具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法技术

一种具有环‑柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法，先由环状阳极(2)、外绝缘层(52)、DBD放电段(33)之间产生DBD放电，位于第一放电区(6)内的气体被电离成为含有高活性粒子的非平衡等离子体；电离后的气体受热膨胀作用及在非平衡等离子体的气动效应作用下向下运动，进入第二放电区(7)内，由柱状阳极(1)与接地外壳放电段(35)之间形成电弧放电，位于第二放电区(7)内的高活性气体迅速被点燃。本发明专利技术可在点火前极大地提高反应活性及点火能量，在点火时刻能够确保电极周围存在数量足够多的活性粒子，有效提高内燃机的着火能力，同时改善内燃机的经济性和排放水平。

Ignition Method of Double Ionization Mode Plasma Igniter with Ring-Column Double Anode Structure

A ignition method of double ionization mode plasma igniter with ring-column double anode structure is presented. DBD discharge is generated between ring anode (2), outer insulating layer (52) and DBD discharge section (33). The gas in the first discharge area (6) is ionized into a non-equilibrium plasma containing highly active particles; the thermal expansion of the ionized gas and the aerodynamics of the non-equilibrium plasma. Under the action of the effect, the arc discharge is formed between the columnar anode (1) and the discharge section (35) of the grounding case, and the high active gas in the second discharge area (7) is ignited rapidly. The invention can greatly improve reaction activity and ignition energy before ignition, ensure enough active particles around the electrode at ignition time, effectively improve the ignition ability of the internal combustion engine, and improve the economy and emission level of the internal combustion engine.

【技术实现步骤摘要】
具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法
本专利技术属于发动机
，特别是涉及一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法。
技术介绍
等离子体强化燃烧技术分为等离子体助燃及等离子体点火两大技术路线。其中等离子体助燃是采用介质阻挡放电(DBD)、电晕放电等技术实现均匀放电，将气体电离成为非平衡等离子体，提高气体的反应活性，从而改善燃烧；等离子体点火是采用电弧放电技术实现非均匀放电，将气体转化为热平衡等离子体，使气体温度急剧升高诱发燃烧反应。目前，热平衡等离子体点火技术(即火花点火技术)广泛应用于发动机领域。先进船舶发动机技术是“中国制造2025”规划中的重点研究方向。船用发动机缸径大、火焰传播距离长，若采用传统火花点火技术，易造成由于点火能量较小而导致的不正常燃烧现象及排放恶化。因此，有必要采用非平衡等离子体助燃及热平衡等离子体点火的耦合技术，即，先提高反应物的反应活性、再采用热平衡等离子体技术点燃具有高反应活性的混合气，以实现大缸径船舶发动机的高效、清洁燃烧。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，解决增加活性粒子进入发动机燃烧室后的分布范围，改善燃烧效果的问题，本专利技术提供一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法，可在点火前极大地提高反应活性、提高点火能量，在点火时刻能够确保电极周围存在数量足够多的活性粒子，同时改善内燃机的经济性和排放水平。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法，燃料-空气混合气由出口段进入所述等离子体点火器的内部，并流经第二放电区及第一放电区；该过程中，先由环状阳极、外绝缘层、DBD放电段之间产生DBD放电，位于第一放电区内的气体被电离成为含有高活性粒子的非平衡等离子体；电离后的气体受热膨胀作用及在非平衡等离子体的气动效应作用下向下运动，进入第二放电区内，由柱状阳极与接地外壳放电段35之间形成电弧放电，位于第二放电区内的高活性气体迅速被点燃，位于第二放电区内的气体压力、温度急剧升高，经出口段喷出，并以火焰炬的形式进入主燃烧室空间。本专利技术的有益效果：本专利技术增加收缩段，其作用是在第一放电区内被电离的气体，流经收缩段时其速度会增加，这会导致经过点火器出口喷出的活性粒子射流长度增加，可以增加活性粒子进入发动机燃烧室后的分布范围，改善燃烧的效果更好。本专利技术与现有技术相比，可在点火前极大地提高反应活性及点火能量，在点火时刻能够确保电极周围存在数量足够多的活性粒子，有效提高内燃机的着火能力，同时改善内燃机的经济性和排放水平。附图说明图1为本专利技术的一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器结构示意图；图2为柱状阳极结构示意图；图3为环状阳极结构示意图；图4为接地外壳结构示意图；图5为柱状阳极紧固螺母结构示意图；图6为绝缘定位套结构示意图；图7为一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的工作过程示意图，其中图7-1所示为吸气过程示意图，图7-2所示为第一放电区电离示意图，图7-3所示为第二放电区电离示意图，图7-4所示为火焰射流示意图；图8为图3的俯视图；图9为图6的俯视图。图中，1—柱状阳极，11—定位杆，12—定位台，13—柱状阳极放电段，2—环状阳极，3—接地外壳，31—电极保护段，32—定位段，321—上定位面，322—下定位面，33—DBD放电段，34—收缩段，35—接地外壳放电段，351—安装螺纹孔，352—放电收缩段，353—出口段，4—柱状阳极紧固螺母，5—绝缘定位套，51—定位环，52—外绝缘层，53—内绝缘层，54—绝缘层连接段，55—环状阳极安装槽，56—柱状阳极安装孔，6—第一放电区，7—第二放电区。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。实施例1：如图1～6所示，一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器，包括柱状阳极1、环状阳极2、接地外壳3、柱状阳极紧固螺母4和绝缘定位套5；所述柱状阳极1安装于等离子体点火器中心位置、固定在绝缘定位套5上；所述环状阳极2通过绝缘定位套5安装于柱状阳极1外侧；所述接地外壳3通过绝缘定位套5固定柱状阳极1与环状阳极2；所述柱状阳极紧固螺母4位于柱状阳极1与绝缘定位套5之间，与柱状阳极1采用螺纹连接；所述绝缘定位套5上开设有柱状阳极安装孔56及环状阳极安装槽55。所述柱状阳极包括定位杆11、定位台12及放电段13，所述定位杆11用于限制柱状阳极1在绝缘定位套5中的径向位置，所述定位台12用于限制柱状阳极1在绝缘定位套5中的轴向位置。所述环状阳极2安装在所述绝缘定位套5的环状阳极安装槽55内，其圆心处是安装于绝缘定位套5的柱状阳极安装孔56的柱状电极1。所述接地外壳3由电极保护段31，定位段32，上定位面321，下定位面322，DBD放电段33，收缩段34，接地外壳放电段35，安装螺纹孔351，放电收缩段352，出口段353构成。所述电极保护段31用于保护供电线及电极接头，定位段32用于将绝缘定位套5固定在接地外壳3上，上定位面321用于与定位环51相连接，下定位面322与DBD定位面33、外绝缘层52所围空间为第一放电区；接地外壳放电段35与柱状电极1所围成的空间构成第二放电区；收缩段34用于实现从第一放电区到第二放电区的过渡；所述安装螺纹孔351位于接地外壳放电段35上，用于与发动机的连接，其数量应不小于2；所述放电收缩段352用于放电后射流气体的加速；所述出口段353用于实现点火之后的气体射流。电极保护段与接地电极是一体的，其作用是防止安装及使用时周围部件与电极发生碰撞带来损坏。所述柱状阳极紧固螺母4用于将柱状阳极1固定在绝缘定位套5上，其与柱状阳极1采用螺纹连接。所述绝缘定位套5用于安装柱状阳极1及环形阳极2，并将其固定。所述外绝缘层52的厚度小于内绝缘层53的厚度。下面结合附图说明本专利技术的点火器的一次使用过程：如图7-1所示，燃料-空气混合气经出口段353进入等离子体点火器内部，并流经第二放电区7及第一放电区6。如图7-2所示，此时环状阳极2开始工作，环状阳极2、外绝缘层52、DBD放电段33之间产生DBD放电，此时位于第一放电区6内的气体被电离成为含有高活性粒子的非平衡等离子体。电离后的气体由于受热膨胀作用、以及在非平衡等离子体的气动效应作用下向下运动，进入第二放电区7内；如图7-3所示，此时柱状阳极1开始工作，与接地外壳放电段35之间形成电弧放电，位于第二放电区7内的高活性气体迅速被点燃。如图7-4所示，此时位于第二放电区7内的气体压力、温度急剧升高，经出口段353喷出、以火焰炬的形式进入主燃烧室空间。通过调整电源的放电策略，用以适应缸内不同压力和当量比，还可通过输入不同脉冲电流来控制放电过程，最终得到最多数量的活性粒子来参与燃烧和助燃过程。实施例2：一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器，包括柱状阳极1、环状阳极2及接地外壳3，接地外壳3内装设接地电极，由接地电极围接成顶、底两个端面间的贯穿空心柱体，其由第一放电区6过渡至第二放电区7的空心柱体的径值呈渐小趋势，为收缩段34空心柱体，且第一放电区6的空心柱体的径值大于第二放电区7的空心柱体的径值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有环‑柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法，其特征在于：燃料‑空气混合气由出口段(353)进入所述等离子体点火器的内部，并流经第二放电区(7)及第一放电区(6)；该过程中，先由环状阳极(2)、外绝缘层(52)、DBD放电段(33)之间产生DBD放电，位于第一放电区(6)内的气体被电离成为含有高活性粒子的非平衡等离子体；电离后的气体受热膨胀作用及在非平衡等离子体的气动效应作用下向下运动，进入第二放电区(7)内，由柱状阳极(1)与接地外壳放电段(35)之间形成电弧放电，位于第二放电区(7)内的高活性气体迅速被点燃，位于第二放电区(7)内的气体压力、温度急剧升高，经出口段(353)喷出，并以火焰炬的形式进入主燃烧室空间。

【技术特征摘要】
1.一种具有环-柱双阳极结构的双电离模式等离子体点火器的点火方法，其特征在于：燃料-空气混合气由出口段(353)进入所述等离子体点火器的内部，并流经第二放电区(7)及第一放电区(6)；该过程中，先由环状阳极(2)、外绝缘层(52)、DBD放电段(33)之间产生DBD放电，位于第一放电区(6)内的气体被电离成为含有高活性粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆武强，陈雷，田华，
申请(专利权)人：隆成利达大连科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21