CN110344973A - 一种采用等离子体激励技术的喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用等离子体激励技术的喷嘴，包括喷嘴体，所述喷嘴体中设有容置腔，在容置腔中设有绝缘针阀、接地电极，针阀电极包括电极杆，在电极杆顶部设有电极沿，所述电极沿底部卡接在喷嘴体顶部；电极杆位于绝缘针阀中，电极杆的部分外壁与绝缘针阀之间的空隙为电离空间，接地电极包裹在绝缘针阀外周；在容置腔的一侧设有长燃料通道，所述长燃料通道的一端与容置腔底部相连，长燃料通道的另一端与位于喷嘴体顶部的电磁阀a相连；在容置腔的另一侧设有短燃料通道。本申请采用介质阻挡放电激励的方式对主要燃料进行电离，能够利用非平衡等离子体气动效应改善燃料的分布范围、利用非平衡等离子体化学效应改善喷雾的反应活性。

Description

一种采用等离子体激励技术的喷嘴
技术领域
本发明涉及一种喷嘴，具体说是一种采用等离子体激励技术的喷嘴。
背景技术
日趋严格的节能环保要求已成为发动机研究领域所面临的最大挑战。随着发动机技术的不断推陈出新，在不同负荷、不同工况等条件下，发动机最佳经济性、动力性及排放特性对燃料的要求也有很大差异。因此，传统单一燃料发动机在某些特定应用场合中已渐渐无法满足人们的要求。在这种趋势下，双燃料发动机成为了一个必然的选择。
由于可以根据具体工况灵活的控制不同燃料的喷射策略,以达到良好的发动机性能，双燃料发动机已经逐渐的应用到了车用、船舶等动力领域。在现有双燃料技术路线中，每种燃料采用单独燃油供给及喷射系统的方案具有较高的可靠性，但其成本高、结构布置所占空间较大，无法应用于某些需要紧凑结构的发动机中；而双燃料喷射器由于结构复杂、可靠性低等问题，还没有成为业内的主流解决方案。
发明内容
本申请提供一种采用等离子体激励技术的喷嘴,采用介质阻挡放电激励的方式对主要燃料进行电离，能够利用非平衡等离子体气动效应改善燃料的分布范围、利用非平衡等离子体化学效应改善喷雾的反应活性。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种采用等离子体激励技术的喷嘴，包括喷嘴体，所述喷嘴体中设有容置腔，在容置腔中设有绝缘针阀、接地电极，针阀电极包括电极杆，在电极杆顶部设有电极沿，所述电极沿底部卡接在喷嘴体顶部；电极杆位于绝缘针阀中，电极杆的部分外壁与绝缘针阀之间的空隙为电离空间，接地电极包裹在绝缘针阀外周；在容置腔的一侧设有长燃料通道，所述长燃料通道的一端与容置腔底部相连，长燃料通道的另一端与位于喷嘴体顶部的电磁阀a相连；在容置腔的另一侧设有短燃料通道，所述短燃料通道的一端依次穿过接地电极、绝缘针阀与电离空间相连，短燃料通道的另一端与位于喷嘴体顶部的电磁阀c相连，在电磁阀a与电磁阀c之间设有电磁阀b，所述电磁阀b与针阀电极顶部相连；在喷嘴体底部设有与外界连通的喷孔a和喷孔b，容置腔底部设有压力室，所述喷孔a和喷孔b均与压力室相连；在长燃料通道与容置腔之间设有多个润滑孔。
进一步的，所述长燃料通道为汽油燃料通道，短燃料通道为甲醇燃料通道。
进一步的，润滑孔用于将少量汽油从所述汽油燃料通道中引入喷嘴体与接地电极之间，从而实现二者的润滑。
进一步的，所述针阀电极由金属材料制成，控制短燃料通道的开启及闭合，还能充当高压电极，实现针阀电极与接地电极之间的介质阻挡放电。
进一步的，所述绝缘针阀由绝缘材料制成，控制长燃料通道的开启及闭合，还能充当介质层，用于实现针阀电极与接地电极之间的介质阻挡放电。
更进一步的，接地电极由金属材料制成，其作用是充当低压电极，实现针阀电极与接地电极之间的介质阻挡放电。
更进一步的，所述电磁阀a用于控制长燃料通道的燃料供给，电磁阀c用于控制短燃料通道的燃料供给，电磁阀b用于控制针阀电极的抬起及落座。
更进一步的，所述长燃料通道、短燃料通道主体均倾斜设置在喷嘴体中。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：采用介质阻挡放电激励的方式对汽油-甲醇发动机双燃料喷嘴中的主要燃料甲醇进行电离，能够利用非平衡等离子体气动效应改善甲醇的分布范围、利用非平衡等离子体化学效应改善喷雾的反应活性，最终实现改善雾化、改善燃烧、降低有害燃烧产物排放水平及扩大着火范围的目的。同时，当本方案中的针阀电极不通电时，本方案可以作为普通双燃料喷嘴正常工作。
附图说明
图1为本申请中喷嘴剖视图；
图2为甲醇喷射及电离过程示意图；
图3为汽油喷射过程示意图；
图4为实施例2中控制方法示意图。
图中序号说明：1-喷嘴体，11-润滑孔，12-汽油燃料通道，13-甲醇燃料通道，14-喷孔a，15-压力室，16-电离空间，2-电磁阀a，3-电磁阀b，4-电磁阀c，5-针阀电极，6-绝缘针阀，7，接地电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供一种采用等离子体激励技术的喷嘴，包括喷嘴体，电磁阀，针阀电极，绝缘针阀，接地电极。所述喷嘴体是主要结构，用于承载其他各部件及结构，并实现燃料喷射，在所述喷嘴体上加工有甲醇燃料通道13、汽油燃料通道12及润滑孔11；所述甲醇燃料通道13用于引入甲醇，所述汽油燃料通道12用于引入汽油，所述润滑孔11用于将少量汽油从所述汽油燃料通道12中引入喷嘴体1与接地电极7之间、从而实现二者的润滑；所述电磁阀一共有三个，其中电磁阀a及电磁阀c分别用于控制汽油及甲醇的燃料供给，电磁阀b用于控制针阀电极5的抬起及落座；
所述针阀电极5由金属材料制成，有两个作用，第一个作用是控制甲醇燃料通路的开启及闭合，第二个作用是充当高压电极，实现针阀电极5-接地电极7之间的介质阻挡放电；所述绝缘针阀6由绝缘材料制成，有两个作用，第一个作用是控制汽油燃料通路的开启及闭合，第二个作用是充当介质层，用于实现针阀电极5-接地电极7之间的介质阻挡放电；所述接地电极7由金属材料制成，其作用是充当低压电极，实现针阀电极5-接地电极7之间的介质阻挡放电。
实施例2
工作时，电磁阀c首先抬起，甲醇进入甲醇燃料通道13，随即针阀电极5放电，电离空间16内的甲醇在电场作用下形成等离子体，此时针阀电极5抬起，电离后的高活性甲醇经喷孔14喷入到发动机燃烧室。随即，甲醇停止供气，汽油供油开始，少量汽油经汽油燃料通道12、压力室15及喷孔14喷入到燃烧室内，在发动机缸内巨大压力温度作用下着火、并引燃此时已喷入燃烧室的甲醇。由于甲醇已被电离成具有很高反应活性的等离子体，因此极易被汽油引燃，燃烧开始。
如果针阀电极5不通电，则本方案可作为常规的汽油-甲醇双燃料喷嘴使用。
该方案的控制方法是：
(1)在第n个循环，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对电磁阀c输出抬起指令，此时记为时间原点t。
(2)电磁阀c抬起，甲醇经燃料供给系统管路进入甲醇燃料通道13。
(3)以时间原点t为起始点，在经过标定的Δt1时间间隔后(Δt1为从时间原点t算起，到甲醇即将进入电离空间16的时间)，ECU发出指令，电源给针阀电极5以较高电压U(例如：15～20kV)供电。
(4)针阀电极5、绝缘针阀6、接地电极7之间开始介质阻挡放电(此时甲醇刚好充满电离空间16)，位于电离空间16内的甲醇被电离成为具有高反应活性的非平衡等离子体。
(5)以t+Δt1记为时间原点，经过标定的Δt2时间后(Δt2为从放电开始至甲醇即将充满电离空间16的时长)，ECU发出指令，电磁阀b抬起。
(6)针阀电极5在电磁阀b的作用下抬起，此时甲醇燃料通道13、电离空间16、压力室15、喷孔14与发动机燃烧室形成甲醇通路，甲醇电离产生的等离子体从喷孔14喷出、进入燃烧室中。
(7)以t+Δt1+Δt2记为时间原点，在经过标定的Δt3时间后(Δt3为从以t+Δt1+Δt2为时间原点、到完成该工况下发动机正常工作所需流量的甲醇喷射的时间)，ECU发出指令，电磁阀c关闭，甲醇停止供气。
(8)以t+Δt1+Δt2+Δt3记为时间原点，在经过标定的Δt4时间后(Δt4为从电磁阀c关闭开始、到喷嘴体内所有残余甲醇均喷入燃烧室所需的时间)，ECU发出指令，电磁阀b推动针阀电极5落座，甲醇燃料通道13、电离空间16、压力室15、喷孔14与发动机燃烧室形成的甲醇通路关闭。
(9)以t+Δt1+Δt2+Δt3+Δt4记为时间原点，在经过标定的Δt5时间后(Δt5为以所有甲醇均已喷入燃烧室内的时刻算起、甲醇在发动机燃烧室内形成较均匀分布所需的时间)，ECU发出指令，电磁阀a抬起，高压汽油进入汽油燃料通道12。
(10)绝缘针阀6在高压汽油的作用下抬起，汽油燃料通道12、压力室15、喷孔14与发动机燃烧室构成通路，汽油从喷孔14喷出。
(11)缸压传感器采集缸压信号p，并传递给ECU。若p≥p1(p1为当曲轴位于某一特定位置时，数个循环内发动机正常点火所对应缸内压力的平均值，应有一定裕度)，则ECU判断喷嘴工作正常，随即进入下一循环；若p<p1，则发动机认为喷嘴未正常工作，随即在n+1个循环时，电源将以U+ΔU1的电压放电。
(12)缸压传感器采集缸压信号p，并传递给ECU。若p≥p1(p1为当曲轴位于某一特定位置时，数个循环内发动机正常点火所对应缸内压力的平均值，应有一定裕度)，则ECU判断喷嘴工作正常，随即进入下一循环；若p<p1，则发动机认为喷嘴未正常工作，随即在n+2个循环时，电源将以U+ΔU2的电压放电，ΔU2>ΔU1。
(13)缸压传感器采集缸压信号p，并传递给ECU。若p≥p1(p1为当曲轴位于某一特定位置时，数个循环内发动机正常点火所对应缸内压力的平均值，应有一定裕度)，则ECU判断喷嘴工作正常，随即进入下一循环；若p<p1，则ECU终止电源供电，并输出喷嘴工作异常信息。
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)

1.一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，包括喷嘴体，所述喷嘴体中设有容置腔，在容置腔中设有绝缘针阀、接地电极，针阀电极包括电极杆，在电极杆顶部设有电极沿，所述电极沿底部卡接在喷嘴体顶部；电极杆位于绝缘针阀中，电极杆的部分外壁与绝缘针阀之间的空隙为电离空间，接地电极包裹在绝缘针阀外周；在容置腔的一侧设有长燃料通道，所述长燃料通道的一端与容置腔底部相连，长燃料通道的另一端与位于喷嘴体顶部的电磁阀a相连；在容置腔的另一侧设有短燃料通道，所述短燃料通道的一端依次穿过接地电极、绝缘针阀与电离空间相连，短燃料通道的另一端与位于喷嘴体顶部的电磁阀c相连，在电磁阀a与电磁阀c之间设有电磁阀b，所述电磁阀b与针阀电极顶部相连；在喷嘴体底部设有与外界连通的喷孔a和喷孔b，容置腔底部设有压力室，所述喷孔a和喷孔b均与压力室相连；在长燃料通道与容置腔之间设有多个润滑孔。
2.根据权利要求1所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，所述长燃料通道为汽油燃料通道，短燃料通道为甲醇燃料通道。
3.根据权利要求2所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，润滑孔用于将少量汽油从所述汽油燃料通道中引入喷嘴体与接地电极之间，从而实现二者的润滑。
4.根据权利要求1所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，所述针阀电极由金属材料制成，控制短燃料通道的开启及闭合，还能充当高压电极，实现针阀电极与接地电极之间的介质阻挡放电。
5.根据权利要求1所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，所述绝缘针阀由绝缘材料制成，控制长燃料通道的开启及闭合，还能充当介质层，用于实现针阀电极与接地电极之间的介质阻挡放电。
6.根据权利要求1所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，接地电极由金属材料制成，其作用是充当低压电极，实现针阀电极与接地电极之间的介质阻挡放电。
7.根据权利要求1所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，所述电磁阀a用于控制长燃料通道的燃料供给，电磁阀c用于控制短燃料通道的燃料供给，电磁阀b用于控制针阀电极的抬起及落座。
8.根据权利要求1所述一种采用等离子体激励技术的喷嘴，其特征在于，所述长燃料通道、短燃料通道主体均倾斜设置在喷嘴体中。
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