RU2574191C1

RU2574191C1 - Internal combustion engine igniter

Info

Publication number: RU2574191C1
Application number: RU2015102414/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: engine igniter comprises the laser spark plug screwed in the antechamber provided with the bottom with outlets. Note here that said bottom incorporates the extra cavity composed of a part of the sphere, its ID being larger than the ignition chamber ID. Said extra cavity houses the central cowling arranged along the antechamber axis and shaped to the cone, its vertex being aligned with the extra cavity centre while laser spark plug focus being aligned with the cone vertex. Total area of said outlets can be larger than the ignition chamber cross-section area. Said extra cavity can be shaped to a hemisphere or a portion of the ball, its volume being larger than half the ball geometrical volume.

EFFECT: decreased sizes, higher ignition efficiency, fuel saving, higher reliability.

13 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к форкамерам, устанавливаемым на свечи зажигания, в частности к улучшенной форкамере, которая способна значительно улучшить эффективность распространения факела зажигания и эффективность сжигания топлива при использовании в двигателе внутреннего сгорания - ДВС, как карбюраторных, так и инжекторных и дизельных, а также в роторных двигателях, газопоршневых и других типах двигателей и в энергетических установках.The invention relates to prechambers mounted on spark plugs, in particular, to an improved prechamber, which is able to significantly improve the efficiency of the spread of the ignition flame and the efficiency of fuel combustion when used in an internal combustion engine - ICE, both carburetor, injector and diesel, as well as rotary engines, gas piston and other types of engines and in power plants.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Обычно боковой заземленный электрод свечи зажигания изогнут и имеет L-образную форму, будучи перпендикулярным к направлению осевого центрального электрода так, чтобы поперечное сечение разрядной части, так называемой «мини-форкамеры», обращенной к осевому центральному электроду, было прямоугольным.Usually the lateral grounded electrode of the spark plug is bent and L-shaped, being perpendicular to the direction of the axial central electrode so that the cross section of the discharge part, the so-called “mini-chamber”, facing the axial central electrode, is rectangular.

Когда возникает искровой разряд свечи зажигания, искра появляется между осевым центральным электродом и концевой разрядной частью заземленного электрода, расположенной ниже осевого центрального электрода. Газовая смесь в искровом промежутке, сформированном этими электродами, воспламеняется за счет искры так, что сжатая газовая смесь воспламеняется сначала в «мини-форкамере» между электродами, а потом горизонтально истекающий факел воспламеняет остальную ТВС. В обычных конструкциях высокое давление газа, вызванное воспламенением, может быть заблокировано концевой разрядной частью так, что эффект распространения горения на воздушно-топливную газовую смесь в камере сгорания является недостаточно хорошим. А запуск двигателя при отрицательных температурах вообще вызывает затруднение из-за охлаждения воспламеняющего факела от холодных металлических частей головки цилиндра.When a spark discharge occurs, the spark appears between the axial central electrode and the end discharge part of the grounded electrode located below the axial central electrode. The gas mixture in the spark gap formed by these electrodes is ignited by the spark so that the compressed gas mixture is ignited first in the “mini-chamber” between the electrodes, and then the horizontally expiring torch ignites the rest of the fuel assembly. In conventional designs, the high gas pressure caused by ignition can be blocked by the end discharge part so that the effect of the propagation of combustion on the air-fuel gas mixture in the combustion chamber is not good enough. And starting the engine at low temperatures generally causes difficulty due to the cooling of the flaming flame from the cold metal parts of the cylinder head.

Когда остаточный углерод (продукт неполного сгорания топливовоздушной смеси - ТВС) остается в искровом промежутке между электродами, то углерод может накапливаться и изменяться от фазы частиц до фазы соединения на поверхностях электродов так, что между электродами может возникнуть короткое замыкание. В таком состоянии, даже при подаче напряжения, искра может не возникать, что ведет к серьезным проблемам вплоть до остановки двигателя или выпуску топливовоздушной смеси через выхлопную трубу без сгорания. Когда несгоревшая газовая смесь выпускается в выхлопную трубу, часто проявляется эффект обратной вспышки, при этом проявляется аварийный эффект и снижается эффективность сгорания. Выход из строя одного из нескольких цилиндров может длительное время оставаться без внимания, что приведет к поломке двигателя из-за дисбаланса роторных частей.When the residual carbon (the product of incomplete combustion of the fuel-air mixture - FA) remains in the spark gap between the electrodes, carbon can accumulate and change from the phase of the particles to the phase of the connection on the surfaces of the electrodes so that a short circuit can occur between the electrodes. In this state, even when voltage is applied, a spark may not occur, which leads to serious problems up to stopping the engine or releasing the air-fuel mixture through the exhaust pipe without combustion. When an unburned gas mixture is discharged into the exhaust pipe, a reverse flash effect is often manifested, with an emergency effect and a reduced combustion efficiency. Failure of one of several cylinders can remain unattended for a long time, which will lead to engine failure due to imbalance of rotor parts.

Во время работы ДВС из-за коррозии могут появиться трещина на конце осевого центрального электрода, что приводит к возникновению критического повреждения. Срок службы свечи зажигания может снизиться из-за такого дефектаDuring the operation of the internal combustion engine, a crack may appear at the end of the axial central electrode due to corrosion, which leads to critical damage. Spark plug life may be reduced due to such a defect.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2366053, МПК Н01Т 13/20, опубл. 27.08.2009 г. Эта свеча зажигания содержит центральный электрод и боковой электрод цилиндрической формы, между ними образуется «мини-форкамера». Искровой разряд осуществляется на цилиндрическую стенку, а выход продуктов сгорания осуществляется в кольцевой зазор.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2366053, IPC Н01Т 13/20, publ. August 27, 2009. This spark plug contains a central electrode and a side electrode of cylindrical shape, between them a “mini-chamber” is formed. Spark discharge is carried out on a cylindrical wall, and the output of combustion products is carried out in an annular gap.

Недостатки этой свечи: возможное засорение кольцевого зазора из-за отложения твердых частиц продуктов сгорания на обоих электродах, особенно при работе на обогащенной смеси.The disadvantages of this candle: a possible clogging of the annular gap due to the deposition of solid particles of combustion products on both electrodes, especially when working on an enriched mixture.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2366052, МПК Н01Т 13/00, опубл. 27.08.2009 г. Эта свеча содержит центральный электрод и Г-образный боковой электрод, плоскость которого скручена по длине для создания вихревого движения продуктов сгорания.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2366052, IPC Н01Т 13/00, publ. August 27, 2009. This candle contains a central electrode and a L-shaped side electrode, the plane of which is twisted along the length to create a vortex motion of the combustion products.

Недостаток: плохой запуск двигателя при отрицательных температурах.Disadvantage: poor engine starting at low temperatures.

Известна свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №2360342, МПК Н01Т 13/54, опубл. 27.06.2009 г.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2360342, IPC Н01Т 13/54, publ. 06/27/2009

Эта свеча содержит центральный и боковой электроды и две форкамеры, установленные последовательно.This candle contains a central and side electrodes and two prechambers mounted in series.

Недостатки: конструктивная сложность свечи, ее большие осевые габариты и высокая стоимость.Disadvantages: constructive complexity of the candle, its large axial dimensions and high cost.

Известно, что для бесперебойной работы свечи зажигания нижняя часть изолятора (тепловой конус) должна иметь температуру примерно 500-600°С. При температуре ниже указанной на свече образуется слой нагара, и она начинает работать с перебоями. Недостаточная температура нагрева изолятора и электродов свечи особенно сильно проявляется при запуске холодного двигателя в условиях отрицательных температур, когда пары топлива частично конденсируются и надежность воспламенения смеси обусловлена не только ее ионизацией, но и нагревом прилегающего к электродам объема газа. Для повышения надежности работы системы зажигания в условиях отрицательных температур применяют свечи с принудительным электроподогревом.It is known that for the trouble-free operation of the spark plug, the lower part of the insulator (thermal cone) should have a temperature of about 500-600 ° C. At temperatures below that indicated on the candle, a layer of soot forms, and it begins to work intermittently. The insufficient heating temperature of the insulator and the spark plug electrodes is especially pronounced when the cold engine starts at negative temperatures, when the fuel vapor partially condenses and the ignition reliability of the mixture is due not only to its ionization, but also to the heating of the gas volume adjacent to the electrodes. To increase the reliability of the ignition system in conditions of negative temperatures, candles with forced electric heating are used.

Известна, например, свеча зажигания, содержащая металлический корпус, изолятор и нагревательный элемент, размещенный в кольцевой проточке, выполненной на боковой стенке изолятора, в его части, закрытой корпусом по А. Св. СССР №1802382, МПК Н01Т 13/00, опубл. 1993 г.Known, for example, a spark plug containing a metal housing, an insulator and a heating element placed in an annular groove made on the side wall of the insulator, in its part, closed by a housing according to A. St. USSR No. 1802382, IPC Н01Т 13/00, publ. 1993 year

Недостатком такой конструкции является то, что нагревательный элемент может быть встроен в свечу только при ее изготовлении. Однако актуальной является также задача модернизации уже изготовленных свечей.The disadvantage of this design is that the heating element can be integrated into the candle only during its manufacture. However, the urgent task is the modernization of already made candles.

Известна свеча зажигания, содержащая «мини-форкамеру» по патенту РФ на изобретение №2356145, МПК Н01Т 13/20, опубл. 20.05.2009 г.Known spark plug containing "mini-prechamber" according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2356145, IPC Н01Т 13/20, publ. 05/20/2009

Эта свеча зажигания содержит осевой центральный электрод для искрового разряда и боковой заземленный электрод, находящийся напротив осевого центрального электрода относительно искрового промежутка, с круглой частью в плане, имеющей центральное круглое отверстие, выполненное на разрядном конце бокового округлого электрода. При этом свеча зажигания включает множество спиральных выступов, которые выступают из внутренней стороны круглой части в направлении центрального круглого отверстия так, чтобы сформировать турбулентный поток в газовой смеси, когда газ, сжатый во время хода сжатия, подается в искровой промежуток через центральное круглое отверстие. Техническим результатом является улучшение эффективности распространения искры за счет обеспечения лучшего смешивания в искровом промежутке между электродами, обеспечение функции генерации турбулентного потока, а также увеличение силы воспламенения.This spark plug contains an axial central electrode for a spark discharge and a side grounded electrode opposite the axial central electrode relative to the spark gap, with a circular portion in plan having a central circular hole formed at the discharge end of the lateral rounded electrode. In this case, the spark plug includes a plurality of spiral projections that protrude from the inner side of the circular part in the direction of the central circular opening so as to form a turbulent flow in the gas mixture when gas compressed during the compression stroke is supplied into the spark gap through the central circular opening. The technical result is to improve the efficiency of spark propagation by providing better mixing in the spark gap between the electrodes, providing a function of generating a turbulent flow, and also increasing the ignition force.

Недостатки этого устройства: низкая эффективность искрового разряда, обусловленная несоответствием формы, размером и взаимного расположения электродов оптимальным для электрического разряда в газовом промежутке. Недостатком является то, что площадь центрального отверстия выполнена меньше площади поперечного сечения центрального электрода. Это дает несколько отрицательных результатов: закручивающее устройство мало эффективно и не выполняет своей функции по двум причинам:The disadvantages of this device: low efficiency of the spark discharge, due to the mismatch of the shape, size and relative position of the electrodes is optimal for an electric discharge in the gas gap. The disadvantage is that the area of the Central hole is made smaller than the cross-sectional area of the Central electrode. This gives several negative results: the twisting device is not very effective and does not perform its function for two reasons:

- средства закрутки имеют очень маленькую высоту (из-за небольшого диаметра отверстия) и, располагаясь в пределах пограничного слоя потока, не влияют на характер движения основной массы потока, истекающего из отверстия,- spinning means have a very small height (due to the small diameter of the hole) and, being located within the boundary layer of the stream, do not affect the nature of the movement of the bulk of the stream flowing from the hole,

- закрутка осуществляется в горизонтальной плоскости, что не способствует внедрению факела в значительный объем камеры сгорания цилиндра ДВС, который обычно располагается ниже свечи.- the spin is carried out in a horizontal plane, which does not contribute to the introduction of the torch into a significant volume of the combustion chamber of the internal combustion engine cylinder, which is usually located below the candle.

Кроме того, этому техническому решению присущи еще несколько недостатков:In addition, this technical solution has several more disadvantages:

- отверстие малого диаметра легче забивается продуктами неполного сгорания ТВС,- a small diameter hole is more easily clogged by products of incomplete combustion of fuel assemblies,

- отверстие выполняет роль выходного сопла «мини-форкамекры» и при малой площади отверстия мощность факела незначительная и не может обеспечить запуск ДВС при отрицательных температурах. Роль второго сопла выполняют боковые зазоры между центральным и боковым электродами, но истекающие из них вдоль головки непрогретого цилиндра продукты сгорания резко охлаждаются и не могут воспламенить весь объем камеры сгорания цилиндра. Традиционно применяемый способ запуска с обогащением ТВС приводит к перерасходу топлива, износу поршневой системы ДВС и к отложению копоти на электродах.- the hole acts as the output nozzle of the “mini-camcorder” and with a small area of the hole, the torch power is insignificant and cannot ensure the start of the ICE at negative temperatures. The role of the second nozzle is played by the lateral gaps between the central and side electrodes, but the combustion products flowing out along the head of the unheated cylinder are sharply cooled and cannot ignite the entire volume of the combustion chamber of the cylinder. The traditionally used start-up method with fuel assembly enrichment leads to excessive fuel consumption, wear of the internal combustion engine piston system and deposits of soot on the electrodes.

Известен воспламенитель по патенту РФ на изобретение №2169885, МПК F23Q 9/00, опубл. 27.06.2001 г.Known igniter according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2169885, IPC F23Q 9/00, publ. 06/27/2001

Признаки, общие с предложенным техническим решением: корпус форкамеры, полость воспламенения и отверстия подачи ТВС в форкамеру и выброса факела.Signs common with the proposed technical solution: prechamber housing, ignition cavity and fuel supply holes in the prechamber and torch discharge.

Недостатки прототипа: большие габариты. Вес и конструктивная сложность из-за наличия большого количества деталей. В то же время при уменьшении габаритов форкамеры она не будет выполнять своей основной функции; надежно воспламенять ТС (топливовоздушную смесь).The disadvantages of the prototype: large dimensions. Weight and structural complexity due to the presence of a large number of parts. At the same time, with a decrease in the size of the prechamber, it will not fulfill its main function; reliably ignite the vehicle (air-fuel mixture).

Известна форкамера ДВС по патенту РФ на полезную модель №16, МПК F02B 19/16, опубл. 25.06.1994 г.Known pre-chamber ICE according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 16, IPC F02B 19/16, publ. 06/25/1994

Выносная форкамера для двигателя внутреннего сгорания с движущимся потоком топлива на воздушной смеси, содержащая корпус, полость со свечой зажигания и переходной канал, отличающаяся тем, что в сопло переходного канала помещена пластина-завихритель, закрученная на угол поворота (1/2)*пи - (2/3)*пи рад (90-120°).A remote prechamber for an internal combustion engine with a moving fuel flow in an air mixture, comprising a housing, a cavity with a spark plug and a transition channel, characterized in that a swirl plate is placed in the transition channel nozzle, twisted by an angle of rotation (1/2) * pi - (2/3) * pi rad (90-120 °).

Недостаток: сложность конструкции.Disadvantage: design complexity.

Известна форкамера ДВС по св. РФ на полезную модель №60635, МПК F02D 19/10, опубл. 27.01.2007 г.Known pre-chamber ICE for St. RF for utility model No. 60635, IPC F02D 19/10, publ. 01/27/2007

Вихревая форкамера двигателя внутреннего сгорания по этому патенту содержит цилиндрический корпус с наружной и внутренней резьбами, внутренней полостью, нижним отверстием и боковыми факельными каналами, при этом боковые факельные каналы имеют три угла отклонения в пространстве форкамеры. Нижнее и боковые отверстия расположены на коническом днище.The vortex prechamber of an internal combustion engine according to this patent comprises a cylindrical body with external and internal threads, an internal cavity, a lower hole and side flare channels, while the side flare channels have three deflection angles in the chamber chamber. The lower and side openings are located on a conical bottom.

Недостаток низкая эффективность форкамеры, вследствие того что суммарная площадь отверстий меньше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Это приводит к дросселированию при заполнении камеры ТВС и уменьшению ее дозы и мощности факелов воспламенения. Увеличение площади отверстий технически не осуществимо из-за того, что это приведет к выступанию конического днища внутрь цилиндра двигателя внутреннего сгорания.The disadvantage is the low efficiency of the pre-chamber, due to the fact that the total area of the holes is less than the cross-sectional area of the ignition chamber. This leads to throttling when filling the fuel assembly chamber and reducing its dose and the power of the ignition torches. The increase in the area of the holes is not technically feasible due to the fact that this will lead to the protrusion of the conical bottom inside the cylinder of the internal combustion engine.

Известна форкамера ДВС по патенту РФ на полезную модель №30396, МПК F02B 19/00, опубл. 27.06.2003 г., прототип.Known pre-chamber ICE according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 30396, IPC F02B 19/00, publ. 06/27/2003, the prototype.

Форкамера двигателя внутреннего сгорания содержит полость (камеру воспламенения), осевой факельный канал и боковые факельные каналы, выполненные под углом к продольной оси, боковые факельные каналы в плане выполнены под углом к радиусам, проходящим через ось форкамеры, и расположены на коническом днище. Коническое днище имеет большой угол при вершине от 60 до 90 град, т.к. при малых углах его длина будет велика и возможно задевание поршня в верхней мертвой точке. Так как длина конического днища ограничена, то ограничено и количество отверстий, и их площадь. Кроме того, углы установки всех боковых отверстий одинаковые, что ограничивает диаметр общего воспламеняющего факела. Эффект закрутки недостаточен, так как объем форкамеры составляет менее 1% от объема цилиндра ДВС и весь объем ТВС в полости цилиндра невозможно закрутить.The prechamber of the internal combustion engine contains a cavity (ignition chamber), an axial flare channel and side flare channels made at an angle to the longitudinal axis, side flare channels in plan are made at an angle to the radii passing through the axis of the prechamber and are located on a conical bottom. The conical bottom has a large angle at the apex from 60 to 90 degrees, because at small angles, its length will be large and the piston may be grazed at top dead center. Since the length of the conical bottom is limited, both the number of holes and their area are limited. In addition, the installation angles of all side holes are the same, which limits the diameter of the total flammable flame. The twist effect is insufficient, since the volume of the prechamber is less than 1% of the volume of the engine cylinder and the entire volume of the fuel assembly in the cylinder cavity cannot be twisted.

Недостаток этого технического решения: низкая эффективность форкамеры, вследствие того что суммарная площадь отверстий меньше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Это приводит к дросселированию при заполнении камеры ТВС и уменьшение ее дозы и, как следствие, мощности факелов воспламенения.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the pre-chamber, due to the fact that the total area of the holes is less than the cross-sectional area of the ignition chamber. This leads to throttling during filling of the fuel assembly chamber and a decrease in its dose and, as a consequence, the power of the ignition torches.

Задачей создания изобретения, соответствующей достигнутому техническому результату, является создание простого воспламенителя малых габаритов, обеспечивающего более надежное зажигание при запуске ДВС, особенно при низких температурах, более полное сгорание ТВС и надежность.The objective of the invention, corresponding to the achieved technical result, is to create a simple small-sized igniter that provides more reliable ignition when starting the engine, especially at low temperatures, more complete combustion of the fuel assemblies and reliability.

Решение указанных задач достигнуто в воспламенителе двигателя внутреннего сгорания, содержащем лазерную свечу зажгания, ввернутую в форкамеру, содержащую, в свою очередь, корпус, резьбовое отверстие для установки свечи зажигания, и цилиндрический резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров, камеру воспламенения цилиндрической формы, днище с выходными отверстиями в нем, тем, что днище выполнено с образованием дополнительной полости в виде части сферы с внутренним диаметром большим, чем внутренний диаметр камеры воспламенения, внутри дополнительной полости вдоль оси форкамеры установлен центральный обтекатель, выполненный в виде конуса, при этом вершина конуса выполнена совпадающей с центром дополнительной полости, а фокус лазерной свечи зажигания совпадает с вершиной конуса.The solution of these problems was achieved in the ignitor of an internal combustion engine containing a laser spark plug screwed into the pre-chamber, which in turn contains a body, a threaded hole for installing the spark plug, and a cylindrical threaded section for screwing the pre-chamber in the cylinder head, a cylindrical-shaped ignition chamber, the bottom with outlet openings in it, in that the bottom is made with the formation of an additional cavity in the form of a part of a sphere with an inner diameter larger than the inner diameter of the chamber plameneniya inside the storage chamber along the axis of the forehearth central fairing installed, configured as a cone, the vertex of the cone is made coincident with the center of the storage chamber, and focus the laser spark plug coincides with the vertex of the cone.

Общая площадь выходных отверстий может быть выполнена больше площади поперечного сечения камеры воспламенения.The total area of the outlet openings can be made larger than the cross-sectional area of the ignition chamber.

Дополнительная полость может быть выполнена в форме полушара. Дополнительная полость может быть выполнена в виде части шара, имеющего объем более половины геометрического объема шара.The additional cavity may be made in the form of a hemisphere. The additional cavity may be made in the form of a part of a ball having a volume of more than half the geometric volume of the ball.

Выходные отверстия могут быть выполнены радиальными.Outlets can be made radial.

Выходные отверстия могут быть выполнены цилиндрической формы. Выходные отверстия выполнены конической формы с расширением в сторону выхода.The outlet openings may be cylindrical in shape. The outlet openings are conical in shape with expansion towards the outlet.

Выходные отверстия могут быть выполнены с перекрытием.Outlets may be overlapped.

Центральный обтекатель может быть выполнен из жаропрочного металла.The central cowl can be made of heat-resistant metal.

На входе в выходные отверстия могут быть выполнены фаски.Chamfers can be made at the entrance to the outlet openings.

На выходе из выходных отверстий могут быть выполнены фаски. На входе в выходные отверстия могут быть выполнены радиусные скругления.Chamfers can be made at the outlet of the outlet openings. At the entrance to the outlet openings, radius fillets can be made.

На выходе из выходных отверстий могут быть выполнены радиусные скругления.At the exit of the outlet openings, radius fillets can be made.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…14, гдеThe invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 14, where

- на фиг. 1 представлен воспламенитель и форкамера с дополнительной полостью в виде полусферы,- in FIG. 1 shows an igniter and a prechamber with an additional cavity in the form of a hemisphere,

- на фиг. 2 приведен порядок сборки форкамеры и свечи зажигания для форкамеры в виде полусферы,- in FIG. 2 shows the assembly order of the prechamber and the spark plug for the prechamber in the form of a hemisphere,

- на фиг. 3 представлена форкамера с дополнительной полостью в виде полусферы,- in FIG. 3 shows a prechamber with an additional cavity in the form of a hemisphere,

- на фиг. 4 приведен порядок сборки форкамеры и свечи зажигания для форкамеры в виде полусферы,- in FIG. 4 shows the assembly procedure of the prechamber and the spark plug for the prechamber in the form of a hemisphere,

- на фиг. 5 приведено цилиндрическое отверстие,- in FIG. 5 shows a cylindrical hole,

- на фиг. 6 приведено коническое отверстие,- in FIG. 6 shows a conical hole,

- на фиг. 7 приведен вид А,- in FIG. 7 shows view A,

- на фиг. 8 приведен вид В,- in FIG. 8 shows view B,

- на фиг. 9 приведена схема установки обтекателя,- in FIG. 9 shows the installation diagram of the fairing,

- на фиг. 10 приведена схема фокусировки лазерного луча,- in FIG. 10 shows a focusing scheme of a laser beam,

- на фиг. 11 приведен вид С, первый вариант,- in FIG. 11 shows a view of C, the first option,

- на фиг. 12 приведен вид С, второй вариант,- in FIG. 12 shows a view of C, the second option,

- на фиг. 13 приведен вид С, третий вариант,- in FIG. 13 shows view C, the third option,

- на фиг. 14 приведен вид С, четвертый вариант.- in FIG. 14 shows view C, the fourth embodiment.

Форкамера ДВС (фиг. 1…14) содержит лазерную свечу зажигания 1, форкамеру 2, содержащую, в свою очередь, корпус 3 с резьбовым отверстием 4 для установки свечи зажигания 1 в головку цилиндров 14, резьбовой участок 5, камеру воспламенения 6 цилиндрической формы, днище 7 сферической формы с выходными отверстиями 8 в нем и дополнительную полость 9. При этом общая площадь выходных отверстий 8 выполнена больше площади поперечного сечения камеры воспламенения 6. В дополнительной полости 9 установлен обтекатель 10.The internal combustion engine chamber (Fig. 1 ... 14) contains a laser spark plug 1, a pre-chamber 2, which, in turn, contains a housing 3 with a threaded hole 4 for installing the spark plug 1 in the cylinder head 14, a threaded portion 5, a cylindrical ignition chamber 6, the bottom 7 is spherical in shape with the outlet openings 8 in it and an additional cavity 9. The total area of the outlet openings 8 is greater than the cross-sectional area of the ignition chamber 6. A cowl 10 is installed in the additional cavity 9.

Лазерная свеча зажигания 1 содержит корпус 11, оптическое волокно 12 и фокусирующую линзу 13.The laser spark plug 1 comprises a housing 11, an optical fiber 12, and a focusing lens 13.

В корпус 3 форкамеры 2 ввернута лазерная свеча зажигания 1. Сам корпус 3 ввернут в головку цилиндров 14.A laser spark plug 1 is screwed into the housing 3 of the prechamber 2. The housing 3 itself is screwed into the cylinder head 14.

Выходные отверстия 8 могут быть выполнены радиально (фиг. 1). Выходные отверстия 8 могут быть выполнены цилиндрической формы (фиг. 3). Выходные отверстия 8 могут быть выполнены конической формы с расширением в сторону выхода (фиг. 4).Outlets 8 can be made radially (Fig. 1). The outlet openings 8 may be cylindrical (Fig. 3). The outlet openings 8 may be conical in shape with expansion towards the outlet (FIG. 4).

Выходные отверстия 8 могут быть выполнены с перекрытием (фиг. 5 и 6) для увеличения проницаемости днища 6 (степени перфорации).The outlet openings 8 may be overlapped (FIGS. 5 and 6) to increase the permeability of the bottom 6 (degree of perforation).

Дополнительная полость 9 может быть выполнена в виде части шара, имеющего объем более половины геометрического объема шара. Выходные отверстия 8 могут быть выполнены радиальными. Выходные отверстия 8 могут быть выполнены цилиндрической формы. Выходные отверстия 8 могут быть выполнены конической формы с расширением в сторону выхода. Выходные отверстия 8 могут быть выполнены с перекрытием. Центральный обтекатель 10 может быть выполнен в виде конуса (фиг. 9), при этом вершина конуса совпадает с геометрическим центром дополнительной полости 9, выполненной в виде полусферы или большей части сферы (более половины). Это способствует радиальному выходу продуктов сгорания из выходных отверстий 8 с минимальными потерями давления.The additional cavity 9 can be made in the form of a part of a ball having a volume of more than half the geometric volume of the ball. Outlets 8 may be made radial. The outlet openings 8 may be cylindrical in shape. The outlet openings 8 may be conical in shape with expansion towards the outlet. Outlets 8 may be overlapped. The central fairing 10 can be made in the form of a cone (Fig. 9), while the top of the cone coincides with the geometric center of the additional cavity 9, made in the form of a hemisphere or most of the sphere (more than half). This contributes to the radial exit of combustion products from the outlet openings 8 with minimal pressure loss.

На фиг. 10 приведена схема фокусировки лазерного луча, на фиг. 11 приведен вид С, первый вариант с фаской 15 на входе в выходные отверстия 8, на фиг. 12 приведен вид С, второй вариант с фасками 16 на выходе из выходных отверстий 8, на фиг. 13 приведен вид С, третий вариант с радиусными скруглениями 17 на входе в выходные отверстия 8, на фиг. 14 приведен вид С, четвертый вариант с радиусными скруглениями 18 на выходе из выходных отверстий 8. Фаски 15 и 16 и радиусные скругления 17 и 18 снижают гидравлические потери факелов воспламенения при выходе из добавочной полости 9.In FIG. 10 is a diagram for focusing a laser beam; FIG. 11 shows a view C, the first variant with a chamfer 15 at the entrance to the outlet openings 8, in FIG. 12 is a view C, a second embodiment with chamfers 16 at the outlet of the outlet openings 8, in FIG. 13 shows a view C, a third variant with radial fillets 17 at the entrance to the outlet openings 8, FIG. 14 shows view C, the fourth variant with radial fillets 18 at the outlet of the outlet openings 8. Chamfers 15 and 16 and radius fillets 17 and 18 reduce the hydraulic losses of the ignition flames when exiting the additional cavity 9.

Работа устройстваDevice operation

При работе форкамеры, например в составе ДВС (фиг. 1…14), в состав которого входит воспламенитель, после впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) ее часть через выходные отверстии 8 попадает в дополнительную полость 9 и в камеру воспламенения 6During the operation of the prechamber, for example, as part of an internal combustion engine (Fig. 1 ... 14), which includes an igniter, after injection of a fuel assembly (air-fuel mixture), part of it through the outlet 8 enters the additional cavity 9 and into the ignition chamber 6

В цикле «рабочий ход» продукты сгорания, имеющие очень высокую температуру, с огромной скоростью выбрасываются из камеры воспламенения 6 сначала в дополнительную полость 9, а потом через выходные отверстия 8 в полость камеры сгорания цилиндра ДВС и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней. При этом, за счет того что общая площадь выходных отверстий 8 больше, чем площадь поперечного сечения камеры воспламенения 6, выходные отверстия 8 не дросселируют поток ТВС при его поступлении в дополнительную полость 9 и в камеру воспламенения 6. Вследствие этого заряд ТВС в дополнительной полости 9 и в камере воспламенения 6 возрастает. В цикле рабочий ход из-за большей общей площади выходных отверстий 8 по сравнению с прототипом мощность воспламеняющего факела возрастает.In the “stroke” cycle, combustion products having a very high temperature are ejected with great speed from the ignition chamber 6 first into the additional cavity 9, and then through the outlet openings 8 into the cavity of the combustion chamber of the ICE cylinder and ignite the entire fuel assembly charge present in it. Moreover, due to the fact that the total area of the outlet openings 8 is larger than the cross-sectional area of the ignition chamber 6, the outlet openings 8 do not throttle the fuel assembly flow when it enters the additional cavity 9 and into the ignition chamber 6. As a result, the charge of the fuel assembly in the additional cavity 9 and in the ignition chamber 6 increases. In the cycle, the stroke due to the larger total area of the outlet openings 8 as compared with the prototype, the power of the flaming flame increases.

Сферическая форма днища (в виде полушара или более чем полушара) позволяет разместить на нем максимальное количество отверстий при минимальном выступании форкамеры 2 внутрь цилиндра ДВС. Кроме того, на сферической поверхности можно расположить отверстия под любым углом к оси форкамеры 2.The spherical shape of the bottom (in the form of a hemisphere or more than a hemisphere) allows you to place the maximum number of holes on it with a minimum protrusion of the prechamber 2 inside the engine cylinder. In addition, holes can be positioned on the spherical surface at any angle to the axis of the prechamber 2.

Такая организация процесса воспламенения ТВС обеспечит 100% воспламенение даже в самых плохих условиях при низкой температуре и высокой влажности. Также этот подход может быть применен на двигателях, работающих на криогенных топливах: водороде и сжиженном природном газе. Для воспламенения криогенного топлива, имеющего очень низкую температуру, не понадобится значительно увеличивать мощность свечи зажигания. Особенно хорошо этот эффект будет проявляться на двигателях большой мощности и на двигателях, работающих на природном газе.Such an organization of the fuel assembly ignition process will provide 100% ignition even in the worst conditions at low temperature and high humidity. Also, this approach can be applied on engines operating on cryogenic fuels: hydrogen and liquefied natural gas. To ignite a cryogenic fuel having a very low temperature, it is not necessary to significantly increase the power of the spark plug. This effect will be especially well manifested on high power engines and on engines running on natural gas.

В итоге применение изобретения позволит:As a result, the application of the invention will allow:

- уменьшить осевые габаритные размеры форкамеры,- reduce the axial overall dimensions of the prechamber,

- упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении свечи зажигания и форкамеры,- to simplify the design of the ignition system by reducing the number of parts when combining the spark plug and prechamber,

- улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет подогрева центрального электрода,- improve ignition when starting an unheated engine, especially at low temperatures, by heating the central electrode,

- уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом форкамеры,- reduce fuel consumption due to its more complete combustion, provided more accurate ignition of the fuel assemblies in the combustion chamber of the internal combustion engine with a powerful torch pre-chamber,

- снизить эмиссию вредных веществ вследствие полного сгорания топлива,- reduce emissions of harmful substances due to complete combustion of fuel,

- увеличить ресурс работы свечи за счет предотвращения отложения копоти на ее электродах,- increase the life of the candle due to the prevention of deposits of soot on its electrodes,

- значительно увеличить ресурс свеч и исключить обгорание их электродов.- significantly increase the life of the candles and eliminate the burning of their electrodes.

Claims

1. The ignitor of an internal combustion engine containing a laser spark plug screwed into the pre-chamber, containing, in turn, a housing, a threaded hole for installing the spark plug, and a cylindrical threaded portion for screwing the pre-chamber into the cylinder head, a cylinder-shaped ignition chamber, a bottom with output holes in it, characterized in that the bottom is made with the formation of an additional cavity in the form of a part of a sphere with an inner diameter greater than the inner diameter of the ignition chamber, inside additionally prechamber cavity along a central axis mounted radome configured as a cone, the vertex of the cone is made coincident with the center of the storage chamber, and focus the laser spark plug coincides with the vertex of the cone.

2. The ignitor according to claim 1, characterized in that the total area of the outlet openings is larger than the cross-sectional area of the ignition chamber.

3. The ignitor according to claim 1, characterized in that the additional cavity is made in the form of a hemisphere.

4. The ignitor according to claim 1, characterized in that the additional cavity is made in the form of a part of a ball having a volume of more than half the geometric volume of the ball.

5. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet openings are made radial.

6. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet openings are cylindrical.

7. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet openings are conical in shape with expansion towards the outlet.

8. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet openings are overlapped.

9. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that the central cowl is made of heat-resistant metal.

10. The igniter according to claim 1 or 2, characterized in that bevels are made at the entrance to the outlet openings.

11. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that the chamfers are made at the outlet of the outlet openings.

12. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that at the entrance to the outlet openings there are radiused roundings.

13. The ignitor according to claim 1 or 2, characterized in that at the outlet of the outlet openings radius fillets are made.