[发明专利]一种微波辅助火花塞点火方法及其集成装置

说明书

本发明公开了一种微波辅助火花塞点火方法，该方法包括如下步骤：向火花塞系统发出脉冲信号，触发所述火花塞系统产生脉冲高电压；向微波系统发出脉冲信号，触发所述微波系统产生特定频率和特定功率的微波脉冲；所述脉冲高电压加载到所述火花塞上，电弧放电击穿稀薄燃气产生等离子体团；所述微波脉冲辐射微波能扩大所述等离子体团，实现内燃机稀薄燃烧的点火。本发明还公开了一种微波辅助火花塞点火集成装置。本发明的方法结合了火花塞高电压放电击穿以及微波向等离子体团耦合能量的优点，本发明的装置包括火花塞系统和微波系统，在内燃机燃烧室高气压环境下，实现稀薄燃烧的稳定点火。

技术领域

本发明涉及内燃机领域，更具体地，涉及一种微波辅助火花塞点火方法及其集成装置。

背景技术

为应对日益严苛的环保法规以及严峻的石油资源消耗态势，内燃机工程师需要不断致力于开发出高效清洁的内燃机技术。稀薄燃烧技术利用高空燃比和高压缩比来提高燃油经济性并提高尾气排放水平，是内燃机中最具潜力的提高内燃机热效率的燃烧方式之一。但内燃机实现稀薄燃烧甚至超稀薄燃烧时，存在点火困难，火焰传播不稳定等问题。通过传统的提高点火能方法，效果不明显，并且会缩短火花塞寿命。

目前车用点燃式内燃机普遍采用火花塞来进行点火，火花塞点火技术在内燃机领域的应用已经很成熟。内燃机启动后，在火花塞上施加一个瞬时的脉冲高电压(一般为15000V)，在高压电极与接地电极间形成高强度电场，电弧击穿燃气混合物，产生高温高压的等离子体火花，从而实现点火。但当混合燃气当量比较小时，即燃油较稀时，常规火花塞只能击穿混合气体形成初始的等离子体团，而无法供给足够能量来满足点火过程的需要，这就导致内燃机稀薄燃烧点火面临了困难。

磁控管作为一种产生微波的装置，在日常生活中(微波炉)的应用也已经相当普遍。微波作为一种高频电磁波，能向等离子体中质量较轻的电子耦合能量，从而对等离子体及周围环境产生热力学和动力学方面的影响。此外，微波在空间传播时遇金属材料就会发生反射，而遇非金属材料如玻璃等就会穿透，而且损失不大。

专利文献CN103470427A公开了一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统。该系统利用微波点火装置向内燃机燃烧室内馈入特定频率的微波脉冲，使微波在燃烧室内发生谐振，从而在空间产生一个均布的强电场，以击穿燃气混合物并实现空间多点着火，改善内燃机稀薄燃烧燃烧性能。该系统拟利用微波谐振腔点火完全替代传统火花塞，具有一定的应用前景。

但是专利文献CN103470427A公开的一种微波等离子体点火内燃机燃烧系统仍存在如下不足：

(1)要使微波在内燃机燃烧室内发生谐振，就必须对传统经典内燃机燃烧室构型进行改造以达到适配尺寸，这不仅改造成本大，而且会影响内燃机的喷雾和燃烧；

(2)在内燃机燃烧室高压环境下，仅依靠微波谐振，仍难以稳定击穿稀薄燃气，使得点火不稳定。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供一种微波辅助火花塞点火方法及其集成装置，其目的在于，结合火花塞高电压放电击穿以及微波向等离子体团耦合能量的优点，实现稀薄燃气的稳定点火。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种微波辅助火花塞点火方法，该方法包括如下步骤：

(1)向火花塞系统发出脉冲信号，触发所述火花塞系统产生脉冲高电压；

(2)向微波系统发出脉冲信号，触发所述微波系统产生特定频率和特定功率的微波脉冲；

(3)所述脉冲高电压加载到所述火花塞上，电弧放电击穿稀薄燃气产生等离子体团；

(4)所述微波脉冲辐射微波能扩大所述等离子体团，实现稀薄燃烧的稳定点火。

进一步地，所述步骤(2)较步骤(1)延迟或者提前特定时间。