×
10.05.2018
218.016.3ced

Результат интеллектуальной деятельности: ЛАЗЕРНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002647892
Дата охранного документа
21.03.2018
Аннотация: 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 цилиндрической и конической полостями, шайбу с центральным отверстием между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в одной из полостей форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость. Шайба выполнена с внутренней поверхностью параболической формы, мишень выполнена в форме шара и установлена на валу с возможностью вращения и на валу 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 мини-форкамеры, 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 мини-форкамере 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 мини-форкамера. Искровой разряд осуществляется на цилиндрическую стенку, а выход продуктов сгорания осуществляется в кольцевой зазор.

Недостатки 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 цилиндрической и конической полостями, шайбу с центральным отверстием между оптическим окном и форкамерой и мишень, установленную в одной из полостей форкамеры, несколько выходных отверстий, входящих в коническую полость, тем что шайба выполнена с внутренней поверхностью параболической формы, мишень выполнена в форме шара и установлена на валу с возможностью вращения и на валу закреплены рабочие лопатки аэродинамической турбины.

В качестве подшипника может быть применен подшипник скольжения, выполненный из керамики. 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 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 отверстием 15, выполненным в центре шайбы 14 для выхода луча лазера 1.

Шайба 14 имеет внутреннюю поверхность 17 параболической формы (фиг. 1).

Под шайбой 14 выполнена форкамера 18, содержащая 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 форкамеры 18 мишень 30 для луча лазера 16 (фиг. 3..5). Мишень 30 выполнена в форме шара. Мишень 30 установлена на валу 31, также на валу 31 установлены рабочие лопатки аэродинамической турбины 32. Вал 31 имеет коническую часть 32 и цилиндрическую часть 34 с резьбой 35, на которую навернута и жестко зафиксирована гайка 36. Пластина 37 сварочным швом 38 приварена к торцовому днищу 20.

На фиг. 2 приведена форкамера 18, 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 отверстия 25 попадает в форкамеру 18. 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 отверстие 15 шайбы 14 и фокусируется на мишени 30.

Мишень 30 выполнена в форме шара. 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 формы усиливает отражение от нее фронта пламени.

При этом закручивается рабочее колесо аэродинамической турбины 34.

В цикле впуска топливовоздушной смеси - ТВС ее часть, проходя рабочее колесо аэродинамической турбины 34, ее охлаждает и несколько замедляет ее вращение. Посторонние частицы 39 (несгоревший углерод) центробежными силами отбрасывается на периферию и 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-лазера 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 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 внутренней поверхности шайбы параболической формы.

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.


ЛАЗЕРНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ
ЛАЗЕРНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ
ЛАЗЕРНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 121-130 of 244 items.
10.03.2015
№216.013.316f

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

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)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544123
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.03.2015
№216.013.336f

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544642
Дата охранного документа: 20.03.2015
27.03.2015
№216.013.34d8

Воспламенитель двигателя внутреннего сгорания

Воспламенитель двигателя внутреннего сгорания содержит свечу зажигания и форкамеру с полостью, имеющую резьбовое отверстие для установки свечи зажигания и резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров, а также камеру воспламенения цилиндрической формы и днище с центральным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545012
Дата охранного документа: 27.03.2015
10.04.2015
№216.013.372d

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к ракетно-космической технике. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем систему управления с бортовым компьютером, камеру, турбонасосный агрегат и газогенератор, соединенный газоводом с камерой, и запальные устройства на камере сгорания и газогенераторе, на камере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545613
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.372f

Турбонасосный агрегат жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к турбонасосным агрегатам. В турбонасосном агрегате жидкостного ракетного двигателя, содержащем установленные на валу рабочее колесо насоса окислителя, рабочее колесо насоса горючего и рабочее колесо турбины, размещенные в корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545615
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3941

Устройство для обеззараживания воды

Изобретение относится к устройствам очистки воды и может найти применение в быту для очистки и обеззараживания питьевой воды. Устройство содержит корпус, выполненный из диэлектрического материала, преимущественно цилиндрической формы, с полостью внутри, две крышки: входную и выходную,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546145
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.06.2015
№216.013.500b

Водородный газотурбинный двигатель

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Задачи создания изобретения: повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя. Достигнутые технические результаты: повышение степени сжатия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552012
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.5239

Подводный авианосец

Изобретение относится к подводному кораблестроению и может быть использовано преимущественно для атомных подводных лодок. Предложен подводный авианосец, содержащий соединенные параллельно между собой модули, в том числе два двигательных модуля, всего выполнено четыре модуля, при этом третий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552570
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.52c7

Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси

Группа изобретений относится к энергетическим машинам и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Технический результат состоит в повышении эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышении надежности зажигания. В системе зажигания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552712
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.541b

Водородный воздушно-реактивный двигатель

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Водородный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания с топливным коллектором,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553052
Дата охранного документа: 10.06.2015
Showing 121-130 of 244 items.
10.03.2015
№216.013.316f

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

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)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544123
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.03.2015
№216.013.336f

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544642
Дата охранного документа: 20.03.2015
27.03.2015
№216.013.34d8

Воспламенитель двигателя внутреннего сгорания

Воспламенитель двигателя внутреннего сгорания содержит свечу зажигания и форкамеру с полостью, имеющую резьбовое отверстие для установки свечи зажигания и резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров, а также камеру воспламенения цилиндрической формы и днище с центральным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545012
Дата охранного документа: 27.03.2015
10.04.2015
№216.013.372d

Жидкостный ракетный двигатель

Изобретение относится к ракетно-космической технике. В жидкостном ракетном двигателе, содержащем систему управления с бортовым компьютером, камеру, турбонасосный агрегат и газогенератор, соединенный газоводом с камерой, и запальные устройства на камере сгорания и газогенераторе, на камере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545613
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.372f

Турбонасосный агрегат жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к турбонасосным агрегатам. В турбонасосном агрегате жидкостного ракетного двигателя, содержащем установленные на валу рабочее колесо насоса окислителя, рабочее колесо насоса горючего и рабочее колесо турбины, размещенные в корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545615
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3941

Устройство для обеззараживания воды

Изобретение относится к устройствам очистки воды и может найти применение в быту для очистки и обеззараживания питьевой воды. Устройство содержит корпус, выполненный из диэлектрического материала, преимущественно цилиндрической формы, с полостью внутри, две крышки: входную и выходную,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546145
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.06.2015
№216.013.500b

Водородный газотурбинный двигатель

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Задачи создания изобретения: повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя. Достигнутые технические результаты: повышение степени сжатия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552012
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.5239

Подводный авианосец

Изобретение относится к подводному кораблестроению и может быть использовано преимущественно для атомных подводных лодок. Предложен подводный авианосец, содержащий соединенные параллельно между собой модули, в том числе два двигательных модуля, всего выполнено четыре модуля, при этом третий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552570
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.52c7

Система зажигания топливовоздушной смеси, свеча зажигания и способ воспламенения топливовоздушной смеси

Группа изобретений относится к энергетическим машинам и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Технический результат состоит в повышении эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышении надежности зажигания. В системе зажигания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552712
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.541b

Водородный воздушно-реактивный двигатель

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Водородный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания с топливным коллектором,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553052
Дата охранного документа: 10.06.2015
+ добавить свой РИД