Над цилиндрами 1 установлена головка цилиндров 8, между ними установлена прокладка 9. Двигатель имеет коленчатый вал 10, систему газораспределения 11, выполненную в головке цилиндров 8.Each piston 2 has compression and oil scraper rings 3 and 4, respectively. The cylinders 1 are made integral with the housing 5 having a pan 6 for oil 7. A cylinder head 8 is installed above the cylinders 1, a gasket 9 is installed between them. The engine has a crankshaft 10, a gas distribution system 11 made in the cylinder head 8.

Система газораспределения 11 содержит систему впуска воздуха 12 и систему выпуска выхлопных газов 13, и распределительный вал 14. Распределительный вал 14 выполнен с кулачками 15 и установлен на подшипниках 16 в корпусе 17 (фиг.3…5).The gas distribution system 11 includes an air intake system 12 and an exhaust system 13, and a camshaft 14. The camshaft 14 is made with cams 15 and mounted on bearings 16 in the housing 17 (Fig.3 ... 5).

Кроме того, в систему впуска топливовоздушной смеси 12 (фиг.3…5) входят впускные отверстия 18 и впускные клапаны 19, выполненные в головке цилиндров 8 и выходящие в камеры сгорания 20, а в систему выпуска выхлопных газов 13 (фиг.4) входят выпускные отверстия 21, выполненные в головке цилиндров 8, в которых установлены выпускные клапаны 22. В головке цилиндров 8 установлен воспламенитель 23, содержащий свечу лазерного воспламенения 24 и форкамеру 25 (фиг.2) При этом свеча лазерного воспламенения 24 соединена оптическим волокном 26 с блоком накачки 27.In addition, the inlet system of the air-fuel mixture 12 (FIGS. 3 ... 5) includes inlets 18 and inlet valves 19 made in the cylinder head 8 and exiting into the combustion chambers 20, and enter the exhaust system 13 (FIG. 4) exhaust openings 21, made in the cylinder head 8, in which exhaust valves 22 are installed. In the cylinder head 8, an igniter 23 is installed, containing a laser spark plug 24 and a pre-chamber 25 (Fig. 2). In this case, the laser spark plug 24 is connected by an optical fiber 26 to the block pumping 27.

Двигатель содержит топливные форсунки 28 (по числу цилиндров 1), выходящие в камеры сгорания 20 (фиг.1), и топливный насос 29, который топливопроводами высокого давления 30 соединен с топливными форсунками 28. К каждому топливопроводу высокого давления 30 присоединена топливная трубка 31, другой конец которой соединен с входным патрубком 32 воспламенителя 23.The engine contains fuel nozzles 28 (according to the number of cylinders 1) exiting into the combustion chambers 20 (FIG. 1), and a fuel pump 29, which is connected by fuel high pressure pipes 30 to fuel nozzles 28. A fuel pipe 31 is connected to each high pressure fuel pipe 30, the other end of which is connected to the inlet pipe 32 of the igniter 23.

Поршни 2 связаны с коленчатым валом 10 шатунами 33 (фиг.3…6), в которых установлены пальцы 34. Шатуны 33 имеют шатунные подшипники 35. Коленчатый вал 10 установлен на коренных подшипниках 36 и уплотнен уплотнениями 37. Внутри коленчатого вала 10 выполнены маслоканалы 38.The pistons 2 are connected to the crankshaft 10 by connecting rods 33 (FIGS. 3 ... 6), in which the pins 34 are mounted. The connecting rods 33 have connecting rod bearings 35. The crankshaft 10 is mounted on main bearings 36 and sealed by seals 37. Oil channels 38 are made inside the crankshaft 10. .

В систему газораспределения 11 входят ведущая звездочка 39 и ведомая звездочка 40, соединенные цепью (или ремнем) 41. Диаметр ведомой звездочки 40 в 2 раза больше диаметра ведущей звездочки 39. За два оборота коленчатого вала 10 распределительный вал 14 совершает всего один оборот.The gas distribution system 11 includes a drive sprocket 39 and a driven sprocket 40, connected by a chain (or belt) 41. The diameter of the driven sprocket 40 is 2 times the diameter of the drive sprocket 39. For two turns of the crankshaft 10, the camshaft 14 makes only one revolution.

Двигатель может быть оборудован блоком управления 42, который электрической связью 43 соединен с блоком накачки 25. Для питания блока накачки 27 электроэнергией предусмотрен источник энергии 44, который электрическими связями 43 соединен с блоком управления 42, а для регулирования мощности лазерного луча между источником энергии 44 и блоком накачки 25 подключен регулятор мощности 45.The engine may be equipped with a control unit 42, which is electrically connected 43 to the pumping unit 25. An electric power source 44 is provided for supplying the pumping unit 27 with electric power, which is electrically connected 43 to the control unit 42, and for regulating the power of the laser beam between the energy source 44 and the pump unit 25 is connected to a power regulator 45.

Система впуска воздуха 12 содержит впускной патрубок 46 и может содержать турбонаддув 47.The air intake system 12 includes an inlet pipe 46 and may include a turbocharger 47.

Между цилиндрами 1 и между корпусом 5 и цилиндрами 1 выполнена полость 48 для охлаждения цилиндров 1 (фиг. 1). В систему охлаждения двигателя входят отводящий трубопровод 49, соединенный с полостью 48, насос 50, промежуточный трубопровод 51, радиатор 52 и подводящий трубопровод 53.Between the cylinders 1 and between the housing 5 and the cylinders 1, a cavity 48 is made for cooling the cylinders 1 (Fig. 1). The engine cooling system includes a discharge pipe 49 connected to the cavity 48, a pump 50, an intermediate pipe 51, a radiator 52, and a supply pipe 53.

Кроме того, двигатель может быть оборудован датчиком частоты вращения коленчатого вала 54, датчиком углового положения коленчатого вала 55, датчиком числа оборотов коленчатого вала 56 (для определения четного или нечетного оборота коленчатого вала) и датчиком углового положения распределительного вала 57, соединенными электрическими связями 43 с блоком управления 42 (фиг. 1).In addition, the engine can be equipped with a crankshaft speed sensor 54, a crankshaft angular position sensor 55, a crankshaft speed sensor 56 (for detecting an even or odd crankshaft revolution) and a camshaft angle sensor 57, connected by electrical connections 43 with the control unit 42 (Fig. 1).

Применение систем лазерного зажигания, например, на микрочип-лазере позволит кратковременно развивать мощность разряда в десятки КВТ при малом потреблении энергии, так как в них можно реализовать длительность импульса энергии в несколько нс.The use of laser ignition systems, for example, on a microchip laser, will allow a short-term development of a discharge power of tens of kW with low energy consumption, since it is possible to realize an energy pulse duration of several ns in them.

В связи с тем, что потребная мощность лазерного излучения для воспламенения топлива зависит от температуры окружающее среды (воздуха в системе впуска топливовоздушной смеси 12), целесообразно установить датчик температуры воздуха 58.Due to the fact that the required laser radiation power for igniting the fuel depends on the ambient temperature (air in the air-fuel mixture intake system 12), it is advisable to install an air temperature sensor 58.

Для контроля работы турбонаддува 47 применен датчик давления 59. Для контроля топливного насоса 29 применен датчик давления топлива 60.A pressure sensor 59 was used to monitor the operation of the turbocharger 47. A fuel pressure sensor 60 was used to control the fuel pump 29.

На фиг. 7 и 8 представлена схема установки воспламенителя 23 на двигателе. Предпочтительно воспламенитель 23 установить таким образом, чтобы его ось O1O1 пересекалась с продольной осью топливной форсунки 28 для воспламенения топлива в локальной зоне 61.In FIG. 7 and 8 show the installation diagram of the igniter 23 on the engine. It is preferable to set the ignitor 23 so that its axis O1O1 intersects with the longitudinal axis of the fuel nozzle 28 to ignite the fuel in the local area 61.

Свеча лазерного воспламенения 24 включается одновременно с подачей топлива в топливную трубку 31 или до этого момента. При этом следует иметь в виду, что на всех дизельных двигателях фазы впуска и выпуска пересекаются (фиг. 9) и момент ОВТ (опережение впрыска топлива) приходится на открытое положение впускного клапана 19.The laser spark plug 24 is turned on simultaneously with the fuel supply to the fuel pipe 31 or until this moment. It should be borne in mind that on all diesel engines, the intake and exhaust phases intersect (Fig. 9) and the OVT moment (advancing fuel injection) falls on the open position of the intake valve 19.

На фиг. 10 приведена схема компоновки свечи лазерного воспламенения 24 и форкамеры 25. Свеча лазерного воспламенения 24 содержит резьбовой участок 62, при помощи которого она ввинчивается в корпус 63 форкамеры 25. Между свечой лазерного воспламенения 24 и форкамерой 25 установлена уплотнительная прокладка 64. На корпусе 63 выполнен резьбовой участок 65 для ввинчивания в головку цилиндров 8.In FIG. 10 shows the layout of the laser ignition plug 24 and the pre-chamber 25. The laser ignition plug 24 contains a threaded portion 62 by which it is screwed into the pre-chamber 25 housing 63. A gasket 64 is installed between the laser-ignition plug 24 and the pre-chamber 25. A threaded gasket 64 is provided on the housing 63. section 65 for screwing into the cylinder head 8.

На фиг. 11 и 12 приведена более детальная схема двух вариантов свечи лазерного воспламенения 24.In FIG. 11 and 12 show a more detailed diagram of two variants of a laser spark plug 24.

Свеча лазерного воспламенения 24 (фиг. 11 и 12) содержит корпус 66 цилиндрической формы с полостью 67 тоже цилиндрической формы, в которой установлен микрочип-лазер 68. Полость 67 корпуса 66 соединена отверстием 69 с камерой сгорания 20 в цилиндре 1. Внутри корпуса 66 установлена вакуумная трубка 70 с фокусирующей линзой 71 на конце. Другой конец вакуумной трубки 70 соединен с микрочип-лазером 68. Микрочип-лазер 68 оптическим волокном 26 соединен с блоком накачки 27.The laser spark plug 24 (FIGS. 11 and 12) comprises a cylindrical body 66 with a cavity 67 also of a cylindrical shape, in which a microchip laser 68 is mounted. A cavity 66 of the body 66 is connected by a hole 69 to the combustion chamber 20 in the cylinder 1. Inside the body 66 is installed vacuum tube 70 with a focusing lens 71 at the end. The other end of the vacuum tube 70 is connected to a microchip laser 68. The microchip laser 68 is connected by an optical fiber 26 to a pump unit 27.

Корпус 66 свечи лазерного воспламенения 24 (фиг. 11) содержит цилиндрическую стенку 72 и днище 73. На днище 73 выполнен резьбовой участок 74 и упомянутое ранее отверстие 69 для прохода вакуумной трубки 70, которая уплотнена уплотнением 74. Сверху корпус 66 закрыт крышкой 75, имеющей осевое отверстие 76 для вывода оптического волокна 26, которое уплотнено уплотнением 77, поджато гайкой 78 с центральным отверстием 79. Крышка 75 уплотнена относительно корпуса 66 уплотнением 80.The body 66 of the laser spark plug 24 (Fig. 11) contains a cylindrical wall 72 and a bottom 73. On the bottom 73 is a threaded section 74 and the aforementioned hole 69 for the passage of the vacuum tube 70, which is sealed by a seal 74. On top of the body 66 is closed by a cover 75 having an axial hole 76 for outputting the optical fiber 26, which is sealed by a seal 77, is tightened by a nut 78 with a central hole 79. The cover 75 is sealed relative to the housing 66 by a seal 80.

Микрочип-лазер 68 и вакуумная трубка 70 установлены внутри амортизирующего устройства 81 (фиг. 11 и 12).The microchip laser 68 and the vacuum tube 70 are mounted inside the shock absorbing device 81 (FIGS. 11 and 12).

Возможны различные варианты исполнения амортизирующего устройства 81, например в виде втулки 82 из металлорезины (фиг. 11).Various variants of the shock-absorbing device 81 are possible, for example, in the form of a sleeve 82 made of metal rubber (Fig. 11).

Наиболее предпочтительно амортизирующее устройство 81 выполнить в виде тросового виброизолятора 83 (фиг. 12), который обладает очень большой эффективностью виброгашения. Тросовый виброизолятор 83 (фиг. 17) содержит концентрично и соосно размещенные друг над другом нижнюю и верхнюю обоймы, соответственно 84 и 85, выполненные в виде дисков и соединенные упругим тросовым элементом 86. Верхняя и нижняя обоймы 84 и 85 имеют по n лучей 87, в отверстия 88 которых попеременно защемлен тросовый элемент 86. В верхней обойме 85 выполнено центральное отверстие 89. Тросовый элемент 86, в свою очередь, свит из винтовых прядей троса, например из 7 прядей одной центральной и шести периферийных. Нижняя обойма 84 жестко связана с корпусом 66, например жестко прикреплена к его днищу 73, а верхняя обойма 85 установлена с возможностью осевого и радиального перемещения в корпусе 66. В центральном отверстии 89 верхней обоймы 85 установлен микрочип-лазер 68 (фиг. 12).Most preferably, the shock absorbing device 81 is in the form of a cable vibration isolator 83 (FIG. 12), which has a very high vibration damping efficiency. The cable vibration isolator 83 (Fig. 17) contains the lower and upper cages, respectively 84 and 85, arranged in the form of disks and connected by an elastic cable element 86, concentrically and coaxially arranged one above the other. The upper and lower cages 84 and 85 have n beams 87, in the holes 88 of which the cable element 86 is alternately pinched. A central hole 89 is made in the upper casing 85. The cable element 86, in turn, is twisted from screw strands of a cable, for example from 7 strands of one central and six peripheral ones. The lower holder 84 is rigidly connected to the housing 66, for example, is rigidly attached to its bottom 73, and the upper holder 85 is mounted with the possibility of axial and radial movement in the housing 66. A microchip laser 68 is installed in the central hole 89 of the upper holder 85 (Fig. 12).

Форкамера 25 (фиг. 13) выполнена в виде цилиндрического корпуса 90 с цилиндрической полостью 91 вдоль его оси. На верхнем торце 92 выполнено резьбовое отверстие 93 для установки свечи лазерного воспламенения 24, а на нижнем торце 94 - выходное отверстие 95, содержащее диффузорную часть 96 для увеличения диаметра воспламеняющего факела на выходе. Угол диффузора от 7 до 15 град выполнен из условия безотрывности потока в нем.The prechamber 25 (Fig. 13) is made in the form of a cylindrical body 90 with a cylindrical cavity 91 along its axis. At the upper end 92, a threaded hole 93 is made for installing a laser ignition plug 24, and at the lower end 94 is an outlet 95 containing a diffuser portion 96 for increasing the diameter of the ignition torch at the outlet. The diffuser angle from 7 to 15 degrees is made from the condition of continuous flow in it.

Для подвода топлива в цилиндрическую полость 91 применена система каналов, которая содержит первый и второй коллекторы 97 и 98, соединенные каналом 99, и обратный клапан 100. К первому коллектору 97 присоединен входной коллектор 62, а на внутренней стенке 101 выполнены тангенциальные отверстия 102, выходящие в цилиндрическую полость 92.To supply fuel to the cylindrical cavity 91, a channel system was used that contains the first and second manifolds 97 and 98 connected by a channel 99 and a check valve 100. An inlet manifold 62 is connected to the first manifold 97, and tangential openings 102 are made on the inner wall 101 and exit into the cylindrical cavity 92.

Особенностью воспламенителя 23 является то, что фокус лазерного луча находится вблизи от внутренней стенки 101, но не касается ее, т.е. выполнено соотношение:The peculiarity of the igniter 23 is that the focus of the laser beam is close to the inner wall 101, but does not touch it, i.e. the relation is satisfied:

D1=(08…0,9)D.D1 = (08 ... 0.9) D.

Это достигается одним из двух способов: или выполнением оси свечи лазерного воспламенения 24 под углом к оси форкамеры 25 (фиг. 14), или выполнением под углом оптической оси фокусирующей линзы 71 (фиг. 15 и 16).This is achieved in one of two ways: either by making the axis of the laser ignition plug 24 at an angle to the axis of the prechamber 25 (FIG. 14), or by making the focusing lens 71 at an angle of the optical axis (FIGS. 15 and 16).

В первом варианте (фиг. 14) между осями свечи лазерного воспламенения 24 и осью форкамеры 25 выполнен угол:In the first embodiment (Fig. 14), an angle is made between the axes of the laser ignition plug 24 and the axis of the prechamber 25:

β=7…10 град.β = 7 ... 10 deg.

Второй вариант выполнение оптической оси фокусирующей линзы 71 под углом к оси воспламенителя 23 (фиг. 15 и 16):The second option is the implementation of the optical axis of the focusing lens 71 at an angle to the axis of the igniter 23 (Fig. 15 and 16):

β=7…10 град.β = 7 ... 10 deg.

Возможно применение охлаждаемых свеч лазерного воспламенения 24 (фиг. 18 и 19).Perhaps the use of cooled candles laser ignition 24 (Fig. 18 and 19).

Вариант исполнения свечи лазерного воспламенения 24 с воздушным охлаждением (фиг 18). В этом варианте на корпусе 90 выполнены продольные ребра 103.An embodiment of an air-cooled laser spark plug 24 (FIG. 18). In this embodiment, longitudinal ribs 103 are formed on the housing 90.

Если применена охлаждаемая свеча лазерного воспламенения 24 жидкостного охлаждения (фиг. 19), то она содержит кольцевую полость 104, выполненную концентрично полости 67. С этой полостью сообщаются входной и выходной штуцеры 105 и 106 соответственно.If a cooled liquid-cooled laser ignition spark plug 24 is used (FIG. 19), then it contains an annular cavity 104 made concentrically to the cavity 67. Inlet and outlet fittings 105 and 106 are connected to this cavity, respectively.

Возможны различные варианты схем охлаждения свечи лазерного воспламенения 24 (фиг. 20…22).There are various options for cooling the candle laser ignition 24 (Fig. 20 ... 22).

На фиг. 20 приведен первый вариант схемы охлаждения с использованием системы охлаждения двигателя.In FIG. 20 shows a first embodiment of a cooling circuit using an engine cooling system.

К входному штуцеру 105 присоединен входной трубопровод 107, другой конец которого соединен с выходом из насоса 50, а к выходному штуцеру 106 присоединен выходной трубопровод 108, другой конец которого присоединен к выходу из теплообменника 52 (фиг. 18). Таким образом, системы охлаждения двигателя и свеч лазерного воспламенения 24 объединены и в них используется жидкий охладитель: вода или антифриз. Системы охлаждения цилиндров 1 и свеч лазерного воспламенения 24 имеют общий расширительный бачок 109.An inlet pipe 107 is connected to the inlet 105, the other end of which is connected to the outlet of the pump 50, and an outlet pipe 108 is connected to the outlet nozzle 106, the other end of which is connected to the outlet of heat exchanger 52 (Fig. 18). Thus, the cooling systems of the engine and laser spark plugs 24 are combined and they use a liquid cooler: water or antifreeze. The cooling system of the cylinders 1 and the laser spark plugs 24 have a common expansion tank 109.

Во втором варианте (фиг. 21) система охлаждения свеч лазерного воспламенения 24 выполнена независимой со сбросом охлаждающей жидкости в атмосферу. Эта система содержит бачок 110 с охлаждающей жидкостью, трубопровод низкого давления 111, соединяющий бачок 110 с насосом 112, и трубопровод высокого давления 113, соединяющий насос 112 с входным штуцером 105. Кроме того, к выходному штуцеру 106 присоединен трубопровод сброса 114.In the second embodiment (Fig. 21), the cooling system of the laser spark plugs 24 is made independent with the discharge of coolant into the atmosphere. This system includes a coolant reservoir 110, a low pressure pipe 111 connecting the tank 110 to the pump 112, and a high pressure pipe 113 connecting the pump 112 to the inlet fitting 105. In addition, a discharge pipe 114 is connected to the outlet fitting 106.

На фиг. 22 приведен третий вариант. Он отличается тем, что вместо трубопровода сброса 114 в корпусе 66 свечи лазерного воспламенения 24, точнее в ее резьбовом участке 67, выполнен канал 115, соединяющий полость 104 и камеру сгорания 20.In FIG. 22 shows the third option. It differs in that instead of the discharge pipe 114 in the body 66 of the laser spark plug 24, more precisely in its threaded portion 67, a channel 115 is made connecting the cavity 104 and the combustion chamber 20.

Циклограмма работы двигателя показана на фиг. 21…25. Линией 116 (фиг. 23) показаны импульсы энергии воспламенения свечи лазерного воспламенения 24. Видно, что первый импульс подается в фазе сжатия до ее завершения (момент опережения зажигания), а потом периодически подаются импульсы во время фазы расширения и возможно до ее завершения. При этом мощность импульса дожигания по мере завершения выхлопа может уменьшаться ступенчато, поз. 117 (фиг. 24), или плавно, поз. 118 (фиг. 25), так как воспламенение недогоревшего топлива при высокой температуре не требует большой энергии.The engine operation diagram is shown in FIG. 21 ... 25. Line 116 (FIG. 23) shows pulses of ignition energy of the laser spark plug 24. It is seen that the first pulse is supplied in the compression phase until it is completed (timing of ignition advance), and then pulses are periodically applied during the expansion phase and possibly until its completion. In this case, the afterburning pulse power may decrease stepwise as the exhaust is completed, pos. 117 (Fig. 24), or smoothly, pos. 118 (Fig. 25), since ignition of unburned fuel at high temperature does not require a lot of energy.

Если в двигателе применена система предварительного подогрева топливовоздушной смеси, то свеча лазерного зажигания 24 до момента опережения зажигания работает в режиме пониженной мощности 10%…50% от номинальной мощности (поз. 119) на фиг. 26.If the engine is used to pre-heat the air-fuel mixture, then the laser spark plug 24 until the ignition lead is operating in the reduced power mode of 10% ... 50% of the rated power (pos. 119) in FIG. 26.

При изменении температуры окружающей среды (воздуха) изменяется мощность импульсов подогрева, например при увеличении - уменьшается (поз. 120) на фиг. 27.When the ambient temperature (air) changes, the power of the heating pulses changes, for example, when increasing, it decreases (pos. 120) in FIG. 27.

Работает двигатель следующим образом.The engine operates as follows.

Топливо (фиг. 1) подается из топливного насоса 29 по топливопроводу высокого давления 30 в топливную форсунку 28 и одновременно по топливной трубке 31 во входной коллектрор 32 воспламенителя 23. Воздух подается через впускные отверстия 18 (при открытом впускном клапане 19) в камеру сгорания 20. При этом первый поршень 2 находится в верхней мертвой точке ВМТ и начинает движение вниз, работая в режиме впуска топливовоздушной смеси. Топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания 20 первого цилиндра 1. Система выхлопа 13 первого цилиндра 1 в это время закрыта. В это же время для второго цилиндра 1 впускное отверстие 18 закрыто впускным клапаном 19. Продукты сгорания из второго цилиндра 1 поступают в систему выхлопа 13 через выпускное отверстие 21 (при открытом выпускном клапане 22). После того как коленчатый вал 10 совершит пол-оборота, произойдет сжатие топливовоздушной смеси в камере сгорания 20 и блок управления 42 по электрической связи 43 подает сигнал на блок накачки 27, в котором формируется лазерное излучение, которое по оптическому волокну 26 подает на свечу лазерного воспламенения 24 первую серию импульсов для воспламенения топливовоздушной смеси.Fuel (Fig. 1) is supplied from the fuel pump 29 through the high pressure fuel pipe 30 to the fuel nozzle 28 and simultaneously through the fuel pipe 31 to the inlet manifold 32 of the igniter 23. Air is supplied through the inlet openings 18 (with the inlet valve 19 open) to the combustion chamber 20 . In this case, the first piston 2 is located at the top dead center of TDC and begins to move downward, working in the air-fuel mixture intake mode. The air-fuel mixture enters the combustion chamber 20 of the first cylinder 1. The exhaust system 13 of the first cylinder 1 is closed at this time. At the same time, for the second cylinder 1, the inlet 18 is closed by the inlet valve 19. The combustion products from the second cylinder 1 enter the exhaust system 13 through the outlet 21 (with the exhaust valve 22 open). After the crankshaft 10 completes a half-turn, the air-fuel mixture will be compressed in the combustion chamber 20 and the control unit 42 by electrical connection 43 supplies a signal to the pump unit 27, in which laser radiation is generated, which delivers through the optical fiber 26 to the laser ignition candle 24 the first series of pulses for igniting the air-fuel mixture.

Датчик частоты вращения коленчатого вала 54 контролирует частоту вращения коленчатого вала 10, датчик числа оборотов 56 - общее число, а датчик углового положения коленчатого вала 55 постоянно измеряет угловое положение коленчатого вала 10 и в зависимости от этих показателей блок управления 42 подает команды на блок накачки 27 для подачи импульса на свечи лазерного воспламенения 24.The crankshaft speed sensor 54 monitors the rotational speed of the crankshaft 10, the speed sensor 56 monitors the total number, and the crankshaft angular position sensor 55 constantly measures the angular position of the crankshaft 10 and, depending on these indicators, the control unit 42 gives commands to the pump unit 27 for supplying an impulse to the laser spark plugs 24.

Кроме того, датчик углового положения 57 распределительного вала 14 определяет истинное угловое положение распределительного вала 14, которое может, во-первых, не соответствовать угловому положению коленчатого вала 10, во-вторых, расходиться и между собой, например, при вытяжке цепи 41 или ее проскальзывании относительно звездочек 39 и 40, и блок управления 42 вносит коррекцию в угол опережения зажигания в соответствии с истинным положением распределительного вала 14, а не в соответствии с положением коленчатого вала 10.In addition, the angular position sensor 57 of the camshaft 14 determines the true angular position of the camshaft 14, which may, firstly, not correspond to the angular position of the crankshaft 10, and secondly, diverge from each other, for example, when drawing the chain 41 or its slippage relative to the sprockets 39 and 40, and the control unit 42 corrects the ignition timing in accordance with the true position of the camshaft 14, and not in accordance with the position of the crankshaft 10.

Предложенное техническое решение позволит более четко подавать импульсы на свечи лазерного воспламенения 24 и корректировать опережение зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала 10. Кроме того, при вытягивании цепи 41 или ее проскальзывании относительно ведомой звездочки 40 осуществляется коррекция момента опережения зажигания. Сравнивая показания датчиков углового положения коленчатого вала 56 и распределительного вала 57 блок управления 42 определяет разницу между расчетным и фактическим положением распределительного вала 14 и корректирует угол опережения зажигания.The proposed technical solution will allow more clearly to apply pulses to the laser spark plugs 24 and to correct the ignition timing depending on the speed of the crankshaft 10. In addition, when pulling the chain 41 or slipping relative to the driven sprocket 40, the timing of the ignition timing is corrected. Comparing the readings of the angular position sensors of the crankshaft 56 and the camshaft 57, the control unit 42 determines the difference between the calculated and actual position of the camshaft 14 and corrects the ignition timing.

Наличие системы лазерного воспламенения позволит четко и многократно подавать импульсы на свечи лазерного воспламенения 24, начиная с угла опережения зажигания (до ВМТ) и до полного завершения цикла расширения, что повысит полноту сгорания топлива и, как следствие, повысит КПД четырехтактного двигателя, и уменьшит эмиссию вредных веществ в атмосферу. Это поясняется на фиг.23…27. Порядок работы цилиндров 1 следующий: Всасывание - Сжатие - Рабочий ход - Выпуск. Импульсы 116 на свечи лазерного воспламенения 24 подают начиная с угла опережения зажигания, который соответствует углу опережения впрыска топлива ОВТ (до ВМТ), и до полного завершения рабочего хода.The presence of a laser ignition system will make it possible to accurately and repeatedly supply pulses to laser spark plugs 24, starting from the ignition timing (up to TDC) and until the expansion cycle is completed, which will increase the completeness of fuel combustion and, as a result, increase the efficiency of a four-stroke engine and reduce emissions harmful substances into the atmosphere. This is illustrated in Fig.23 ... 27. The order of operation of the cylinders 1 is as follows: Suction - Compression - Stroke - Release. Pulses 116 to the laser spark plugs 24 are supplied starting from the ignition timing, which corresponds to the timing of the OVT fuel injection advance (to TDC), and to the complete completion of the working stroke.

Целесообразно мощность импульсов свеч лазерного воспламенения 24 уменьшать по мере завершения фазы выпуска (фиг.24 и 25), поз. 117 и 118. Это не только позволит сэкономить энергию, затрачиваемую на зажигание, но и облегчит работу микрочип-лазера, и предотвратит его перегрев.It is advisable to reduce the power of the pulses of the candles of laser ignition 24 as the release phase is completed (Figs. 24 and 25), pos. 117 and 118. This will not only save energy spent on ignition, but also facilitate the operation of the microchip laser and prevent its overheating.

Если применен предварительный подогрев топливовоздушной смеси (фиг.26 и 27), то перед моментом опережения зажигания (опережения впрыска топлива) на свечу лазерного зажигания подают импульс, энергия которого составляет 10%…50% от энергии, необходимой для воспламенения топливовоздушной смеси (поз.119). Это, с одной стороны, исключит преждевременное воспламенение топливовоздушной смеси, а с другой стороны - подготовит ее для гарантированного воспламенения в необходимый момент.If preheating of the air-fuel mixture is applied (Figs. 26 and 27), then before the moment of ignition advance (advancing fuel injection) a pulse is supplied to the laser spark plug, the energy of which is 10% ... 50% of the energy necessary to ignite the air-fuel mixture (pos. 119). This, on the one hand, will exclude premature ignition of the air-fuel mixture, and on the other hand, will prepare it for guaranteed ignition at the right time.

При изменении температуры окружающей среды необходимо корректировать мощность импульсов в сторону увеличения при низких температурах и в сторону уменьшения при высоких температурах, поз.120 на фиг.27.When the ambient temperature changes, it is necessary to adjust the pulse power in the direction of increasing at low temperatures and decreasing at high temperatures, pos. 120 in Fig. 27.

В случае установки свечи лазерного зажигания 34 на мощных двигателях внутреннего сгорания на корпус 5 двигателя, а особенно на ЖРД или ГТД, учитывая, что в них установлен микрочип-лазер 58 и оптика, на ответственные детали свечи действует огромная виброназрузка. В случае применения амортизирующего устройства 81 в виде тросового виброизолятора 83 вибронагрузка на микрочип-лазер 68 уменьшается в десятки и сотни раз. Тросовый виброизолятор 83 эффективен в широком диапазоне частот в отличие от других типов демпферов.In the case of installing a laser spark plug 34 on powerful internal combustion engines on the engine casing 5, and especially on a liquid propellant rocket engine or gas turbine engine, given that a microchip laser 58 and optics are installed in them, a huge vibration load acts on critical spark components. In the case of using the shock-absorbing device 81 in the form of a cable vibration isolator 83, the vibration load on the microchip laser 68 is reduced by tens and hundreds of times. The cable vibration isolator 83 is effective over a wide frequency range, unlike other types of dampers.

Возможно несколько вариантов исполнения охлаждения свеч лазерного воспламенения 24.Several options for cooling laser spark plugs are possible 24.

При применении воздушного охлаждения (фиг.18) ребра 103 отводят тепло от корпуса 90.When using air cooling (Fig. 18), the fins 103 remove heat from the housing 90.

В случае применения жидкостного охлаждения (фиг.19) возможны три варианта.In the case of liquid cooling (FIG. 19), three options are possible.

Первый вариантFirst option

По первому варианту охлаждение свеч лазерного зажигания 24 (фиг.20) производится подачей относительно холодного охладителя, который отбирается после радиатора 52 и по входному трубопроводу 107 поступает в подводящий штуцер 1055 и далее в полость 104. Охладитель возвращается через отводящий штуцер 16 и выходной трубопровод 108 на вход насоса 50 и далее в радиатор 52. Совмещение систем охлаждения цилиндров 1 двигателя и свеч лазерного воспламенения позволило упростить систему охлаждения и повысить ее надежность.According to the first embodiment, the cooling of the laser spark plugs 24 (Fig. 20) is carried out by supplying a relatively cold cooler, which is taken after the radiator 52 and through the inlet pipe 107 enters the inlet fitting 1055 and then into the cavity 104. The cooler returns through the outlet fitting 16 and the outlet pipe 108 to the inlet of the pump 50 and further to the radiator 52. The combination of the cooling systems of the engine cylinders 1 and the laser spark plugs made it possible to simplify the cooling system and increase its reliability.

Второй вариантSecond option

По второму варианту (фиг.21) с применением независимой системы охлаждения свечи лазерного воспламенения охладитель, например воду из бачка 110, по трубопроводу низкого давления 111 насосом 112 по трубопроводу высокого давления 113 и далее через подводящий штуцер 105 подается в полость 104, охлаждает свечу лазерного воспламенения 24 и через отводящий штуцер 106 и трубопровод сброса 114 сбрасывается в атмосферу.According to the second variant (Fig. 21), using an independent laser spark plug cooling system, a cooler, for example water from a tank 110, is pumped through a low-pressure pipe 111 by a pump 112 through a high-pressure pipe 113 and then into a cavity 104 through a supply fitting 105, cools the laser candle ignition 24 and through the discharge fitting 106 and the discharge pipe 114 is discharged into the atmosphere.

В третьем варианте (фиг.22) охлаждающая жидкость сбрасывается по каналу 115, выполненному в корпусе 66 свечи лазерного воспламенения 24 в камеру сгорания 20 цилиндра 1.In the third embodiment (Fig. 22), the coolant is discharged through the channel 115, made in the housing 66 of the laser ignition plug 24 into the combustion chamber 20 of the cylinder 1.

Применение группы изобретений позволило:The use of a group of inventions allowed:

1. Повысить надежность системы зажигания.1. Improve the reliability of the ignition system.

2. Повысить КПД двигателя.2. Increase engine efficiency.

3. Уменьшить эмиссию вредных веществ при работе двигателя внутреннего сгорания за счет более полного сжигания топлива.3. To reduce the emission of harmful substances during the operation of the internal combustion engine due to a more complete combustion of fuel.

4. Уменьшить вибронагрузки на микрочип-лазер и оптику.4. Reduce vibration loads on the microchip laser and optics.

5. Повысить надежность системы зажигания:5. Improve the reliability of the ignition system:

- за счет предотвращения загрязнения фокусирующей линзы, установкой ее внутри камеры с отверстием минимально возможного диаметра,- by preventing contamination of the focusing lens by installing it inside the camera with an opening of the smallest possible diameter,

- за счет применения системы жидкостного охлаждения свеч зажигания.- through the use of a liquid cooling system for spark plugs.

Claims

1. The method of laser ignition of fuel in a diesel engine containing at least one cylinder, intake and exhaust valves, nozzle and igniter, by applying a laser pulse to the focus point in the internal volume of the cylinder, starting from the ignition timing, which corresponds to the injection timing fuel, and ignition of the air-fuel mixture, characterized in that the laser pulse is supplied using an igniter containing a laser spark plug and prechambers at the direction of the torch towards the nozzle.

2. The method of laser ignition of fuel in an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the power of the laser radiation is reduced as the completion of the exhaust phase of the combustion products.

3. The method of laser ignition of fuel in an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that before ignition of the fuel in a diesel engine, it is ignited in the prechamber by laser radiation generated by a microchip laser.

4. The method of laser ignition of fuel in an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the angle of advance of the fuel injection is corrected depending on the true angle of rotation of the camshaft.

5. The method of laser ignition of fuel in an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the power of the laser beam of the candles is corrected depending on the air temperature.

6. The method of laser ignition of fuel in an internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the laser beam power of the candles is corrected depending on the air temperature after the supercharger.

7. A device for laser ignition of fuel in an internal combustion engine containing at least one cylinder, an intake and exhaust valve and an ignitor with a prechamber and a spark plug, using a laser spark plug containing a microchip laser and a focusing lens, while the microchip the laser is connected by an optical fiber to the pumping unit, characterized in that the igniter is made cooled and connected to a liquid cooling system.

8. A device for laser ignition of fuel in a diesel engine according to claim 7, characterized in that the igniter is made cooled and connected to a liquid cooling system.

9. A device for laser ignition of fuel in an internal combustion engine according to claim 7, characterized in that it comprises a control unit, a pump unit, an energy source connected by electrical connections, and a laser power regulator that is installed between the energy source and the pump unit.

10. A device for laser ignition of fuel in a diesel internal combustion engine according to claim 7, characterized in that it contains sensors for crankshaft speed, crankshaft angular position, crankshaft speed and angular position of the camshaft, connected by electrical connections to the control unit .

11. A device for laser ignition of fuel in a diesel engine according to claim 7, characterized in that it contains a fuel pressure sensor.

12. An igniter containing a pre-chamber, which is made in the form of a cylindrical body with a cylindrical cavity, and a laser spark plug, comprising, in turn, a body and a focusing lens, characterized in that a microchip laser is installed inside the body, characterized in that the focus of the candle laser ignition is located near the side wall of the prechamber at a distance of 0.1 ... 0.2 from the inner diameter of the prechamber.

13. The ignitor according to claim 12, characterized in that the focusing of the laser ignition plug is made by performing the axes of the laser ignition plug and the prechamber at an angle.

14. The igniter according to claim 12, characterized in that the focusing of the laser ignition candle is made by performing the optical axis of the focusing lens at an angle to the axis of the laser ignition candle.

15. The ignitor according to claim 12, characterized in that a damping means is installed inside the housing.

16. The ignitor according to claim 15, characterized in that the damping means is made of metal rubber.

17. The ignitor according to claim 15, characterized in that the damping means is made in the form of a cable vibration isolator.

18. The ignitor according to claim 17, characterized in that the cable vibration isolator is made in the form of a lower clip rigidly fixed in the housing and an upper clip mounted in the housing with axial and radial movement, in the central hole of which a microchip laser is installed, and the clips interconnected by a cable element.

19. The ignitor according to claim 17, characterized in that the cable element is made of screw strands of cable.

20. The ignitor according to claim 17, characterized in that the body of the laser ignition candle is cooled.

21. The ignitor according to claim 20, characterized in that longitudinal ribs are made on the body of the laser ignition candle.

22. The ignitor according to claim 20, characterized in that an annular cavity is made inside the body of the laser ignition plug, to which are connected the inlet and outlet pipes for circulating the coolant.