RU2576691C1 - Igniter - Google Patents
Igniter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576691C1 RU2576691C1 RU2015102415/06A RU2015102415A RU2576691C1 RU 2576691 C1 RU2576691 C1 RU 2576691C1 RU 2015102415/06 A RU2015102415/06 A RU 2015102415/06A RU 2015102415 A RU2015102415 A RU 2015102415A RU 2576691 C1 RU2576691 C1 RU 2576691C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- outlet openings
- igniter
- prechamber
- target
- antechamber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Spark Plugs (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к воспламенителям (свечам зажигания, в частности лазерным с встроенной форкамерой, которая способна значительно улучшить эффективность распространения факела зажигания и эффективность сжигания топливовоздушной смеси - ТВС 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 igniters (spark plugs, in particular laser with a built-in prechamber, which can significantly improve the efficiency of the spread of the ignition flame and the efficiency of combustion of the air-fuel mixture - fuel assemblies when used in an internal combustion engine - internal combustion engine, carburetor, injector, and diesel, as well in 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 «минифоркамеры», 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 “minicamera” 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 «минифоркамере» 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 "minicamera" 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 трещины 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 due to corrosion, cracks may appear at the end of the axial central electrode, which leads to the occurrence of 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 «минифоркамера». 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 a 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.
Недостаток этой свечи - возможное засорение кольцевого зазора из-за отложения твердых частиц продуктов сгорания на обоих электродах, особенно при работе на обогащенной смеси.The disadvantage of this candle is the 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.The disadvantage is 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°C. 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 a temperature lower than 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.С. в 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 the housing, according to A.S. in the USSR No. 1802382, IPC
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 «минифоркамеру» по патенту РФ на изобретение №2356145, МПК H01T 13/20, опубл. 20.05.2009 г.Known spark plug containing "miniformer" according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2356145, IPC
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 малоэффективно 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 ineffective 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 «минифоркамекры» 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-camera” and with a small area of the hole the torch power is insignificant and cannot ensure the start of the internal combustion engine at low 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: 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). Вторым недостатком является применение электрической свечи зажигания.Disadvantages: 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). The second disadvantage is the use of an electric spark plug.
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.The disadvantage is the complexity of the design.
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 prechamber 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. 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 уменьшению ее дозы и, как следствие, мощности факелов воспламенения. Вторым недостатком является применение электрической свечи зажигания.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the prechamber 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, as a consequence, the power of the ignition torches. The second disadvantage is the use of an electric spark plug.
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, содержащем лазерную свечу зажигания и форкамеру, отделенную от лазерной свечи зажигания шайбой с центральным отверстием и содержащую корпус и днище с выходными отверстиями в нем, отличающемся тем, что днище выполнено в виде части сферы, внутри форкамеры на держателе установлена мишень в форме сферы, а фокус лазерной свечи зажигания совпадает с поверхностью мишени. Центральное отверстие может быть выполнено сужающимся к выходу.The solution of these problems was achieved in an igniter containing a laser spark plug and a pre-chamber, separated from the laser spark plug by a washer with a central hole and containing a body and a bottom with outlet openings in it, characterized in that the bottom is made as part of a sphere, inside the pre-chamber on the holder is installed the target is in the shape of a sphere, and the focus of the laser spark plug matches the surface of the target. The Central hole may be made tapering to the exit.
Геометрические центры сфер, образующих форкамеру и мишень, могут совпадать. Держатель может быть выполнен в виде конуса, прикрепленного к днищу форкамеры. Держатель может быть выполнен в виде цилиндра, прикрепленного к днищу форкамеры. Держатель может быть выполнен в виде пластины с отверстиями. Мишень может быть выполнена из жаропрочного металла. Мишень со стороны падения луча лазера может иметь плоскую поверхность, выполненную не перпендикулярно к продольной оси воспламенителя.The geometric centers of the spheres forming the prechamber and the target can coincide. The holder can be made in the form of a cone attached to the bottom of the prechamber. The holder can be made in the form of a cylinder attached to the bottom of the prechamber. The holder can be made in the form of a plate with holes. The target can be made of heat resistant metal. The target on the incident side of the laser beam may have a flat surface that is not perpendicular to the longitudinal axis of the igniter.
Выходные отверстия могут быть выполнены радиальными. Выходные отверстия могут быть выполнены цилиндрической формы. Выходные отверстия могут быть выполнены конической формы с расширением в сторону выхода. Выходные отверстия могут быть выполнены с перекрытием. На входе в выходные отверстия могут быть выполнены фаски. На выходе из выходных отверстий могут быть выполнены фаски. На входе в выходные отверстия могут быть выполнены радиусные скругления. На выходе из выходных отверстий могут быть выполнены радиусные скругления.Outlets can be made radial. The outlet openings may be cylindrical in shape. The outlet openings may be conical in shape with expansion towards the outlet. Outlets may be overlapped. Chamfers can be made at the entrance to the outlet openings. Chamfers can be made at the outlet of the outlet openings. At the entrance to the outlet openings, radius fillets can be made. At the exit of the outlet openings, radius fillets can be made.
Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…15, гдеThe invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 15, where
- на фиг. 1 представлен воспламенитель в сборе,- in FIG. 1 shows an igniter assembly,
- на фиг. 2 приведена форкамера в форме полусферы, первый вариант,- in FIG. 2 shows a hemisphere-shaped prechamber, first embodiment,
- на фиг. 3 представлена форкамера в форме полусферы, второй вариант,- in FIG. 3 shows a hemispherical prechamber, a second embodiment,
- на фиг. 4 приведена форкамера в форме полусферы, третий вариант,- in FIG. 4 shows a hemispherical prechamber, the third option,
- на фиг. 5 приведен форкамера в форме полусферы с мишенью, четвертый вариант,- in FIG. 5 shows a hemisphere-shaped prechamber with a target, the fourth embodiment,
- на фиг. 6 приведена форкамера,- in FIG. 6 shows the prechamber,
- на фиг. 7 приведена схема движения продуктов сгорания в форкамере и в цилиндрических выходных отверстиях,- in FIG. 7 shows a diagram of the movement of combustion products in the prechamber and in cylindrical outlet openings,
- на фиг. 8 приведена схема движения продуктов сгорания в форкамере и в конических, расширяющихся выходных отверстиях- in FIG. 8 is a diagram of the movement of combustion products in the prechamber and in conical, expanding outlet openings
- на фиг. 9 приведен вид А,- in FIG. 9 shows view A,
- на фиг. 10 приведен вид В,- in FIG. 10 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 приведена форкамера с выходными отверстиями, имеющими фаски,- in FIG. 11 shows a prechamber with chamfered outlets,
- на фиг. 12 приведено выходное отверстие с фасками,- in FIG. 12 shows the outlet with bevels,
- на фиг. 13 приведен вид С, первый вариант,- in FIG. 13 shows a view of C, the first option,
- на фиг. 14 приведен вид С, второй вариант,- in FIG. 14 shows view C, a second embodiment,
- на фиг. 15 приведен вид С, третий вариант.- in FIG. 15 shows view C, the third option.
Воспламенитель (фиг. 1…15) содержит лазерную свечу зажигания 1, содержащую в свою очередь корпус 2 с полостью 3, в которой установлено оптическое окно 4 из кварцевого стекла, канал 4, в котором установлен преобразователь напряжения 6, соединенный проводом 7 с твердотельным лазером 8, который оптическим волокном 9 соединен с фокусирующей линзой 10. Лазерная свеча зажигания 1 ввернута в головку блока цилиндров 11. Под лазерной свечой 1 выполнена форкамера 12, которая содержит днище 13 с выходными отверстиями 14. В форкамере 12 на держателе 15 установлена мишень 16.The igniter (Fig. 1 ... 15) contains a
Форкамера 12 отделена от лазерной свечи 1 шайбой 17 с центральным отверстием 18, которое сообщает форкамеру 12 с защитной полостью 19, предназначенной для защиты оптического окна 4 от прямого воздействия продуктов сгорания в форкамере 12. Центральное отверстие 18 предназначено для прохождения луча лазера 20 от фокусирующей линзы 10.The
Держатель 15 может быть выполнен в виде конуса 20, установленного на днище 13 (фиг. 2), или цилиндра 21, также установленного вдоль оси воспламенителя на днище 13 форкамеры 12 (фиг. 3), или в виде пластины 22, установленной перпендикулярно оси воспламенителя, со сквозными отверстиями 24 для прохождения продуктов сгорания(фиг. 4).The
Блок согласования напряжения 6 электрически соединен с клеммным наконечником 25, который высоковольтным проводом 26 соединен с распределителем импульсов 27, который низковольтными проводами 28 соединен с источником энергии 29. Один низковольтный провод 29 соединен с массой 30 (заземлен).The voltage matching unit 6 is electrically connected to the
Форкамера 12 может быть выполнена в виде части шара, имеющего объем половины геометрического объема шара. Выходные отверстия 14 могут быть выполнены радиальными. Выходные отверстия 14 могут быть выполнены цилиндрической формы. Выходные отверстия 14 могут быть выполнены конической формы с расширением в сторону выхода. Выходные отверстия 14 могут быть выполнены с перекрытием. Геометрический центр мишени 16 O1 может быть выполнен совпадающим с геометрическим центром O2 форкамеры 12, выполненной в виде полусферы. Это способствует радиальному выходу продуктов сгорания из выходных отверстий 14 с минимальными потерями давления (фиг. 5).The
Выходные отверстия 14 могут быть выполнены радиально (фиг. 6 и 7). Выходные отверстия 14 могут быть выполнены цилиндрической формы (фиг. 7). Выходные отверстия 14 могут быть выполнены конической формы с расширением в сторону выхода (фиг. 8).The
Выходные отверстия 14 могут быть выполнены с перекрытием (фиг. 9 и 10) для увеличения проницаемости днища 13 (степени перфорации).The
На фиг. 11 приведена схема фокусировки лазерного луча, на фиг. 12 приведен вид С, первый вариант с фаской 31 на входе в выходные отверстия 14, на фиг. 13 приведен вид С, второй вариант с фасками 32 на выходе из выходных отверстий 14, на фиг. 14 приведен вид С, третий вариант с радиусными скруглениями 33 на входе в выходные отверстия 14, на фиг. 15 приведен вид С, четвертый вариант с радиусными скруглениями 34 на выходе из выходных отверстий 14. Фаски 31 и 32 и радиусные скругления 33 и 34 на входе и выходе выходных отверстий 14 снижают гидравлические потери факелов воспламенения при выходе из форкамеры 12, которые наблюдались при внезапном сужении и внезапном расширении потока.In FIG. 11 is a diagram of focusing a laser beam; FIG. 12 is a view C, a first variant with a
Работа устройстваDevice operation
При работе воспламенителя, например, в составе ДВС (фиг. 1…15), в состав которого входит воспламенитель, после впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) ее часть через выходные отверстии 14 попадает в форкамеру 12. В момент опережения зажигания распределитель 27 подает потенциал на блок преобразования напряжения 6 и далее на твердотельный лазер 8, который генерирует луч лазера 20. Луч лазера 20 практически мгновенно подогревает мишень 16 из-за ее малых габаритов. ТВС, находящаяся в контакте с поверхностью мишени, воспламеняется и фронт пламени в виде шара радиально идет до выходных отверстий 14 и выходит из них. В верхней части форкамеры 12 из-за наличия на мишени 16 плоской поверхности 15 фронт пламени идет, как указано стрелкой 26 и не попадает в центральное отверстие 18 шайбы 17, не забивает отверстие продуктами неполного сгорания и защищает оптику.During operation of the igniter, for example, as part of the internal combustion engine (Fig. 1 ... 15), which includes the igniter, after injection of the fuel assembly (air-fuel mixture), part of it through the
В цикле «рабочий ход» продукты сгорания, имеющие очень высокую температуру, с огромной скоростью выбрасываются из форкамеры 12 в полость камеры сгорания цилиндра ДВС и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней. При этом, за счет того, что общая площадь выходных отверстий 12 больше, чем площадь поперечного сечения форкамеры 12, выходные отверстия 14 не дросселируют поток ТВС при его поступлении в форкамеру 12 и в камеру воспламенения. Вследствие этого заряд ТВС в форкамере 12 возрастает. В цикле рабочий ход из-за большей общей площади выходных отверстий 12 по сравнению с прототипом мощность воспламеняющего факела возрастает.In the “stroke” cycle, combustion products having a very high temperature are ejected from the
Сферическая форма днища (в виде полушара) позволяет разместить на нем максимальное количество отверстий при минимальном выступании форкамеры 12 внутрь цилиндра ДВС. Кроме того, на сферической поверхности можно расположить выходные отверстия 14 под любым углом к оси форкамеры 12. Предпочтительно - радиально. При этом геометрические центры сфер, образующих форкамеру 12 и мишень 16, должны совпадать, тогда движение фронта пламени внутри форкамеры 12 будет строго радиальным. Применение фасок 31 и 32 или радиусных скруглений 33 и 34 значительно (на порядок) уменьшит потери давления факелов воспламенения, выходящих их выходных отверстий (из-за отсутствия внезапного расширения и сужения).The spherical shape of the bottom (in the form of a hemisphere) allows you to place on it the maximum number of holes with a minimum protrusion of the
Такая организация процесса воспламенения ТВС обеспечит 100% воспламенение даже в самых плохих условиях при низкой температуре и высокой влажности при малой мощности твердотельного лазера 6 (фиг. 1). 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 at low power of the solid-state laser 6 (Fig. 1). 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:
1) уменьшить осевые габаритные размеры воспламенителя;1) reduce the axial overall dimensions of the igniter;
2) упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении свечи зажигания и форкамеры;2) to simplify the design of the ignition system by reducing the number of parts when combining the spark plug and the prechamber;
3) увеличить мощность воспламенителя за счет снижении аэродинамических потерь в выходных отверстиях за счет:3) increase the power of the igniter by reducing aerodynamic losses in the outlet due to:
- выполнения форкамеры и мишени сферическими и совмещения их геометрических осей,- execution of the prechamber and the target spherical and combining their geometric axes,
- выполнения выходных отверстий радиальными,- run outlets radial,
- выполнения на выходных отверстиях фасок или радиусных скруглений,- execution of chamfers or radius fillets at the outlet
- выполнения на мишени со стороны падения луча лазера плоской поверхности, выполненной не перпендикулярно к продольной оси воспламенителя;- performing on the target from the side of the incident laser beam a flat surface made not perpendicular to the longitudinal axis of the igniter;
4) улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет воспламенении ТВС в малом объеме форкамеры;4) to improve ignition when starting an unheated engine, especially at low temperatures, due to ignition of fuel assemblies in a small volume of the prechamber;
5) уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом форкамеры;5) to 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 pre-chamber torch;
6) снизить эмиссию вредных веществ вследствие более полного сгорания топлива;6) reduce the emission of harmful substances due to more complete combustion of fuel;
7) увеличить ресурс работы свечи за счет предотвращения отложения копоти на ее оптике. Это достигнуто выполнением на мишени плоской наклонной поверхности, неперпендикулярной продольной оси воспламенителя.7) increase the life of the candle by preventing soot deposits on its optics. This is achieved by performing on the target a flat inclined surface non-perpendicular to the longitudinal axis of the igniter.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015102415/06A RU2576691C1 (en) | 2015-01-26 | 2015-01-26 | Igniter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015102415/06A RU2576691C1 (en) | 2015-01-26 | 2015-01-26 | Igniter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2576691C1 true RU2576691C1 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015102415/06A RU2576691C1 (en) | 2015-01-26 | 2015-01-26 | Igniter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2576691C1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2647499C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-03-16 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2647891C1 (en) * | 2017-01-23 | 2018-03-21 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2647892C1 (en) * | 2017-01-16 | 2018-03-21 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2647889C1 (en) * | 2017-01-16 | 2018-03-21 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2648683C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-03-28 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2649720C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-04 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2652085C1 (en) * | 2017-01-16 | 2018-04-25 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2652086C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-25 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58133482A (en) * | 1982-02-01 | 1983-08-09 | Toyota Motor Corp | Ignition method for internal-combustion engine |
JPH0868374A (en) * | 1994-08-29 | 1996-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser ignition device |
JP2006329116A (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel reformed engine |
RU2538770C1 (en) * | 2013-09-05 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" | Method of laser ignition of fuel in internal combustion engine, device for laser ignition of fuel in internal combustion engine, and laser ignition plug |
-
2015
- 2015-01-26 RU RU2015102415/06A patent/RU2576691C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58133482A (en) * | 1982-02-01 | 1983-08-09 | Toyota Motor Corp | Ignition method for internal-combustion engine |
JPH0868374A (en) * | 1994-08-29 | 1996-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser ignition device |
JP2006329116A (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel reformed engine |
RU2538770C1 (en) * | 2013-09-05 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" | Method of laser ignition of fuel in internal combustion engine, device for laser ignition of fuel in internal combustion engine, and laser ignition plug |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2647499C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-03-16 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2648683C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-03-28 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2649720C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-04 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2652086C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-25 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2647892C1 (en) * | 2017-01-16 | 2018-03-21 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2647889C1 (en) * | 2017-01-16 | 2018-03-21 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2652085C1 (en) * | 2017-01-16 | 2018-04-25 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
RU2647891C1 (en) * | 2017-01-23 | 2018-03-21 | Николай Борисович Болотин | Laser spark plug |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2576691C1 (en) | Igniter | |
US4930473A (en) | Swirl chamber and spark plug assembly | |
CN109798177B (en) | Pre-chamber ignition apparatus and method for internal combustion engine | |
US4218992A (en) | Externally ignited internal combustion engine | |
JP2006140072A (en) | Spark ignition device of internal combustion engine, and internal combustion engine equipped with the same | |
CN114439600A (en) | Pre-chamber assembly | |
EP3899227A1 (en) | Assemblies for engines | |
RU2531834C1 (en) | Prechamber of internal combustion engine | |
RU2545012C1 (en) | Igniter of internal combustion engine | |
RU2576088C1 (en) | Internal combustion engine and igniter | |
RU2574189C1 (en) | Laser igniter | |
RU2574191C1 (en) | Internal combustion engine igniter | |
RU2643880C1 (en) | Laser igniter | |
RU2645363C1 (en) | Laser igniter | |
RU2645364C1 (en) | Laser igniter | |
RU2563561C2 (en) | Internal combustion engine and igniter | |
RU2651906C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2634972C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2574697C1 (en) | Internal combustion engine and igniter | |
RU2649720C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2647889C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2542710C1 (en) | Igniter | |
RU2645396C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2643879C1 (en) | Laser igniter | |
RU2647892C1 (en) | Laser spark plug |