[发明专利]一种采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置及方法

权利要求书

1.一种采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置，包括：

脉冲激光发射端(1)，用于发射脉冲激光辐照靶部以产生等离子火花；

连续激光发射端(2)，用于发射连续激光对靶部与燃料空气混合物进行预热，并促使燃料空气充分混合；

燃料喷射装置(3)；

靶部(4)；

燃烧室(5)；

汽缸盖(6)；

活塞(7)；

其中脉冲激光发射端(1)、连续激光发射端(2)、燃料喷射装置(3)均集成在汽缸盖(6)的壳体上，连续激光发射端(2)与靶部(4)位于气缸轴线上，使得连续激光发射端(2)发射的连续激光始终能够对靶部(4)进行辐照，并且靶部(4)落在脉冲激光发射端(1)发出的脉冲激光的强度范围内，激光发射端不伸入燃烧室(5)内。

2.根据权利要求1所述的采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置，其特征在于，脉冲激光发射端(1)、连续激光发射端(2)均包含准直聚焦透镜系统与导入窗口，透镜系统可以调整激光的焦点位置，导入窗口构成了激光进入燃烧室(5)内的最后一个光学元件，透镜系统与导入窗口构成将激光送入发动机燃烧室(5)内的输入光学系统。

3.根据权利要求1-2任一所述的采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置，其特征在于，脉冲激光发射端(1)与燃料喷射装置(3)位于气缸轴线两侧，脉冲激光发射端(1)与燃料喷射装置(3)各自轴线均对准靶部(4)。

4.根据权利要求1-2任一所述的采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置，其中连续激光发射端(2)使用的是连续激光发射源为CO2连续激光器或Nd：YAG固态连续激光器，脉冲激光发射端(1)使用的是脉冲激光发射源为纳秒脉冲激光器或皮秒脉冲激光器。

5.一种采用如权利要求2所述的采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置的点火方法，包括如下步骤：

步骤1：燃料经燃料喷射装置(3)喷射到发动机燃烧室(5)内，在活塞(7)上部区域形成燃料空气混合物；

步骤2：在燃料喷射结束与脉冲激光点火开始之间，连续激光由连续激光发射端(2)导入到燃烧室(5)内，经准直聚焦透镜系统聚焦于靶部(4)上或其附近，对靶部(4)及燃料空气混合物进行预热，同时在燃料空气混合物内部产生极大的温度梯度，引起对流，促使燃料空气充分混合；

步骤3：脉冲激光由脉冲激光发射端(1)导入到燃烧室(5)内，经准直聚焦透镜系统聚焦于所期待的位置，脉冲激光以靶部击穿方式产生等离子火花，进而，对已经预热并充分混合的燃料空气混合物进行点火；

步骤4，燃料快速、高效、大范围燃烧，推动活塞(7)沿燃烧室(5)的中心轴方向运动，使发动机对外做功；

步骤5，活塞(7)在气缸中运动，发动机正常工作。

6.根据权利要求5所述的采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置的点火方法，其特征在于，所述步骤3中，脉冲激光不在燃料喷射装置(3)喷出的燃料边缘上进行点火，而是通过准直聚焦透镜系统将输入到燃烧室(5)内的脉冲激光聚焦于靶部(4)附近，并且保证靶部(4)落入脉冲激光的强度范围内。

7.根据权利要求6所述的采用双模式激光靶部击穿方式下的点火装置的点火方法，其特征在于，可以采用多个脉冲、连续激光发射端或者多个脉冲、连续激光光束。