专利名称：一种内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，属于微波应用技术领域。
背景技术：
随着内燃发动机在世界范围内尤其是新兴国家的使用范围越来越广以及使用数量越来越多，由此带来的能源安全和环境保护问题日益受到社会的关注和政府的重视，因而对内燃发动机节能减排技术的研究仍是具有重要现实意义的工作，改善内燃发动机的点火装置是实现节能减排的一个重要研究方向。
目前，火花塞是内燃发动机的主流点火装置。长期以来，在世界范围内对提高和改善火花塞点火性能的研究工作从未停止过，但从本质上讲，火花塞点火系统始终只有小部分能量用于点火，其点火效率较低。所以，对新型内燃发动机点火装置的研究日益活跃起来。世界上已经发展了多种新型的内燃发动机点火方法，其中一种是微波等离子体点火。微波等离子体点火是由于高能电子碰撞引起可燃混合气分子发生离解、激发甚至电离，形成大量的活性原子、基团、离子，从而引起燃料的氧化连锁反应达到点火的目的，这与火花塞通过高压放电实现点火的原理是不同的。实验研究表明，微波等离子体点火能实现快速且大体积的点火，能高效地提高点火能量、提高冷启动性能和扩展稀薄燃烧极限，尤其是能提高燃烧效率并降低有害气体排放。但目前这种方法仍然处于实验研究阶段，缺乏有效的装置使其得到大规模应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，用于替代已有的内燃发动机的火花塞点火，使微波等离子体点火技术得到大规模应用。本发明提出的内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，包括外导体、绝缘层和内导体；所述的外导体、绝缘层和内导体同轴安装，所述的绝缘层处于外导体和内导体之间；所述的外导体的前端部设有前端连接螺纹，用于使微波等离子体点火耦合装置与微波传输线的一端相连，微波传输线的另一端与微波发生器相连，外导体的后部设有后端连接螺纹，用于使微波等离子体点火耦合装置与内燃机的汽缸相连；所述的绝缘层与外导体成紧配合，绝缘层的端部与外导体接触处设有密封垫圈；所述的内导体与绝缘层成紧配合，内导体的前端部为内导体连接端，用于与微波传输线连接，内导体的后端部为内导体耦合端，用于增强电场强度，诱导微波无极放电，实现等离子体点火。本发明提出的内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，其优点是本发明装置能够直接安装在内燃发动机的燃烧室上，在对具有圆筒状金属燃烧室的内燃发动机做较少改动的前提下，将微波耦合入内燃发动机的燃烧室，在较低的微波功率下即可产生等离子体并实现点火，可显著扩展稀薄燃烧极限，高效地提高点火能量和冷启动性能。在点火前后，微波能量均可进入燃烧室起到助燃的作用。与传送火花塞相比，其点火效率更高，能够有效减少有害气体的排放，且易于安装维护，便于批量生产。
图I是本发明提供的内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置的结构示意图。图I中，I是外导体，11是外导体前端连接螺纹，12是外导体后端连接螺纹，2是内导体，21是内导体连接端，22是内导体耦合端，3是绝缘层，4是密封垫圈。
具体实施例方式本发明提出的内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，其结构如图I所示，包括外导体I、绝缘层3和内导体2。外导体I、绝缘层3和内导体2同轴安装，绝缘层3处于外导体I和内导体2之间。外导体I的前端部设有前端连接螺纹11，用于使微波等离子体点火耦合装置与微波传输线的一端相连，微波传输线的另一端与微波发生器(图I中未示 出)相连，外导体I的后部设有后端连接螺纹12，用于使微波等离子体点火耦合装置与内燃机的汽缸(图I中未示出)相连。绝缘层3与外导体I成紧配合，绝缘层的端部与外导体接触处设有密封垫圈4。内导体2与绝缘层3成紧配合，内导体2的前端部为内导体连接端21，用于与微波传输线(图I中未示出)连接，内导体2的后端部为内导体耦合端22，用于增强电场强度，诱导微波无极放电，实现等离子体点火。为了实现微波等离子体点火技术的大规模应用，本发明提出了一种新型的内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，将其安装到具有圆筒状金属燃烧室的内燃发动机后，微波源通过该耦合装置把微波能量耦合到燃烧室。在微波源工作频率和圆筒状金属燃烧室的主模频率4之差的绝对值小于A f，即满足If^f1RAf时，在燃烧室内形成驻波场，并在较大的空间范围内建立强电场，击穿燃烧室内的空燃混合气从而实现微波点火。由于耦合装置具有凸出的尖端结构，能够进一步增强电场强度，从而诱导实现微波无极放电，所以能够在较低的微波功率下产生等离子体并用于点火。模拟计算显示，在输入微波功率为IOOff时，耦合装置凸出结构附近的平均电场强度大于2. 25X 107V/m，能够在较低的微波功率下实现在10个大气压甚至更高压力下的微波等离子体点火。该微波等离子体点火耦合装置的工作原理如下微波传输线外导体前端连接螺纹11和微波馈入装置连接件21能够实现本发明耦合装置与前端的微波馈入装置相连，微波能量由微波馈入装置馈入本发明的耦合装置，微波传输线外导体I、微波传输线内导体2以及绝缘层3构成同轴传输线，能够实现微波的传输。微波传输线外导体后端连接螺纹12能够与汽缸相连接，微波能量耦合器22将微波能量耦合至汽缸内，并在微波能量耦合器22的尖端形成高场强区域，击穿汽缸内的气体以实现点火。密封垫圈4能够实现汽缸与外界之间的密封。该耦合装置与汽缸的接口与火花塞相同，可以直接替代火花塞，便于安装维护。
权利要求
1. 一种内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，其特征在于该微波等离子体点火耦合装置包括外导体、绝缘层和内导体；所述的外导体、绝缘层和内导体同轴安装，所述的绝缘层处于外导体和内导体之间；所述的外导体的前端部设有前端连接螺纹，用于使微波等离子体点火耦合装置与微波传输线的一端相连，微波传输线的另一端与微波发生器相连，外导体的后部设有后端连接螺纹，用于使微波等离子体点火耦合装置与内燃机的汽缸相连；所述的绝缘层与外导体成紧配合，绝缘层的端部与外导体接触处设有密封垫圈；所述的内导体与绝缘层成紧配合，内导体的前端部为内导体连接端，用于与微波传输线连接，内导体的后端部为内导体耦合端，用于增强电场强度，诱导微波无极放电，实现等离子体点火。
全文摘要
本发明涉及一种内燃发动机用微波等离子体点火耦合装置，属于微波应用技术领域。本耦合装置包括外导体、绝缘层和内导体，绝缘层处于外导体和内导体之间，外导体的前端部设有前端连接螺纹，用于使耦合装置与微波传输线的一端相连，其后部设有后端连接螺纹，用于使耦合装置与内燃机的汽缸相连。绝缘层与外导体成紧配合，绝缘层的端部与外导体接触处设有密封垫圈。内导体与绝缘层成紧配合，其前端部为内导体连接端，用于与微波传输线连接，其后端部为内导体耦合端，用于增强电场强度，诱导微波无极放电，实现等离子体点火。与传送火花塞相比，本耦合装置点火效率更高，能够有效减少有害气体的排放，且易于安装维护，便于批量生产。
文档编号F02P23/00GK102797612SQ20121029598
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者王强, 刘永喜, 张贵新, 侯凌云, 罗承沐, 李东红 申请人:清华大学, 张家港智电电工高技术研究所有限公司