RU2634301C2 - Laser ignition system and laser ignition plug - Google Patents
Laser ignition system and laser ignition plug Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634301C2 RU2634301C2 RU2015157077A RU2015157077A RU2634301C2 RU 2634301 C2 RU2634301 C2 RU 2634301C2 RU 2015157077 A RU2015157077 A RU 2015157077A RU 2015157077 A RU2015157077 A RU 2015157077A RU 2634301 C2 RU2634301 C2 RU 2634301C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- spark plug
- distributor
- plug according
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P23/00—Other ignition
- F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Lasers (AREA)
- Spark Plugs (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к воспламенителям, свечам зажигания, в частности лазерным с встроенной форкамерой, которая способна значительно улучшить эффективность распространения факела зажигания и эффективность сжигания топливовоздушной смеси за счет одновременного применения для воспламенения лазерного луча и подогрева и активации топливовоздушной смеси ТВС мощным электрическим полем. Изобретение может найти применение 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 group of inventions relates to igniters, spark plugs, in particular laser with an integrated prechamber, which can significantly improve the efficiency of the spread of the ignition flame and the efficiency of burning the air-fuel mixture due to the simultaneous use of a powerful electric field for fuel assembly to ignite the laser beam and to heat and activate the fuel-air mixture. The invention can find application when used in an internal combustion engine - internal combustion engine, both carbureted and injection and diesel, as well as in rotary engines, gas piston and other types of engines and in power plants.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Обычно боковой заземленный электрод электрической 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 electric spark plug is bent and L-shaped, 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 дисбаласа 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 дефекта.During 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 электрическая 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 electric 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.
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.
Известна система лазерного зажигания и свеча лазерного зажигания по патенту РФ на полезную модель №152420, МПК F02P 23/04, опубл. 27.05.2015 г., прототип системы зажигания и свечи лазерного зажигания.A known laser ignition system and a laser spark plug according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 152420, IPC F02P 23/04, publ. 05/27/2015, the prototype of the ignition system and laser spark plugs.
Эти система лазерного зажигания и свеча содержат источник электроэнергии, соединенный низковольтными проводами через выключатель с блоком высокого напряжения, который соединен высоковольтным проводом с распределителем, выход которого соединен изолированным высоковольтным проводом с лазерной свечой зажигания, содержащей источник лазерного излучения.These laser ignition systems and the candle contain an electric source connected by low-voltage wires through a switch to a high-voltage unit, which is connected by a high-voltage wire to a distributor, the output of which is connected by an insulated high-voltage wire to a laser spark plug, containing a laser radiation source.
Недостатки:Disadvantages:
- большая потребная мощность лазера при ограниченных габаритах свечи лазерного зажигания, которую целесообразно изготовить по габаритам как точную копию стандартных электрических свеч зажигания,- the large required laser power with limited dimensions of the laser spark plug, which it is advisable to produce the dimensions as an exact copy of standard electric spark plugs,
- относительно низкая полнота сгорания топлива в цилиндре ДВС из-за его воспламенения в одной точке,- relatively low completeness of combustion of fuel in the engine cylinder due to its ignition at one point,
- отложение копоти на оптике лазерной свечи.- soot deposition on the optics of a laser candle.
Задачей создания изобретения, соответствующей достигнутому техническому результату, является создание простой лазерной свечи малых габаритов и малой мощности, обеспечивающей 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 laser candle of small dimensions and low power, providing more reliable ignition when starting the engine, especially at low temperatures, more complete combustion of the fuel assemblies and reliability.
Технический результат - уменьшение потребной мощности лазера вследствие применения для обеспечения воспламенения ТВС лазерного луча и предварительной обработки ТВС в форкамеры очень сильным электрическим полем.The technical result is a reduction in the required laser power due to the use of a laser beam to pre-ignite the fuel assemblies and preprocess the fuel assemblies into prechambers with a very strong electric field.
Решение указанных задач достигнуто в системе лазерного зажигания, содержащей источник электроэнергии, соединенный низковольтными проводами через выключатель с блоком высокого напряжения, который соединен высоковольтным проводом с распределителем, выход которого соединен изолированным высоковольтным проводом с лазерной свечой зажигания, содержащей источник лазерного излучения, тем, что система содержит низковольтный распределитель, распределитель и низковольтный распределитель соединены устройством синхронизации, лазерная свеча зажигания содержит форкамеру, форкамера содержит полость, образованную торцовым днищем, боковой стенкой и конической стенкой в виде усеченного конуса, в которой выполнены выходные отверстия, внутренний электрод соединен с выходом распределителя, а микрочип-лазер соединен с источником энергии через низковольтный распределитель.The solution of these problems was achieved in a laser ignition system containing an electric source connected by low-voltage wires through a switch to a high-voltage unit, which is connected by a high-voltage wire to a distributor, the output of which is connected by an insulated high-voltage wire to a laser spark plug, containing a laser radiation, so that the system contains a low-voltage distributor, a distributor and a low-voltage distributor are connected by a synchronization device, a laser candle Ignition comprises a prechamber, the prechamber comprises a cavity formed by the socket bottom, side wall and the conical wall of the truncated cone, wherein outlet openings are made, the inner electrode connected to the output of the distributor, and the microchip laser is connected to a power source through a low voltage distributor.
Устройство синхронизации может быть выполнено механическим, например, в виде вала. Устройство синхронизации может быть выполнено электронным, например, в виде процессора.The synchronization device can be made mechanical, for example, in the form of a shaft. The synchronization device can be made electronic, for example, in the form of a processor.
Решение указанных задач достигнуто в лазерной свече зажигания, содержащей источник лазерного излучения и фокусирующую линзу, защищенную оптическим стеклом, тем, что на входе в форкамеру установлен внутренний электрод, содержащий, по меньшей мере, одно отверстие для прохождения луча лазера. Внутренний электрод может быть соединен высоковольтным проводом с распределителем. Лазерная свеча может содержать дополнительное оптическое стекло с защитной полостью между ними. Источник лазерного излучения может быть выполнен в виде микрочип-лазера с вакуумной трубкой. Источник лазерного излучения может быть выполнен в виде твердотельного лазера. Лазерная свеча зажигания может быть выполнена с возможностью расщепления лазерного луча. Внутренний электрод может быть выполнен с остороконечным выступом на торце, обращенном к форкамере. Внутренний электрод может быть выполнен с кольцевым остороконечным выступом на торце, обращенном к форкамере. На внутреннем электроде может быть выполнено под углом к оси форкамеры несколько отверстий. Внутри форкамеры может быть установлена, по меньше мере, одна мишень. Мишень может быть выполнена в виде металлического шарика, установленного на коническом держателе, имеющем хвостовик, вмонтированный в торцовую стенку. На конической стенке может быть установлено несколько мишеней по числу выходных отверстий. Мишени, установленные на цилиндрической стенке, могут быть выполнены в виде металлического шарика, установленного на коническом держателе. Мишени могут быть установлены так, что оси выходных отверстий проходят через центры металлических шариков.The solution of these problems was achieved in a laser spark plug containing a laser source and a focusing lens protected by optical glass, in that an internal electrode was installed at the inlet of the prechamber, containing at least one hole for the passage of the laser beam. The inner electrode may be connected by a high voltage wire to the distributor. The laser candle may contain additional optical glass with a protective cavity between them. The laser radiation source can be made in the form of a microchip laser with a vacuum tube. The source of laser radiation can be made in the form of a solid-state laser. The laser spark plug can be configured to split the laser beam. The inner electrode can be made with a pointed protrusion at the end facing the prechamber. The inner electrode can be made with an annular pointed protrusion at the end facing the prechamber. Several holes can be made on the inner electrode at an angle to the axis of the prechamber. At least one target may be installed inside the prechamber. The target can be made in the form of a metal ball mounted on a conical holder having a shank mounted in the end wall. Several targets can be mounted on the conical wall according to the number of outlet openings. Targets mounted on a cylindrical wall can be made in the form of a metal ball mounted on a conical holder. Targets can be set so that the axes of the outlet openings pass through the centers of the metal balls.
Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…15, гдеThe invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 15, where
- на фиг. 1 представлена система воспламенения в сборе,- in FIG. 1 shows an assembly ignition system,
- на фиг. 2 приведена лазерная свеча зажигания, первый вариант,- in FIG. 2 shows a laser spark plug, the first option,
- на фиг. 3 представлена лазерная свеча зажигания, второй вариант,- in FIG. 3 shows a laser spark plug, the second option,
- на фиг. 4 приведена форкамера, первый вариант,- in FIG. 4 shows the prechamber, the first option,
- на фиг. 5 приведена форкамера, второй вариант,- in FIG. 5 shows the prechamber, the second option,
- на фиг. 6 приведена форкамера, третий вариант,- in FIG. 6 shows the prechamber, the third option,
- на фиг. 7 приведена форкамера, четвертый вариант,- in FIG. 7 shows the prechamber, the fourth option,
- на фиг. 8 приведен внутренний электрод с остроконечным выступом,- in FIG. 8 shows an internal electrode with a pointed protrusion,
- на фиг. 9 приведен внутренний электрод с кольцевым остроконечным выступом,- in FIG. 9 shows an internal electrode with an annular pointed protrusion,
- на фиг. 10 приведена шайба с несколькими отверстиями, выполненными под углом,- in FIG. 10 shows a washer with several holes made at an angle,
- на фиг. 11 приведен первый вариант установки мишени,- in FIG. 11 shows a first embodiment of a target installation,
- на фиг. 12 приведен второй вариант установки мишеней,- in FIG. 12 shows a second option for setting targets,
- на фиг. 13 приведена мишень,- in FIG. 13 shows the target
- на фиг. 14 приведены диаграммы подачи импульсов лазера и напряжения на внутреннем электроде при применении блока высокого напряжения постоянного тока,- in FIG. 14 shows diagrams of the supply of laser pulses and voltage at the internal electrode when using a high-voltage DC unit,
- на фиг. 15 приведены диаграммы подачи импульсов лазера и напряжения на внутреннем электроде при применении блока высокого напряжения переменного тока.- in FIG. Figure 15 shows the diagrams of the supply of laser pulses and the voltage at the internal electrode when using a high-voltage AC unit.
Система лазерного зажигания (фиг. 1) содержит источник электроэнергии 1, соединенный низковольтными проводами 2 через выключатель 3 с блоком высокого напряжения 4, который соединен высоковольтным проводом 5 с распределителем 6. Второй высоковольтный провод 7 соединен с заземлением 8. Каждый выход распределителя 6 соединен изолированным высоковольтным проводом 9 с лазерной свечой зажигания 10, точнее с клеммным наконечником 11. Один низковольтный провод 2 заземлен на массу 8.The laser ignition system (Fig. 1) contains a
Для обеспечения питания лазерной свечи зажигания 10 и своевременного включения питания лазерной свечи зажигания 10 низким напряжением к низковольтному проводу 2 присоединен низковольтный распределитель 12, выход которого проводом 13 соединен с лазерной свечой зажигания 10, точнее с клеммой 14.To provide power to the
Система лазерного зажигания 10 содержит блок управления 15 (электронный), который электрическими связями 16 соединен с распределителями 6 и 12. Система лазерного зажигания содержит датчик частоты вращения коленчатого вала 17, соединенный электрической связью 16 с блоком управления 15.The
Работа распределителей 7 и 12 синхронизирована механизмом синхронизации 18, например валом или электронной системой (фиг. 1).The operation of the
Лазерная свеча зажигания 9 (фиг. 1 и 2) содержит корпус 19 (металлический), изолятор 20, внутренний высоковольтный провод 21, соединенный с внутренним электродом 22, выполненным в виде шайбы с отверстием 23 (отверстиями), установленный на изолирующей втулке 24.The laser spark plug 9 (FIGS. 1 and 2) contains a housing 19 (metal), an
В полости 25 внутри изолятора 20 на амортизаторе 26 установлен микрочип-лазер 27, к которому присоединена вакуумная трубка 28. Вакуумная трубка 28 - это металлическая и керамическая трубка, внутри которой создан вакуум. На противоположном конце вакуумной трубки 28 закреплена фокусирующая линза 29.In the
Под фокусирующей линзой 29 установлено оптическое стекло 30 и дополнительное оптическое стекло 31 с защитной полостью 32 между ними.An
Под центральным электродом 22 выполнена форкамера 33 с полостью 34, имеющая торцовое днище 35, коническую стенку 37 в виде усеченного конуса и цилиндрическую стенку 38. В конической стенке 37 выполнены выходные отверстия 39 (фиг. 1 и 2).Under the
Для подвода энергии к микрочип-лазеру 27 кроме клеммы 14 предусмотрено металлизированное покрытие 40 на изоляторе 20 с внутренней стороны и электрод 41 для передачи напряжения к микрочип-лазеру 27.To supply energy to the
Лазерная свеча зажигания 10 ввернута в головку блока цилиндров 42 по резьбе 43.The
Центральное отверстие 18 предназначено для прохождения луча лазера 44 от фокусирующей линзы 29. Более детально конструкция лазерной свечи зажигания 10 приведена на фиг. 2.The
На фиг. 3 приведен второй вариант лазерной свечи зажигания 10, в которой вместо микрочип-лазера 27 с вакуумной трубкой 28 установлен твердотельный лазер 45. На фиг. 4…7 приведены варианты форкамеры 33.In FIG. 3 shows a second embodiment of a
По первому варианту (фиг. 4) во внутреннем электроде 22 выполнено одно отверстие 23 вдоль оси симметрии свечи лазерного воспламенения 10.According to the first embodiment (Fig. 4), one
По второму варианту (фиг. 5) применена призма 46, установленная над оптическим стеклом 30, для расщепления луча лазера 44 на несколько лучей (по числу выходных отверстий 39).In the second embodiment (Fig. 5), a
По третьему варианту (фиг. 6) предложено установить в полости 34 внутри форкамеры 33 одну мишень 46.According to the third embodiment (Fig. 6), it is proposed to install one
По четвертому варианту (фиг. 7) предложено внутри форкамеры 33 в полости 34 установить несколько мишеней 47 и прикрепить их к цилиндрической стенке 37.According to the fourth embodiment (Fig. 7), it is proposed to install
Лазерная свеча может иметь в полости 34 форкамеры 33 мишень 47 для луча лазера 44 (фиг. 3…6). При этом лазерная свеча зажигания 10 может быть выполнена в одном из четырех вариантов в зависимости от конструкции этой мишени. 47 (фиг. 3…6).The laser candle may have a
На фиг. 4 приведена форкамера 33, в которой установлен один внутренний электрод 22 с одним отверстием 23.In FIG. 4 shows a
На фиг. 5 приведена форкамера 33, в которой установлена призма 46 для расщепления луча лазера 44 и во внутреннем электроде 22 выполнено несколько отверстий 23, при этом число отверстий равно числу лазерных лучей.In FIG. 5 shows a
На фиг. 6 приведена форкамера 33 с мишенью 47.In FIG. Figure 6 shows the
На фиг. 7 приведена лазерная свеча зажигания с несколькими мишенями 47.In FIG. 7 shows a laser spark plug with
Форкамера 33 может быть выполнена в нескольких вариантах в зависимости от конструкции мишени 47 (фиг. 8…10).The
На фиг. 8 приведена мишень 47, установленная вдоль оси OO свечи лазерного воспламенения внутри форкамеры 33 в полости 34.In FIG. Figure 8 shows the
Эта мишень 47 выполнена в виде металлического шарика 48, установленного на коническом держателе 49, имеющем хвостовик 50, вмонтированный в торцовое днище 35 (фиг. 9).This
Во втором варианте применено несколько мишеней 47, установленных на боковой стенке 38.In the second embodiment,
Возможны три варианта исполнения шайбы 22, выполняющей функцию центрального электрода (фиг. 11…13).There are three possible versions of the
На фиг. 11 приведена шайба 22 с кольцевым остроконечным выступом 51, на фиг. 12 приведена шайба 22 с кольцевым остроконечным выступом 52, на фиг. 13 приведена шайба 22 с несколькими отверстиями 23, выполненными под углом для выпуска нескольких лучей лазера и предотвращения загрязнения оптики,In FIG. 11 shows a
- на фиг. 14 приведены диаграммы подачи импульсов лазера 52 и напряжения 53 на внутреннем электроде при применении блока высокого напряжения постоянного тока,- in FIG. 14 shows diagrams of the supply of
- на фиг. 15 приведены диаграммы подачи импульсов лазера 52 и напряжения 54 на внутреннем электроде при применении блока высокого напряжения переменного тока.- in FIG. 15 shows diagrams of the supply of
Работа устройстваDevice operation
При работе воспламенителя, например в составе двигателя внутреннего сгорания - ДВС (фиг. 1…13), в состав которого входит воспламенитель, двигатель запускают стартером (не показано) и одновременно включают выключатель 31 (замок зажигания). После впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) ее часть через выходные отверстия 14 попадает в форкамеру 12. В момент опережения зажигания распределитель 27 подает потенциал на блок преобразования напряжения 6, где напряжение снижается до рабочего, и далее на твердотельный лазер 7, который генерирует луч лазера 20. Луч лазера 20 практически мгновенно воспламеняет ТВС в форкамере 33. ТВС, находящаяся в контакте, воспламеняется и фронт пламени в виде шара, фронт пламени радиально идет до выходных отверстий 37 и выходит из них в камеру сгорания цилиндра двигателя.During operation of the igniter, for example, as part of an internal combustion engine - ICE (Fig. 1 ... 13), which includes an ignitor, the engine is started with a starter (not shown) and at the same time turn on the switch 31 (ignition switch). 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 33 в полость камеры сгорания цилиндра ДВС и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней.In the “stroke” cycle, combustion products having a very high temperature are ejected from the
Одновременно между металлическим корпусом 2 и шайбой 22, выполняющей роль центрального электрода, возникает коронный разряд, который значительно нагревает топливовоздушную смесь внутри форкамеры 33, что облегчает работу лазерной свечи зажигания 1 и позволяет в несколько раз уменьшить энергию твердотельного лазера 7. Наличие остроконечных выступов 50 или 51 способствует возникновению коронного разряда.Simultaneously, a corona discharge arises between the
Коническая форма днища позволяет разместить на нем максимально количество отверстий при минимальном выступании форкамеры 33 внутрь цилиндра ДВС. Кроме того, на этой поверхности можно расположить выходные отверстия 39 под любым углом к оси форкамеры 33.The conical shape of the bottom allows you to place on it the maximum number of holes with a minimum protrusion of the pre-chamber 33 inside the engine cylinder. In addition, on this surface it is possible to position 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 45 (фиг. 3). 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 45 (Fig. 3). 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.
На фиг. 14 приведены диаграммы подачи импульсов лазера 52 и напряжения 53 на внутреннем электроде при применении блока высокого напряжения постоянного тока, при этом напряжение 53 может снижаться по мере завершения рабочего хода.In FIG. 14 shows diagrams of the supply of
На фиг. 15 приведены диаграммы подачи импульсов лазера 52 и напряжения 54 на внутреннем электроде при применении блока высокого напряжения переменного тока.In FIG. 15 shows diagrams of the supply of
Частота импульсов лазера может быть больше или меньше частоты переменного напряжения на выходе из блока высокого напряжения 4.The laser pulse frequency may be greater or less than the frequency of the alternating voltage at the output of the
В итоге, применение группы изобретений позволит:As a result, the use of a group of inventions will allow:
1. Уменьшить габаритные размеры лазерной свечи зажигания до габаритов стандартных электрических свеч зажигания.1. Reduce the overall dimensions of the laser spark plug to the dimensions of standard electric spark plugs.
2. Уменьшить потребную мощность лазера за счет применения предварительного подогрева ТВС и ее активации внутри форкамеры мощным электрическим полем.2. To reduce the required laser power through the use of preheating of the fuel assembly and its activation inside the chamber with a powerful electric field.
3. Упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении лазерной свечи зажигания и форкамеры.3. Simplify the design of the ignition system by reducing the number of parts when combining a laser spark plug and a prechamber.
4. Улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет воспламенении ТВС в малом объеме форкамеры двумя источниками энергии лазерной и предварительного подогрева электрическим полем.4. Improve the ignition when starting an unheated engine, especially at low temperatures, due to the ignition of the fuel assemblies in a small volume of the prechamber with two sources of laser energy and electric field preheating.
7. Уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом форкамеры.7. 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 prechamber torch.
8. Снизить эмиссию вредных веществ вследствие более полного сгорания топлива.8. Reduce the emission of harmful substances due to more complete combustion of the fuel.
9. Предотвратить отложение копоти на фокусирующей линзе и уменьшить вредное влияние высоких температур.9. Prevent soot deposits on the focusing lens and reduce the harmful effects of high temperatures.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015157077A RU2634301C2 (en) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Laser ignition system and laser ignition plug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015157077A RU2634301C2 (en) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Laser ignition system and laser ignition plug |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015157077A RU2015157077A (en) | 2017-07-05 |
RU2634301C2 true RU2634301C2 (en) | 2017-10-25 |
Family
ID=59309164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015157077A RU2634301C2 (en) | 2015-12-29 | 2015-12-29 | Laser ignition system and laser ignition plug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634301C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130139774A1 (en) * | 2010-05-27 | 2013-06-06 | Pascal Woerner | Laser-induced spark ignition for an internal combustion engine |
US20140165945A1 (en) * | 2011-05-10 | 2014-06-19 | Robert Bosch Gmbh | Laser spark plug |
US20140305394A1 (en) * | 2011-07-13 | 2014-10-16 | Pascal Woerner | Laser spark plug and cleaning method for same |
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 |
RU152420U1 (en) * | 2014-12-16 | 2015-05-27 | Валерий Дмитриевич Дудышев | LASER IGNITION CANDLE |
-
2015
- 2015-12-29 RU RU2015157077A patent/RU2634301C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130139774A1 (en) * | 2010-05-27 | 2013-06-06 | Pascal Woerner | Laser-induced spark ignition for an internal combustion engine |
US20140165945A1 (en) * | 2011-05-10 | 2014-06-19 | Robert Bosch Gmbh | Laser spark plug |
US20140305394A1 (en) * | 2011-07-13 | 2014-10-16 | Pascal Woerner | Laser spark plug and cleaning method for same |
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 |
RU152420U1 (en) * | 2014-12-16 | 2015-05-27 | Валерий Дмитриевич Дудышев | LASER IGNITION CANDLE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015157077A (en) | 2017-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2576691C1 (en) | Igniter | |
KR20000016131A (en) | Traveling spark ignition system and ignitor therefor | |
RU2576099C1 (en) | Internal combustion engine | |
JPS58162718A (en) | Ignition plug for starting diesel engine | |
JP2006140072A (en) | Spark ignition device of internal combustion engine, and internal combustion engine equipped with the same | |
US10145292B1 (en) | Spark plug | |
US10830201B2 (en) | Ignition system having a high-frequency plasma-enhanced ignition spark of a spark plug, including an antechamber, and a method associated therewith | |
RU2634301C2 (en) | Laser ignition system and laser ignition plug | |
RU2634972C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2645363C1 (en) | Laser igniter | |
SU421854A1 (en) | MAPS | |
RU2649720C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2645396C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2645364C1 (en) | Laser igniter | |
RU2674090C1 (en) | Combustion chamber of gas turbine engine, ignition system of chamber for combustion of gas turbine engine and method for igniting combustion chamber of gas turbine engine | |
RU2574189C1 (en) | Laser igniter | |
RU2612188C1 (en) | Diesel engine ignition system and laser sparking plug | |
RU2652086C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2647499C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2647889C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2647892C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2648683C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2643880C1 (en) | Laser igniter | |
RU2643879C1 (en) | Laser igniter | |
CN207664441U (en) | A kind of internal combustion engine New Type of Ignition System |