微波等離子體點火內燃機燃燒系統的製作方法

2023-06-02 19:01:41

微波等離子體點火內燃機燃燒系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統，該微波等離子體點火內燃機燃燒系統包括微波點火裝置和燃燒室，該微波點火裝置向該燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，該微波脈衝用於擊穿並點燃該燃燒室內的可燃混合氣體。本發明通過向燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，在燃燒室內實現諧振效果，產生強電磁場，從而擊穿並點燃燃燒室內的可燃混合氣體，進而拓寬了發動機稀燃極限，提高發動機的稀燃能力，並實現穩定的稀薄燃燒。
【專利說明】微波等離子體點火內燃機燃燒系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及發動機領域，尤其涉及一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統。
【背景技術】
[0002]發動機中一個基本的部件是將燃料的化學能轉化為機械能的燃燒室，燃燒室內燃料的點燃取決於幾個因素:油氣溫度、點火器的類型、點火能量、燃料空氣比、點火能量輸入點及燃料由噴油嘴輸油的自動化程度，燃燒室需要一個點火器來觸發燃燒過程，普遍用於汽車及飛機發動機上的眾所周知的點火器是火花塞點火系統，該點火系統產生一個高壓脈衝加到火花塞上，在火花塞的兩個電極之間產生一個瞬態的高電場，這個高電場引起油氣混合氣體擊穿或放電，形成等離子體火花繼而導致燃燒室油氣混合體的燃燒。
[0003]汽油機一直是火花塞單點點火，因此帶來了汽油機燃燒不穩定、燃燒不迅速和燃燒不完全三大難題。為了實現高效節能，國際上主要研究思路一直是在傳統火花塞基礎上提高點火能量，但效果甚微。因此，改進點火方式從而產生多點點火甚至空間點火，將是汽油機節能減排的重大突破。但是，目前傳統汽油機採用火花塞點火模式仍然難以實現稀燃。

【發明內容】

[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題是:提供一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統，能夠提聞發動機的稀燃能力。
[0006](二)技術方案
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供了一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統，包括微波點火裝置和燃燒室，所述微波點火裝置向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，所述微波脈衝用於擊穿並點燃所述燃燒室內的可燃混合氣體。
[0008]進一步地，所述微波點火裝置包括電源、微波源和微波塞，其中，所述電源、所述微波源和所述微波塞依次連接，所述微波塞從所述微波源接收微波能量以向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝。
[0009]進一步地，所述電源通過脈衝發生器與所述微波源相連接，所述脈衝發生器根據接收的觸發信號向所述脈衝源發送控制信號，所述脈衝源根據所述控制信號向所述微波塞發送微波能量。
[0010]進一步地，所述燃燒室為由活塞1、缸體2、缸蓋3、進氣門5、排氣門7形成的腔體。[0011 ] 進一步地，所述腔體為圓柱型。
[0012]進一步地，所述微波塞設置在所述缸蓋3上。
[0013]進一步地，所述腔體為在所述活塞I或者所述缸蓋3上形成的凹槽。
[0014](三)有益效果
[0015]本發明通過向燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，在燃燒室內實現諧振效果，產生強電磁場，從而擊穿並點燃燃燒室內的可燃混合氣體，進而拓寬了發動機稀燃極限，提高發動機的稀燃能力，並實現穩定的稀薄燃燒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施方式提供的一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統的結構圖；
[0017]圖2是本發明實施方式提供的一種微波點火裝置的結構圖；
[0018]圖3是本發明實施方式提供的另一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統的結構圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0020]圖1是本發明實施方式提供的一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統的結構圖，該微波等離子體點火內燃機燃燒系統包括微波點火裝置和燃燒室，所述微波點火裝置向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，所述微波脈衝用於擊穿並點燃所述燃燒室內的可燃混合氣體，具體地，微波脈衝在燃燒室中發生諧振，產生大體積的等離子體和活性基團，從而點燃燃燒室內的可燃混合氣體。其中，微波點火裝置包括微波塞6，燃燒室9為由活塞1、缸體2、缸蓋3、進氣門5、排氣門7形成的腔體，該燃燒室可以由金屬材質構成，該微波點火裝置向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，在燃燒室內實現諧振效果，產生強電磁場，從而擊穿並點燃燃燒室內的可燃混合氣體。
[0021]具體地，微波點火裝置用於向燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，參見圖2，具體包括電源11、微波源10和微波塞6，所述電源11、所述微波源10和所述微波塞6依次連接，所述微波塞6從所述微波源10接收微波能量以向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝。
[0022]此外，該微波點火裝置還包括脈衝發生器，電源11通過脈衝發生器與所述微波源10相連接，所述脈衝發生器根據接收的觸發信號向所述脈衝源10發送控制信號，所述脈衝源10根據所述控制信號向所述微波塞發送微波能量。
[0023]具體地，參見圖1，燃燒室9為由活塞1、缸體2、缸蓋3、進氣門5、排氣門7形成的腔體，該腔體可以為圓柱型，氣體從進氣道4進入燃燒室，燃燒後的廢氣從排氣道8排出燃燒室。微波塞設置在所述缸蓋3上。
[0024]其中，對於小缸徑發動機而言，以微波塞代替傳統火花塞點火裝置，參見圖1，燃燒室9為由活塞1、缸體2、缸蓋3、進氣門5、排氣門7形成的腔體，該腔體可以為在缸蓋3上形成的凹槽，從而將圓柱型燃燒室布置在缸蓋3上，並使燃燒室直徑Dl允許超出氣缸直徑範圍D2，從而達到配合微波諧振的要求，活塞I採用平頂設計，活塞壓縮運行到氣缸上止點時，燃燒室為圓柱型腔體，此時饋入微波脈衝，利用微波諧振原理，在諧振腔體內形成足以擊穿可燃混合氣的強電磁場，實現可燃混合氣的著火燃燒。
[0025]對於大缸徑直噴壓燃發動機，以微波塞代替噴油器，參見圖3，圖3是本發明實施方式提供的另一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統的結構圖，燃燒室9為由活塞1、缸體
2、缸蓋3、進氣門5、排氣門7形成的腔體，該腔體為在活塞I上形成的凹槽，從而將燃燒室布置在活塞I上，該腔體可以為圓柱型，氣體從進氣道4進入燃燒室，燃燒後的廢氣從排氣道8排出燃燒室，微波塞6設置在缸蓋3上，並使燃燒室直徑Dl滿足微波諧振的要求，燃燒室空間呈圓柱形腔體。利用微波饋入發動機燃燒室，激發出0H、03等活性基團，觸發上止點附近燃燒室內活化熱氛圍條件下已接近自然狀態的混合氣體著火燃燒。
[0026]本發明實施方式提供的微波等離子體點火內燃機燃燒系統通過向燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，在燃燒室內實現諧振效果，產生強電磁場，從而擊穿並點燃燃燒室內的可燃混合氣體，不僅可以拓寬發動機稀燃極限，提高發動機的稀燃能力，實現穩定的稀薄燃燒，還可以提高發動機熱效率，降低碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)排放，此外，還可以實現空間大面積點火，大幅度加快火焰傳播速度。
[0027]本發明提供的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，不僅可以用於傳統火花塞式點火發動機，還可用於均質壓燃(HCCI)發動機。以微波等離子體點火主動觸發高效低汙染新型燃燒模式的著火時刻，從而擺脫昂貴的燃燒狀態傳感器和複雜的燃燒閉環反饋策略，力口快高效清潔稀薄燃燒產業化進程。
[0028]以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，包括微波點火裝置和燃燒室，所述微波點火裝置向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝，所述微波脈衝用於擊穿並點燃所述燃燒室內的可燃混合氣體。
2.根據權利要求1所述的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，所述微波點火裝置包括電源、微波源和微波塞，其中，所述電源、所述微波源和所述微波塞依次連接，所述微波塞從所述微波源接收微波能量以向所述燃燒室饋入預設頻率的微波脈衝。
3.根據權利要求2所述的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，所述電源通過脈衝發生器與所述微波源相連接，所述脈衝發生器根據接收的觸發信號向所述脈衝源發送控制信號，所述脈衝源根據所述控制信號向所述微波塞發送微波能量。
4.根據權利要求3所述的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，所述燃燒室為由活塞(I)、缸體(2)、缸蓋(3)、進氣門(5)、排氣門(7)形成的腔體。
5.根據權利要求4所述的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，所述腔體為圓柱型。
6.根據權利要求4所述的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，所述微波塞設置在所述缸蓋(3)上。
7.根據權利要求4所述的微波等離子體點火內燃機燃燒系統，其特徵在於，所述腔體為在所述活塞(I)或者所述缸蓋(3)上形成的凹槽。
【文檔編號】F02P23/04GK103470427SQ201310462347
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】王志, 黃健 申請人:清華大學