CN109268187A - 一种双进气双放电等离子点火器 - Google Patents

一种双进气双放电等离子点火器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双进气双放电等离子点火器，属于天然气燃烧设备领域，包括点火器本体、中心阳极、上接地电极、下接地电极和环状阳极，所述中心阳极位于点火器本体内部中心位置，所述点火器本体内侧壁自上向下设有相连接的上接地电极和下接地电极；所述中心阳极上半部位于阳极绝缘套的中空结构中，所述阳极绝缘套壁体上开设有凹槽A，所述凹槽A内设有环状阳极；本发明能够实现高能、稳定点火，且延长了电极的使用寿命。

Description

一种双进气双放电等离子点火器
技术领域
本发明涉及天然气燃烧设备领域，具体涉及一种双进气双放电等离子点火器。
背景技术
天然气作为一种清洁能源，已经广泛被用作发动机燃料。在车用动力领域，以天然气为燃料的乘用车及载重车辆日益增多；在船舶动力领域，天然气动力船舶已成为重点研究范畴。与汽油相比，作为气体燃料的天然气需要更高的点火能量，这导致在实际使用中即使小缸径的车用天然气发动机也难以使用单火花塞点燃，因此不得不采用汽油引燃的方式使发动机正常工作，然而这导致了系统复杂、成本升高、可靠性下降等一系列问题。因此，有必要采取新型点火技术，采用相对简单的结构，实现天然气的高效点火及燃烧，使天然气发动机能够在单一燃料模式下稳定、可靠的工作。
发明内容
为解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种双进气双放电等离子点火器，能够实现高能、稳定点火，且延长了电极的使用寿命。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种双进气双放电等离子点火器，包括点火器本体、中心阳极、上接地电极、下接地电极和环状阳极，所述中心阳极位于点火器本体内部中心位置，所述点火器本体内侧壁自上向下设有相连接的上接地电极和下接地电极；所述中心阳极上半部位于阳极绝缘套的中空结构中，所述阳极绝缘套壁体上开设有凹槽A，所述凹槽A内设有环状阳极。
进一步的，所述上接地电极上设有进气口A；所述下接地电极上设有进气口B。
进一步的，所述下接地电极上设有凹槽B，所述凹槽B内设有接地电极绝缘套。
进一步的，所述接地电极绝缘套的顶端与下接地电极顶端位于同一平面，且接地电极绝缘套的顶端与上接地电极连接。
进一步的，所述阳极绝缘套与上接地电极之间设有电离空间A，所述中心阳极与接地电极绝缘套之间设有隔离空间，所述中心阳极与下接地电极之间设有电离空间B；所述电离空间A、隔离空间、电离空间B自上向下依次设置，形成连通的空腔。
进一步的，所述阳极绝缘套顶端连接有固定螺栓。
进一步的，所述进气口A水平设置，所述进气口B倾斜设置；所述进气口A与电离空间A连通，所述进气口B与电离空间B连通。
进一步的，所述下接地电极上还设有定位法兰。
本发明的有益效果是：1、接地电极绝缘套隔绝了电离空间A和电离空间B，进而下接地电极-阳极绝缘套-中心阳极之间不会发生介质阻挡放电；2、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，可以根据点火情况采用通过控制流经进气口A的空气(燃料)或燃料及经进气口B的燃料(空气)或空气流量的方法来控制位于电离空间中混合气的当量比，进而可以根据实际工况改善电离及点火效果；3、在宽广的燃空比范围内实现高能、稳定点火，同时，进气口B喷入的空气或燃料对中心阳极起到一定冷却作用，延长了电极使用寿命。
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、上接地电极，3、下接地电极，4、环状阳极，5、阳极绝缘套，6、进气口A，7、进气口B，8、接地电极绝缘套，9、电离空间A，10、隔离空间，11、电离空间B，12、固定螺栓，13、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
一种双进气双放电等离子点火器，包括点火器本体、中心阳极1、上接地电极2、下接地电极3和环状阳极4，所述中心阳极1位于点火器本体内部中心位置，所述点火器本体内侧壁自上向下设有相连接的上接地电极2和下接地电极3，所述上接地电极2上设有水平设置的进气口A6，所述下接地电极3上设有倾斜设置的进气口B7；所述下接地电极3上设有凹槽B，所述凹槽B内设有接地电极绝缘套8，接地电极绝缘套8顶端与下接地电极3顶端位于同一平面，且接地电极绝缘套8的顶端与上接地电极2连接，所述下接地电极3上还设有定位法兰13；所述中心阳极1上半部位于阳极绝缘套5的中空结构中，所述阳极绝缘套5壁体上开设有凹槽A，所述凹槽A内设有环状阳极4，阳极绝缘套5顶端连接有固定螺栓12；所述阳极绝缘套5与上接地电极2之间设有电离空间A9，所述中心阳极1与接地电极绝缘套8之间设有隔离空间10，所述中心阳极1与下接地电极3之间设有电离空间B11；所述电离空间A9、隔离空间10、电离空间B11自上向下依次设置，形成连通的空腔；所述进气口A6与电离空间A9连通，所述进气口B7与电离空间B11连通。
优选的，本发明的定位法兰13还可根据需要设于上接地电极2上。
本发明的工作过程如下：工作时，由进气口A6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环状阳极4供电；在较低电压下，上接地电极2-阳极绝缘套5-环状阳极4之间发生介质阻挡放电，位于电离空间A9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B11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10并进入到电离空间B11内。此时，进气口A6停止通入空气或燃料，电源断电。随即，进气口B7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变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供电，在高电压作用下中心阳极1与下接地电极3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，火焰以大体积火焰炬的形式冲出，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，由于接地电极绝缘套8的存在，隔绝了电离空间A9及电离空间B11，因此，下接地电极3-阳极绝缘套5-中心阳极1之间不会发生介质阻挡放电。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A6的空气或燃料及经进气口B7的燃料或空气流量的方法控制位于电离空间B11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，向环状阳极4输出某一较低电压U1，此时记为时间t1，此时，环状阳极4与上接地电极2放电，在电离空间A9内形成介质阻挡放电，位于电离空间A9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10进入电离空间B11。
在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，环状阳极4断电，此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向中心阳极1输出某一较高电压U2(U2>U1)。此时，中心阳极1与下接地电极3放电，在电离空间B11内形成电弧放电，位于电离空间B11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对中心阳极1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U3U3>U2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，向环状阳极4输出某一较低电压U1，此时记为时间t1，此时，环状阳极4与上接地电极2放电，在电离空间A9内形成介质阻挡放电，位于电离空间A9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10进入电离空间B11。
在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，环状阳极4断电，此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向中心阳极1输出某一较高电压U2(U2>U1)。此时，中心阳极1与下接地电极3放电，在电离空间B11内形成电弧放电，位于电离空间B11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，中心阳极1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对中心阳极1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U3U3>U2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 (8)

1.一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，包括点火器本体、中心阳极(1)、上接地电极(2)、下接地电极(3)和环状阳极(4)，所述中心阳极(1)位于点火器本体内部中心位置，所述点火器本体内侧壁自上向下设有相连接的上接地电极(2)和下接地电极(3)；所述中心阳极(1)上半部位于阳极绝缘套(5)的中空结构中，所述阳极绝缘套(5)壁体上开设有凹槽A，所述凹槽A内设有环状阳极(4)。
2.根据权利要求1所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述上接地电极(2)上设有进气口A(6)；所述下接地电极(3)上设有进气口B(7)。
3.根据权利要求1所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述下接地电极(3)上设有凹槽B，所述凹槽B内设有接地电极绝缘套(8)。
4.根据权利要求3所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述接地电极绝缘套(8)的顶端与下接地电极(3)顶端位于同一平面，且接地电极绝缘套(8)的顶端与上接地电极(2)连接。
5.根据权利要求1所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述阳极绝缘套(5)与上接地电极(2)之间设有电离空间A(9)，所述中心阳极(1)与接地电极绝缘套(8)之间设有隔离空间(10)，所述中心阳极(1)与下接地电极(3)之间设有电离空间B(11)；所述电离空间A(9)、隔离空间(10)、电离空间B(11)自上向下依次设置，形成连通的空腔。
6.根据权利要求1所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述阳极绝缘套(5)顶端连接有固定螺栓(12)。
7.根据权利要求2所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述进气口A(6)水平设置，所述进气口B(7)倾斜设置；所述进气口A(6)与电离空间A(9)连通，所述进气口B(7)与电离空间B(11)连通。
8.根据权利要求1所述的一种双进气双放电等离子点火器，其特征在于，所述下接地电极(3)上还设有定位法兰(13)。
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