CN105937475B - 用于注入微波能的微波火花塞 - Google Patents

用于注入微波能的微波火花塞 Download PDF

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Abstract

一种用于注入微波能的微波火花塞，用于将微波能注入引擎的燃烧腔，其特征在于包括细长壳体，壳体包括形成壳体内部的空心导体的细长的腔，壳体还包括设置于壳体的腔的第一端部处的微波窗，其中，微波窗相对于燃烧室关闭空心导体，其中空心导体包括在第二端部处的与微波窗相对设置的用于高频进给导体的连接元件，其中连接元件包括与微波窗处的高频出口横截面几何结构不同的高频入口横截面几何结构，并且其中，从空心导体第一端部处的高频进入横截面几何结构至空心导体的第二端部处的高频出口横截面几何结构的过渡是连续的。微波火花塞被配置成可穿入火花塞的通用钻孔中，且有助于将微波能安全注入内燃机燃烧室中。

Description

用于注入微波能的微波火花塞
技术领域
本发明涉及将微波能注入内燃机的燃烧腔中的微波火花塞，以及具有至少一个火花塞的内燃机。
背景技术
DE 10 2009 016 665 A1描述了一种内燃机，其通过微波辐射主动引燃燃料空气混合物以驱动活塞。汽缸盖中设置有微波导体，这样微波导体就可以通过陶瓷透镜将微波辐射引入燃烧室中，该陶瓷透镜在朝燃烧腔的方向关闭微波导体。
当在燃烧室产生微波点火时，通过可控的方式将微波能引入燃烧腔是非常重要的。这样，就必须通过合适的空心导体将微波能引入到最接近引擎壳体的位置，然后必须将微波能注入燃烧腔。因此，在波传导期间必须考虑高频技术的情况，并且必须确保微波能是以可控的方式传输，如果可能的话，必须确保没有非故意的反射或波型跳跃。同时，还应当能没有高复杂度地将存在的引擎连接至微波能源。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种如何将微波能注入存在的引擎的方法。
根据本发明，该目的由一种用于注入微波能的微波火花塞实现，该火花塞用于将微波能注入发动机的燃烧室，包括细长壳体，该壳体包括形成壳体内部的空心导体的细长的腔，该壳体还包括设置于壳体的腔的第一端部处的微波窗，其中，微波窗相对于燃烧室关闭空心导体，其中壳体的外圆周上设置有用于穿入限定燃烧室的引擎壳体的螺纹；其中空心导体包括在第二端部处的与微波窗相对设置的用于高频进给导体的连接元件，其中连接元件包括与微波窗处的高频出口横截面几何结构不同的高频入口横截面几何结构，并且其中，从空心导体的第一端部处的高频入口横截面几何结构至空心导体的第二端部处的高频出口横截面几何结构，具有连续的过渡；空心导体的高度从高频入口横截面几何结构至微波窗线性增加，最低高度为高频入口横截面几何结构的高度，最高高度与微波窗的直径的高度接近。
进一步地，该目的由具有根据本发明的微波火花塞的内燃机实现。
火花塞的一个典型特征是，其容易插入引擎壳体的钻孔中，如往复式活塞内燃机的汽缸盖上的钻孔中。因此，微波火花塞包括细长的壳体，该壳体包括内部伸长的锥形腔和微波窗，该锥形腔形成空心导体，微波窗在所述空心导体的一个端部，其中，所述微波窗在朝向燃烧腔的方向关闭空心导体。所述微波窗由温度稳定且微波可透过的固体材料制成。这可为例如陶瓷材料，优选具有>99%的纯度的陶瓷材料，或可为另一种微波可透过的固体材料。可将该类型的微波火花塞引入引擎壳体的相应的钻孔中，其中所述钻孔与所述燃烧腔连接，并且其中所述微波火花塞例如可以是螺旋成螺纹状。所述微波火花塞中的空心导体进一步包括高频进给导体的连接元件，所述连接元件设置在与所述微波窗相对的另一端部处，其中，可通过市售的现成连接元件或特定的高频连接器元件来提供所述微波能。因此，所述连接元件包括高频入口横截面几何结构，其与所述微波窗侧的端部处的有效高频出口横截面几何结构不同。该上下文中的横截面几何结构意为所述几何结构是根据定义的三角形、矩形、圆形、椭圆形或具有其他不同形状的，其中所述出口横截面几何结构与所述入口横截面几何结构不同。该术语应当强调，正是所述横截面几何结构表示了用于所述微波能的出口的开口的相应位置。从构型的角度看，对微波能有效的该横截面几何结构可从所述微波火花塞的端部处的所述横截面几何结构脱离，例如，即使所述壳体为圆形，插入多角形的微波窗，圆形横截面几何结构对微波能却仍然有效，因为由微波窗限定的腔是圆形。从所述空心导体一个端部处的所述高频进入横截面几何结构至所述空心导体的另一端部处的所述高频出口横截面几何结构的过渡以连续的方式延伸。这对传输微波能是特别有利的，因为不会引起模式跳跃，而当将微波能注入所述燃烧室时，也能相应提供所需的横截面几何结构，其中所述横截面几何结构可容易地相对于所述燃烧腔密封，并且此外所述横截面结构还有利于优化微波能进入所述燃烧室的入口。
根据本发明的另一个实施方式，从所述高频入口横截面几何结构至所述高频出口横截面几何结构的过渡是线性的。这使所述微波火花塞的制造更简单。
根据另一个实施方式，所述高频入口横截面几何结构为矩形，所述高频出口横截面几何结构为圆形或椭圆形，由此可以实现将微波能对称地注入所述燃烧腔中。
优选地，所述壳体的外圆周包括螺纹，从而可通过该螺纹用螺丝将所述微波火花塞安装到的用于封装燃烧室的引擎壳体内。这方便以特别有利的方式更换微波火花塞，并且能够使所述微波火花塞很容易地穿入传统火花塞的现有开口中。特别优选地，在遍布所述螺纹的整个长度的方向上，所述螺纹的外径与空心导体的直径的比率介于1.15至1.45的范围。
为了将微波能尽可能少折射和反射地注入燃烧室，所述微波窗由纯度>99%的高纯陶瓷材料制成，例如蓝宝石玻璃或石英玻璃。
优选地，将所述微波窗设置成盘状，其中朝向所述空心导体的侧面是平的，并且朝向所述燃烧腔的侧面是平的或不平的。朝所述燃烧腔朝向的侧面可设置为凸面或凹面，或者其可具有配置成锥形或金字塔形的点。优选地，所述空心导体端部处的窗是粘入、压入或缩入的，由此，可提供安全密封且生产简单。
优选地，所述微波窗的厚度是所述微波的半波长，这意味着为3 mm至约7 mm，优选为4.5 mm。
根据一个优选的实施方式，所述微波窗的厚度是由所述空心导体传输的电磁波的半波长，或所述半波长的整数倍。这改进了反射性能并减少了反射。当然，必须将所述腔或所述空心导体的内表面配置成尽可能平。这样，所述表面就可由贵金属覆盖，或可由铜制成，以改进导电性。
本发明的微波火花塞可用于所有内燃机，例如往复式活塞引擎或旋转式活塞引擎。根据应用，可在相应的燃烧腔中的合适位置处设置一个或多个该类型的火花塞。此外，可在所述燃烧腔中设置突出的点，以用于局部场增强和触发点火。在理想的情况下，本发明的微波火花塞的结构，方便在不必改变引擎壳体的情况下将微波能注入燃烧室。
附图说明
本发明的附加特征可根据以下结合附图和前文的阐述获得。在本发明的实施方式中，各特征可单独实现，也可组合实现，其中：
图1示意性地显示了凸缘（图1A）和微波窗（图1B）的透视图；
图2示意性地显示了微波火花塞的沿A-A线的面视图（图2a）和纵截面图（图2B）；
图3示意性地显示了微波火花塞的沿线B-B的面视图（图3A）和纵截面图（图3B），其中该视图相对于图2中的视图旋转了90°；
图4示意性地显示了具有微波火花塞的往复式活塞引擎的汽缸盖。
具体实施方式
图1A和图1B的透视图描述了具有细长壳体2的微波火花塞1，壳体2上设置有螺纹3，该螺纹3用于将微波火花塞1安装到引擎中的相应的钻孔。具有螺纹3的微波火花塞1的直径与传统火花塞的典型直径相对应。壳体2的一个端部具有凸缘4，凸缘4具有钻孔6和用于接收密封环9（未在该图中示出）的槽5，其中，用于传输微波的空心导体的连接导体可附接于密封环9上。附接需要空心导体内部几何结构与MW-火花塞内部几何结构的机械连接/凸缘的精确匹配。因此，可使用所有类型的附接装置，例如形式编码的插塞式连接器或合适的快速连接器。在凸缘中，具有用于注入微波能的矩形开口。如在图1B中显而易见的，在所述纵向壳体的另一端部处，设置有配置成微波窗的陶瓷盘8，其可被压入、粘入或缩入。
图2的图2A描述了凸缘4的面视图，其中截线沿A-A线穿过微波火花塞。图2B描述了微波火花塞1的沿截线A-A的截面图，其显示了插在凸缘4上的槽5中的密封环9，和插在壳体2的另一端部的陶瓷盘8。图2A和2B示出了螺纹3，并且在壳体的内部中示出了腔10，该腔10为用于微波能的空心导体，其高度从开口7处至陶瓷盘8处线性增加，最低高度为开口7的高度，最高高度与陶瓷盘8的直径的高度接近。陶瓷盘8的直径稍大于腔10的相应端的高度，以在壳体2中提供用于陶瓷盘8的止档11。
图3与图2相似，在图3A中描述了具有截线B-B的凸缘的面视图，其没有图2中所示的密封环9。图3B描述了通过微波火花塞1的纵截面图，其中在该描述中也去除了陶瓷盘8，以使具有止档11的面开口12在壳体2中可见，该面开口12用于接收陶瓷盘8。在本实施例中，腔10的宽度也从开口7开始沿至止档11的方向线性增加，宽度从开口7的宽度线性增加到止档11的宽度，由此，结合图2和3，空心导体10在微波窗处的止档11处具有圆形构型。
由于陶瓷盘8被布置于具有止档11的凹部中，所以其比空心导体10在靠近止档11端的出口几何结构的有效横截面更大。理论上讲，在一些实施方式中，陶瓷盘8还可具有与空心导体10的圆形出口横截面完全不同的形状。
图4示意性地显示了一种活塞式引擎的汽缸13的细节。该汽缸13具有汽缸盖14、活塞19以及由多个开口制成的入口部分15。未描述从活塞19的出口，其可以通过任何已知的一般方式来提供。在汽缸盖中提供了两个钻孔17，其中相应的微波火花塞1通过螺丝安装入各钻孔中，以将微波能通过微波窗注入燃烧腔18中。在特定的引擎运行范围中，用相同的频率和相同的相位注入微波能是有帮助的。基于该原因，在其他引擎运行范围中需要进行频移和相位移。因此，使用不同内部几何结构的微波火花塞可能会是不可避免的。在本实施例中，以示例性的方式描述了往复式活塞引擎，其中火花塞当然还可用于旋转式活塞引擎。因此，用于注入微波能的微波火花塞可用于期望在燃烧室中进行由微波能引发的点火的所有类型的引擎。

Claims (10)

1.一种用于注入微波能的微波火花塞，用于将微波能注入发动机的燃烧室(18)，其特征在于
包括细长壳体(2)，所述壳体（2）包括
形成所述壳体内部的空心导体（10）的细长的腔，所述壳体（2）还包括
设置于所述壳体(2)的腔的第一端部处的微波窗(8)，其中，所述微波窗相对于所述燃烧室(18)关闭所述空心导体(10)，
其中所述壳体（2）的外圆周上设置有用于穿入限定所述燃烧室（18）的引擎壳体的螺纹（3）；
其中所述空心导体(10)包括在第二端部处的与所述微波窗(8)相对设置的用于高频进给导体的连接元件(4)，
其中所述连接元件(4)包括与所述微波窗（8）处的高频出口横截面几何结构不同的高频入口横截面几何结构(7)，并且
其中，从所述空心导体(10)的第一端部处的所述高频入口横截面几何结构至所述空心导体（10）的第二端部处的所述高频出口横截面几何结构，具有连续的过渡；
空心导体（10）的高度从高频入口横截面几何结构(7)至微波窗(8)线性增加，最低高度为高频入口横截面几何结构(7)的高度，最高高度与微波窗(8)的直径的高度接近。
2.根据权利要求1所述的微波火花塞，其特征在于，从所述高频入口横截面几何结构至所述高频出口横截面几何结构的过渡是线性的。
3.根据权利要求1或2所述的微波火花塞，其特征在于，所述高频入口横截面几何结构是矩形的，并且所述高频出口横截面几何结构是圆形的或椭圆形的。
4.根据权利要求1所述的微波火花塞，其特征在于，遍布所述螺纹(3)的整个长度，所述螺纹(3)的外径与所述空心导体(10)的直径的比率介于1.15至1.45的范围。
5.根据权利要求1所述的微波火花塞，其特征在于，所述空心导体(10)的内壁表面由具有良好导电性的材料制成，包括铜或贵金属。
6.根据权利要求1所述的微波火花塞，其特征在于，所述微波窗（8）由纯度大于99%的高纯度陶瓷材料制成，包括蓝宝石玻璃或石英玻璃。
7.根据权利要求6所述的微波火花塞，其特征在于，所述微波窗（8）被配置成盘状，其中朝向所述空心导体(10)的侧面为平的，并且朝向所述燃烧室（18）的侧面为平的或不平的。
8.根据权利要求7所述的微波火花塞，其特征在于，所述微波窗（8）在所述空心导体(10)的第二端部处，被粘入、压入或缩入所述壳体(2)。
9.根据权利要求1所述的微波火花塞，其特征在于，所述微波窗(8)的厚度是由所述空心导体（10）传输的电磁波的半波长，或所述半波长的整数倍。
10.一种内燃机，包括
用于穿入至少一个火花塞的至少一个钻孔(17)；
至少一个燃烧室(18)，所述燃烧室(18)包括至少一个入口阀(15)和至少一个出口阀(16)；
其特征在于，所述至少一个钻孔(17)中布置的微波火花塞为权利要求1至9中任一项所述的微波火花塞。
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