Способ воспламенения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом


 


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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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

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.

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.

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).

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.

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

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.

Изобретение относится к автомобильным системам зажигания. .

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.

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.

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.
Наверх