Лазерно-искровая свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к устройствам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания и может быть использовано в производстве двигателей с принудительным воспламенением. Лазерно-искровая свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания включает в себя лазерный модуль и генератор накачки. Лазерно-искровая свеча зажигания выполнена в виде съемного узла. В верхней части корпуса лазерно-искровой свечи зажигания размещен генератор накачки. Генератор накачки включает четыре последовательно соединенных каскада: стабилизирующий, управляющий, задающий и выходной. Выходной каскад генератора накачки соединен через электрический разъем с лазерным модулем. Лазерный модуль расположен в средней части корпуса лазерно-искровой свечи зажигания. Между выходным окном лазерного модуля и фокусирующим световодом установлен фильтр. Фильтр предохраняет лазерный модуль от излучения горящей смеси. Генератор накачки может быть снабжен элементами изменения величины мощности лазерного подогрева. Элементы изменения величины мощности лазерного подогрева состоят из реле установки мощности и делителя напряжения в цепи базы транзистора задающего каскада. Контакты реле включаются параллельно одному из резисторов делителя напряжения. Выводы рабочей обмотки реле электрически связаны с входным разъемом лазерно-искровой свечи. На корпусе лазерно-искровой свечи зажигания может быть установлен индикаторный светодиод. Индикаторный светодиод загорается при включении лазерного подогрева. Технический результат заключается в повышении надежности работы двигателя, упрощении конструкции свечи и расширении диапазона работы двигателя на различных альтернативных видах моторного топлива. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания и может быть использовано в производстве двигателей с принудительным воспламенением.

Известно устройство, представляющее лазерно-электрическую свечу по патенту РФ № 2052881, МПК6 Н01Т 13/48, 20.01.96 г., которая предназначена, в основном, для контроля процесса сгорания горючей смеси в камере сгорания. Работа данной свечи основана на передаче световой энергии от сгорания горючей смеси к устройству для осуществления лазерного спектрального анализа процесса сгорания. Передача энергии осуществляется посредством световолоконного фитиля к световыводу, расположенному в верхней части свечи, а через него по световоду к анализирующему устройству.

Принципиальный недостаток указанного устройства связан с отрицательным воздействием излучения горящего топлива на характеристики лазерного излучателя, а также со значительными потерями лазерной энергии в длинном световоде. Так как лазерный излучатель, судя по описанию, расположен на значительном расстоянии от свечи зажигания, в отдельном месте, то это может привести к пропускам воспламенения особенно в обедненных горючих смесях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению относится устройство для зажигания рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ № 2212559, МПК7 23/04, 20.09.03 г., содержащее датчик положения коленчатого вала двигателя, связанный электрической цепью с блоком синхронизации, а от него с искровым модулем зажигания и с усилителем мощности накачки лазера, связанным с датчиком состава рабочей смеси, а также содержащее полупроводниковый лазер, связанный через световод с пространством цилиндра.

Недостатком указанного устройства является отрицательное воздействие излучения горящего топлива на характеристики полупроводникового лазерного излучателя, в результате которого возможно снижение выходной мощности излучения полупроводникового лазера и снижение надежности работы устройства из-за установки достаточно протяженных световодов, оптически соединяющих лазерные модули с внутренней оптикой лазерно-искровой свечи. Кроме того, в указанном устройстве не предусмотрена возможность работы на различных горючих смесях бензина и газового моторного топлива.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности воспламенения обедненных горючих смесей бензина и альтернативных моторных топлив, в частности газового моторного топлива, и создание устройства с более высокими энергетическими характеристиками воспламенения рабочей смеси.

Поставленная задача выполняется тем, что в лазерно-искровой свече в качестве источника излучения используется полупроводниковый лазерный модуль со встроенным фотодиодом для контроля режима излучателя, расположенный в непосредственной близости от внутренней оптики лазерно-искровой свечи.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что лазерно-искровая свеча зажигания, установленная в головке цилиндров ДВС, содержит устройство формирования луча лазерного модуля, состоящее из фокусирующего световода для направления и концентрирования луча в область искрового промежутка. Электрические импульсы для питания лазерных излучателей вырабатываются в электронном генераторе накачки.

Отличие технического решения состоит в том, что лазерно-искровая свеча конструктивно выполнена в виде съемного узла, в верхней части корпуса которого размещен генератор накачки, включающий четыре последовательно соединенных каскада: стабилизирующий, управляющий, задающий и выходной, причем на управляющий каскад генератора подаются импульсы синхронизации от микроконтроллера в соответствии с информацией, поступающей от ряда датчиков, а выходной каскад генератора накачки соединен через электрический разъем с лазерным модулем, расположенным в средней части корпуса свечи зажигания, при этом между выходным окном лазерного модуля и фокусирующим световодом установлен фильтр для предохранения лазерного модуля от излучения топливной смеси.

В корпусе свечи также размещен фильтр и фокусирующий световод, который одновременно является каналом распространения луча, его фокусирования и высоковольтным изолятором, в котором располагается проводник центрального электрода искровой свечи зажигания.

Кроме того, задающий каскад генератора накачки снабжен элементами изменения величины мощности лазерного подогрева, в зависимости от вида используемого топлива, состоящими из реле установки мощности и делителя напряжения в цепи базы транзистора задающего каскада, причем контакты реле включены параллельно одному из резисторов делителя напряжения, а выводы рабочей обмотки реле электрически связаны с входным разъемом лазерно-искровой свечи.

Кроме того, на корпусе свечи зажигания установлен индикаторный светодиод, загорающийся при включении лазерного подогрева для визуального ориентировочного контроля работы свечи, также при необходимости проведения ремонтных работ для первичной диагностики устройства и техники безопасности при ремонте, так как излучение лазерного модуля, расположенного в свече, может быть опасным для здоровья.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в том, что конструктивное выполнение предложенной свечи позволяет обеспечить более надежное воспламенение обедненных горючих смесей и, соответственно, получить экономию топлива и снижение вредных выбросов.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - схема расположения и подключения лазерно-искровой свечи зажигания к элементам ДВС;

на фиг.2 - вариант выполнения лазерно-искровой свечи;

на фиг.3 - схема генератора накачки лазерного модуля.

Лазерно-искровая свеча 1 зажигания, обеспечивающая работу двигателя в режиме подогрева искрового промежутка, установлена в головке цилиндров двигателя 2 (фиг.1 и 2). На корпусе свечи 1 зажигания установлен разъем 9, служащий для соединения с цепями питания и управления и к которому подключен микроконтроллер 3 лазерного подогрева, управляющий свечой 1 зажигания по сигналам группы датчиков: датчика 4 положения коленчатого вала двигателя, датчика 5 положения распределительного вала, датчика 6 температуры охлаждающей жидкости и датчика 7 температуры воздуха во впускном коллекторе ДВС. При этом, разъем 9 (фиг.3) имеет четыре входа, два из которых служат для подачи питания на генератор накачки, третий для управления ЛП, а четвертый (дополнительный) используется для переключения на различные виды топлива. Для возбуждения искрового разряда в межэлектродном промежутке модуль 8 искрового зажигания подключен к высоковольтной клемме 13 свечи 1 зажигания.

В верхней части свечи 1 зажигания размещен генератор накачки, электрически соединенный с лазерным (полупроводниковым) модулем 10, установленным в средней части корпуса свечи и направленным выходным окном в нижнюю часть корпуса свечи, в которой помещены: фокусирующий световод 11 для фокусирования луча и фильтр 12 для предохранения лазерного модуля 10 от излучения горящей топливной смеси, кроме этих элементов в корпусе свечи 1 зажигания находится проводник 15 центрального электрода, электрически соединенный с высоковольтной клеммой 13, установленной на корпусе свечи 1 зажигания. Генератор накачки (фиг.3) состоит из стабилизирующего каскада 16, управляющего каскада 17, задающего каскада 18 и выходного каскада 19. В задающем каскаде 18 установлено реле 20 и делитель напряжения 21. Выводы рабочей обмотки реле 20 электрически связаны с разъемом 9, а контакты реле 20 подключены параллельно одному из резисторов делителя напряжения 21. На верхней части корпуса 1 установлен индикаторный светодиод 14, который подключен к цепям питания стабилизирующего каскада генератора накачки.

Лазерно-искровая свеча зажигания работает следующим образом.

При осуществлении лазерного подогрева (ЛП) межэлектродного промежутка свечи 1 зажигания на цепь питания стабилизирующего каскада 16 генератора накачки подается напряжение, при этом загорается индикаторный светодиод 14. При работе двигателя на бензине в задающем каскаде 18 генератора накачки сопротивление делителя 21 в цепи базы транзистора Т3 установлено таким образом, чтобы осуществить необходимую мощность ЛП для надежного воспламенения обедненных горючих смесей на бензине. При переходе на работу двигателя на газовом топливе с микроконтроллера ЛП поступает сигнал на дополнительный вход разъема 9 свечи 1 зажигания, а от него к рабочей обмотке реле 20. В результате, срабатывает реле 20, его контакты шунтируют один из резисторов делителя 21, что вызывает изменение смещения на базе транзистора Т3 в задающем каскаде 18 генератора накачки. Соответственно возрастает ток, протекающий через переход коллектор-эмиттер транзистора Т3, и ток, протекающий через излучатель лазерного модуля 10. Мощность излучения лазерного диода модуля 10 возрастает. Для устойчивого воспламенения горючей смеси на газовом топливе необходимо несколько увеличить мощность лазерного подогрева, так как горючая смесь, состоящая из воздуха и/или компонентов метана, пропана, бутана и т.п., имеет более высокую температуру воспламенения и горит медленнее по сравнению с воздушно-бензиновой горючей смесью. При работе зажигания без ЛП микроконтроллер 3 отключает генератор накачки свечи 1 зажигания, и индикаторный светодиод 14 гаснет. Генератор накачки обеспечивает работу лазерного модуля 10 путем вырабатывания импульсов тока определенной величины и длительности, подаваемых на вход лазерного модуля 10. Стабилизирующий каскад 16 генератора накачки на транзисторе Т1 обеспечивает соответствующее напряжение питания для остальных каскадов. Управляющий каскад 17 генератора накачки на транзисторе Т2 обеспечивает импульсное включение лазерного модуля 10 по сигналам микроконтроллера 3 в соответствии с тактами сжатия в цилиндре двигателя 2. Задающий каскад 18 генератора накачки на транзисторе Т3 устанавливает необходимую мощность излучения в импульсе лазерного модуля 10 и обеспечивает его безаварийную работу при выходе электрических параметров за установленные пределы. Выходной каскад 19 генератора накачки на транзисторе Т4 обеспечивает подачу необходимой величины тока на лазерный модуль 10. Лазерный модуль 10 может быть выполнен в виде гетероструктурного полупроводникового лазера со встроенным фотодиодом для контроля. Назначение фильтра 12 связано с необходимостью исключения воздействия излучения горящей топливной смеси на лазерный диод. Фильтр 12 пропускает только излучение лазерного модуля 10 и значительно уменьшает поток излучения к нему от горящей топливной смеси. Фокусирующий световод 11 предназначен для формирования и направления потока излучения лазерного модуля 10 в область искрового промежутка свечи 1 зажигания. Фокусирующий световод 11 может быть выполнен из материала, обеспечивающего необходимые параметры по теплостойкости и длине волны пропускания, которая соответствует длине волны излучения лазерного модуля 10, например из сапфира.

Использование предложенной свечи зажигания в ДВС транспортных средств позволяет повысить надежность работы двигателя, упростить конструкцию свечи и расширить диапазон работы двигателя на различных альтернативных видах моторного топлива.

1. Лазерно-искровая свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания, включающая в себя лазерный модуль, световод и генератор накачки, отличающаяся тем, что свеча зажигания выполнена в виде съемного узла, в верхней части корпуса которого, размещен генератор накачки, включающий четыре последовательно соединенных каскада: стабилизирующий, управляющий, задающий и выходной, причем выходной каскад генератора накачки соединен через электрический разъем с лазерным модулем, расположенным в средней части корпуса свечи зажигания, при этом между выходным окном лазерного модуля и фокусирующим световодом установлен фильтр, для предохранения лазерного, модуля от излучения горящей смеси.

2. Лазерно-искровая свеча по п.1, отличающаяся тем, что генератор накачки снабжен элементами изменения величины мощности лазерного подогрева, состоящими из реле установки мощности и делителя напряжения в цепи базы транзистора задающего каскада, причем контакты реле включены параллельно одному из резисторов делителя напряжения, а выводы рабочей обмотки реле электрически связаны с входным разъемом лазерно-искровой свечи.

3. Лазерно-искровая свеча по п.1, отличающаяся тем, что на корпусе свечи установлен индикаторный светодиод, загорающийся при включении лазерного подогрева.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и касается зажигания горючей смеси в газовом двигателе, то есть в двигателе, работающем на газовом топливе.

Изобретение относится к активаторам горения для двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно к активаторам горения для двигателя внутреннего сгорания, в камере сгорания которого установлен активирующий горение индуктор, выполненный из теплопроводного и термостойкого сплава.

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к системам электрического зажигания для двигателей внутреннего сгорания, и предназначено для использования в автомобилях, мотоциклах, тракторах, судах, самолетах и т.п.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, а именно к устройствам для воспламенения топливовоздушных смесей. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам зажигания легких топливных смесей в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к искровым свечам зажигания для двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области электричества, а именно к свечам зажигания, конструктивно объединенным с другими устройствами, и может быть использовано в различных ДВС и силовых энергетических установках.

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к устройствам зажигания легких топливных смесей в ДВС, и может быть использовано как в новых ДВС, так и при модернизации старых, находящихся в эксплуатации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе зажигания транспортного средства. .

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для многократного запуска жидкостных и газовых ракетных двигателей (ЖРД и ГРД) в условиях их эксплуатации на космических аппаратах (КА) и орбитальных пилотируемых космических станциях (ОПС) и при отработке двигателей в стендовых условиях.

Изобретение относится к системам лазерного зажигания ДВС и может быть использовано в энергетических установках с принудительным воспламенением обедненной горючей смеси.

Изобретение относится к системам зажигания двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано в энергетических установках с принудительным воспламенением рабочей смеси.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, в ракетных двигателях, камерах сгорания топливно-воздушных смесей, отработанных технологических и выхлопных газов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе зажигания транспортного средства. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрооборудовании транспортного средства. .

Изобретение относится к технике инициирования горения и, в частности, детонации газовых и газово-топливных смесей типа C2H2+O2, H2+ Cl2, CH4+N2+O2, воздух + бензин, воздух + угольная пыль и т.

Изобретение относится к тепловым двигателям (машинам), работающим на жидких, газообразных, смесевых, твердых и др. .

Изобретение относится к системам зажигания для бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно может быть использовано для зажигания горючей смеси в ДВС с помощью СВЧ-разряда.

Изобретение относится к устройству зажигания, двигателю внутреннего сгорания (ДВС), к свече зажигания, к плазменному оборудованию, к устройству для разложения выхлопного газа, к озонообразующему/стерилизующему/дезинфицирующему устройству и к устройству для устранения запахов

Изобретение относится к устройствам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания и может быть использовано в производстве двигателей с принудительным воспламенением

Наверх