RU2575228C2 - Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом - Google Patents
Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575228C2 RU2575228C2 RU2014100732/06A RU2014100732A RU2575228C2 RU 2575228 C2 RU2575228 C2 RU 2575228C2 RU 2014100732/06 A RU2014100732/06 A RU 2014100732/06A RU 2014100732 A RU2014100732 A RU 2014100732A RU 2575228 C2 RU2575228 C2 RU 2575228C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- engine
- energy
- camshaft
- pistons
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к автомобилестроению, а конкретно к системам воспламенения топливовоздушной смеси (ТВС) в двигателях внутреннего сгорания. В способе воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающем нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника и фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, новым является то, что лазерную энергию в виде высокочастотных лазерных импульсов распределяют оптоволоконными разделителями по цилиндрам, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки, и подают в центры камер сгорания, а переключение энергии лазера на оставшиеся цилиндры двигателя при достижении их поршней верхней мертвой точки осуществляют при помощи электронно-оптического переключателя по команде от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу. Пакет высокочастотных лазерных импульсов подают по сигналу от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу двигателя, с опережением зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Технический результат заключается в снижении токсичных выбросов, а также повышении экономичности двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к автомобилестроению, а конкретно к системам воспламенения топливовоздушной смеси (ТВС) в двигателях внутреннего сгорания.
Известен способ воспламенения ТВС электрическим разрядом высокого напряжения (12-24 кB), имеющим температуру около 10300 К, между электродами свечи, напряжение на которые подается в результате преобразования постоянного тока в переменный импульсный ток высокого напряжения (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение, 1991, стр. 154-156). Однако в известном способе не обеспечивается достаточное напряжение во вторичной цепи (после трансформации, особенно при увеличении частоты вращения, степени сжатия и числа цилиндров двигателя); быстро изнашиваются контакты прерывателя, вследствие чего снижается надежность работы и, как следствие, ухудшается экономичность двигателя; кроме того, затруднен пуск двигателя, так как для пуска двигателя напряжение во вторичной цепи должно быть больше, чем на прогретом двигателе (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М., Машиностроение: 1991, стр. 154-156).
Известен способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом и устройство для его осуществления (патент РФ №2436991, МПК F02P 23/04, опубл. 20.12.2011), являющийся наиболее близким к заявленному изобретению и принятый за прототип, заключающийся в том, что горючую смесь нагревают и воспламеняют путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, фокусированием лазерного луча, инициирующего оптический разряд, на поверхность поршня двигателя. Известный способ позволяет снизить энергию лазера для создания оптического разряда за счет фокусировки луча лазера на металлическую поверхность поршня. Однако место фокусировки луча лазера на поверхности поршня быстро подвергнется эрозии и превратится в каверну, а энергия лазера, необходимая для создания оптического разряда, возрастет. Кроме того, воспламенение горючей смеси на границе камеры сгорания приводит к неполному сгоранию топлива, повышению токсичности выхлопных газов и снижению экономичности двигателя. Для получения лазерного оптического разряда требуется высокая мощность лазерного импульса - 1011 Вт/см2. Снизить это значение можно уменьшив энергию выхода электронов в фокусе лазерного луча путем расположения в этой зоне металла.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в существенном снижении токсичных выбросов, а также повышении экономичности двигателя. Другим не менее важным фактором является существенное снижение стоимости системы воспламенения за счет использования одного лазера.
Технический результат достигается тем, что в способе воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающем нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника и фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, новым является то, что лазерную энергию в виде пакета высокочастотных лазерных импульсов распределяют оптоволоконными разделителями по цилиндрам, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки, и подают в центры камер сгорания, а переключение энергии лазера на оставшиеся цилиндры двигателя при достижении их поршней верхней мертвой точки осуществляют при помощи электронно-оптического переключателя по команде от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу.
Пакет высокочастотных лазерных импульсов подают по сигналу от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу двигателя, с опережением зажигания в зависимости от оборотов двигателя.
На рисунке представлена схема способа воспламенения ТВС в двигателе внутреннего сгорания на основе лазерного оптического разряда.
Здесь: 1 - датчик положения распределительного вала; 2 - блок синхронизации; 3 - лазер; 4 - электронно-оптический переключатель; 5 и 6 - оптоволоконные разделители; 7 - оптические световоды; 8 - лазерные свечи (фокусирующие линзы); 9 - цилиндры; 10 - распределительный вал.
Способ воспламенения топливной смеси в ДВС лазерным оптическим разрядом реализуется следующим образом.
По сигналу от датчика 1 на распределительном валу двигателя 10 через синхронизатор 2 лазер 3 выдает пакет высокочастотных лазерных импульсов в электронно-оптический переключатель 4, который передает пакет высокочастотных лазерных импульсов на оптоволоконный разделитель 5 и через световоды 7 на лазерные свечи 8 и далее в цилиндры двигателя 9, поршни которых в данный момент находятся в районе верхней мертвой точки. В цилиндрах двигателя, где произошло сжатие топливной смеси, пакет высокочастотных лазерных импульсов инициирует оптический разряд в центре камеры сгорания, воспламеняющий топливную смесь. В цилиндрах на выхлопе отработанных газов реализуется холостой оптический разряд. При повороте коленчатого вала на 180 градусов датчик на распределительном валу 1 и синхронизатор 2 вырабатывают сигнал на лазер 3, который выдает пакет высокочастотных лазерных импульсов на электронно-оптический переключатель 3, подключающий оптоволоконный разделитель 6, передающий пакет высокочастотных лазерных импульсов на следующую группу цилиндров, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки.
В предлагаемом способе уменьшение мощности лазерного импульса достигается разогревом горючей смеси в фокусе лазерного луча пакетом высокочастотных лазерных импульсов что позволяет расположить оптический разряд в центре камеры сгорания повышая полноту сгорания горючей смеси, а следовательно, повышается экономичность и экологичность двигателя.
Таким образом, предлагаемое изобретение за счет применения пакета высокочастотных лазерных импульсов, каждый из которых имеет энергию меньше для реализации оптического разряда, но при каждом импульсе разогревает в фокусе среду (ТВС), подготавливая ее к реализации оптического разряда при последующих импульсах, позволяет применять импульсный лазер меньшей мощности. Кроме того, применение в предлагаемом способе оптоволоконных разделителей и электронно-оптического переключателя позволяет использовать один лазер в многоцилиндровых двигателях.
Claims (2)
1. Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающий нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника и фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, отличающийся тем, что лазерную энергию в виде пакета высокочастотных лазерных импульсов распределяют оптоволоконными разделителями по цилиндрам двигателя, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки, и подают в центры камер сгорания, а переключение энергии лазера на оставшиеся цилиндры двигателя при достижении их поршней верхней мертвой точки осуществляют при помощи электронно-оптического переключателя по команде блока синхронизации связанного с датчиком на распределительном валу.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пакет высокочастотных лазерных импульсов подают по сигналу от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу двигателя, с опережением зажигания в зависимости от оборотов двигателя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014100732/06A RU2575228C2 (ru) | 2014-01-09 | Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014100732/06A RU2575228C2 (ru) | 2014-01-09 | Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014100732A RU2014100732A (ru) | 2015-07-20 |
| RU2575228C2 true RU2575228C2 (ru) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4416226A (en) * | 1981-06-02 | 1983-11-22 | Nippon Soken, Inc. | Laser ignition apparatus for an internal combustion engine |
| RU2065990C1 (ru) * | 1994-04-11 | 1996-08-27 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева | Способ зажигания горючей смеси в камере сгорания и система для его осуществления |
| RU2309288C1 (ru) * | 2006-06-28 | 2007-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Способ лазерного зажигания горючей смеси двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления |
| WO2008006638A1 (de) * | 2006-07-10 | 2008-01-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum betreiben einer zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine |
| RU2436991C1 (ru) * | 2010-07-08 | 2011-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом и устройство для его осуществления |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4416226A (en) * | 1981-06-02 | 1983-11-22 | Nippon Soken, Inc. | Laser ignition apparatus for an internal combustion engine |
| RU2065990C1 (ru) * | 1994-04-11 | 1996-08-27 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева | Способ зажигания горючей смеси в камере сгорания и система для его осуществления |
| RU2309288C1 (ru) * | 2006-06-28 | 2007-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Способ лазерного зажигания горючей смеси двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления |
| WO2008006638A1 (de) * | 2006-07-10 | 2008-01-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum betreiben einer zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine |
| RU2436991C1 (ru) * | 2010-07-08 | 2011-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Morsy | Review and recent developments of laser ignition for internal combustion engines applications | |
| US7770552B2 (en) | Laser igniter having integral pre-combustion chamber | |
| RU2436991C1 (ru) | Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом и устройство для его осуществления | |
| US7231897B2 (en) | Combustion engine | |
| RU2576099C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
| JP2018532225A (ja) | 内燃機関用点火プラグ | |
| RU2011137015A (ru) | Повышение эффективности лазерной системы зажигания | |
| Bihari et al. | Development of advanced laser ignition system for stationary natural gas reciprocating engines | |
| US10605222B2 (en) | Internal combustion engine and method of igniting a fuel | |
| CN103244333A (zh) | 通过电晕放电控制内燃机中的点火点的方法 | |
| MX2013001379A (es) | Sistema de ignicion impulsado por induccion. | |
| WO2016075358A1 (en) | A prechamber assembly adaptable in a cylinder head of an internal combustion engine and a cylinder head | |
| RU101101U1 (ru) | Устройство воспламенения топливо-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом | |
| CN101749164B (zh) | 内燃机 | |
| RU2575228C2 (ru) | Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом | |
| RU2553916C2 (ru) | Способ лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе, устройство для лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе и воспламенитель | |
| CN105134453A (zh) | 采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置及方法 | |
| Jose et al. | Review on performance of high energy ignition techniques | |
| RU149724U1 (ru) | Устройство воспламенения топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом | |
| JP3556783B2 (ja) | 低セタン価エンジンの燃焼装置 | |
| RU2577514C1 (ru) | Способ лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления | |
| Dubey et al. | Study of multiple spark ignition engines with single spark ignition engines on the basis of engine efficiency and emission characteristics size | |
| JP2010144592A (ja) | 内燃機関の点火制御装置，制御方法および点火装置 | |
| RU2579337C1 (ru) | Способ воспламенения топливовоздушной смеси и система электростатического зажигания | |
| RU2574197C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания и воспламенитель |