[实用新型]燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机

说明书

本实用新型公开了一种燃料‑空气预混合匀质充量电磁体点火式内燃发动机及点火方法，包括发动机控制单元、电磁波源、耦合单元和汽缸。该内燃发动机可适用多种燃料，燃料包括但不限于汽油，柴油，天然气。点火方式包括如下步骤：发动机控制单元在指定的点火提前角向电磁波源发送产生与当时汽缸谐振频率一致的电磁波的命令，电磁波源根据该命令产生电磁波，并通过耦合单元中的传输线和耦合天线，将电磁波输入到内燃发动机的汽缸腔体内谐振，产生强电场，进行大体积点火。本实用新型保证电磁耦合和谐振时机与点火时机基本一致，大大提高点火时汽缸内发生电磁谐振的几率，实现内燃发动机的燃料‑空气预混合匀质充量电磁体点火。

技术领域

本申请属于汽车工业与电子技术领域，具体地说，涉及一种燃料-空气预混合匀质充量电磁体点火内燃发动机。

背景技术

现有的内燃发动机按照点火系统的不同可分为两类，一类是由高电压脉冲火花放电来点燃汽缸内匀质油气混合物，为火花点火(spark ignition)发动机；另一类点火系统是空气高压升温后喷油着火，为压燃(compress ignition)发动机。火花点火适用于不同燃料的发动家，包括汽油发动机，天然气(包括压缩和液化天然气)发动机，以及可同时使用油气的双燃料发动机和可在两种燃料(汽油和天然气)中切换使用的两用燃料发动机，而压燃发动机一般为柴油机。

当采用高电压脉冲火花点火时，以汽油发动机为例，8千伏以上高压电脉冲加到火花塞的相距大约1毫米的电极之间时，于汽缸内火花塞的两个(或多个) 电极之间产生一个瞬态的等效高电场(8×10⁶伏/米)。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。由于天然气发动机所需的点火能量高于汽油内燃机的点火能量，所以天然气发动机通常缩小火花塞间距至0.3到0.45毫米，从而形成大于汽油内燃机火花塞点火时的瞬态等效高电场以实现混合气体击穿放电。

表1为汽油和天然气的燃料特性，具体环境条件是温度零摄氏度、一个标准大气压下：

表1汽油和天然气燃料特性

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)，在天然气发动机中更小，因而放电发生在一个极小的点上，依靠混合气体燃烧放热点燃周围的混合气体。这种单点点火使得燃料燃烧不稳定、不迅速、不完全。从而，在整个燃烧过程中，释放的可用化学能不可逆损失包括燃烧可用能损失(以高温废气形式排放)和气体对缸壁传热。其结果是对环境产生污染，而且浪费宝贵的燃料。

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(PM2.5主要来源)和氮氧化物(NO_x)。由于是喷油着火，油气不能充分混合，也限制了燃油效率的提高。

由于不同燃料的物理特性不同，因此使用不同燃料的发动机一般采用不同的点火方式和点火提前时间。即便是双燃料发动机，也是在两种性质相近的燃料中折中选取能同时满足点火要求的点火提前时间。

改变点火方式通常需要相应的改变发动机结构。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比汽油发动机更大的气压和更高的温度，因此对其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。