CN109253026A - 一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，属于天然气燃烧设备领域，包括点火器本体，点火器本体中心位置设有中心阳极，所述中心阳极包括相连接的细阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和粗阳极部连接处形成一凸台，所述凸台上卡接有绝缘定位套，所述绝缘定位套包裹于细阳极部的外周，且所述中心阳极的细阳极部通过螺纹连接有用于与绝缘定位套固定连接的阳极固定螺栓；所述绝缘定位套上开有安装槽，所述安装槽内设有环状阳极，且所述环状阳极顶端高于安装槽最高水平面；所述绝缘定位套、粗阳极部设于接地电极中。本发明解决了现有等离子体点火器点火能量小、点火可靠性差、点火能量利用率低等问题。

Description

一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器

技术领域

本发明涉及天然气燃烧设备领域，具体涉及一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器。

背景技术

与汽油相比，作为气体燃料的天然气需要更大的点火能量，这导致在实际使用中即使小缸径的车用天然气发动机也难以使用单火花塞点燃天然气，因此不得不采用汽油引燃的方式使发动机正常工作，然而这导致了系统复杂、成本升高、可靠性下降等一系列问题，且现有火花塞工作时往往会伴随很高的温升，易导致点火能量利用率低并影响电极寿命，点火范围仅位于中心电极及侧电极之间的狭小空间，应用于大缸径发动机或不易点燃的燃料如天然气时，由于点火能量过小易导致点火可靠性变差。

发明内容

为解决现有等离子体点火器点火能量小、点火可靠性差、点火能量利用率低等问题，本发明提供一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极，所述中心阳极包括相连接的细阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和粗阳极部连接处形成一凸台，所述凸台上卡接有绝缘定位套，所述绝缘定位套包裹于细阳极部的外周，且所述中心阳极的细阳极部通过螺纹连接有用于与绝缘定位套固定连接的阳极固定螺栓；所述绝缘定位套上开有安装槽，所述安装槽内设有环状阳极，且所述环状阳极顶端高于安装槽最高水平面；所述绝缘定位套、粗阳极部设于接地电极中。

进一步的，所述接地电极与绝缘定位套之间形成电离空间a，所述接地电极与中心阳极的粗阳极部之间形成隔离区和电离空间b。

进一步的，所述电离空间a、隔离区、电离空间b由上向下连通，且隔离区的截面呈直角梯形，电离空间a和电离空间b的截面均呈矩形。

进一步的，所述接地电极分别设有进气口a和进气口b；其中进气口a水平设置，且其伸入到电离空间a顶部；进气口b倾斜设置，且其伸入到隔离区底部。

进一步的，所述接地电极上连接有用于固定点火器本体的定位法兰。

本发明的有益效果是：用于点火的燃料及空气均由进气口通入，不需要主燃烧室内的混合气倒流，可以根据点火情况采用控制经进气口a的空气及经进气口b的燃料流量的方法控制位于电离空间b中混合气的当量比，进而根据实际工况改善电离及点火效果；本发明在宽广的燃空比范围内能够实现高能、稳定点火，且进气口b喷入的空气或燃料对阳极起到冷却作用，能够延长电极使用寿命。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图。

图中附图标记如下：1、中心阳极，2、绝缘定位套，3、阳极固定螺栓，4、环状阳极，5、接地电极，6、电离空间a，7、隔离区，8、电离空间b，9、进气口a，10、进气口b，11、定位法兰。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极1，所述中心阳极1包括相连接的细阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和粗阳极部连接处形成一凸台，所述凸台上卡接有绝缘定位套2，所述绝缘定位套2包裹于细阳极部的外周，且所述中心阳极1的细阳极部通过螺纹连接有用于与绝缘定位套2固定连接的阳极固定螺栓3；所述绝缘定位套2上开有安装槽，所述安装槽内设有环状阳极4，且所述环状阳极4顶端高于安装槽最高水平面；所述绝缘定位套2、粗阳极部设于接地电极5中。

所述接地电极5与绝缘定位套2之间形成电离空间a6，所述接地电极5与中心阳极1的粗阳极部之间形成隔离区7和电离空间b8。

所述电离空间a6、隔离区7、电离空间b8由上向下连通，且隔离区7的截面呈直角梯形，电离空间a6和电离空间b8的截面均呈矩形。

所述接地电极5分别设有进气口a9和进气口b10；其中进气口a9水平设置，且其伸入到电离空间a6顶部；进气口b10倾斜设置，且其伸入到隔离区7底部。

所述接地电极5上连接有用于固定点火器本体的定位法兰11。

本发明的工作过程如下：工作时，由进气口a9通入一定量的空气(或燃料)。此时，电源首先以1万伏以下的较低电压为环状阳4极供电，中心阳极1不通电；在较低电压下，环状阳极4-绝缘定位套2-接地电极5之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a6的空气(或燃料)在外加电场作用下发生电离，生成自由电子及带有正电荷阳离子组成的非平衡等离子体，化学反应活性提高。

由于进气口a9持续通入空气(或燃料)，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经隔离区7进入电离空间b8，此时进气口a9关闭，环状阳极4断电。随即，进气口b10通入燃料(或空气)；在已生成的非平衡等离子体中的高能电子作用下，呈电中性的燃料分子变为带正电的重离子和带负电的自由电子，从而转变为非平衡等离子体，反应活性提高。此时，电源以1.5-2万伏的更高电压为中心阳极1供电。在高电压作用下接地电极5与中心阳极1之间发生电弧放电。由于此时位于电离空间b8内混合气的反应活性已经提高，因此点火及燃烧反应迅速发生，火焰将以大体积火焰炬的形式从喷口冲出，进入发动机燃烧室，引燃位于燃烧室内的可燃的空气-燃料混合气。

在整个放电过程中，由于在隔离区7内阳极与接地电极距离较远，因此此处不发生电离；由于用于点火的燃料及空气均由进气口通入，不需要主燃烧室内的混合气倒流，因此可以根据点火情况采用控制经进气口a9的空气及经进气口b10的燃料流量的方法控制位于电离空间b8中混合气的当量比，达到根据实际工况改善电离及点火效果的目的。

实施例2

本实施例给出了一种将本发明应用于活塞式发动机的控制策略。

活塞式发动机的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对电源输出低压放电指令。

电源接到放电指令后，向环状阳极4输出某一较低电压U1，此时记为时间t1，此时，环状阳极4与接地电极5放电，在电离空间a6内形成介质阻挡放电，位于电离空间a6内的气体被电离成非平衡等离子体；随即，被电离气体向下运动，经Δt时间经过隔离区7进入电离空间b8。

在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，环状阳极4断电。此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向中心阳极1输出某一较高电压U2(U2>U1)。此时，中心阳极1与接地电极5放电，在电离空间b8内形成电弧放电，位于电离空间b8内具有很高反应活性的非平衡等离子体被点燃，燃烧反应开始。火焰以火焰炬的形式冲出喷口，进入到主燃烧室。

ECU读取缸压传感器信号。若缸压p大于某一设定值p1,则认为点火成功，ECU继续读取曲轴位置传感器信号，进行下一循环点火；若缸压p小于p1，则认为点火失败，此时ECU对电源输出指令，以U2+ΔU对中心阳极1放电，同时增加经进气口进入的燃料流量，并继续读取缸压信号，直至点火成功为止；若当放电电压一直增加至设定值U3(U3>U2)时、或燃料流量增加到某一设定值时仍判断点火失败，为保证点火电极安全终止放电，此循环不再点火。

实施例3

本实施例给出了一种将本发明应用于其他发动机及燃烧器的控制策略。

ECU对电源发出低压放电指令。电源接到放电指令后，向环状阳极4输出某一较低电压U1，此时记为时间t1；此时，环状阳极4与接地电极5放电，在电离空间a6内形成介质阻挡放电，位于电离空间a6内的气体被电离成非平衡等离子体。随即，被电离气体向下运动，经Δt时间经过隔离区7进入电离空间b8。

在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，环状阳极4断电，此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向中心阳极1输出某一较高电压U2(U2>U1)；此时，中心阳极1与接地电极5放电，在电离空间b8内形成电弧放电，位于电离空间b8内具有很高反应活性的非平衡等离子体被点燃，燃烧反应开始，火焰以火焰炬的形式冲出喷口，进入到主燃烧室。

ECU读取温度传感器信号，获取燃烧室内温度T；若温度T大于某一设定值T1,则认为点火成功，随即高压放电指令终止，中心阳极1断电，点火过程结束；若温度T小于T1，则认为点火失败，此时ECU对电源输出指令，以U2+ΔU对阳极放电，同时增加经进气口进入的燃料流量，并继续读取温度信号，直至点火成功为止；若当放电电压一直增加至设定值U3(U3>U2)时、或燃料流量增加到某一设定值时仍判断点火失败，为保证点火电极安全终止放电，并输出故障报警信号。

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 (5)

1.一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，包括点火器本体，所述点火器本体中心位置设有中心阳极(1)，所述中心阳极(1)包括相连接的细阳极部和粗阳极部，所述细阳极部和粗阳极部连接处形成一凸台，所述凸台上卡接有绝缘定位套(2)，所述绝缘定位套(2)包裹于细阳极部的外周，且所述中心阳极(1)的细阳极部通过螺纹连接有用于与绝缘定位套(2)固定连接的阳极固定螺栓(3)；所述绝缘定位套(2)上开有安装槽，所述安装槽内设有环状阳极(4)，且所述环状阳极(4)顶端高于安装槽最高水平面；所述绝缘定位套(2)、粗阳极部设于接地电极(5)中。

2.根据权利要求1所述的一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述接地电极(5)与绝缘定位套(2)之间形成电离空间a(6)，所述接地电极(5)与中心阳极(1)的粗阳极部之间形成隔离区(7)和电离空间b(8)。

3.根据权利要求2所述的一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述电离空间a(6)、隔离区(7)、电离空间b(8)由上向下连通，且隔离区(7)的截面呈直角梯形，电离空间a(6)和电离空间b(8)的截面均呈矩形。

4.根据权利要求1所述的一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述接地电极(5)分别设有进气口a(9)和进气口b(10)；其中进气口a(9)水平设置，且其伸入到电离空间a(6)顶部；进气口b(10)倾斜设置，且其伸入到隔离区(7)底部。

5.根据权利要求1所述的一种具有双进气双阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述接地电极(5)上连接有用于固定点火器本体的定位法兰(11)。