一種非平衡等離子體助燃激勵器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種非平衡等離子體助燃激勵器及控制方法，非平衡等離子體助燃激勵器包括電極、通電滑塊、氣門座、氣門頭部、氣門桿和氣門導(dǎo)管；所述電極包括上電極和下電極；所述上電極設(shè)置在氣門座上；且所述上電極通過導(dǎo)線與地相連接；所述下電極設(shè)置在氣門頭部處，且所述下電極通過導(dǎo)線與電源相連接；所述通電滑塊設(shè)置在氣門桿上，且所述通電滑塊與所述氣門導(dǎo)管相接觸；所述氣門導(dǎo)管與電源相連接。本發(fā)明能夠提高內(nèi)燃機在各工況條件下的著火性能，進而提高內(nèi)燃機經(jīng)濟性、改善內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、擴大燃料的稀燃極限、減少污染物排放；本發(fā)明的電極沒有暴露在燃燒室內(nèi)，在沒有高溫、高壓、火焰沖擊振動和積碳的影響下，電極的使用壽命更長。
【專利說明】
一種非平衡等離子體助燃激勵器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于燃料燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種非平衡等離子體助燃激勵器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀薄燃燒是近年來內(nèi)燃機研究領(lǐng)域一個備受關(guān)注的研究方向。燃料在當(dāng)量比小于化學(xué)計量比的條件下燃燒，能夠有效地提高燃燒效率及燃油經(jīng)濟性、降低HC和CO的排放;而且，與化學(xué)計量比燃燒相比，由于燃燒溫度較低，所以稀薄燃燒的NOx排放也較低。因此，稀薄燃燒技術(shù)在內(nèi)燃機上具有廣闊的應(yīng)用前景，并得到了內(nèi)燃機研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
[0003]所謂稀薄，是指在燃料-空氣混合氣中，與恰好完全反應(yīng)相比燃料的含量更少。這導(dǎo)致混合氣中可燃成分減少，因此在稀薄條件下發(fā)動機的著火較為困難，容易造成內(nèi)燃機工作不穩(wěn)定。而且，當(dāng)內(nèi)燃機接近或處于稀燃極限時，進一步減少的可燃物會導(dǎo)致失火或部分燃燒的概率增加，這直接造成發(fā)動機循環(huán)變動大幅增加，HC、⑶的排放情況急劇惡化，從而影響內(nèi)燃機整體性能。
[0004]非平衡等離子體輔助燃燒技術(shù)是近年來快速興起的一種新型燃燒技術(shù)。該技術(shù)通過在一定電壓下將電中性的氣態(tài)分子電離成帶電的重離子和電子，可以大幅提高反應(yīng)活性，從而提高反應(yīng)物的反應(yīng)活性、擴展稀燃極限。但是，非平衡等離子體放電的放電效果受氣體壓力條件影響很大，在高壓條件下難以實現(xiàn)有效的電離。在內(nèi)燃機的著火時刻，其缸內(nèi)壓力很高，因此目前相關(guān)專利中涉及的在發(fā)動機缸內(nèi)采用非平衡等離子體點火的技術(shù)路線難以實現(xiàn);與之相比，通過采用非平衡等離子助燃的手段、在進氣道位置的低壓條件下電離燃料、空氣或混合氣的方法，能夠提高反應(yīng)物的反應(yīng)活性，具備提高稀薄燃燒內(nèi)燃機的著火能力、改善內(nèi)燃機經(jīng)濟性和排放的潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種非平衡等離子體助燃激勵器，以此來為改善內(nèi)燃機稀薄燃燒的著火性能、擴展稀燃極限、加快燃燒速度、提高燃燒效率及燃油經(jīng)濟性、改善排放。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種非平衡等離子體助燃激勵器，包括電極、通電滑塊、氣門座、氣門頭部、氣門桿和氣門導(dǎo)管;所述電極包括上電極和下電極;所述上電極設(shè)置在氣門座上;且所述上電極通過導(dǎo)線與地相連接;所述下電極設(shè)置在氣門頭部處，且所述下電極通過導(dǎo)線與電源相連接;所述通電滑塊設(shè)置在氣門桿上，且所述通電滑塊與所述氣門導(dǎo)管相接觸;所述氣門導(dǎo)管與電源相連接。
[0007]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述上電極和所述下電極均設(shè)置為一環(huán)形電極，且所述上電極和所述下電極均由同種材料制成。
[0008]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述導(dǎo)線鑲嵌于氣門內(nèi)部。
[0009]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述下電極另一端通過導(dǎo)線與通電滑塊相連接。
[0010]—種非平衡等離子體助燃激勵器的控制方法:在進氣沖程伊始，當(dāng)活塞位于燃燒室頂部時，氣門頭部和氣門座相接觸，進氣門處于關(guān)閉狀態(tài);進氣沖程開始時，活塞向下運動，氣門頭部同時向下運動，使氣門頭部和氣門座分離，使進氣門處于打開狀態(tài)；當(dāng)氣門頭部和氣門座分離時，在控制策略的控制下電源開始供電，上電極與下電極之間形成電勢差，非平衡等離子體助燃激勵器開始工作，空氣經(jīng)氣門頭部和氣門座之間進入燃燒室，并在經(jīng)過上電極與下電極之間時被電離成非平衡等離子體；當(dāng)進氣沖程結(jié)束，氣門頭部向上運動，回到氣門座的位置，使氣門頭部和氣門座閉合，此時電源停止供電，非平衡等離子體助燃激勵器停止工作。
[0011]所述的控制策略是指，當(dāng)進氣門開啟時通電；當(dāng)進氣門關(guān)閉時斷電。
[0012]本發(fā)明一種非平衡等離子體助燃激勵器的下面設(shè)置有燃燒室;燃燒室的下面設(shè)置有活塞，燃燒室和活塞的外圍設(shè)置有缸套;燃燒室的上面、非平衡等離子體助燃激勵器的一側(cè)設(shè)置有火花塞。
[0013]本發(fā)明在進氣口的低壓條件下電離空氣或混合氣，具有更高的可行性。
[0014]本發(fā)明通過控制策略，實現(xiàn)對應(yīng)于不同工況的點火控制，實現(xiàn)精確點火。
[0015]本發(fā)明非平衡等離子體助燃激勵器的特殊布置方式，使得所有的進氣充量均能被電離，而且能夠使電離后生成的高活性組分迅速進入氣缸，增加了活性組分在氣缸內(nèi)的存留時間，使生成的等離子體數(shù)量大幅提高，可以有效降低氣流運動及缸內(nèi)殘余廢氣對點火性能帶來的負面影響。
[0016]本發(fā)明通過通電滑塊為下電極供電。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于:(I)能夠提高內(nèi)燃機在各工況條件下的著火性能，進而提高內(nèi)燃機經(jīng)濟性、改善內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、擴大燃料的稀燃極限、減少污染物排放;(2)本發(fā)明的電極沒有暴露在燃燒室內(nèi)，在沒有高溫、高壓、火焰沖擊振動和積碳的影響下，電極的使用壽命更長;(3)將氣門頭部及氣門座設(shè)置為非平衡等離子助燃激勵器的兩極，不占據(jù)進氣道空間，不影響發(fā)動機進氣量，不會降低發(fā)動機的充量系數(shù)，縮小助燃激勵器的尺寸，便于在發(fā)動機的布置。
[0018]附圖:
圖1:為本發(fā)明的非平衡等離子體助燃激勵器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2:為本發(fā)明的上電極結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3:為本發(fā)明的下電極結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4:為本發(fā)明的工作過程示意圖；
圖5:為本發(fā)明的的控制策略流程圖。
[0019]附圖序號說明1.活塞;2.缸套;3.燃燒室;4.下電極;5.上電極;6.氣門座;7.氣門頭部;8.導(dǎo)線;9.氣門桿;10.通電滑塊;11.氣門導(dǎo)管；12.火花塞。
具體實施例
[0020]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0021]結(jié)合圖1-圖3;—種非平衡等離子體助燃激勵器，包括電極、通電滑塊10、氣門座6、氣門頭部7、氣門桿9和氣門導(dǎo)管11;所述電極包括上電極5和下電極4 ；所述上電極5設(shè)置在氣門座6上;且所述上電極5通過導(dǎo)線與地相連接;所述下電極4設(shè)置在氣門頭部7處，且所述下電極4通過導(dǎo)線與電源相連接;所述通電滑塊10設(shè)置在氣門桿9上，且所述通電滑塊10與所述氣門導(dǎo)管11相接觸;所述氣門導(dǎo)管11與電源相連接。
[0022]所述上電極5和所述下電極4劇設(shè)置為一環(huán)形電極，且所述上電極5和所述下電極4均由同種材料制成。
[0023]所述導(dǎo)線鑲嵌于氣門內(nèi)部。
所述下電極4另一端通過導(dǎo)線與通電滑塊10相連接。
[0024]本發(fā)明在實際應(yīng)用過程中上電極5通過導(dǎo)線可以與電源相連接，所述下電極4通過導(dǎo)線可以與地相連接。
[0025]結(jié)合圖4和圖5，一種非平衡等離子體助燃激勵器的控制方法在進氣沖程伊始，當(dāng)活塞I位于燃燒室頂部時，氣門頭部7和氣門座6相接觸，進氣門處于關(guān)閉狀態(tài);進氣沖程開始時，活塞I向下運動，氣門頭部7同時向下運動，使氣門頭部7和氣門座6分離，使進氣門處于打開狀態(tài)；當(dāng)氣門頭部7和氣門座6分離時，在控制策略的控制下電源開始供電，上電極5與下電極4之間形成電勢差，形成電場，非平衡等離子體助燃激勵器開始工作，空氣經(jīng)氣門頭部7和氣門座6之間進入燃燒室3，并在經(jīng)過上電極5與下電極4之間時被電離成非平衡等離子體，隨后立即進入燃燒室，反應(yīng)活性得到極大提高；當(dāng)進氣沖程結(jié)束，氣門頭部7向上運動，回到氣門座6的位置，使氣門頭部7和氣門座6閉合，此時電源停止供電，放電結(jié)束，非平衡等離子體助燃激勵器停止工作;此時燃燒室3空間內(nèi)存在大量高反應(yīng)活性的非平衡等離子體，當(dāng)活塞I運行到燃燒室3頂部附近時，由火花塞放電或者由噴油器噴油，著火過程開始。
[0026]所述的控制策略是指，當(dāng)進氣門開啟時通電；當(dāng)進氣門關(guān)閉時斷電。
[0027]所述的進氣門是指由氣門頭部7和氣門桿9構(gòu)成的整體。
[0028]本發(fā)明非平衡等離子體助燃激勵器的下面設(shè)置有燃燒室3;燃燒室3的下面設(shè)置有活塞I，燃燒室3和活塞I的外圍設(shè)置有缸套2;燃燒室3的上面、非平衡等離子體助燃激勵器的一側(cè)設(shè)置有火花塞12。
[0029]以上描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點；本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項】
1.一種非平衡等離子體助燃激勵器，其特征在于，包括電極、通電滑塊(10)、氣門座(6)、氣門頭部(7)、氣門桿(9)和氣門導(dǎo)管(11);所述電極包括上電極(5)和下電極(4);所述上電極(5)設(shè)置在氣門座(6)上;且所述上電極(5)通過導(dǎo)線與地相連接;所述下電極(4)設(shè)置在氣門頭部(7)處，且所述下電極(4)通過導(dǎo)線與電源相連接;所述通電滑塊(10)設(shè)置在氣門桿(9)上，且所述通電滑塊(10)與所述氣門導(dǎo)管(11)相接觸;所述氣門導(dǎo)管(11)與電源相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非平衡等離子體助燃激勵器，其特征在于，所述上電極(5)和所述下電極(4)均設(shè)置為一環(huán)形電極;且所述上電極(5)和所述下電極(4)均由同種材料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非平衡等離子體助燃激勵器，其特征在于，所述導(dǎo)線鑲嵌于氣門內(nèi)部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非平衡等離子體助燃激勵器，其特征在于，所述下電極(4)另一端通過導(dǎo)線與通電滑塊(10)相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非平衡等離子體助燃激勵器的控制方法，其特征在于，在進氣沖程伊始，當(dāng)活塞(I)位于燃燒室頂部時，氣門頭部(7)和氣門座(6)相接觸，進氣門處于關(guān)閉狀態(tài);進氣沖程開始時，活塞I向下運動，氣門頭部(7)同時向下運動，使氣門頭部(7)和氣門座(6)分離，使進氣門處于打開狀態(tài)；當(dāng)氣門頭部(7)和氣門座(6)分離時，在控制策略的控制下電源開始供電，上電極(5)與下電極(4)之間形成電勢差，非平衡等離子體助燃激勵器開始工作，空氣經(jīng)氣門頭部(7)和氣門座(6)之間進入燃燒室(3)，并在經(jīng)過上電極(5)與下電極(4)之間時被電離成非平衡等離子體；當(dāng)進氣沖程結(jié)束，氣門頭部(7)向上運動，回到氣門座(6)的位置，使氣門頭部(7)和氣門座(6)閉合，在控制策略的控制下電源斷電，非平衡等離子體助燃激勵器停止工作。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種非平衡等離子體助燃激勵器的控制方法，其特征在于，所述的控制策略是指，當(dāng)進氣門開啟時通電；當(dāng)進氣門關(guān)閉時斷電。
【文檔編號】F02M27/04GK106089510SQ201610508472
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月2日
【發(fā)明人】陳雷, 宋鵬, 隆武強, 曾文, 劉宇, 馬洪安, 封超
【申請人】沈陽航空航天大學(xué)