CN111765032B - 一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴 - Google Patents

一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滑动弧等离子体‑高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，包括内壳体中设有进气腔a，在进气腔a底部安装有旋流器a；所述内壳体一侧设有与进气腔a连通的进气管路a，另一侧设有进油管路，所述进油管路与进油腔顶部相连通，所述进油腔底部分别连接有倾斜向下通道a和倾斜向下弧形通道b，所述通道a、通道b端部形成交叉喷孔，钨电极依次穿过端盖、进气腔a、旋流器a伸入滑动弧放电区内；在内壳体下部外周连接有外壳体，所述外壳体一侧设有与进气腔b连通的进气管路b，在进气腔b上部设有旋流器b。该喷嘴当发动机点火成功后，可以持续稳定的提供高活性等离子体活性基团，促进燃烧更加充分，提高燃烧效率，降低污染排放。

Description

一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴
技术领域
本发明涉及燃油雾化喷嘴技术领域，具体涉及一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴。
背景技术
现如今，随着发动机技术的不断推陈出新，对燃烧室可靠点火、高效燃烧、低污染排放等特性均提出了更高的要求。研究表明，燃油雾化的质量会直接影响燃料燃烧过程及污染物的形成。所以提高雾化质量、加强对雾化流场的调控也就成为了人们关注的重点。目前人们一般采用优化喷嘴结构，利用静电喷雾及外加强电场、磁场等方式来对燃油喷雾过程进行优化。而等离子体激励技术因其具备扰动流场、提高反应活性以及降低排放的能力，故近年来大量国内外的研究人员将等离子体激励技术应用到发动机燃油雾化流场。
但是现有的等离子体燃油雾化喷嘴的结构均相对复杂，且一般采用介质阻挡放电来对燃油喷雾场进行电离。介质阻挡放电的放电特性决定了其放电间隙小，难以实现宽范围、大流量的液体燃料的电离，同时随着燃油流经金属喷嘴，这将导致活性粒子失活。
现有技术中申请号为2014100853108，名称为一种等离子体催化气态燃料的双燃料喷嘴，由放电组件、气路组件、油路组件、喷嘴固定装置等部件组成。其存在的缺点是产生的活性粒子易失活，无法真正参与到点火过程。
现有技术中申请号为2019100623202,名称为一种多孔雾化等离子体燃油喷嘴，该装置由腔体、环状阴极、进气口、中心电极、航空煤油进口、航空煤油雾化器等机构构成。其存在的缺点是难以实现宽范围、大流量的液体燃料电离。
发明内容
为解决现有等离子体燃油雾化喷嘴结构复杂，处理范围窄，点火时活性粒子易失活，难以实现大流量的液体燃料电离问题，本申请提出了一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，包括钨电极、内壳体、外壳体和端盖，所述端盖位于内壳体顶部，该内壳体中设有进气腔a，在进气腔a底部安装有旋流器a；所述内壳体一侧设有与进气腔a连通的进气管路a，另一侧设有进油管路，所述进油管路与进油腔顶部相连通，所述进油腔底部分别连接有倾斜向下通道a和倾斜向下弧形通道b，所述通道a、通道b端部形成交叉喷孔，所述交叉喷孔与雾化点火区相连通，所述雾化点火区与其上面的滑动弧放电区连通，该滑动弧放电区位于旋流器a下面，钨电极依次穿过端盖、进气腔a、旋流器a伸入滑动弧放电区内；在内壳体下部外周连接有外壳体，两者形成的空间为进气腔b，所述外壳体一侧设有与进气腔b连通的进气管路b，在进气腔b上部设有旋流器b，所述进气腔b底部与雾化点火区相连通。
进一步的，所述钨电极顶部裸露在外，位于滑动弧放电区内的钨电极底端分布有呈螺旋排列的小凸起。
进一步的，所述钨电极作为高压电极与等离子体电源正极相连接，且所述钨电极通过螺纹连接的方式与端盖、旋流器a连接固定。
进一步的，所述端盖包括相连的顶盖和凸台，所述凸台通过螺纹拧入内壳体中，所述内壳体顶端面与顶盖相接触；所述端盖由绝缘材料制成，在所述端盖的顶部和底部分别开有凹槽，所述凹槽内均设置有金属定位器，通过所述金属定位器实现所述钨电极上下位置的定位调整。
进一步的，所述交叉喷孔为周向排列的若干个交叉孔。
更进一步的，所述旋流器a与所述钨电极接触部位由绝缘材料制成。
更进一步的，所述内壳体为圆柱结构，其底部倾斜向下且向内延伸；所述外壳体为上窄下宽的圆台结构。
作为更进一步的，所述内壳体、外壳体由金属材料制成且做接地处理。
作为更进一步的，所述进气管路a、进油管路、进油腔、通道a、通道b均开设内壳体上。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴在需要高能点火时，提供较大的点火能量，具有能量高、点火可靠性好的优点；当发动机点火成功后，可以持续稳定的提供高活性等离子体活性基团，促进燃烧更加充分，提高燃烧效率，降低污染排放；规避了介质阻挡放电的缺陷，可实现大流量燃油处理。
附图说明
本发明共有附图3幅：
图1为本申请燃油雾化喷嘴的剖视图；
图2为本申请燃油雾化喷嘴喷射及电离过程示意图；
图3为本申请燃油雾化喷嘴的控制方法流程图。
图中序号说明：1-金属定位器，2-进气腔a，3-钨电极，4-进油管路，5-进气腔b，6-进油腔，7-旋流器b，8-交叉喷孔，9-旋流器a，10-进气管路b，11-进气管路a，12-内壳体、13-端盖、14-燃油、15-滑动弧、16-雾化点火区、17-空气、18-激励气体。
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，本实施例提供一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，在运行过程中，钨电极作为高压电极与等离子体电源正极相连接，所述钨电极通过螺纹连接的方式与端盖、旋流器a连接在一起，同时所述钨电极底部分布有呈螺旋排列的小凸起，可以提高滑动弧放电效率；所述端盖与内壳体以螺纹连接的方式安装在一起，同时所述端盖由绝缘材料制成，在所述端盖上开有两个凹槽，每个凹槽内设置有金属定位器，所述金属定位器的作用是实现所述钨电极上下位置的定位调整；燃油经过进油管路进入进油腔，最后由交叉喷孔来实现燃料的雾化喷射，其中所述交叉喷孔为周向排列的若干个交叉孔；滑电弧放电所需激励气体通过所述进气管路a进入进气腔a，所述进气腔a的作用是运输和稳定来自所述进气管路a的气体；旋流器a固定安装在所述进气腔a的内壁上，所述旋流器a的作用是将来自进气腔a的气体转换为旋转气流，其中所述旋流器a与所述钨电极接触部位由绝缘材料制成；经过所述旋流器a形成的旋转气流将进入滑动弧放电区，进行滑动弧放电对雾化后的燃料进行点火；与此同时，空气由进气管路b进入进气腔b，经过旋流器b的气流旋转进入雾化点火区进一步的促进燃油雾化及点火过程。
上述燃油雾化喷嘴的控制方法为：
S1.启动发动机；
S2.进气管路a处开始供给高压激励气体，所述高压激励气体进入进气腔a经由旋流器a形成旋流气；
S3.流速计读取滑动弧放电区风速；
S4.判断风速是否达到预设值：如果未达到，调节供气气压，返回至步骤S3；如果达到，进行步骤S5；
S5.ECU发出指令，等离子体电源启动；
S6.测量装置读取滑动弧放电区电子密度及温度；
S7.判断电子密度及温度是否达到预设值：如果未达到，调节等离子体电源输出功率，返回至步骤S6；如果达到，进行步骤S8；
S8.燃油通过进油管路进入进油腔后，从周向排列的若干个交叉孔内喷出与滑动弧接触，进行点火；
S9.空气通过进气管路b进入进气腔b，经由旋流器b后形成旋流气，活化后的燃油喷雾与形成的空气旋流气混合进一步的促进了燃油雾化及点火过程，最后进入燃烧室。
上述测量装置包括光谱仪、计算处理器，其中光谱仪的光谱探头安装于滑动弧放电区，用于采集光谱信息，光谱仪将获得的光谱信息进行分析处理成为波长-强度光谱信息数据组，计算处理器获取所述波长-强度光谱信息数据组，选择合适波长的谱线，利用玻尔兹曼拟合法计算电子温度、利用斯塔克展宽法计算电子密度。在滑动弧放电区还安装有流速计；所述ECU分别和流速计、等离子体电源、计算处理器电连接。
采用滑动弧点火技术，等离子体活化与点火过程同时进行，活性粒子可直接参与到燃烧反应中，同时滑动弧点火可靠性较高。规避了介质阻挡放电的缺陷，可实现大流量燃油处理；其燃烧清洁，污染物排放量低。
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)

1.一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，其特征在于，包括钨电极、内壳体、外壳体和端盖，所述端盖位于内壳体顶部，该内壳体中设有进气腔a，在进气腔a底部安装有旋流器a；所述内壳体一侧设有与进气腔a连通的进气管路a，另一侧设有进油管路，所述进油管路与进油腔顶部相连通，所述进油腔底部分别连接有倾斜向下通道a和倾斜向下弧形通道b，所述通道a、通道b端部形成交叉喷孔，所述交叉喷孔与雾化点火区相连通，所述雾化点火区与其上面的滑动弧放电区连通，该滑动弧放电区位于旋流器a下面，钨电极依次穿过端盖、进气腔a、旋流器a伸入滑动弧放电区内；在内壳体下部外周连接有外壳体，两者形成的空间为进气腔b，所述外壳体一侧设有与进气腔b连通的进气管路b，在进气腔b上部设有旋流器b，所述进气腔b底部与雾化点火区相连通；
所述钨电极顶部裸露在外，位于滑动弧放电区内的钨电极底端分布有呈螺旋排列的小凸起；
所述钨电极作为高压电极与等离子体电源正极相连接，且所述钨电极通过螺纹连接的方式与端盖、旋流器a连接固定；
所述端盖包括相连的顶盖和凸台，所述凸台通过螺纹拧入内壳体中，所述内壳体顶端面与顶盖相接触；所述端盖由绝缘材料制成，在所述端盖的顶部和底部分别开有凹槽，所述凹槽内均设置有金属定位器，通过所述金属定位器实现所述钨电极上下位置的定位调整。
2.根据权利要求1所述一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，其特征在于，所述交叉喷孔为周向排列的若干个交叉孔。
3.根据权利要求1所述一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，其特征在于，所述旋流器a与所述钨电极接触部位由绝缘材料制成。
4.根据权利要求1所述一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，其特征在于，所述内壳体为圆柱结构，其底部倾斜向下且向内延伸；所述外壳体为上窄下宽的圆台结构。
5.根据权利要求4所述一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，其特征在于，所述内壳体、外壳体由金属材料制成且做接地处理。
6.根据权利要求1所述一种滑动弧等离子体-高扰动交叉结构的燃油雾化喷嘴，其特征在于，所述进气管路a、进油管路、进油腔、通道a、通道b均开设内壳体上。
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