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CN109162853A - 一种双放电模式等离子体点火器 - Google Patents

一种双放电模式等离子体点火器 Download PDF

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CN109162853A
CN109162853A CN201811258842.1A CN201811258842A CN109162853A CN 109162853 A CN109162853 A CN 109162853A CN 201811258842 A CN201811258842 A CN 201811258842A CN 109162853 A CN109162853 A CN 109162853A
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宋鹏
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Dalian Minzu University
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Dalian Nationalities University
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/24—Generating plasma
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Abstract

本发明公开了一种双放电模式等离子体点火器，属于天然气燃烧设备领域，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极，所述中心阳极包括相连接的细阳极部、中阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和中阳极部的外侧固定连接有绝缘套；所述绝缘套上开有一凹槽，凹槽内设有上阳极，所述上阳极与细阳极的最顶端处于同一平面；所述绝缘套外侧连接有接地电极，且绝缘套与接地电极之间设有电离空间A，接地电极与中心阳极的粗阳极部之间由上向下设有隔离空间、电离空间B；本发明解决了现有点火器在大空间燃烧室发动机以及天然气发动机上应用时点火能量小、点火可靠性差、点火能量利用率低等问题。

Description

一种双放电模式等离子体点火器
技术领域
本发明涉及天然气燃烧设备领域，具体涉及一种双放电模式等离子体点火器。
背景技术
传统的发动机用火花塞结构上一般由一个中心电极及与其距离较近的一个或数个侧电极组成，工作时，点火线圈为中心电极供电，电压高达1.5-2万伏，在中央电极及侧电极间的高压差下，气体被击穿，在中心电极及侧电极之间的狭小空间内形成高温放电通道，点火及燃烧开始。现有火花塞工作时往往会伴随很高的温升，易导致点火能量利用率低并影响电极寿命，点火范围仅位于中心电极及侧电极之间的狭小空间，应用于大缸径发动机或不易点燃的燃料如天然气时，由于点火能量过小易导致点火可靠性变差。
发明内容
为解决现有点火器在大空间燃烧室发动机以及天然气发动机上应用时点火能量小、点火可靠性差、点火能量利用率低等问题，本发明提供一种双放电模式等离子体点火器。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双放电模式等离子体点火器，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极，所述中心阳极包括相连接的细阳极部、中阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和中阳极部的外侧固定连接有绝缘套；所述绝缘套上开有一凹槽，凹槽内设有上阳极，所述上阳极与细阳极的最顶端处于同一平面；所述绝缘套外侧连接有接地电极，且绝缘套与接地电极之间设有电离空间A，接地电极与中心阳极的粗阳极部之间由上向下设有隔离空间、电离空间B。
进一步的，所述接地电极上分别设有进气口a和进气口b，所述进气口a水平设置，所述进气口b倾斜设置。
进一步的，所述电离空间A、隔离空间、电离空间B之间互通。
进一步的，所述进气口a与电离空间A连通，所述进气口b与隔离空间连通。
进一步的，所述绝缘套上连接有阳极固定螺栓。
进一步的，所述接地电极上还连接有定位法兰。
本发明的有益效果是：隔离空间的设置，隔绝了电离空间A及电离空间B，电离空间A内只发生介质阻挡放电，电离空间B内只发生电弧放电；用于点火的燃料及空气均由进气口通入，可以根据点火情况控制经进气口a的空气及经进气口b的燃料流量来控制位于电离空间B中混合气的当量比，根据实际工况改善电离及点火效果；采用介质阻挡放电-电弧放电组合放电的模式，可实现在宽广的燃空比范围内实现高能、稳定点火的目的；进气口b喷入的空气或燃料对阳极起到冷却作用，延长电极使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖视图。
图中附图标记如下：1、中心阳极，2、绝缘套，3、上阳极，4、接地电极，5、电离空间A，6、隔离空间，7、电离空间B，8、进气口a，9、进气口b，10、阳极固定螺栓，11、定位法兰。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种双放电模式等离子体点火器，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极1，所述中心阳极1包括相连接的细阳极部、中阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和中阳极部的外侧固定连接有绝缘套2；所述绝缘套2上开有一凹槽，凹槽内设有上阳极3所述上阳极3与中心阳极1的最顶端处于同一平面；所述绝缘套2外侧连接有接地电极4，顶端连接有阳极固定螺栓10，且绝缘套2与接地电极4之间设有电离空间A5，接地电极4与中心阳极1的粗阳极部之间由上向下设有隔离空间6、电离空间B7，且所述电离空间A5、隔离空间6、电离空间B7之间互通；接地电极4上分别设有进气口a8和进气口b9，所述进气口a8水平设置，所述进气口b9倾斜设置，且所述进气口a8与电离空间A5连通，所述进气口b9与隔离空间6连通；所述接地电极4上还连接有用于固定点火器本体的定位法兰11。
本发明的工作过程如下：工作时，由进气口a8通入一定量的空气(或燃料)，此时，电源首先以1万伏以下的较低电压为阳极供电；在较低电压下，上阳极3-绝缘套2-接地电极4之间发生介质阻挡放电，位于电离空间A5的空气(或燃料)在外加电场作用下发生电离，生成自由电子及带有正电荷阳离子组成的非平衡等离子体，化学反应活性提高。由于此时电压较低，在电离空间B7内不发生电弧放电。
由于空气(或燃料)的持续通入，电离生成的非平衡等离子体继续向下运动、经过隔离空间6并进入到电离空间B7内，此时，进气口a8停止通入空气(或燃料)，电源断电；随即，进气口b9通入燃料(或空气)；在已生成的非平衡等离子体中的高能电子作用下，呈电中性的燃料分子裂解为带正电的重离子和带负电的自由电子，从而转变为非平衡等离子体，反应活性提高。此时，电源以1.5-2万伏的更高电压为阳极供电，在高电压作用下接地电极4与中心阳极1之间发生电弧放电。由于此时混合气的反应活性已经提高，因此点火及燃烧反应迅速发生，火焰将以大体积火焰炬的形式加速从喷口冲出，进入发动机燃烧室，引燃位于燃烧室内的可燃的空气-燃料混合气。
在整个放电过程中，由于隔离空间6的存在，隔绝了电离空间A5和电离空间B7，因此，电离空间A5内只发生介质阻挡放电，电离空间B7内只发生电弧放电；而且，由于用于点火的燃料及空气均由进气口通入，不需要主燃烧室内的混合气倒流，因此可以根据点火情况采用控制经进气口a8的空气及经进气口b9的燃料流量的方法控制位于电离空间B7中混合气的当量比，达到根据实际工况改善电离及点火效果的目的。
实施例2
本实施例给出了一种将本发明应用于活塞式发动机的控制策略。
活塞式发动机的曲轴位置传感器判断曲轴位置，若当前曲轴转角未到设定值，则继续判断；若已到设定值，则由ECU对电源输出低压放电指令。
电源接到放电指令后，向阳极输出某一较低电压U1，记为时间t1，此时，上阳极3与接地电极4放电，在电离空间A5内形成介质阻挡放电，位于电离空间A5内的气体被电离成非平衡等离子体；随即，被电离气体向下运动，经Δt时间经过隔离空间6进入电离空间B7。
在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，阳极断电。此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向阳极输出某一较高电压U2(U2>U1)。此时，中心阳极1与接地电极4放电，在电离空间B7内形成电弧放电，位于电离空间B7内具有很高反应活性的非平衡等离子体被点燃，燃烧反应开始。火焰以火焰炬的形式冲出喷口，进入到主燃烧室。
ECU读取缸压传感器信号。若缸压p大于某一设定值p1,则认为点火成功，ECU继续读取曲轴位置传感器信号，进行下一循环点火；若缸压p小于p1，则认为点火失败，此时ECU对电源输出指令，以U2+ΔU对阳极放电，同时增加经进气口进入的燃料流量，并继续读取缸压信号，直至点火成功为止；若当放电电压一直增加至设定值U3(U3>U2)时、或燃料流量增加到某一设定值时仍判断点火失败，为保证点火电极安全终止放电，此循环不再点火。
实施例3
本实施例给出了一种将本发明应用于其他发动机及燃烧器的控制策略。
ECU对电源发出低压放电指令。电源接到放电指令后，向阳极输出某一较低电压U1，此时记为时间t1。此时，上阳极3与接地电极4放电，在电离空间A5内形成介质阻挡放电，位于电离空间A5内的气体被电离成非平衡等离子体；随即，被电离气体向下运动，经Δt时间经过隔离空间进入电离空间B6。
在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，阳极断电。此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向阳极输出某一较高电压U2(U2>U1)。此时，中心阳极1与接地电极4放电，在电离空间B6内形成电弧放电，位于电离空间B6内具有很高反应活性的非平衡等离子体被点燃，燃烧反应开始。火焰以火焰炬的形式冲出喷口，进入到主燃烧室。
ECU读取温度传感器信号，获取燃烧室内温度T。若温度T大于某一设定值T1,则认为点火成功，随即高压放电指令终止，阳极断电，点火过程结束；若温度T小于T1，则认为点火失败，此时ECU对电源输出指令，以U2+ΔU对阳极放电，同时增加经进气口进入的燃料流量，并继续读取温度信号，直至点火成功为止；若当放电电压一直增加至设定值U3(U3>U2)时、或燃料流量增加到某一设定值时仍判断点火失败，为保证点火电极安全终止放电，并输出故障报警信号。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双放电模式等离子体点火器，其特征在于，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极(1)，所述中心阳极(1)包括相连接的细阳极部、中阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和中阳极部的外侧固定连接有绝缘套(2)；所述绝缘套(2)上开有一凹槽，凹槽内设有上阳极(3)，所述上阳极(3)与细阳极的最顶端处于同一平面；所述绝缘套(2)外侧连接有接地电极(4)，且绝缘套(2)与接地电极(4)之间设有电离空间A(5)，接地电极(4)与中心阳极(1)的粗阳极部之间由上向下设有隔离空间(6)、电离空间B(7)。
2.根据权利要求1所述的一种双放电模式等离子体点火器，其特征在于，所述接地电极(4)上分别设有进气口a(8)和进气口b(9)，所述进气口a(8)水平设置，所述进气口b(9)倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的一种双放电模式等离子体点火器，其特征在于，所述电离空间A(5)、隔离空间(6)、电离空间B(7)之间互通。
4.根据权利要求2所述的一种双放电模式等离子体点火器，其特征在于，所述进气口a(8)与电离空间A(5)连通，所述进气口b(9)与隔离空间(6)连通。
5.根据权利要求1所述的一种双放电模式等离子体点火器，其特征在于，所述绝缘套(2)上连接有阳极固定螺栓(10)。
6.根据权利要求1所述的一种双放电模式等离子体点火器，其特征在于，所述接地电极(4)上还连接有定位法兰(11)。
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