Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом

Авторы патента:

Мухамедзянов Искандер Ринадович (RU)

F02P23/04 - прочие физические средства для зажигания, например применение лучей лазера

Владельцы патента RU 2575228:

Мухамедзянов Ринад Алиманович (RU)

Изобретение относится к автомобилестроению, а конкретно к системам воспламенения топливовоздушной смеси (ТВС) в двигателях внутреннего сгорания. В способе воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающем нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника и фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, новым является то, что лазерную энергию в виде высокочастотных лазерных импульсов распределяют оптоволоконными разделителями по цилиндрам, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки, и подают в центры камер сгорания, а переключение энергии лазера на оставшиеся цилиндры двигателя при достижении их поршней верхней мертвой точки осуществляют при помощи электронно-оптического переключателя по команде от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу. Пакет высокочастотных лазерных импульсов подают по сигналу от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу двигателя, с опережением зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Технический результат заключается в снижении токсичных выбросов, а также повышении экономичности двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а конкретно к системам воспламенения топливовоздушной смеси (ТВС) в двигателях внутреннего сгорания.

Известен способ воспламенения ТВС электрическим разрядом высокого напряжения (12-24 кB), имеющим температуру около 10300 К, между электродами свечи, напряжение на которые подается в результате преобразования постоянного тока в переменный импульсный ток высокого напряжения (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение, 1991, стр. 154-156). Однако в известном способе не обеспечивается достаточное напряжение во вторичной цепи (после трансформации, особенно при увеличении частоты вращения, степени сжатия и числа цилиндров двигателя); быстро изнашиваются контакты прерывателя, вследствие чего снижается надежность работы и, как следствие, ухудшается экономичность двигателя; кроме того, затруднен пуск двигателя, так как для пуска двигателя напряжение во вторичной цепи должно быть больше, чем на прогретом двигателе (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М., Машиностроение: 1991, стр. 154-156).

Известен способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом и устройство для его осуществления (патент РФ №2436991, МПК F02P 23/04, опубл. 20.12.2011), являющийся наиболее близким к заявленному изобретению и принятый за прототип, заключающийся в том, что горючую смесь нагревают и воспламеняют путем подачи энергетического импульса от лазерного источника, фокусированием лазерного луча, инициирующего оптический разряд, на поверхность поршня двигателя. Известный способ позволяет снизить энергию лазера для создания оптического разряда за счет фокусировки луча лазера на металлическую поверхность поршня. Однако место фокусировки луча лазера на поверхности поршня быстро подвергнется эрозии и превратится в каверну, а энергия лазера, необходимая для создания оптического разряда, возрастет. Кроме того, воспламенение горючей смеси на границе камеры сгорания приводит к неполному сгоранию топлива, повышению токсичности выхлопных газов и снижению экономичности двигателя. Для получения лазерного оптического разряда требуется высокая мощность лазерного импульса - 10¹¹ Вт/см². Снизить это значение можно уменьшив энергию выхода электронов в фокусе лазерного луча путем расположения в этой зоне металла.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в существенном снижении токсичных выбросов, а также повышении экономичности двигателя. Другим не менее важным фактором является существенное снижение стоимости системы воспламенения за счет использования одного лазера.

Технический результат достигается тем, что в способе воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающем нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника и фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, новым является то, что лазерную энергию в виде пакета высокочастотных лазерных импульсов распределяют оптоволоконными разделителями по цилиндрам, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки, и подают в центры камер сгорания, а переключение энергии лазера на оставшиеся цилиндры двигателя при достижении их поршней верхней мертвой точки осуществляют при помощи электронно-оптического переключателя по команде от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу.

Пакет высокочастотных лазерных импульсов подают по сигналу от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу двигателя, с опережением зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

На рисунке представлена схема способа воспламенения ТВС в двигателе внутреннего сгорания на основе лазерного оптического разряда.

Здесь: 1 - датчик положения распределительного вала; 2 - блок синхронизации; 3 - лазер; 4 - электронно-оптический переключатель; 5 и 6 - оптоволоконные разделители; 7 - оптические световоды; 8 - лазерные свечи (фокусирующие линзы); 9 - цилиндры; 10 - распределительный вал.

Способ воспламенения топливной смеси в ДВС лазерным оптическим разрядом реализуется следующим образом.

По сигналу от датчика 1 на распределительном валу двигателя 10 через синхронизатор 2 лазер 3 выдает пакет высокочастотных лазерных импульсов в электронно-оптический переключатель 4, который передает пакет высокочастотных лазерных импульсов на оптоволоконный разделитель 5 и через световоды 7 на лазерные свечи 8 и далее в цилиндры двигателя 9, поршни которых в данный момент находятся в районе верхней мертвой точки. В цилиндрах двигателя, где произошло сжатие топливной смеси, пакет высокочастотных лазерных импульсов инициирует оптический разряд в центре камеры сгорания, воспламеняющий топливную смесь. В цилиндрах на выхлопе отработанных газов реализуется холостой оптический разряд. При повороте коленчатого вала на 180 градусов датчик на распределительном валу 1 и синхронизатор 2 вырабатывают сигнал на лазер 3, который выдает пакет высокочастотных лазерных импульсов на электронно-оптический переключатель 3, подключающий оптоволоконный разделитель 6, передающий пакет высокочастотных лазерных импульсов на следующую группу цилиндров, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки.

В предлагаемом способе уменьшение мощности лазерного импульса достигается разогревом горючей смеси в фокусе лазерного луча пакетом высокочастотных лазерных импульсов что позволяет расположить оптический разряд в центре камеры сгорания повышая полноту сгорания горючей смеси, а следовательно, повышается экономичность и экологичность двигателя.

Таким образом, предлагаемое изобретение за счет применения пакета высокочастотных лазерных импульсов, каждый из которых имеет энергию меньше для реализации оптического разряда, но при каждом импульсе разогревает в фокусе среду (ТВС), подготавливая ее к реализации оптического разряда при последующих импульсах, позволяет применять импульсный лазер меньшей мощности. Кроме того, применение в предлагаемом способе оптоволоконных разделителей и электронно-оптического переключателя позволяет использовать один лазер в многоцилиндровых двигателях.

1. Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, включающий нагрев и воспламенение горючей смеси путем подачи энергетического импульса от лазерного источника и фокусирование лазерного луча, инициирующего оптический разряд, отличающийся тем, что лазерную энергию в виде пакета высокочастотных лазерных импульсов распределяют оптоволоконными разделителями по цилиндрам двигателя, поршни которых находятся в районе верхней мертвой точки, и подают в центры камер сгорания, а переключение энергии лазера на оставшиеся цилиндры двигателя при достижении их поршней верхней мертвой точки осуществляют при помощи электронно-оптического переключателя по команде блока синхронизации связанного с датчиком на распределительном валу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пакет высокочастотных лазерных импульсов подают по сигналу от блока синхронизации, связанного с датчиком на распределительном валу двигателя, с опережением зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является уменьшение габаритов воспламенителя и повышение эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышение надежности зажигания.

Лазерная свеча зажигания // 2574189

Изобретение относится к лазерным свечам зажигания с форкамерой и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Задачи создания изобретения состоят в уменьшении габаритов воспламенителя и повышении эффективности искрового разряда.

Повышение эффективности лазерной системы зажигания // 2566665

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания. Технический результат - повышение надежности воспламенения топливной смеси.

Способ лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе, устройство для лазерного воспламенения топлива в дизельном двигателе и воспламенитель // 2553916

Группа изобретений относится к двигателестроению и может быть использована для воспламенения. Задачей создания группы изобретений является увеличение надежности системы зажигания, улучшение экологических свойств двигателя, уменьшение вибронагрузок на свечу и повышение ее надежности.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания // 2544642

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит коленчатый вал 10 с ведущей звездочкой, систему газораспределения, выполненную в головке (8) цилиндров, систему впуска топливовоздушной смеси, систему выхлопа продуктов сгорания по меньшей мере один цилиндр (1) с установленным в нем поршнем и систему зажигания со свечой зажигания (1), установленной на каждом торце цилиндра.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания // 2544123

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит коленчатый вал (10) с ведущей звездочкой, систему газораспределения, выполненную в головке (8) цилиндров, систему (12) впуска топливовоздушной смеси, систему выхлопа (13) продуктов сгорания, по меньшей мере один цилиндр (1) с установленным в нем поршнем и систему зажигания со свечой (37) зажигания, установленной на каждом торце цилиндра (1).

Способ лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания, устройство для лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания и свеча лазерного воспламенения // 2538770

Группа изобретений относится к двигателестроению и может быть использована для воспламенения топлива в двигателях внутреннего сгорания: поршневых и роторных, работающих на жидком или газообразном углеводородном топливе. Техническим результатом является увеличение надежности системы зажигания, улучшение экологических свойств двигателя, уменьшение вибронагрузок на свечу и повышение ее надежности. Решение указанных задач достигнуто в способе лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр, впускной и выпускной клапаны и свечу зажигания, путем подачи импульса тепловой энергии в локальную зону во внутреннем объеме цилиндра в момент, соответствующий оптимальному углу опережения зажигания и воспламенения топливовоздушной смеси, отличающийся тем, что подачу импульса тепловой энергии осуществляют в локальную зону, размещенную под впускным клапаном.

Двигатель внутреннего сгорания и способ работы двигателя внутреннего сгорания // 2531473

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение КПД и надежности.

Устройство генерирования высокого напряжения // 2488016

Изобретение относится к устройствам генерирования высокого напряжения и может быть использовано для генерирования плазмы с помощью свечи зажигания, используемой для управляемого зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Оптимизация генерирования искры радиочастотного зажигания // 2456472

Изобретение относится к автомобильным системам зажигания. .

Воспламенитель // 2576691

Изобретение относится к форкамерным двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является уменьшение габаритов воспламенителя и повышение эффективности зажигания для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ, а также повышение надежности зажигания. Сущность изобретения заключается в том, что воспламенитель выполнен в виде форкамеры, снабженной лазерной свечой зажигания. Форкамера отделена от лазерной свечи зажигания шайбой с центральным отверстием, которое может быть выполнено сужающимся к выходу, а днище форкамеры с отверстиями выполнено в виде части сферы. Внутри форкамеры на держателе установлена мишень в форме сферы, а фокус лазерной свечи зажигания совпадает с поверхностью мишени. Выходные отверстия могут быть выполнены радиальными цилиндрической или конической формы с их расширением в сторону выхода. 15 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания и устройство для его осуществления // 2577514

Изобретения относятся к газоперекачивающим агрегатам (ГПА) на базе газотурбинного двигателя. Технический результат - повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя, используемого в качестве привода газоперекачивающего агрегата на природном газе и снижение эмиссии вредных веществ. Для достижения технического результата предлагается способ лазерного воспламенения топлива в двигателе внутреннего сгорания, включающий подачу сфокусированного лазерного луча в камеру воспламенения, содержащую топливовоздушную смесь и образованную стенками цилиндра и поршня, при этом лазерный луч совершает сканирующее движение в двух плоскостях. Заявлен также способ работы свечи лазерного воспламенения. Заявлено также устройство лазерного воспламенения топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, содержащем лазерную свечу с металлическим корпусом, установленные внутри нее изолятор и оптическое волокно, проходящее вдоль оси свечи внутри изолятора, с фокусирующей линзой на рабочем конце оптического волокна и соединенное другим концом с блоком накачки, при этом, оптическое волокно выполнено с возможностью совершения им вместе с фокусирующей линзой колебательного движения внутри изолятора в двух плоскостях для обеспечения сканирующего движения лазерного луча. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ воспламенения топливовоздушной смеси и система электростатического зажигания // 2579337

Группа изобретений относится к энергетике и двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси преимущественно в двигателях внутреннего сгорания - ДВС. Технический результат - повышение полноты сгорания, снижение эмиссии вредных веществ и уменьшение затрат энергии на воспламенение. Достигнутые технические результаты: повышение полноты сгорания топлива в тепловых двигателях, улучшение его удельных характеристик и уменьшение эмиссии вредных веществ. Решение указанных задач достигнуто в способе воспламенения топливовоздушной смеси, содержащем подачу электрической энергии на свечу зажигания от источника электрической энергии, причем в качестве источника энергии используют источники статического электричества. Решение указанных задач достигнуто в системе радиочастотного электростатического зажигания, содержащей генератор радиочастот и свечу зажигания, имеющую металлический корпус, установленный внутри нее изолятор, внутренний электрод, проходящий вдоль оси свечи внутри изолятора, и внешний электрод, установленный концентрично внутреннему, тем, что она содержит источник статического электричества и электронный ключ, внешний электрод выполнен кольцевым с внутренней полостью и электрически связан с металлическим корпусом, а внутренний электрод соединен высоковольтным проводом через электронный ключ с генератором радиочастот, который низковольтными проводами соединен с источником статического электричества. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 21 ил.

Система зажигания дизельного двигателя и лазерная свеча зажигания // 2612188

Группа изобретений относится к двигателестроению. Технический результат заключается в повышении мощности и надежности свечи зажигания двигателя при улучшении ее охлаждения. Сущность изобретений заключается в том, что система зажигания дизельного двигателя содержит топливный насос высокого давления и установленную в каждом цилиндре топливную форсунку и свечу зажигания, соединенную с проводом распределителя зажигания. Свечи зажигания выполнены лазерными с источником лазерного излучения и фокусирующей линзой и содержат форкамеру с каналом подачи топлива, который выполнен коаксиально источнику лазерного излучения. Топливный насос высокого давления трубкой соединен с каналом подачи топлива каждой свечи зажигания. Канал подачи топлива в форкамеру может быть образован между двумя трубками: внутренней и внешней. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из материала с высокой удельной электропроводностью. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из сплава, содержащего медь. Внутренняя и/или внешняя трубки могут быть выполнены из сплава, содержащего драгоценные металлы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом и авиационная лазерная свеча зажигания // 2626465

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а конкретно к авиационным свечам зажигания, в которых для поджига топливной смеси «керосин + воздух» используется импульсный оптический разряд, в котором энергия лазерного излучения концентрируется в заранее заданном фокусе F. Авиационная лазерная свеча зажигания содержит лазерную установку, состоящую из блока питания (1) и излучателя (2), излучающего энергию в виде лазерного луча (3), оптоволокно (4), цилиндрический корпус (5), состоящий из составных частей: (7, 8, 9, 10, 11), через которые проходит канал (6) для прохождения энергии в виде лазерного луча 3, рассеивающую линзу (12) с уплотнительным кольцом (13), фокусирующую линзу (14) с уплотнительным кольцом (15), материал (16) с малым коэффициентом расширения и уплотнительным кольцом (17). Технический результат - в концентрации энергии оптического разряда в заранее заданном фокусе и в повышении надежности поджига топливной смеси «керосин + воздух» путем снижения вероятности оптического пробоя в длиином канале лазерной свечи. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способы для лазерного зажигания и измерения // 2628107

Изобретение относится к системам зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности запуска двигателя транспортного средства с гибридным приводом. Результат достигается тем, что способ содержит приведение в действие лазерного устройства зажигания в цилиндре двигателя и идентификацию положения двигателя в ответ на это; и воспламенение смеси воздуха и топлива в цилиндре с помощью лазерного устройства зажигания. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

Устройство лазерного воспламенения топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания // 2634300

Изобретение относится к энергетике и двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси преимущественно в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат - повышение полноты сгорания топлива из-за его воспламенения в объеме и, как следствие, снижение эмиссии вредных веществ. Устройство для лазерного воспламенения топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания содержит лазерную свечу, имеющую металлический корпус, установленные внутри нее изолятор и оптическое волокно, проходящее вдоль оси свечи внутри изолятора и соединенное с блоком накачки, и фокусирующую линзу. Фокусирующая линза выполнена с возможностью осевого перемещения, между изолятором и оптическим волокном выполнена кольцевая полость, в которой установлен держатель, на торце которого установлена фокусирующая линза, а с держателем связано средство его перемещения, соединенное с генератором импульсов, средство перемещения выполнено в виде пьезоэлемента, пьезоэлемент соединен электрическими связями через дополнительный электрод и вкладыш с генератором импульсов, устройство дополнительно содержит блок управления, соединенный электрическими связями с блоком накачки и с генератором импульсов. 12 ил.

Система лазерного зажигания и лазерная свеча зажигания // 2634301

Группа изобретений относится к энергетическим машинам, конкретно к лазерным свечам зажигания с форкамерой, и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Технический результат - уменьшение габаритов воспламенителя и повышение эффективности искрового разряда и надежности зажигания. Система лазерного зажигания содержит 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. Система содержит низковольтный распределитель, распределитель и низковольтный распределитель соединены устройством синхронизации, лазерная свеча зажигания содержит форкамеру с полостью, образованной 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. Лазерная свеча зажигания содержит источник лазерного излучения и фокусирующую линзу, защищенную оптическим стеклом, отличающаяся 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. 2 н. 15 з.п. ф-лы, 15 ил.

Лазерная свеча зажигания // 2634972

Изобретение относится к энергетическим машинам, конкретно к лазерным свечам зажигания с форкамерой, и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Задачей создания изобретения, соответствующей достигнутому техническому результату, является увеличение 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, оптическое окно, фокусирующую линзу и мишень, установленную в форкамере, в которую под углом входит несколько выходных отверстий, при этом мишень установлена на центральном обтекателе, установленном соосно с осью лазерной свечи зажигания, а на боковой стенке центрального обтекателя установлены закручивающие лопатки. Лазерная свеча может содержать дополнительное оптическое окно с защитной полостью между оптическим окном и дополнительным оптическим окном. Микрочип-лазер установлен на амортизаторе. На изоляторе со стороны внутренней полости может быть нанесено металлизированное покрытие, контактирующее с корпусом. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Лазерная свеча зажигания // 2643879

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 полостью, переходящей в коническую, ограниченную конической стенкой и торцовым днищем, шайбу с центральным отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в полости форкамеры и закрепленную при помощи держателя, на торцовом днище, несколько выходных отверстий, на конической стенке, внутри цилиндрической полости установлены с возможностью вращения в противоположные стороны два рабочих колеса биротативной газовой турбины, при этом одно рабочее колесо установлено на внутренней поверхности цилиндрической полости, а другой - на держателе. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.