專利名稱：一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，屬于微波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在世界范圍內(nèi)尤其是新興國家的使用范圍越來越廣以及使用數(shù)量越來越多，由此帶來的能源安全和環(huán)境保護(hù)問題日益受到社會(huì)的關(guān)注和政府的重視，因而對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的研究仍是具有重要現(xiàn)實(shí)意義的工作，改善內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)重要研究方向。
目前，火花塞是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的主流點(diǎn)火裝置。長(zhǎng)期以來，在世界范圍內(nèi)對(duì)提高和改善火花塞點(diǎn)火性能的研究工作從未停止過，但從本質(zhì)上講，火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)始終只有小部分能量用于點(diǎn)火，其點(diǎn)火效率較低。所以，對(duì)新型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置的研究日益活躍起來。世界上已經(jīng)發(fā)展了多種新型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火方法，其中一種是微波等離子體點(diǎn)火。微波等離子體點(diǎn)火是由于高能電子碰撞引起可燃混合氣分子發(fā)生離解、激發(fā)甚至電離，形成大量的活性原子、基團(tuán)、離子，從而引起燃料的氧化連鎖反應(yīng)達(dá)到點(diǎn)火的目的，這與火花塞通過高壓放電實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的原理是不同的。實(shí)驗(yàn)研究表明，微波等離子體點(diǎn)火能實(shí)現(xiàn)快速且大體積的點(diǎn)火，能高效地提高點(diǎn)火能量、提高冷啟動(dòng)性能和擴(kuò)展稀薄燃燒極限，尤其是能提高燃燒效率并降低有害氣體排放。但目前這種方法仍然處于實(shí)驗(yàn)研究階段，缺乏有效的裝置使其得到大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，用于替代已有的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞點(diǎn)火，使微波等離子體點(diǎn)火技術(shù)得到大規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明提出的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，包括外導(dǎo)體、絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體；所述的外導(dǎo)體、絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體同軸安裝，所述的絕緣層處于外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體之間；所述的外導(dǎo)體的前端部設(shè)有前端連接螺紋，用于使微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置與微波傳輸線的一端相連，微波傳輸線的另一端與微波發(fā)生器相連，外導(dǎo)體的后部設(shè)有后端連接螺紋，用于使微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置與內(nèi)燃機(jī)的汽缸相連；所述的絕緣層與外導(dǎo)體成緊配合，絕緣層的端部與外導(dǎo)體接觸處設(shè)有密封墊圈；所述的內(nèi)導(dǎo)體與絕緣層成緊配合，內(nèi)導(dǎo)體的前端部為內(nèi)導(dǎo)體連接端，用于與微波傳輸線連接，內(nèi)導(dǎo)體的后端部為內(nèi)導(dǎo)體耦合端，用于增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，誘導(dǎo)微波無極放電，實(shí)現(xiàn)等離子體點(diǎn)火。本發(fā)明提出的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明裝置能夠直接安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室上，在對(duì)具有圓筒狀金屬燃燒室的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)做較少改動(dòng)的前提下，將微波耦合入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，在較低的微波功率下即可產(chǎn)生等離子體并實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，可顯著擴(kuò)展稀薄燃燒極限，高效地提高點(diǎn)火能量和冷啟動(dòng)性能。在點(diǎn)火前后，微波能量均可進(jìn)入燃燒室起到助燃的作用。與傳送火花塞相比，其點(diǎn)火效率更高，能夠有效減少有害氣體的排放，且易于安裝維護(hù)，便于批量生產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明提供的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中，I是外導(dǎo)體，11是外導(dǎo)體前端連接螺紋，12是外導(dǎo)體后端連接螺紋，2是內(nèi)導(dǎo)體，21是內(nèi)導(dǎo)體連接端，22是內(nèi)導(dǎo)體耦合端，3是絕緣層，4是密封墊圈。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括外導(dǎo)體I、絕緣層3和內(nèi)導(dǎo)體2。外導(dǎo)體I、絕緣層3和內(nèi)導(dǎo)體2同軸安裝，絕緣層3處于外導(dǎo)體I和內(nèi)導(dǎo)體2之間。外導(dǎo)體I的前端部設(shè)有前端連接螺紋11，用于使微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置與微波傳輸線的一端相連，微波傳輸線的另一端與微波發(fā)生器(圖I中未示 出)相連，外導(dǎo)體I的后部設(shè)有后端連接螺紋12，用于使微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置與內(nèi)燃機(jī)的汽缸(圖I中未示出)相連。絕緣層3與外導(dǎo)體I成緊配合，絕緣層的端部與外導(dǎo)體接觸處設(shè)有密封墊圈4。內(nèi)導(dǎo)體2與絕緣層3成緊配合，內(nèi)導(dǎo)體2的前端部為內(nèi)導(dǎo)體連接端21，用于與微波傳輸線(圖I中未示出)連接，內(nèi)導(dǎo)體2的后端部為內(nèi)導(dǎo)體耦合端22，用于增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，誘導(dǎo)微波無極放電，實(shí)現(xiàn)等離子體點(diǎn)火。為了實(shí)現(xiàn)微波等離子體點(diǎn)火技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，本發(fā)明提出了一種新型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，將其安裝到具有圓筒狀金屬燃燒室的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)后，微波源通過該耦合裝置把微波能量耦合到燃燒室。在微波源工作頻率和圓筒狀金屬燃燒室的主模頻率4之差的絕對(duì)值小于A f，即滿足If^f1RAf時(shí)，在燃燒室內(nèi)形成駐波場(chǎng)，并在較大的空間范圍內(nèi)建立強(qiáng)電場(chǎng)，擊穿燃燒室內(nèi)的空燃混合氣從而實(shí)現(xiàn)微波點(diǎn)火。由于耦合裝置具有凸出的尖端結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，從而誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)微波無極放電，所以能夠在較低的微波功率下產(chǎn)生等離子體并用于點(diǎn)火。模擬計(jì)算顯示，在輸入微波功率為IOOff時(shí)，耦合裝置凸出結(jié)構(gòu)附近的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大于2. 25X 107V/m，能夠在較低的微波功率下實(shí)現(xiàn)在10個(gè)大氣壓甚至更高壓力下的微波等離子體點(diǎn)火。該微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置的工作原理如下微波傳輸線外導(dǎo)體前端連接螺紋11和微波饋入裝置連接件21能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明耦合裝置與前端的微波饋入裝置相連，微波能量由微波饋入裝置饋入本發(fā)明的耦合裝置，微波傳輸線外導(dǎo)體I、微波傳輸線內(nèi)導(dǎo)體2以及絕緣層3構(gòu)成同軸傳輸線，能夠?qū)崿F(xiàn)微波的傳輸。微波傳輸線外導(dǎo)體后端連接螺紋12能夠與汽缸相連接，微波能量耦合器22將微波能量耦合至汽缸內(nèi)，并在微波能量耦合器22的尖端形成高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域，擊穿汽缸內(nèi)的氣體以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。密封墊圈4能夠?qū)崿F(xiàn)汽缸與外界之間的密封。該耦合裝置與汽缸的接口與火花塞相同，可以直接替代火花塞，便于安裝維護(hù)。
權(quán)利要求
1. 一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，其特征在于該微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置包括外導(dǎo)體、絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體；所述的外導(dǎo)體、絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體同軸安裝，所述的絕緣層處于外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體之間；所述的外導(dǎo)體的前端部設(shè)有前端連接螺紋，用于使微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置與微波傳輸線的一端相連，微波傳輸線的另一端與微波發(fā)生器相連，外導(dǎo)體的后部設(shè)有后端連接螺紋，用于使微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置與內(nèi)燃機(jī)的汽缸相連；所述的絕緣層與外導(dǎo)體成緊配合，絕緣層的端部與外導(dǎo)體接觸處設(shè)有密封墊圈；所述的內(nèi)導(dǎo)體與絕緣層成緊配合，內(nèi)導(dǎo)體的前端部為內(nèi)導(dǎo)體連接端，用于與微波傳輸線連接，內(nèi)導(dǎo)體的后端部為內(nèi)導(dǎo)體耦合端，用于增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，誘導(dǎo)微波無極放電，實(shí)現(xiàn)等離子體點(diǎn)火。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)用微波等離子體點(diǎn)火耦合裝置，屬于微波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本耦合裝置包括外導(dǎo)體、絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體，絕緣層處于外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體之間，外導(dǎo)體的前端部設(shè)有前端連接螺紋，用于使耦合裝置與微波傳輸線的一端相連，其后部設(shè)有后端連接螺紋，用于使耦合裝置與內(nèi)燃機(jī)的汽缸相連。絕緣層與外導(dǎo)體成緊配合，絕緣層的端部與外導(dǎo)體接觸處設(shè)有密封墊圈。內(nèi)導(dǎo)體與絕緣層成緊配合，其前端部為內(nèi)導(dǎo)體連接端，用于與微波傳輸線連接，其后端部為內(nèi)導(dǎo)體耦合端，用于增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，誘導(dǎo)微波無極放電，實(shí)現(xiàn)等離子體點(diǎn)火。與傳送火花塞相比，本耦合裝置點(diǎn)火效率更高，能夠有效減少有害氣體的排放，且易于安裝維護(hù)，便于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F02P23/00GK102797612SQ20121029598
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者王強(qiáng), 劉永喜, 張貴新, 侯凌云, 羅承沐, 李東紅 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 張家港智電電工高技術(shù)研究所有限公司