專利名稱：一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置。
背景技術(shù)：
目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成。在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。點(diǎn)火系統(tǒng)將電源的低電壓變成高電壓，再按照發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序輪流送至各氣缸，點(diǎn)燃壓縮混合氣。然而，在上述燃燒過程中有很多潛在能量未被利用，燃料燃燒的熱能大約只有35 40%用于實(shí)際行駛，混合氣燃燒不充分又產(chǎn)生了大量的有害物質(zhì)，如一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏龋觿×谁h(huán)境污染。最近的研究表明，微波等離子體點(diǎn)火可使燃燒更迅速、更充分，大大提高燃燒效率1。同時(shí)，針對當(dāng)前一些改進(jìn)汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的新技術(shù)，諸如汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)，微波等離子體點(diǎn)火較火花塞點(diǎn)火具有明顯的優(yōu)勢2。當(dāng)前微波等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)可分為兩大類，一類直接將微波輸入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，但此時(shí)需要輸入極高的微波功率方可達(dá)到點(diǎn)火條件; 另一類更為實(shí)用的微波點(diǎn)火技術(shù)則需要利用專門的微波等離子體點(diǎn)火器將微波饋入燃燒室，產(chǎn)生等離子體，此時(shí)僅需較低的輸入功率即可完成點(diǎn)火任務(wù)。本實(shí)用新型采用第二類微波點(diǎn)火的實(shí)現(xiàn)方案。作為關(guān)鍵技術(shù)之一的微波等離子體點(diǎn)火器，不僅需要滿足和適應(yīng)微波等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)的指標(biāo)要求和工作條件，也需要具有與現(xiàn)有的火花塞一致的外形，以便直接替代或升級?，F(xiàn)有的微波等離子體點(diǎn)火器通常由若干子部件拼裝而成，各部件單獨(dú)加工，一致性較差，設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)測結(jié)果相差較大，穩(wěn)定性較低，需人工調(diào)試，很難大批量生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一系列適用于微波等離子體汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的縫隙耦合點(diǎn)火器，共計(jì)三種，均由四個(gè)子部分一體化設(shè)計(jì)加工而成四分之一波長同軸諧振腔、縫隙耦合結(jié)構(gòu)、 階梯同軸匹配結(jié)構(gòu)、N型射頻同軸連接器。此類點(diǎn)火器的外觀與現(xiàn)有火花塞類似，可與常規(guī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸匹配，在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直接替代現(xiàn)有火花塞。本實(shí)用新型技術(shù)方案為—種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 ；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端5相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31、與內(nèi)導(dǎo)體一 41相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二 32、與內(nèi)導(dǎo)體二 42相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三33、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體四44相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35 ；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三 43、內(nèi)導(dǎo)體四44、內(nèi)導(dǎo)體尖端5構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43、內(nèi)導(dǎo)體四44為共軸的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端5為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體尖端5與內(nèi)導(dǎo)體一 41相連，內(nèi)導(dǎo)體一 41和內(nèi)導(dǎo)體二 42之間有耦合縫隙6，內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43和內(nèi)導(dǎo)體四44順序相連，三者的半徑逐漸增加；內(nèi)導(dǎo)體一 41靠近耦合縫隙6的側(cè)面通過圓柱體水平連接導(dǎo)體7與外導(dǎo)體直接相連，圓柱體水平連接導(dǎo)體7的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線相垂直；內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端5與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體四44與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域均填充絕緣介質(zhì)8 ；外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35與內(nèi)導(dǎo)體四44構(gòu)成微波輸入端口 1，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 ；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端5相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31、與內(nèi)導(dǎo)體一 41相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二 32、與內(nèi)導(dǎo)體二 42相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三33、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體四44相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35 ；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三 43、內(nèi)導(dǎo)體四44、內(nèi)導(dǎo)體尖端5構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43、內(nèi)導(dǎo)體四44 為共軸的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端5為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體尖端5與內(nèi)導(dǎo)體一 41相連，內(nèi)導(dǎo)體一 41和內(nèi)導(dǎo)體二 42之間有耦合縫隙6，內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43和內(nèi)導(dǎo)體四44順序相連，三者的半徑逐漸增加；內(nèi)導(dǎo)體一 41靠近耦合縫隙6的側(cè)面依次通過圓柱體水平連接導(dǎo)體71和圓柱體垂直連接導(dǎo)體72與外導(dǎo)體相連，圓柱體水平連接導(dǎo)體71 的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線垂直，圓柱體垂直連接導(dǎo)體72的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線平行；內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端5與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體四 44與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域均填充絕緣介質(zhì)8 ；外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五 35與內(nèi)導(dǎo)體四44構(gòu)成微波輸入端口 1，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 ；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端5相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31、與內(nèi)導(dǎo)體一 41相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二 32、與內(nèi)導(dǎo)體二 42相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三33和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35 ；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43、內(nèi)導(dǎo)體尖端5構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端5為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體二 42和內(nèi)導(dǎo)體三43共軸；內(nèi)導(dǎo)體尖端5與內(nèi)導(dǎo)體一 41相連，內(nèi)導(dǎo)體一 41的底部與外導(dǎo)體直接相連；內(nèi)導(dǎo)體一 41靠近底部的側(cè)面依次通過耦合縫隙6和圓柱體水平連接導(dǎo)體7與內(nèi)導(dǎo)體二 42相連，內(nèi)導(dǎo)體二 42和內(nèi)導(dǎo)體三43相連，兩者的半徑逐漸增加；圓柱體水平連接導(dǎo)體7的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線垂直；內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端5與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體三43與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35之間的區(qū)域之外的其他區(qū)域填充絕緣介質(zhì)8，外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五 35與內(nèi)導(dǎo)體三43構(gòu)成微波輸入端口 1，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。在設(shè)計(jì)過程中，合理設(shè)定四分之一波長同軸諧振腔的內(nèi)外半徑可以有效地控制點(diǎn)火器的品質(zhì)因數(shù)，高品質(zhì)因數(shù)的點(diǎn)火器在輸入功率相同情況下能產(chǎn)生更大的電場，更好地激發(fā)等離子體，節(jié)約能源。本專利所述之縫隙耦合結(jié)構(gòu)為一種電耦合方式，在將微波功率輸入四分之一波長同軸諧振腔的同時(shí)，保證同軸諧振腔的品質(zhì)因數(shù)受外部電路的影響較小。 本專利中，三種點(diǎn)火器均采用了縫隙耦合的實(shí)現(xiàn)方式，但具體電路形式不同。總體而言，耦合縫隙的形狀和間距決定了耦合系數(shù)的大??；連接導(dǎo)體的直徑和位置對耦合系數(shù)也有影響；同時(shí)，這些參數(shù)對點(diǎn)火器的駐波比也有明顯的影響。磁控管等大功率微波器件輸出的微波功率通過同軸電纜、N型射頻同軸連接器等微波器件輸入點(diǎn)火器，這要求點(diǎn)火器的輸入端與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器的結(jié)構(gòu)尺寸一致。為了一體化集成設(shè)計(jì)，點(diǎn)火器內(nèi)部就需要額外的過渡匹配結(jié)構(gòu)，具有不同內(nèi)外徑的多級同軸線可以實(shí)現(xiàn)良好匹配。為了使用方便，點(diǎn)火器的微波輸入端口均設(shè)計(jì)在點(diǎn)火器底部。三種縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器均包含外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體，外導(dǎo)體與內(nèi)導(dǎo)體之間的相應(yīng)區(qū)域填充陶瓷材料，阻隔燃油與點(diǎn)火系統(tǒng)的直接接觸，減小腐蝕。這些點(diǎn)火器的工作原理一致，都利用了四分之一波長同軸諧振腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和高品質(zhì)因數(shù)的電氣特點(diǎn)，可在點(diǎn)火器內(nèi)導(dǎo)體的末端形成極高的電場強(qiáng)度，而內(nèi)導(dǎo)體末端的尖端結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步增強(qiáng)電場強(qiáng)度。輸入功率為500W時(shí)，點(diǎn)火器內(nèi)導(dǎo)體尖端的平均電場強(qiáng)度就可高于2. 25*107V/m，此時(shí)能在10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下?lián)舸﹥?nèi)導(dǎo)體尖端周圍的油氣混合物并產(chǎn)生等離子體，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。隨后，通過等離子體的電子在燃燒室內(nèi)的快速運(yùn)動(dòng)，從而極快地實(shí)現(xiàn)整個(gè)燃燒室的體燃燒和對油氣混合物的充分燃燒。有益效果本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、相較普通火花塞，該點(diǎn)火器可點(diǎn)燃非常稀薄的油氣混合物12；2、相較普通火花塞，該點(diǎn)火器的點(diǎn)火效率更高3；3、該點(diǎn)火器無陰極結(jié)構(gòu)，可避免傳統(tǒng)火花塞兩個(gè)電極間產(chǎn)生的熱點(diǎn)荷載3；4、點(diǎn)火器從底部輸入微波，其外形與現(xiàn)有火花塞的外形一致，與常規(guī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相匹配；5、點(diǎn)火器中的縫隙耦合結(jié)構(gòu)可降低外部電路對點(diǎn)火器品質(zhì)因數(shù)的影響；6、可一體化設(shè)計(jì)加工，無需調(diào)試，適于大批量生產(chǎn)；7、可以方便的移植到其他等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)中使用。
圖1是本實(shí)用新型提供的第一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的剖視圖。圖2是本實(shí)用新型提供的第一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的俯視圖。圖3是本實(shí)用新型提供的第二種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的剖視圖。圖4是本實(shí)用新型提供的第二種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的俯視圖。圖5是本實(shí)用新型提供的第三種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的剖視圖。[0027]圖6是本實(shí)用新型提供的第三種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器的俯視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 ；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端5相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31、與內(nèi)導(dǎo)體一 41相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二 32、與內(nèi)導(dǎo)體二 42相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三33、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體四44相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35 ；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三 43、內(nèi)導(dǎo)體四44、內(nèi)導(dǎo)體尖端5構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43、內(nèi)導(dǎo)體四44 為共軸的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端5為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體尖端5與內(nèi)導(dǎo)體一 41相連，內(nèi)導(dǎo)體一 41和內(nèi)導(dǎo)體二 42之間有耦合縫隙6，內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43和內(nèi)導(dǎo)體四44順序相連，三者的半徑逐漸增加；內(nèi)導(dǎo)體一 41靠近耦合縫隙6的側(cè)面通過圓柱體水平連接導(dǎo)體7與外導(dǎo)體直接相連，圓柱體水平連接導(dǎo)體7的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線相垂直；內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端5與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體四44與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域均填充絕緣介質(zhì)8 ；外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35與內(nèi)導(dǎo)體四44構(gòu)成微波輸入端口 1，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。上述方案中，所述外導(dǎo)體的外輪廓還包括一個(gè)圓柱形過渡面22，所述圓柱形過渡面22位于與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 之間。上述方案中，所述內(nèi)導(dǎo)體尖端5的材料選用鉬金，其余內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的材料選用抗高溫、防炭化、防氧化的金屬，所述絕緣介質(zhì)8為陶瓷介質(zhì)。實(shí)施例2一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 ；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端5相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31、與內(nèi)導(dǎo)體一 41相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二 32、與內(nèi)導(dǎo)體二 42相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三33、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四34、與內(nèi)導(dǎo)體四44相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35 ；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三 43、內(nèi)導(dǎo)體四44、內(nèi)導(dǎo)體尖端5構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43、內(nèi)導(dǎo)體四44 為共軸的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端5為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體尖端5與內(nèi)導(dǎo)體一 41相連，內(nèi)導(dǎo)體一 41和內(nèi)導(dǎo)體二 42之間有耦合縫隙6，內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43和內(nèi)導(dǎo)體四44順序相連，三者的半徑逐漸增加；內(nèi)導(dǎo)體一 41靠近耦合縫隙6的側(cè)面依次通過圓柱體水平連接導(dǎo)體71和圓柱體垂直連接導(dǎo)體72與外導(dǎo)體相連，圓柱體水平連接導(dǎo)體71 的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線垂直，圓柱體垂直連接導(dǎo)體72的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41的軸線平行；內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端5與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體四 44與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域均填充絕緣介質(zhì)8 ；外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五 35與內(nèi)導(dǎo)體四44構(gòu)成微波輸入端口 1，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。上述方案中，所述外導(dǎo)體的外輪廓還包括一個(gè)圓柱形過渡面22，所述圓柱形過渡面22位于與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 之間。上述方案中，所述內(nèi)導(dǎo)體尖端5的材料選用鉬金，其余內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的材料選用抗高溫、防炭化、防氧化的金屬，所述絕緣介質(zhì)8為陶瓷介質(zhì)。實(shí)施例3—種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 ；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端5相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31、與內(nèi)導(dǎo)體一 41相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二 32、與內(nèi)導(dǎo)體二 42相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三33和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四；34、與內(nèi)導(dǎo)體三43相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35 ；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 41、 內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43、內(nèi)導(dǎo)體尖端5構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 41、內(nèi)導(dǎo)體二 42、內(nèi)導(dǎo)體三43為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端5為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體二 42和內(nèi)導(dǎo)體三43共軸； 內(nèi)導(dǎo)體尖端5與內(nèi)導(dǎo)體一 41相連，內(nèi)導(dǎo)體一 41的底部與外導(dǎo)體直接相連；內(nèi)導(dǎo)體一 41靠近底部的側(cè)面依次通過耦合縫隙6和圓柱體水平連接導(dǎo)體7與內(nèi)導(dǎo)體二 42相連，內(nèi)導(dǎo)體二 42和內(nèi)導(dǎo)體三43相連，兩者的半徑逐漸增加；圓柱體水平連接導(dǎo)體7的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 41 的軸線垂直；內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端5與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一 31之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體三43與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35之間的區(qū)域之外的其他區(qū)域填充絕緣介質(zhì)8，外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五35與內(nèi)導(dǎo)體三43構(gòu)成微波輸入端口 1，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。上述方案中，所述外導(dǎo)體的外輪廓還包括一個(gè)圓柱形過渡面22，所述圓柱形過渡面22位于與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋21和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面23 之間。上述方案中，所述內(nèi)導(dǎo)體尖端5的材料選用鉬金，其余內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的材料選用抗高溫、防炭化、防氧化的金屬，所述絕緣介質(zhì)8為陶瓷介質(zhì)。以上實(shí)施方案所述任一縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，其特征在于點(diǎn)火器的外觀均與現(xiàn)有的火花塞一致，便于替代或升級。這一系列的點(diǎn)火器均可以看作由四分之一波長同軸諧振腔、縫隙耦合結(jié)構(gòu)、階梯同軸匹配結(jié)構(gòu)、N型射頻同軸連接器組合而成。理論上講，四分之一波長同軸諧振腔的長度應(yīng)為介質(zhì)填充同軸線波長的四分之一，但是實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)受到內(nèi)導(dǎo)體尖端5、不同耦合結(jié)構(gòu)的影響略有不同；結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求和電路設(shè)計(jì)需要，四分之一波長同軸諧振腔的內(nèi)外徑也有所不同，以滿足高品質(zhì)因數(shù)和電路可實(shí)現(xiàn)性的雙重要求；根據(jù)不同四分之一波長同軸諧振腔、耦合縫隙的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電氣性能，需設(shè)計(jì)相應(yīng)的過渡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與N型射頻同軸連接器的匹配；該過渡結(jié)構(gòu)由階梯同軸匹配結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需首先測試所用的磁控管等大功率微波器件在脈沖高壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的輸出頻譜特性，點(diǎn)火器的中心頻率根據(jù)測試結(jié)果設(shè)定；結(jié)合測得的輸出頻譜特性，在滿足激發(fā)等離子體條件的前提下，確定點(diǎn)火器的品質(zhì)因素和工作頻段；在對點(diǎn)火器縫隙耦合結(jié)構(gòu)和階梯同軸匹配結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需使工作頻段內(nèi)點(diǎn)火器的反射系數(shù)盡可能??；當(dāng)輸入微波功率為500W時(shí)，點(diǎn)火器內(nèi)導(dǎo)體尖端的平均電場強(qiáng)度需大于2. 25*107V/m,以保證在10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣缸內(nèi)能有效地激發(fā)等離子體。經(jīng)過電磁全波仿真軟件的設(shè)計(jì)，這三種縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器在諧振頻率的反射系數(shù)均小于_20dB，尖端的平均電場強(qiáng)度均大于2. 25*107V/m。參考文獻(xiàn)1]F A Pertl,et al,Electromagnetic design of a novel microwave internal combustion engine ignition source, the quarter wave coaxial cavity igniter, Proceeding IMechE Part D J. Automobile Engineering,223，2009，1450—1474。2K Linkenheil, et al, A novel spark-plug for improved ignition in engines with gasoline direct injection (GDI), IEEE Transactions on Plasma Science,33，2005，1696—1702。3J E Smith,Integration of microwave plasma ignition into a multi-fuel engine,2009。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面03)；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一(31)、 與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二(32)、與內(nèi)導(dǎo)體二 02)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三(33)、與內(nèi)導(dǎo)體三03)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四(34)、與內(nèi)導(dǎo)體三03)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四034)、與內(nèi)導(dǎo)體四04)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(35)；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 (41)、內(nèi)導(dǎo)體二 (4 、內(nèi)導(dǎo)體三(4 、內(nèi)導(dǎo)體四(44)、內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 (41)、 內(nèi)導(dǎo)體二 02)、內(nèi)導(dǎo)體三03)、內(nèi)導(dǎo)體四04)為共軸的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)相連，內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)和內(nèi)導(dǎo)體二 (42)之間有耦合縫隙(6)，內(nèi)導(dǎo)體二(42)、內(nèi)導(dǎo)體三(43)和內(nèi)導(dǎo)體四(44)順序相連， 三者的半徑逐漸增加；內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)靠近耦合縫隙(6)的側(cè)面通過圓柱體水平連接導(dǎo)體 (7)與外導(dǎo)體直接相連，圓柱體水平連接導(dǎo)體(7)的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)的軸線相垂直; 內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一(31)之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體四 (44)與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(35)之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域均填充絕緣介質(zhì)(8)；外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(3 與內(nèi)導(dǎo)體四G4)構(gòu)成微波輸入端口(1)，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。
2.一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面03)；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一(31)、 與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二(32)、與內(nèi)導(dǎo)體二 02)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三(33)、與內(nèi)導(dǎo)體三03)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四(34)、與內(nèi)導(dǎo)體三03)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四034)、與內(nèi)導(dǎo)體四04)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(35)；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 (41)、內(nèi)導(dǎo)體二 (4 、內(nèi)導(dǎo)體三(4 、內(nèi)導(dǎo)體四(44)、內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 (41)、 內(nèi)導(dǎo)體二 02)、內(nèi)導(dǎo)體三03)、內(nèi)導(dǎo)體四04)為共軸的圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)相連，內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)和內(nèi)導(dǎo)體二 (42)之間有耦合縫隙(6)，內(nèi)導(dǎo)體二(42)、內(nèi)導(dǎo)體三(43)和內(nèi)導(dǎo)體四(44)順序相連， 三者的半徑逐漸增加；內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)靠近耦合縫隙(6)的側(cè)面依次通過圓柱體水平連接導(dǎo)體(71)和圓柱體垂直連接導(dǎo)體(72)與外導(dǎo)體相連，圓柱體水平連接導(dǎo)體(71)的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)的軸線垂直，圓柱體垂直連接導(dǎo)體(72)的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)的軸線平行； 內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一(31)之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體四 (44)與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(35)之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域均填充絕緣介質(zhì)(8)；外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(3 與內(nèi)導(dǎo)體四G4)構(gòu)成微波輸入端口(1)，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。
3.一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體由外導(dǎo)體外輪廓和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓封閉構(gòu)成；所述外導(dǎo)體的外輪廓至少包括一個(gè)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面03)；所述外導(dǎo)體的內(nèi)輪廓為不同半徑的圓柱面結(jié)構(gòu)，包括分別與內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一(31)、與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓二(32)、與內(nèi)導(dǎo)體二 02)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓三(33)和外導(dǎo)體內(nèi)輪廓四(34)、與內(nèi)導(dǎo)體三03)相對應(yīng)的外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(35)；所述內(nèi)導(dǎo)體由內(nèi)導(dǎo)體一 G1)、內(nèi)導(dǎo)體二 02)、內(nèi)導(dǎo)體三03)、內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)構(gòu)成；內(nèi)導(dǎo)體一 G1)、內(nèi)導(dǎo)體二 G2)、內(nèi)導(dǎo)體三03)為圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)為圓錐體，圓錐體頂部為半球體；內(nèi)導(dǎo)體二 G2)和內(nèi)導(dǎo)體三03)共軸；內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)相連， 內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)的底部與外導(dǎo)體直接相連；內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)靠近底部的側(cè)面依次通過耦合縫隙(6)和圓柱體水平連接導(dǎo)體(7)與內(nèi)導(dǎo)體二 G2)相連，內(nèi)導(dǎo)體二 G2)和內(nèi)導(dǎo)體三03) 相連，兩者的半徑逐漸增加；圓柱體水平連接導(dǎo)體(7)的軸線與內(nèi)導(dǎo)體一 Gl)的軸線垂直； 內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間除內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓一(31)之間的區(qū)域以及內(nèi)導(dǎo)體三 (43)與外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(3 之間的區(qū)域之外的其他區(qū)域填充絕緣介質(zhì)(8)，外導(dǎo)體內(nèi)輪廓五(3 與內(nèi)導(dǎo)體三構(gòu)成微波輸入端口(1)，其尺寸與標(biāo)準(zhǔn)N型射頻同軸連接器一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中所述任一內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，其特征在于，所述外導(dǎo)體的外輪廓還包括一個(gè)圓柱形過渡面(22)，所述圓柱形過渡面0 位于與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接的外螺紋和一個(gè)便于拆卸和安裝的六棱柱工作面03)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中所述任一內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，其特征在于，所述內(nèi)導(dǎo)體尖端(5)的材料選用鉬金，其余內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的材料選用抗高溫、防炭化、防氧化的金屬，所述絕緣介質(zhì)(8)為陶瓷介質(zhì)。
專利摘要一種內(nèi)燃機(jī)用縫隙耦合微波等離子體點(diǎn)火器，屬于微波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。由四分之一波長同軸諧振腔、縫隙耦合結(jié)構(gòu)、階梯同軸匹配結(jié)構(gòu)、N型射頻同軸連接器一體化設(shè)計(jì)加工而成。利用四分之一波長同軸諧振腔實(shí)現(xiàn)較低輸入功率下燃燒室的體燃燒和對油氣混合物的充分燃燒；縫隙耦合結(jié)構(gòu)完成對四分之一波長同軸諧振腔的微波能量輸入，降低外部電路對諧振腔的影響；階梯同軸匹配結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的良好匹配；N型射頻同軸連接器作為微波輸入端口，可直接與現(xiàn)有低成本的微波源配套使用。本實(shí)用新型與現(xiàn)有火花塞具有相似的外形，可與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)氣缸匹配，在不改變氣缸結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直接替代現(xiàn)有火花塞，具有燃燒效率高，生產(chǎn)成本低，加工可重復(fù)性好，易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H05H1/46GK202031756SQ20112007620
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者樊勇, 程鈺間, 鄭偉 申請人:電子科技大學(xué)