[發(fā)明專利]一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的電磁耦合裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110301936.4
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102360868A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李耘;陳偉;孫方
• 申請（專利權(quán)）人: 四川得弘電子科技有限公司;英國格拉斯哥大學(xué)
• 主分類號: H01F38/12
• 分類號: H01F38/12;H01F38/14
• 代理公司: 北京國昊天誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11315
• 代理人: 許志勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車工業(yè)與電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，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，以下簡稱耦合裝置。

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(8×10⁶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)等效高電場引起油氣混合介質(zhì)的擊穿放電，繼而開始燃燒。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，一輛柴油汽車的價(jià)格高出同比汽油汽車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)力和汽車性價(jià)比，具有無火化噪音、無觸點(diǎn)蝕耗、可靠性高、壽命長及維持費(fèi)用低等競爭優(yōu)勢，而且汽車?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。

近年來，國內(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。現(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，但都沒有有效地解決實(shí)際技術(shù)問題，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，無固定或常見的電磁波振蕩模式可言，故僅僅依靠車載蓄電池電量，使用現(xiàn)有的耦合裝置的結(jié)構(gòu)無法獲得電磁波點(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)問題，本發(fā)明公開了一種用于內(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，所述開放結(jié)構(gòu)為爪形結(jié)構(gòu)。