一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器

本发明涉及发动机，具体涉及一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器。

背景技术：

1、天然气燃点高、抗爆性好、燃烧清洁、储量丰富，是石油的理想替代燃料。但是，天然气作为发动机燃料时也会导致发动机动力性降低、点火可靠性变差等问题。因此，有必要研究天然气发动机、尤其是大缸径天然气发动机的高效点火设备或方法，改善天然气发动机的燃烧性能。

2、现有技术中申请号为cn202210222927.4，名称为一种天然气发动机预燃室点火装置的中国发明专利申请，将储气罐内天然气单独供给至预燃室内。同时侧置火花塞，用以减少未燃烧或充分燃烧情况下即将被推进发动机的混合气，提高燃料利用率。但这种设计需要复杂的燃烧控制，并且因为设计较复杂其维护难度较大。申请号为cn202110239989.1，名称为一种用于气体燃料的电火花式点火器及点火方法的中国发明专利申请存在几个缺陷：第一，点火器的部件过多、加工难度大；第二，采用电火花点火，需要控制气体燃料的流速以保证电火花不被吹熄，因此可靠性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其利用等离子体的高活性能够快速且均匀的点燃发动机内的气体燃料。

2、为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，包括连接机构、绝缘陶瓷套筒、滑动弧阳极、滑动弧阴极、旋转上盘、通电线圈环和固定下盘，所述滑动弧阳极内壁与绝缘陶瓷套筒贴合连接，所述绝缘陶瓷套筒中心设有滑动弧阴极，所述滑动弧阴极安装在连接机构底部，在滑动弧阴极上设有固定下盘，所述固定下盘上面设有旋转上盘；在滑动弧阴极外周与绝缘陶瓷套筒之间的环形腔内设有通电线圈环。

3、进一步地，所述连接机构包括依次连接的平台段、过渡段和柱形段，所述平台段搭接在滑动弧阳极上且在平台段底部两侧设有径向直孔，平台段、过渡段与滑动弧阳极之间形成的限位结构用于固定绝缘陶瓷套筒，在柱形段与滑动弧阴极连接处外周设有转接环。

4、进一步地，所述连接机构上面设有端盖，一部分连接螺栓穿过端盖、平台段伸进滑动弧阳极，另一部分连接螺栓穿过端盖伸进平台段。

5、进一步地，所述绝缘陶瓷套筒卡接在滑动弧阳极的限位槽内，绝缘陶瓷套筒向内延伸的内壁与滑动弧阴极相接触，所述滑动弧阴极置于滑动弧阳极的梯形喷口处。

6、进一步地，所述旋转上盘轴向开设有对称的贯穿孔，旋转上盘径向两侧嵌入有磁性相反的磁条。

7、更进一步地，所述固定下盘轴向开设有对称的直孔，所述直孔贯穿固定下盘的上顶面、下底面并且孔径由上到下渐扩；固定下盘径向开设有对称的斜孔，所述斜孔贯穿固定下盘的上顶面及侧壁。

8、更进一步地，所述滑动弧阴极设有向下倾斜的第一流通孔、第二流通孔以及垂直向下的喷孔，所述喷孔与固定下盘的直孔连通，所述第一流通孔、第二流通孔与固定下盘的斜孔连通。

9、更进一步地，所述通电线圈环上设有三组线圈，当第一组线圈通电时，旋转上盘的贯穿孔与固定下盘的直孔相连通；当第二组线圈通电时，旋转上盘中的贯穿孔与固定下盘的斜孔相连通；当第三组线圈通电时，旋转上盘的贯穿孔位于固定下盘的上壁面。

10、作为更进一步地，气体燃料通入后途经固定下盘的直孔从滑动弧阴极的喷孔射入燃烧室；燃烧室燃料与空气混合完毕后，旋转上盘受磁力作用旋转，使其贯穿孔与固定下盘的斜孔连通；随后再次射入少量气体，气体通过固定下盘的斜孔后从滑动弧阴极的第一流通孔、第二流通孔射出，接触壁面并产生旋流后最终进入滑动弧区域；随后高压电极通电与低压电极间产生滑动弧，点燃燃烧室混合气。

11、作为更进一步地，点火过程结束后，所述旋转上盘受磁力作用旋转，转至旋转上盘的贯穿孔与固定下盘的直孔、斜孔均不连通，防止燃烧室的气体压力过大造成回流。

12、本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：

13、1.在滑动弧阴极(喷嘴)中加入了上盘下盘组件，有效避免了点火后燃烧室内压力过大造成的气体回流；

14、2.采用线圈环，能够尽可能保证点火器内空间的紧凑性前提下，控制上盘与下盘的联动。

15、3.采用滑动弧等离子体点火这一技术，增加气体燃料粒子的活化能，使点火更加均匀快速。

技术特征：

1.一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，包括连接机构、绝缘陶瓷套筒、滑动弧阳极、滑动弧阴极、旋转上盘、通电线圈环和固定下盘，所述滑动弧阳极内壁与绝缘陶瓷套筒贴合连接，所述绝缘陶瓷套筒中心设有滑动弧阴极，所述滑动弧阴极安装在连接机构底部，在滑动弧阴极上设有固定下盘，所述固定下盘上面设有旋转上盘；在滑动弧阴极外周与绝缘陶瓷套筒之间的环形腔内设有通电线圈环。

2.根据权利要求1所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述连接机构包括依次连接的平台段、过渡段和柱形段，所述平台段搭接在滑动弧阳极上且在平台段底部两侧设有径向直孔，平台段、过渡段与滑动弧阳极之间形成的限位结构用于固定绝缘陶瓷套筒，在柱形段与滑动弧阴极连接处外周设有转接环。

3.根据权利要求2所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述连接机构上面设有端盖，一部分连接螺栓穿过端盖、平台段伸进滑动弧阳极，另一部分连接螺栓穿过端盖伸进平台段。

4.根据权利要求1所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述绝缘陶瓷套筒卡接在滑动弧阳极的限位槽内，绝缘陶瓷套筒向内延伸的内壁与滑动弧阴极相接触，所述滑动弧阴极置于滑动弧阳极的梯形喷口处。

5.根据权利要求1所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述旋转上盘轴向开设有对称的贯穿孔，旋转上盘径向两侧嵌入有磁性相反的磁条。

6.根据权利要求5所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述固定下盘轴向开设有对称的直孔，所述直孔贯穿固定下盘的上顶面、下底面并且孔径由上到下渐扩；固定下盘径向开设有对称的斜孔，所述斜孔贯穿固定下盘的上顶面及侧壁。

7.根据权利要求6所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述滑动弧阴极设有向下倾斜的第一流通孔、第二流通孔以及垂直向下的喷孔，所述喷孔与固定下盘的直孔连通，所述第一流通孔、第二流通孔与固定下盘的斜孔连通。

8.根据权利要求6所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，所述通电线圈环上设有三组线圈，当第一组线圈通电时，旋转上盘的贯穿孔与固定下盘的直孔相连通；当第二组线圈通电时，旋转上盘中的贯穿孔与固定下盘的斜孔相连通；当第三组线圈通电时，旋转上盘的贯穿孔位于固定下盘的上壁面。

9.根据权利要求7所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，气体燃料通入后途经固定下盘的直孔从滑动弧阴极的喷孔射入燃烧室；燃烧室燃料与空气混合完毕后，旋转上盘受磁力作用旋转，使其贯穿孔与固定下盘的斜孔连通；随后再次射入少量气体，气体通过固定下盘的斜孔后从滑动弧阴极的第一流通孔、第二流通孔射出，接触壁面并产生旋流后最终进入滑动弧区域；随后高压电极通电与低压电极间产生滑动弧，点燃燃烧室混合气。

10.根据权利要求1所述一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，其特征在于，点火过程结束后，所述旋转上盘受磁力作用旋转，转至旋转上盘的贯穿孔与固定下盘的直孔、斜孔均不连通。

技术总结本发明公开了一种基于滑动弧放电的气体燃料点火器，包括连接机构、绝缘陶瓷套筒、滑动弧阳极、滑动弧阴极、旋转上盘、通电线圈环和固定下盘，所述滑动弧阳极内壁与绝缘陶瓷套筒贴合连接，所述绝缘陶瓷套筒中心设有滑动弧阴极，所述滑动弧阴极安装在连接机构底部，在滑动弧阴极上设有固定下盘，所述固定下盘上面设有旋转上盘；在滑动弧阴极外周与绝缘陶瓷套筒之间的环形腔内设有通电线圈环。本发明在滑动弧阴极中加入了上盘下盘组件，有效避免了点火后燃烧室内压力过大造成的气体回流；采用滑动弧等离子体点火这一技术，增加气体燃料粒子的活化能，使点火更加均匀快速。技术研发人员：陈雷,王世昂,王保怀,孙光耀,孙灯磊,张星宇,杨慧宇,程凡翀受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12