CN204921232U - 用于内燃机的低温等离子着火装置和内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于内燃机的低温等离子着火装置，包括：介质板，其为片状板，设置内燃机燃烧室的底部；感应电极，其为片状板，设置在介质板的一侧；以及放电电极，其设置在介质板的另一侧，放电电极与高压点火线圈连接。本实用新型还公开了一种内燃机。本实用新型的低温等离子体着火装置沿面放电，可以实现汽油机快速大面积着火，可燃混合气快速燃烧，节能减排、有效消除雾霾污染做出贡献，且汽车动力强劲，创造先进燃烧技术节能减排新型汽油机。

Description

用于内燃机的低温等离子着火装置和内燃机

技术领域

本实用新型涉及等离子体应用技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种用于内燃机的低温等离子着火装置，同时涉及一种内燃机。

背景技术

随着汽油机在世界范围使用量越来越多，能源安全和环境保护问题日益受到社会关注，内燃机节能减排技术具有现实意义，改善汽油机点火系统装置是实现节能减排重要研究方向。车用四冲程汽油机是活塞在上下止点间往复运动四个行程(相当于曲轴旋转两周)完成进气、压缩、做功、排气一个工作循环。现代汽油机燃烧是在压缩接近上止点位置，火花塞电极间施加高频击穿电压，可燃混合气由火花塞点燃燃烧对外做功。目前，火花塞是汽油机主要点火装置。长期以来世界上提高和改善火花塞点火性能研究从未停止过，本质上火花塞点火系统始终是少量热量用于着火，其燃烧效率较低。等离子体是物质在高温或特定激励下的一种物态，物质四态变化包括固态、液态、气态和等离子体态。汽油机燃烧过程是一种热扩散过程，如何采用汽油机燃烧综合控制技术并结合利用等离子体技术，以缩短燃烧时间、提高热效率、探索压燃与点燃式发动机优点结合的燃烧方式(预混直喷压缩点燃)新型汽油机是本实用新型努力的方向。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种用于内燃机的低温等离子着火装置，本实用新型通过感应电极和介质板沿面放电，可以实现汽油机快速大面积着火，缩短了燃烧时间，提高了热效率。

本实用新型再有一个目的是提供一种内燃机，本实用新型的内燃机包含有可以沿面放电的低温等离子着火装置，可以实现汽油机快速大面积着火，燃烧更充分，动力更强劲。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型的技术方案为：

一种用于内燃机的低温等离子着火装置，包括：

介质板，其为片状板，设置内燃机燃烧室的底部；

感应电极，其为片状板，设置在所述介质板的一侧；以及

放电电极，其设置在所述介质板的另一侧，所述放电电极与高压点火线圈正电连接。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置中，所述介质板和所述感应电极，具有多个通孔，所述介质板的通孔和所述感应电极的通孔一一对应。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，还包括：

连接电极，其一端与所述放电电极连接，而另一端与所述高压点火线圈连接。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置中，所述介质板为氧化铝陶瓷材料。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置中，所述介质板的宽度为5～15mm，所述介质板的厚度为1.2～2mm。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置中，所述连接电极的直径为1～2mm。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，还包括：

连接钉，其固定在所述介质板上，沿所述连接钉的径向开设有贯通孔，而沿其轴向开设有与所述贯通孔连通的孔，所述放电电极穿过所述贯通孔固定在所述介质板的上方，所述连接电极的一端穿过所述孔与所述放电电极连接，所述连接电极的另一端延伸出所述孔外以与所述高压点火线圈连接。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置中，所述放电电极的两端分别被设置于所述介质板上的两个凸耳固定在所述介质板的一侧。

优选的是，所述的用于内燃机的低温等离子着火装置中，所述放电电极、所述连接电极和所述感应电极均为钨钼电极。

一种内燃机，包括：

汽缸；和，

如上任一所述的低温等离子体着火装置10，其设置在汽缸6内。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型的装置安装在汽油机燃烧室内，以生成低温等离子体着火，并在火焰燃烧熄灭中交替工作，长以至此，生成低温等离子体环境温度会略高些，但并不影响混合气体电离；与原火花塞相比，本装置由于高能电子碰撞引起可燃混合气分子发生离解，激发甚至电离，形成大量的活性原子、基团、离子，引起燃料氧化连锁反应。在混合可燃气体中馈入低温等离子体同时可以生成一定量的O₃。O₃是一种强氧化剂，加入微量O₃可以改善碳氢燃料燃烧特性，使着火落后期大大缩短；另外，可以快速激发分解O₂，形成大量氧原子极强快速氧化碳氢分子，促使整个燃烧加速进行，大面积沿面放电发光着火，有效提高点火能量、冷启动性能和扩展稀燃极限。

低温等离子体着火装置沿面放电，可以实现汽油机快速大面积着火，高效提高点火能量、冷启动性能和扩展稀薄燃烧极限；与此同时，在替换匹配调试和电极烧结更加完善，可以应用该技术批量改造用于汽车，为节能减排、有效消除雾霾污染做出贡献，创造先进燃烧技术节能减排新型汽油机。

实验证明，本装置可燃混合气快速燃烧，有利于提高其动力性，减少有害气体排放。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的低温等离子着火装置的剖面结构示意图。

图2为本实用新型的低温等离子着火装置的俯视示意图。

图3为本实用新型的低温等离子着火装置的侧视示意图。

图4a为设置有低温等离子着火装置的汽缸处于吸气冲程的状态示意图。

图4b为设置有低温等离子着火装置的汽缸处于压缩冲程的状态示意图。

图4c为设置有低温等离子着火装置的汽缸处于做功冲程的状态示意图。

图4d为设置有低温等离子着火装置的汽缸处于排气冲程的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、图2、图3和图4a～4d所示，本实用新型提供一种用于内燃机的低温等离子着火装置10，包括：

介质板1，其为片状板，设置内燃机燃烧室8的底部；介质板1的形状，应当知道，可能是圆形，可能是长方形、正方形或其他形状。

感应电极2，其为片状板，设置在所述介质板1的一侧，感应电极2通过与汽缸6的内壁接触以接地；以及

放电电极3，其设置在所述介质板1的另一侧，所述放电电极3与高压点火线圈正电连接。当在放电电极2和感应电极2之间接通电源时，在燃烧室8内产生等离子体，等离子体发光放电，混合燃气燃烧。

作为优选，所述介质板1和所述感应电极2，具有多个通孔，所述介质板1的通孔和所述感应电极2的通孔一一对应。多个通孔的设置更有利于内燃机汽缸6内燃气的流动。

作为优选，还包括：

连接电极4，其一端与所述放电电极3连接，而另一端与所述高压点火线圈正电连接。

作为优选，所述介质板1为氧化铝陶瓷材料。在本实用新型的其中一个实施例中，Al₂O₃陶瓷材料系Al₂O₃含量在96％以上的陶瓷材料。

作为优选，所述介质板1的宽度为5～15mm，所述介质板1的厚度为1.2～2mm。最优选的是，介质板1的宽度为10mm，厚度为1.6mm，这种规格的介质板既能维持良好的性能，又能保证其稳定性，不易向汽缸6顶部的方向弯折。

作为优选，所述连接电极4的直径为1～2mm。最优选的是，该连接电极4的直径为1.5mm。

作为优选，还包括：

连接钉5，其固定在所述介质板1上，沿所述连接钉5的径向开设有贯通孔，而沿其轴向开设有与所述贯通孔连通的孔，所述放电电极3穿过所述贯通孔固定在所述介质板1的上方，所述连接电极4的一端穿过所述孔与所述放电电极3连接，所述连接电极4的另一端延伸出所述孔外以与所述高压点火线圈连接。

作为优选，所述放电电极3的两端分别被设置于所述介质板1上的两个凸耳固定在所述介质板1的一侧。这样，放电电极3的位置更加稳固。

作为优选，所述放电电极3、所述连接电极4和所述感应电极2均为钨钼电极。

本实用新型还提供一种内燃机，包括：

汽缸6；和，

如任一所述的低温等离子体着火装置10，其设置在汽缸6内。

在本实用新型的其中一个实施例中，如图1、图2、图3和图4a～4b所示，放电电极3采用钨钼电极，为直径为1.5mm×66mm的杆。介质板1采用陶瓷片，感应电极2指陶瓷片下方钨钼合金片，是88×10×(0.6)mm。连接电极4起放电电极与高压电连接作用，并有一定着火装置工作面支撑作用。感应电极2接地。

沿面放电介质板的结构特点：电极分别布置在介质板1的两边，正面为放电电极3(一般为线状)，背面为感应电极2(通常为板状)，并接地。当两电极间电压大于某临界值，并以高频正弦交流电作业时，在放电电极3附近有限表面上进行电晕放电。这时，在高频高压正弦交流电作用下，放电电极3附近表面处不断地俘获和发射电荷。当电压达到正半周临界起晕电压Uth时，开始放电，正电荷聚向放电极附近的介质表面(即介质板表面)，即电子被加速到很高能量从介质表面传输到放电电极。随着电压升高放电继续，更多的正电荷被束缚在介质表面，这一过程一直持续到峰值电压U0放电过程停止，介质表面正电荷并不消失。当电压开始下降时，介质表面正电荷仍不动，放电并不发生，一直持续降到负半周临界起晕电压-Uth，这时放电开始，介质表面正电荷离开，负电荷积聚于表面，即电子被加速到很高能量从放电电极传输到介质表面，这一过程持续到负半周峰值电压-Up，放电过程停止。

当电压再次升高到正半周临界起晕电压Uth时，正电晕放电又开始，整个放电过程是这样交替进行，因此，沿面放电过程就是介质表面的静电平衡状态反复建立和破坏，表面气体的反复击穿而介质表面上反复充放异性电荷的过程。

实践证明：放电能量随Upp增大而增大，当Upp为6～8kV时，放电发光长度为2.5～3.4mm。

汽油机点火线圈是点燃发动机汽缸6内空气和燃油混合物提供点火能量的执行部件。它基于电磁感应的原理，通过关断和打开点火线圈的初级回路，初级回路中的电流增加然后又突然减小，这样在次级就会感应产生点燃火花塞所需的高电压。点火线圈可以认为是一种特殊的脉冲变压器，它将10-12V的低电压转换成25000V或更高的电压。

现代汽油机点火高频供电电压为20-30kV，而低温等离子体着火装置10放电能量要求为6-8kV，是利用原汽油机的点火线圈，通过更换点火线圈(即调适初次级对比砸数)实现放电能量要求的。

低温等离子体着火装置10结构：最底层是感应电极2，中间层是一块陶瓷板作为介质板1，整个着火装置介质板1和感应电极2上共开设7个直径为6mm的孔，其中中间孔装有连接钉5，如图1所示，在本实用新型的其中一个实施例中，连接钉5沿其轴向设置有一直径1.5mm孔，连接电极4插在这个孔中；连接钉5径向也设有一孔，放电电极3穿过这个孔，另外，放电电极3两端介质板上各自设置一个带孔的凸耳7，放电电极3固定在介质板上。

电极均(耐高温)暴露在燃烧室8内。

在等离子着火装置介质板1和感应电极2上开多个孔便于混合燃气流动。

该着火装置切割契合后直接压在缸体之间使用。

Al₂O₃陶瓷板系Al₂O₃含量在96％以上的陶瓷材料，烧结温度可达1600-1900℃。

如图4a～4d所示，示出四冲程活塞发动机的工作原理，本实用新型的内燃机延用现代四冲程汽油机点火系统装置，其中图4a中，活塞9向下运动，排气口关闭，进气口打开，图4b中，活塞向上运动，排气口和进气口均关闭，处于压缩冲程中，图4c中，低温等离子着火装置完成点火，为做功冲程，图4d中，排气口打开，而进气口关闭，为排气过程。本实用新型仅以低温等离子体着火装置10替代火花塞工作，活塞9在上下止点间往复运动四个行程(相当于曲轴旋转两周)完成进气、压缩、做功、排气一个工作循环，匹配供电，调整点火时机，施加高频击穿电压，燃烧是在压缩接近上止点位置进行着火、燃烧对外做功。放电电极与高压线链接，感应电极接地，如图1所示。该装置安装在汽油机燃烧室内，以生成低温等离子体着火，并在火焰燃烧熄灭中交替工作，长以至此，生成低温等离子体环境温度会略高些，但并不影响混合气体电离；与原火花塞相比，本装置由于高能电子碰撞引起可燃混合气分子发生离解，激发甚至电离，形成大量的活性原子、基团、离子，引起燃料氧化连锁反应。在混合可燃气体中馈入低温等离子体同时可以生成一定量的O₃。O₃是一种强氧化剂，加入微量O₃可以改善碳氢燃料燃烧特性，使着火落后期大大缩短；另外，可以快速激发分解O₂，形成大量氧原子极强快速氧化碳氢分子，促使整个燃烧加速进行，大面积沿面放电发光着火，有效提高点火能量、冷启动性能和扩展稀燃极限。

低温等离子体着火装置10沿面放电，可以实现汽油机快速大面积着火，高效提高点火能量、冷启动性能和扩展稀薄燃烧极限；与此同时，在替换匹配调试和电极烧结、安装更加完善，可以应用该技术批量改造用于汽车，为节能减排、有效消除雾霾污染做出贡献。创造先进燃烧技术节能减排新型汽油机。

实验证明，本装置可燃混合气快速燃烧，有利于提高其动力性，减少有害气体排放。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型电极的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本实用新型，由于设置有片状多孔的放电电极和介质板，因此具有可沿面放电的效果。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，包括：

介质板，其为片状板，设置内燃机燃烧室的底部；

感应电极，其为片状板，设置在所述介质板的一侧；以及

放电电极，其设置在所述介质板的另一侧，所述放电电极与高压点火线圈连接。

2.如权利要求1所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，所述介质板和所述感应电极，具有多个通孔，所述介质板的通孔和所述感应电极的通孔一一对应。

3.如权利要求1或2所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，还包括：

连接电极，其一端与所述放电电极连接，而另一端与所述高压点火线圈连接。

4.如权利要求1所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，所述介质板为氧化铝陶瓷材料。

5.如权利要求1所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，所述介质板的宽度为5～15mm，所述介质板的厚度为1.2～2mm。

6.如权利要求3所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，所述连接电极的直径为1～2mm。

7.如权利要求3所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，还包括：

连接钉，其固定在所述介质板上，沿所述连接钉的径向开设有贯通孔，而沿其轴向开设有与所述贯通孔连通的孔，所述放电电极穿过所述贯通孔固定在所述介质板的上方，所述连接电极的一端穿过所述孔与所述放电电极连接，所述连接电极的另一端延伸出所述孔外以与所述高压点火线圈连接。

8.如权利要求1所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，所述放电电极的两端分别被设置于所述介质板上的两个凸耳固定在所述介质板的一侧。

9.如权利要求1所述的用于内燃机的低温等离子着火装置，其特征在于，所述放电电极、所述连接电极和所述感应电极均为钨钼电极。

10.一种内燃机，其特征在于，包括：

汽缸；和，

如权利要求1至9任一项所述的低温等离子体着火装置，其设置在汽缸内。