一种内燃发动机点火系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种内燃发动机点火系统，包括：电磁波源、耦合装置、汽缸和控制单元，其中，所述控制单元，监测当前的内燃发动机转速，并在达到所述内燃发动机转速的点火提前角度时通知电磁波源；所述电磁波源，产生一处于所述汽缸固有频率的范围内的固定频率的电磁波；所述耦合装置，将所述电磁波输入所述汽缸；所述耦合装置的探入汽缸的火花塞接口的部分和汽缸，构成谐振腔，使所述电磁波在汽缸内被谐振放大后产生的电场强度大于发生点火的临界电场强度。本实用新型专利技术能够在不改变现有内燃发动机结构的前提下，替代现有内燃发动机高压火花点火系统的火花塞将电磁波有效地耦合入汽缸内，并大大提高射频和电磁波点火的成功机率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于汽车エ业与电子
，具体地说，涉及一种内燃发动机点火系统。
技术介绍
现有汽油(以及天然气，包括压缩和液化天然气)内燃发动机的点火系统由高电压脉冲火花放电来点燃汽缸内匀质油气混合物。当这个高压电脉冲(8千伏以上)加到火花塞的相距大约I毫米的电极之间时，一个瞬态的等效高电场(8X106伏/米)产生于汽缸内火花塞的两个(或多个)电极之间。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。这ー传统的点火方法有一系列的缺点，主要是低能量转换效率及很大的废 气排放。其结果是对环境产生污染，而且浪费宝贵的燃油。引起低效率的根本原因在于:为了达到油气的击穿放电，电极的尺寸及距离都很小(约I毫米)，因而放电发生在一个极小的点上。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カ有所提高，但要增加机械噪音，并排放煤畑。而且，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更大的气压，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。与二者相比，电磁波点火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，減少尾气排放，提高内燃发动机的动カ和汽车性价比，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，直接应用于常规汽油机，也可用于柴油(并減少其汽缸压力和制造成本)，还可用于天然气、压缩或液化天然气、液化石油气、生物或可再生油和混合燃料，也可用于混合动カ车。近年来，国内外诸多研究已经考虑将电磁波点火技术引入内燃发动机领域。美国专利US5983871介绍了ー种输入电磁波能量和激光能量以产生等离子体点火的复合方法，其耦合装置的安装需要改变汽缸的结构，因此，对电磁波点火的产业化、实用化必然造成障碍；美国专利US6581581介绍了通过电磁波产生等离子以及原子化的燃料空气混合物的磁力电离点火的复合方法，但是其点火装置和耦合装置都变得非常复杂；美国专利US7793632提出了ー种将电磁波点火装置设计在火花塞点火的基础上的电磁波点火装置，在保留火花塞点火的前提下对火花塞进行一定的改装，通过火花塞输入电磁波能量从而释放低温的等离子体，以加强火花塞的点火效率，但该方案中的电磁波能量并不经过谐振放大，从电磁波所起的作用可以看到其并不是真正依靠电磁波进行点火，而是辅以电磁波帮助的火花塞点火。显然，上述现有技术显示了内燃发动机电磁波点火的可行性和优越性，但都没有有效地解决实际技术问题，而且増加了实现成本。由于内燃发动机电磁波点火需要的“电磁波发射天线”置于汽缸中，故发射不是开放式的。由于汽缸顶部的汽缸盖形成的电磁波腔体的几何形状不规则，无固定或常见的电磁波振荡模式可言，故仅仅依靠车载蓄电池电量，现有的电磁波点火结构无法获得电磁波点火所需的能量。
技术实现思路
有鉴于此，本技术所要解决的技术问题是提供了一种内燃发动机点火系统，能够在不改变现有内燃发动机结构的前提下，替代现有内燃发动机高压火花点火系统的火花塞并大大提高电磁波点火的成功机率。为了解决上述技术问题，本技术公开了ー种内燃发动机点火系 统，包括电磁波源、耦合装置、汽缸和控制单元，其中，所述控制単元，监测当前的内燃发动机转速，并在达到所述内燃发动机转速的点火提前角度时通知电磁波源；所述电磁波源，产生ー处于所述汽缸固有频率的范围内的固定频率的电磁波；所述耦合装置，将所述电磁波输入所述汽缸；所述耦合装置的探入汽缸的火花塞接ロ的部分和汽缸，构成谐振腔，使所述电磁波在汽缸内被谐振放大后产生的电场强度大于发生点火的临界电场强度。进ー步地，所述控制単元，根据内燃发动机的转速范围检测其中每种转速下对应的点火提前角度，得到所述点火提前角度的范围。进ー步地，所述控制単元，根据点火提前角度范围检测其中每个点火提前角度下对应的汽缸具有的固有频率，得到所述汽缸的固有频率范围。进ー步地，所述耦合装置，向汽缸内发射的电磁波的能量不高于200瓦；所述谐振腔，使电磁波被谐振放大后产生的电场强度达到IO6伏/米量级。进ー步地，所述耦合装置，还包括传输单元及处于所述传输単元延伸方向的耦合天线，其中，所述传输単元的内部尺寸根据汽缸的等效输入阻抗或几何形状直接进行设置；所述稱合天线，进ー步包括中心天线，所述中心天线为所述传输单元的中心导体的延伸，并伸入所述汽缸内。进ー步地，所述传输単元的中心导体处于所述传输单元的中心轴，绝缘层围绕着所述中心轴包覆所述中心导体，外层导体同柱围绕着所述中心轴包覆所述绝缘层。进ー步地，根据汽缸的等效输入阻抗或几何形状设置所述中心导体的半径和绝缘层的厚度。进ー步地，在所述耦合天线与所述传输単元的连接处，所述绝缘层暴露，当所述绝缘层使用非耐热材料时，所述绝缘层暴露的表面覆盖具有透射电磁波能力的隔热电介质材料，如陶瓷。进ー步地，所述传输単元的外层导体的形状尺寸与汽缸的火花塞接ロ处的形状尺寸相适应。进ー步地，所述耦合天线，还包括与所述中心天线同轴的外围天线，所述外围天线为所述传输単元的外层导体的延伸，围绕着所述中心天线并伸入汽缸内，所述外围天线的数量不小于所述中心天线。进ー步地，所述传输単元的中心导体处于所述传输单元的中心轴，绝缘层围绕着所述中心轴包覆所述中心导体，外层导体同柱围绕着所述中心轴包覆所述绝缘层；探入所述汽缸的火花塞接ロ的部分传输单元中的绝缘层、所述外围天线与所述中心天线围成的空间以及所述汽缸，构成所述谐振腔。进ー步地，所述外围天线在所述外层导体的延伸方向上成阵列式密闭排布，将所述中心天线包围。进ー步地，所述外围天线为环形结构。进ー步地，所述外围天线在所述外层导体的延伸方向上成阵列式分散分布，环绕所述中心天线。进ー步地，所述外围天线为爪形结构。进ー步地，所述电磁波源，采用同轴传输线或波导与所述耦合装置对接；所述耦合装置，安装在所述汽缸的火花塞接ロ处。进ー步地，所述中心天线的长度与所述电磁波源所产生的电磁波的波长有夫，所 述电磁波的波长与谐振放大发生点火的时刻的汽缸深度有夫。进ー步地，所述中心天线的长度大于零且小于所述汽缸的汽缸盖深度的50% ;同时所述中心天线的长度为所述电磁波源所产生的电磁波波长的I /3 ± IO %。进ー步地，所述中心天线的长度为所述电磁波源所产生的电磁波波长的1/3 ;同时所述中心天线的长度为所述汽缸的汽缸盖深度的30%。与现有的方案相比，本技术所获得的技术效果I)由本技术的耦合装置替代火花塞，点火控制将与传统内燃发动机类似，无需依靠检测汽缸温度或压カ的闭环控制系统。2)本技术的耦合装置可以获取到与内燃发动机汽缸的等效输入阻抗最佳配合的输出阻抗，从而将电磁波能量反射减到最小，提高了点火成功的机率。这样输入电磁波的功率不需要高于200瓦，即能可靠点火。3)因为等离子体的产生造成失谐，因此等离子体的产生对本专利中的电磁波点火方案具有负面影响，而本技术的方案可以精确控制电磁波点火的时间，在特定的时间输入电磁波，因此可以有效避免电磁波因提前输入而导致在谐振点火前就产生等离子体。附图说明图I为本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内燃发动机点火系统，其特征在于，包括电磁波源、耦合装置、汽缸和控制单元，其中， 所述控制単元，监测当前的内燃发动机转速，并在达到所述内燃发动机转速的点火提前角度时通知电磁波源； 所述电磁波源，产生ー处于所述汽缸固有频率的范围内的固定频率的电磁波； 所述耦合装置，将所述电磁波输入所述汽缸； 所述耦合装置的探入汽缸的火花塞接ロ的部分和汽缸，构成谐振腔，使所述电磁波在汽缸内被谐振放大后产生的电场强度大于发生点火的临界电场强度。2.如权利要求I所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 所述控制単元，根据内燃发动机的转速范围检测其中每种转速下对应的点火提前角度，得到所述点火提前角度的范围。3.如权利要求2所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 所述控制単元，根据点火提前角度范围检测其中每个点火提前角度下对应的汽缸具有的固有频率，得到所述汽缸的固有频率范围。4.如权利要求I所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 所述耦合装置，向汽缸内发射的电磁波的能量不高于200瓦； 所述谐振腔，使电磁波被谐振放大后产生的电场强度达到IO6伏/米量级。5.如权利要求I所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 所述耦合装置，还包括传输单元及处于所述传输単元延伸方向的耦合天线，其中，所述传输単元的内部尺寸根据汽缸的等效输入阻抗或几何形状直接进行设置；所述耦合天线，进一歩包括中心天线，所述中心天线为所述传输単元的中心导体的延伸，井伸入所述汽缸内。6.如权利要求5所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 所述传输単元的中心导体处于所述传输单元的中心轴，绝缘层围绕着所述中心轴包覆所述中心导体，外层导体同柱围绕着所述中心轴包覆所述绝缘层。7.如权利要求6所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 根据汽缸的等效输入阻抗或几何形状设置所述中心导体的半径和绝缘层的厚度。8.如权利要求6所述的内燃发动机点火系统，其特征在干， 在所述耦合天线与所述传输単元的连接处，所述绝缘层暴露，当所述绝缘层使用非耐热材料时，所述绝缘层暴露的表面覆盖具有透射电磁波能力的隔热电介质材料。9.如权利要求6所述的内燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耘，陈伟，孙方，
申请(专利权)人：四川得弘电子科技有限公司，英国格拉斯哥大学，
类型：实用新型
国别省市：