一种具有双进气及双阳极结构的等离子体点火器的制作方法

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种具有双进气及双阳极结构的等离子体点火器。

背景技术：

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，以压缩天然气为燃料的乘用车及载重车辆日益增多；在船舶动力领域，压缩天然气及液化天然气动力船舶已成为“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。

传统的发动机采用火花塞结构，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；但是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，同时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(例如天然气)时，由于点火能量过小易导致点火可靠性变差。

技术实现要素：

为解决现有火花塞结构在大空间燃烧室发动机以及天然气发动机上应用时点火能量小、点火可靠性差、点火能量利用率低的问题，本发明提供了一种具有双进气及双阳极结构的等离子体点火器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有双进气及双阳极结构的等离子体点火器，包括环状阳极、接地电极、中心阳极和绝缘定位套；所述绝缘定位套上有安装环状阳极的安装槽，绝缘定位套中间为安装中心阳极的安装孔，绝缘定位套顶端有向外伸出的安装台，接地电极内部上端有与安装台配合连接的安装槽。

进一步的，所述中心阳极的的上端直径小于下端直径，中心阳极的上端与下端之间形成限位台，绝缘定位套置于限位台上。

进一步的，所述环状阳极顶部高于绝缘定位套，中心阳极顶部高于绝缘定位套，绝缘定位套顶部有固定螺母，固定螺母与中心阳极螺纹连接。

进一步的，所述部分绝缘定位套与接地电极之间有电离空间a，电离空间a的底面与绝缘定位套的底面位于同一平面，电离空间a的顶面高于环状阳极的底面。

进一步的，所述接地电极上设置有进气口a和进气口b，进气口a和进气口b分别连通电离空间a。

进一步的，所述中心阳极的下端与接地电极之间有间隙空间，间隙空间包括收缩加速段空间与电离空间b，收缩加速段空间位于电离空间b上方，间隙空间与电离空间a连通。

进一步的，所述接地电极外侧设置有凸台，凸台上设置螺纹孔形成定位法兰。

进一步的，所述环状阳极、固定螺母、中心阳极和绝缘定位套位于接地电极内部。

进一步的，所述接地电极底部设置喷口，喷口连通间隙空间。

本发明的有益效果是：本发明的结构实现介质阻挡放电-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；在整个放电过程中，由于用于点火的燃料及空气分别由进气口a和进气口b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a的空气和经进气口b的燃料流量的方法控制位于电离空间a和电离空间b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。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明绝缘定位套的结构示意图；

图4为本发明应用于活塞式发动机上的控制策略示意图；

图5为本发明应用于除活塞式发动机以外的其他发动机及燃烧器上的控制策略示意图。

图中1.环状阳极，2.接地电极，3.进气口b，4.安装槽，5.中心阳极，6.安装孔，7.固定螺母，8.绝缘定位套，9.进气口a，10.安装台，11.限位台，12.电离空间a，13.收缩加速段空间，14.电离空间b，15.定位法兰，16.喷口。

具体实施方式

实施例1

一种具有双进气及双阳极结构的等离子体点火器，包括环状阳极1、接地电极2、中心阳极5和绝缘定位套8；所述绝缘定位套8上有安装环状阳极1的安装槽4，绝缘定位套8中间为安装中心阳极5的安装孔6，绝缘定位套8上端有向外伸出的安装台10，接地电极2内部上端有与安装台10配合连接的安装槽。

所述中心阳极5的上端较窄、下端较宽，中心阳极5的上端与下端之间形成限位台11，绝缘定位套8置于限位台11上。

所述环状阳极1顶部高于绝缘定位套8，中心阳极5顶部高于绝缘定位套8，绝缘定位套8顶部有固定螺母7，固定螺母7与中心阳极5螺纹连接。

所述绝缘定位套8下端与接地电极2之间有电离空间a12，电离空间a12的底面与绝缘定位套8的底面位于同一平面，电离空间a12的顶面高于环状阳极1的底面。

所述接地电极2上设置有进气口a9和进气口b3，进气口a9和进气口b3分别连通电离空间a12。

所述中心阳极5的下端与接地电极2之间有间隙空间，间隙空间包括收缩加速段空间13与电离空间b14，收缩加速段空间13位于电离空间b14上方，间隙空间与电离空间a12连通。

所述接地电极2外侧设置有凸台，凸台上设置螺纹孔形成定位法兰15。

所述环状阳极1、固定螺母7、中心阳极5和绝缘定位套8位于接地电极2内部。

所述接地电极2底部设置喷口16，喷口16连通间隙空间。

工作时，由进气口a9和进气口b3分别通入一定量的空气和燃料，此时，电源首先以较低电压(例如：1万伏以下)为环状阳极1供电，此时中心阳极5不通电，环状阳极1-绝缘定位套8-接地电极2之间发生介质阻挡放电，位于电离空间a12内的空气-燃料混合气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和进气口b3持续通入空气和燃料，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经收缩加速段空间13进入电离空间b14，此时进气口a9和进气口b3关闭，环状阳极1断电，电源以较高电压(例如：1.5-2万伏)为中心阳极5供电。在较高电压作用下接地电极2与中心阳极5之间发生电弧放电，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16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，由于用于点火的燃料及空气分别由进气口a9和进气口b3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的空气和经进气口b3的燃料流量的方法控制位于电离空间a12和电离空间b14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

本实施例为本发明应用于活塞式发动机上的控制策略，尤其是应用在往复式或旋转式活塞的活塞式发动机上。

1.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。

2.电源接到低压放电指令后，向环状阳极1输出某一较低电压u1，此时记为时间t1；环状阳极1与接地电极2放电，在电离空间a12内形成介质阻挡放电，位于电离空间a12内的混合气被电离成非平衡等离子体；此后被电离气体向下运动，经δt时间经过收缩加速段空间13进入电离空间b14。

3.在t1+δt时刻，低压放电指令终止，环状阳极1断电；此时，ecu对电源输出高压放电指令，电源向中心阳极5输出某一较高电压u2(u2>u1)；中心阳极5与接地电极2放电，在电离空间b14内形成电弧放电，位于电离空间b14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16，进入到主燃烧室。

4.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5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

本实施例为本发明应用于除活塞式发动机以外的其他发动机及燃烧器上的控制策略。

1.ecu对电源发出低压放电指令，电源接到低压放电指令后，向环状阳极1输出某一较低电压u1，此时记为时间t1，环状阳极1与接地电极2放电，在电离空间a12内形成介质阻挡放电，位于电离空间a12内的气体被电离成非平衡等离子体，然后被电离气体向下运动，经δt时间经过收缩加速段空间13进入电离空间b14。

2.在t1+δt时刻，低压放电指令终止，环状阳极1断电，此时，ecu对电源输出高压放电指令，电源向中心阳极5输出某一较高电压u2(u2>u1)，此时，中心阳极5与接地电极2放电，在电离空间b14内形成电弧放电，位于电离空间b14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16，进入到主燃烧室。

3.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5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对中心阳极5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，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。