Лазерная свеча зажигания

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 конической полостью, шайбу с центральным отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в полости форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость. Шайба выполнена с внутренней поверхностью, имеющей параболическую форму, мишень выполнена в форме шара и установлена на оси, на оси закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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 «минифоркамеры», 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 «минифоркамере» между электродами, а потом горизонтально истекающий факел воспламеняет остальную ТВС. В обычных конструкциях высокое давление газа, вызванное воспламенением, может быть заблокировано концевой разрядной частью так, что эффект распространения горения на воздушно-топливную газовую смесь в камере сгорания является недостаточно хорошим. А запуск двигателя при отрицательных температурах вообще вызывает затруднение из-за охлаждения воспламеняющего факела от холодных металлических частей головки цилиндра.

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.

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

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 «минифоркамера». Искровой разряд осуществляется на цилиндрическую стенку, а выход продуктов сгорания осуществляется в кольцевой зазор.

Недостаток 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 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, соединенную с ним вакуумную трубку, оптическое окно, фокусирующую линзу, форкамеру с конической полостью, шайбу с центральным отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в полости форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость, отличающаяся тем, что шайба выполнена с внутренней поверхностью имеющей параболическую форму, мишень выполнена в форме шара и установлена на оси, на оси закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины.

Ось может содержать коническую и цилиндрическую части. 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 чертежах 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 центральным отверстием 15 выполненным в центре шайбы 14 для выхода луча лазера 16. Шайба 14 имеет внутреннюю поверхность 17, выполненную параболической формы.

Под шайбой 14 выполнена форкамера 18 имеющую 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…5). Мишень 30 установлена на оси 31, также на валу 31 установлены рабочие лопатки аэродинамической турбины 32. Ось 31 имеет коническую часть 33 и цилиндрическую часть 34. Ось 31 установлена на торцовом днище 20 без возможности вращения (фиг. 2 и 3). На цилиндрической части 34 оси выполнена резьба 35, на которую навернута и жестко зафиксирована гайка 36. Гайка 36 расположена в полости 37. Пластина 38 сварочным швом 39 приварена к торцовому днищу 20 и закрывает полость 37 с гайкой 36.

Посторонние частицы показаны поз. 40 на фиг. 2.

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 центральное отверстие 15 шайбы 14 и фокусируется 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). Внутренняя поверхность 17 параболической форы отражает фронт пламени в сторону выходных отверстий 23. Это увеличивает эффективность лазерной свечи зажигания.

При этом рабочие лопатки аэродинамической турбины 32 закручивают проходящий через них поток и отбрасывают.

В цикле впуска топливо-воздушной смеси - ТВС ее часть, проходя рабочие лопатки аэродинамической турбины 32 и ее охлаждает.

Посторонние частицы 40 (несгоревший углерод) центробежными силами отбрасывается на периферию и центральное 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 изобретения позволит:

1. Предотвратить отложение посторонних части (копоти) на фокусирующей линзе и в центральном 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 параболической формы внутренней поверхности шайбы.

4. Упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении лазерной свечи зажигания и форкамеры.

5. Уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного более четким воспламенением ТВС в камере сгорания ДВС мощным факелом форкамеры.

6. Снизить эмиссию вредных веществ, вследствие более полного сгорания топлива.

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 конической полостью, шайбу с центральным отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в полости форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость, отличающаяся тем, что шайба выполнена с внутренней поверхностью, имеющей параболическую форму, мишень выполнена в форме шара и установлена на оси, на оси закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины.

2. Лазерная свеча зажигания по п. 1, отличающаяся тем, что ось содержит коническую и цилиндрическую части и выполнена заодно с мишенью.

3. Лазерная свеча 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к материалам электрода свечи зажигания. Материал электрода свечи зажигания представляет собой сплав на основе никеля, содержащий кремний в количестве от 0,7 до 1,3 мас.

Изобретение относится к технологическим способам, используемым для комплексной защиты глазурованных, керамических, металлических поверхностей электротехнических изделий.

Свеча зажигания (10) для двигателя внутреннего сгорания содержит центральный электрод (12) и множество боковых электродов (14). Каждый из боковых электродов (14) содержит нижнюю часть (25) и верхнюю часть (26).

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к свечам зажигания поверхностного разряда, применяемым для инициации плазмы и воспламенения газообразных и жидких топлив. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к системам зажигания поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .
Изобретение относится к электротехнике, в частности к элементам электрооборудования двигателей внутреннего сгорания. .

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.

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.

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.

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 увеличении срока службы лазерной свечи за счет предотвращения загрязнения оптики и выходного отверстия лазерного луча.

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.

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.

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.

Группа изобретений относится к энергетическим машинам, конкретно к лазерным свечам зажигания с форкамерой, и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике.

Изобретение относится к энергетике и двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси преимущественно в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к системам зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности запуска двигателя транспортного средства с гибридным приводом.

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.

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 конической полостью, шайбу с центральным отверстием - между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в полости форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость. Шайба выполнена с внутренней поверхностью, имеющей параболическую форму, мишень выполнена в форме шара и установлена на оси, на оси закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх