RU2652086C1 - Лазерная свеча зажигания - Google Patents
Лазерная свеча зажигания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652086C1 RU2652086C1 RU2017100862A RU2017100862A RU2652086C1 RU 2652086 C1 RU2652086 C1 RU 2652086C1 RU 2017100862 A RU2017100862 A RU 2017100862A RU 2017100862 A RU2017100862 A RU 2017100862A RU 2652086 C1 RU2652086 C1 RU 2652086C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- optical window
- spark plug
- insulator
- cavity
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетическим машинам, конкретно к лазерным свечам зажигания с форкамерой, и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Технический результат - увеличение срока службы свечи лазерного зажигания за счет предотвращения загрязнения оптики и выходного отверстия лазерного луча. Лазерная свеча зажигания содержит корпус, изолятор, микрочип-лазер, установленный в полости внутри изолятора, соединенную с ним вакуумную трубку, оптическое окно, фокусирующую линзу, форкамеру с цилиндрической и конической полостями, шайбу с отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в одной из полостей форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость. Мишень установлена на валу с возможностью вращения, и на ней закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины. Вал может содержать коническую и цилиндрическую части и выполнен за одно с мишенью. Лазерная свеча может содержать дополнительное оптическое окно с защитной полостью между оптическим окном и дополнительным оптическим окном. Микрочип-лазер может быть установлен на амортизаторе. На изоляторе со стороны внутренней полости может быть нанесено металлизированное покрытие, контактирующее с корпусом. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
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 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.
Предшествующий уровень техники
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.
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.
Когда остаточный углерод (продукт неполного сгорания топливовоздушной смеси - ТВС) остается в искровом промежутке между электродами, 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.
Во время работы ДВС из-за коррозии может появиться трещина на конце осевого центрального электрода, что приводит к возникновению критического повреждения. Срок службы свечи зажигания может снизиться из-за такого дефекта
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.
Недостатки этой свечи возможное засорение кольцевого зазора, из-за отложения твердых частиц продуктов сгорания на обоих электродах, особенно при работе на обогащенной смеси.
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.
Недостаток: плохой запуск двигателя при отрицательных температурах.
Известна лазерная свеча зажигания по патенту РФ на изобретение №22576691, МПК F02P 23/04, опубл. 26.01.2015 г., прототип.
Эта свеча в лазерной свече зажигания, содержащей корпус, изолятор микрочип-лазер, установленный в полости внутри изолятора, оптическое окно, фокусирующую линзу и мишень, установленную в форкамере, в которую под углом входит несколько выходных отверстий,
Недостатки:
- отложение копоти на оптике и отверстии для выхода лазерного луча лазерной свечи,
- большая потребная мощность лазера при ограниченных габаритах свечи лазерного зажигания, которую целесообразно изготовить по габаритам как точную копию стандартных электрических свеч зажигания,
- относительно низкая полнота сгорания топлива в цилиндре ДВС из-за его воспламенения в одной точке и как следствие, эмиссия вредных веществ в выхлопных газах.
Задачей создания изобретения, соответствующей достигнутому техническому результату, является увеличении срока службы лазерной свечи за счет предотвращения загрязнения оптики и выходного отверстия лазерного луча.
Технический результат - увеличение срока службы свечи лазерного зажигания за счет предотвращения загрязнения оптики и выходного отверстия лазерного луча.
Решение указанных задач достигнуто в лазерной свече зажигания, содержащей корпус, изолятор, микрочип-лазер, установленный в полости внутри изолятора, соединенную с ним вакуумную трубку, оптическое окно, фокусирующую линзу, форкамеру с цилиндрической и конической полостями, шайбу с отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в одной из полостей форкамеры на держателе, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость, тем, что в цилиндрической полости форкамеры на центральной опоре установлено на подшипнике рабочее колесо аэродинамичнской турбины.
В качестве подшипника может быть применен подшипник скольжения, выполненный из керамики. Лазерная свеча зажигания может содержать дополнительное оптическое окно с защитной полостью между оптическим окном и дополнительным оптическим окном. Микрочип-лазер может быть установлен на амортизаторе. На изоляторе со стороны внутренней полости может быть нанесено металлизированное покрытие, контактирующее с корпусом.
Центральный вал может быть установлен на керамических подшипниках скольжения.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…4, где
- на фиг. 1 представлена лазерная свеча зажигания,
- на фиг. 2 приведена форкамера,
- на фиг. 3 представлено рабочее колесо аэродинамической турбины,
- на фиг. 4 приведен вид А.
Лазерная свеча зажигания (фиг. 1) содержит корпус 1 (металлический), изолятор 2, во внутренней полости 3 которого установлен микрочип-лазер 4, внутренний высоковольтный провод 5 соединяет его с клеммным наконечником 6.
Микрочип-лазер 4 установлен во внутренней полости 3 на амортизаторе 7, к нему присоединена вакуумная трубка 8. Вакуумная трубка 8 это металлическая и керамическая трубка, внутри которой создан вакуум. Вакуумная трубка установлена вдоль продольной оси лазерной свечи зажигания. На противоположном торце 9 вакуумной трубки 8 закреплена фокусирующая линза 10.
Под фокусирующей линзой 10 установлено оптическое окно 11 и дополнительное оптическое окно 12 с защитной полостью 13 между ними.
Под дополнительным оптическим окном 12 установлена шайба 14 с отверстием 15 выполненным в центре шайбы 14 для выхода луча лазера 16.
Под шайбой 14 выполнена форкамера 17 в виде цилиндрической полости 18, переходящей в коническую полость 19 в виде усеченного конуса. Коническая полость 19 ограничена торцовым днищем 20, конической стенкой 21 и цилиндрической стенкой 22. В конической стенке 22 выполнены выходные отверстия 23 (фиг. 1…4).
Для подвода энергии к микрочип-лазеру 4 (земляной контакт) предусмотрено металлизированное покрытие 24 на внутренней поверхности изолятора 2 и контакт 25 на амортизаторе 7 с внутренней стороны.
Лазерная свеча зажигания ввернута в головку блока цилиндров 26 по резьбе 27. Головка блока цилиндров 26 соединена заземляющим проводом 28 с заземлением 29.
Лазерная свеча имеет в цилиндрической полости 18 форкамеры 17 мишень 30 для луча лазера 16 (фиг. 3 и 4).
Мишень 30 установлена на валу 31. На мишени 30 установлены рабочие лопатки аэродинамической турбины 32. Вал 31 содержит коническую часть 33 и цилиндрическую часть 34 с резьбой 35, на которую навернута гайка 36. Гайка 36 жестко зафиксирована или контровкой, или сваркой, или развальцовкой. К торцовому днищу 20 приварена пластина 37 посредством сварочного шва 38.
Пластина 37 закрывает гайку 36.
На фиг. 2 приведена форкамера 17, в которой установлена на держателе 31 мишень 30, выполненная в виде металлического шара малого диаметра от 0,5 до 1 мм.
На фиг. 3 приведено рабочее колесо аэродинамической турбины 34, выполненное из жаростойкого материала, а на фиг. 4 - разрез А-А.
Работа устройства
При работе лазерной свечи зажигания, например, в составе двигателя внутреннего сгорания - ДВС (фиг. 1…4), в состав которого входит эта свеча зажигания, двигатель запускают стартером (не показано). После впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) ее часть через выходные отверстии 25 попадает в форкамеру 17. В момент опережения зажигания распределитель (не показан) подает потенциал на электрод 6 и далее на микрочип-лазер 4, который генерирует лазерное излучение. Лазерное излучение по вакуумной трубке 8 передается на фокусирующую линзу 10, которая создает лазерный луч 16. Лазерный луч 16 проходит оптические окна 11 и 12 и отверстие 15 шайбы 14 и фокусирется на мишени 30. Мишень 30 имеет очень малые габариты и практически мгновенно нагревается до температуры выше 1000°С. ТВС, находящаяся в контакте с мишенью 30, воспламеняется, и фронт пламени в виде шара, радиально идет до выходных отверстий 23 и выходит из них в камеру сгорания цилиндра двигателя (не показано).
При этом закручивается рабочее колесо аэродинамической турбины 34.
В цикле впуска топливо-воздушной смеси - ТВС ее часть, проходя рабочее колесо аэродинамической турбины 34 ее охлаждает и несколько замедляет ее вращение. Посторонние частицы 39 (несгоревший углерод) центробежными силами отбрасывается на периферию, и отверстие 15 в шайбе 14 не засоряется.
Такая организация процесса воспламенения ТВС обеспечит 100% воспламенение даже в самых плохих условиях при низкой температуре и высокой влажности при малой мощности микрочип-лазер 4 (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.
В итоге применение группы изобретений позволит:
1. Предотвратить отложение посторонних части (копоти) на фокусирующей линзе и в отверстии для выхода лазерного луча и тем самым значительно продлить срок службы лазерной свечи зажигания.
2. Уменьшить габаритные размеры лазерной свечи зажигания до габаритов стандартных электрических свеч зажигания.
3. Уменьшить потребную мощность лазера за счет применения предварительного подогрева ТВС.
4. Упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении лазерной свечи зажигания и форкамеры.
5. 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.
7. Уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом форкамеры.
8. Снизить эмиссию вредных веществ вследствие более полного сгорания топлива.
Claims (5)
1. Лазерная свеча зажигания, содержащая корпус, изолятор микрочип-лазер, установленный в полости внутри изолятора, соединенную с ним вакуумную трубку, оптическое окно, фокусирующую линзу, форкамеру с цилиндрической и конической полостями, шайбу с отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в одной из полостей форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость, отличающаяся тем, что мишень установлена на валу с возможностью вращения и на ней закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины.
2. Лазерная свеча зажигания по п. 1, отличающаяся тем, что вал содержит коническую и цилиндрическую части и выполнен за одно с мишенью.
3. Лазерная свеча по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит дополнительное оптическое окно с защитной полостью между оптическим окном и дополнительным оптическим окном.
4. Лазерная свеча зажигания по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что микрочип-лазер установлен на амортизаторе.
5. Лазерная свеча зажигания по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на изоляторе со стороны внутренней полости нанесено металлизированное покрытие, контактирующее с корпусом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017100862A RU2652086C1 (ru) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | Лазерная свеча зажигания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017100862A RU2652086C1 (ru) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | Лазерная свеча зажигания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2652086C1 true RU2652086C1 (ru) | 2018-04-25 |
Family
ID=62045512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017100862A RU2652086C1 (ru) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | Лазерная свеча зажигания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652086C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2212559C1 (ru) * | 2002-07-10 | 2003-09-20 | Московский государственный технический университет "МАМИ" | Способ лазерно-искрового зажигания рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления |
US20120210969A1 (en) * | 2009-10-07 | 2012-08-23 | Friedrich Gruber | Laser spark plug for an internal combustion engine |
JP2012189044A (ja) * | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Nippon Soken Inc | レーザ点火装置とその制御方法 |
US20140109855A1 (en) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Ge Jenbacher Gmbh & Co Og | Laser spark plug |
RU2576691C1 (ru) * | 2015-01-26 | 2016-03-10 | Николай Борисович Болотин | Воспламенитель |
-
2017
- 2017-01-10 RU RU2017100862A patent/RU2652086C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2212559C1 (ru) * | 2002-07-10 | 2003-09-20 | Московский государственный технический университет "МАМИ" | Способ лазерно-искрового зажигания рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления |
US20120210969A1 (en) * | 2009-10-07 | 2012-08-23 | Friedrich Gruber | Laser spark plug for an internal combustion engine |
JP2012189044A (ja) * | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Nippon Soken Inc | レーザ点火装置とその制御方法 |
US20140109855A1 (en) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Ge Jenbacher Gmbh & Co Og | Laser spark plug |
RU2576691C1 (ru) * | 2015-01-26 | 2016-03-10 | Николай Борисович Болотин | Воспламенитель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2576691C1 (ru) | Воспламенитель | |
US10907532B2 (en) | Controlled spark ignited flame kernel flow in fuel-fed prechambers | |
US8616006B2 (en) | Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines | |
CN105637216B (zh) | 受控火花点火火焰核心流动 | |
RU2576099C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
JP2018532225A (ja) | 内燃機関用点火プラグ | |
JPS58190576A (ja) | 内燃機関の点火装置 | |
JP2010138897A (ja) | エンジン | |
RU2652086C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2648683C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2645396C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2647499C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2647889C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2647892C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2649720C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2645364C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2645363C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2634972C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2643879C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2652085C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2643880C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2647891C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
RU2651906C1 (ru) | Лазерная свеча зажигания | |
US20050127809A1 (en) | Spark plug | |
RU2553916C2 (ru) | Способ лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе, устройство для лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе и воспламенитель |