[发明专利]采用双模式激光气体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气体击穿方式下的点火装置，包括：

一连续激光发射端(1)，用于发射连续激光对燃料空气混合物进行预热并促使燃料空气充分混合；

一脉冲激光发射端(2)，用于发射脉冲激光以气体击穿方式产生等离子火花；

一燃料喷射装置(3)；

一汽缸盖(4)；

一燃烧室(5)；

一活塞(6)；

其中，连续激光发射端(1)、脉冲激光发射端(2)、燃料喷射装置(3)均集成在汽缸盖(4)的壳体上。

2.根据权利要求1所述的采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置，其特征在于，连续激光发射端(1)、脉冲激光发射端(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所述的采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置，其特征在于，激光发射端不伸入燃烧室(5)内。

4.根据权利要求1-3任一所述的采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置，其特征在于，脉冲激光发射端(2)位于气缸轴线上，连续激光发射端(1)与燃料喷射装置(3)位于轴线对称的两侧。

5.根据权利要求4所述的采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置，其特征在于，连续激光发射端(1)，脉冲激光发射端(2)，燃料喷射装置(3)各自的轴线汇聚于燃烧室(5)内的一点，该点也为连续、脉冲激光光束的共同焦点。

6.根据权利要求1-3任一所述的采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置，其中连续激光发射端(1)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(2)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。

7.一种采用权利要求2所述的采用双模式激光气体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(6)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(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，对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(2)导入到燃烧室(5)内，经准直聚焦透镜系统聚焦于燃料空气混合物内部，其中，脉冲激光光路倾角可变、焦距可调，脉冲激光以气体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均匀点火；

步骤4，燃料快速、高效、大范围燃烧，推动活塞(6)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(6)在气缸中运动，发动机正常工作。

8.根据权利要求7所述的采用双模式激光气体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，脉冲激光光路、连续激光光路、燃料喷射装置(3)轴线相交于一点，该点也为连续激光与脉冲激光共同焦点。

9.根据权利要求8所述的采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置的点火方法，其特征在于，该共同焦点为燃料空气混合区域中心或中心附近，以便使点火具有穿过整个燃料空气混合区域的尽可能短的火焰行程，同时以体燃烧方式替代传统电火花下的面燃烧。

10.根据权利要求9所述的点采用双模式激光气体击穿方式下的点火装置的点火方法，其特征在于，可以在混合区域内设置多个点火位置，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。