微波等离子点火技术及其在汽车工业中的应用

至2050年我国轿车拥有量将达到4亿辆，目前城市中的空气污染50%来自汽车的废气排放。因此汽车的能耗和废气排放成为全社会关注的焦点。而这又主要取决于发动机的性能。其中发动机的点火方式直接影响着发动机的能耗和尾气排放。目前汽油发动机标准点火方式是火花点火，其燃烧速度较慢、燃烧不充分、能量利用率低且产生大量有害气体。本项目将探索新的发动机点火方式，以寻求一种有别于电动与新能源汽车的全新节能减排途径。本课题拟将微波等离子体技术应用于发动机的点火，使发动机燃烧室内的燃料混合物大体积均匀地同时点燃，使燃烧更迅速、更充分，大幅提高发动机的效率。课题拟开展微波传导与馈入技术及最佳控制的方法的研究，通过电场仿真与实验，研究微波输送、馈入、谐振和等离子体形成过程，研究微波电磁场对燃油燃烧化学反应的影响，探索微波等离子点火技术在汽车中应用的理论基础和实用技术。为我国节能减排和汽车工业自主技术研发做出贡献.

在过去的20年间里，汽车工业迅速发展，由此带来了大量的能源消耗和废气排放。在燃烧过程中因微波作用产生的等离子体具有很高的化学活性，同时微波有很好的助燃特性，所以微波点火是一种非常具有前景的点火方式。目前国内外对微波点火方法的研究还很少，本项目主要的研究目标是提出一种新型的微波点火方法，其点火效果要优于火花塞点火系统。本项目对圆柱形微波谐振腔展开研究，提出了基于圆柱形谐振腔的微波点火方法。圆柱形谐振腔主要有TE111和TM010这两种谐振模式。本项目分别设计了基于这两种的谐振模式的实验装置。利用基于TE111谐振模式的实验装置成功实现了点火，但是工作气压较低，只有0.012MPa；而利用基于TM010谐振模式的实验装置可实现1MPa下的稳定点火，这种点火方式可以提高点火可靠性、拓宽稀薄燃烧的极限。最后，本项目还通过在TM010谐振腔内部增加多个金属尖端的方式实现了多点点火。与火花塞点火相比，这种点火方式可以加快燃烧速度，减少热损失，提高燃烧效率。