Оптическая система зажигания для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование в двигателестроенин на предприятиях , выпускающих двигатели внутреннего сгорания Сущность изобретения оптическая система зажигания для двигателей внутреннего сгорания включает источник лазерного излучения в виде поливолоконного лазера с количеством элементарных волокон не менее шести, причем источник лазерного излучения и тракт транспортировки его в камеру сгорания выполнены из единого жгута волокон так. что средняя часть волокон находится в активной зоне (зоне накачки), а свободные концы вводятся в камеру сгорания с равномерным распределением торцов волокон по камере сгорания при отношении длин пассивной и активной частей волоконного лазера не более 08 Особенностью изобретения является выполнение источника лазерного излучения, что позволило снизить токсичность отработавших газов и обеспечить возможность эффективного поджига обедненных топливных смесей за счет объемного поджига горючей смеси 1 табл., 1 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 5015648/21 (22) 29.1691 (46) 30.1 1..93 Бюа Ма 43-44 (75} Баранов 8.8„Зайцев Б.Н„Измайлова Л.К.; Изотов АН.; Кривцун А.В„Шевелевич P.Ñ. Трофимов

КН.

P3) Акционерное общество открытого типа -."Научно-производственное обьединение Стеклопластик" (54) ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: в двигателестроении, на предприятиях, выпускающих двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: оптическая система зажигания для двигателей внутреннего сгорания включает источник лазерного излучения в виде по(в) RU (и) 2003825 С1 (Я) 5 F02P23 04 ливопоконного лазера с количеством элементарных волокон не менее шести, причем источник лазерного излучения и тракт транспортировки его в камеру сгорания выполнены из единого жгута волокон так. что средняя часть волокон находится в активной зоне (зоне накачки}, а свободные концы вводятся в камеру сгорания с равномерным распределением торцов волокон ло камере сгорания, при отношении длин пассивной и активной частей волоконного лазара не более 0,8. Особенностью изобретения является выполнение источника лазерного излучения, что позволило снизить токсичность отработавших газов и обеспечить возможность эффективного поджига обедненных топливных смесей за счет обьемного поджига горючей смеси. 1 табл. 1 ил.

2003825

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано на предприятиях, выпускающих ДВС.

Известна оптическая система зажигания для ДВС, в котором излучение лазера подается в соответствующее время в камеру сгорания ДВС с одновременной фокусировкой его в определенной точке камеры сгорания, Недостатком такой системы является тот факт, что поджиг горючей смеси происходит в начальный момент в одном малом по размерам обьеме, что является неэффективным при использовании обедненных топливных смесей.

Наиболее близкой па технической сущности и достигаемому результату к изобретению является оптическая система зажигания для ДВС, содержащая- лазер и состыкованные с ним волоконные световоды, по которым осуществляется транспорт лазерной энергии в камере сгорания ДВС.

Недостатком подобной системы также является единственность места поджига топливной смеси, связанная со сложностью одновременной оптической стыковки нескольких световедущих волокон с лазером без значительных потерь энергии на возбуждение волоконного световода. Поэтому эффективный поджиг топливных. смесей осуществляется при интегральном воздействии лазерного излучения от всех волокон на один элементарный обьем, что является причиной неполного сгорания топлива и, следовательно; повышенной токсичности отработавших газов. К тому же значительное количество лазерной энергии, выделяющееся при возбуждении входного торца световода, приводит к преждевременному выходу его из строя.

Целью изобретения является снижение токсичности отработавших газов путем интенсификации воспламенения и возможности эффективного поджига обедненных топливных смесей, Согласно изобретению цель достигается тем, что в оптической системе зажигания для ДВС, включающей накопитель энергии, лазер и тракт транспортировки лазерного излучения в камеру сгорания, источник лазерного излучения выполнен в виде поливолоконного лазера с количеством элементарных волокон не менее шести, причем источник лазерного излучения и тракт транспортировки его в камеру сгорания выполнены из единого жгута волокон так, что средняя часть волокон находится в активной зоне (зоне накачки), а свободные концы вводятся в камеру сгорания с равн мерным распределением торцов волокон в полости камеры сгорания при отношении длин пассивной и активной частей волоконного лазера не более ОЯ, .Отличительные признаки изобретения являются существенными, они отсутствуют в других технических решениях и обеспечивают достижение положительного эффекта, в сравнении с прототипом снижение токсич10 .ности отработавших газов и возможности эффективного поджига обедненных топливных смесей.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемая оптическая си>5 стема зажигания отличается от прототипа введением новых устройств и их взаимным расположением, и таким образом заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

20 В процессе проведения патентных исследований технические решения с признаками, аналогичными заявляемому, не обнаружены, что дает возможность сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена система зажигания с отдельными узлами ДВС.

В камеру 1 сгорания, снабженную впускным 2 и выпускным 3 клапанами, поршнем 4 и маховиком 5, введены торцы волокон пассивной части волоконного лазера 6. Средняя часть волокон размещена в зоне накачки, образуемой газоразрядной

35 лампой 7 и отражателем 8 (e качестве источника накачки взамен гаэоразрядной лампы возможно использование полупроводниковых светодиодов, спектр излучения которых согласован со спектром поглощения актива40 тора волокна). Питание газоразрядной лампы осуществляется от емкостного накопителя 9, а синхронизация поджига— блоком 10, связанным с маховиком 5.

Система зажигания ДВС работает сле45 дующим образом.

В определенный момент в соответствии с режимом работы двигателя с помощью блока 10 синхронизации происходит поджиг газоразрядной лампы 7, которая транс50 формирует электрическую энергию, накопленную в накопителе 9, в световую. В

:рабочем теле волоконного лазера за счет поглощения световой энергии генерируется ймпульс лазерного излучения, поступаю55 щий из торцовых частей волокон в камеру сгорания, где происходит воспламенение рабочей смеси. 3в счет того, что волокна лазера равномерно распределены в полости камеры сгорания, воспламенение смеси происходит одновременно во многих точках

2003825

Примечание

Вариант

Отношение пассивной части к активной

Способ зажигания

Количество волокон (точек воспламенения, шт.

Содержание СО, %

Расположение в камере сгорания

0,8 0,1 аэовый

Искровой

Лазер + свето0,7":0,1 Прототип вод

0,5

Волоконно-лазерный

0,3"-0.05 равномер.

0,5

0 6+0,1 Волокна в камере сгорания соедине неравномер, iHL-. в четы ре группы

0,8

0,40,05

0,7+0,1

0,7 0,1 равномер. равномер. равномер.

0,5

0,9

Пропуски llpl: раооI (те llа обе-i

1 дненны;:

I объема камеры сгорания (количество точек воспламенения равно удвоенному,количеству волокон волоконного лазера). В результате объемного воспламенения горючей смеси происходит более полное сгорание и 5 снижается токсичность отработавших газов.

В лабораторных условиях была получена и испытана оптическая система зажигания для ДВС с источником лазерного 10 излучения в виде поливолоконного лазера.

При испытании варьировались количество элементарных волокон лазера (количество точек воспламенения), расположение воло кон в полости камеры сгорания и соотноше- 15 ние между пассивной и активной частями волоконного лазера. При испытании использовался стендовый двигатель объемом

450 см, степенью сжатия 9,5, в качестве топлива применялся бензин марки AN-95, 20 количество оборотов двигателя 2700 . об/мин.

Результаты испытаний в сравнении с прототипом и базовым объектом представлены в таблице. 25

Как видно из таблицы, наилучшие результаты были получены в вариантах 3 и 5, где количество волокон лазера (очагов воспламенения) превышает шесть, волокна равнОмерно распределены в полости камеры сгорания, а отношение пассивной и активной частей волоконного лазера не превышает 0,8, Экспериментально установлено, что снижение количества волокон менее шести, а также неравномерное расположение волокон в камере сгорания приводит к недостаточному количеству мест воспламенения и, как следствие, к неполному сгоранию топлива и повышенному содержанию СО; увеличение отношения между длинами пассивной и активной частей волоконного лазера приводит к снижению волноводной добротности лазера и его стабильности, а следовательно, и пропускам в зажигании при работе на обедненных горючих смесях.

Технико-экономический эффект от использования изобретения flo сравнению с прототипом и базовым объектом выражается в снижении содержания С0 в отработавших газах íà 60%. (56) Патент ФРГ %3600255, кл. F 02 P 23/04, 1976.

2003825

Составитель В.Баранов

Техред M.Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор Т.Юрчикова

Заказ 3315

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА 3АЖИГАНИЯ

ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая соединенные последовательно накопитель энергии, синхронизаТор, лазер, выход которого соединен трактом передачи энергии с. камерой сгорания, отличающаяся тем, что в качестве лазера и тракта: передачи энергии использован волоконный лазер, пассивная и активные части которого выполнены из и волокон (где и > 6), отнощение длин которых составляет не более 0,8, причем средняя - активная часть N волокон расположена в зоне накачки лазера, а орцы пассивной части в камере сгорания рас10 положены равномерно по ее.объему.