CN116591821A - 一种转子发动机等离子体点火装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子发动机等离子体点火装置及方法，属于转子发动机技术领域，包括等离子体点火器；所述等离子体点火器通过安装孔安装于发动机气缸侧壁上；所述等离子点火器包括上电极、下电极和绝缘层；所述上电极固定在绝缘层上表面；所述下电极设置在绝缘层下表面；所述上电极的上端面和发动机气缸的内壁面齐平；所述上电极和下电极与电源连通，用于激发形成垂直于安装孔壁面的等离子体射流，点燃燃烧室内的气体。本发明采用等离子体点火器作为转子发动机的点火装置，等离子体点火器产生的等离子体射流直接作用在压缩后的燃烧室混合气体内，且沿着狭长的燃烧室传播，增加了等离子体射流和混合气体的接触面积，提高了燃烧效率。

Description

一种转子发动机等离子体点火装置及方法

技术领域

本发明涉及转子发动机技术领域，具体涉及一种转子发动机等离子体点火装置及方法。

背景技术

转子发动机是一种旋转式内燃机，通过转子在发动机内部旋转，将燃料能转化为机械能，从而推动机械设备的运转，具有功率高、功重比大等优点，广泛应用于航空、航天、汽车和电力等领域。

转子发动机结构如图1所示，转子的三个顶点处的密封片将发动机气缸与转子之间的空腔分隔为三个腔室。在转子的运动过程中，这三个腔室的容积不停地变动，在摆线形气缸内相继完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程。现有的转子发动机大多采用火花塞进行点火，具体工作过程为：转子旋转时，气体从进气口进入，然后压缩吸进的空气和油的混合物到压缩上止点也即是空间最小处，由火花塞点火使被压缩的可燃气体燃烧，高温高压气体推动三角活塞旋转，并通过输出轴输出机械能。但这种方式存在的不足之处在于：如图1所示，燃烧室的结构为狭长型，火花塞产生的初始火焰的燃烧首先在火花塞电极周围很小的初始体积内开始，因此与燃烧室气体接触面积小，燃烧效率低；狭长的燃烧室结构也不利于火焰传播，火焰传播速度慢，导致燃烧效率不充分，有害排放多。因此需要提高转子发动机燃烧的效率，让燃烧更充分，以达到更好的燃油利用效率及更低的有害排放。

等离子体是液体、固体、气体之外的物质第四态，随着等离子体技术的发展，在越来越多的领域得到广泛应用。例如，使用等离子体点火，等离子体点火是利用等离子体在磁场力的作用下运动，或气体放电引起温度、压力变化对燃烧室局部施加扰动，可以更高效点火。空军工程大学李应红等人发表的《脉冲等离子体气动激励抑制翼型吸力面流动分离的实验》和章雄伟等人发表的《等离子体气动激励器布局对加速效应影响的实验研究》文章中提及可以通过主动流速控制技术控制等离子体气流方向，对转子发动机使用等离子体高效点火具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种转子发动机等离子体点火装置及方法，拟解决现有的转子发动机点火装置燃烧不充分和燃烧效率低的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种转子发动机等离子体点火装置，包括等离子体点火器；所述等离子体点火器通过安装孔安装于发动机气缸侧壁上；所述等离子点火器包括上电极、下电极和绝缘层；所述上电极固定在绝缘层上表面；所述下电极设置在绝缘层下表面；所述上电极的上端面和发动机气缸的内壁面齐平；所述上电极和下电极与电源连通，用于激发形成垂直于安装孔壁面的等离子体射流，点燃燃烧室内的气体。

进一步的，所述下电极为两个；所述上电极固定在绝缘层上表面中间；两个所述下电极对称设置在绝缘层下表面。

进一步的，所述安装孔的上端内壁上设有限位凸台；所述安装孔的下端配合有孔塞；所述限位凸台和孔塞用于阻止等离子体点火器和发动机气缸的相对运动。

进一步的，所述孔塞包括固定连接的塞体和端盖；所述塞体伸入到安装孔内；所述端盖通过螺栓和发动机气缸外侧壁固定，使绝缘层被限位在限位凸台和塞体之间。

进一步的，所述绝缘层上表面和限位凸台之间设有第一密封圈；所述绝缘层和安装孔内壁之间设有第二密封圈。

进一步的，所述端盖和发动机气缸外侧壁之间设有第三密封圈。

进一步的，还包括调节装置；所述调节装置包括导轨和调节组件；所述导轨和绝缘层固定；所述导轨沿左右延伸；所述调节组件配合在导轨上；所述调节组件用于驱动下电极改变左右位置。

进一步的，所述调节组件包括导向滑块和螺杆；所述导向滑块配合在导轨上；所述导向滑块位于下电极下方；所述导向滑块上设有导向柱；所述下电极下表面设有导向槽；所述导向柱配合在导向槽内；所述导向滑块通过螺纹孔配合有螺杆；所述螺杆通过调节旋入螺纹孔的深度从而控制下电极和绝缘层的接触与分离。

一种转子发动机等离子体点火方法，采用上述的转子发动机等离子体点火装置，包括以下步骤：转子发动机的转子运行至压缩上止点时，等离子体点火器电离产生等离子体射流，等离子体射流对燃烧室内的气体进行催化助燃。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用等离子体点火器作为转子发动机的点火装置，等离子体点火器产生的等离子体射流直接作用在压缩后的燃烧室混合气体内，在实现高效点火的同时，还能使燃烧效率更高，燃烧更充分；

2.本发明的等离子体点火器产生的等离子体射流流速大且沿着狭长的燃烧室传播，增加了等离子体射流和混合气体的接触面积，提高了燃烧效率；

3.本发明通过调节上电极和下电极的相对位置，可以控制等离子体射流的流动速度和幅度，使其适配性更高。

附图说明

图1是本发明实施例所述的转子发动机结构示意图；

图2是本发明实施例所述的等离子体点火器原理图；

图3是本发明实施例所述的转子发动机燃烧室内等离子体点火装置的结构示意图；

图4是本发明实施例所述的等离子体点火装置的调节装置结构示意图。

附图中：1-第一工作腔、2-第二工作腔、3-第三工作腔、4-转子、5-发动机气缸、6-安装孔、7-上电极、8-下电极、9-绝缘层、10-限位凸台、11-塞体、12-端盖、13-螺栓、14-第一密封圈、15-第二密封圈、16-第三密封圈、17-导轨、18-导向滑块、19-螺杆、20-导向柱、212-导向槽。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。

实施例一：

见附图1-4。一种转子发动机等离子体点火装置，包括等离子体点火器；所述等离子体点火器通过安装孔6安装于发动机气缸5侧壁上；所述等离子点火器包括上电极7、下电极8和绝缘层9；所述上电极7固定在绝缘层9上表面；所述下电极8设置在绝缘层9下表面；所述上电极7的上端面和发动机气缸5的内壁面齐平；所述上电极7和下电极8与电源连通，用于激发形成垂直于安装孔6壁面的等离子体射流，点燃燃烧室内的气体。由上述结构可知，现有的转子发动机包括转子4和发动机气缸5，转子4设置在发动机气缸5内，且转子4的三个顶点处的密封片将发动机气缸5与转子4之间的空腔分隔为第一工作腔1、第二工作腔2和第三工作腔3。当其中一个工作腔达到最小容积时，称该工作腔达到压缩上止点，此时该工作腔为燃烧室，在图1所示的状态下，第二工作腔2为燃烧室。发动机气缸5侧壁上设有安装孔6，安装孔6具体设置于燃烧室所对的发动机气缸5侧壁上，等离子体点火器通过安装孔6安装于发动机气缸5侧壁上，用于对转子发动机点火。本发明的等离子点火器包括上电极7、下电极8和绝缘层9，上电极7固定在绝缘层9上表面，下电极8设置在绝缘层9下表面，上电极7和下电极8之间形成电极组，优选的，上电极7和下电极8间距大于零，上电极7和下电极8为铜箔，绝缘层9为陶瓷层。上电极7的上端面和发动机气缸5的内壁面齐平，防止密封片扫过时影响转子发动机的正常工作。上电极7和下电极8与电源连通，优选的，上电极7和下电极8通过电线和高频高压正弦波直流电源连通。根据已知的原理，当开启电源时，电极组表面附近的空气在强电场作用下被电离，能量集中在瞬间释放，冲击激励形成垂直于安装孔6壁面的等离子体射流冲击，点燃燃烧室内的气体。本发明的等离子体点火器产生的等离子体射流流速大，且沿着燃烧室传播，增加了等离子体射流和混合气体的接触面积，提高了燃烧效率。

实施例二：

见附图1-4。在实施例一的基础上，所述下电极8为两个；所述上电极7固定在绝缘层9上表面中间；两个所述下电极8对称设置在绝缘层9下表面。由上述结构可知，上电极7固定在绝缘层9上表面中间，下电极8为两个，且两个下电极8对称设置在绝缘层9下表面，也即是两个下电极8分别位于上电极7左右两侧，因此，上电极7分别和两个下电极8形成两组电极组，如图2所示。当开启电源时，在上电极7左右两侧均形成垂直于安装孔6壁面的等离子体射流冲击，两组等离子体射流方向相反，且分别沿着狭长的燃烧室左右两端传播，增加了等离子体射流和混合气体的接触面积，使燃烧更充分。

实施例三：

见附图1-4。在实施例二的基础上，所述安装孔6的上端内壁上设有限位凸台10；所述安装孔6的下端配合有孔塞；所述限位凸台10和孔塞用于阻止等离子体点火器和发动机气缸5的相对运动。由上述结构可知，安装孔6用于安装等离子体点火器，如图3所示，安装孔6的上端内壁上设有限位凸台10，限位凸台10可与发动机气缸5一体成型，限位凸台10的上表面也和发动机气缸5内壁齐平，安装孔6的下端配合有孔塞。当等离子体点火器安装在安装孔6内时，上端有限位凸台10限位，阻止等离子体点火器向上移动；等离子体点火器安装完成后，孔塞从安装孔6下端塞入，对等离子体点火器有向下的限位，阻止其向下移动。限位凸台10和孔塞用于阻止等离子体点火器和发动机气缸5的相对运动，提高了等离子体点火装置的可靠性。

所述孔塞包括固定连接的塞体11和端盖12；所述塞体11伸入到安装孔6内；所述端盖12通过螺栓13和发动机气缸5外侧壁固定，使绝缘层9被限位在限位凸台10和塞体11之间。由上述结构可知，孔塞配合在安装孔6的下端，孔塞包括固定连接的塞体11和端盖12，塞体11和端盖12可一体成型。安装时，塞体11伸入到安装孔6内，塞体11上端部刚好和等离子体点火器的绝缘层9下表面抵着，然后拧紧螺栓13，使端盖12和发动机气缸5外侧壁固定，从而使孔塞和发动机气缸5固定。

所述绝缘层9上表面和限位凸台10之间设有第一密封圈14；所述绝缘层9和安装孔6内壁之间设有第二密封圈15。由上述结构可知，在绝缘层9上表面和限位凸台10之间设置有第一密封圈14，用于提高工作腔的气密性，防止气体从绝缘层9上表面和限位凸台10之间泄露，导致能量损失，热效率降低，进而影响转子发动机的性能。当第一密封圈14密封效果不好时，绝缘层9和安装孔6内壁之间还设置有第二密封圈15，阻止气体泄漏，进一步提高装置的气密性。

所述端盖12和发动机气缸5外侧壁之间设有第三密封圈16。由上述结构可知，通过在端盖12和发动机气缸5外侧壁之间设置第三密封圈16，提高装置的气密性。

实施例四：

见附图1-4。在实施例三的基础上，还包括调节装置；所述调节装置包括导轨17和调节组件；所述导轨17和绝缘层9固定；所述导轨17沿左右延伸；所述调节组件配合在导轨17上；所述调节组件用于驱动下电极8改变左右位置。由上述结构可知，根据现有理论，上电极7和下电极8间距对等离子体射流流速和幅度有影响。本发明的转子发动机等离子体点火装置还包括有调节装置，用于调节下电极8的位置，进而改变上电极7和下电极8间距，从而调节等离子体射流流速和幅度，使其适用不同场景需求。具体的，调节装置包括导轨17和调节组件，导轨17和绝缘层9固定，导轨17沿左右延伸，调节组件配合在导轨17上，调节组件可沿导轨17左右滑动，调节组件左右滑动时，带动下电极8一起移动，从而改变下电极8的位置。

所述调节组件包括导向滑块18和螺杆19；所述导向滑块18配合在导轨17上；所述导向滑块18位于下电极8下方；所述导向滑块18上设有导向柱20；所述下电极8下表面设有导向槽21；所述导向柱20配合在导向槽21内；所述导向滑块18通过螺纹孔配合有螺杆19；所述螺杆19通过调节旋入螺纹孔的深度从而控制下电极8和绝缘层9的连接和分离。由上述结构可知，调节组件带动下电极8一起移动，改变下电极8的位置，如图4所示，调节组件包括导向滑块18和螺杆19，导向滑块18配合在导轨17上，导轨17限制导向滑块18移动方向为左右滑动，不能或微量自转，导向滑块18通过螺纹孔配合有螺杆19，旋转螺杆19时，螺杆19沿螺纹孔方向上或下移动。当需要调节下电极8的位置时，旋转螺杆19，使螺杆19向下移动，下电极8失去螺杆19的支撑后，下电极8跟随螺杆19向下移动，从而使下电极8和绝缘层9不再固定在一起；向下移动过程中，导向滑块18上的导向柱20逐渐深入到下电极8的导向槽21内；此时，向左或向右移动螺杆19，螺杆19带动导向滑块18一起移动，导向滑块18的导向柱20配合在导向槽21内，因此，导向滑块18带动下电极8一起移动；当移动到合适位置时，旋转螺杆19，使螺杆19向上移动，直至将下电极8和绝缘层9抵着，从而实现下电极的8位置的调节和固定。螺杆19可采用金属材质，工作时，螺杆19和下电极8一直处于相连的状态，因此，连接下电极8的电线可设置在螺杆19端部连接，实现下电极8和高频高压正弦波直流电源的连通。

实施例五：

见附图1-4。在实施例四的基础上，一种转子发动机等离子体点火方法，采用上述的转子发动机等离子体点火装置，包括以下步骤：转子发动机的转子4运行至压缩上止点时，等离子体点火器电离产生等离子体射流，等离子体射流对燃烧室内的气体进行催化助燃。由上述结构可知，采用上述的转子发动机等离子体点火装置的工作过程为：发动机启动，气体由进气口吸入，工作腔压缩吸进的空气和油的混合物到上止点；启动电源，等离子体点火器电离产生等离子体射流，等离子体射流对燃烧室内的气体进行扰动、催化助燃。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：包括等离子体点火器；所述等离子体点火器通过安装孔(6)安装于发动机气缸(5)侧壁上；所述等离子点火器包括上电极(7)、下电极(8)和绝缘层(9)；所述上电极(7)固定在绝缘层(9)上表面；所述下电极(8)设置在绝缘层(9)下表面；所述上电极(7)的上端面和发动机气缸(5)的内壁面齐平；

所述上电极(7)和下电极(8)与电源连通，用于激发形成垂直于安装孔(6)壁面的等离子体射流，点燃燃烧室内的气体。

2.根据权利要求1所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述下电极(8)为两个；所述上电极(7)固定在绝缘层(9)上表面中间；两个所述下电极(8)对称设置在绝缘层(9)下表面。

3.根据权利要求1所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述安装孔(6)的上端内壁上设有限位凸台(10)；所述安装孔(6)的下端配合有孔塞；所述限位凸台(10)和孔塞用于阻止等离子体点火器和发动机气缸(5)的相对运动。

4.根据权利要求3所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述孔塞包括固定连接的塞体(11)和端盖(12)；所述塞体(11)伸入到安装孔(6)内；所述端盖(12)通过螺栓(13)和发动机气缸(5)外侧壁固定，使绝缘层(9)被限位在限位凸台(10)和塞体(11)之间。

5.根据权利要求4所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述绝缘层(9)上表面和限位凸台(10)之间设有第一密封圈(14)；所述绝缘层(9)和安装孔(6)内壁之间设有第二密封圈(15)。

6.根据权利要求5所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述端盖(12)和发动机气缸(5)外侧壁之间设有第三密封圈(16)。

7.根据权利要求1所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：还包括调节装置；所述调节装置包括导轨(17)和调节组件；所述导轨(17)和绝缘层(9)固定；所述导轨(17)沿左右延伸；所述调节组件配合在导轨(17)上；所述调节组件用于驱动下电极(8)改变左右位置。

8.根据权利要求7所述的一种转子发动机等离子体点火装置，其特征在于：所述调节组件包括导向滑块(18)和螺杆(19)；所述导向滑块(18)配合在导轨(17)上；所述导向滑块(18)位于下电极(8)下方；所述导向滑块(18)上设有导向柱(20)；所述下电极(8)下表面设有导向槽(21)；所述导向柱(20)配合在导向槽(21)内；所述导向滑块(18)通过螺纹孔配合有螺杆(19)；所述螺杆(19)通过调节旋入螺纹孔的深度从而控制下电极(8)和绝缘层(9)的连接和分离。

9.一种转子发动机等离子体点火方法，其特征在于：采用权利要求1至8任一所述的转子发动机等离子体点火装置，包括以下步骤：转子发动机的转子(4)运行至压缩上止点时，等离子体点火器电离产生等离子体射流，等离子体射流对燃烧室内的气体进行催化助燃。