一种新型的汽车发动机微波点火器.pdf

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1、第22卷第9期电子设计工程2014年5月Vo1．22No．9ElectronicDesignEngineeringMav．2014一种新型的汽车发动机微波点火器彭志伟(电子科技大学物理电子学院，四川成都610054)摘要：文中设计了一种新型的同轴线谐振腔微波点火器，谐振频率为2．45GHz。应用于汽车发动机点火，替代传统的火花塞。该设计基于四分之一波长同轴谐振腔理论，谐振腔为一端短路另一端开路的同轴线构成，内导体由两段不同直径的铜圆柱构成。通过三维电磁仿真软件HFSS得到：在输入功率为500W时。内导体的顶部电场强度可达到2．4×107v／

2、m左右，满足汽车发动机高压下形成等离子体的门限条件一2．25x107v／m，达到点火效果。关键词：微波点火器；四分之一波长；同轴线谐振腔；发动机中图分类号：TN99文献标识码：A文章编号：1674—6236(2014)09—0165—02AnewignitionautomobileenginemicrowavePENGZhi—wei(SchoolofPhysicalEletronics，UESTC,Chengdu610054,China)Abstract：Thispaperpresentsanovelmicrowaveignitioncoa

3、xialresonator,theresonantfrequencyof2．45GHz．Usedinautomotiveengineignition，insteadofthetraditionalsparkplugs．Thedesignisbasedonaquarter-wavelengthcoaxialresonatortheoryresonatoroneendandopenoneendofthecoaxialcircuitconstitutedbythetwoinnerconductorsofdifferentdiametercoppe

4、rcylindercomposition．Three-dimensionalelectromagneticsimulationsoftwareHFSSget：Whentheinputpoweris500W，theelectricfieldstrengthatthetopoftheinnerconductorcanreach2．4~107V／mor8o，tomeettheautomotiveengineunderhighpressuretoformaplasmathresholdconditions-2．25xl0v／m．reachignit

5、ionresults．Keywords：microwaveignition；quarterwavelength；coaxialresonator；theengine随着全球温室效应的日益增加，节能减排的呼声越来1结构设计越高，提升内燃机的燃油利用效率是节能减排的重要途径之一。稀薄燃烧可以降低油耗，减少有毒有害气体的排放，但点1．1耦合结构设计火困难n1。2011年美国西弗吉尼亚大学对四分之一波长(QW谐振腔与外电路常用的耦合方式有：探针耦合、环耦合、CCR)同轴线谐振腔微波点火器与传统的多点点火作了对比孑L耦合。文中采用倒L型环耦合方式(如

6、图l所标)，这种耦测试，结果发现QWCCR微波点火器，在对乙烯和乙烷的稀合结构不但保证了谐振腔的性能，而且简单便于加工。薄混合物的燃烧有显著的提高，认为QWCCR可以作为一种稀薄燃烧点火器[21。微波点火相对于传统的火花塞点火方式而言，它具有点火能量高、燃油利用效率高、有毒气体排放低等优点【}4】。一种简单的微波点火器是四分之一波长同轴线谐振腔耦合环微波点火器，其理论基础为四分之一波长同轴谐振腔理论。微波能量从外界耦合到谐振腔内部，在谐振腔的内导体顶部形成足够强的电场，产生等离子体火焰达到点火效果。汽车发动机的工作气压一般在lxlOPa以下

7、，对应的最高击穿电图1仿真模型图Fig．1Simulationmodeldiagram场为2．25x10V／m。1．2腔体结构设计文中提出了一种新型的同轴线谐振腔微波点火器，其工谐振腔的几何尺寸，很大程度上就决定了其Q值的大作频率为2．45GHz，结构简单。内导体的阶梯结构，使得顶端小。Q值则反应了谐振腔的贮能情况，原则上我们应该使谐处的电场达到设计要求。倒L型耦合器，保证了能量的利用振腔的Q值越大越好。在不考虑开口处辐射损耗的情况下，效率、谐振腔的性能，并且易于加工批量生产。外导体内径与内导体外径的比值约为3．6时，谐振腔的Q值收稿日期：

8、2013—09—02稿件编号：201309011最大。但是当谐振腔的尺寸过大时，同样带来了较大的腔体作者简介：彭志伟(1987一)，男，湖南衡阳人，硕士研究生。研究方向：微渡技术