CN103470427B - 微波等离子体点火内燃机燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统，该微波等离子体点火内燃机燃烧系统包括微波点火装置和燃烧室，该微波点火装置向该燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，该微波脉冲用于击穿并点燃该燃烧室内的可燃混合气体。本发明通过向燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，在燃烧室内实现谐振效果，产生强电磁场，从而击穿并点燃燃烧室内的可燃混合气体，进而拓宽了发动机稀燃极限，提高发动机的稀燃能力，并实现稳定的稀薄燃烧。

Description

微波等离子体点火内燃机燃烧系统

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统。

背景技术

发动机中一个基本的部件是将燃料的化学能转化为机械能的燃烧室，燃烧室内燃料的点燃取决于几个因素：油气温度、点火器的类型、点火能量、燃料空气比、点火能量输入点及燃料由喷油嘴输油的自动化程度，燃烧室需要一个点火器来触发燃烧过程，普遍用于汽车及飞机发动机上的众所周知的点火器是火花塞点火系统，该点火系统产生一个高压脉冲加到火花塞上，在火花塞的两个电极之间产生一个瞬态的高电场，这个高电场引起油气混合气体击穿或放电，形成等离子体火花继而导致燃烧室油气混合体的燃烧。

汽油机一直是火花塞单点点火，因此带来了汽油机燃烧不稳定、燃烧不迅速和燃烧不完全三大难题。为了实现高效节能，国际上主要研究思路一直是在传统火花塞基础上提高点火能量，但效果甚微。因此，改进点火方式从而产生多点点火甚至空间点火，将是汽油机节能减排的重大突破。但是，目前传统汽油机采用火花塞点火模式仍然难以实现稀燃。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统，能够提高发动机的稀燃能力。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统，包括微波点火装置和燃烧室，所述微波点火装置向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，所述微波脉冲用于击穿并点燃所述燃烧室内的可燃混合气体。

进一步地，所述微波点火装置包括电源、微波源和微波塞，其中，所述电源、所述微波源和所述微波塞依次连接，所述微波塞从所述微波源接收微波能量以向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲。

进一步地，所述电源通过脉冲发生器与所述微波源相连接，所述脉冲发生器根据接收的触发信号向所述脉冲源发送控制信号，所述脉冲源根据所述控制信号向所述微波塞发送微波能量。

进一步地，所述燃烧室为由活塞1、缸体2、缸盖3、进气门5、排气门7形成的腔体。

进一步地，所述腔体为圆柱型。

进一步地，所述微波塞设置在所述缸盖3上。

进一步地，所述腔体为在所述活塞1或者所述缸盖3上形成的凹槽。

（三）有益效果

本发明通过向燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，在燃烧室内实现谐振效果，产生强电磁场，从而击穿并点燃燃烧室内的可燃混合气体，进而拓宽了发动机稀燃极限，提高发动机的稀燃能力，并实现稳定的稀薄燃烧。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统的结构图；

图2是本发明实施方式提供的一种微波点火装置的结构图；

图3是本发明实施方式提供的另一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明实施方式提供的一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统的结构图，该微波等离子体点火内燃机燃烧系统包括微波点火装置和燃烧室，所述微波点火装置向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，所述微波脉冲用于击穿并点燃所述燃烧室内的可燃混合气体，具体地，微波脉冲在燃烧室中发生谐振，产生大体积的等离子体和活性基团，从而点燃燃烧室内的可燃混合气体。其中，微波点火装置包括微波塞6，燃烧室9为由活塞1、缸体2、缸盖3、进气门5、排气门7形成的腔体，该燃烧室可以由金属材质构成，该微波点火装置向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，在燃烧室内实现谐振效果，产生强电磁场，从而击穿并点燃燃烧室内的可燃混合气体。

具体地，微波点火装置用于向燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，参见图2，具体包括电源11、微波源10和微波塞6，所述电源11、所述微波源10和所述微波塞6依次连接，所述微波塞6从所述微波源10接收微波能量以向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲。

此外，该微波点火装置还包括脉冲发生器，电源11通过脉冲发生器与所述微波源10相连接，所述脉冲发生器根据接收的触发信号向所述脉冲源10发送控制信号，所述脉冲源10根据所述控制信号向所述微波塞发送微波能量。

具体地，参见图1，燃烧室9为由活塞1、缸体2、缸盖3、进气门5、排气门7形成的腔体，该腔体可以为圆柱型，气体从进气道4进入燃烧室，燃烧后的废气从排气道8排出燃烧室。微波塞设置在所述缸盖3上。

其中，对于小缸径发动机而言，以微波塞代替传统火花塞点火装置，参见图1，燃烧室9为由活塞1、缸体2、缸盖3、进气门5、排气门7形成的腔体，该腔体可以为在缸盖3上形成的凹槽，从而将圆柱型燃烧室布置在缸盖3上，并使燃烧室直径D1允许超出气缸直径范围D2，从而达到配合微波谐振的要求，活塞1采用平顶设计，活塞压缩运行到气缸上止点时，燃烧室为圆柱型腔体，此时馈入微波脉冲，利用微波谐振原理，在谐振腔体内形成足以击穿可燃混合气的强电磁场，实现可燃混合气的着火燃烧。

对于大缸径直喷压燃发动机，以微波塞代替喷油器，参见图3，图3是本发明实施方式提供的另一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统的结构图，燃烧室9为由活塞1、缸体2、缸盖3、进气门5、排气门7形成的腔体，该腔体为在活塞1上形成的凹槽，从而将燃烧室布置在活塞1上，该腔体可以为圆柱型，气体从进气道4进入燃烧室，燃烧后的废气从排气道8排出燃烧室，微波塞6设置在缸盖3上，并使燃烧室直径D1满足微波谐振的要求，燃烧室空间呈圆柱形腔体。利用微波馈入发动机燃烧室，激发出OH、O3等活性基团，触发上止点附近燃烧室内活化热氛围条件下已接近自然状态的混合气体着火燃烧。

本发明实施方式提供的微波等离子体点火内燃机燃烧系统通过向燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，在燃烧室内实现谐振效果，产生强电磁场，从而击穿并点燃燃烧室内的可燃混合气体，不仅可以拓宽发动机稀燃极限，提高发动机的稀燃能力，实现稳定的稀薄燃烧，还可以提高发动机热效率，降低碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）排放，此外，还可以实现空间大面积点火，大幅度加快火焰传播速度。

本发明提供的微波等离子体点火内燃机燃烧系统，不仅可以用于传统火花塞式点火发动机，还可用于均质压燃（HCCI）发动机。以微波等离子体点火主动触发高效低污染新型燃烧模式的着火时刻，从而摆脱昂贵的燃烧状态传感器和复杂的燃烧闭环反馈策略，加快高效清洁稀薄燃烧产业化进程。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统，其特征在于，包括微波点火装置和燃烧室，所述微波点火装置向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲，所述微波脉冲用于击穿并点燃所述燃烧室内的可燃混合气体；

所述燃烧室为由活塞(1)、缸体(2)、缸盖(3)、进气门(5)、排气门(7)形成的腔体；

所述腔体为在所述活塞(1)或者所述缸盖(3)上形成的凹槽，所述腔体为圆柱型。

2.根据权利要求1所述的微波等离子体点火内燃机燃烧系统，其特征在于，所述微波点火装置包括电源、微波源和微波塞，其中，所述电源、所述微波源和所述微波塞依次连接，所述微波塞从所述微波源接收微波能量以向所述燃烧室馈入预设频率的微波脉冲。

3.根据权利要求2所述的微波等离子体点火内燃机燃烧系统，其特征在于，所述电源通过脉冲发生器与所述微波源相连接，所述脉冲发生器根据接收的触发信号向所述微波源发送控制信号，所述微波源根据所述控制信号向所述微波塞发送微波能量。

4.根据权利要求3所述的微波等离子体点火内燃机燃烧系统，其特征在于，所述微波塞设置在所述缸盖(3)上。