一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法技术

本发明专利技术公开了一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法，具体包括：电源首先以低电压为环状阳极供电，中心阳极不通电；在低电压下，环状阳极与绝缘定位套、绝缘定位套与接地电极之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a的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；电源以更高的电压为中心阳极供电,在高电压作用下接地电极与中心阳极之间发生电弧放电,在中心阳极通电的同时，中心阳极中的空气通道通入空气；在整个放电过程中，用于点火的燃料由燃料进口通入，另有一部分空气‑燃料混合气经喷口逆流入电离空间b，因此用于点火的混合气整体呈富油状态，能够进一步保证点火引燃的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法
本专利技术涉及一种等离子体点火器工作方法，具体说是一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法。
技术介绍
天然气作为一种清洁能源已经广泛被用作发动机燃料。在车用动力领域，以CNG为燃料的乘用车及载重车辆日益增多；在船舶动力领域，CNG及LNG动力船舶已成为“中国制造2025”规划中的重点研究方向。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。这导致了系统复杂、成本升高、可靠性下降等一系列问题。因此，有必要采取新型点火技术、采用相对简单的结构，实现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、可靠的工作。传统的发动机用火花塞结构如图1所示，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。现有技术的缺点为：(1)现有火花塞往往伴随很高的温升，易导致点火能量利用率低并影响电极寿命；(2)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。
技术实现思路
为解决现有热平衡等离子体点火器技术方案在大空间燃烧室发动机上应用、以及天然气发动机上应用时点火能量小、点火可靠性差、点火能量利用率低等问题，本申请提供一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法。为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法，具体包括：A、由燃料进口通入一定量的燃料；B、电源首先以低电压为环状阳极供电，中心阳极不通电；在低电压下，环状阳极与绝缘定位套、绝缘定位套与接地电极之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a的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；C、通入的燃料在电离空间a内形成向下的旋流；燃料进口持续通入燃料，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经隔离区进入电离空间b，此时燃料进口关闭，环状阳极断电；D、点火器喷口与发动机主燃烧室相连接，且主燃烧室内压力较大，因此将有部分燃料、空气的混合气经喷口逆流入电离空间b中；E、在已生成的非平衡等离子体中的高能电子作用下，呈电中性的混合气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；F、电源以更高的电压为中心阳极供电,在高电压作用下接地电极与中心阳极之间发生电弧放电,在中心阳极通电的同时，中心阳极中的空气通道通入空气，此部分空气不参与电离反应；G、空气通道内的空气呈电中性，在一定程度上抑制燃烧反应，因此少量电离空间b内形成的高活性气体通过进气斜孔进入空气通道中；H、火焰将以大体积火焰炬的形式加速从喷口冲出，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；上述工作方法是在等离子体点火器中实施的，所述等离子体点火器，包括中心阳极、环状阳极、接地电极、绝缘定位套、燃料进口、进气斜孔，所述中心阳极具有空心结构，该空心结构为空气通道；所述绝缘定位套位于接地电极中，所述环状阳极位于绝缘定位套的壁体中，环状阳极顶端裸露在外；所述中心阳极的上半部位于绝缘定位套中心孔中，中心阳极的下半部位于接地电极的下部中；部分绝缘定位套与接地电极之间形成一电离空间a，中心阳极的中下部与接地电极之间形成一隔离空间，中心阳极的下部与接地电极之间形成一电离空间b，所述电离空间b呈等腰梯形，所述电离空间a、隔离空间和电离空间b相连通；在接地电极的上部一端设置有倾斜向下的燃料进口，所述燃料进口与电离空间a相连通；在所述中心阳极的下端，开有周向布置、倾斜向下的数个进气斜孔。进一步的，本申请还包括绝缘定位套压板，用于固定接地电极与绝缘定位套之间的相对位置。进一步的，本申请还包括阳极固定螺母，位于中心阳极与绝缘定位套之间，所述阳极固定螺母与中心阳极采用螺纹连接。更进一步的，所述中心阳极的细端部顶端裸露在外。本专利技术由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本方案采用介质阻挡放电-电弧放电组合放电的模式，能够将非平衡等离子体的稀燃极限宽、反应活性大，以及热平衡等离子体的工作气压高等优势结合起来，达到在宽广的燃空比范围内实现高能、稳定点火的目的；同时，燃料进口喷入的燃料也将对阳极起到冷却作用，能够起到延长电极使用寿命的作用；在整个放电过程中，用于点火的燃料由燃料进口通入，另有一部分空气-燃料混合气经喷口逆流入电离空间b，因此用于点火的混合气整体呈富油状态，能够进一步保证点火引燃的效果。而且，由于采用了渐扩接地电极出口结构，有利于电弧放电产生及火焰加速。附图说明图1为
技术介绍
中传统的发动机用火花塞结构示意图；图2为本申请的剖视图；图3为应用于内燃机时的点火控制策略图；图4为应用于其他发动机及燃烧器时的点火控制策略图；图5为本申请的俯视图；图中序号说明：1、燃料进口；2、接地电极；3、绝缘定位套压板；4、中心阳极；5、环状阳极；6、阳极固定螺母；7、电离空间a；8、绝缘定位套；9、电离空间b；10、进气斜孔；11、定位法兰；12、隔离空间。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。如图2-5所示，本实施例提供一种等离子体点火器，包括中心阳极、环状阳极、接地电极、绝缘定位套；所述中心阳极具有空心结构，位于等离子体点火器中心位置，安装在阳极绝缘套内，其结构为上细下粗的柱状体，中间有一凸台用于限制中心阳极和阳极绝缘套的相对位置；在所述中心阳极的下端，开有周向布置、倾斜向下的数个进气斜孔，用于将少量电离空间b内形成的高活性气体引入空气通道；所述环状阳极通过绝缘定位套安装于中心阳极外侧；所述接地电极通过绝缘定位套固定中心阳极与环状阳极；所述阳极固定螺栓位于中心阳极与绝缘定位套之间，与中心阳极采用螺纹连接，用于将中心阳极固定在绝缘定位套上；所述绝缘套压板用于固定绝缘定位套与接地电极的相对位置；所述接地电极的上部设置有一个燃料进口，用于通入燃料；所述燃料进口的方向与接地电极呈切向且向下倾斜的布置方式，用来在电离空间a内产生向下的旋流；所述接地电极下端有一用于安装该等离子点火器的定位法兰。根据实际需要，该定位法兰也可以设置于接地电极上端。工作时，由燃料进口通入一定量的燃料。此时，电源首先以较低电压为环状阳极供电(例如：1万伏以下)，中心阳极不通电；在较低电压下，环状阳极-绝缘定位套-接地电极之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a的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。由于燃料进口与接地电极切向布置、且向下倾斜，因此通入的燃料在电离空间a内形成向下的旋流；由于燃料进口持续通入燃料，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经隔离区进入电离空间b，此时燃料进口关闭，环状阳极断电。由于点火器喷口与发动机主燃烧室相连接，且主燃烧室内压力较大，因此将有部分燃料-空气的混合气经喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法，其特征在于，具体包括：A、由燃料进口通入一定量的燃料；B、电源首先以低电压为环状阳极供电，中心阳极不通电；在低电压下，环状阳极与绝缘定位套、绝缘定位套与接地电极之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a的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；C、通入的燃料在电离空间a内形成向下的旋流；燃料进口持续通入燃料，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经隔离区进入电离空间b，此时燃料进口关闭，环状阳极断电；D、点火器喷口与发动机主燃烧室相连接，且主燃烧室内压力较大，因此将有部分燃料、空气的混合气经喷口逆流入电离空间b中；E、在已生成的非平衡等离子体中的高能电子作用下，呈电中性的混合气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；F、电源以更高的电压为中心阳极供电,在高电压作用下接地电极与中心阳极之间发生电弧放电,在中心阳极通电的同时，中心阳极中的空气通道通入空气，此部分空气不参与电离反应；G、空气通道内的空气呈电中性，在一定程度上抑制燃烧反应，因此少量电离空间b内形成的高活性气体通过进气斜孔进入空气通道中；H、火焰将以火焰炬的形式加速从喷口冲出，进入发动机燃烧室，引燃位于燃烧室内的可燃的空气与燃料混合气；上述工作方法是在等离子体点火器中实施的，所述等离子体点火器，包括中心阳极、环状阳极、接地电极、绝缘定位套、燃料进口、进气斜孔，所述中心阳极具有空心结构，该空心结构为空气通道；所述绝缘定位套位于接地电极中，所述环状阳极位于绝缘定位套的壁体中，环状阳极顶端裸露在外；所述中心阳极的上半部位于绝缘定位套中心孔中，中心阳极的下半部位于接地电极的下部中；部分绝缘定位套与接地电极之间形成一电离空间a，中心阳极的中下部与接地电极之间形成一隔离空间，中心阳极的下部与接地电极之间形成一电离空间b，所述电离空间a、隔离空间和电离空间b相连通；在接地电极的上部一端设置有倾斜向下的燃料进口，所述燃料进口与电离空间a相连通；在所述中心阳极的下端，开有周向布置、倾斜向下的数个进气斜孔。...

【技术特征摘要】
1.一种具有单燃料进口的双放电模式等离子体点火器工作方法，其特征在于，具体包括：A、由燃料进口通入一定量的燃料；B、电源首先以低电压为环状阳极供电，中心阳极不通电；在低电压下，环状阳极与绝缘定位套、绝缘定位套与接地电极之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a的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；C、通入的燃料在电离空间a内形成向下的旋流；燃料进口持续通入燃料，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经隔离区进入电离空间b，此时燃料进口关闭，环状阳极断电；D、点火器喷口与发动机主燃烧室相连接，且主燃烧室内压力较大，因此将有部分燃料、空气的混合气经喷口逆流入电离空间b中；E、在已生成的非平衡等离子体中的高能电子作用下，呈电中性的混合气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；F、电源以更高的电压为中心阳极供电,在高电压作用下接地电极与中心阳极之间发生电弧放电,在中心阳极通电的同时，中心阳极中的空气通道通入空气，此部分空气不参...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏，
申请(专利权)人：大连民族大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21