刘昊
摘 要：等离子点火方式是一种最早起源于前苏联的点火技术，其大约于20世纪90年代开始传入我国。直至2000年左右，等离子点火方式才在我国得到改良并开始在较大的范围内进行使用。在等离子点火器在我国改良后，采用的是分级点火的方式，使得小能量放大的问题得到解决，并且在不断发展中得到不断优化。到了目前的发展阶段，这种点火技术已经能够适用于多种类型的煤炭品种。以上研究现状表明，在我国，等离子点火器已经由于其优势和特点得到广泛应用，本文重点针对专业的等离子点火设备——等离子点火器的设计以及其放电特征进行研究和讨论。
关键词：等离子体点火器 设计 放电特性
中图分类号：V233.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0102-02
等离子体的出现有很悠久的历史，最早由克鲁克斯发现，随着其不断的发展和进步，其应用范围逐渐扩大，且在应用的功能性上也逐步强大起来。应用等离子体进行点火，主要是应用其在高能量脉冲释放是能够发生放电，进而实现其相关区域的局部温度迅速升高的效果。从其可点燃的对象上分析，其能够以很高的效率点燃可燃混合气体。
1 等离子体点火器的原理和优势
1.1 应用原理
等离子体点火的方式形成并得到应用的主要原理是，当应用这一载体和媒介实施点火操作时，其内部会产生一股能量巨大的脉冲力量，这种脉冲力量能够促进点火器首先发生放电反应，再利用大量的电能作用，将其内部的局部区域的温度大幅度提升。温度的作用在于，可以促进等离子体点火器中的活性粒子的活性被驱动起来，最终达到高效率点燃具有可燃性的混合气体的目的[1]。这种原理经过总结整体上的推进流程为，通过外部脉冲力量的干预，使得点火器发生放电反应，促进温度的升高，达到燃烧点后，即可成功实现点燃目标。可见，要想顺利完成点火，则应当把握好这一推进流程中不同环节的正常运行和过渡。
1.2 应用优势
等离子体点火器之所以得到认可和应用，是因为其在功能和特点上与传统的点火器相比体现出显着的优势。从直观的方面来讲，应用等离子体点火器进行点火操作，其能够在一次性的点火操作中将更大面积的区域点燃。另外，其点火操作中产生的能量，由于其自身性质的原因，与可燃性混合气体本身具有高度的融合性。另外，原始的大分子在燃烧过程中通过化学反应转化为活性更高的粒子，其燃烧的整个过程的效率也获得了快速提升，不容易在点火操作时发生误差或延迟的现象，相对来讲，其点火成功率更高。
2 等离子点火器的类型及设计
2.1 环形点火器及设计
环形点火器的得名，主要与这种点火器的阳极形状有关，其阳极部分呈环形。因此，被称为环形点火器，这种等离子体点火器的具体结构包括了环形的阳极、阴极以及绝缘保护套3个结构。其中，环形阳极是这种点火器顺利应用的核心构造，由于表面的壁厚度很低，容易使得电荷集中在这个区域，且其主体内部为空心，为混合气体的流动提供了方面。从适用性上来讲，此种类型的点火器主要适用于脉冲原理指导下的爆震发动机的点火[2]。
2.2 圆柱形点火器及设计
圆柱形点火器是在结构形式上与环形点火器有所区别的点火器类型。其基本结构包括了阳极、阴极和外部的筒结构以及筒套结构。这种点火器在设计上的特点在于，其设计中将阳极的前端部位处理和设计成螺纹形式，这种形式能够取得更好的放电效果。这主要是因为，当阳极的前端的尖锐性更高，则局部放电产生的能量就更大。
2.3 蝶形点火器及设计
在3种类型的点火器中，蝶形的点火器，在具体结构上与前两者存在一个显着的差异点。这个差异点在于，除了普遍的阳极和绝缘套筒外，其结构中还包含一个连接杆结构。由于整个点火器的形状为蝶形，因此其阳极的边缘区域呈尖锐状，同时具备圆柱形点火器的放电能量较大的特点。另外，在此种点火器的连接杆与外筒之间，存在一个绝缘层。这是其在绝缘性能的发挥上与其他点火器的差别点。这种点火器的主要应用于内燃机的点火试验。
3 关于其放电特性的研究
只有掌握了这种点火器的放电特性，才能在具体设计中发挥出更好的效果，下面以圆柱形和蝶形点火器为例，探讨点火器的放电特性问题。
3.1 圆柱形点火器的特性
对这种点火器的放电特性的研究，需要依靠不同环境下的放电实验来展开，这里所指的环境，主要就是指不同电源类型前提下的放电形式呈现，本文里主要以纳秒电源和微秒电源为例开展放电实验。经过对实验结果的观察和分析可知，在微秒电源的前提下，具体的放电过程中，点火器的阳极和阴极之间有大量的发光流柱产生，且其直径都较小，成丝状。且流柱的分布特点为均匀分布。另外，在阳极的螺纹区域的尖端部位，还出现了曲率半径极小的电极。这种电极的产生，使得其与阴极套筒区域的表面形成了一个自然且均匀分布的电场，最终在击穿作用下完成放电过程[3]。而对于纳秒电源而言，其放电过程所产生的流柱状态更细，也正是由于这个原因，流柱的密集度更高。这也意味着微秒电源较之纳秒电源来讲，其所能产生的电阈值更低。
3.2 蝶形点火器的特征
这种类型的点火器，其同样具有放电过程中流柱总量较大的特点，且电子结构在流柱同道中会发生碰撞现象，进一步出现裂解的效果。这种分子间的电离反应，可使得等离子体自身的活性被激发出来，减低燃烧反应发生的难度，将可燃现象发生的极限范围有效扩大。这种效果的作用显着体现在当设备处在贫油状态下时，仍然能够获得较高的点火效率。
4 影响点火器放电特性的因素分析
这里所探讨的影响因素，主要是指气压这一指标对点火器的影响。对影响因素进行分析时，同样采用试验对比的方式[4]。试验的具体结果显示，在负压的情况下，点火器的发电状态会受到较大的影响，相对变化的剧烈性增强。而且，具体的变化趋势是，从电晕放电的模式逐步转向为电弧放电的模式，这时候的产生的气压，气体的总体密度较低，所产生的相对变化幅度较大。基于提高试验准确性的目的，研究人员可以通过专业计算方法绘制出一条临界放电压力的曲线图。当负压试验对气压的压力要求较低的情况下，适当地提高数据的采样密度，在压力转化为正值的阶段，也就进入了试验现象的平稳期，整个阶段中的压力和放电效果不会产生剧烈的变化。最后，当气压条件逐渐升高的情况下可适当减缓采样的速度，另外，在单次的放电试验结束后，应当立即抽取密封区域内部的空气，并进行循环式的更换，避免气体的性质发生变化，改变了第二次放电的外部环境，关于影响因素的判定的试验，需要多次进行，才能确定出一个整体的试验结果趋势，并尽可能保证这种试验结果的准确性。
5 结语
总之，等离子体背景下的点火器的设计工作，是一项专业性和技术性要求非常高的工作类型，且其在具体设计操作中，实际上是通过具体的试验环节的推进来完成设计工作的，这就意味着设计过程中存在的问题可在不断的试验中获得改良，这也是等离子体点火器在应用中的灵活性的一个体现，只有通过科学的设计，充分地发挥出这种点火器在放电过程中的特性，才能在不断的改良中切实提升此设备的应用效果。
参考文献
[1] 祁文涛，何立明，赵兵兵，等.空气等离子体射流点火器特性实验研究[J].推进技术，2016，37（11）：2107-2113.
[2] 常海军.浅谈内燃机微波放电等离子体点火器的研究进展[J].科学技术创新，2016（9）：151.
[3] 何立明，刘鹏飞，祁文涛，等.阴极直径对等离子体射流点火器放电特性的影响[J].高电压技术，2018（6）：185-190.
[4] 张险，陈剑，袁汀，等.全环回流燃烧室等离子体点火试验研究[J].燃气涡轮试验与研究，2018（2）：41-44，50.
