燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种燃料‑空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机及点火方法，包括发动机控制单元、电磁波源、耦合单元和汽缸。该内燃发动机可适用多种燃料，燃料包括但不限于汽油，柴油，天然气。点火方式包括如下步骤：发动机控制单元在指定的点火提前角向电磁波源发送产生与当时汽缸谐振频率一致的电磁波的命令，电磁波源根据该命令产生电磁波，并通过耦合单元中的传输线和耦合天线，将电磁波输入到内燃发动机的汽缸腔体内谐振，产生强电场，进行大体积点火。本实用新型专利技术保证电磁耦合和谐振时机与点火时机基本一致，大大提高点火时汽缸内发生电磁谐振的几率，实现内燃发动机的燃料‑空气预混合匀质充量电磁体点火。

Fuel-air premixed homogeneous charge electromagnet ignition internal combustion engine

The utility model discloses a fuel-air premixed homogeneous charge electromagnet ignition internal combustion engine and a ignition method, including an engine control unit, an electromagnetic wave source, a coupling unit and a cylinder. The internal combustion engine can be used for a variety of fuels, including but not limited to gasoline, diesel and natural gas. The ignition method includes the following steps: the engine control unit sends the command to the electromagnetic wave source at the specified ignition advance angle to generate the electromagnetic wave consistent with the resonance frequency of the cylinder at that time. According to the command, the electromagnetic wave source generates the electromagnetic wave. Through the transmission line and the coupling antenna in the coupling unit, the electromagnetic wave is input into the cylinder cavity of the internal combustion engine to resonate and generate a strong electric field. Fire in large volume. The utility model ensures that the electromagnetic coupling and resonance timing are basically consistent with the ignition timing, greatly improves the probability of electromagnetic resonance occurring in the cylinder during ignition, and realizes the ignition of the fuel-air premixed homogeneous charge electromagnet of the internal combustion engine.

【技术实现步骤摘要】
燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机
本申请属于汽车工业与电子
，具体地说，涉及一种燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火内燃发动机。
技术介绍
现有的内燃发动机按照点火系统的不同可分为两类，一类是由高电压脉冲火花放电来点燃汽缸内匀质油气混合物，为火花点火(sparkignition)发动机；另一类点火系统是空气高压升温后喷油着火，为压燃(compressignition)发动机。火花点火适用于不同燃料的发动家，包括汽油发动机，天然气(包括压缩和液化天然气)发动机，以及可同时使用油气的双燃料发动机和可在两种燃料(汽油和天然气)中切换使用的两用燃料发动机，而压燃发动机一般为柴油机。当采用高电压脉冲火花点火时，以汽油发动机为例，8千伏以上高压电脉冲加到火花塞的相距大约1毫米的电极之间时，于汽缸内火花塞的两个(或多个)电极之间产生一个瞬态的等效高电场(8×106伏/米)。这个等效高电场引起油气混合介质的击穿放电，继而开始燃烧。由于天然气发动机所需的点火能量高于汽油内燃机的点火能量，所以天然气发动机通常缩小火花塞间距至0.3到0.45毫米，从而形成大于汽油内燃机火花塞点火时的瞬态等效高电场以实现混合气体击穿放电。表1为汽油和天然气的燃料特性，具体环境条件是温度零摄氏度、一个标准大气压下：表1汽油和天然气燃料特性为了达到油气的击穿放电，电极的尺寸及距离都很小(约1毫米)，在天然气发动机中更小，因而放电发生在一个极小的点上，依靠混合气体燃烧放热点燃周围的混合气体。这种单点点火使得燃料燃烧不稳定、不迅速、不完全。从而，在整个燃烧过程中，释放的可用化学能不可逆损失包括燃烧可用能损失(以高温废气形式排放)和气体对缸壁传热。其结果是对环境产生污染，而且浪费宝贵的燃料。与汽油和天然气内燃发动机不同，柴油机使用的是空气高压升温后喷油着火，燃烧面开始得更宽，燃油效率和机械功率及动力有所提高，但要增加机械噪音，并排放煤烟(PM2.5主要来源)和氮氧化物(NOx)。由于是喷油着火，油气不能充分混合，也限制了燃油效率的提高。由于不同燃料的物理特性不同，因此使用不同燃料的发动机一般采用不同的点火方式和点火提前时间。即便是双燃料发动机，也是在两种性质相近的燃料中折中选取能同时满足点火要求的点火提前时间。改变点火方式通常需要相应的改变发动机结构。一辆柴油汽车的价格高出同比汽油汽车20％，因为柴油内燃发动机需要承受比汽油发动机更大的气压和更高的温度，因此对其内燃发动机及喷油系统的材料要求较高，汽缸需要增厚。汽车增加的重量也使燃油的里程效益受到节制。马自达公司新研发的压缩自动点火发动机(CN104047766A)，采用匀质充量压燃点火(homogeneouschargecompressionignition,HCCI)燃烧方式，引起了广泛关注。HCCI燃烧方式是指预先混合燃料和空气得到的预混合气通过压缩自动点火的燃烧方式。该燃烧方式结合了火花点火和压缩点火各自的优点，对改善燃烧状况，提升能量效率有显著优势。但是点火时间控制对于HCCI是一个难点，因为很难保证压缩气体温度升高到自燃温度的时间。在马自达公司之前，通用集团(CN101454551B)和丰电集团(CN100416058C)也针对HCCI进行过研究，但是目前只有马自达公司的HCCI汽车成功进入市场。本技术的匀质充量电磁体点火(homogeneouschargeelectromagnetiignition,HCEMI)采用电磁波作为点火能量源，因电磁波频率由汽缸谐振频率决定。匀质充量电磁体点火与上述的火花点火，压燃点火和匀质充量压缩点火相比，具有如下优点：1)适用于现行的火花点火发动机，而不需要针对电磁体点火对发动机进行改造或重铸；2)实现稀薄燃烧，可使燃烧效率大为提高，在内燃发动机做功里程不变的情况下，大幅度的降低燃料消耗；3)减少污染物排放；3)缩短燃烧时间，减少不可逆能量损失；4)燃烧更稳定可控；5)提高内燃发动机的动力和汽车性价比，具有无火化噪音、无触点蚀耗、可靠性高、寿命长及维持费用低等竞争优势，而且汽车冷却系统、尾气催化器以及微粒滤清器的费用将明显降低；6)实用性高，可直接应用于常规汽油机，也可用于天然气、压缩或液化天然气、液化石油气发动机，包括双燃料两用机和混合燃料机。近年来，国内外诸多研究已经考虑将电磁体点火技术引入内燃发动机点火
，技术人在实现本技术的过程中发现：由于内燃发动机点火系统中，汽缸的频率是不固定的，因为汽缸形成的电磁波谐振腔的几何形状不规则且由于活塞运动一直在变化，没有固定的振荡频率。但是，现有的电磁体点火技术中均采用磁控管作为电磁波源件，而基于谐振原理产生电磁波的磁控管输出电磁波的频率为固定的2.45GHz。这一固定频率并不适用于目前市场上流行的不同型号的发动机，可能会偏离发动机点火时刻的汽缸谐振频率，从而使汽缸处于失谐状态，场强降低，点火效率较低，限制了电磁体点火技术的实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机及点火方法，该内燃发动机采取的匀质充量电磁体点火方式，能够产生与当前的点火提前角度下的汽缸谐振频率一致的电磁波，保证点火时机与电磁耦合和谐振时机基本一致，从而发生谐振的几率大大提高，点火成功率也相应得到大大提高，可以解决现有的电磁体点火技术的点火成功率不高的问题，实现内燃发动机的燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火。为了解决上述技术问题，本申请的技术方案为：一种燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机，包括发动机控制单元，电磁波源、耦合单元和汽缸。耦合单元和电磁波源和汽缸连接，由发动机控制单元控制电磁波的产生，点火时机由发动机控制单元决定，点火发生在电磁波频率与当时的汽缸腔体谐振频率相一致时。电磁波源发出的电磁波频率可调节。由于保持了内燃发动机机械机构和几何形状不变，适用于所有基于火花点火的发动机，具有通用性。同时，燃料空气预混合，并且由于点火不依赖于燃料的燃点，可以适用于多种燃料，燃料包括但不限于汽油，柴油，天然气。燃料与空气在点火前已经预混合。电磁波源发出的电磁波频率可调节为与使用所述电磁体点火式内燃发动机的点火提前角度对应的汽缸谐振频率一致，汽缸谐振频率由汽缸形状和填充在腔体的空燃混合气体共同决定。电磁波源发出的电磁波功率不低于100瓦且不高于200瓦。电磁波源发出的电磁波频率在国际公用频段范围内：900MHz-949MHz,2.4GHz-2.5GHz或5GHz-5.825GHz，以免对正常通讯频段的干扰。针对通信，900MHz允许带宽为26M，一个频道，比如从902到928，算一个频道；2.4GHz带宽为22MHz，一共有14个频道；5GHz更为复杂，通常各国不一定，澳大利亚对大部分频段规定功率在500mw以下(https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels#900_MHz_(802.11ah)。中国，5G频段的5500-5745非公用，5035-5170非公用。此外，国内，430MHz-440Mhz，868-915MHz也属于公用。用于通信，辐射功率大多数地区规定不能高于1W，但是可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料‑空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机，包括发动机控制单元、电磁波源、耦合单元和汽缸，耦合单元连接电磁波源和汽缸，由发动机控制单元控制电磁波的产生，其特征在于，点火时机由发动机控制单元决定，点火发生在电磁波频率与当时的汽缸腔体谐振频率相一致。

【技术特征摘要】
1.一种燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机，包括发动机控制单元、电磁波源、耦合单元和汽缸，耦合单元连接电磁波源和汽缸，由发动机控制单元控制电磁波的产生，其特征在于，点火时机由发动机控制单元决定，点火发生在电磁波频率与当时的汽缸腔体谐振频率相一致。2.根据权利要求1所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，电磁体点火式内燃发动机的点火方式适用于多种燃料，燃料为汽油或柴油或天然气。3.根据权利要求1所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，电磁波源发出的电磁波功率不低于100瓦且不高于200瓦。4.根据权利要求1所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，电磁波频率调节范围为国际公用频段：900MHz-949MHz、2.4GHz-2.5GHz或5GHz-5.825GHz。5.根据权利要求1所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，电磁波源包括电源、电磁波信号发生源电路和功率器件，电源与电磁波信号发生源电路连接并向电磁波信号发生源电路供电，电磁波信号发生源电路与功率器件连接，电磁波信号发生源电路发出的电磁波的频率可调节。6.根据权利要求5所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，电磁波信号发生源电路采用反馈振荡电路。7.根据权利要求5所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，电磁波信号发生源电路至少一个，电磁波信号发生源电路为一个时，功率器件为功率放大器；电磁波信号发生源电路为两个或两个以上并联时，功率器件为功率合成器。8.根据权利要求6所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，反馈振荡电路采用可调电容器或/和可调线圈实现反馈振荡电路发出的电磁波频率可调。9.根据权利要求5所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，所述电源为车载直流电源。10.根据权利要求5所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，所述功率器件采用的半导体器件包括晶体管和/或场效应管。11.根据权利要求5所述的电磁体点火式内燃发动机，其特征在于，所述电磁波信号发生源电路包括反馈振荡电路，所述反馈振荡电路采用的半导体器件包括且不限于雪崩二极管、体效应二极管、双极晶体管、场效应管和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耘，骆伍巧，邹谋举，
申请(专利权)人：东莞理工学院，四川得弘电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44