一种用于内燃发动机点火的电磁耦合装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于内燃发动机点火的电磁耦合装置，包括：传输单元及处于所述传输单元延伸方向的耦合天线，其中，所述传输单元的内部尺寸根据内燃发动机的汽缸的等效输入阻抗或几何形状直接进行设置；所述耦合天线，进一步包括：中心天线，所述中心天线为所述传输单元的中心导体的延伸，并伸入汽缸内。本实用新型专利技术能够在不改变现有内燃发动机结构的前提下，替代现有内燃发动机高压火花点火系统的火花塞将电磁波有效地耦合入汽缸内，并大大提高射频和电磁波点火的成功几率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于汽车工业与电子
，具体地说，涉及一种用于内燃发动机点火的电磁耦合装置，以下简称耦合装置。
技术介绍
现有汽油(以及天然气，包括压缩和液化天然气)内燃发动机的点火系统由高电压脉冲火花放电来点燃汽缸内勻质油气混合物。当这个高压电脉冲(8千伏以上)加到火花塞的相距大约1毫米的电极之间时，一个瞬态的等效高电场(8X106伏/米)产生于汽缸内火花塞的两个(或多个)电极之间。这个等效高电场引起油气混合介质的击穿放电， 继而开始燃烧。这一传统的点火方法有一系列的缺点，主要是低能量转换效率及很大的废气排放。其结果是对环境产生污染，而且浪费宝贵的燃油。引起低效率的根本原因在于为了达到油气的击穿放电，电极的尺寸及距离都很小(约1毫米)，因而放电发生在一个极小的点上。与汽油和天然气内燃发动机不同，柴油机使用的是空气高压升温后喷油着火，燃烧面开始得更宽，燃油效率和机械功率及动力有所提高，但要增加机械噪音，并排放煤烟。 而且，一辆柴油汽车的价格高出同比汽油汽车20%，因为柴油内燃发动机需要承受更大的气压，内燃发动机及喷油系统的材料要求较高，汽缸需要增厚。汽车增加的重量也使燃油的里程效益受到节制。与二者相比，电磁波点火可使燃烧效率大为提高，在内燃发动机做功里程不变的情况下，大幅度的降低燃料消耗，减少尾气排放，提高内燃发动机的动力和汽车性价比，具有无火化噪音、无触点蚀耗、可靠性高、寿命长及维持费用低等竞争优势，而且汽车冷却系统、尾气催化器以及微粒滤清器的费用将明显降低，直接应用于常规汽油机，也可用于柴油 (并减少其汽缸压力和制造成本)，还可用于天然气、压缩或液化天然气、液化石油气、生物或可再生油和混合燃料，也可用于混合动力车。近年来，国内外诸多研究已经考虑将电磁波点火技术引入内燃发动机领域。现有技术中介绍了一种输入电磁波能量和激光能量以产生等离子体点火的复合方法，其耦合装置的安装需要改变汽缸的结构，因此，对电磁波点火的产业化、实用化必然造成障碍；现有技术中还介绍了通过电磁波产生等离子以及原子化的燃料空气混合物的磁力电离点火的复合方法，但是其点火装置和耦合装置都变得非常复杂。显然，上述现有技术显示了内燃发动机电磁波点火的可行性和优越性，但都没有有效地解决实际技术问题，而且增加了实现成本。由于内燃发动机电磁波点火需要的“电磁波发射天线”置于汽缸中，故发射不是开放式的。由于汽缸顶部的汽缸盖形成的电磁波腔体的几何形状不规则，无固定或常见的电磁波振荡模式可言，故仅仅依靠车载蓄电池电量，使用现有的耦合装置的结构无法获得电磁波点火所需的能量
技术实现思路
有鉴于此，本技术所要解决的技术问题是提供了一种用于内燃发动机点火的电磁耦合装置，能够在不改变现有内燃发动机结构的前提下，替代现有内燃发动机高压火花点火系统的火花塞并大大提高电磁波点火的成功机率。为了解决上述技术问题，本技术公开了一种用于内燃发动机点火的电磁耦合装置，包括传输单元及处于所述传输单元延伸方向的耦合天线，其中，所述传输单元的内部尺寸根据汽缸的等效输入阻抗或几何形状直接进行设置；所述耦合天线，进一步包括 中心天线，所述中心天线为所述传输单元的中心导体的延伸，并伸入汽缸内。进一步地，所述传输单元的中心导体处于所述传输单元的中心轴，绝缘层围绕着所述中心轴包覆所述中心导体，外层导体同柱围绕着所述中心轴包覆所述绝缘层。进一步地，根据汽缸的等效输入阻抗或几何形状设置所述中心导体和绝缘层的厚度。进一步地，在所述耦合天线与所述传输单元的连接处，所述绝缘层暴露；当所述绝缘层使用非耐热材料时，所述绝缘层暴露的表面覆盖具有透射电磁波能力的隔热电介质材料，比如陶瓷。进一步地，所述传输单元的外层导体的形状尺寸与汽缸的火花塞接口处的形状尺寸相适应，使所述耦合装置的尺寸适配所述火花塞的尺寸以将所述耦合装置直接安装在汽缸盖顶部的火花塞接口处。进一步地，所述天耦合线，还包括与所述中心天线同轴的外围天线，所述外围天线为所述传输单元的外层导体的延伸，同柱围绕着所述中心天线并伸入汽缸内；所述外围天线的数量不小于所述中心天线。进一步地，所述外围天线在所述外层导体的延伸方向上紧密排布，构成封闭结构， 将所述中心天线包围。进一步地，所述封闭结构为环形结构。进一步地，所述外围天线在所述外层导体的延伸方向上成阵列式零散分布，形成开放结构，环绕所述中心天线。进一步地，所述开放结构为爪形结构。进一步地，采用同轴传输线或波导与所述传输单元对接以完成电磁波的输入。进一步地，所述中心天线的长度与输入电磁波的波长有关，所述电磁波的波长与谐振放大发生点火的时刻的汽缸深度有关。进一步地，所述中心天线的长度大于零且小于所述汽缸的汽缸盖深度的50% ；同时所述中心天线的长度为所述电磁波源所产生的电磁波波长的1/3 士 10%。进一步地，所述中心天线的长度为所述输入电磁波波长的1/3 ；同时所述中心天线的长度为所述汽缸的汽缸盖深度的30%。与现有的方案相比，本技术所获得的技术效果1)由本技术的耦合装置替代火花塞，点火控制将与传统内燃发动机类似，无需依靠检测汽缸温度或压力的闭环控制系统。2)本技术的耦合装置可以获取到与内燃发动机的汽缸的等效输入阻抗最佳配合的输出阻抗，从而将电磁波能量反射减到最小，提高了点火成功的机率。这样输入电磁波的功率不需要高于200瓦，即能可靠点火。CN 202217579 U说明书3/7页 附图说明图1为本技术实施例的内燃发动机的结构示意图；图2为本技术实施例的耦合装置与汽缸的组合的截面示意图；图3为本技术实施例的第一种开放结构的耦合装置与汽缸的组合的立体图；图4为本技术实施例的第一种开放结构的耦合装置的放大示图；图5为本技术实施例的第一种开放结构的耦合装置的截面示意图；图6为本技术实施例的第二种开放结构的耦合装置的截面示意图；图7为本技术实施例的封闭结构的耦合装置与汽缸的组合的立体图；图8为本技术实施例的封闭结构的耦合装置的放大示图；图9为本技术实施例的第三种开放结构的耦合装置与汽缸的组合的立体图；图10为本技术实施例的第三种开放结构的耦合装置的放大示图；图11为本技术实施例的第三种开放结构的耦合装置的截面示意图；图12为本技术实施例的第四种开放结构的耦合装置与汽缸的组合的立体图；图13为本技术实施例的第四种开放结构的耦合装置的放大示图；图14为本技术实施例的第四种开放结构的耦合装置的截面示意图；图15为本技术实施例的第五种开放结构的耦合装置的截面示意图；图16为本技术实施例的第六种开放结构的耦合装置与汽缸的组合的立体图；图17为本技术实施例的第六种开放结构的耦合装置的放大示图；图18为本技术实施例的第六种开放结构的耦合装置的截面示意图；图19为图3的耦合装置与汽缸的组合在谐振时的电场强度三维等高线示图；图20为图3的耦合装置与汽缸的组合在谐振时的电场强度分布示图；图21为图7的耦合装置与汽缸的组合在谐振时的电场强度三维等高线示图；图22为图7的耦合装置与汽缸的组合在谐振时的电场强度分布示图；图23为图9的耦合装置与汽缸的组合在谐振时的电场强度三维等高线示图；图24为图9的耦合装置与汽缸的组合在谐振时的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李耘，陈伟，孙方，
申请(专利权)人：四川得弘电子科技有限公司，英国格拉斯哥大学，
类型：实用新型
国别省市：