多缸发动机用激光点火装置的制作方法

本实用新型涉及激光点火领域，尤其涉及一种多缸发动机用激光点火装置。

背景技术：

发动机点火方式包括点燃和压燃，其中火花塞是点燃式发动机的重要部件。传统的电火花点火需要定期更换火花塞，否则容易出现中心电极腐蚀，火花塞老化，积碳严重等现象，导致汽车冷启动比较困难，频繁出现怠速熄火，发动机加速性能下降等。激光点火作为一种日渐成熟的点火技术，目前已经在航天与军事方面得到广泛的应用，在汽车发动机领域也得到了广泛的研究。与电火花点火相比，激光点火冷启动性能好，易于控制点火时刻和点火位置，可以实现多焦点点火，更能适应发动机气缸内多种复杂的工况和多变的点火要求。

目前的发动机激光点火装置，多为单个气缸点火装置，多个气缸需要多个激光点火和控制装置。公布号为CN104121134A的发明专利提出通过振镜和反射镜实现多缸点火的方法，本专利提出通过连接有输入光纤和输出光纤的转换装置来实现对输出光纤的不同选择，从而实现发动机多个气缸的点火。目前的发动机激光点火装置，多为单点点火装置，且难以准确控制聚焦点火点的位置，本专利提出的分光透镜在原有的凸透镜和凹透镜基础上进行改造，可以实现光束的分离实现一束激光多个聚焦点。公布号为CN102062037A的发明专利提出用压电晶体，电磁铁，气压移动等方式改变激光聚焦点的位置，但难以实现激光聚焦点的精确移动，本专利提出通过滑动块和滑动导轨移动分光透镜和菲涅尔透镜来改变激光聚焦点的位置，其中分光透镜和菲涅尔透镜移动的距离和方向与激光聚焦点在气缸中的移动距离和方向相同。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提出了一种多缸发动机用激光点火装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种多缸发动机用激光点火装置包括激光发生装置、输入光纤、若干输出光纤、转换装置和若干激光传导装置；所述的激光传导装置包括沿激光光路顺次设置的凸透镜、凹透镜、分光透镜，菲涅尔透镜和保护镜。激光发生装置用于产生激光束，输入光纤与激光发生装置相连，用于传输激光束；若干输出光纤用于输出激光束；转换装置使输入光纤与被选择的输出光纤对接；激光传导装置设置在发动机气缸上，使输出光纤输出的激光束在发动机气缸内进行聚焦；激光传导装置与发动机气缸数量相等，且一一对应安装。

优选的，所述的输出光纤与激光传导装置数量相等，且一一对应安装；输出光纤输出的激光束入射到与其对应的激光传导装置的凸透镜上，即输出光纤、激光传导装置和气缸均是一一对应的关系。基于输出光纤传到的激光束区别于通过光路直接传播的激光束，无需担心光路上受到阻挡，且对气缸的布置位置没有要求；而通过光路传播的激光束需要根据气缸的位置布置不同的光路，为了使激光准确入射到气缸内，对光路布置精度要求高。

优选的，所述的转换装置包括两个上下贴合同心安装的圆盘；输入光纤位于其中一个圆盘上；各输出光纤位于另一个圆盘上且各输出光纤分布在同一圆周上，输入光纤与圆心的距离等于各输出光纤与圆心的距离，两个圆盘中至少一个圆盘可绕圆心旋转，当输入光纤与输出光纤转动到上下相对的位置时，输入光纤与输出光纤上下对接。输入光纤与输出光纤对接时，可传到激光束。

优选的，所述的输出光纤按其对应的气缸的点火顺序顺时针或逆时针顺次排列在圆周上。

优选的，所述的凸透镜、凹透镜、分光透镜，菲涅尔透镜和保护镜的边缘为平面。边缘为平面有利于上述透镜和保护镜稳定的安装在激光传导装置的外壳上。

优选的，所述激光传导装置还包括移动装置，所述移动装置包括滑动块和滑动导轨；分光透镜和菲涅尔透镜固安装在滑动块上；滑动块设置在滑动导轨上；滑动块的滑动方向与光路平行。分光透镜和菲涅尔透镜之间的距离不变，整体安装在滑动块上，但两者相对于凹透镜或保护镜的距离可以变化。

优选的，所述的多缸发动机用激光点火装置还包括控制装置，所述的控制装置分别与激光发生装置、转换装置相连。控制装置控制激光发生装置的开闭，控制转换装置选择对应的输出光纤。

优选的，所述的保护镜为耐高温平面镜片，其设置在气缸内壁面上，作为气缸内壁面的一部分。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1)通过一个激光点火装置和控制装置实现发动机多个气缸点火。

2)通过分光透镜将激光光束分离实现一束激光多个聚焦点。

3)通过移动分光透镜和菲涅尔透镜可以改变聚焦点在气缸内的位置，其中分光透镜和菲涅尔透镜的移动距离和方向和聚焦点位置变化的距离和方向相同。

4)光学透镜的边缘为平面，易于固定。

5)菲涅尔透镜相比于普通凸透镜更薄，节省材料同时减少了激光在玻璃中直线传播的衰减损失。

6)耐高温平面镜片可以保护光学透镜免受发动机气缸内高温和震荡的冲击。

附图说明

图1是本实用新型激光点火光路示意图；

1、控制装置，2、激光发生装置，3、输入光纤，4、转换装置，5、输出光纤，6、凸透镜，7、凹透镜，8、分光透镜，9、菲涅尔透镜，10、保护镜。

图2是转换装置上圆盘示意图；

图3是转换装置下圆盘示意图；

图4是透镜的结构示意图；

图5是透镜的安装固定示意图；

图6是凸平透镜和光路示意图；

图7是凹平透镜和光路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的多缸发动机用激光点火装置包括激光发生装置2、输入光纤3、若干输出光纤5、转换装置4和若干激光传导装置；所述的激光传导装置包括沿激光光路顺次设置的凸透镜6、凹透镜7、分光透镜8，菲涅尔透镜9和保护镜10。激光发生装置用于产生激光束，输入光纤与激光发生装置相连，用于传输激光束；若干输出光纤用于输出激光束；转换装置使输入光纤与被选择的输出光纤对接；激光传导装置设置在发动机气缸上，使输出光纤输出的激光束在发动机气缸内进行聚焦；激光传导装置与发动机气缸数量相等，且一一对应安装。

优选的，所述的输出光纤与激光传导装置数量相等，且一一对应安装；输出光纤输出的激光束入射到与其对应的激光传导装置的凸透镜上，即输出光纤、激光传导装置和气缸均是一一对应的关系。

优选的，所述的转换装置包括两个上下贴合同心安装的圆盘；输入光纤位于其中一个圆盘上；各输出光纤位于另一个圆盘上且各输出光纤分布在同一圆周上，输入光纤与圆心的距离等于各输出光纤与圆心的距离，两个圆盘中至少一个圆盘可绕圆心旋转，当输入光纤与输出光纤转动到上下相对的位置时，输入光纤与输出光纤上下对接。输入光纤与输出光纤对接时，可传到激光束。

图2所示部分为上圆盘，上圆盘上安装有输入光纤，图3所示部分为下圆盘；现以6缸发动机为例，输出光纤、激光传导装置和气缸是一一对应的，假设发动机气缸的点火顺序依次为A-D-B-F-C-E；则按图3部分所示顺时针(也可逆时针) 将输出光纤也按A-D-B-F-C-E的顺序顺次布置；工作时，使上下圆盘相对转动，即可控制输入光纤顺次与输出光纤按A-D-B-F-C-E的顺次对接，实现气缸的对应气缸的点火。

本实用新型所述多缸发动机用激光点火装置的点火方法如下：

1)激光发生装置产生平行激光束；经输入光纤输入到转换装置；

2)各输出光纤按其对应的气缸的点火顺序顺时针或逆时针顺次排列在圆周上；

3)转动转换装置的上圆盘或下圆盘，使输入光纤按照气缸的点火顺序顺次与对应的输出光纤对接；

输入光纤与输出光纤对接时；激光束经光纤输出至对应的激光传导装置的凸透镜上；凸透镜对激光束进行聚拢，凹透镜再将聚拢的激光束重新转换为平行光，该平行光相较于反射过来的平行激光束更窄；分光透镜将激光束分为传播方向不同的光束；光束穿过菲涅尔透镜和保护镜后在气缸内形成多个点火焦点，点火焦点处能量大，实现气缸的点火；

4)随转换装置的运动，输入光纤按照气缸的点火顺序顺次与对应的输出光纤对接；实现多缸发送机的顺次点火。

如图4和图5所示，优选的，所述的凸透镜、凹透镜、分光透镜、菲涅尔透镜和保护镜的边缘为平面。边缘为平面有利于上述透镜和保护镜稳定的安装在激光传导装置的外壳上。

优选的，所述激光传导装置还包括移动装置，所述移动装置包括滑动块和滑动导轨；分光透镜和菲涅尔透镜固安装在滑动块上；滑动块设置在滑动导轨上；滑动块的滑动方向与光路平行。分光透镜和菲涅尔透镜之间的距离不变，整体安装在滑动块上，但两者相对于凹透镜或保护镜的距离可以变化。由此，滑动块的滑动即可改变气缸内的焦点位置。

优选的，所述的多缸发动机用激光点火装置还包括控制装置，所述的控制装置分别与激光发生装置、转换装置相连。控制装置控制激光发生装置的开闭，控制转换装置选择对应的输出光纤。

优选的，所述的保护镜为耐高温平面镜片，其设置在气缸内壁面上，作为气缸内壁面的一部分。

如图6和图7所示，分光透镜可以为凸平透镜或凹平透镜，在原有的凸透镜或凹透镜基础上进行改造，实现分光效果。凸平透镜的边缘部分与凸透镜相同，中心部分为平面。射到凸平凸透镜中心的激光不改变入射方向向外射出。射到凸平透镜边缘的激光向中心聚拢向外射出。凹平透镜的边缘部分与凹透镜相同，中心部分为平面。射到凸平凸透镜中心的激光不改变入射方向向外射出。射到射到凹平凸透镜边缘的激光向四周发散向外射出。所述的分光透镜通过对凸透镜部分或凹透镜部分与平面镜部分的组合来分离光束，包括但不局限于这两种形状。