一种非平衡等离子体助燃激励器及控制方法
【专利摘要】本发明公开一种非平衡等离子体助燃激励器及控制方法，非平衡等离子体助燃激励器包括电极、通电滑块、气门座、气门头部、气门杆和气门导管；所述电极包括上电极和下电极；所述上电极设置在气门座上；且所述上电极通过导线与地相连接；所述下电极设置在气门头部处，且所述下电极通过导线与电源相连接；所述通电滑块设置在气门杆上，且所述通电滑块与所述气门导管相接触；所述气门导管与电源相连接。本发明能够提高内燃机在各工况条件下的着火性能，进而提高内燃机经济性、改善内燃机运转稳定性、扩大燃料的稀燃极限、减少污染物排放；本发明的电极没有暴露在燃烧室内，在没有高温、高压、火焰冲击振动和积碳的影响下，电极的使用寿命更长。
【专利说明】
一种非平衡等离子体助燃激励器及控制方法
技术领域
[0001 ]本发明属于燃料燃烧技术领域，具体地说，是一种非平衡等离子体助燃激励器及控制方法。
【背景技术】
[0002]稀薄燃烧是近年来内燃机研究领域一个备受关注的研究方向。燃料在当量比小于化学计量比的条件下燃烧，能够有效地提高燃烧效率及燃油经济性、降低HC和CO的排放;而且，与化学计量比燃烧相比，由于燃烧温度较低，所以稀薄燃烧的NOx排放也较低。因此，稀薄燃烧技术在内燃机上具有广阔的应用前景，并得到了内燃机研究领域的广泛关注。
[0003]所谓稀薄，是指在燃料-空气混合气中，与恰好完全反应相比燃料的含量更少。这导致混合气中可燃成分减少，因此在稀薄条件下发动机的着火较为困难，容易造成内燃机工作不稳定。而且，当内燃机接近或处于稀燃极限时，进一步减少的可燃物会导致失火或部分燃烧的概率增加，这直接造成发动机循环变动大幅增加，HC、⑶的排放情况急剧恶化，从而影响内燃机整体性能。
[0004]非平衡等离子体辅助燃烧技术是近年来快速兴起的一种新型燃烧技术。该技术通过在一定电压下将电中性的气态分子电离成带电的重离子和电子，可以大幅提高反应活性，从而提高反应物的反应活性、扩展稀燃极限。但是，非平衡等离子体放电的放电效果受气体压力条件影响很大，在高压条件下难以实现有效的电离。在内燃机的着火时刻，其缸内压力很高，因此目前相关专利中涉及的在发动机缸内采用非平衡等离子体点火的技术路线难以实现;与之相比，通过采用非平衡等离子助燃的手段、在进气道位置的低压条件下电离燃料、空气或混合气的方法，能够提高反应物的反应活性，具备提高稀薄燃烧内燃机的着火能力、改善内燃机经济性和排放的潜力。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种非平衡等离子体助燃激励器，以此来为改善内燃机稀薄燃烧的着火性能、扩展稀燃极限、加快燃烧速度、提高燃烧效率及燃油经济性、改善排放。
[0006]本发明的技术方案为:一种非平衡等离子体助燃激励器，包括电极、通电滑块、气门座、气门头部、气门杆和气门导管;所述电极包括上电极和下电极;所述上电极设置在气门座上;且所述上电极通过导线与地相连接;所述下电极设置在气门头部处，且所述下电极通过导线与电源相连接;所述通电滑块设置在气门杆上，且所述通电滑块与所述气门导管相接触;所述气门导管与电源相连接。
[0007]作为一种优选的技术方案，所述上电极和所述下电极均设置为一环形电极，且所述上电极和所述下电极均由同种材料制成。
[0008]作为一种优选的技术方案，所述导线镶嵌于气门内部。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述下电极另一端通过导线与通电滑块相连接。
[0010]—种非平衡等离子体助燃激励器的控制方法:在进气冲程伊始，当活塞位于燃烧室顶部时，气门头部和气门座相接触，进气门处于关闭状态;进气冲程开始时，活塞向下运动，气门头部同时向下运动，使气门头部和气门座分离，使进气门处于打开状态；当气门头部和气门座分离时，在控制策略的控制下电源开始供电，上电极与下电极之间形成电势差，非平衡等离子体助燃激励器开始工作，空气经气门头部和气门座之间进入燃烧室，并在经过上电极与下电极之间时被电离成非平衡等离子体；当进气冲程结束，气门头部向上运动，回到气门座的位置，使气门头部和气门座闭合，此时电源停止供电，非平衡等离子体助燃激励器停止工作。
[0011]所述的控制策略是指，当进气门开启时通电；当进气门关闭时断电。
[0012]本发明一种非平衡等离子体助燃激励器的下面设置有燃烧室;燃烧室的下面设置有活塞，燃烧室和活塞的外围设置有缸套;燃烧室的上面、非平衡等离子体助燃激励器的一侧设置有火花塞。
[0013]本发明在进气口的低压条件下电离空气或混合气，具有更高的可行性。
[0014]本发明通过控制策略，实现对应于不同工况的点火控制，实现精确点火。
[0015]本发明非平衡等离子体助燃激励器的特殊布置方式，使得所有的进气充量均能被电离，而且能够使电离后生成的高活性组分迅速进入气缸，增加了活性组分在气缸内的存留时间，使生成的等离子体数量大幅提高，可以有效降低气流运动及缸内残余废气对点火性能带来的负面影响。
[0016]本发明通过通电滑块为下电极供电。
[0017]与现有技术相比较，本发明的有益效果在于:(I)能够提高内燃机在各工况条件下的着火性能，进而提高内燃机经济性、改善内燃机运转稳定性、扩大燃料的稀燃极限、减少污染物排放;(2)本发明的电极没有暴露在燃烧室内，在没有高温、高压、火焰冲击振动和积碳的影响下，电极的使用寿命更长;(3)将气门头部及气门座设置为非平衡等离子助燃激励器的两极，不占据进气道空间，不影响发动机进气量，不会降低发动机的充量系数，缩小助燃激励器的尺寸，便于在发动机的布置。
[0018]附图:
图1:为本发明的非平衡等离子体助燃激励器的结构示意图；
图2:为本发明的上电极结构示意图；
图3:为本发明的下电极结构示意图；
图4:为本发明的工作过程示意图；
图5:为本发明的的控制策略流程图。
[0019]附图序号说明1.活塞;2.缸套;3.燃烧室;4.下电极;5.上电极;6.气门座;7.气门头部;8.导线;9.气门杆;10.通电滑块;11.气门导管；12.火花塞。
具体实施例
[0020]下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]结合图1-图3;—种非平衡等离子体助燃激励器，包括电极、通电滑块10、气门座6、气门头部7、气门杆9和气门导管11;所述电极包括上电极5和下电极4 ；所述上电极5设置在气门座6上;且所述上电极5通过导线与地相连接;所述下电极4设置在气门头部7处，且所述下电极4通过导线与电源相连接;所述通电滑块10设置在气门杆9上，且所述通电滑块10与所述气门导管11相接触;所述气门导管11与电源相连接。
[0022]所述上电极5和所述下电极4剧设置为一环形电极，且所述上电极5和所述下电极4均由同种材料制成。
[0023]所述导线镶嵌于气门内部。
所述下电极4另一端通过导线与通电滑块10相连接。
[0024]本发明在实际应用过程中上电极5通过导线可以与电源相连接，所述下电极4通过导线可以与地相连接。
[0025]结合图4和图5，一种非平衡等离子体助燃激励器的控制方法在进气冲程伊始，当活塞I位于燃烧室顶部时，气门头部7和气门座6相接触，进气门处于关闭状态;进气冲程开始时，活塞I向下运动，气门头部7同时向下运动，使气门头部7和气门座6分离，使进气门处于打开状态；当气门头部7和气门座6分离时，在控制策略的控制下电源开始供电，上电极5与下电极4之间形成电势差，形成电场，非平衡等离子体助燃激励器开始工作，空气经气门头部7和气门座6之间进入燃烧室3，并在经过上电极5与下电极4之间时被电离成非平衡等离子体，随后立即进入燃烧室，反应活性得到极大提高；当进气冲程结束，气门头部7向上运动，回到气门座6的位置，使气门头部7和气门座6闭合，此时电源停止供电，放电结束，非平衡等离子体助燃激励器停止工作;此时燃烧室3空间内存在大量高反应活性的非平衡等离子体，当活塞I运行到燃烧室3顶部附近时，由火花塞放电或者由喷油器喷油，着火过程开始。
[0026]所述的控制策略是指，当进气门开启时通电；当进气门关闭时断电。
[0027]所述的进气门是指由气门头部7和气门杆9构成的整体。
[0028]本发明非平衡等离子体助燃激励器的下面设置有燃烧室3;燃烧室3的下面设置有活塞I，燃烧室3和活塞I的外围设置有缸套2;燃烧室3的上面、非平衡等离子体助燃激励器的一侧设置有火花塞12。
[0029]以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点；本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种非平衡等离子体助燃激励器，其特征在于，包括电极、通电滑块(10)、气门座(6)、气门头部(7)、气门杆(9)和气门导管(11);所述电极包括上电极(5)和下电极(4);所述上电极(5)设置在气门座(6)上;且所述上电极(5)通过导线与地相连接;所述下电极(4)设置在气门头部(7)处，且所述下电极(4)通过导线与电源相连接;所述通电滑块(10)设置在气门杆(9)上，且所述通电滑块(10)与所述气门导管(11)相接触;所述气门导管(11)与电源相连接。2.根据权利要求1所述的一种非平衡等离子体助燃激励器，其特征在于，所述上电极(5)和所述下电极(4)均设置为一环形电极;且所述上电极(5)和所述下电极(4)均由同种材料制成。3.根据权利要求1所述的一种非平衡等离子体助燃激励器，其特征在于，所述导线镶嵌于气门内部。4.根据权利要求1所述的一种非平衡等离子体助燃激励器，其特征在于，所述下电极(4)另一端通过导线与通电滑块(10)相连接。5.根据权利要求1所述的一种非平衡等离子体助燃激励器的控制方法，其特征在于，在进气冲程伊始，当活塞(I)位于燃烧室顶部时，气门头部(7)和气门座(6)相接触，进气门处于关闭状态;进气冲程开始时，活塞I向下运动，气门头部(7)同时向下运动，使气门头部(7)和气门座(6)分离，使进气门处于打开状态；当气门头部(7)和气门座(6)分离时，在控制策略的控制下电源开始供电，上电极(5)与下电极(4)之间形成电势差，非平衡等离子体助燃激励器开始工作，空气经气门头部(7)和气门座(6)之间进入燃烧室(3)，并在经过上电极(5)与下电极(4)之间时被电离成非平衡等离子体；当进气冲程结束，气门头部(7)向上运动，回到气门座(6)的位置，使气门头部(7)和气门座(6)闭合，在控制策略的控制下电源断电，非平衡等离子体助燃激励器停止工作。6.根据权利要求5所述的一种非平衡等离子体助燃激励器的控制方法，其特征在于，所述的控制策略是指，当进气门开启时通电；当进气门关闭时断电。
【文档编号】F02M27/04GK106089510SQ201610508472
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月2日
【发明人】陈雷, 宋鹏, 隆武强, 曾文, 刘宇, 马洪安, 封超
【申请人】沈阳航空航天大学