将微波能引入内燃机燃烧室的方法和内燃机技术

将微波能引入往复式内燃机的燃烧室的方法，内燃机具有至少一个带有的汽缸盖的汽缸，在内燃机中，微波通过微波窗到达燃烧室，其特征在于，微波绕燃烧室的圆周传播，微波通过燃烧室壁的用作微波窗的至少部分径向注入燃烧室。在内燃机中，燃烧室包括燃烧室壁，燃烧室壁的至少部分用作微波窗，其中燃烧室壁被至少一个圆周环状中空导体腔包封，圆周环状中空导体腔具有至少一个用于微波的进给和至少一个用于微波的出口开口，出口开口设置为朝着燃烧室壁方向。本发明专利技术的方法和内燃机有利于精确控制燃烧室中的燃料空气混合物的点火的开始时间，以比常规的往复式活塞内燃机更高的效率，实现最优的弱发射燃烧。本发明专利技术提供了稀的燃料空气混合物的安全点火。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将微波能引入包括至少一个具有汽缸盖的汽缸的往复式活塞内燃机的燃烧室的方法，在内燃机中将微波引入燃烧室。本专利技术还涉及一种内燃机。
技术介绍
DE 103 56 916A1公开了在内燃机燃烧室中生成空间点火，以更好地引燃和燃烧所引入的燃料空气混合物。在常规发动机中，可点燃混合物被压缩于锥形汽缸盖中，并由火花塞引燃以进行反应和氧化。因此，化学氧化从点火位置以锥形蔓延成压力和反应前沿(层状燃烧气相)。压力前沿移动得比反应前沿快，并因此首先到达汽缸边缘。压力前沿在汽缸边缘处被反射，并朝反应前沿传播。当两个前沿会合时，该反应可能停止，这将会降低效率，并且会产生污染物。用通过微波进行的空间点火来代替局部点燃减轻了该效果。在点火前，应当尽可能均匀地激活整个体积中的混合物，而这需要分布在燃烧室上方的吸收。因此，由材料参数tanδ(t)和相关的穿透深度描述的微波的吸收能力是重要的。在压缩期间，对待点燃的混合物的基于压力和温度的离子化已经正在进行。由于特定燃料分子的该离子化，燃烧室中的可燃混合物对微波的吸收率必须是可预期的，该吸收率在压缩过程中随着时间而变化。因为在实际应用中所描述的均匀性可能完全无法实现，所以反应前沿会从外侧以向内的方向传播。因此，必须发现在圆柱形燃烧室中生成场分布的微波进给，其中该场分布沿整个圆周均匀增大，并且尽可能沿半径均匀增大，或者优选地，沿较大的半径单调增大。应当使场分布的均匀性与混合物的吸收性能尽可能地独立。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是在整个燃烧腔中实现尽可能均匀地点火分配，或者至少在燃烧室的边缘部分生成局部点火中心。根据本专利技术，通过权利要求1的方法和权利要求9的内燃机实现了上述目的。可以由各从属权利要求衍生出另一些优选实施例。根据本专利技术的方法，微波绕燃烧室的圆周传播，并通过用作微波窗的燃烧室壁的至少部分径向注入所述燃烧室。因此，燃烧室壁的至少部分，例如内燃机的汽缸，需由合适的材料制成，以执行用于注入微波的微波窗功能。但考虑其强度和温度稳定性，该材料同时也适合燃烧室。这可为例如陶瓷材料，优选具有>99％纯度的陶瓷材料，或可为另一种微波可透过的固体材料。这样，微波可仅在一个平面中传播，或者也可以沿与燃烧室相反的方向或相同的方向在不同平面中传播，并且可将它们通过燃烧室壁注入燃烧室中。然后，向燃烧室的传导就可以执行成向被配置成固体并充当微波窗的燃烧室壁的传导。或者，还可将微波的传导提供于燃烧室壁自身中，例如，在具有涂覆表面的陶瓷材料中在燃烧室一侧设置开口，以使所述开口用作微波的出口开口。随后提及的该方法的燃烧室壁都指这两种变体。优选地，将微波通过布置于燃烧腔圆周处的至少一个环状中空导体腔注入燃烧室，其中所述中空导体腔包括至少一个朝向燃烧室的出口开口。因此，将微波引入环状中空导体腔提供了最优的波传导，同时避免了模式跳跃和反射。其中，整个环状中空导体腔的横截面可为矩形(特别是正方形)、圆形或椭圆形。为了防止所述环状中空导体腔中发生打火(flash over)，所述横截面优选正方形。可将所述环状中空导体腔设置于所述燃烧腔壁的旁边，或者如上文所述布置于燃烧腔壁中，以使通过所述环状中空导体腔中的至少一个出口开口、以朝向所述燃烧室的方向径向离开的微波，能通过所述微波窗直接注入到所述燃烧腔中。因此，所述至少一个出口开口可延伸至遍布所述燃烧腔的整个圆周，或者也可仅遍及所述燃烧室的部分。优选地，将微波在所述环状中空导体腔的端部处，以一定角度导入所述燃烧室，以防止在所述环状导体腔的端部处的并已经传播至所述燃烧室附近的微波反射回微波源，或者至少基本减少这些反射。优选地，从所述环状中空导体腔引入微波，可以是通过所述环状中空导体腔与所述燃烧室壁之间的一个圆周间隙引入，该间隙随所述中空导体腔中的微波路径长度而增加；或者优选通过随所述环状中空导体腔中的微波路径长度增加的多个间隙引入，其中所述间隙垂直于所述环状中空导体腔与所述燃烧室壁之间的微波传播方向布置。或者也可以是通过上述组合引入。通过这些方式，可以在所述燃烧室中的大多数位置处浓缩充分量的微波能，从而通过多个点火芯体在所述燃烧室中形成空间点火。优选地，将微波以25GHz至90GHz的频率引入，优选以36GHz引入。因为显而易见的是，这些频率可以在所述燃烧室中形成所需的空间点火。进一步地，优选将所述微波引入到脉冲包中，其中，在已经进行了燃料空气混合物的点火后，仍要维持所述脉冲包。由此，所述燃料空气混合物的点火被优化，并且所述燃料空气混合物的燃烧被进一步激活，即使在已经进行了点燃以及燃烧室可能已经正在扩张后亦如此。所述方法的一个特别优点是，根据曲轴角度函数引入微波，从而可进行精确的点火控制。根据本专利技术，内燃机具有至少一个带有汽缸盖的汽缸，在汽缸盖中微波能通过微波窗引入至燃烧室。在该内燃机中，所述燃烧室包括至少一个燃烧室壁，其部分地充当微波窗。其中，所述燃烧室壁由至少一个圆周环状中空导体腔包封，所述圆周环状中空导体腔具有至少一个用于微波的进给和至少一个朝着所述燃烧室壁的方向设置的用于微波的出口开口。因此，所述燃烧室壁可由陶瓷材料或另一种合适的材料制成，并且可作为插件引入所述汽缸内。优选地，为了避免所述环状导体腔的端部处的反射，在环状导体腔的端部处设置有一个壁，该壁的位置设置为相对于所述环状中空导体腔和朝着所述燃烧室壁的方向的出口开口成一角度。所述内燃机优选为包括一个圆周间隙，该间隙在所述环状中空导体腔与所述燃烧室壁之间，其中所述间隙随微波在所述环状中空导体腔中的路径长度增大。或者所述内燃机包括多个间隙，所述间隙优选随微波在所述环状中空导体腔中的路径长度增大，并且该间隙设置为垂直于微波在所述环状中空导体腔与所述燃烧室壁之间的传播方向。或者为上述方式的组合。优选地，还可提供邻接所述第一环状中空导体腔的附加的中空导体腔该附加中空导体腔优选与第一环状中空导体腔相同。其中，所述附加环状中空导体腔，例如设置为具有出口开口，该出口开口相对于所述第一环状中空导体腔的出口开口偏移，并且其包括与所述第一环状中空导体腔的进给相对布置的进给。此外，可在所述燃烧腔中，特别是所述汽缸盖中，提供用于局域场增加以及点火芯体生成的电极。根据需求，也可按照共有的专利申请EP 15 15 72 98.2在所述汽缸盖中设置至少一个附加微波火花塞。注入的数学描述是基于柱坐标系r、φ、z的。在由导电的边界限定的圆柱形空间中，电磁波沿圆周的分布由正弦函数或余弦函数定义，以及由沿半径的柱坐标函数也称为贝塞尔函数定义。根据场线的朝向，相关的本征模式被称为T Emn模式、T模式或Mmn模式。因此，第一个指针m对应于方位最大值的数目，第二指数n对应径向最大值的数目。方位指针高并且径向指针低的模式被称为回音壁模式(Whispering Gallery Modes，WGM)。它们的能量基本在中空汽缸的边缘处振动。随着径向指针的增大， 振动中的能量会移动至燃烧室的内部。两种模式在方位上偏移了π/(2m)并且是时基的，但是在其他方面相同，这两种模式的叠加引出了旋转模式。这是在文献中是公知的。在数学上，方位固定的模式由两个相反的旋转模式使用以下方程表示：在m＝0的情况下，存在方位恒定的分布。在径向方向应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将微波能引入内燃机的燃烧室的方法，所述内燃机为往复式内燃机，具有至少一个带有的汽缸盖(2)的汽缸(4)，在所述内燃机中，微波通过微波窗到达所述燃烧室(6)，其特征在于，所述微波绕所述燃烧室的圆周传播，所述微波通过燃烧室壁(8)的充当微波窗的至少部分径向注入所述燃烧室(6)。

【技术特征摘要】
2015.03.03 EP 15157324.31.一种将微波能引入内燃机的燃烧室的方法，所述内燃机为往复式内燃机，具有至少一个带有的汽缸盖(2)的汽缸(4)，在所述内燃机中，微波通过微波窗到达所述燃烧室(6)，其特征在于，所述微波绕所述燃烧室的圆周传播，所述微波通过燃烧室壁(8)的充当微波窗的至少部分径向注入所述燃烧室(6)。2.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，微波通过至少一个环状中空导体腔(9)注入所述燃烧室(6)，所述至少一个环状中空导体腔(9)设置于所述燃烧室(6)的圆周处且包括至少一个出口开口(11、13、16)，所述出口开口设置为朝着所述燃烧室(6)的方向。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微波在所述环状中空导体腔(9)的端部(14)以一角度注入至所述燃烧室(6)。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述微波从所述环状中空导体腔(9)注入，是通过在所述环状中空导体腔(9)与所述燃烧室壁(8)之间延伸的圆周间隙(11)注入，或是通过所述环状中空导体腔(9与所述燃烧室壁(8)之间的尺寸随所述环状中空导体腔(9)中的所述微波的路径长度增大的圆周间隙注入，或是通过尺寸随所述环状中空导体腔(9)中的所述微波的路径长度增大、并且垂直于所述微波在所述环状中空导体腔(9)与所述燃烧室壁(8)之间的传播方向设置的多个间隙注入，或是通过其组合注入。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述微波以25GHz至90GHz的频率注入，有利地以36GHz的频率注入。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述微波被引入至脉冲包中，其中，在已经对燃料空气混合物进行了点火后，仍保...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿名·格莱茨，沃尔克·格莱茨，
申请(专利权)人：MWI微波燃器股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE