CN102080619A

CN102080619A - 一种基于微波等离子体的发动机点火装置

Info

Publication number: CN102080619A
Application number: CN 201010580902
Authority: CN
Inventors: 张贵新; 霍娜; 刘永喜
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: CN102080619B

Abstract

本发明涉及一种基于微波等离子体的发动机点火装置，属于汽车节能技术领域。包括控制器、两个微波源、两个波导谐振腔。控制器分别与两个微波源相连，两个波导谐振腔分别与两个微波源相连。每个波导谐振腔由矩形直线波导和两个气缸组成，矩形直线波导通过窄缝与气缸相连，每个气缸内分别设有隔离板和活塞，隔离板置于气缸腔内，活塞置于隔离板的下部。本发明的点火装置，通过对波导和气缸耦合的设置，使活塞到一定位置时，燃烧室内压燃点火，实现对燃烧室内点火时刻的精准控制；而且通过压缩活塞点火方式，使燃烧室中大面积、大体积点火，实现燃料效率的提高和降低废气的排放。

Description

一种基于微波等离子体的发动机点火装置

技术领域

本发明涉及一种基于微波等离子体的发动机点火装置，属于汽车节能技术领域。

背景技术

目前用于汽车点火的最普遍方法是电火花点火，即采用火花塞来点燃燃烧室中油气混合物。这些火花塞具有一个或几个电极，每个电极产生一个点火火花，它直接点燃靠近电极周围的油气混合物。因此燃烧首先在火花塞周围极小的体积内开始，然后以有限的速度传播，因此火焰传播速度慢。这样，造成很多汽油来不及燃烧就被排出汽缸，既浪费了燃料，又加重了环境污染。

等离子体中含有很多高能电子、离子基团等，这些粒子能与油-空气混合物迅速发生化学反应，能够使油气混合物大体积燃烧，产生更多能量，从而转换成发动机的动能。而且，高强的化学反应能够使油气燃烧更充分，甚至一部分废气在等离子体作用下会发生化学反应，这样就提高了燃烧效率，降低了废气排放，减少了环境污染。

中国专利CN1898468A中介绍了一种用微波点燃发动机燃烧室内燃料的方法，其工作原理是通过微波输入的能量将在燃料空气混合物中存在的油气混合物加热至燃点，从而将混合物点燃。该技术的缺点是，用微波产热需要的微波能量大，达到燃烧点所需时间长，而且产生的热能转化成发动机的动能功率小，不足以适应发动机高功率运行。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于微波等离子体的发动机点火装置，改变已有发动机点火装置的结构，利用成熟的等离子体技术，通过波导和气缸之间的耦合设计以及气缸本身的设计，以克服现有技术中不能适应高功率运行、点火过程中油气混合物燃烧不充分、环境污染严重的缺点。

本发明提出的基于微波等离子体的发动机点火装置，包括控制器、第一微波源、第二微波源、第一波导谐振腔和第二波导谐振腔，所述的控制器分别与第一微波源和第二微波源相连，所述的第一波导谐振腔和第二波导谐振腔分别与第一微波源和第二微波源相连；所述的第一波导谐振腔由第一矩形直线波导、第一气缸A和第二气缸B组成，所述的第一矩形直线波导分别通过窄缝与第一气缸和第二气缸相连，所述的第二波导谐振腔由第二矩形直线波导、第三气缸和第四气缸组成，所述的第二矩形直线波导分别通过窄缝与第三气缸和第四气缸相连；所述的第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸内分别设有隔离板和活塞，隔离板置于气缸腔内，活塞置于隔离板的下部。

本发明提出的基于微波等离子体的发动机点火装置，其优点是通过对气缸的改造，使得改进后的气缸的燃烧室与现有汽车燃烧室相同，因此在使用本装置时，无需对现有汽车的气缸进行改动，节省了设备投资。另外本发明装置通过对波导和气缸耦合的设置，使活塞到一定位置时，燃烧室内压燃点火，实现对燃烧室内点火时刻的精准控制。本发明装置的还有一个优点是，通过压缩活塞点火方式，使燃烧室中大面积、大体积点火，实现燃料效率的提高和降低废气的排放。

附图说明

图1是本发明提出的点火装置的结构示意图。

图2是本发明点火装置的工作过程中燃烧室的高度与燃烧室内电场强度关系图。

图3是控制本发明点火装置工作过程中微波脉冲波形图。

图1中，1是矩形直线波导，2是窄缝，3是气缸，4是隔离板，5是气孔，6是活塞。

具体实施方式

本发明提出的基于微波等离子体的发动机点火装置，其结构如图1所示，包括控制器、第一微波源、第二微波源、第一波导谐振腔和第二波导谐振腔。控制器分别与第一微波源和第二微波源相连。第一波导谐振腔和第二波导谐振腔分别与第一微波源和第二微波源相连。第一波导谐振腔由第一矩形直线波导1、第一气缸A和第二气缸B组成，所述的第一矩形直线波导分别通过窄缝2与第一气缸A和第二气缸B相连，所述的第二波导谐振腔由第二矩形直线波导、第三气缸C和第四气缸D组成，所述的第二矩形直线波导分别通过窄缝2与第三气缸C和第四气缸D相连。第一气缸A、第二气缸B、第三气缸C和第四气缸D内分别设有隔离板4和活塞，隔离板4置于气缸腔内，活塞6置于隔离板4的下部。

以下详细介绍本发明点火装置的工作原理和工作过程：

本发明点火装置中，矩形直线波导平行放置，直线波导的一端与微波源相连，另一端封死。在直线波导和气缸结合面，波导和气缸分别开有狭缝，两个狭缝贯通。气缸和直线波导之间通过狭缝耦合，窄缝与隔离板之间形成的空气腔，能使活塞在燃烧室中移动到一定位置时，使气缸内腔成为一个谐振腔。隔离板与活塞之间的燃烧室的体积及尺寸变化情况与现有气缸燃烧室相同。隔离板可以用石英玻璃制作，并用密封圈进行密封。当且仅当活塞移动到某一特定位置时，气缸形成一个谐振腔，微波源产生的微波能量的90％传递到汽缸中，燃烧室内油气混合物被激发产生等离子体，等离子体在油气混合物中均匀分布。偏离此特定位置，气缸内微波能量馈入率很低，汽缸内不会点火。

燃烧室的高度与其内部电场强度分布图如图2，从图中可以看出，电场强度随燃烧室高度分布呈现“中间窄，两边宽”的趋势，以场强最大值对应的燃烧室高度为活塞运动的上止点，以活塞到达的最低点为下止点；在上止点，场强很大，可使油气混合物点燃；当偏离上止点，场强急剧减小，迅速减小为最大场强值的1/2以下，点火熄灭。

与目前汽车气缸上活塞运动规律相同，在一个波导上所带两个气缸，当一个汽缸中活塞运行到上止点时，另一个汽缸上活塞运行到下止点。微波能量基本都在到达上止点的气缸内，到达上止点的气缸内燃烧室的电场强度比到达下止点的气缸内燃烧室电场强度高17倍左右。电场强度的分布，保证了到达上止点时燃烧室点火，到达下止点的燃烧室内不会点火。

四个气缸分成两组，第一气缸和第三气缸为第一组，第二气缸和第四气缸为第二组，同一组气缸内活塞运行情况完全相同。控制器给予微波源如图3的微波脉冲，在图3中含两个脉冲信号，上下两个脉冲信号分别控制第一微波源、第二微波源。脉冲信号周期为T，T表示一个气缸从第一次点火开始时刻到下一次点火开始时刻；第一气缸活塞运行到上止点时加入时长t₁的脉冲沿，燃烧室内油气混合物点燃，第一气缸点火，气缸三向外排废气；当第一组中活塞向下运动时，微波脉冲瞬间功率为零，持续t₂时间到T/4时刻，刚好第一组活塞到达下止点时，第二组活塞到达上止点，第二气缸点火，第四气缸排废气；当第二组可移动活塞到下止点时，第一组可移动活塞到达上止点，即T/2时刻，第三气缸点火，第一气缸排废气；到达3T/4时刻，刚好第二组活塞到达上止点，第一组活塞到达下止点时，第四气缸点火，第二气缸排气。在一个周期T内，第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸依次点火，间隔为T/4，即T＝4(t₁+t₂)。这样，以脉冲的馈入，精准控制燃烧室点火熄火情况。

为了使活塞达到上止点时，气缸更容易点火，可以在油气腔内加入一个用作预电离装置的火花塞，使电场值达到较低值时，就可以通过火花塞高压点火来引燃。其余情况与以上论述类似。

与以上相同，可以扩展到六缸、八缸发动机中，分别以三个气缸、四个气缸为一组。实现六缸、八缸发动机的点火。

本发明的一个实施例中，所用的控制器型号为北京辰测公司生产的微波控制器M4300，微波源为南京三乐微波有限公司生产的型号为WY10S-01D微波发生器。矩形直线波导的型号为西安恒达公司生产的BJ22型号标准波导。

Claims

1.一种基于微波等离子体的发动机点火装置，其特征在于该点火装置包括控制器、第一微波源、第二微波源、第一波导谐振腔和第二波导谐振腔，所述的控制器分别与第一微波源和第二微波源相连，所述的第一波导谐振腔和第二波导谐振腔分别与第一微波源和第二微波源相连；所述的第一波导谐振腔由第一矩形直线波导、第一气缸和第二气缸组成，所述的第一矩形直线波导分别通过窄缝与第一气缸和第二气缸相连，所述的第二波导谐振腔由第二矩形直线波导、第三气缸和第四气缸组成，所述的第二矩形直线波导分别通过窄缝与第三气缸和第四气缸相连；所述的第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸内分别设有隔离板和活塞，隔离板置于气缸腔内，活塞置于隔离板的下部。