专利名称：一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器的利记博彩app
技术领域：
本发明属于微波应用技术领域，涉及汽车发动机点火装置。
背景技术：
进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多，使用范围 越来越广，其对世界环境的负面效应也越来越大，尤其体现在危害城市环境，引发呼吸系统 疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化等方面。随着 机动车数量的增加，尾气污染有愈演愈烈之势。与此同时，随着世界能源的不断消耗，油价 的不断上升，提高点火系统的燃烧效率就成为缓解能源紧缺压力的一种行之有效的办法。 因此，作为世界上最大的汽车生产和消费国，中国的汽车工业必须走出一条环保节能之路。最近的研究表明，相对传统的火花塞点火技术，微波等离子体点火技术具有诸多 优势。如可点燃非常稀薄的油气混合物，使得污染物排放理论上降低25%12;点火 速度快，且不产生爆燃，燃烧充分；在点火之前，微波能量就可以进入燃烧室，起到助燃的作 用。因此，该项技术有非常好的应用前景。当前主要有两类针对汽车发动机的微波等离子体点火实现方案，一类是利用同轴 电缆直接将微波能量馈入发动机气缸，这种方式结构简单，但存在一些问题，如需要改变 现有的发动机结构，耦合结构不稳定，所需点火能量较高。而本专利则选用另外一种方案， 即在不改变现有发动机气缸结构的基础上，用专门的微波等离子点火器替代现有的火花塞 进行点火，以较低的输入功率(比前一种方案低两到四个数量级)就可实现微波点火。点火器作为该类微波等离子体点火系统的关键技术之一，不仅需要满足微波等离 子体点火系统的技术指标要求，也需要具有与现有火花塞一致的外形，便于直接替代现有 的火花塞。为了使微波等离子体汽车发动机点火器能适应商业化需求，需要将点火器的各 个部件一体化设计，实现具有高可靠性、高一致性的集成化点火装置，避免人工装配调试。 此时，传统的谐振腔馈电耦合结构，如环耦合，由于加工误差较大，可重复性较低，需要人工 装配调试，无法大规模生产，已经不能满足设计和应用要求。本专利将利用磁耦合结构对四 分之一波长同轴谐振腔进行有效馈电，实现四个子部件的一体化设计制作，降低加工误差， 以适应大规模生产需求。
发明内容
本发明提供一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，其外部轮廓均与现有 火花塞相似，可在不改变发动机气缸结构的基础上直接替代现有火花塞。本发明由四个子部分一体化设计加工而成四分之一波长同轴谐振腔、缝隙耦合 结构、阶梯同轴匹配结构、N型射频同轴连接器。数百瓦的微波能量通过同轴电缆和N型射 频同轴连接器输入点火器。此时，为了降低工作频带内的能量反射，需要设计相应的阻抗变 换结构，完成N型射频同轴连接器与点火器其余结构的良好匹配。本专利采用阶梯同轴线 实现阻抗变换，与点火器的其余部分一体化集成设计加工，形成与标准N型射频同轴连接器结构尺寸一致的微波输入端口。进入点火器后的微波能量通过磁耦合结构馈入到四分之一波长同轴谐振腔中。在 本专利中，两种点火器均采用磁耦合的馈电原理，但具体耦合结构不同，一个是单侧磁耦 合，另一个为两侧对称磁耦合。磁连接导体的直径和位置决定了耦合量，调整耦合量就可调 整个点火器的品质因素，品质因素越高，同样的输入功率条件下，点火器所能产生的电场强 度越大。磁耦合结构对整个点火器的驻波性能也有明显的影响。根据四分之一波长同轴谐振腔在谐振时电场强度的分布特点，以较低的微波功率 输入就可在点火器的内导体末端实现极高的电场强度，内导体末端的尖端结构可进一步增 强电场强度(输入功率为500W时，尖端的平均电场强度可大于2. 25*107V/m)，达到并超过 10个标准大气压下等离子体激发门限条件，从而击穿点火器末端周围的油气混合物并产生 等离子体，实现点火。随后，通过等离子体的电子在燃烧室内的快速运动，极快地实现整个 燃烧室内的体燃烧和对油气混合物的充分燃烧。当同轴谐振腔的外内径之比为3. 6时，可 以得到同轴谐振腔的最佳品质因数。点火器的外导体与内导体之间的相应区域填充陶瓷材料，实现燃烧室与能量输入 电路之间的有效隔离。有益效果本发明具有以下优点1、相对普通火花塞，该点火器可点燃非常稀薄的油气混合物12；2、相对普通火花塞，该点火器的点火效率更高3；3、该点火器无阴极结构，可避免普通火花塞两个电极间产生的热点荷载3；4、该点火器从底部输入微波，其外形与现有火花塞的外形一致，与常规汽车发动 机气缸相匹配；5、相对其他的微波等离子体点火器，该点火器容差性能较好，可一体化集成加工， 重复性好，一致性高，适于大批量生产；6、该点火器可以方便的移植到其他等离子体点火系统中使用。
图1是本发明提供的第一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器的剖视图。图2是本发明提供的第一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器的俯视图。图3是本发明提供的第二种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器的剖视图。图4是本发明提供的第二种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器的俯视图。
具体实施例方式实施例1一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，包括内导体和外导体；所述外导 体由外导体外轮廓和外导体内轮廓封闭构成；所述外导体的外轮廓至少包括一个与汽车发 动机气缸连接的外螺纹21和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面23 ；所述外导体的内轮 廓为不同半径的圆柱面结构，包括分别与内导体尖端5相对应的外导体内轮廓一 31、与内 导体一 41相对应的外导体内轮廓二 32、与内导体二 42相对应的外导体内轮廓三33、与内
4导体三43相对应的外导体内轮廓四34、与内导体三43相对应的外导体内轮廓四34、与内 导体四44相对应的外导体内轮廓五35 ；所述内导体包括内导体一 41、内导体二 42、内导体 三43、内导体四44、内导体尖端5 ；内导体一 41、内导体二 42、内导体三43、内导体四44为 圆柱体结构，内导体尖端5为圆锥体，圆锥体顶部为半球体；内导体尖端5与内导体一 41相 连，内导体一 41底部的侧面通过圆柱体水平连接导体6与内导体二 42相连，内导体二 42、 内导体三43和内导体四44顺序共轴连接，三者的半径逐渐增加，圆柱体水平连接导体6的 轴线与内导体一 41的轴线垂直；内导体一 41的底部与外导体直接相连；内导体与外导体 之间除内导体尖端5与外导体内轮廓一 31之间的区域以及内导体四44与外导体内轮廓五 35之间的区域之外的其他区域填充绝缘介质7 ；外导体内轮廓五35与内导体四44构成微 波输入端口 1，其尺寸与标准N型射频同轴连接器一致。上述技术方案中，所述外导体的外轮廓还包括一个圆柱形过渡面22，所述圆柱形 过渡面22位于与汽车发动机气缸连接的外螺纹21和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面 23之间。上述技术方案中，所述内导体尖端5的材料选用白金，其余内导体和外导体的材 料选用抗高温、防炭化、防氧化的金属，所述绝缘介质7的材料选用陶瓷。实施例2一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，包括内导体和外导体；所述外导 体由外导体外轮廓和外导体内轮廓封闭构成；所述外导体的外轮廓至少包括一个与汽车发 动机气缸连接的外螺纹21和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面23 ；所述外导体的内轮 廓为不同半径的圆柱面结构，包括分别与内导体尖端5相对应的外导体内轮廓一 31、与内 导体一 41相对应的外导体内轮廓二 32和外导体内轮廓三33、与内导体二 42相对应的外导 体内轮廓四；34、与内导体三43相对应的外导体内轮廓五35 ；所述内导体包括内导体一 41、 内导体二 42、内导体三43、内导体尖端5 ；内导体一 41、内导体二 42、内导体三43为圆柱体 结构，内导体尖端5为圆锥体，圆锥体顶部为半球体；内导体尖端5与内导体一 41相连，内 导体一 41、内导体二 42和内导体三43共轴顺序相连，三者的半径逐渐增加；内导体一 41 底部对称的两个侧面分别依次通过圆柱体水平连接导体61和圆柱体垂直连接导体62与外 导体相连，圆柱体水平连接导体61的轴线与内导体一 41的轴线垂直，圆柱体垂直连接导体 62的轴线与内导体一 41的轴线平行；内导体与外导体之间除内导体尖端5与外导体内轮 廓一 31之间的区域以及内导体三43与外导体内轮廓五35之间的区域之外的其他区域填 充绝缘介质7 ；外导体内轮廓五35与内导体三43构成微波输入端口 1，其尺寸与标准N型 射频同轴连接器一致。上述技术方案中，所述外导体的外轮廓还包括一个圆柱形过渡面22，所述圆柱形 过渡面22位于与汽车发动机气缸连接的外螺纹21和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面 23之间。上述技术方案中，所述内导体尖端5的材料选用白金，其余内导体和外导体的材 料选用抗高温、防炭化、防氧化的金属，所述绝缘介质7的材料选用陶瓷。本发明提供的汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器可以看作由四分之一波 长同轴谐振腔、磁耦合结构、阶梯阻抗变换结构、N型射频同轴连接器四部分一体化组合而 成；理论上讲，四分之一波长同轴谐振腔的长度应等于介质填充同轴波长的四分之一，但是实际设计时受到内导体尖端5、耦合结构的影响略有不同；对每一种点火器，四分之一波长 同轴谐振腔的内外径也有所不同，设计时在兼顾电路结构和加工限制的前提下，尽可能提 高谐振腔的品质因素；磁耦合结构能有效地将微波能量馈入四分之一波长同轴谐振腔，其 结构特点在于阶梯阻抗变换结构的内导体和四分之一波长同轴谐振腔的内导体接触，以获 得稳定的加工工艺；耦合系数的大小由水平连接导体或垂直连接导体的直径和位置决定； 根据不同四分之一波长同轴谐振腔和磁耦合的结构、电气特性，需设计相应的阶梯阻抗变 换结构，该结构由外导体内轮廓三33、外导体内轮廓四34、外导体内轮廓五35和相应的内 导体构成；点火器的设计目标为谐振时反射系数尽可能小，品质因素尽可能高，在输入微 波能量为500W时，尖端的平均电场强度需大于2. 25*107V/m,以保证在10个标准大气压的 气缸内能有效地激发等离子体。经过电磁全波仿真软件的设计，此类磁耦合微波等离子体汽车发动机点火器在谐 振频率均具有低于_20dB的反射系数，尖端的平均电场强度均大于2. 25*107V/m。参考文献1K Linkenhei 1, et al, A novel spark-plug for improved ignition in engines with gasolinedirect injection (GDI), IEEE Transactions on Plasma Science,33，2005，1696—1702。2]F A Pertl,et al,Electromagnetic design of a novel microwave internal combustion engineignition source, the quarter wave coaxial cavity igniter, Proceeding IMechE Part D :J. AutomobileEngineering，223，2009，1450-1474。3J E Smith,Integration of microwave plasma ignition into a multi-fuel engine,2009。
权利要求
1.一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，包括内导体和外导体；所述外导体 由外导体外轮廓和外导体内轮廓封闭构成；所述外导体的外轮廓至少包括一个与汽车发 动机气缸连接的外螺纹和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面03)；所述外导体的 内轮廓为不同半径的圆柱面结构，包括分别与内导体尖端( 相对应的外导体内轮廓一 (31)、与内导体一 Gl)相对应的外导体内轮廓二(32)、与内导体二 02)相对应的外导体 内轮廓三(33)、与内导体三03)相对应的外导体内轮廓四(34)、与内导体三03)相对应 的外导体内轮廓四(34)、与内导体四04)相对应的外导体内轮廓五(35)；所述内导体包括 内导体一 G1)、内导体二 02)、内导体三03)、内导体四(44)、内导体尖端(5)；内导体一 G1)、内导体二 G2)、内导体三03)、内导体四04)为圆柱体结构，内导体尖端(5)为圆锥 体，圆锥体顶部为半球体；内导体尖端(5)与内导体一 Gl)相连，内导体一 Gl)底部的侧 面通过圆柱体水平连接导体(6)与内导体二 G2)相连，内导体二 02)、内导体三03)和 内导体四G4)顺序共轴连接，三者的半径逐渐增加，圆柱体水平连接导体(6)的轴线与内 导体一 Gl)的轴线垂直；内导体一 Gl)的底部与外导体直接相连；内导体与外导体之间 除内导体尖端(5)与外导体内轮廓一(31)之间的区域以及内导体四G4)与外导体内轮廓 五(35)之间的区域之外的其他区域填充绝缘介质(7)；外导体内轮廓五(35)与内导体四 (44)构成微波输入端口(1)，其尺寸与标准N型射频同轴连接器一致。
2.一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，包括内导体和外导体；所述外导体 由外导体外轮廓和外导体内轮廓封闭构成；所述外导体的外轮廓至少包括一个与汽车发 动机气缸连接的外螺纹和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面03)；所述外导体的 内轮廓为不同半径的圆柱面结构，包括分别与内导体尖端( 相对应的外导体内轮廓一 (31)、与内导体一 Gl)相对应的外导体内轮廓二(32)和外导体内轮廓三(33)、与内导体 二 G2)相对应的外导体内轮廓四(34)、与内导体三03)相对应的外导体内轮廓五(35)； 所述内导体包括内导体一 G1)、内导体二 02)、内导体三03)、内导体尖端(5)；内导体一 G1)、内导体二 G2)、内导体三03)为圆柱体结构，内导体尖端(5)为圆锥体，圆锥体顶部 为半球体；内导体尖端(5)与内导体一 Gl)相连，内导体一 01)、内导体二 G2)和内导体 三^幻共轴顺序相连，三者的半径逐渐增加；内导体一 Gl)底部对称的两个侧面分别依次 通过圆柱体水平连接导体(61)和圆柱体垂直连接导体(6 与外导体相连，圆柱体水平连 接导体(61)的轴线与内导体一 Gl)的轴线垂直，圆柱体垂直连接导体(62)的轴线与内导 体一 Gl)的轴线平行；内导体与外导体之间除内导体尖端(5)与外导体内轮廓一(31)之 间的区域以及内导体三G3)与外导体内轮廓五(35)之间的区域之外的其他区域填充绝缘 介质(7)；外导体内轮廓五(35)与内导体三G3)构成微波输入端口(1)，其尺寸与标准N 型射频同轴连接器一致。
3.根据权利要求1或2所述的一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，其特征 在于，所述外导体的外轮廓还包括一个圆柱形过渡面(22)，所述圆柱形过渡面0 位于与 汽车发动机气缸连接的外螺纹和一个便于拆卸和安装的六棱柱工作面03)之间。
4.根据权利要求1或2所述的一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，其特征 在于，所述内导体尖端(5)的材料选用白金，其余内导体和外导体的材料选用抗高温、防炭 化、防氧化的金属，所述绝缘介质(7)的材料选用陶瓷。
全文摘要
一种汽车发动机用磁耦合微波等离子体点火器，属于微波应用技术领域。由四分之一波长同轴谐振腔、磁耦合结构、阶梯阻抗变换结构、N型射频同轴连接器一体化加工而成。N型射频同轴连接器与外部输入同轴电缆连接；阶梯阻抗变换结构实现微波输入端口与点火器其余内部结构之间的良好匹配；微波能量通过磁耦合的方式馈入四分之一波长同轴谐振腔，再由同轴谐振腔传入发动机气缸；利用四分之一波长同轴谐振腔实现较低输入功率下燃烧室的体燃烧和对油气混合物的充分燃烧。本发明提供的发动机点火器的外部轮廓与现有火花塞相似，可在不改变发动机气缸结构的基础上直接替代现有火花塞，一体化集成设计，具有点火效率高，加工成本低，可重复性好等特点。
文档编号F02P23/00GK102121447SQ20111006782
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者樊勇, 程钰间, 郑伟 申请人:电子科技大学