CN112377322B - 用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电结构。该活塞放电机构包括：移动电极、分布式多腔结构燃烧室、固定电极以及可变间距放电区域。移动电极设置于活塞顶部并具有第一组合形状和第一移动电极结构，分布式多腔结构燃烧室设置在所述活塞顶部，固定电极设置于气缸体顶部或气缸盖底部并具有第二组合形状和第二结构，可变间距放电区域由所述移动电极和所述固定电极构造。该活塞放电机构能够实现发动机的多发性均匀性着火和均燃，大幅提高燃烧效率，满足更高的节能排放标准，还有技术效果：全气相预混、全燃烧室区域全燃烧过程精确管控、预电离提高预混气分子运动活性、等离子云激励多发性着火和燃烧、后电离强化燃烧发展、燃烧残留无检出。

Description

用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电结构
技术领域
本公开的实施例涉及一种用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电结构。
背景技术
当今世界，随着生产力高速发展，能源消耗与日俱增，一次性能源日渐枯竭，生态环境持续恶化严重威胁到人类生存，“保护生态环境，共建绿色美好家园”已成当务之急。动力燃烧技术必将顺应这一时代要求，向着燃料洁净化、燃烧精细化、控制智能化、更高效节能和更低排放的“绿色燃烧”方向发展。
发明内容
本公开的实施例提供一种用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电机构。该活塞放电机构能够实现发动机的多发性均匀性着火和均燃，大幅提高燃烧效率，满足更高的节能排放标准。
本公开至少一实施例提供了一种用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电机构，包括：移动电极、分布式多腔结构燃烧室、固定电极以及可变间距放电区域。移动电极设置于活塞顶部并具有第一组合形状和第一移动电极结构，分布式多腔结构燃烧室设置在所述活塞顶部，固定电极设置于气缸体顶部或气缸盖底部并具有第二组合形状和第二结构，可变间距放电区域由所述移动电极和所述固定电极构造。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述移动电极包括至少一个第一放电电极，所述至少一个第一放电电极设置在所述活塞顶部并具有所述第一组合形状和所述第一移动电极结构，所述至少一个第一放电电极与所述活塞一体设置，所述至少一个第一放电电极随着所述活塞往复运动，所述活塞与所述发动机的曲柄连杆连接，所述活塞通过所述发动机的曲柄连杆接公共地，所述至少一个第一放电电极与所述固定电极的形状相同以及轴线重合。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述移动电极包括一组开口放电环，所述一组开口放电环构造于所述活塞顶部与活塞顶面几何中心同心，其中，所述活塞顶面为所述活塞顶部的面对所述固定电极的端面，所述一组开口放电环包括第一最内层放电环、第一最外层放电环以及位于第一最内层放电环与第一最外层放电环之间对的至少一个第一中间层放电环，所述第一最内层放电环具有第一高度，所述第一最内层放电环的沿所述第一最内层环的径向的横截面为上窄下宽的梯形，所述第一最内层放电环的上端窄面为放电面，所述第一最内层放电环的放电面同时作为所述活塞顶面，所述一组开口放电环的多个放电面等高平行，所述一组开口放电环的每个的沿所述一组开口放电环的径向的宽度的取值范围为0.5-5mm，所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离取值范围为1-9.5mm，所述第一最内层环的外侧到与所述第一最内层放电环相邻的第一中间层放电环的内侧之间的距离为所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离的两倍，所述一组开口放电环中的相邻的两个放电环的相面对的两侧之间的距离也为所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离的两倍，所述第一最外层放电环的外侧到活塞火力岸内边沿的距离等于所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离，所述移动电极还包括多个豁口，所述多个豁口按等分圆周的方式分布于所述一组开口放电环上，所述多个豁口的每个的宽度取值范围为2-10mm，所述一组开口放电环的每个放电环上设置至少一个豁口的数量自第一最内层放电环开始逐环增多，设置在所述第一最内层放电环上的所述至少一个豁口沿所述第一最内层放电环的径向对齐在所述一组开口放电环的每个放电环上设置，与所述第一最内层放电环相邻的第一中间层放电环上还设置与所述第一最内层放电环上的至少一个豁口错开的至少一个豁口，在与所述第一最内层放电环相邻的第一中间层放电环上增设的所述至少一个豁口的数量与所述第一最内层放电环上的至少一个豁口的数量相同，所述第一最外层放电环上还设置与所述第一最外层放电环相邻的第一中间层放电环上设置的至少一个豁口错开的至少一个豁口，在所述第一最外层放电环上增设的所述至少一个豁口的数量与所述第一最外层放电环相邻的第一中间层放电环上设置的所述至少一个豁口的数量相同。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述分布式多腔结构燃烧室包括所述第一最外层放电环的内侧、所述一组开口放电环的相邻的两个放电环之间以及所述第一最外层放电环的外侧下凹的区域，所述分布式多腔结构燃烧室包括燃烧室主腔和燃烧室辅腔，所述燃烧室主腔为所述第一最外层放电环的内侧呈扁平“ω”形下凹的区域，所述燃烧室主腔的下凹口直径为所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离的两倍，所述燃烧室主腔的最大深度取值范围为0.5-5mm，所述活塞放电结构还包括挤压流导流凸台以及挤压流导流凸脊，所述挤压流导流凸台设置在所述燃烧室主腔的下凹中心处，所述下凹中心与所述活塞顶面几何中心重合，所述挤压流导流凸台的纵向截面为“钟型”，所述挤压流导流凸台的底面积为所述燃烧室主腔的底面积的20％-50％，所述挤压流导流凸台的高度取所述燃烧室主腔的最大深度的50％-70％；所述燃烧室辅腔包括所述一组开口放电环的相邻的两个放电环之间和所述第一最外层放电环的外侧沿所述第一最外层放电环的径向呈球面下凹的区域，所述燃烧室辅腔的下凹深度由所述活塞火力岸向所述活塞顶面几何中心逐渐加大，所述燃烧室辅腔的下凹深度为所述燃烧室主腔的最大深度的30％-70％；所述挤压流导流凸脊设置在所述燃烧室辅腔与所述移动电极的多个豁口的交叉位置处，所述挤压流导流凸脊位于所述交叉位置处的中心，所述挤压流导流凸脊的长度沿所述一组开口放电环的径向，所述挤压流导流凸脊的宽度沿所述一组开口放电环的周向，所述挤压流导流凸脊具有“钟型”横截面，所述挤压流导流凸脊的脊高取所述燃烧室主腔的最大深度的30％-70％，所述挤压流导流凸脊的长度方向的两侧对称或对称设置导流斜坡，所述挤压流导流凸脊的宽度方向的两侧对称或不对称设置导流斜坡。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述固定电极为固定于所述气缸体顶部或气缸盖底部并具有所述第二组合形状和所述第二结构的至少一个第二放电电极，所述至少一个第二放电电极位于所述移动电极正上方，所述至少一个第二放电电极的朝向所述移动电极的放电面的端面设为放电面，当所述移动电极位于止点位置时，所述至少一个第二放电电极与所述移动电极之间在垂直于所述固定电极的方向上具有固定间隙，所述至少一个第二放电电极连接外部电源，并且所述至少一个第二放电电极与所述移动电极形状相同且轴线重合。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述固定电极包括一组闭环放电环，所述一组闭环放电环与所述移动电极的一组开口放电环同几何中心，并包括第二最内层放电环、第二最外层放电环以及位于第二最内层放电环与第二最外层放电环之间对的至少一个第二中间层放电环，所述第二最内层放电环的厚度取值范围为1-8mm，所述第二最内层放电环的横截面为矩形，所述第二最内层放电环的朝向所述第一最内层放电环的放电面的端面设为放电面，所述第二最内层放电环的与所述第一最内层放电环的上端窄面平行且中心线对齐设置，所述第二最内层放电环的宽度取值范围为0.2-4mm，所述活塞放电结构还包括至少一个圆柱型馈电连接口、多组直线型径向连接电感以及多个弯曲型固定支撑电感。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，当所述至少一个圆柱型馈电连接口设在所述移动电极的中心位置时，所述至少一个圆柱型馈电连接口为带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体，所述至少一个圆柱型馈电连接口的厚度以及直径的取值范围为3-10mm，所述多组直线型径向连接电感的每个厚度为所述第二最内层放电环的厚度的60％-85％，所述多组直线型径向连接电感的每个宽度取值范围为1-9mm，所述多组直线型径向连接电感包括连通所述至少一个圆柱型馈电连接口与所述第二最内层放电环的第一组直线型径向连接电感、连通所述一组闭环放电环的每相邻两个闭环放电环的至少一组第二组直线型径向连接电感，所述多组直线型径向连接电感的每组的数量不同，所述多组直线型径向连接电感沿所述活塞火力岸向所述活塞顶面几何中心方向逐组增多一倍，所述多组直线型径向连接电感包括的每组按等分圆周方式错位分布，所述多个弯曲型固定支撑电感的厚度以及宽度的取值范围为1-9mm，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述第二最外层放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部；或者当所述至少一个圆柱型馈电连接口设在所述第二最外层放电环与连接所述第二最外层放电环的第二组直线型径向连接电感的其中一个交叉位置处，所述至少一个圆柱型馈电连接口设置为螺纹或卡口或插接接口，所述多组直线型径向连接电感连通所述一组闭环放电环，并在所述一组闭环放电环的中心处交叉，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述第二最外层放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述可变间距放电区域由所述第一最内层放电环的放电面与所述第二最内层放电环的放电面之间形成，根据所述第一最内层放电环的放电面随着所述活塞运动的不同位置或时刻，所述可变间距放电区域进一步细分为第一预电离区域、第二电离区域以及第三强化燃烧区域，其中，所述第一预电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第二电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度，所述第一预电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度取值范围为0.2-1mm，所述第二电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度取值范围为0.02-0.09mm，所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度取值范围为0.1-0.5mm。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，当所述活塞的直径≦20mm时，所述移动电极包括一个开口放电环，所述一个开口放电环的上端面为放电面，所述一个开口放电环的放电面的沿所述一个开口放电环的径向的宽度取值范围为0.3-2mm，所述一个开口放电环包括3个豁口，所述3个豁口按等分圆周方式分布在所述一个开口放电环上，所述3个豁口的每个的宽度为取值范围为2-5mm，所述一个开口放电环的内侧到活塞顶面几何中心的距离取值范围为1-3mm，所述一个开口放电环的外侧到所述活塞的火力岸内边沿的距离等于所述一个开口放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离，其中，所述活塞顶面为所述活塞顶部的面对所述固定电极的端面，所述分布式多腔结构燃烧室为分布式二腔结构，所述分布式二腔结构包括燃烧室主腔和燃烧室辅腔，所述燃烧室主腔包括所述一个开口放电环的内侧呈球面下凹区域，所述燃烧室主腔的直径取值范围为2-5mm，所述燃烧室主腔的最大深度取值范围为0.2-2mm，所述燃烧室辅腔包括所述一个开口放电环的外侧至所述火力岸内边沿的范围内呈球面下凹区域，所述燃烧室辅腔的下凹深度为所述燃烧室主腔的最大深度的5％-40％。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述固定电极包括一个闭环放电环，所述一个闭环放电环与所述一个开口放电环同几何中心，所述一个闭环放电环的厚度取值范围为1-10mm，所述一个闭环放电环的横截面为矩形，所述一个闭环放电环的朝向所述一个开口放电环的放电面的端面为放电面，所述一个闭环放电环的放电面的宽度取值范围为0.2-2mm，所述活塞放电结构还包括至少一个圆柱型馈电连接口、多个直线型径向连接电感以及多个弯曲型固定支撑电感，当所述至少一个圆柱型馈电连接口设置在所述一个闭环放电环的中心处时，所述至少一个圆柱型馈电连接口为一个带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体，所述至少一个圆柱型馈电连接口的厚度等于所述一个闭环放电环的厚度，所述至少一个圆柱型馈电连接口的直径取值范围为2-3mm，所述多个直线型径向连接电感的数量为3个或4个，所述多个直线型径向连接电感的每个厚度为所述一个闭环放电环的厚度的60％-85％，所述多个直线型径向连接电感的每个的宽度为取值范围为1-3mm，所述多个直线型径向连接电感按等分圆周分布在所述一个闭环放电环与所述至少一个圆柱型馈电连接口之间，并且所述多个直线型径向连接电感连通所述至少一个圆柱型馈电连接口和所述一个闭环放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的数量为3个，所述多个弯曲型固定支撑电感的每个的厚度等于所述一个闭环放电环的厚度，所述多个弯曲型固定支撑电感的每个的宽度取值范围为1-9mm，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部上，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述一个闭环放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部；或者当所述至少一个圆柱型馈电连接口设置在所述一个闭环放电环与所述多个直线型径向连接电感的其中一个的交叉位置，所述至少一个圆柱型馈电连接口为一个螺纹或卡口或插接接口；所述多个直线型径向连接电感的数量为3个或4个，所述多个直线型径向连接电感的数量按等分圆周方式分布在所述一个闭环放电环的内侧，所述多个直线型径向连接电感在所述一个闭环放电环的中心处交叉；所述多个弯曲型固定支撑电感的数量为3个，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部上，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述一个闭环放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部。
例如，在本公至少一实施例提供的活塞放电机构中，所述可变间距放电区域为所述移动电极的一个开口放电环的放电面与所述固定电极的一个闭环放电环的放电面之间的可变间距放电区域，根据所述移动电极的一个开口放电环的放电面随着所述活塞运动的不同位置或时刻，所述可变间距放电区域细分为第一预电离区域、第二电离区域以及第三强化燃烧区域，其中，所述第一预电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第二电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度，所述第一预电离区域沿垂直于所述移动电极的一个开口放电环方向上的长度的取值范围为0.2-1mm，所述第二电离区域沿垂直于所述移动电极的一个开口放电环方向上的长度的取值范围为0.02-0.09mm，所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述移动电极的一个开口放电环方向上的长度的取值范围为0.1-0.5mm。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1A为本公开一实施例提供的一种活塞放电结构的示意图；
图1B为本公开另一实施例提供的一种活塞放电结构的示意图；
图1C为本公开再一实施例提供的一种活塞放电结构的示意图；
图2为本公开一实施例提供的一种移动电极的示意图；
图3A为本公开一实施例提供的移动电极沿图2中A1-B1线的截面示意图；
图3B为本公开一实施例提供的移动电极沿图2中A2-B2线的截面示意图；
图4为本公开一实施例提供的一种固定电极的示意图；
图5A为本公开一实施例提供的固定电极沿图4中A3-B3线的截面示意图；
图5B为本公开一实施例提供的固定电极沿图4中A4-B4线的截面示意图；
图6为本公开一实施例提供的另一种固定电极的示意图；
图7为本公开一实施例提供的固定电极沿图6中A5-B5线的截面示意图；
图8为本公开一实施例提供的移动电极与固定电极的对应关系示意图；
图9A为本公开一实施例提供的另一种移动电极的示意图；
图9B为本公开一实施例提供的移动电极沿图9A中C1-D1线的截面示意图；
图10A为本公开一实施例提供的再一种固定电极的示意图；
图10B为本公开一实施例提供的固定电极沿图10A中C2-D2线的截面示意图；
图11A为本公开一实施例提供的再一种固定电极的示意图；
图11B为本公开一实施例提供的固定电极沿图11A中C3-D3线的截面示意图；
图12为本公开一实施例提供的移动电极与固定电极的对应关系示意图；以及
图13为本公开一实施例提供的可变放电间距的示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
众所周知，燃烧是一个物理化学变化动态耦合，相互作用的复杂过程，火焰也是一种弱电离现象，热能传到、分子扩散是火焰正常传播的重要因素；早期的试验证明，气体在强电磁场作用下，火焰中的离子会加速并带动中性粒子运动形成絮流。不同于热力燃烧，动力燃烧是将燃料的化学能转换为机械能(动能)实现做功，因此具有间歇(脉冲)式、排量小、时间短(最小达ms量级)、空间受限(气缸约束)等基本特征，节能减排的首要环节是最大限度实现能量形态的转换。
纵观内燃机100多年发展历程，技术在不断进步，但目前仍然存在以下问题：(1)点燃或压燃的传统着火方式，决定了燃烧室的构造，虽有类似分主、副腔形的某些改进，主燃烧室设计为低涡流薄盘型、中涡流盘型、ω型、凹进型，强涡流M型等多种形状，但是都以“单腔型”结构为共性特征，而这已经被证明难以实现理想的多发性均匀性着火和燃烧。(2)恰恰在燃烧这一重要环节，传统设计理念采取了“点燃或压燃后不管”的简单方式，没有考虑全过程管理一次间歇(脉冲)式燃烧，特别是没有深入考虑燃烧发展过程中气体分子密度、压力梯度、温度梯度和氧浓度等重要参数动态变化的影响，更没用提出相应的有效解决措施。当然，以现有燃烧室腔形、点火或压燃装置以及着火方式，想管也做不到。(3)已有的诸多采用等离子点(打)火的专利技术，也均局限于“电火花点(打)火”和“点燃或压燃后不管”的老技术套路，没有根本性技术创新。(4)在节能减排标准日趋严苛的鞭策下，世界各大车企比以往更重视新的燃烧技术，一种均质压燃(Homogeneous Charge CompressionIgnition，HCCI)技术应运而生并且成为一种潮流，大有点燃、压燃向均质压燃的发展之势，已推出了预混合压式燃式发动机PCCI、复合燃烧式发动机CCS等多个版本。但经实际使用后发现，HCCI运行模式仅在发动机全负荷范围内很窄的中等负荷段才能够可靠压燃和燃烧，而在低、高负荷段根本无法可靠压燃，更别说理想燃烧了，甚至连燃烧都困难，因而不得不在怠速(或起动)、快加速、高速运行时放弃这项技术革新，以传统的火花塞点火作为补充，这说明现实版的HCCI无法从根本上解决动力燃烧更高效的节能减排问题，只是一个妥协后的解决方案，其效果远未达设计初衷。
综上所述，内燃机技术还有较大的发展空间，进一步探索更深层次的技术改进非常必要，现实的市场需求也很迫切。
本公开实施例为了实现如下目标：(1)在“均质”的基础上追求真正意义上的多发性均匀性着火，进一步追求燃烧延时很短、反应速率正常、发展状态均匀，残留物无检出以及做功效率高的理想型燃烧，简称“均燃”。(2)结合活塞运动的特点，设计一种特殊的放电结构和与之契合的燃烧室腔形，突破电能仅用于点(打)火的传统理念，采用“面放电”的方法，精确控制放电能量(电离度)和时机(或时刻)，分不同强度多个步骤实施放电，首先预电离压缩过程中的低压预混气，提高气体分子的运动活性，再电离压缩后的高压预混气，产生设定形状的大体积等离子云(体)，利用等离子云(体)的光能、射线能、电磁能、热能等辐射作用，既云激励，可靠实现多发性均匀性着火，并为燃烧的开始与发展提供相比单一“自着火温度”更为有利的“自着火温度+等离子云激励”的双优条件。(3)革新“点燃或压燃后不管”的老技术套路，对一次间歇(脉冲)式燃烧实行时间维度的全过程，和空间维度的全(燃烧室)区域精细管控(简称全程全域管控)，特别是在燃烧发展的中、后期继续维持适度的放电能量，强化燃烧，实现“均燃”状态，提供必要的电磁能场“软条件”。(4)配合特殊放电结构，革新燃烧室的腔形，将原来的“单腔型”改进为“分布式多腔”结构，为可靠实现理想的多发性均匀性着火和均燃，规避爆燃的发生，提供必要的机械构造“硬条件”。(5)全面贯彻上述技术革新思想，如不坚持这些根本性的改革，现有电火花塞、压燃装置、燃烧室结构以及工作模式根本无法做到“全程全域管控”，也无法实现理想的多发性均匀性着火和均燃。(6)追求目标，最大限度提高燃烧效率、燃尽率和有效做功，满足更严苛的节能减排标准，为攻研新一代发动机提供切实可行的技术方案，奠定坚实的产业化基础。
本公开至少一实施例提供了一种用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电机构，包括：移动电极、分布式多腔结构燃烧室、固定电极以及可变间距放电区域。移动电极设置于活塞顶部并具有第一组合形状和第一移动电极结构，分布式多腔结构燃烧室设置在活塞顶部，固定电极设置于气缸体顶部或气缸盖底部并具有第二组合形状和第二结构，可变间距放电区域由所述移动电极和所述固定电极构造。
本公开实施例提供的用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电机构(PlasmaExciting Homogeneous Charge Uniform Combustion)简称“云机”或PEHCUC，根本上区别于均质压燃技术，该活塞放电机构能够实现发动机的多发性均匀性着火和均燃，大幅提高燃烧效率，满足更高的节能排放标准，还具有如下技术效果：全气相预混、全燃烧室区域全燃烧过程精确管控、预电离提高预混气分子运动活性、等离子云激励多发性着火和燃烧、后电离强化燃烧发展、燃烧残留无检出。
下面结合附图对本公开的实施例及其一些示例进行详细说明。
图1A为本公开一实施例提供的一种活塞放电结构的示意图；图1B为本公开另一实施例提供的一种活塞放电结构的示意图；图1C为本公开再一实施例提供的一种活塞放电结构的示意图。
例如，如图1A、图1B以及图1C所示，活塞放电结构包括移动电极1、分布式多腔结构燃烧室2、固定电极3以及可变间距放电区域4。移动电极1设置于活塞13的顶部131并具有第一组合形状和第一移动电极结构。分布式多腔结构燃烧室2设置在活塞顶部131，分布式多腔结构燃烧室2由活塞顶面132以及移动电极1的第一移动电极结构形成。固定电极3可以设置在气缸体221的顶部222(如图1B以及图1C所示)，还可以设置在气缸盖121的底部122(如图1A)所示。固定电极3与移动电极1在垂直于活塞13的方向上面对设置，以在发动机工作的过程中，固定电极3与移动电极1相对的端面之间产生放电现象。可变间距放电区域4由移动电极1和固定电极3构造，即可变间距放电区域4为移动电极1和固定电极3的之间的空间，可变间距放电区域4之间的气体发生气体电离现象，从而产生等离子体气流。该活塞放电机构能够实现发动机的多发性均匀性着火和均燃，大幅提高燃烧效率，满足更高的节能排放标准。
需要说明的是，第一移动电极结构可以是由多个放电电极组成的复合结构，第一组合形状指的是第一移动电极结构的多个放电电极组成的复合结构的形状，之后结合附图详细介绍。移动电极1以及固定电极3中所述的“移动”以及“固定”两个词并不构成对本公开实施例的限制，在一些发动机中，固定电极3可以移动，移动电极1为固定设置也是可能的。分布式多腔结构燃烧室2中所述的“分布式多腔结构”不构成对本公开实施例的限制。可变间距放电区域4所述的“可变间距放电”不构成对本公开实施例的限制，可变间距放电区域4的间距变化等是相对于发动机的工作时的运动时刻而言的。
例如，移动电极包括至少一个第一放电电极。至少一个第一放电电极设置在活塞顶部并具有第一组合形状和第一移动电极结构，至少一个第一放电电极与活塞一体设置。至少一个第一放电电极可以随着活塞往复运动，活塞可以与发动机的曲柄连杆连接，活塞通过发动机的曲柄连杆接公共地。如图1A、图1B以及图1C所示，移动电极1包括多个第一放电电极。多个第一放电电极设置在活塞顶部131并具有第一组合形状和第一移动电极结构，多个第一放电电极与活塞13一体设置。多个第一放电电极的上端面即为活塞顶面132的部分。多个第一放电电极可以随着活塞13往复运动，活塞13可以与发动机的曲柄连杆连接，活塞13通过发动机的曲柄连杆接公共地。也就是说，移动电极1接地。
例如，活塞13的直径可以为110mm-130mm，例如为120mm。
例如，图2为本公开一实施例提供的一种移动电极的示意图。如图2所示，移动电极1包括一组开口放电环1-1-N，一组开口放电环1-1-N构造于活塞顶部131与活塞顶面132几何中心同心。活塞顶面132为活塞顶部131的面对固定电极2的端面。
例如，如图2所示，一组开口放电环1-1-N包括第一最内层放电环1-1-1、第一最外层放电环1-1-3以及位于第一最内层放电环1-1-1与第一最外层放电环1-1-3之间对的至少一个第一中间层放电环1-1-2。例如，至少一个第一中间层放电环1-1-2的数量为一个作为示例(图2中)，即一组开口放电环1-1-N包括3个放电环。第一最内层放电环1-1-1、第一最外层放电环1-1-3以及第一中间层放电环1-1-2为同心的圆环形。移动电极1的一组开口放电环1-1-N的多环相互嵌套的结构有利于发动机中的气体电离的均匀性。
例如，在其它实施例中，第一中间层放电环1-1-2的数量还可以为2个、3个等，可以根据发动机的活塞的尺寸进行设计一组开口放电环1-1-N的放电环的数量，本公开实施例不以此为限。
例如，图3A为本公开一实施例提供的移动电极沿图2中A1-B1线的截面示意图；图3B为本公开一实施例提供的移动电极沿图2中A2-B2线的截面示意图。如图3A以及图3B所示，第一最内层放电环1-1-1具有第一高度(例如，第一最内层放电环1-1-1相对于活塞火力岸133内边沿134向靠近固定电极2的方向凸出)，第一最内层放电环1-1-1的沿第一最内层环1-1-1的径向的横截面为上窄下宽的梯形。该梯形的底面与活力岸133的顶面位于同一平面上。同样的，第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3沿一组开口放电环1-1-N的径向的截面形状与第一最内层放电环1-1-1沿第一最内层环1-1-1的径向的截面形状相同。一组开口放电环1-1-N包括多个放电面1-2-N。第一最内层放电环1-1-1的上端窄面为放电面1-2-1，即，第一最内层放电环1-1-1的靠近固定电极2的端面为放电面1-2-1。第一最内层放电环1-1-1的放电面与固定电极2面对设置。第一最内层放电环1-1-1的放电面同时作为活塞顶面132。例如，一组开口放电环1-1-N与活塞13一体形成，例如活塞顶面132的部分为放电面1-2-N。同样的，第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3的上端窄面为放电面1-2-2以及放电面1-2-3。一组开口放电环1-1-N的多个放电面1-2-N等高平行。一组开口放电环1-1-N的每个的沿一组开口放电环1-1-N的径向的宽度W1的取值范围为0.5-5mm，例如宽度W1的取值为1.5mm。第一最内层放电环1-1-1的沿第一最内层环1-1-1的径向的横截面的底面的宽度例如为3mm。需要说明的是，这里的宽度指的是一组开口放电环1-1-N的放电面1-2-N的沿一组开口放电环1-1-N的径向的宽度。
例如，在其它实施例中，第一中间层放电环1-1-2的数量还可以为2、3、4等，本公开实施例不以此为限。第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3沿一组开口放电环1-1-N的径向的截面形状与第一最内层放电环1-1-1沿第一最内层环1-1-1的径向的截面形状也可以互相不完全相同，例如，第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3沿一组开口放电环1-1-N的径向的截面的侧边设置为弧形。一组开口放电环1-1-N的多个放电面1-2-N也可以设置为不等高，例如在自活塞13的中心X0向活塞13的边缘的方向上，第一最内层放电环1-1-1、第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3的高度逐渐增大或者逐渐减小。
例如，如图2以及图3A所示，第一最内层放电环1-1-1的内侧到活塞顶面几何中心X0的距离D1取值范围为1-9.5mm，例如取值为9mm，第一最内层环1-1-1的外侧到与第一最内层放电环1-1-1相邻的第一中间层放电环1-1-2的内侧之间的距离D11为第一最内层放电环1-1-1的内侧到活塞顶面132几何中心X0的距离D1的两倍，例如为18mm。一组开口放电环1-1-N中的相邻的两个放电环的相面对的两侧之间的距离D12(例如，第一中间层放电环1-1-2的外侧与第一最外层放电环1-1-3的内侧)也为第一最内层放电环1-1-1的内侧到活塞顶面几何中心X0的距离D1的两倍，例如为18mm。第一最外层放电环1-1-3的外侧到活塞火力岸133内边沿134的距离D13等于(例如约等于)第一最内层放电环1-1-1的内侧到活塞顶面几何中心X0的距离D1，例如为9mm。
例如，活塞火力岸133的宽度为2-3mm，例如为2.5mm。
例如，如图2以及图3B所示，移动电极1还包括多个豁口K1。多个豁口K1按等分圆周的方式分布于一组开口放电环1-1-N上。多个豁口K1的每个的宽度M1取值范围为2-10mm(例如，豁口K1沿一组开口放电环1-1-N的周向上的宽度)，例如宽度M1的取值为6mm。一组开口放电环1-1-N的每个放电环上设置至少一个豁口K1，例如如图2中所示的设置多个豁口K1，豁口K1的数量自第一最内层放电环1-1-1开始逐环增多。也就是说，第一最内层放电环1-1-1、第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3上开设的豁口K1的数量逐渐增多。设置在第一最内层放电环1-1-1上的豁口K1沿第一最内层放电环1-1-1的径向对齐在一组开口放电环1-1-N的每个放电环上设置，也就是说，设置在第一最内层放电环1-1-1上的豁口K1对应的开设在第一最外层放电环1-1-3和第一中间层放电环1-1-2上。例如，在第一最内层放电环1-1-1上按照等分圆周的方式设置3个豁口K1，3个豁口K1之间的夹角为60°，在与第一最内层放电环1-1-1的3个豁口K1沿第一最内层放电环1-1-1的径向相应的位置上，分别在第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3上开设3个豁口K1。第一最内层放电环1-1-1相邻的第一中间层放电环1-1-2上还设置与第一最内层放电环1-1-1上的3个豁口K1错开的3个豁口K1，在第一中间层放电环1-1-2上增设的豁口K1的数量与第一最内层放电环1-1-1上的豁口K1的数量相同，例如为3个。即，第一中间层放电环1-1-2上的豁口K1的数量为第一最内层放电环1-1-1上的豁口K1的数量的两倍。第一中间层放电环1-1-2上设置的6个豁口K1按照等分圆周方式分布，相邻的两个豁口K1之间的夹角为30°。第一最外层放电环1-1-3上还设置与第一最外层放电环1-1-3相邻的第一中间层放电环1-1-2上设置的多个豁口K1错开的多个豁口K1，在第一最外层放电环1-1-3上增设的豁口K1的数量与第一中间层放电环1-1-2上设置的豁口K1的数量相同例如为6个。即，第一最外层放电环1-1-3上豁口K1的数量为第一中间层放电环1-1-2上豁口K1的数量的两倍。第一最外层放电环1-1-3上设置的12个豁口K1按照等分圆周方式分布，相邻的两个豁口K1之间的夹角为15°。按照上述规律在一组开口放电环1-1-N的每个放电环上设置豁口K1。豁口K1将一组开口放电环1-1-N的每个放电环分割为多段结构，有利于气体电离的均匀性，进而有助于实现发动机的多发性均匀性着火和均燃。
例如，在其它实施例中，第一最内层放电环1-1-1上设置的豁口K1的数量还可以为4个等，相应的，第一中间层放电环1-1-2上设置的豁口K1的数量还可以为8个等，第一最外层放电环1-1-3上设置的豁口K1的数量还可以为16个等。
例如，如图3A以及图3B所示，分布式多腔结构燃烧室2包括第一最外层放电环1-1-1的内侧、一组开口放电环1-1-N的相邻的两个放电环之间(例如，第一最内层放电环1-1-1的外侧与第一中间层放电环1-1-2的内侧之间、第一中间层放电环1-1-2的外侧与第一最外层放电环1-1-3的内侧之间)以及第一最外层放电环1-1-3的外侧下凹的区域(例如，第一最外层放电环1-1-3的外侧与活塞火力岸内边沿134之间)。分布式多腔结构燃烧室2包括燃烧室主腔2-1和燃烧室辅腔2-2。
例如，如图3A以及图3B所示，燃烧室主腔2-1为第一最外层放电环1-1-1的内侧呈扁平“ω”形下凹的区域，燃烧室主腔2-1的下凹口直径为第一最内层放电环1-1-1的内侧到活塞顶面几何中心X0的距离的两倍，燃烧室主腔的最大深度H1(如图3A)取值范围为0.5-5mm，例如最大深度H1的取值为2.3mm。燃烧室辅腔2-2包括一组开口放电环1-1-N的相邻的两个放电环之间(例如，第一最内层放电环1-1-1的外侧与第一中间层放电环1-1-2的内侧之间、第一中间层放电环1-1-2的外侧与第一最外层放电环1-1-3的内侧之间)以及第一最外层放电环1-1-3的外侧下凹的区域(例如，第一最外层放电环1-1-3的外侧与活塞火力岸内边沿134之间)。燃烧室辅腔2-2的下凹深度由活塞火力岸134向活塞顶面几何中心X0逐渐加大。例如，第一最内层放电环1-1-1的外侧与第一中间层放电环1-1-2的内侧之间的深度H11>第一中间层放电环1-1-2的外侧与第一最外层放电环1-1-3的内侧之间的深度H12>第一最外层放电环1-1-3的外侧与活塞火力岸内边沿134之间的深度H13。燃烧室辅腔2-2的下凹深度(例如，深度H11、深度H12或深度H13)为燃烧室主腔的最大深度的30％-70％。
例如，第一最内层放电环1-1-1的外侧与第一中间层放电环1-1-2的内侧之间的深度H11，例如取值范围为2.0-2.2mm，例如取值为2.1mm。例如，第一中间层放电环1-1-2的外侧与第一最外层放电环1-1-3的内侧之间的深度H1，例如取值范围为1.8-2.0mm，例如取值为1.9mm。例如，第一最外层放电环1-1-3的外侧与活塞火力岸内边沿134之间的深度H13，例如取值范围为1.6-1.8mm，例如取值为1.7mm。
例如，如图2以及图3A所示，活塞放电结构还包括挤压流导流凸台2-1-1。挤压流导流凸台2-1-1设置述燃烧室主腔2-1的下凹中心处，下凹中心与活塞顶面几何中心X0重合。挤压流导流凸台2-1-1的纵向截面为“钟型”。需要说明的是，“钟型”指的挤压流导流凸台2-1-1的纵向截面的轮廓形状的上半部分与抛物线相近。挤压流导流凸台2-1-1的底面积为燃烧室主腔2-1的底面积的20％-50％，例如挤压流导流凸台2-1-1的底面的宽度为5.4m，挤压流导流凸台2-1-1的高度H2取燃烧室主腔的最大深度H1的50％-70％，例如高度H2的取值为1.3mm。
需要说明的是，挤压流导流凸台2-1-1中所述的“挤压流导流”不构成对本公开实施例的限制，这仅仅是用于区别不同技术特征的名称。
例如，如图2以及图3B所示，活塞放电结构还包括多组挤压流导流凸脊2-2-N。多组挤压流导流凸脊2-2-N设置在燃烧室辅腔2-2与移动电极1的多个豁口K1的交叉位置处，挤压流导流凸脊2-2-N位于交叉位置处的中心。例如，多组挤压流导流凸脊2-2-N包括第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3。第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的数量分别与第一最内层放电环1-1-1、第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3上的豁口K1的数量相同，也即第一组挤压流导流凸脊2-2-1的数量为3个、第二组挤压流导流凸脊2-2-2的数量为6个，以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的数量为12个。第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的沿一组开口放电环1-1-N的径向的长度相等(例如基本相等)。第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的沿一组开口放电环1-1-N的周向的宽度相等(例如基本相等)。由此，等离子体流在第一最内层放电环1-1-1、第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3之间的流体更加均匀。
例如，第一组挤压流导流凸脊、第二组挤压流导流凸脊以及第三组挤压流导流凸脊不等高或等高。如图3B所示，挤压流导流凸脊2-2-N的脊高、取燃烧室主腔的最大深度H1的30％-70％。例如，第一组挤压流导流凸脊2-2-1的脊高H3为第一组挤压流导流凸脊2-2-1的上端面(也即靠近固定电极3的表面)相对于第一最内层放电环1-1-1的内侧的最低点的距离，例如脊高H3的取值为1.25mm。例如，第二组挤压流导流凸脊2-2-2的脊高H4为第二组挤压流导流凸脊2-2-2的上端面(也即靠近固定电极3的表面)相对于第一最内层放电环1-1-1的外侧与第一中间层放电环1-1-2的内侧之间区域的最低点的距离，例如脊高H4的取值为1.15mm。例如，第三组挤压流导流凸脊2-2-3的脊高H5为第三组挤压流导流凸脊2-2-3的上端面(也即靠近固定电极3的表面)相对于第一中间层放电环1-1-2的外侧与第一最外层放电环1-1-3的内侧之间区域的最低点的距离，例如脊高H5的取值为1.12mm。例如，第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的上端面位于同一水平面上。例如，挤压流导流凸脊2-2-N具有“钟型”横截面。挤压流导流凸脊2-2-N的长度方向的两侧对称或对称设置导流斜坡，挤压流导流凸脊2-2-N的宽度方向的两侧对称或不对称设置导流斜坡。由此，等离子体流在第一最内层放电环1-1-1、第一中间层放电环1-1-2以及第一组最外层环1-1-3之间的流体更加均匀，有利于气体电离的均匀性，有助于实现发动机的多发性均匀性着火和均燃。
例如，如图2所示，燃烧室主腔2-1和燃烧室辅腔2-2形成复杂的“迷宫型”，以使得发动机中的气体电离的更加充分，燃烧更加均匀。
需要说明的是，多组挤压流导流凸脊2-2-N中所述的“挤压流导流”不构成对本公开实施例的限制，这是用于区别不同技术特征的名称。
例如，在其它实施例中，第一组挤压流导流凸脊2-2-1的数量还可以为4个等，相应的，第二组挤压流导流凸脊2-2-2的数量还可以为8个等，以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的数量还可以为16个等。
例如，在其它实施例中，第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的上端面也可以不位于同一水平面上，例如，在自活塞13的中心向活塞13的边缘的方向上，第一组挤压流导流凸脊2-2-1、第二组挤压流导流凸脊2-2-2以及第三组挤压流导流凸脊2-2-3的上端面相互错位。
例如，在其它实施例中，活塞放电结构还可以不包括第三组挤压流导流凸脊2-2-3，即仅设置第一组挤压流导流凸脊2-2-1以及第二组挤压流导流凸脊2-2-2，本公开实施例不以此为限。
例如，固定电极为固定于气缸体顶部或气缸盖底部并具有第二组合形状和第二结构的至少一个第二放电电极。如图1A、图1B以及图1C所示，固定电极3为固定于气缸体顶部222或气缸盖底部122并具有第二组合形状和第二结构的多个第二放电电极，多个第二放电电极位于移动电极1正上方，多个第二放电电极的朝向移动电极1的放电面的端面设为放电面，当移动电极1位于上止点TDC位置时，多个第二放电电极与移动电极1之间在垂直于固定电极3的方向上具有固定间隙，多个第二放电电极连接外部电源，以在固定电极3与移动电极1之间形成电压差。
需要说明的是，第二结构可以是由多个第二放电电极组成的复合结构，第二组合形状指的是第二结构的多个第二放电电极组成的复合结构的形状，之后结合附图详细介绍。上止点TDC位置指的是在发动机工作过程中，活塞13在上下往复移动的过程中与气缸盖121相距最近的位置。
例如，图4为本公开一实施例提供的一种固定电极的示意图。如图4所示，固定电极3包括一组闭环放电环3-1-N，一组闭环放电环3-1-N与移动电极1的一组开口放电环1-1-N同几何中心且形状轮廓相似。一组闭环放电环3-1-N包括第二最内层放电环3-1-1、第二最外层放电环3-1-3以及位于第二最内层放电环3-1-1与第二最外层放电环3-1-3之间对的至少一个第二中间层放电环3-1-2。例如，至少一个第二中间层放电环3-1-2的数量为一个作为示例(图4中)，即一组闭环放电环3-1-N包括3个放电环。第二最内层放电环3-1-1、第二最外层放电环3-1-3以及第二中间层放电环3-1-2为同心的圆环形。固定电极3的一组闭环放电环3-1-N的多环相互嵌套的结构有利于发动机中的气体电离的均匀性，有利于气体电离的均匀性，有助于实现发动机的多发性均匀性着火和均燃。
例如，在其它实施例中，第二中间层放电环3-1-2还可以为2个、3个等，本公开实施例不以此为限。
例如，图5A为本公开一实施例提供的固定电极沿图4中A3-B3线的截面示意图；图5B为本公开一实施例提供的固定电极沿图4中A4-B4线的截面示意图，如图5A以及图5B所示，第二最内层放电环3-1-1的沿第二最内层环3-1-1的径向的横截面为矩形，第二最内层放电环3-1-1的厚度H21(如图5A所示)(即沿第二最内层环3-1-1的径向的宽度)取值范围为1-8mm，例如厚度H21的取值为4mm。同样的，第二中间层放电环3-1-2以及第二最外层放电环3-1-3沿一组闭环放电环3-1-N的径向的截面形状与第二最内层放电环3-1-1沿第二最内层环3-1-1的径向的截面形状相同。一组闭环放电环3-1-N包括多个放电面3-2-N。第二最内层放电环3-1-1的朝向第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1的端面设为放电面3-2-1。同样的，第二中间层放电环3-1-2以及第二最外层放电环3-1-3的端面分别为放电面3-2-2以及放电面3-2-3。一组闭环放电环3-1-N的多个放电面3-2-N等高(例如，基本相等)且平行。第二最内层放电环3-1-1的宽度W21(如图5A所示)(也即第二最内层放电环3-1-1的放电面3-2-1宽度)取值范围为0.2-4mm，例如宽度W21的取值为2mm。
例如，在其它实施例中，第二中间层放电环3-1-2的数量还可以为2、3、4等，本公开实施例不以此为限。第二中间层放电环3-1-2以及第二最外层放电环3-1-3沿一组闭环放电环3-1-N的径向的截面形状与第二最内层放电环3-1-1沿第二最内层环3-1-1的径向的截面形状也可以互相不完全相同，例如，第二中间层放电环3-1-2以及第二最外层放电环3-1-3沿一组闭环放电环3-1-N的径向的的截面的侧边设置为弧形。一组闭环放电环3-1-N的多个放电面3-2-N也可以设置为不等高，例如在自活塞13的中心向活塞13的火力岸133的方向上，第二最内层放电环3-1-1、第二中间层放电环3-1-2以及第二最外层放电环3-1-3的高度逐渐增大或者逐渐减小。
例如，如图2以及图4所示，一组闭环放电环3-1-N与一组开口放电环1-1-N的放电环的数量相同，位置相对(也即一组闭环放电环3-1-N与一组开口放电环1-1-N的轴线重合)。以使得一组闭环放电环3-1-N与一组开口放电环1-1-N的放电面互相面对，从而提高发动机在工作过程中气体电离的能力。
例如，图6为本公开一实施例提供的另一种固定电极的示意图。如图4以及图6所示，活塞放电结构还包括至少一个圆柱型馈电连接口3-3、多组直线型径向连接电感3-4-N-L以及多个弯曲型固定支撑电感3-5-N。例如，至少一个圆柱型馈电连接口3-3的数量为一个，用于与馈电引入端17(如图1A、图1B以及图1C所示)以连接外部电源。
例如，图7为本公开一实施例提供的固定电极沿图6中A5-B5线的截面示意图。如图6以及图7所示，当圆柱型馈电连接口3-3设在移动电极1的中心位置时，也即固定电极2的中心位置，圆柱型馈电连接口3-3为带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体，圆柱型馈电连接口3-3的厚度H34(如图7所示)以及直径的取值范围为3-10mm，例如，圆柱型馈电连接口3-3的厚度为4mm，圆柱型馈电连接口3-3的直径为5mm。
例如，如图5B所示，多组直线型径向连接电感3-4-N-L包括第一组的直线型径向连接电感3-4-1-L、第二组直线型径向连接电感3-4-2-L以及第三组直线型径向连接电感3-4-3-L。多组直线型径向连接电感3-4-N-L的每个厚度为第二最内层放电环3-1-N的厚度W21的60％-85％，例如多组直线型径向连接电感3-4-N-L的每个厚度为3.5mm。多组直线型径向连接电感3-4-N-L的每个宽度W32的取值范围为1-9mm，例如宽度W32的取值为2mm。
例如，如图6所示，多组直线型径向连接电感3-4-N-L包括位于第二最内层放电环3-1-1内侧的第一组直线型径向连接电感3-4-1-L(当圆柱型馈电连接口3-3设在固定电极3的中心处，如图6所示的连通圆柱型馈电连接口3-3与第二最内层放电环3-1-1)、连通第二最内层放电环3-1-1与第二中间层放电环3-1-2的第二组直线型径向连接电感3-4-2-L以及连通第二中间层放电环3-1-2与第二最外层放电环3-1-3的第三组直线型径向连接电感3-4-3-L。多组直线型径向连接电感3-4-N-L的每组的数量不同，例如，第一组直线型径向连接电感3-4-1-L、第二组直线型径向连接电感3-4-2-L以及第三组直线型径向连接电感3-4-3-L的数量互不相同。多组直线型径向连接电感3-4-N-L沿活塞火力岸133向活塞顶面132几何中心方向逐组增多一倍。也就是说，第三组直线型径向连接电感3-4-3-L的数量是第二组直线型径向连接电感3-4-2-L的数量的两倍，第二组直线型径向连接电感3-4-2-L的数量是第一组直线型径向连接电感3-4-1-L的数量的两倍。例如，第一组直线型径向连接电感3-4-1-L与第一组挤压导流凸脊2-2-1的位置相对且第一组直线型径向连接电感3-4-1-L与第一组挤压导流凸脊2-2-1的数量相同。例如，第二组直线型径向连接电感3-4-2-L与第二组挤压导流凸脊2-2-2的位置相对且数量相同。例如，第三组直线型径向连接电感3-4-3-L与第三组挤压导流凸脊2-2-3的位置相对且数量相同。参照多组挤压导流凸脊2-2-N的分布方式，多组直线型径向连接电感3-4-N-L包括的每组按等分圆周方式错位分布。例如，如图6所示的，第一组直线型径向连接电感3-4-1-L的数量为3个，第二组直线型径向连接电感3-4-2-L的数量为6个，第三组直线型径向连接电感3-4-3-L的数量为12个。多组直线型径向连接电感3-4-N-L可以使得一组闭环放电环3-1-N的放电面3-2-N的放电量更加均匀。
例如，在其它实施例中，第一组直线型径向连接电感3-4-1-L的数量还可以为4个，相应的第二组直线型径向连接电感3-4-2-L的数量还可以为8个，第三组直线型径向连接电感3-4-3-L的数量还可以为16个。
需要说明的是，位置相对指的是，例如第一组直线型径向连接电感3-4-1-L在垂直于活塞13方向上的正投影与第一组挤压导流凸脊2-2-1在垂直于活塞13方向上的正投影的轴线重合且形状相同。
例如，如图4以及图5B所示，多个弯曲型固定支撑电感3-5-N包括按照等分圆周方式分布的三个弯曲型固定支撑电感3-5-N。需要说明的是，“弯曲型”并不是绝对的，弯曲型固定支撑电感3-5-N也可以为直线型，本公开实施例不以此为限。例如，弯曲型固定支撑电感3-5-N的数量还可以为4、5、6等，本公开不以此为限。多个弯曲型固定支撑电感3-5-N可以起到阻抗匹配的作用。
例如，如图4以及图5B所示，弯曲型固定支撑电感3-5-N的厚度H31以及宽度W33的取值范围为1-9mm，例如，弯曲型固定支撑电感3-5-N的厚度H31为4mm，弯曲型固定支撑电感3-5-N的宽度W33为4mm。多个弯曲型固定支撑电感3-5-N的相邻的两个之间的夹角为60°。多个弯曲型固定支撑电感3-5-N的一端连接第二最外层放电环3-1-3，多个弯曲型固定支撑电感3-5-N的另一端设置丝孔或通孔并紧固在气缸体顶部222或气缸盖底部122。
例如，在另一实施例中，如图4所示，当圆柱型馈电连接口3-3设在第二最外层放电环3-1-3与连接第二最外层放电环3-1-3的第二组直线型径向连接电感3-4-2-L的其中一个交叉位置处时，圆柱型馈电连接口3-3为带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体，圆柱型馈电连接口3-3的厚度H34(如图7所示)以及直径的取值范围为3-10mm，例如，圆柱型馈电连接口3-3的厚度为4mm，圆柱型馈电连接口3-3的直径为5mm。第一组直线型径向连接电感3-4-1-L连通在一组闭环放电环3-1-N的中心处交叉。
例如，如图8所示，可变间距放电区域4由第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1与第二最内层放电环3-1-1的放电面3-2-1之间形成，也即在一组闭环放电环3-1-N的放电面3-2-N与一组开口放电环1-1-N的放电面1-2-N之间形成。例如，至少一个第一放电电极与固定电极3的形状相同以及轴线重合。至少一个第二放电电极与移动电极1形状相同且轴线重合。例如，第二最内层放电环3-1-1的上端面与第一最内层放电环1-1-1的上端窄面平行，且第二最内层放电环3-1-1与第一最内层放电环1-1-1的中心线X1对齐设置。例如，第二中间层放电环3-1-2的上端面与第一中间层放电环1-1-2的上端窄面平行，且第二中间层放电环3-1-2与第一中间层放电环1-1-2的中心线X2对齐设置。例如，第二最外层放电环3-1-3的上端面与第一最外层放电环1-1-3的上端窄面平行，且第二最外层放电环3-1-3与第一最外层放电环1-1-3的中心线X3对齐设置。
例如，图13为本公开一实施例提供的可变放电间距的示意图。如图13所示，根据第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1随着活塞13运动的不同位置或时刻，可变间距放电区域4进一步细分为第一预电离区域4-1、第二电离区域4-2以及第三强化燃烧区域4-3。第一预电离区域4-1沿垂直于第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1方向上的长度S11>第三强化燃烧区域4-3沿垂直于第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1方向上的长度S13>第二电离区域4-2沿垂直于第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1方向上的长度S12。第一预电离区域4-1沿垂直于第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1方向上的长度S11的取值范围为0.2-1mm，例如长度S11的取值为0.3mm。第二电离区域4-2沿垂直于第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1方向上的长度S12的取值范围为0.02-0.09mm，例如长度S12的取值为0.03mm。第三强化燃烧区域4-3沿垂直于第一最内层放电环1-1-1的放电面1-2-1方向上的长度S13的取值范围为0.1-0.5mm，例如长度S13的取值为0.15mm。上述尺寸设计，能够满足发动机的全负荷段7MPa气压以下可靠实现多发性均匀性着火和点燃。后续将对不同间距下的燃烧过程做详细介绍。
例如，当活塞13的直径小于等于20mm时。可以减小移动电极1以及固定电极3的电极的数量进行设计，后续详细介绍。
例如，图9A为本公开一实施例提供的另一种移动电极的示意图；图9B为本公开一实施例提供的移动电极沿图9A中C1-D1线的截面示意图。如图9A以及图9B所示，移动电极1包括一个开口放电环1-1。一个开口放电环1-1的上端面为放电面1-2，即开口放电环1-1的靠近固定电极3的端面。一个开口放电环1-1的放电面1-2的沿一个开口放电环1-1的径向的宽度W0取值范围为0.3-2mm。一个开口放电环1-1包括3个豁口K。3个豁口K按等分圆周方式分布在一个开口放电环1-1上，相邻两个豁口K的夹角为60°。3个豁口K的每个的宽度M为取值范围为2-5mm。一个开口放电环1-1的内侧的深度为H01，一个开口放电环1-1的外侧到活塞火力岸内边沿134的深度为H02，一个开口放电环1-1的内侧的深度H01>一个开口放电环1-1的外侧到活塞火力岸内边沿134的深度H02。一个开口放电环1-1的内侧沿到活塞顶面几何中心X01的距离D0取值范围为1-3mm。一个开口放电环1-1的外侧沿到所活塞的火力岸内边沿134的距离D01等于一个开口放电环1-1的内侧沿到活塞顶面几何中心X01的距离D0。
例如，如图9A以及图9B所示，分布式多腔结构燃烧室2为分布式二腔结构，分布式二腔结构2包括燃烧室主腔2-1和燃烧室辅腔2-2。燃烧室主腔2-1包括开口放电环1-1的内侧呈球面下凹区域，燃烧室主腔1-1的直径取值范围为2-5mm(例如，燃烧室主腔1-1的直径为一个开口放电环1-1的内侧到活塞顶面几何中心X01的距离D0的两倍)。燃烧室主腔1-1的最大深度H01(也即一个开口放电环1-1的内侧的深度)取值范围为0.2-2mm。燃烧室辅腔2-2包括一个开口放电环1-1的外侧至火力岸内边沿134的范围内呈球面下凹区域。燃烧室辅腔2-2的下凹深度H02(也即一个开口放电环1-1的外侧到活塞火力岸内边沿134的深度)为燃烧室主腔1-1的最大深度H01的5％-40％。
图10A为本公开一实施例提供的再一种固定电极的示意图；图10B为本公开一实施例提供的固定电极沿图10A中C2-D2线的截面示意图。图11A为本公开一实施例提供的再一种固定电极的示意图；图11B为本公开一实施例提供的固定电极沿图11A中C3-D3线的截面示意图。
例如，如图10A以及图10B所示，固定电极3包括一个闭环放电环3-1。闭环放电环3-1与一个开口放电环3-2的形状相同轴线重合。一个闭环放电环3-1的厚度H210取值范围为1-10mm。一个闭环放电环3-1的横截面为矩形，由此增加闭环放电环3-1承受压应力的能力。一个闭环放电环3-1的朝向一个开口放电环1-1的放电面1-2的端面为放电面3-2。一个闭环放电环3-1的放电面3-2的宽度W210取值范围为0.2-2mm。
例如，在其它实施例中，一个闭环放电环3-1的横截面还可以为梯形、正方形等，本公开实施例不以此为限。
例如，活塞放电结构还包括至少一个圆柱型馈电连接口、多个直线型径向连接电感以及多个弯曲型固定支撑电感。如图10A以及图11A所示，活塞放电结构还包括一个圆柱型馈电连接口3-3-0、多个直线型径向连接电感3-4-0-L以及多个弯曲型固定支撑电感3-5-N-0。如图10A所示的多个直线型径向连接电感3-4-0-L的数量为3个，多个弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的数量为3个。相邻的两个直线型径向连接电感3-4-0-L之间的夹角为60°。相邻的两个弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的夹角为60°。直线型径向连接电感3-4-0-L按等分圆周分布在一个闭环放电环3-1的内侧。弯曲型固定支撑电感3-5-N-0按等分圆周方式分布在气缸体顶部222或气缸盖底部122上。弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的一端连接一个闭环放电环3-1，弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的另一端设置丝孔或通孔并紧固在气缸体顶部222或气缸盖底部122。
例如，在其它实施例中，多个直线型径向连接电感3-4-0-L的数量还可以为4个、5个等，多个弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的数量还可以为4个、5个等。例如，圆柱型馈电连接口3-3-0的数量也可以为多个，例如2个、3个等。
例如，如图10A所示，圆柱型馈电连接口3-3-0设置在一个闭环放电环3-1与直线型径向连接电感3-4-0-L的其中一个的交叉位置，圆柱型馈电连接口3-3-0为一个螺纹或卡口或插接接口。直线型径向连接电感3-4-0-L在一个闭环放电环3-1的中心处交叉。
例如，在另一实施例中，如图11A所示，圆柱型馈电连接口3-3-0设置在一个闭环放电环3-1的中心处时，圆柱型馈电连接口3-3-0为一个带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体。直线型径向连接电感3-4-0-L按等分圆周分布在一个闭环放电环3-1与圆柱型馈电连接口3-3-0之间，直线型径向连接电感3-4-0-L连通圆柱型馈电连接口3-3-0和一个闭环放电环3-1。
例如，如图11B所示，圆柱型馈电连接口3-3-0的厚度等于一个闭环放电环3-1的厚度H210，圆柱型馈电连接口3-3-0的直径取值范围为2-3mm。
例如，如图10A以及图10B所示，直线型径向连接电感3-4-0-L的每个厚度H310为一个闭环放电环3-1的厚度H210的60％-85％，直线型径向连接电感3-4-0-L的每个的宽度W20为取值范围为1-3mm。
例如，如图10A以及图10B所示，弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的每个的厚度H310等于一个闭环放电环3-1的厚度H210，弯曲型固定支撑电感3-5-N-0的每个的宽度W30取值范围为1-9mm。
例如，图12为本公开一实施例提供的移动电极与固定电极的对应关系示意图。如图12所示，闭环放电环3-1与一个开口放电环同几何中心，可变间距放电区域4由一个开口放电环1-1的放电面1-2与固定电极3的一个闭环放电环3-1的放电面3-2之间形成。例如，一个开口放电环1-1与一个环放电环3-1的形状相同以及轴线重合。例如，一个开口放电环1-1的放电面1-2与一个闭环放电环3-1的放电面3-2平行，且一个开口放电环1-1的放电面1-2与一个闭环放电环3-1的放电面3-2的中心线X11对齐设置。
例如，如图13所示，根据移动电极1的一个开口放电环1-1的放电面1-2随着活塞13运动的不同位置或时刻，可变间距放电区域4进一步细分为第一预电离区域4-1、第二电离区域4-2以及第三强化燃烧区域4-3。第一预电离区域4-1沿垂直于一个开口放电环1-1的放电面1-2方向上的长度S11>第三强化燃烧区域4-3沿垂直于一个开口放电环1-1的放电面1-2方向上的长度S13>第二电离区域4-2沿垂直于一个开口放电环1-1的放电面1-2方向上的长度S12。第一预电离区域4-1沿垂直于一个开口放电环1-1的放电面1-2方向上的长度S11为0.2-1mm，例如为0.3mm。第二电离区域4-2沿垂直于一个开口放电环1-1的放电面1-2方向上的长度S12为0.02-0.09mm，例如为0.03mm。第三强化燃烧区域4-3沿垂直于一个开口放电环1-1的放电面1-2方向上的长度S13取值范围为0.1-0.5mm例如为0.15mm。上述尺寸设计，能够满足发动机的全负荷段7MPa气压以下可靠实现多发性均匀性着火和点燃。后续将对不同间距下的燃烧过程做详细介绍。
为便于理解本公开实施例提供以上所述的技术方案以及该技术方案对于发动机的燃烧过程带来的改善效果。所以，对活塞放电结构的工作过程做进一步说明，但并不构成对本公开的限制。
本公开实施例主要依据基本的燃烧定律和气体放电原理。如下所示：
1)质量作用定律：
k1A+k2B→k3C+k4E (1)
在公式(1)中，kn为量化因子，A为燃烧物，B为氧化物，C、E为燃烧生成物。正向、逆向化学反应速率可由单位时间、单位体积燃料和氧的消耗量表示，正向、逆向化学反应速率还与反应物浓度成正比。
2)阿伦尼乌斯定律(Arrenius)：
G＝g0exp(-E/RT) (2)
在公式(2)中，G为反应速率m3/(s.mol)，g0为碰撞频率或次数因子m3/(s.mol)，E为反应物活化能kj/mol，R为普适气体常数8.314×103kj/(mol.K)，T为温度K，化学反应速率在均匀浓度条件下与反应物活化能、温度呈指数关系。
3)帕邢定律：
Figure GDA0003000236840000261
在公式(3)中，Vs为击穿电压，P为气体放电的放电气压，d为气体放电的放电间距，A、B、y为与气体性质、气体放电的电极材料、气体放电的电极形状和电极结构(电场分布)有关的系数。由帕邢定律可知，气体电离的击穿电压Vs是pd乘积的函数，当电极材料、电极形状、电极结构确定后，即使p、d变化，但只要pd乘积不变，击穿电压Vs就不变，适用10MPa量级气压范围。
例如，如图1A以及图13所示，根据发动机的活塞13运动的不同位置或时刻，在发动机的预混气压缩过程中，当移动电极1的一组开口放电环1-1-N的放电面1-2-N(或一个开口放电环1-1的放电面1-2)运动到设定的某上止点前(BTCD)位置，并与放电面3-2-N之间尚处于较宽间距时，放电面1-2-N开始施加较弱的放电能量，形成弱强度的电磁能场。在此阶段，首先开始预电离未经完全压缩的发动机中的低压预混气，提高气体分子的运动活性，移动电极1也在运动过程中逐渐生成挤压湍流。当放电面1-2-N运动到上止点(TDC)位置，放电面1-2-N与固定电极3的一组闭环放电环3-1-N的放电面3-2-N(或一个闭环放电环3-1的放电面3-2)之间形成设定的极窄间隙时，随着发动机中的气压的增大，放电能量逐渐增强并达到峰值，进而形成高强度的电磁能场。发动机中极窄间隙内压缩后的高压预混气被电离，从而产生多环多段大体积的等离子云(体)，这时，可以实现大范围可靠多发性均匀性火，同时挤压湍流也最强，助力等离子云激励放电区域(即放电面1-2-N与放电面3-2-N之间)外其余部分压缩气体开始燃烧，并为燃烧发展提供相比单一“自着火温度”更为有利的“自着火温度+等离子云激励”的双优条件。在发动机的燃烧发展中、后期，放电面1-2-N离开上止点(TDC)开始向设定的某上止点后(ATDC)位置移动时，仍然继续维持适当的放电能量，强化燃烧，最大限度提高燃烧效率、燃烬率和有效做功。直到放电面1-2-N离开设定的某上止点后(ATDC)位置，放电面1-2-N与放电面3-2-N之间距离再度拉大到设定值时，撤除放电(也即不再向馈电引入端17提供电能)，结束对一次间歇(脉冲)式燃烧全过程的精细管理。整个工作过程具体划分为宽间距预电离、窄间隙电离、等离子云激励、中等间距强化燃烧(简称预电离、电离、云激励、强化)四个步骤(阶段)，详述如下。
在预电离阶段，主要目的是提前管控，大幅提高预混气体分子的运动活性，为随后的电离做好充分准备。当移动电极1的一组开口放电环1-1-N的放电面1-2-N(或一个开口放电环1-1的放电面1-2)(既活塞顶面131)移动到设定的某上止点前(BTDC)位置，可变间距放电区域4为第一预电离区域4-1时，按设定初始放电时刻(根据预混气的稀薄度可设定不同初始放电时刻t0)，在固定电极3上施加较低的预电离电能量(例如，初始放电能量j，其为电压v与电流i的乘积)(也即向馈电引入端17提供电能)形成较低强度的电磁能场。首先预电离第一预电离区域4-1内处于压缩过程中的低压预混气，提高活性分子数量、平均动能、有效碰撞频率和碰撞次数等，并按设定变化率逐渐增大放电能量，所设放电结构可保证大范围(基本覆盖燃烧室全区域)预电离以及随后的电离、激励、强化的效果。移动电极1运动过程中，分布式多腔结构燃烧室2的燃烧室主腔2-1、燃烧室辅腔2-2逐渐形成挤压湍流。在初始放电时刻t0，第一预电离区域4-1内的气压(p)较低而间距S11(即为公式(3)中的距离d)较大，气压间距积(pd)(也即击穿电压Vs)为一瞬态定常值，并不随压缩过程中气压激增和间距骤减的动态变化而急剧变化。所设初始放电时刻t0、初始放电能量j、放电能量变化率dj/dt三个数据非常重要，特别是j中的击穿电压Vs，是确保预电离阶段仅激活气体分子的运动活性而不发生随机性着火，以及可靠实现下一步电离的关键。
在电离阶段，主要目的是多发性均匀性着火，为燃烧的开始与发展提供更优越的条件。当移动电极1的一组开口放电环1-1-N的放电面1-2-N(或一个开口放电环1-1的放电面1-2)运动到上止点(TDC)位置，可变间距放电区域4为第二预电离区域4-2时，将固定电极3上的放电能量增大到某一设定峰值(根据负荷设有不同峰值)，形成高强度电磁能场，第二预电离区域4-2内已经完全压缩的高压预混气，在所设特定形状(如图2所示的移动电极1具有多环多段的形状)的极窄间隙内产生多环、多段、大体积的等离子云(体)，从而实现可靠多发性均匀性着火，着火范围(或体积)和均匀性明显好于点燃、压燃，更为重要的是，等离子云(体)将分布在燃烧室主腔2-1和燃烧室辅腔2-2内的未燃预混气层层包裹，为燃烧的开始与发展提供相比单一“自着火温度”更为有利的“自着火温度+等离子云激励”的双优条件。同时，挤压湍流达到最高强度，助力燃烧的开始与发展。第二预电离区域4-2以及固定电极3的一组闭环放电环3-1-N的放电面3-2-N(或一个闭环放电环3-1的放电面3-2)与相对的挤压导流凸台2-1-1、导流凸脊2-2-N之间的非电离区域均在强电磁能场的作用下，加速着火的火焰中离子的移动速度并带动中性粒子参与运动形成新的紊流，更有利于燃烧的开始与发展。此时，第二预电离区域4-2内气压值很高(例如达到MPa量级)，第二预电离区域4-2的间距d值很窄(例如在μs量级)，气压间距积(pd)(也即击穿电压Vs)基本稳定，电离所需能量增大但击穿电压Vs不变。本公开设置的电离间隙值能够保证在10MPa量级范围可靠电离高气预混气，可满足新型发动机的设计需求。
在激励阶段，主要目的是实现均燃。多环多段大体积等离子云(体)中的各分段向每一段的四周辐射光能、射线能、电磁能、热能等。当移动电极1的一组开口放电环1-1-N的放电面1-2-N(或一个开口放电环1-1的放电面1-2)运动到上止点后(BTDC)位置，可变间距放电区域4为第三预电离区域4-3时，放电面1-2-N与放电面3-2-N之间的等离子云将燃烧室主腔2-1和燃烧室辅腔2-2内的未燃高压预混气(几乎占燃烧室全区域)环环、段段严严实实包裹住，在“自着火温度+等离子云激励”的双重作用下激励燃烧的开始与发展。活塞放电结构与分布式多腔结构燃烧室2的契合使激励(辐射)作用的距离几乎处处相等，因此在良好多发性均匀性着火的基础上燃烧的均匀性明显好于点燃式的预混燃烧、压燃式的扩散燃烧，基本实现均燃。分布式多腔结构燃烧室2中的导流凸台2-1-1、导流凸脊2-2-N形成强挤压湍流和交叉流动，分布式多腔结构燃烧室2的复杂的“迷宫型”腔壁增加了气体分子碰撞、折转的频次，腔电磁能场作用下离子加速所带动中性粒子运动形成的紊流，都将进一步掺混非定常气体介质场，抵消气压、温度、分子密度、氧浓度等动态变化的不利影响，破坏高能量密度(子)涡团的形成，促进燃烧的同时还能够有效规避发生爆燃的风险。
在强化阶段，主要目的是在提前和全域管控的基础上进一步完成全程管控，大幅提高燃烧效率、燃烬率和有效做功。发动机的燃烧开始后并不是“点火或压燃后不管”任其自由发展，而是在燃烧发展的中、末期持续施加适当的放电能量，维持电磁能场的作用，加强燃烧火焰的电离度，继续离子加速带动中性粒子形成新紊流的过程，均化未燃预混气分子密度、氧浓度等的分布，强化燃烧，最大限度提高燃烧效率、燃烬率，增强有效做功。当活塞13离开设定的上止点后(ATDC)位置，或做功冲程开始后一定时刻，撤除放电能量(也即不再向馈电引入端17提供电能)，结束一次完整的“云”激励过程，后续冲程继续，周而复始。
本公开实施例提供的用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电机构具有可变放电间距、多环多段结构放电区域、分布式多腔结构“迷宫型”燃烧室等结构特征；采取全域全程精确管控的燃烧控制模式，实施预电离、电离、云激励、强化燃烧四个步骤，精细管控燃烧室全区域、一次间歇(脉冲)式燃烧全过程，利用射频放电产生等离子云(体)的光、射线、电磁、热能等辐射作用，既“云激励”，可靠实现多发性均匀性着火和均燃，大幅提高燃烧效率、燃烬率、有效做功，能够在全负荷范围可靠工作，满足更高的节能排放标准，适用汽油、柴油、燃气(CNG、LNG、LPG等)、二甲醚(DME)、甲醇(CH3OH)等多种燃料；结构紧凑、成本低廉，易于工程实现，可广泛用于内燃机制造产业，特别是促进新型清洁的甲醇燃料动力燃烧规模化应用。
需要说明的是，本公开实施例中涉及到的具体设计参数，如放电环的宽度等，为了简化起见没有示出公差，所有设计参数都可以在其取值的，例如±15％，又例如±25％范围内波动。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种用于等离子云激励均质均燃发动机的活塞放电结构，包括：
移动电极，设置于活塞顶部并具有第一组合形状和第一移动电极结构，
分布式多腔结构燃烧室，设置在所述活塞顶部，
固定电极，设置于气缸体顶部或气缸盖底部并具有第二组合形状和第二结构，以及
可变间距放电区域，由所述移动电极和所述固定电极构造，
所述固定电极连接外部电源。
2.根据权利要求1所述的活塞放电结构，其中，所述移动电极包括至少一个第一放电电极，所述至少一个第一放电电极设置在所述活塞顶部并具有所述第一组合形状和所述第一移动电极结构，所述至少一个第一放电电极与所述活塞一体设置，所述至少一个第一放电电极随着所述活塞往复运动，
所述活塞与所述发动机的曲柄连杆连接，所述活塞通过所述发动机的曲柄连杆接公共地，
所述至少一个第一放电电极与所述固定电极的形状相同以及轴线重合。
3.根据权利要求1或2所述的活塞放电结构，其中，所述移动电极包括一组开口放电环，
所述一组开口放电环构造于所述活塞顶部与活塞顶面几何中心同心，其中，所述活塞顶面为所述活塞顶部的面对所述固定电极的端面，
所述一组开口放电环包括第一最内层放电环、第一最外层放电环以及位于第一最内层放电环与第一最外层放电环之间对的至少一个第一中间层放电环，所述第一最内层放电环具有第一高度，所述第一最内层放电环的沿所述第一最内层环的径向的横截面为上窄下宽的梯形，所述第一最内层放电环的上端窄面为放电面，所述第一最内层放电环的放电面同时作为所述活塞顶面，所述一组开口放电环的多个放电面等高平行，所述一组开口放电环的每个的沿所述一组开口放电环的径向的宽度的取值范围为0.5-5mm，
所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离取值范围为1-9.5mm，所述第一最内层环的外侧到与所述第一最内层放电环相邻的第一中间层放电环的内侧之间的距离为所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离的两倍，所述一组开口放电环中的相邻的两个放电环的相面对的两侧之间的距离也为所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离的两倍，
所述第一最外层放电环的外侧到活塞火力岸内边沿的距离等于所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离，
所述移动电极还包括多个豁口，所述多个豁口按等分圆周的方式分布于所述一组开口放电环上，所述多个豁口的每个的宽度取值范围为2-10mm，
所述一组开口放电环的每个放电环上设置至少一个豁口的数量自第一最内层放电环开始逐环增多，设置在所述第一最内层放电环上的所述至少一个豁口沿所述第一最内层放电环的径向对齐在所述一组开口放电环的每个放电环上设置，
与所述第一最内层放电环相邻的第一中间层放电环上还设置与所述第一最内层放电环上的至少一个豁口错开的至少一个豁口，在与所述第一最内层放电环相邻的第一中间层放电环上增设的所述至少一个豁口的数量与所述第一最内层放电环上的至少一个豁口的数量相同，
所述第一最外层放电环上还设置与所述第一最外层放电环相邻的第一中间层放电环上设置的至少一个豁口错开的至少一个豁口，在所述第一最外层放电环上增设的所述至少一个豁口的数量与所述第一最外层放电环相邻的第一中间层放电环上设置的所述至少一个豁口的数量相同。
4.根据权利要求3所述的活塞放电结构，其中，所述分布式多腔结构燃烧室包括所述第一最外层放电环的内侧、所述一组开口放电环的相邻的两个放电环之间以及所述第一最外层放电环的外侧下凹的区域，所述分布式多腔结构燃烧室包括燃烧室主腔和燃烧室辅腔，
所述燃烧室主腔为所述第一最外层放电环的内侧呈扁平“ω”形下凹的区域，所述燃烧室主腔的下凹口直径为所述第一最内层放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离的两倍，所述燃烧室主腔的最大深度取值范围为0.5-5mm，
所述活塞放电结构还包括挤压流导流凸台以及挤压流导流凸脊，
所述挤压流导流凸台设置在所述燃烧室主腔的下凹中心处，所述下凹中心与所述活塞顶面几何中心重合，所述挤压流导流凸台的纵向截面为“钟型”，所述挤压流导流凸台的底面积为所述燃烧室主腔的底面积的20％-50％，所述挤压流导流凸台的高度取所述燃烧室主腔的最大深度的50％-70％；
所述燃烧室辅腔包括所述一组开口放电环的相邻的两个放电环之间和所述第一最外层放电环的外侧沿所述第一最外层放电环的径向呈球面下凹的区域，所述燃烧室辅腔的下凹深度由所述活塞火力岸向所述活塞顶面几何中心逐渐加大，所述燃烧室辅腔的下凹深度为所述燃烧室主腔的最大深度的30％-70％；
所述挤压流导流凸脊设置在所述燃烧室辅腔与所述移动电极的多个豁口的交叉位置处，所述挤压流导流凸脊位于所述交叉位置处的中心，所述挤压流导流凸脊的长度沿所述一组开口放电环的径向，所述挤压流导流凸脊的宽度沿所述一组开口放电环的周向，所述挤压流导流凸脊具有“钟型”横截面，所述挤压流导流凸脊的脊高取所述燃烧室主腔的最大深度的30％-70％，所述挤压流导流凸脊的长度方向的两侧对称或对称设置导流斜坡，所述挤压流导流凸脊的宽度方向的两侧对称或不对称设置导流斜坡。
5.根据权利要求4所述的活塞放电结构，其中，所述固定电极为固定于所述气缸体顶部或气缸盖底部并具有所述第二组合形状和所述第二结构的至少一个第二放电电极，所述至少一个第二放电电极位于所述移动电极正上方，所述至少一个第二放电电极的朝向所述移动电极的放电面的端面设为放电面，当所述移动电极位于止点位置时，所述至少一个第二放电电极与所述移动电极之间在垂直于所述固定电极的方向上具有固定间隙，
所述至少一个第二放电电极连接所述外部电源，并且所述至少一个第二放电电极与所述移动电极形状相同且轴线重合。
6.根据权利要求5所述的活塞放电结构，其中，所述固定电极包括一组闭环放电环，所述一组闭环放电环与所述移动电极的一组开口放电环同几何中心，并包括第二最内层放电环、第二最外层放电环以及位于第二最内层放电环与第二最外层放电环之间对的至少一个第二中间层放电环，
所述第二最内层放电环的厚度取值范围为1-8mm，所述第二最内层放电环的横截面为矩形，所述第二最内层放电环的朝向所述第一最内层放电环的放电面的端面设为放电面，所述第二最内层放电环的与所述第一最内层放电环的上端窄面平行且中心线对齐设置，所述第二最内层放电环的宽度取值范围为0.2-4mm，
所述活塞放电结构还包括至少一个圆柱型馈电连接口、多组直线型径向连接电感以及多个弯曲型固定支撑电感。
7.根据权利要求6所述的活塞放电结构，其中，
当所述至少一个圆柱型馈电连接口设在所述移动电极的中心位置时，所述至少一个圆柱型馈电连接口为带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体，所述至少一个圆柱型馈电连接口的厚度以及直径的取值范围为3-10mm，
所述多组直线型径向连接电感的每个厚度为所述第二最内层放电环的厚度的60％-85％，所述多组直线型径向连接电感的每个宽度取值范围为1-9mm，
所述多组直线型径向连接电感包括连通所述至少一个圆柱型馈电连接口与所述第二最内层放电环的第一组直线型径向连接电感、连通所述一组闭环放电环的每相邻两个闭环放电环的至少一组第二组直线型径向连接电感，所述多组直线型径向连接电感的每组的数量不同，所述多组直线型径向连接电感沿所述活塞火力岸向所述活塞顶面几何中心方向逐组增多一倍，所述多组直线型径向连接电感包括的每组按等分圆周方式错位分布，
所述多个弯曲型固定支撑电感的厚度以及宽度的取值范围为1-9mm，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述第二最外层放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部；
或者
当所述至少一个圆柱型馈电连接口设在所述第二最外层放电环与连接所述第二最外层放电环的第二组直线型径向连接电感的其中一个交叉位置处，所述至少一个圆柱型馈电连接口设置为螺纹或卡口或插接接口，所述多组直线型径向连接电感连通所述一组闭环放电环，并在所述一组闭环放电环的中心处交叉，
所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述第二最外层放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部。
8.根据权利要求7所述的活塞放电结构，其中，所述可变间距放电区域由所述第一最内层放电环的放电面与所述第二最内层放电环的放电面之间形成，
根据所述第一最内层放电环的放电面随着所述活塞运动的不同位置或时刻，所述可变间距放电区域进一步细分为第一预电离区域、第二电离区域以及第三强化燃烧区域，其中，所述第一预电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第二电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度，
所述第一预电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度取值范围为0.2-1mm，所述第二电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度取值范围为0.02-0.09mm，所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度取值范围为0.1-0.5mm。
9.根据权利要求1所述的活塞放电结构，其中，
当所述活塞的直径≦20mm时，所述移动电极包括一个开口放电环，所述一个开口放电环的上端面为放电面，所述一个开口放电环的放电面的沿所述一个开口放电环的径向的宽度取值范围为0.3-2mm，
所述一个开口放电环包括3个豁口，所述3个豁口按等分圆周方式分布在所述一个开口放电环上，所述3个豁口的每个的宽度为取值范围为2-5mm，
所述一个开口放电环的内侧到活塞顶面几何中心的距离取值范围为1-3mm，所述一个开口放电环的外侧到所述活塞的火力岸内边沿的距离等于所述一个开口放电环的内侧到所述活塞顶面几何中心的距离，其中，所述活塞顶面为所述活塞顶部的面对所述固定电极的端面，
所述分布式多腔结构燃烧室为分布式二腔结构，所述分布式二腔结构包括燃烧室主腔和燃烧室辅腔，
所述燃烧室主腔包括所述一个开口放电环的内侧呈球面下凹区域，所述燃烧室主腔的直径取值范围为2-5mm，所述燃烧室主腔的最大深度取值范围为0.2-2mm，所述燃烧室辅腔包括所述一个开口放电环的外侧至所述火力岸内边沿的范围内呈球面下凹区域，所述燃烧室辅腔的下凹深度为所述燃烧室主腔的最大深度的5％-40％。
10.根据权利要求9所述的活塞放电结构，其中，所述固定电极包括一个闭环放电环，所述一个闭环放电环与所述一个开口放电环同几何中心，所述一个闭环放电环的厚度取值范围为1-10mm，所述一个闭环放电环的横截面为矩形，所述一个闭环放电环的朝向所述一个开口放电环的放电面的端面为放电面，所述一个闭环放电环的放电面的宽度取值范围为0.2-2mm，
所述活塞放电结构还包括至少一个圆柱型馈电连接口、多个直线型径向连接电感以及多个弯曲型固定支撑电感，
当所述至少一个圆柱型馈电连接口设置在所述一个闭环放电环的中心处时，所述至少一个圆柱型馈电连接口为一个带有螺纹或卡口或插接接口的圆柱体，所述至少一个圆柱型馈电连接口的厚度等于所述一个闭环放电环的厚度，所述至少一个圆柱型馈电连接口的直径取值范围为2-3mm，
所述多个直线型径向连接电感的数量为3个或4个，所述多个直线型径向连接电感的每个厚度为所述一个闭环放电环的厚度的60％-85％，所述多个直线型径向连接电感的每个的宽度为取值范围为1-3mm，所述多个直线型径向连接电感按等分圆周分布在所述一个闭环放电环与所述至少一个圆柱型馈电连接口之间，并且所述多个直线型径向连接电感连通所述至少一个圆柱型馈电连接口和所述一个闭环放电环，
所述多个弯曲型固定支撑电感的数量为3个，所述多个弯曲型固定支撑电感的每个的厚度等于所述一个闭环放电环的厚度，所述多个弯曲型固定支撑电感的每个的宽度取值范围为1-9mm，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部上，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述一个闭环放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部；或者
当所述至少一个圆柱型馈电连接口设置在所述一个闭环放电环与所述多个直线型径向连接电感的其中一个的交叉位置，所述至少一个圆柱型馈电连接口为一个螺纹或卡口或插接接口；
所述多个直线型径向连接电感的数量为3个或4个，所述多个直线型径向连接电感的数量按等分圆周方式分布在所述一个闭环放电环的内侧，所述多个直线型径向连接电感在所述一个闭环放电环的中心处交叉；
所述多个弯曲型固定支撑电感的数量为3个，所述多个弯曲型固定支撑电感按等分圆周方式分布在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部上，所述多个弯曲型固定支撑电感的一端连接所述一个闭环放电环，所述多个弯曲型固定支撑电感的另一端设置丝孔或通孔并紧固在所述气缸体顶部或所述气缸盖底部。
11.根据权利要求10所述的活塞放电结构，其中，所述可变间距放电区域为所述移动电极的一个开口放电环的放电面与所述固定电极的一个闭环放电环的放电面之间的可变间距放电区域，
根据所述移动电极的一个开口放电环的放电面随着所述活塞运动的不同位置或时刻，所述可变间距放电区域细分为第一预电离区域、第二电离区域以及第三强化燃烧区域，其中，所述第一预电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度>所述第二电离区域沿垂直于所述第一最内层放电环的放电面方向上的长度，
所述第一预电离区域沿垂直于所述移动电极的一个开口放电环方向上的长度的取值范围为0.2-1mm，所述第二电离区域沿垂直于所述移动电极的一个开口放电环方向上的长度的取值范围为0.02-0.09mm，所述第三强化燃烧区域沿垂直于所述移动电极的一个开口放电环方向上的长度的取值范围为0.1-0.5mm。
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