一种具有双进气及偏心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偏心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偏心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：一种具有双进气及偏心双阳极结构的等离子体点火器，包括长阳极、接地电极、短阳极和阳极绝缘定位套；所述阳极绝缘定位套位于接地电极内部，阳极绝缘定位套一端有安装短阳极的安装槽，阳极绝缘定位套另一端有安装长阳极的安装孔。

进一步的，所述接地电极内部包括安装空间和反应空间，安装空间和反应空间之间形成卡肩，阳极绝缘定位套安装在卡肩上。

进一步的，所述阳极绝缘定位套下面伸出槽壁和孔壁；短阳极一端伸入安装槽由槽壁包裹，短阳极另一端伸出阳极绝缘定位套，并与阳极绝缘定位套上面的一个定位螺栓螺纹连接；长阳极一端穿过孔壁形成的安装孔伸入反应空间，长阳极另一端伸出阳极绝缘定位套，并与阳极绝缘定位套上面的另一个定位螺栓螺纹连接。

进一步的，所述接地电极侧壁设置进气口a和进气口b，进气口a和进气口b连通反应空间，进气口a的开口处对应槽壁，进气口b的开口处对应孔壁。

进一步的，所述接地电极上端设置有凸台，凸台上设置螺纹孔形成定位法兰。

进一步的，所述接地电极底面设置喷口，喷口开口处对应长阳极。

进一步的，所述反应空间包括电离空间a、电离空间b和收缩加速空间；电离空间a包括槽壁与接地电极侧壁之间的空间和孔壁与接地电极侧壁之间的空间；收缩加速空间位于电离空间a和电离空间b之间，收缩加速空间的上端开口大于下端开口；长阳极一端位于电离空间b内。

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。

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为本发明的部分结构示意图；

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.长阳极，2.接地电极，3.进气口b，4.安装空间，5.短阳极，6.反应空间，7.定位螺栓，8.阳极绝缘定位套，9.进气口a，10.卡肩，11.喷口，12.孔壁，13.槽壁，14.定位法兰，15.电离空间a，16.电离空间b。

具体实施方式

实施例1

一种具有双进气及偏心双阳极结构的等离子体点火器，包括长阳极1、接地电极2、短阳极5和阳极绝缘定位套8；所述阳极绝缘定位套8位于接地电极2内部，阳极绝缘定位套8一端有安装短阳极5的安装槽，阳极绝缘定位套8另一端有安装长阳极1的安装孔。

所述接地电极2内部包括安装空间4和反应空间6，安装空间4和反应空间6之间形成卡肩10，阳极绝缘定位套8安装在卡肩10上。

所述阳极绝缘定位套8下面伸出槽壁13和孔壁12；短阳极5一端伸入安装槽由槽壁13包裹，短阳极5另一端伸出阳极绝缘定位套8，并与阳极绝缘定位套8上面的一个定位螺栓7螺纹连接；长阳极1一端穿过孔壁12形成的安装孔伸入反应空间6，长阳极1另一端伸出阳极绝缘定位套8，并与阳极绝缘定位套8上面的另一个定位螺栓7螺纹连接。

所述接地电极2侧壁设置进气口a9和进气口b3，进气口a9和进气口b3连通反应空间6，进气口a9的开口处对应槽壁13，进气口b3的开口处对应孔壁12。

所述接地电极2上端设置有凸台，凸台上设置螺纹孔形成定位法兰14。

所述接地电极2底面设置喷口11，喷口11开口处对应长阳极1。

所述反应空间6包括电离空间a15、电离空间b16和收缩加速空间；电离空间a15包括槽壁13与接地电极2侧壁之间的空间和孔壁12与接地电极2侧壁之间的空间；收缩加速空间位于电离空间a15和电离空间b16之间，收缩加速空间的上端开口大于下端开口；长阳极1一端位于电离空间b16内。

工作时，分别由进气口a9和进气口b3通入一定量的空气及燃料，短阳极5与长阳极1由电源分别单独供电，电源首先以较低电压(例如：1万伏以下)供电，在较低电压下，短阳极5-阳极绝缘定位套8-接地电极2、长阳极1-阳极绝缘定位套8-接地电极2之间均发生介质阻挡放电，介质阻挡放电发生于电离空间a15内；位于电离空间a15内的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；由于此时电压较低，在电离空间b16内不发生电弧放电。

由于进气口a9和进气口b3持续通入空气及燃料，具有较高反应活性的非平衡等离子体流经收缩加速空间进入电离空间b16，此时进气口a9和进气口b3关闭；具有较高反应活性的非平衡等离子体进入电离空间b16后，短阳极5断电，长阳极1持续通电且电源电压升高至较高电压(例如：1.5-2万伏)，在较高电压作用下接地电极2与长阳极1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11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，向短阳极5及长阳极1输出某一较低电压u1(例如：1万伏以下)，此时记为时间t1；短阳极5的上部和长阳极1的上部与接地电极2放电，在电离空间a15内形成介质阻挡放电，位于电离空间a15内的混合气被电离成非平衡等离子体，然后，被电离气体向下运动，经δt时间经过收缩加速空间进入电离空间b16。

3.在t1+δt时刻，低压放电指令终止，短阳极5和长阳极1断电；此时，ecu对电源输出高压放电指令，电源向长阳极1输出某一较高电压u2(u2>u1)(例如：1.5-2万伏)；此时，长阳极1与接地电极2放电，在电离空间b16内形成电弧放电，位于电离空间b16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11，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对长阳极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)时仍判断点火失败、或者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，向短阳极5输出某一较低电压u1，此时记为时间t1；短阳极5的上部和长阳极1的上部与接地电极2放电，在电离空间a15内形成介质阻挡放电，位于电离空间a15内的混合气被电离成非平衡等离子体；然后被电离气体向下运动，经δt时间经过收缩加速空间进入电离空间b16。

2.在t1+δt时刻低压放电指令终止，短阳极5断电；此时，ecu对电源输出高压放电指令，电源向长阳极输出某一较高电压u2(u2>u1)；此时，长阳极1与接地电极2放电，在电离空间b16内形成电弧放电，位于电离空间b16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11，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，长阳极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对长阳极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。