[发明专利]一种可自修复的等离子火花塞

说明书

本发明公开了一种可自修复的等离子火花塞，包括正电极组件、负电极组件，所述正电极组件套设安装在负电极组件内部，且正电极组件通过绝缘层与负电极组件连接；所述正电极组件包括绝缘的整流限位部以及从左至右依次设置的中心电极、弹性导电机构、接触头，所述中心电极的自由端外侧套设有整流限位部，且中心电极通过整流限位部与负电极组件的一端限位连接；所述中心电极的另一端伸入绝缘层并通过弹性导电机构与接触头连接，所述中心电极与绝缘层滑动连接。本发明能极大增加火花塞使用寿命，使其能满足长寿命的上级单元（如航空发动机、燃气轮机的）全寿命周期要求，有效的节约上级单元的维护、维修成本和时间，提高上级单元的维护、维修效率。

技术领域

本发明属于点火装置的技术领域，具体涉及一种可自修复的等离子火花塞。

背景技术

等离子点火是利用气体放电形成局部高温区域，并激发大量的活性粒子（等离子体），实现快速的点燃可燃混合气的进程。等离子点火是当今世界上行之有效的一种先进的点火方式，相较传统电火花点火，具有点火能量大、能力强、区域大、点火延迟时间短、可靠性高、强化燃烧等优点。该技术应用广泛，可应用到工业炉等燃烧器、航空航天动力装置等方面，如航空发动机、燃气轮机点火，尤其可提高航空发动机高空再启动点火能力。

等离子点火功能简介：等离子点火装置产生高频高压脉冲（引弧电压）引弧，并产生持续低压（维弧电压）维弧。通过等离子点火电缆将高压脉冲和持续低压传输电能到等离子火花塞，高频高压脉冲击穿火花塞电极引弧，再通过持续低压使等离子弧连续稳定（引弧成功后只需要低压就能维持电弧持续）。持续电弧电离火花塞电极附近的气体成等离子态，通过从等离子火花塞吹入的压缩气体，将等离子体从等离子火花塞发火端吹出，产生等离子射流，从而点燃燃烧室的油气混合物。等离子火花塞一般装配在发动机燃烧室附近，火花塞的发火端在发动机燃烧室内，属于热端部件。等离子火花塞的功能是将传输过来的电能转换为高温等离子态气体，并通过气流将高温的等离子从发火端喷出去，产生等离子射流，以点燃发动机燃烧室内的油气混合物。

传统的等离子火花塞电极不能自修复，火花塞电极容易腐蚀，寿命相对较短：等离子火花塞工作时，电极击穿电离气体会对电极产生电腐蚀。电腐蚀导致火花塞电极之间的发火间隙（放电击穿间隙）增大，电极之间的发火间隙增大导致火花塞最小击穿引弧电压和维弧电压上升。当火花塞电极腐蚀到一定程度，火花塞的最小击穿引弧电压和维弧电压上升到等离子点火装置产生的引弧电压和维弧电压时，等离子火花塞失效不发火。

传统的等离子火花塞，不能自动对电极进行补充修复。由于等离子火花塞工作时容易对电极造成电腐蚀损耗，而火花塞是热端部件，高温又会加速火花塞电极的腐蚀，所以火花塞的寿命相对较短，一般都不能达到与发动机同寿，很大地制约了等离子的使用，特别是一些使用寿命较长的上级单元（如航空发动机点火）。传统的等离子火花塞难以满足发动机全寿命要求，需要在发动机的寿命周期内对火花塞进行更换。等离子火花塞的频繁更换，造成了极大的资源浪费，增加了上级单元（如发动机、燃气轮机等）的维护、维修时间和成本。根据等离子火花塞的工作原理，在等离子火花塞工作时，容易对电极造成电腐蚀损耗，而火花塞是热端部件，高温又会加速火花塞电极的腐蚀，电极腐蚀是影响等离子火花塞寿命的最主要因素，其余部件使用时基本不会产生损耗。

火花塞引弧电压高，增加了等离子装置设计难度：

等离子火花塞，通常是通过击穿电极之间的空气来实现引弧的，这就要求引弧电压相对较高。引弧电压由等离子装置产生，等离子装置需要额外的设计来保证引弧电压足够高，而电压高又容易引起绝缘、爬电等问题，需要额外加强等离子的绝缘、耐压设计等。所以，等离子火花塞引弧电压高，增加了配套等离子装置的设计要求和难度。

火花塞自身不能调节气流大小：

等离子火花塞通过气流将等离子体从等离子火花塞发火端吹出，产生等离子射流，气流的大小对喷出的等离子射流影响很大。气流太小等离子体不能喷出来或喷出来很小，会导致等离子射流很小，不能点燃燃烧室油气混合物。气流太大等离子体会被吹散，等离子体会和过多的冷空气混合一起吹出来，导致喷出来的气流温度低，也不能点燃燃烧室油气混合物。