專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車(chē)工業(yè)與電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置，以下簡(jiǎn)稱(chēng)耦合裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有汽油(以及天然氣，包括壓縮和液化天然氣)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)由高電壓脈沖火花放電來(lái)點(diǎn)燃汽缸內(nèi)勻質(zhì)油氣混合物。當(dāng)這個(gè)高壓電脈沖(8千伏以上)加到火花塞的相距大約1毫米的電極之間時(shí)，一個(gè)瞬態(tài)的等效高電場(chǎng)(8X106伏/米)產(chǎn)生于汽缸內(nèi)火花塞的兩個(gè)(或多個(gè))電極之間。這個(gè)等效高電場(chǎng)引起油氣混合介質(zhì)的擊穿放電， 繼而開(kāi)始燃燒。這一傳統(tǒng)的點(diǎn)火方法有一系列的缺點(diǎn)，主要是低能量轉(zhuǎn)換效率及很大的廢氣排放。其結(jié)果是對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，而且浪費(fèi)寶貴的燃油。引起低效率的根本原因在于為了達(dá)到油氣的擊穿放電，電極的尺寸及距離都很小(約1毫米)，因而放電發(fā)生在一個(gè)極小的點(diǎn)上。與汽油和天然氣內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)不同，柴油機(jī)使用的是空氣高壓升溫后噴油著火，燃燒面開(kāi)始得更寬，燃油效率和機(jī)械功率及動(dòng)力有所提高，但要增加機(jī)械噪音，并排放煤煙。 而且，一輛柴油汽車(chē)的價(jià)格高出同比汽油汽車(chē)20%，因?yàn)椴裼蛢?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)需要承受更大的氣壓，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)及噴油系統(tǒng)的材料要求較高，汽缸需要增厚。汽車(chē)增加的重量也使燃油的里程效益受到節(jié)制。與二者相比，電磁波點(diǎn)火可使燃燒效率大為提高，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)做功里程不變的情況下，大幅度的降低燃料消耗，減少尾氣排放，提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和汽車(chē)性?xún)r(jià)比，具有無(wú)火化噪音、無(wú)觸點(diǎn)蝕耗、可靠性高、壽命長(zhǎng)及維持費(fèi)用低等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)、尾氣催化器以及微粒濾清器的費(fèi)用將明顯降低，直接應(yīng)用于常規(guī)汽油機(jī)，也可用于柴油 (并減少其汽缸壓力和制造成本)，還可用于天然氣、壓縮或液化天然氣、液化石油氣、生物或可再生油和混合燃料，也可用于混合動(dòng)力車(chē)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多研究已經(jīng)考慮將電磁波點(diǎn)火技術(shù)引入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中介紹了一種輸入電磁波能量和激光能量以產(chǎn)生等離子體點(diǎn)火的復(fù)合方法，其耦合裝置的安裝需要改變汽缸的結(jié)構(gòu)，因此，對(duì)電磁波點(diǎn)火的產(chǎn)業(yè)化、實(shí)用化必然造成障礙；現(xiàn)有技術(shù)中還介紹了通過(guò)電磁波產(chǎn)生等離子以及原子化的燃料空氣混合物的磁力電離點(diǎn)火的復(fù)合方法，但是其點(diǎn)火裝置和耦合裝置都變得非常復(fù)雜。顯然，上述現(xiàn)有技術(shù)顯示了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)電磁波點(diǎn)火的可行性和優(yōu)越性，但都沒(méi)有有效地解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題，而且增加了實(shí)現(xiàn)成本。由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的電磁波點(diǎn)火需要的“電磁波發(fā)射天線”置于汽缸中，故發(fā)射不是開(kāi)放式的。由于汽缸頂部的汽缸蓋形成的電磁波腔體的幾何形狀不規(guī)則，無(wú)固定或常見(jiàn)的電磁波振蕩模式可言，故僅僅依靠車(chē)載蓄電池電量，使用現(xiàn)有的耦合裝置的結(jié)構(gòu)無(wú)法獲得電磁波點(diǎn)火所需的能量
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置，能夠在不改變現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，替代現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓火花點(diǎn)火系統(tǒng)的火花塞并大大提高電磁波點(diǎn)火的成功機(jī)率。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置，包括傳輸單元及處于所述傳輸單元延伸方向的耦合天線，其中，所述傳輸單元的內(nèi)部尺寸根據(jù)汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀直接進(jìn)行設(shè)置；所述耦合天線，進(jìn)一步包括中心天線，所述中心天線為所述傳輸單元的中心導(dǎo)體的延伸，并伸入汽缸內(nèi)。進(jìn)一步地，所述傳輸單元的中心導(dǎo)體處于所述傳輸單元的中心軸，絕緣層圍繞著所述中心軸包覆所述中心導(dǎo)體，外層導(dǎo)體同柱圍繞著所述中心軸包覆所述絕緣層。進(jìn)一步地，根據(jù)汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀設(shè)置所述中心導(dǎo)體和絕緣層的厚度。進(jìn)一步地，在所述耦合天線與所述傳輸單元的連接處，所述絕緣層暴露；當(dāng)所述絕緣層使用非耐熱材料時(shí)，所述絕緣層暴露的表面覆蓋具有透射電磁波能力的隔熱電介質(zhì)材料，比如陶瓷。進(jìn)一步地，所述傳輸單元的外層導(dǎo)體的形狀尺寸與汽缸的火花塞接口處的形狀尺寸相適應(yīng)，使所述耦合裝置的尺寸適配所述火花塞的尺寸以將所述耦合裝置直接安裝在汽缸蓋頂部的火花塞接口處。進(jìn)一步地，所述耦合天線，還包括與所述中心天線同軸的外圍天線，所述外圍天線為所述傳輸單元的外層導(dǎo)體的延伸，同柱圍繞著所述中心天線并伸入汽缸內(nèi)；所述外圍天線的數(shù)量不小于所述中心天線。進(jìn)一步地，所述外圍天線在所述外層導(dǎo)體的延伸方向上成陣列式密閉排布，將所述中心天線包圍。進(jìn)一步地，所述封閉結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述外圍天線在所述外層導(dǎo)體的延伸方向上成陣列式分散分布，環(huán)繞所述中心天線。進(jìn)一步地，所述開(kāi)放結(jié)構(gòu)為爪形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，采用同軸傳輸線或波導(dǎo)與所述傳輸單元對(duì)接以完成電磁波的輸入。進(jìn)一步地，所述中心天線的長(zhǎng)度與所述電磁波源所產(chǎn)生的電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)，所述電磁波的波長(zhǎng)與諧振放大發(fā)生點(diǎn)火的時(shí)刻的汽缸深度有關(guān)。進(jìn)一步地，所述中心天線的長(zhǎng)度大于零且小于所述汽缸的汽缸蓋深度的50% ；同時(shí)所述中心天線的長(zhǎng)度為所述電磁波源所產(chǎn)生的電磁波波長(zhǎng)的1/3 士 10%。進(jìn)一步地，所述中心天線的長(zhǎng)度為所述輸入電磁波波長(zhǎng)的1/3 ；同時(shí)所述中心天線的長(zhǎng)度為所述汽缸的汽缸蓋深度的30%。與現(xiàn)有的方案相比，本發(fā)明所獲得的技術(shù)效果1)由本發(fā)明的耦合裝置替代火花塞，點(diǎn)火控制將與傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)似，無(wú)需依靠檢測(cè)汽缸溫度或壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)。2)本發(fā)明的耦合裝置可以獲取到與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的等效輸入阻抗最佳配合的輸出阻抗，從而將電磁波能量反射減到最小，提高了點(diǎn)火成功的機(jī)率。這樣輸入電磁波的功率不需要高于200瓦，即能可靠點(diǎn)火。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的耦合裝置與汽缸的組合的截面示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的第一種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合的立體圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的第一種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的放大示圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的第一種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的截面示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的第二種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的截面示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例的封閉結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合的立體圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例的封閉結(jié)構(gòu)的耦合裝置的放大示圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例的第三種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合的立體圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例的第三種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的放大示圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例的第三種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的截面示意圖；圖12為本發(fā)明實(shí)施例的第四種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合的立體圖；圖13為本發(fā)明實(shí)施例的第四種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的放大示圖；圖14為本發(fā)明實(shí)施例的第四種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的截面示意圖；圖15為本發(fā)明實(shí)施例的第五種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的截面示意圖；圖16為本發(fā)明實(shí)施例的第六種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合的立體圖；圖17為本發(fā)明實(shí)施例的第六種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的放大示圖；圖18為本發(fā)明實(shí)施例的第六種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置的截面示意圖；圖19為圖3的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖；圖20為圖3的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖21為圖7的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖；圖22為圖7的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖23為圖9的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖；圖M為圖9的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖25為圖12的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖；圖沈?yàn)閳D12的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖27為圖16的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖；圖觀為圖16的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖。
具體實(shí)施例方式以下將配合圖式及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本發(fā)明的核心構(gòu)思在于用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置，包括傳輸單元及處于所述傳輸單元延伸方向的耦合天線，其中，所述傳輸單元的內(nèi)部尺寸根據(jù)汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀直接進(jìn)行設(shè)置，所述傳輸單元的中心導(dǎo)體處于所述傳輸單元的中心軸，絕緣層圍繞著所述中心軸包覆所述中心導(dǎo)體，外層導(dǎo)體同柱圍繞著所述中心軸包覆所述絕緣層；所述耦合天線，進(jìn)一步包括中心天線，其中，所述中心天線為所述傳輸單元的中心導(dǎo)體的延伸，并伸入汽缸內(nèi)，
所述耦合天線，還可以包括與所述中心天線同軸的外圍天線，其中，所述外圍天線為所述傳輸單元的外層導(dǎo)體的延伸，圍繞著所述中心天線并伸入汽缸內(nèi)。以下描述下本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景。
如圖1所示，為一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。耦合裝置A與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸 B形成類(lèi)似電容、電感的電磁諧振結(jié)構(gòu)，即電磁波諧振腔；電磁波源C產(chǎn)生電磁波并通過(guò)同軸傳輸線或波導(dǎo)D傳輸至耦合裝置A，由耦合裝置A將電磁波能量耦合傳輸進(jìn)入汽缸B，利用汽缸B使電磁波發(fā)生諧振；其中，類(lèi)似普通電磁波天線的耦合裝置A位于汽缸B火花塞接口處，外形尺寸與相應(yīng)的汽油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞相同，由任何耐高溫高壓的導(dǎo)體制成。需要說(shuō)明的是，圖1所示的雙氣門(mén)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是本發(fā)明的眾多應(yīng)用實(shí)例中一個(gè)，本方案所針對(duì)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)并不限于此，本方案也可應(yīng)用于其他類(lèi)型的單或多氣門(mén)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)， 例如四氣門(mén)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、五氣門(mén)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)等等。本方案中的電磁波源C 一般為微波源，其所產(chǎn)生的電磁波一般為微波，當(dāng)然本發(fā)明并不限于此。耦合裝置存在輸出阻抗，而汽缸本身存在輸入阻抗。在理想狀態(tài)下，耦合裝置的輸出阻抗和汽缸的等效輸入阻抗一致，此時(shí)電磁波的能量不會(huì)發(fā)生反射，電磁波能量會(huì)完全進(jìn)入汽缸。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于汽缸的不規(guī)則形狀，汽缸的等效輸入阻抗不是一個(gè)固定的數(shù)值，可能是一個(gè)變化的曲線且很難準(zhǔn)確獲取，這些導(dǎo)致耦合裝置的輸出阻抗和汽缸的等效輸入阻抗很難保持一致。因此，若使用普通天線，電磁波發(fā)射進(jìn)入汽缸后，能量會(huì)反射回耦合裝置，這樣進(jìn)入汽缸的能量就會(huì)發(fā)生衰減，輸出阻抗與輸入阻抗匹配得越不好，反射越大，能量進(jìn)入汽缸的衰減越厲害。而輸出阻抗可以由耦合裝置的結(jié)構(gòu)來(lái)決定，所以本發(fā)明的耦合裝置結(jié)構(gòu)與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的等效輸入阻抗曲線配合將電磁波能量最大耦合輸入汽缸，從而提高電磁波和電磁場(chǎng)點(diǎn)火的可靠性。這樣輸入電磁波的功率不需要高于200瓦，一般輸入功率達(dá)到100 瓦即能可靠點(diǎn)火。以下以第一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的耦合裝置進(jìn)行說(shuō)明。如圖2、3和4所示，分別為本發(fā)明的耦合裝置與汽缸的沿裝置長(zhǎng)度方向的截面圖、 立體圖，以及耦合裝置的立體圖。耦合裝置，包括傳輸單元及處于所述傳輸單元延伸方向的耦合天線。所述傳輸單元的中心導(dǎo)體2處于所述傳輸單元的中心軸，絕緣層3圍繞著所述中心軸包覆所述中心導(dǎo)體2，外層導(dǎo)體1圍繞著所述中心軸包覆所述絕緣層3。所述耦合天線，包括中心天線5和與所述中心天線同軸的外圍天線4，其中，所述中心天線5為所述傳輸單元的中心導(dǎo)體2的延伸，并伸入汽缸內(nèi)；所述外圍天線4為所述傳輸單元的外層導(dǎo)體1 的延伸，同柱圍繞著所述中心天線5并伸入汽缸內(nèi)，所述外圍天線4的數(shù)量不小于所述中心天線5。汽缸分為汽缸蓋9和汽缸本體8，活塞在汽缸本體8內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)附近時(shí)，與汽缸蓋9的火花塞接口相連的耦合裝置會(huì)將電磁波能量耦合或輸入進(jìn)汽缸以進(jìn)行電磁波點(diǎn)火。所述耦合天線與所述傳輸單元在連接處6與汽缸交界，并一起組成諧振腔。當(dāng)所述絕緣層使用非耐熱材料時(shí)，所述絕緣層在連接處6暴露的表面覆蓋具有透射電磁波能力的隔熱材料，所述隔熱材料可以是陶瓷材料，電磁波通過(guò)絕緣層，由隔熱材料透射進(jìn)汽缸。 當(dāng)然，當(dāng)所述絕緣層使用耐熱材料時(shí)，如絕緣層本身為陶瓷材料，則無(wú)需隔熱材料。耦合裝置的輸出阻抗由中心導(dǎo)體2的半徑和絕緣層3的厚度決定，因此本發(fā)明根據(jù)汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀設(shè)計(jì)耦合裝置的中心導(dǎo)體2的半徑和絕緣層3的厚度和耦合天線形狀，達(dá)到以最小的電磁波輸入和最小的電池功耗產(chǎn)生超過(guò)點(diǎn)火所需的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度。耦合裝置的安裝尺寸與火花塞的外形尺寸一致，耦合裝置的外徑與火花塞接口的直徑一致。在實(shí)際操作中，由于耦合裝置的輸出阻抗由中心導(dǎo)體2和絕緣層3決定，外層導(dǎo)體1的外徑固定，可以通過(guò)改變所述傳輸單元的外層導(dǎo)體1的形狀以適應(yīng)汽缸的火花塞接口處的形狀，使所述耦合裝置的尺寸適配所述火花塞的尺寸以將所述耦合裝置直接安裝在汽缸蓋頂部的火花塞接口處。另外，對(duì)于第一實(shí)施例中的耦合裝置的耦合天線結(jié)構(gòu)，本發(fā)明也具有多種變形。1)如圖7和8所示，所述外圍天線4在所述外層導(dǎo)體1的延伸方向上成陣列式密閉排布，構(gòu)成側(cè)面封閉結(jié)構(gòu)(頂部保持開(kāi)放)，將所述中心天線5包圍。所述側(cè)面封閉結(jié)構(gòu)優(yōu)選為環(huán)形結(jié)構(gòu)，也可以是其它側(cè)面封閉結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不限于此。這種結(jié)構(gòu)可以得到較好的傳輸結(jié)構(gòu)的輸出阻抗與汽缸的等效輸入阻抗配合的效果，基本滿足減小反射的要求。2)如圖3和4所示，所述外圍天線4在所述外層導(dǎo)體1的延伸方向上成陣列式分散分布，形成側(cè)面半開(kāi)放結(jié)構(gòu)(頂部保持開(kāi)放)，環(huán)繞所述中心天線5。所述側(cè)面半開(kāi)放結(jié)構(gòu)為爪形結(jié)構(gòu)，也可以是其它側(cè)面半開(kāi)放結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不限于此。這種側(cè)面半開(kāi)放式結(jié)構(gòu)較上一種側(cè)面封閉結(jié)構(gòu)可以達(dá)到更佳的傳輸結(jié)構(gòu)的輸出阻抗與汽缸的等效輸入阻抗配合的效果，最大程度地減小了反射，是最佳的耦合結(jié)構(gòu)。第2項(xiàng)的側(cè)面半開(kāi)放式結(jié)構(gòu)在具體實(shí)現(xiàn)上則多種多樣，如i)如圖3、4和5所示，三根外圍天線4均呈針形(倒錐形)結(jié)構(gòu)，均勻排列，中心天線5呈柱形結(jié)構(gòu)，中心天線5的長(zhǎng)度Ll大于外圍天線4。ii)如圖6所示，三根外圍天線4均呈L形結(jié)構(gòu)，均勻排列，中心天線5呈柱形結(jié)構(gòu)，中心天線5的長(zhǎng)度Ll大于外圍天線4。iii)如圖9、10和11所示，兩根外圍天線4均呈倒L型結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)排列，中心天線 5呈柱形結(jié)構(gòu)，外圍天線4的末端扣在中心天線5的末端，中心天線5的長(zhǎng)度小于外圍天線 4。iv)如圖12、13和14所示，三根外圍天線4均呈倒L型結(jié)構(gòu)，均勻排列，中心天線 5呈針形(倒錐形)結(jié)構(gòu)，中心天線5的長(zhǎng)度Ll大于外圍天線4。ν)如圖15所示，三根外圍天線4均呈倒L型結(jié)構(gòu)，均勻排列，中心天線5呈柱形結(jié)構(gòu)，中心天線5的長(zhǎng)度Ll大于外圍天線4。要說(shuō)明的是，參見(jiàn)圖13，為了耦合裝置與汽缸的火花塞接口便于連接，還可以在耦合裝置上相應(yīng)設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu)10，以便旋入火花塞接口處以緊密固定。其他實(shí)施方式中也可以設(shè)置這種螺紋結(jié)構(gòu)。另外，在本實(shí)施例中所述外圍天線可以設(shè)置為三根或者兩根環(huán)繞中心天線。當(dāng)然，也可以是其它數(shù)量(不小于所述中心天線的數(shù)量)或者方式環(huán)繞，本發(fā)明并不限于此，任何屬于本發(fā)明的構(gòu)思的變形都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以下以第二實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的耦合裝置進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，如圖16、17和18，耦合裝置的耦合天線僅包括中心天線5，中心天線5呈圓柱形，并不包含外圍天線4，耦合裝置的傳輸單元的結(jié)構(gòu)及耦合裝置的其他結(jié)構(gòu)不變。此種耦合裝置的結(jié)構(gòu)也可以獲取到與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的等效輸入阻抗較佳配合的輸出阻抗，達(dá)到以較小的電磁波輸入和較小的電池功耗產(chǎn)生超過(guò)點(diǎn)火所需的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度。本例中的結(jié)構(gòu)也可基本滿足本發(fā)明的技術(shù)要求，但相比具有中心天線和外圍天線結(jié)構(gòu)的耦合裝置的效果稍差。以上所公開(kāi)的耦合裝置中耦合天線部分的幾何形狀不僅僅只是限于所出示的例子，任何屬于本發(fā)明的構(gòu)思的變形都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面通過(guò)一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)支持本發(fā)明的技術(shù)效果和工業(yè)實(shí)用性。當(dāng)在輸入功率為1瓦，汽缸活塞在壓縮沖程移近上止點(diǎn)通過(guò)諧振點(diǎn)火時(shí)，汽缸頂部的電場(chǎng)分布可以參見(jiàn)一下視圖圖19和20分別為第一種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖和電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖21和22分別為封閉結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖和電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖23和M分別為第三種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖和電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖25和沈分別為第四種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖和電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖；圖27和觀分別為第六種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的耦合裝置與汽缸的組合在諧振時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度三維等高線示圖和電場(chǎng)強(qiáng)度分布示圖。表1是基于圖16和17所示的耦合裝置結(jié)構(gòu)，以三種電磁波頻率為例，列出了在輸入功率為1瓦時(shí)，這三種頻率的電磁波在汽缸內(nèi)諧振產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，可見(jiàn)最小場(chǎng)強(qiáng)均已超過(guò)1 X IO5伏/米，也就是說(shuō)，若輸入100瓦，電場(chǎng)強(qiáng)度即可達(dá)1 X IO6伏/米。而現(xiàn)有研究已經(jīng)證明電磁波點(diǎn)火的電場(chǎng)強(qiáng)度只需達(dá)到IO6伏/米量級(jí)即可成功點(diǎn)火。由此，現(xiàn)有車(chē)載蓄電池就足夠使點(diǎn)火時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度維持在IXlO6伏/米的臨界場(chǎng)強(qiáng)之上。本發(fā)明所產(chǎn)生的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)不但能點(diǎn)燃比1 25更稀薄的混合氣，亦可點(diǎn)燃比汽油更難點(diǎn)燃的丙烷。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置，其特征在于，包括傳輸單元及處于所述傳輸單元延伸方向的耦合天線，其中，所述傳輸單元的內(nèi)部尺寸根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀直接進(jìn)行設(shè)置；所述耦合天線，進(jìn)一步包括中心天線，所述中心天線為所述傳輸單元的中心導(dǎo)體的延伸，并伸入所述汽缸內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述傳輸單元的中心導(dǎo)體處于所述傳輸單元的中心軸，絕緣層圍繞著所述中心軸包覆所述中心導(dǎo)體，外層導(dǎo)體圍同柱繞著所述中心軸包覆所述絕緣層。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁耦合裝置，其特征在于，根據(jù)所述汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀設(shè)置所述中心導(dǎo)體的半徑和絕緣層的厚度。
4.如權(quán)利要求2所述的電磁耦合裝置，其特征在于，在所述耦合天線與所述傳輸單元的連接處，所述絕緣層暴露；當(dāng)所述絕緣層使用非耐熱材料時(shí)，所述絕緣層暴露的表面覆蓋具有透射電磁波能力的隔熱電介質(zhì)材料。
5.如權(quán)利要求2所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述傳輸單元的外層導(dǎo)體的形狀尺寸與汽缸的火花塞接口處的形狀尺寸相適應(yīng)，使所述耦合裝置的尺寸適配所述火花塞的尺寸以將所述耦合裝置直接安裝在汽缸蓋頂部的火花塞接口處。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述耦合天線，還包括與所述中心天線同軸的外圍天線，所述外圍天線為所述傳輸單元的外層導(dǎo)體的延伸，圍繞著所述中心天線并伸入汽缸內(nèi)；所述外圍天線的數(shù)量不小于所述中心天線。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述外圍天線在所述外層導(dǎo)體的延伸方向上成陣列式密閉排布，將所述中心天線包圍。
8.如權(quán)利要求7所述的電磁耦合裝置，其特征在于， 所述封閉結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述外圍天線在所述外層導(dǎo)體的延伸方向上成陣列式分散分布，環(huán)繞所述中心天線。
10.如權(quán)利要求9所述的電磁耦合裝置，其特征在于， 所述開(kāi)放結(jié)構(gòu)為爪形結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的電磁耦合裝置，其特征在于，采用同軸傳輸線或波導(dǎo)與所述傳輸單元對(duì)接以完成電磁波的輸入。
12.如權(quán)利要求11所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述中心天線的長(zhǎng)度與所述電磁波源所產(chǎn)生的電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)，所述電磁波的波長(zhǎng)與諧振放大發(fā)生點(diǎn)火的時(shí)刻的汽缸深度有關(guān)。
13.如權(quán)利要求12所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述中心天線的長(zhǎng)度大于零且小于所述汽缸的汽缸蓋深度的50% ；同時(shí)所述中心天線的長(zhǎng)度處于所述輸入電磁波波長(zhǎng)的1/3 士 10%的范圍。
14.如權(quán)利要求12所述的電磁耦合裝置，其特征在于，所述中心天線的長(zhǎng)度為所述輸入電磁波波長(zhǎng)的1/3 ；同時(shí)所述中心天線的長(zhǎng)度為所述汽缸的汽缸蓋深度的30%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置，包括傳輸單元及處于所述傳輸單元延伸方向的耦合天線，其中，所述傳輸單元的內(nèi)部尺寸根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸的等效輸入阻抗或幾何形狀直接進(jìn)行設(shè)置；所述耦合天線，進(jìn)一步包括中心天線，所述中心天線為所述傳輸單元的中心導(dǎo)體的延伸，并伸入汽缸內(nèi)。本發(fā)明能夠在不改變現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，替代現(xiàn)有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)高壓火花點(diǎn)火系統(tǒng)的火花塞將電磁波有效地耦合入汽缸內(nèi)，并大大提高射頻和電磁波點(diǎn)火的成功機(jī)率。
文檔編號(hào)H01F38/14GK102360868SQ20111030193
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者孫方, 李耘, 陳偉 申請(qǐng)人:四川得弘電子科技有限公司, 英國(guó)格拉斯哥大學(xué)