CN104779524A - 一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞，其属于内燃机燃烧领域。该火花塞的内电极设置于中心位置，第1绝缘层下部与内电极下部之间的空间形成电离腔，位于电离腔内的内电极表面设有凸起。在压缩冲程中少量可燃混合气被压入电离腔内，可燃混合气电离形成非平衡等离子体。所形成的非平衡等离子体具有高度化学活性，并从电离腔中冲出，进入到燃烧室空间内，利用高能电子的高活性激发位于燃烧室空间的混合气，开始链式反应。非平衡等离子体广泛分布于燃烧室空间内，从而实现空间多点点火。本发明能够提高火花点火发动机的点火能量，改善稀燃发动机的燃烧稳定性与排放性能，扩展发动机的稀燃极限，从而改善发动机的经济性。

Description

一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞，属于内燃机燃烧领域。

背景技术

稀薄燃烧技术是近年来备受内燃机界重视的新型发动机燃烧技术，该技术要求发动机在燃空当量比小于1的条件下工作，通过提高缸内充量绝热指数及降低燃烧温度等方式实现较好的经济性及较低的NO_X排放。但是在稀薄条件下混合气中的可燃物少，与化学计量比燃烧相比，稀薄燃烧的燃烧过程不稳定，导致发动机循环变动的增大及HC、CO排放的恶化；处于火花位置附近的混合气成分及充量运动的大范围时空变化对点火系统的可靠性提出了很高要求，尤其当发动机在稀燃极限条件工作时由于着火的困难会导致经济性及HC、CO排放的急剧恶化；稀薄燃烧还会导致火焰传播速度的降低及爆震风险的加剧。为了改进稀薄燃烧发动机的点火性能，进一步改善发动机经济性和排放特性，我们提出了一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞。

发明内容

为了改善稀薄燃烧发动机的点火性能，本发明提供了一种用于内燃机的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞。该火花塞的工作方式是：在压缩冲程中缸内少量可燃混合气进入介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的电离腔中，在强电场作用下被电离，从而形成具有高度活性的非平衡等离子体。非平衡等离子体从电离腔中冲出，进入燃烧室中，进而引燃燃烧室内的大量可燃混合气，实现空间多点点火。该介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞具有扩展发动机稀燃极限，加快燃烧速度，提高燃烧效率，从而改善发动机的燃油经济性及排放特性的作用。

本发明所采用的具体技术方案：一种用于内燃机点火的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞，介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞包括第1绝缘层、第2绝缘层、第3绝缘层、外电极、内电极和电离腔，所述内电极设置于介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的中心位置，第3绝缘层包在内电极上部外侧，第1绝缘层上部包在内电极的中部外侧，第1绝缘层下部与内电极下部之间的空间形成电离腔；所述外电极套在第1绝缘层外侧，第2绝缘层设置于外电极外侧与连接螺纹之间；位于电离腔内的内电极表面设有凸起。

所述电离腔的下端采用敞开式结构。

采用上述的技术方案，内电极为一根金属材料制成的表面加工有凸起的圆柱状电极，位于该介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的中心位置。外电极为一金属材料制成的圆筒状电极，其内侧为第1绝缘层。第1绝缘层与内电极之间的空间构成电离腔。在压缩冲程中被压入电离腔的少量可燃混合气在内电极、第1绝缘层、外电极之间形成的电场作用下，被电离形成非平衡等离子体并从电离腔中冲出、进入到发动机燃烧室中，引发燃烧室中燃料的链式反应，点燃燃烧室内的大量可燃混合气。介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞适用于所有采用火花点火的发动机，且不限制燃料的具体种类。

本发明的有益效果是：该介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞能够将少量可燃混合气电离，使之产生一部分高活性非平衡等离子体。这部分高活性非平衡等离子体以火焰柱的形式从电离腔喷出，进入燃烧室空间。对于燃烧室内的大量可燃混合气而言，该火焰柱相当于点火能量被无限放大的火源，从而能够使燃烧室内的可燃混合气迅速着火，这将改善稀燃发动机的燃烧稳定性，扩展发动机的稀燃极限，从而改善发动机的经济性；增强的点火能量能够提高燃料的燃烧效率，从而带来较低的HC及CO排放；由于发动机在稀燃条件下工作，使燃烧温度得到控制，因此能够降低NO_X排放水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞在内燃机中的位置示意图。

图2是一种介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的结构示意图。

图3是一种介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的进气示意图。

图4是一种介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的电离示意图。

图5是一种介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的点火示意图。

图中：1、介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞，2、电源，3、气门，4、燃烧室，5、缸壁，6、活塞，11、第1绝缘层，12、第2绝缘层，13、第3绝缘层，14、外电极，15、内电极，16、紧固螺母，17、连接螺纹，18、电离腔。

具体实施方式

图2所示为所述的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞的结构图。图中，介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞1包括第1绝缘层11、第2绝缘层12、第3绝缘层13、外电极14、内电极15和电离腔18。内电极15设置于介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞1的中心位置，第3绝缘层13包在内电极15上部外侧，第1绝缘层11上部包在内电极15的中部外侧，第1绝缘层11下部与内电极15下部之间的空间形成电离腔18，电离腔18的下端采用敞开式结构。外电极14套在第1绝缘层11外侧，第2绝缘层12设置于外电极14外侧与连接螺纹17之间。位于电离腔18内的内电极15表面设有凸起。

当发动机处于压缩冲程时，图1中所示的活塞6上行，少量位于所述的燃烧室4内的可燃混合气被压缩至图2中所示的等离子火花塞的电离腔18中。如图3所示，可燃混合气沿着所述的内电极15与所述的第1绝缘层形成的电离腔18上行。这时如图4所示，所述的内电极15与所述的外电极14放电，可燃混合气被电离成非平衡等离子体状态，并随即如图5所示在强电场中着火。着火后混合气的体积迅速膨胀，并喷入到燃烧室4中，最终引燃位于燃烧室4中的大量可燃混合气。

Claims (2)

1.一种用于内燃机点火的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞，介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞（1）包括第1绝缘层（11）、第2绝缘层（12）、第3绝缘层（13）、外电极（14）、内电极（15）和电离腔(18)，其特征是：所述内电极（15）设置于介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞（1）的中心位置，第3绝缘层（13）包在内电极（15）上部外侧，第1绝缘层（11）上部包在内电极（15）的中部外侧，第1绝缘层（11）下部与内电极（15）下部之间的空间形成电离腔（18）；所述外电极（14）套在第1绝缘层（11）外侧，第2绝缘层（12）设置于外电极（14）外侧与连接螺纹（17）之间；位于电离腔（18）内的内电极（15）表面设有凸起。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机点火的介质阻挡放电非平衡等离子体火花塞，其特征是：所述电离腔（18）的下端采用敞开式结构。