УСТРОЙСТВО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ОПТИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ

Полезная модель относится к автомобилестроению, а конкретно к системам воспламенения топливо-воздушной смеси (ТВС) в двигателях внутреннего сгорания.
Известно устройство воспламенения ТВС электрическим разрядом высокого напряжения, включающего в себя аккумуляторную батарею, прерыватель с конденсатором, высоковольтную катушку зажигания, распределитель и свечи зажигания (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М., Машиностроение, 1991, стр.154-156).0днако в известном устройстве 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).
Известна система лазерного зажигания горючей смеси в ДВС и способ ее реализующий (Патент РФ №2309288 МПК F02P_23/04, 2003 г.), являющаяся наиболее близкой к заявляемой полезной модели и принятая за прототип, в которой горючую смесь нагревают и поджигают энергией двух лазерных источников, при этом первым лазерным источником в горючей смеси создают локальный разогретый участок, путем колебательного перемещения фокального пятна колебанием оптической системы, а вторым лазерным источником в момент зажигания горючей смеси подают энергетический импульс в центр разогретого объема горючей смеси Устройство содержит блок синхронизации, связанный с усилителем мощности накачки лазера и собственно с самим лазером, причем блок синхронизации связан с датчиком положения коленчатого вала, а лазер связан с оптико-волоконной связью с фокусирующей линзой. В известном устройстве невозможно получить колебания оптической системы с частотой на порядок превышающей обороты двигателя, необходимой для разогрева объема смеси; конструкция сложная и дорогая из-за необходимости использования энергии двух лазеров для зажигания горючей смеси и их синхронизация.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности зажигания ТВС при высоких давлениях, в упрощении системы зажигания, в результате чего достигается экономическая эффективность при использовании лазерной системы зажигания в ДВС.
Технический результат достигается тем, что в устройстве воспламенения топливо-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания лазерным оптическим разрядом, содержащем лазер, оптический световод, фокусирующую линзу, соединенную с лазером через световод, блок синхронизации, связанный с усилителем мощности накачки лазера, новым является то, что блок синхронизации связан с датчиком положения распределительного вала двигателя, а фокусирующая линза со стороны цилиндра двигателя имеет упорную втулку с защитным окном, отделяющим оптическую систему от продуктов сгорания в цилиндре двигателя.
Усилитель мощности представляет собой пакет конденсаторов, связанный с аккумуляторной батареей.
На фиг.1 представлена общая схема способа воспламенения ТВС в двигателе внутреннего сгорания на основе оптического разряда.
На фиг.2 представлена оптическая схема системы воспламенения,
где 1 - датчик положения распределительного вала; 2 - блок синхронизации; 3 - усилитель мощности накачки лазера; 4 - лазер; 5 - световод; 6 - поршень двигателя; 7 - окно; 8 - фокусирующая линза; 9 - втулка; 10 - корпус воспламенителя; 11 - цилиндр двигателя.
Устройство воспламенения топливо-воздушной смеси содержит лазер 4 с оптическим световодом 5 и с фокусирующей линзой 8. Блок синхронизации 2 связан с усилителем мощности накачки 3 лазера 4 и с датчиком 1 положения распределительного вала двигателя. Фокусирующая линза 8 в верхней части через световод 5 соединена с лазером 4, а со стороны цилиндра двигателя 11 имеет упорную втулку 9, к которой прикреплено окно из кварцевого стекла, отделяющее оптическую систему от продуктов сгорания в цилиндре двигателя 11.
Усилитель мощности 3 накачки лазера 4 представляет собой пакет конденсаторов, связанный с аккумуляторной батареей.
Работает устройство следующим образом. Сигнал от датчика 1 положения распределительного вала двигателя и блока синхронизации 2 и поступает в усилитель мощности накачки 3 и подается на лазер 4. Луч лазера проходит через световод 5 и с помощью линзы 8 фокусируется в фокальное пятно для получения оптического разряда на поверхности поршня 6. Фокусировка луча лазера 4 на металлическую поверхность поршня 6 активизирует процесс достижения оптического разряда воспламеняющего горючую смесь. Расположение оптического разряда на поверхности поршня регулируется в зависимости от состава горючей смеси и оборотов двигателя путем изменения времени опережения момента зажигания подаваемого на лазер 4. Фокусирующая линза 8 расположена в корпусе воспламенителя 10 и фиксируется втулкой 9. Луч лазера проходит через кварцевое стекло (окно) 7 и фокусируется в районе поверхности поршня. Окно 7 из кварцевого стекла необходимо для защиты линзы от возможного нагара.
Таким образом, предлагаемое устройство, за счет интенсификации лазерного воспламенения ТВС на металлической поверхности поршня двигателя позволяет упростить систему зажигания, за счет использования одного лазера, повысить надежность зажигания ТВС при высоких давлениях, за счет чего достигается экономическая эффективность и, следовательно, доступность использовании лазерной системы зажигания в ДВС.