CN109268191A - 一种具有双进气偏心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偏心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，包括接地电极，所述接地电极内设有阳极绝缘定位套，所述阳极绝缘定位套上开有凹槽a和凹槽b，其中凹槽a底端封闭，凹槽b底端开放，且凹槽a的底端低于凹槽b的底端；所述凹槽a内设有短阳极，凹槽b中插入有长阳极；所述接地电极上设有与阳极绝缘定位套相配合的卡槽，并与阳极绝缘定位套卡接；所述接地电极的一侧分别设有进气口a和进气口b；本发明结构简单，实现了天然气的高效点火及燃烧，使天然气发动机能够在单一燃料模式下稳定、可靠点火。

Description

一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器

技术领域

本发明涉及天然气点火设备领域，具体涉及一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器。

背景技术

传统的发动机用火花塞结构上一般由一个中心电极及与其距离较近的一个或数个侧电极组成。工作时，点火线圈为中心电极供电，电压高达1.5-2万伏。在中央电极及侧电极间的高压差下，气体被击穿，在中心电极及侧电极之间的狭小空间内形成高温放电通道，点火及燃烧开始。然而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，且现有火花塞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

为解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，结构简单，实现了天然气的高效点火及燃烧，使天然气发动机能够在单一燃料模式下稳定、可靠点火。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，包括接地电极，所述接地电极内设有阳极绝缘定位套，所述阳极绝缘定位套上开有凹槽a和凹槽b，其中凹槽a底端封闭，凹槽b底端开放，且凹槽a的底端低于凹槽b的底端；所述凹槽a内设有短阳极，凹槽b中插入有长阳极；所述接地电极上设有与阳极绝缘定位套相配合的卡槽，并与阳极绝缘定位套卡接；所述接地电极的一侧分别设有进气口a和进气口b。

进一步的，所述接地电极与阳极绝缘定位套的凹槽a外侧之间设有电离空间a；所述接地电极与阳极绝缘定位套的凹槽b外侧之间设有电离空间b；所述接地电极与长阳极下端部之间设有电离空间c。

进一步的，所述进气口a水平设置，且与电离空间a相通；所述进气口b倾斜设置。

进一步的，所述短阳极和长阳极上分别固定连接有阳极定位螺栓a和阳极定位螺栓b。

进一步的，所述长阳极的长度大于阳极绝缘定位套的凹槽b的长度。

进一步的，所述短阳极和长阳极的顶端处于同一水平面。

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a、电离空间b、电离空间c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长阳极起到冷却作用，能够延长电极使用寿命；电极安装简便，结构简单。

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、阳极绝缘定位套，2、短阳极，3、长阳极，4、接地电极，5、进气口a，6、进气口b，7、电离空间a，8、电离空间b，9、电离空间c，10、阳极定位螺栓a，11、阳极定位螺栓b，12、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

一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，包括接地电极4，所述接地电极4内设有阳极绝缘定位套1，所述阳极绝缘定位套1上开有凹槽a和凹槽b，其中凹槽a底端封闭，凹槽b底端开放，且凹槽a的底端低于凹槽b的底端；所述凹槽a内设有短阳极2，凹槽b中插入有长阳极3；所述接地电极4上设有与阳极绝缘定位套1相配合的卡槽，并与阳极绝缘定位套1卡接；所述接地电极4的一侧分别设有进气口a5和进气口b6。

所述接地电极4与阳极绝缘定位套1的凹槽a外侧之间设有电离空间a7；所述接地电极4与阳极绝缘定位套1的凹槽b外侧之间设有电离空间b8；所述接地电极4与长阳极3下端部之间设有电离空间c9。

所述进气口a5水平设置，且与电离空间a7相通；所述进气口b6倾斜设置。

所述短阳极2和长阳极3上分别固定连接有阳极定位螺栓a10和阳极定位螺栓b11。

所述长阳极3的长度大于阳极绝缘定位套1的凹槽b的长度。

所述短阳极2和长阳极3的顶端处于同一水平面。

所述接地电极4上连接有用于固定点火器本体的定位法兰12。

本发明的工作过程如下：工作时，由进气口a5通入一定量的空气(或燃料)，短阳极2与长阳极3由电源分别单独供电，此时，电源首先以1万伏以下的较低电压分别为短阳极2和长阳极3供电，在较低电压下，短阳极2-阳极绝缘定位套1-接地电极4、长阳极3-阳极绝缘定位套1-接地电极4之间均发生介质阻挡放电，介质阻挡放电分别发生于电离空间a7与电离空间b8内。位于电离空间a7和电离空间b8的气体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；由于此时电压较低，在电离空间c9内不发生电弧放电。

由于空气(或燃料)的持续通入，电离生成的非平衡等离子体继续向下运动，进入到电离空间c9内，此时，进气口a5停止通入空气(或燃料)，电源断电；随即，进气口b6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长阳极3供电，在高电压作用下接地电极4与长阳极3之间发生电弧放电，位于电离空间c9内的混合气被电离；由于此时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。

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，向短阳极2和长阳极3输出某一较低电压U1，此时记为时间t1；此时，短阳极2、长阳极3上部与接地电极4放电，在电离空间a7和电离空间b8内形成介质阻挡放电，位于电离空间a7和电离空间b8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时间进入电离空间c9。

在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，短阳极2、长阳极3断电，此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向长阳极3输出某一较高电压U2(U2>U1)，此时，长阳极3下部与接地电极4放电，在电离空间c9内形成电弧放电，位于电离空间c9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对长阳极3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)时仍判断点火失败、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，向短阳极2及长阳极3输出某一较低电压U1，此时记为时间t1；此时，短阳极2、长阳极3上部与接地电极4放电，在电离空间a7和电离空间b8内形成介质阻挡放电，位于电离空间a7和电离空间b8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时间进入电离空间c9。

在t1+Δt时刻，低压放电指令终止，短阳极2断电，此时，ECU对电源输出高压放电指令，电源向长阳极3输出某一较高电压U2(U2>U1)，此时，长阳极3下部与接地电极4放电，在电离空间c9内形成电弧放电，位于电离空间c9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，长阳极3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对长阳极3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 (7)

1.一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，包括接地电极(4)，所述接地电极(4)内设有阳极绝缘定位套(1)，所述阳极绝缘定位套(1)上开有凹槽a和凹槽b，其中凹槽a底端封闭，凹槽b底端开放，且凹槽a的底端低于凹槽b的底端；所述凹槽a内设有短阳极(2)，凹槽b中插入有长阳极(3)；所述接地电极(4)上设有与阳极绝缘定位套(1)相配合的卡槽，并与阳极绝缘定位套(1)卡接；所述接地电极(4)的一侧分别设有进气口a(5)和进气口b(6)。

2.根据权利要求1所述的一种具有双进气偏心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(4)与阳极绝缘定位套(1)的凹槽a外侧之间设有电离空间a(7)；所述接地电极(4)与阳极绝缘定位套(1)的凹槽b外侧之间设有电离空间b(8)；所述接地电极(4)与长阳极(3)下端部之间设有电离空间c(9)。

3.根据权利要求1所述的一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述进气口a(5)水平设置，且与电离空间a(7)相通；所述进气口b(6)倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述短阳极(2)和长阳极(3)上分别固定连接有阳极定位螺栓a(10)和阳极定位螺栓b(11)。

5.根据权利要求1所述的一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述长阳极(3)的长度大于阳极绝缘定位套(1)的凹槽b的长度。

6.根据权利要求1所述的一种具有双进气偏心阳极结构的双放电等离子体点火器，其特征在于，所述短阳极(2)和长阳极(3)的顶端处于同一水平面。

7.根据权利要求1所述的一种具有双进气偏心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(4)上连接有用于固定点火器本体的定位法兰(12)。