[发明专利]内燃机中油气混合物的点火工艺

说明书

技术领域

本发明涉及油气混合物的点火技术，并具体涉及等离子燃烧(点火)的工艺，以增大初始点火区(间隔点火)的体积。

现有技术

已知一种用于在内燃机中点燃油气混合物的工艺(USSR著作权证书No.1464274)，包括以下步骤：在火花塞电极附近的有限容积的腔室内初步燃烧少量的燃油，以及随后通过火花塞上的小孔向燃烧室中喷射等离子火焰。

该点火工艺耗费能量。火花塞的设计复杂，并且燃油消耗大。

已知另一种用于在内燃机中点燃油气混合物的工艺，包括以下步骤：将电脉冲施加在火花塞电极区中的油气混合物上以降低耐电强度，然后电脉冲的幅度减弱，在脉冲产生的能量的作用下点燃混合物。图1示出了在实现该工艺的过程中在火花塞电极处获得的电压的关系曲线(见莫斯科“Za rulyom”出版社1998年出版的Ross Tveg的《用于汽车的点火系统》第5页之图2)。

该工艺的问题是混合物的点火体积较小，并且伴生的爆炸削弱了点火的可靠性。

已知另一种用于在内燃机中点燃油气混合物的工艺(USSR著作权证书No.1368936)，包括以下步骤：在火花塞电极之间生成包括带电粒子的导电介质，引导带电粒子作直线运动以产生火花放电并点燃油气混合物。该工艺中的间隔点火(space ignition)是通过自动发射电子的电子源增加燃烧室中带电粒子的数目而产生的，该电子源包括压电陶瓷振荡电路和奥斯汀发射器。

该点火工艺为生态净化工业，由于在燃烧室中引入了额外数量的带电粒子，因此改进了点火工艺，并且随后在内燃机缸中的混合物燃烧更加充分。额外带电粒子的存在改善了缸内的燃烧条件，从而减少了有毒物质的数量并降低了该工艺的能量消耗。

该工艺的问题是初始燃烧体积小，因而增加了有毒物质并降低了燃烧效率。

发明概述

本发明要解决的主要问题是提供一种油气混合物的点火工艺和系统，其通过更加均匀的点火工艺和使油气混合物燃烧更加充分，来提高经济性和减少有毒物质。

根据本发明，油气混合物的点火工艺包括以下连续的实施步骤：

(a)增大火花塞电极间隙内的电场强度，直到电火花通过该间隙；

(b)逐步降低电场强度至一设定值；

(c)使该强度值固定(维持)2.5-25μsec，直到在火花塞电极间隙内出现高频辐射；

(d)反转电场的方向；

(e)增大火花塞电极间隙内的电场强度，直到电火花通过该间隙；

(f)逐步降低电场强度至一设定值；

(g)使该强度值固定(维持)2.5-25μsec，直到在火花塞电极间隙内出现高频辐射；

(h)使电场远离火花塞。

建议重复步骤(d)-(g)若干遍，直到油气混合物点火循环完成。

步骤(a)是在交流电场中完成的，该谐波交流电场的每个半波依次大于前一个半波。

电场被逐步移开，使用交流电场。

问题的解决还依赖于：在步骤(b)和(f)中，火花塞电极间隙内的电流是恒定的。

在步骤(a)中逐步增大的电场强度(持续超过几百微秒)使得在火花塞电极间隙内能够形成足够浓度的自由基，以至于在火花塞电极之间更容易发生放电并使之更稳定。

电场强度(以纳秒为单位)逐步减小到由电极间隙内的最小电流强度决定的设定值以及随后对该值的固定，使得火花塞电极间隙内的电流保持至少不低于一定大小，并使得油气混合物流入由火花塞电极与燃烧室周缘区域之间的间隙所围成的区域，以维持放电2.5-25μsec。

随着电场强度逐步(以毫秒量级增长)上升到火花放电值以及强度逐步减小到维持的设定值，电场的逐步反转改变了火花塞电极间隙内的自由基的密度梯度，从而改善了火花塞电极之间的油气混合物的燃烧条件并使得燃烧过程更加连续。

步骤(d)-(g)在整个点火循环内的多次重复(一百次或更多)，使得油气混合物的燃烧更加有效，并通过乘以2或更大的系数增加连续放电的持续时间来提高内燃机的效率及其生态特性。

步骤(a)中的交流电场在火花塞电极间隙内产生自由基。由于电场的交替变化，这些自由基进入燃烧室，从而由于激活能量的减小而确保油气混合物更加有效的点火。在步骤(a)中接连地增加谐波电场的各个半波的持续时间，使得能够产生自由基并能够以更高的效率将它们注入燃烧室中。