[发明专利]一种内燃发动机点火方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于汽车工业与电子技术领域，具体地说，涉及一种内燃发动机点火方法和系统。

背景技术

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匀质油气混合物。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(8×10⁶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。美国专利US5983871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；美国专利US6581581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；美国专利US 7793632提出了一种将电磁波点火装置设计在火花塞点火的基础上的电磁波点火装置，在保留火花塞点火的前提下对火花塞进行一定的改装，通过火花塞输入电磁波能量从而释放低温的等离子体，以加强火花塞的点火效率，但该方案中的电磁波能量并不经过谐振放大，从电磁波所起的作用可以看到其并不是真正依靠电磁波进行点火，而是辅以电磁波帮助的火花塞点火。

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，现有的电磁波点火结构无法获得电磁波点火所需的能量。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是揭示了一种内燃发动机点火方法和系统，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，本发明提供了一种内燃发动机点火方法，包括：监测当前的内燃发动机转速，并在达到所述内燃发动机转速的点火提前角度时产生一频率处于汽缸的固有频率范围内的电磁波并输入汽缸；所述电磁波在汽缸内被谐振放大后产生的电场强度大于发生点火的临界电场强度。

进一步地，根据内燃发动机的转速范围检测其中每种转速下对应的点火提前角度，得到所述点火提前角度的范围。

进一步地，根据点火提前角度范围检测其中每个点火提前角度下对应的汽缸具有的固有频率，得到所述汽缸的固有频率范围。

进一步地，向汽缸内发射的电磁波的能量不高于200瓦，电磁波被谐振放大后产生的电场强度达到10⁶伏/米量级。