化学燃料调节和激活

申请号 CN201380070307.2 申请日 2013-11-12 公开(公告)号 CN104919168A 公开(公告)日 2015-09-16
申请人 麦卡利斯特技术有限责任公司; 发明人 罗伊·爱德华·麦卡利斯特;
摘要 公开了用于化学活化 燃料 以在 内燃机 中喷射和点火的方法、系统和设备。在一个方面中,一种引起燃烧的方法,包括将中间燃料物质转变为包括自由基的成分。中间燃料物质由使用燃料的化学转化形成,以及中间燃料物质具有相对于燃料的点火 能量 的较低的点火能量;将成分喷射入 发动机 的 燃烧室 ;以及在燃烧室中提供包括 氧 化剂的气态 流体 ,以与成分在燃烧反应中反应,其中,成分的燃烧反应发生在相对于燃料物质的燃烧反应的能量 水 平的减少的能量水平。
权利要求

1.一种引起燃烧的方法,该方法包括:
将中间燃料物质转变为包括化学活性燃料、化剂、离子或自由基中的至少一种的成分,所述中间燃料物质由使用燃料的化学转化形成,以及所述中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量;
将所述成分喷射入燃烧室;以及
在所述燃烧室中提供包括氧化剂的气态流体,以与所述成分在燃烧反应中反应,其中,所述成分的燃烧引起反应发生在相对于所述燃料的燃烧反应的能量平的减少的能量水平。
2.根据权利要求1所述的方法,所述减少的能量包括相对于所述燃料的热能的较低温度
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气丁烷、丙烷、汽油、柴油、、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述中间燃料物质包括选自由乙基咔唑、十氢化、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)组成的组中的至少一种中间燃料物质。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述转变在包含所述中间燃料物质的室中实现,其中所述室包括至所述燃烧室的端口的接口
6.根据权利要求2所述的方法,其中所述转变在包含所述中间燃料物质的室中实现,其中所述室包括至所述燃烧室的端口的接口。
7.根据权利要求5所述的方法,其中所述将所述中间燃料物质转变为成分包括改变所述室中的压强。
8.根据权利要求5所述的方法,其中所述将所述中间燃料物质转变为成分还包括在所述室中增加热量,去除热量,去除然后增加热量,或增加然后去除热量。
9.根据权利要求5所述的方法,其中所述将所述中间燃料物质转变为成分包括产生在与所述端口接口的所述室中的电极之间的电场以产生离子电流
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述喷射包括产生洛伦兹加速所述成分以特定模式、穿透距离和速度进入所述燃烧室。
11.根据权利要求2所述的方法,其中所述喷射包括产生洛伦兹力来加速所述成分以特定模式、穿透距离和速度进入所述燃烧室。
12.根据权利要求1所述的方法,进一步包括使用与所述燃烧室连接的电极施加电势以在所述燃烧室中产生所述成分的火花、所述成分的洛伦兹推力或所述成分中的电晕放电中的至少一种。
13.根据权利要求2所述的方法,进一步包括使用与所述燃烧室;连接的电极施加电势以在所述燃烧室中产生所述成分的火花、所述成分的洛伦兹推力或所述成分中的电晕放电中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述成分在所述燃烧反应中反应。
15.根据权利要求2所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述成分在所述燃烧反应中反应。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述成分在所述燃烧室中与氮氧化物反应,从而加快所述成分的反应,减少在所述燃烧反应中产生的所述氮氧化物的量,或者完成燃烧而没有所述氮氧化物作为燃烧的产物。
17.根据权利要求1所述的方法,其中形成所述中间燃料物质进一步包括通过使用一个或多个热交换器提供热以加压所述燃料,将所述加压的燃料化学转换成所述中间燃料物质,或改变所述中间燃料物质的相。
18.根据权利要求2所述的方法,其中形成所述中间燃料物质进一步包括通过使用一个或多个热交换器提供热以加压所述燃料,将所述加压的燃料化学转换成所述中间燃料物质,或改变所述中间燃料物质的相。
19.根据权利要求17所述的方法,进一步包括在燃料容器单元中存储所述燃料,其中加压所述燃料在所述燃料容器单元中实现。
20.根据权利要求17所述的方法,其中所述化学转换在至少一个的热化学再生(TCR)单元或重新形成单元中执行。
21.根据权利要求1所述的方法,进一步包括在电池容器中存储所述中间燃料物质。
22.根据权利要求2所述的方法,进一步包括在蓄电池容器中存储所述中间燃料物质。
23.根据权利要求15所述的方法,进一步包括在蓄电池容器中存储所述中间燃料物质。
24.一种使用中间燃料物质引起燃烧过程的方法,该方法包括:
从中间燃料物质形成化学活性剂;
将所述化学活性剂喷射入燃烧室,所述化学活性剂能够以比传统燃料低的燃料-空气率与氧化剂燃烧;以及
在所述燃烧室中提供包括氧化剂的气态流体,所述氧化剂待与所述化学活性剂在燃烧过程中反应。
25.根据权利要求24所述的方法,其中所述燃烧过程发生在相对于所述传统燃料与所述氧化剂的燃烧反应的能量的减少的能量。
26.根据权利要求24所述的方法,其中所述传统燃料包括甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、或酒精燃料中的至少一种,以及其中所述酒精燃料还包括甲醇或乙醇、丙醇或丁醇中的至少一种。
27.根据权利要求25所述的方法,其中所述传统燃料包括甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、或酒精燃料中的至少一种,以及其中所述酒精燃料还包括甲醇或乙醇、丙醇或丁醇中的至少一种。
28.根据权利要求24所述的方法,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)中的至少一种。
29.根据权利要求24所述的方法,其中所述形成化学活性剂在包含所述中间燃料物质的室中实现,其中所述室连接至所述燃烧室的端口。
30.根据权利要求29所述的方法,其中所述形成化学活性剂包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,或在电极之间产生电场以在与端口接口的所述室内产生离子电流中的至少一种。
31.根据权利要求29所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以引起所述从所述中间燃料物质形成所述化学活性剂。
32.根据权利要求24所述的方法,进一步包括通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定模式、穿透距离或速度中的至少一种进入燃烧室,将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室。
33.根据权利要求25所述的方法,进一步包括通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定模式、穿透距离或速度中的至少一种进入燃烧室,将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室。
34.根据权利要求24所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述燃烧过程。
35.根据权利要求25所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述燃烧过程。
36.根据权利要求24所述的方法,还包括将所述化学活性剂在所述燃烧室中与氮氧化物反应,从而加快在所述燃烧过程的成分的反应,减少在所述燃烧过程中产生的所述氮氧化物的量,或者完成所述燃烧过程而没有在所述燃烧过程中产生所述氮氧化物。
37.一种在发动机中使用化学活性剂的系统,所述系统包括:
用于容纳燃料的燃料容器;
用于接收所述燃料的流体耦合至所述燃料容器的重新形成单元,所述重新形成单元包括反应器容器以将所述燃料化学转换成中间燃料物质,所述中间燃料物质具有比所述燃料的点火能量低的点火能量;以及
燃料喷射和点火单元,其与所述重新形成单元流体地耦合且接口至发动机的燃烧室的端口,所述燃料喷射和点火单元或反应器单元被配置为将所述中间燃料物质转化为包括自由基的化学活性剂,并进一步被配置为将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室以引起燃烧,其中,所述燃烧在低于所述燃料的所述点火能量的点火能量被引起。
38.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元施加在位于与所述端口连接的终端相邻的电极间的电势以产生流入所述燃烧室的电离粒子电流以产生事件,所述事件包括特定模式、渗透到特定距离,或以特定速度渗透从而刺激燃烧中的至少一个。
39.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元包括:
燃料控制,其调节所述中间燃料物质通过流体路径的流动;以及
控制单元,其监控流体流动、电极条件、或燃烧室条件中的至少一个。
40.根据权利要求38所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元包括:
燃料控制阀,其调节所述中间燃料物质通过流体路径的流动;以及
控制单元,其监控流体流动、电极条件、或燃烧室条件中的至少一个。
41.根据权利要求39所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述燃料控制阀被配置为调节所述中间燃料物质通过所述流体路径的所述流动。
42.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇或乙醇中的至少一种。
43.根据权利要求38所述的系统,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇或乙醇中的至少一种。
44.根据权利要求41所述的系统,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇或乙醇中的至少一种。
45.根据权利要求37所述的系统,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、或乙醚(DEE)中的至少一种。
46.根据权利要求38所述的系统,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、或乙醚(DEE)中的至少一种。
47.根据权利要求37所述的系统,其中所述反应器容器包括容器单元,所述容器单元包括来自所述容器单元的内部的多个螺旋凸起结构,所述螺旋凸起结构包括在所述表面上的转换促进剂物质,以与所述燃料化学反应,以产生所述中间燃料物质。
48.根据权利要求38所述的系统,其中所述反应器容器包括容器单元,所述容器单元包括来自所述容器单元的内部的多个螺旋凸起结构,所述螺旋凸起结构包括在所述表面上的转换促进剂物质,以与所述燃料化学反应,以产生所述中间燃料物质。
49.根据权利要求47所述的系统,其中所述重新形成单元进一步包括温度调节单元以控制所述反应器容器的温度。
50.根据权利要求47所述的系统,其中所述转换促进剂物质包括发烟硫酸或浓硫酸中的至少一种。
51.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料容器包括一个或多个热交换器以加压所述燃料。
52.根据权利要求38所述的系统,其中所述燃料容器包括一个或多个热交换器以加压所述燃料。
53.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度进入所述燃烧室,喷射所述化学活性剂。
54.根据权利要求38所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度进入所述燃烧室,喷射所述化学活性剂。
55.根据权利要求37所述的系统,进一步包括:
热化学再生(TCR)单元,其流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述热化学再生单元将所述燃料化学转化成第二中间燃料物质,所述第二中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量,
其中所述燃料喷射和点火单元是流体地耦合至所述热化学再生单元,所述燃料喷射和点火单元将所述第二中间燃料物质激活为第二化学活性剂以及将所述第二化学活性剂喷射入所述燃烧室进行燃烧。
56.根据权利要求38所述的系统,进一步包括:
热化学再生(TCR)单元,其流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述热化学再生单元将所述燃料化学转化成第二中间燃料物质,所述第二中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量,
其中所述燃料喷射和点火单元是流体地耦合至所述热化学再生单元,所述燃料喷射和点火单元将所述第二中间燃料物质激活为第二化学活性剂以及将所述第二化学活性剂喷射入所述燃烧室进行燃烧。
57.根据权利要求53所述的系统,进一步包括:
热化学再生(TCR)单元,其流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述热化学再生单元将所述燃料化学转换成第二中间燃料物质,所述第二中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量,
其中所述燃料喷射和点火单元是流体地耦合至所述热化学再生单元,所述燃料喷射和点火单元将所述第二中间燃料物质激活为第二化学活性剂以及将所述第二化学活性剂喷射入所述燃烧室进行燃烧。
58.一种去除化学沉积的方法,所述方法包括:
从中间燃料物质形成化学活性剂;以及
加速所述化学活性剂通过室,所述化学活性剂能够与形成在所述室内的表面上的化学沉积反应,
其中所述加速所述化学活性剂从所述表面去除至少一些所述化学沉积。
59.根据权利要求58所述的方法,其中所述化学沉积从燃烧过程形成在所述表面上。
60.根据权利要求58所述的方法,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)中的至少一种。
61.根据权利要求59所述的方法,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)中的至少一种。
62.根据权利要求58所述的方法,其中所述化学活性剂包括所述中间燃料物质的成分,所述成分包括离子或自由基中的至少一种。
63.根据权利要求59所述的方法,其中所述化学活性剂包括所述中间燃料物质的成分,所述成分包括离子或自由基中的至少一种。
64.根据权利要求58所述的方法,其中所述形成包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,或在所述室内的电极之间产生电场以产生离子电流中的至少一种。
65.根据权利要求59所述的方法,其中所述形成包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,或在所述室内的电极之间产生电场以产生离子电流中的至少一种。
66.根据权利要求58所述的方法,其中所述加速包括产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度通过所述燃烧室。
67.根据权利要求59所述的方法,其中所述加速包括产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度通过所述燃烧室。
68.根据权利要求58所述的方法,其中所述加速包括在所述室中创建阻流压缩。
69.根据权利要求59所述的方法,其中所述加速包括在所述室中创建阻流压缩。
70.根据权利要求58所述的方法,其中所述室包括燃烧室、流体室、或在与所述燃烧室连接的燃料喷射器中的两者。
71.根据权利要求59所述的方法,其中所述室包括燃烧室、流体室、或在与所述燃烧室连接的燃料喷射器中的两者。
72.根据权利要求1所述的方法,进一步包括在没有电的帮助下引起所述燃烧反应。
73.根据权利要求1所述的方法,进一步包括将所述成分以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
74.根据权利要求72所述的方法,进一步包括将所述成分以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
75.根据权利要求1所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
76.根据权利要求72所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
77.根据权利要求1所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
78.根据权利要求72所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
79.根据权利要求1所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
80.根据权利要求72所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
81.根据权利要求24所述的方法,进一步包括在没有电的帮助下引起所述燃烧过程。
82.根据权利要求25所述的方法,进一步包括在没有电的帮助下引起所述燃烧过程。
83.根据权利要求24所述的方法,进一步包括将所述化学活性剂以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
84.根据权利要求81所述的方法,进一步包括将所述化学活性剂以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
85.根据权利要求24所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
86.根据权利要求81所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
87.根据权利要求24所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
88.根据权利要求81所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
89.根据权利要求24所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
90.根据权利要求81所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
91.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃烧在没有电的帮助下被引起。
92.根据权利要求38所述的系统,其中所述燃烧在没有电的帮助下被引起。
93.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以分层模式喷射入所述燃烧室中。
94.根据权利要求91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以分层模式喷射入所述燃烧室中。
95.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为根据离子的电晕类型的模式将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室中,以增加点火、燃烧,或两者的效率。
96.根据权利要求91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为根据离子的电晕类型的模式将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室中,以增加点火、燃烧,或两者的效率。
97.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为在燃烧事件之间的多个爆破中将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室。
98.根据权利要求91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为在燃烧事件之间的多个爆破中将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室。
99.根据权利要求37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以不同的穿透距离和模式喷射入所述燃烧室。
100.根据权利要求91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以不同的穿透距离和模式喷射入所述燃烧室。

说明书全文

化学燃料调节和激活

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利文件要求2012年11月12日提交的美国临时专利申请号61/725,456、标题为“等离子体功率注射器装置、制造和操作方法”和2013年3月15日提交的美国非临时申请号13/843,976、标题为“化学燃料条件和激活”的优先权。为任何目的,申请61/725,456和13/843,976的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

[0003] 本专利文件涉及燃料喷射技术。

背景技术

[0004] 燃料喷射系统通常用于将燃料喷雾喷射到发动机的进气歧管燃烧室。燃料喷射系统已经成为用于汽车发动机的主要的燃料输送系统,在1980年代末以来几乎完全取代了汽化器。这些燃料喷射系统中使用的燃料喷射器通常具有两个基本功能。首先,它们为发动机的每个进气冲程输送计量的燃料量,这样可以为燃料燃烧保持合适的空气-燃料比。其次,它们分散燃料,以提高燃烧过程的效率。传统的燃料喷射系统通常是连接到加压燃料供应,以及通过改变喷射器的打开时间,燃料可被按量进入燃烧室。也可以通过迫使燃料通过喷射器中的小口将燃料分散到燃烧室。
[0005] 例如,柴油是从原油中提取的石化产品。它用于为各种车辆和操作提供动。与6
汽油相比,柴油有更高的能量密度(例如,1加仑的柴油包含~155×10J,而1加仑汽油包
6
含~132×10J)。例如,相比于汽油发动机,大多数柴油发动机具有相当高的燃料效率,由于燃料的操作直喷,产生了进入未节流的空气的分层进气燃烧,未节流的空气被充分压缩加热以提供柴油液滴的点火,而汽油发动机操作节流空气和均质进气燃烧,以适应火花塞点火相关限制等。然而,尽管柴油排放的一比汽油少,柴油排放氮基的排放物和小颗粒,其可以产生全球变暖、烟雾和酸雨,带来严重的健康问题,如气肿、癌症和心血管疾病
附图说明
[0006] 图1A示出了示例性集成燃料喷射器和点火系统的示意图。
[0007] 图1B示出了集成燃料喷射器和点火系统的另一实施例的部分纵截图。
[0008] 图1C示出了示例性集成燃料喷射器和点火系统的示例性电极的面的额外的视图。
[0009] 图2A和2B示出了示例性集成燃料喷射器和点火系统的选出的部件的额外的视图。
[0010] 图2C示出了包括纤维束的示例性装配的选出的截面图。
[0011] 图2D-2F示出了示例性集成燃料喷射器和点火系统的选出的部件的额外的视图。
[0012] 图3A示出了集成燃料喷射器和点火系统的另一示例性实施例的示意图。
[0013] 图3B-3E示出了图3A的集成燃料喷射器和点火系统的其他示例性实施例的示意图。
[0014] 图4A示出了集成燃料喷射器和点火系统的另一示例性实施例的示意图。
[0015] 图4B-4D示出了图4A的集成燃料喷射器和点火系统的其他示例性实施例的示意图。
[0016] 图5A示出了将燃料存储、重新形成、和/或转化为化学等离子体生成剂的框图
[0017] 图5B示出了将燃料存储、重新形成、和/或转换为化学等离子体生成剂的示例性系统的图。
[0018] 图6A和6B示出了集成燃料喷射器和点火系统的另一示例性实施例的示意图。
[0019] 图7A和7B示出了包括多个控制阀的集成燃料喷射器和点火系统的另一示例性实施例的示意图。
[0020] 图8A示出了通过分离氢供体化合物产生氢的示例性系统的示意图。
[0021] 图8B示出了图8A所示的系统的热量组交换器单元的示意图。
[0022] 图9示出了从多余的碳产生过滤器装配的过程的框图。
[0023] 在不同的附图中的相同的附图标记和名称指示相同的部件。具体实施例
[0024] 概述
[0025] 技术、系统和设备被描述用于化学激活燃料以在发动机中喷射和点火。
[0026] 在一个方面,一种在发动机中使用化学活性燃料的系统包括用于容纳和加压燃料的燃料容器;流体地耦合至所述燃料容器的重新形成单元和/或热化学再生单元,以接收所述加压的燃料,并将所述燃料化学转化成等离子体活化剂物质,所述等离子体活化剂物质具有相比于所述燃料的点火能量的较低点火能量;以及与所述重新形成单元和/或热化学再生单元流体地耦合的并与发动机的燃烧室的端口接口的燃料喷射和点火单元,所述燃料喷射和点火单元将等离子体活化剂物质离子化为等离子体剂,并将所述等离子体剂喷射入所述燃烧室,以降低引起燃烧所要求的能量。
[0027] 在另一个方面,一种使用传统燃料产生化学活性燃料的方法,包括在燃料容器中加压燃料;将加压的燃料传输至燃料转化单元,在所述燃料转化单元中将所述燃料化学转化成等离子体活化剂物质,其中所述等离子体活化剂物质具有相比于所述燃料的点火能量的较低点火能量。在本方法的一些实现中,例如,本方法能够进一步包括将所述等离子体活化剂物质存储在电池容器中。例如,所述燃料能够包括但不限于、尿素、甲烷、天然气、以及酒精燃料、汽油、柴油、氢、或氮中的至少一种,其中所述酒精燃料包括甲醇、乙醇中的至少一种成分。例如,所述等离子体活化剂物质能够包括但不限于乙基咔唑、十氢化、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙、环己烷、二甲醚(DME)、或乙醚(DEE)中的至少一种。例如燃料转化单元包括重新形成单元和热化学再生单元(TCR)中的至少一个。加压燃料能够包括提供热到一个或多个包含燃料的燃料容器中的热交换器。在本方法的某些实现中,例如,该方法能够进一步包括运输等离子体活化剂物质至与发动机燃烧室的端口接口的燃料喷射和点火单元,并通过离子化燃料喷射和点火单元中的等离子体活化剂物质生成等离子体剂,其中该生成包括将等离子体活化剂物质与包括压缩氧化剂的空气混合,和施加在位于与端口接口的燃料喷射和点火单元的终端的电极间的电势,以产生等离子体剂的电流。在这样的实现中,该方法能够进一步包括,例如,将等离子体剂喷射进入燃烧室,例如,其中所述喷射包括把生成的等离子体剂以特定的距离和速度喷射入燃烧室中。
[0028] 在另一个方面,一种使用化学活性燃料在发动机中引起燃烧的方法,包括将化学活性燃料转变为包括自由基的成分,其中,所述化学活性燃料由使用燃料物质的化学转化形成,以及所述化学活性燃料具有相比于所述燃料物质的点火能量的较低点火能量;将所述成分喷射入发动机的燃烧室;以及在所述燃烧室中提供包括氧化剂的气态流体,以与所述成分在燃烧反应中反应,其中,所述成分的燃烧反应发生在比所述燃料的燃烧反应的能量平的减少的能量水平。在本方法的一些实现中,例如,本方法能够进一步包括使用与所述燃烧室接口的电极施加电势以在所述燃烧室中产生所述成分的火花。在本方法的一些实现中,例如,本方法能够进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述燃烧室中的所述成分在所述燃烧反应中与所述成分反应。例如,减少的能量包括相比于燃料物质的热能温度的较低温度。例如,喷射可能包括以特定距离和速度将所述成分插入所述燃烧室。例如,所述燃料能够包括但不限于甲烷、天然气、以及酒精燃料、汽油、柴油、或氢中的至少一种,其中所述酒精燃料包括甲醇、乙醇中的至少一种。例如,所述等离子体活化物质能够包括但不限于乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、或乙醚(DEE)中的至少一种。
[0029] 在一个方面,一种引起燃烧的方法包括将中间燃料物质转变为包括离子或自由基中的至少一种的成分,所述中间燃料物质由使用燃料的化学转化形成,其中所述中间燃料物质具有相比于所述燃料的点火能量的较低点火能量。在另一个方面中,一种使用中间燃料物质引起燃烧过程的方法,包括:从中间燃料物质形成化学活性剂;将所述化学活性剂喷射入燃烧室,所述化学活性剂能够以相比于传统燃料的燃料-空气率的较低燃料-空气率与氧化剂燃烧;以及在燃烧室中提供包括氧化剂的气态流体,所述氧化剂待与化学活性剂在燃烧过程中反应。
[0030] 在另一个方面,一种去除化学沉积的方法,包括:从中间燃料物质形成化学活性剂;以及加速所述化学活性剂通过室,所述化学活性剂能够与形成在所述室内的表面上的化学沉积反应,其中所述加速所述化学活性剂从所述表面去除至少一些所述化学沉积。在本方法的一些实现中,例如,所述化学沉积能够从燃烧过程形成在所述表面上。在一些示例中,所述化学活性剂能够通过包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,和/或在所述室内的电极之间产生电场以产生离子电流中的一个或多个从所述中间燃料物质形成。例如,可以使用示例的电极产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂例如以特定距离和速度通过所述燃烧室。在其他例子中,化学活性剂能通过在所述室中创建阻流压缩被加速通过室。例如,所述方法可被实现以移除在燃烧室中的化学沉积。还例如,所述方法可被实现以移除,例如与燃烧室连接的燃料喷射器的流动室中的化学沉积,从而移除沉积(“清洁”)两个室。
[0031] 在另一个方面,一种在发动机中使用化学活性剂的系统,包括:用于容纳燃料的燃料容器;流体地耦合至所述燃料容器的重新形成单元,所述重新形成单元包括反应器容器,以将所述燃料化学转化成中间燃料物质,所述中间燃料物质具有相比于所述燃料的点火能量的较低点火能量;以及与所述重新形成单元耦合的燃料喷射和点火单元,接口至发动机的燃烧室的端口,所述燃料喷射和点火单元或反应器单元将所述中间燃料物质转化为包括离子和自由基中至少一种的化学活性剂,并将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室以引起燃烧,其中,所述燃烧在相比于所述燃料的所述点火能量的减少的点火能量被引起。
[0032] 在本专利文件中描述的主题能以特定的方式实现,以提供下列一个或多个特征。例如,披露的技术包括示例的集成燃料喷射和点火系统和设备以快速输送和点燃燃料从而在燃烧室的氧化剂绝缘带内产生相等或更多的能源输送。示例的集成燃料喷射和点火系统能够被操作以提高等离子体进入燃烧室的穿透(达到更大的距离),例如相比于火花塞,对于多种类型的等离子体,以及增加燃料进入室的速度,例如,相比与阻流喷射器。示例的集成燃料喷射和点火系统可被操作以产生从这些示例的喷射和点火操作释放的分层热量的模式生产。
[0033] 在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够包括复合燃料流动阀,其通过选择的材料和/或通过光纤和附加强化纤维被强化,该选择的材料提供更大的强度和对热降解的抗性。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够提供燃料进入度的不同的安排,来弥补或者抵消进入燃烧室的每个燃料爆破向量(vector)的氧化剂运动,其能够自适应地作为燃料压强和/或电枢冲程变化和/或离子推进的自适应调整的函数改变。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够包括在线管载体中的永久磁,以加速爆破周期和/或增加电枢驱动力。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够包括选择性地减速电枢以减少阀装配的疲劳应力,减少噪声,消除阀跳跃,并获得更平滑的燃料加速度。例如,披露的技术允许容留在示例的系统和设备中建立的实际误差,包括允许组装组件的各种热膨胀率以扩展操作温度的范围,以适应低温燃料至热化学再生(TCR)的产品。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够测量和监控流体流动、电极条件和燃烧室的事件和过程,例如,来自该事件和过程的数据和信息可以传达到控制器或处理单元用于燃料喷射、点火和燃烧过程的自适应正时。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够在离子燃料颗粒的高表面体积向量的两边上产生氧化物的点火离子以加速燃烧。在一些实现中,示例的集成燃料喷射和点火系统和设备的阀头的几何结构的设计能够对一定范围的燃料特性、燃烧室细节、以及发动机的活塞转速范围提供优化的燃料爆破特征。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够通过额外的加强丝和其他高强度纤维提供应变消除,例如,这也可能是用于通信的目的。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够提供等离子体,其包括从燃烧室氧化剂产生并通过热膨胀或洛伦兹加速度推到燃烧室中的离子。例如,由磁铁提供的等离子体旋转,结合燃料压强的调整,能够控制特征,例如燃料离子发射模式。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够在进气、压缩,和/或排气周期事件期间实现清洗周期的操作。在一些实现中,集成燃油喷射和点火系统和设备能够自适应地调整燃料控制阀的冲程和/或电枢以调整具有广泛不同属性的多种燃料,包括未经提炼的燃料的互换使用。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够利用阀致动器推进器的示例的特征来调整喷射控制阀的冲程以控制燃料渗透、模式、空气利用率和燃烧特性。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够提供“空气利用率”作为燃料的快速和完整的氧化,以及燃烧热量的释放和燃烧的绝缘,以随着燃烧产品的膨胀而做功。
[0034] 例如,披露的技术包括一种用于将燃料存储、重新形成和/或转化为化学等离子体生成剂的系统。在一些实现中,系统能够提供热化学再生,生产出化学离子燃烧物(combustants)。在一些实现中,系统能够提供来自从一个或多个化学等离子体生成剂的点火和燃烧特性,如,包括顺序启动的等离子生成器。在一些实现中,系统能够通过自适应操作膨胀机-压缩机来减少与系统连接的排气系统的反压,膨胀机-压缩机能够由废气的膨胀和/或发动机驱动。在一些实现中,系统能够通过化学等离子体生成器的喷射,包括,但不限于,乙醚或二甲醚、二氮烯、乙醛或环己烷,自适应地改变燃料的点火和/或燃烧特性。例如,一个或多个化学等离子体生成器可以地机械地计量或自适应阀调节和喷射。在一些实现中,系统能够将醚或类似的物质的自燃或等离子体的等离子点火与燃油喷射相结合,以使能选定的点火刺激剂或燃烧改性剂。在一些实现中,披露的技术将化学等离子体生成系统结合燃料爆破向量,以优化氧化剂作为绝缘体和燃料氧化剂。例如,系统能够被实现以将化学等离子体生成剂与氢或不同的氢供体,例如二氮烯(N2H4),氨(NH3),或尿素(CO(NH2)2)结合,以使得减少大量的这样的剂,以提供更大的好处,例如,包括更快速完成燃料燃烧的所有阶段。例如,系统能够被实现为将化学等离子体生成剂与氢结合,通过更大利用热化学再生所获得的化学燃料势能,以提高燃料效率。例如,系统能够被实现以将电等离子体生产、点火和燃烧过程加速与化学氢等离子体生成剂和氢结合,以通过更大利用压力和/或热化学再生所获得的化学燃料势能,来提高燃料效率。例如,系统可能被实现以将一个或多个化学等离子生成体与来自任何来源的氢结合,氢可能是通过任何合适的方法引入燃烧室中,包括均匀充气、分层充气和洛伦兹加速。
[0035] 例如,化学等离子体生成系统和集成燃油喷射和点火系统和设备可能被实现以使电气和/或化学等离子体燃烧过程能自适应比例,以减少更密的燃料储存和/或电能消耗,减少燃油喷射压强所做的功,以及增压燃料所需的功,使用更少的自燃刺激剂、增加可接受的燃料类型、提供一种新的引擎操作的循环,通过使用低等级热量,和更快速的启动,更大的系统准备就绪,可调度性(dispatchability),万无一失的好处获利。在一些实现中,化学等离子体生成系统和集成的燃料喷射和点火系统和设备能够,相比于随后投射到这些氧化剂离子中的燃料离子,可逆地改变为燃烧过程所产生和提供的氧化剂离子的电荷。
[0036] 披露的技术能够包括在燃烧过程完成之前,将氧化剂和/或燃料离子进一步射入燃烧室的过程,其包括,例如,优化空气利用率、特定的燃料特性的扭矩产生,和/或减少对靠近喷油器的燃烧室的部分的传热率的目的。例如,任何电荷极性的燃料颗粒离子可能被喷射入燃烧室内的非离子氧化剂。例如,给定电荷极性的氧化剂颗粒离子是紧随在相同的电荷极性的燃料颗粒被喷射之后被喷射的,以产生燃烧模式和完成在燃烧室内更深的燃烧。例如,给定电荷极性的氧化剂颗粒离子是紧随在非离子燃料颗粒被喷射之后被喷射的,以产生燃烧模式和完成在燃烧室内更深的燃烧。例如,给定电荷极性的氧化剂颗粒离子是紧随相反电荷极性的燃料颗粒的喷射之后被喷射的,以加速燃烧模式的早期产生和在燃烧室中的燃烧完成。
[0037] 在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够以因素优化盘驱动,例如,燃料压强、燃烧室几何结构、燃料渗透和燃烧模式,和用于最大化磁力以及产生迅速打开阀门所需的动能的氧化剂利用效率。例如,阀门操作员驱动盘然后变成动能产生、存储和应用设备,用于打开阀以及磁通路径,用于各种额外的目的,包括打开阀、产生点火能量,和/或响应来自环形永久或电磁铁的磁力关闭阀。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备可以使用由电感绕组排放的回扫能量优化关闭力施加的正时,从而快速在电磁铁中形成电流产生磁力以吸引并迅速关闭盘。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备能够使用高压直流、脉冲电流,或高频率的交流电创建离子或等离子体的连续的洛伦兹加速度,它们被由一个或多个电极组发射进入燃烧室。在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统和设备可以使用多个线圈形成多个线管装配,用于缩短的传热的距离,提高的排热能力,以创建加速电枢的吸引力。例如,使用回扫能量和/或递增的电压增加,线圈能用于创建洛伦兹等离子加速和点火事件。
[0038] 例如,对于化学等离子体生成燃料剂,较冷的颗粒可能通过中心喷嘴被喷射而较热的颗粒可能通过一个或多个周围或同轴的喷嘴被喷射。这可以提供涡流能量和优化发动机操作。例如,披露的技术能够使能启用最佳空气利用率以迅速启动和加速燃料的完全氧化以及绝缘由燃烧释放的热量以及绝缘空气的膨胀以增加随着燃烧产物的膨胀所做的功。从而披露的实施例具有结合以下的能力:(a)由燃料压强辅助的燃料控制阀的开启,(b)由燃烧压强辅助的燃料控制阀的关闭,(c)离子电流的脉冲洛伦兹力加速--以产生一个或多个氧化剂和/或燃料离子的爆破,(d)在上死点(TCP)附近和/或动力冲程随着多个洛仑兹脉冲细分和加速每个阀爆破期间的多个燃料控制阀打开的组合,(e)氧化剂和/或燃料离子电流的洛伦兹加速以产生颗粒爆破发射,以超音速(如,超过阻流赫1限制)的速度进入燃烧室。例如,披露的技术能够被实现,通过对选择的化学等离子体生成剂的自适应压强和喷射正时管理,其在曲轴角度生成燃烧室压强,该角度优化从启动、转矩和/或速度恢复到全功率的整个转矩-活塞速度运作模式的转矩传递,以实现更高的每单位燃烧能量的做功生产。例如,披露的技术可以被实现,通过对选择的化学等离子体生成剂的自适应压强和喷射正时管理,以在曲轴角度生成燃烧室压强,该角度优化从启动到全功率的整个转矩-活塞速度运作模式的转矩传递,以实现更高的从热化学再生成分产生的化学等离子体生成剂的每单位燃烧能量的做功生产。
[0039] 进一步的实施例
[0040] 化学中间剂是在与压缩氧化剂(如空气或氧气)交互之后,能够更快、并且没有延迟或令人反感的结果地产生等离子体并刺激燃烧的化合物或混合物,例如,柴油燃料喷射系统和设备的典型的微粒排放。在一些例子中,化学中间剂能够作为由化学激活燃料产生的化学等离子体生成剂,其中,化学等离子体生成剂更容易在燃料喷射和点火系统中离子化。
[0041] 例如,对于在柴油燃料喷射中压缩点火液体燃料必须是高度加压,并且整形通过非常小的孔以产生高速柴油液滴,其必须首先充分渗透到压缩的热空气以蒸发,然后进一步渗透到压缩热空气以破裂并引起燃烧。不幸的是,这种燃烧未能防止富碳微粒和氮氧化物不同程度的形成。如前所述,披露的技术能够克服在当前的燃烧过程中的许多缺点,如,将柴油增压至高压所需的辅助工作引起的动力的损失,如,20,000-30,000PSI,能够消除在燃料供应中由于水和/或颗粒造成的喷射器损害,并能够使被发动机或燃料电池拒绝的热量用于生产描述的化学等离子体生成剂,以进一步提高发动机的效率,以及减少或消除富碳的颗粒及氮氧化物,连同其他讨厌的排放。
[0042] 把燃料喷射和火花点火目的结合为单个设备或系统的努力所遇到的困难包括点火问题,例如,燃料流动能力不足以能够利用理想的燃料,例如,氢气、甲烷、天然气、发生炉气(producer gas)和其他各种与氢的混合物。例如,这样的系统限制或失败包括利用燃料间歇计量的针形阀,其严重限制或者禁止利用许多理想的燃料选择、点火系统、操作压强和热化学再生燃料种类的应用。在一些例子中,如果有一个火花点火故障或失败,甚至极具吸引力的燃料,例如可再生氢、甲烷、和燃料酒精或低成本的天然气不能在高和低压缩发动机中点燃。根据火花点火故障或失败的频率,这导致空气污染,燃油经济性差,损失的转矩,犹豫、发动机沉积、油污染、振动以及的加速发动机磨损和退化。
[0043] 此处描述的披露的技术能够提供保证的点火,多种类型和许多排列的投射等离子燃烧,加速过程和燃烧的更快的完成,燃烧室表面的更少的热量,每BTU更大的膨胀做功,和更多的热化学再生能源生产(TCR)以产生更多的转矩、更多的动力、更好的燃料经济性(即,英里/加仑汽油当量(GGE)),使用更少的昂贵的燃料(如,NG-GDE=1/3柴油成本),极大地减少或消除污染物,以及在从空闲到全功率的操作模式中的更高的空气-利用效率。
[0044] 技术、系统和设备被描述用于化学激活燃料用于在燃烧发动机中喷射和点火。
[0045] 在一个方面中,披露的技术包括了示例性的集成燃料喷射和点火系统和设备,以快速传输和点燃燃料以在燃烧室的氧化剂绝缘带中产生相等或更大的能源传输。一个示例的集成燃料喷射和点火系统能被操作以提高等离子体进入燃烧室的渗透(达到更大的距离),例如,相比于火花塞,对于许多类型的等离子体,以及增加燃料进入室的速度,如,相比于阻流喷射器的局限性。示例的集成燃料喷射和点火系统可被操作以从这些示例的喷射和点火操作产生分层的热释放的模式生产。
[0046] 图1A显示了集成燃料喷射和点火系统100A的示意图,其能够被实现用于离子化间歇性地进入的燃料和/或氧化剂以大大加速燃烧的开始和随后的氧化过程,它能够提供在热的发动机的燃烧室中的燃烧的更快速完成。例如,集成燃料喷射和点火系统100A的结构包括小火花隙以促进电流的启动,随后电流被推动离开该位置,以更低的电阻去往更大的间隙。实质上低的电阻能够通过应用低电压以构建高电流和作为离子输送到燃烧室(如,根据生成的离子的数量)的总能源被利用。这些离子的速度被控制以提供最佳的空气利用率,以及一个或多个自适应控制模式来提供最优的空气的利用率。
[0047] 披露的系统100A能够被操作以控制燃料离子进入燃烧室的速度。例如,系统100A能够提供对在控制燃料进入燃烧室的速度中的参数的控制,例如,这些参数包括燃料的装设阀门的压降的控制,尤其是洛伦兹电流和磁场强度。例如,洛伦兹电流越高,磁场强度越高,速度和加速度就越大,如,影响多大的终端速度可以被生产的形成的概况。
[0048] 在一些实现中,集成燃料喷射和点火系统100A包括可互换的尖端(图1的示意图未示出),其能够允许装配100A与多种内燃机集成和/或装配,并支持快速更换多种传统燃料喷射器,例如,在直接喷射的两-或四冲程柴油发动机中被利用的。例如,这使得为现在需要柴油操作的发动机转化为操作便宜得多,对环境有益的燃料选择,如,氢、甲烷、酒精燃料、天然气、乙烷、丙烷和发生炉煤气。这种转化可以在引擎调整时同时执行。例如,在转化为燃料喷射和等离子点火系统100A的操作后,燃料选择从非常低的能量密度垃圾填埋气到能量密度相对较高的作物和动物脂质可以被系统100A来实现。示例系统100A可以利用这些广泛不同的燃料选择(例如,其中一些提供比其他多3,000倍的能量密度)以快速传输和点燃燃料,以在燃烧室的氧化剂绝缘带中产生相等或更大的能源输送。
[0049] 集成燃油喷射和点火系统100A包括主体壳体101,以为装配100A的至少一些组件提供支持和结构。在图1所示的示例的实施例中,该系统100A包括电磁燃料控制阀操作器,该操作器包括电枢122和电磁线圈和线管装配128。在其他实现中,各种燃料控制阀操作器能够被利用,如,包括但不限于气动、液压、磁致伸缩、压电燃料控制阀操作器。燃料流量通过复合提升阀装配102被控制,该复合提升阀装配102包括阀头104(具有提升的面),被以合适的材料配置,例如,如不锈或超级合金,各种强化颗粒、纤维、细丝,选择基体材料,例如,聚醚醚(PEEK),聚酰胺-酰亚胺(Torlon聚合物),或热固性材料,这可能会进一步与选择的材料合成,这些材料在需要的地方提供更大的强度和抵抗热降解,以及光纤和附加强化纤维,其在纤维束206、214和220之类的地方,如图所示,并在图2A、2B、2C和2D中更详细地描述,其包括类似复合阀装配102的复合阀系统。复合阀装配102密封提升头104的面抵住装配100A的阀座114,其提供了大孔106,并通过阀座114连接通道119以提供通过端口118进入发动机的燃烧室120的流动的理想的燃料喷射模式。用于连接端口118的通道119能够以相同或不同安排的进入角度被提供来弥补或者抵消进入燃烧室120的每个燃料爆破向量的氧化剂运动。复合阀组装102能够进一步作为低摩擦轴向往复组件来提供通过阀座114的燃料流动爆破的所需的频率,并且也作为轴向轴承支电枢122的往复运动。
[0050] 电枢122是通过燃料压强和/或适当的压缩弹簧,如,锥形螺旋线圈,弹簧盘,或弹性体124和/或通过吸引至线管载体130的永磁126而常闭的,如图所示。由永磁126提供的电枢122的这样的关闭提供了无限的疲劳寿命并克服弹簧谐振问题。永磁126还建立了软磁铁电枢122的两极,以加速响应,并提高了电磁螺线管线圈128致动所产生的电枢的力。
[0051] 通过线管装配的磁线圈线绕组128建立的电流,致动电磁燃料控制阀操作器,电枢122加速远离关闭位置,并被沿复合阀装配102的轴承表面引导,直至电枢122影响了提升,如带132,导致复合阀装配102突然打开,并轴向运行以打开提升阀头104离开阀座114。
[0052] 例如,尽管电枢122能够有效地作为一个或多个冲程或高频滑动锤,在一些实施例中,它被弹簧在每个往复运动的末端减速,例如,如位于电枢122或与电枢122相邻的面的弹性压缩弹簧134和136,以减少惯性和随之而来的阀头104对阀座114的影响。通过在这样的压缩弹簧(如,如示例的弹性压缩弹簧134和136)中的在相对小的轴向移位运动中的这个减速,复合阀装配102能够被引导以用更少的惯性抵住阀座114关闭。这大大减少了复合阀装配102和阀座114的高频疲劳应力,以提供配合的装配的极长的功能寿命。例如,附带的好处包括更安静的操作、消除阀跳跃、和更平滑的燃料加速。
[0053] 在一些实施例中,装配100A能够在阀特性(带)132上施加力之前利用可能需要的电枢122的最小允许运动以适应在装配中建立实际公差,例如,包括允许组装组件的热膨胀的各种率。在其他实施例中,装配100A能够在阀特性(带)132上施加力之前提供这样的供应以及合适的电枢122的自由行程,使循环操作更快和/或利用更大的燃料压强和更大的燃料特性的变化。
[0054] 图2A、2B和2C显示复合阀装配102的不同视图。图2A和2B显示具有示例维度包括长度和外径的复合阀装配102的示意图。图2C显示包括纤维束206、214和220的复合阀装配102的横截面视图。例如,能够基于复合阀装配102的特定应用,选择合适的材料,其能够包括氧化、耐蚀合金、热塑性和热固性聚合物、纤维、细丝(filament),和各种物质成分,如,如二氧化、氧化、氧化镁、氧化锆、氮化硅。在被配置为保护传感器和包括无线通信节点的信息传递系统的装配100A的一个实施例中,装配100A利用提升阀头204,其能够被焊接、钎焊、锻造,或以其他方式连接到管状杆202,如图2D所示,并在以下进一步详细地描述。
[0055] 在一些实现中,燃料喷射和点火系统100A能够包括仪表传感器,如,包括但不限于热电偶热敏电阻、光学温度传感器、压强传感器、离子传感器、应变监测器,和加速计来测量和监控位于或靠近示例的阀头204的面216的流体流动、电极条件和燃烧室事件和过程。信息可以从管状部分(杆)202内的传感器传送到合适的过滤器、放大器和通信节点,用于通信至控制器110,如图1A所示,其可通过合适的方法,例如,包括无线和光纤丝206。类似地,位于管状部分202以外的细丝和传感器214能够从额外的有利点检测这样的条件和事件,以提高用于优化操作的信息,例如,包括燃料喷射、点火和燃烧过程的自适应正时。
[0056] 燃料喷射和点火系统100A的终端包括同轴电极配置,带有被配置绕电极121的外同轴电极140,电极121具有多个凸起结构和/或尖端114E。装配100A的结构包括绝缘体107,其被配置沿着电极140的内部区域,如,在电极对140和121之间(具有电极尖端114E)。高介电陶瓷绝缘材料,例如,如火花塞瓷以及一个或多个合适的电容放电促进涂层,能够被配置在绝缘体的表面上。
[0057] 例如,燃料喷射和点火系统100A的同轴电极排列被配置为能够产生洛伦兹推力,以及产生进入燃烧室的平面模式,其峰值极端地面向平面模式中的电晕类型放电。在一些实现中,系统100A可以被操作以执行压强传递而不产生洛伦兹推力,然后被操作以在例如,以基于电极配置,的可实现的这样的模式中以一距离生成离子的电晕类型产生。
[0058] 在操作中,提供给配合件138或138’的加压燃料被通过内部通道路由,以提供对电脑或控制器100和线管装配128的冷却,并且随着阀102的自适应定时打开,燃料被通过端口或缝118喷入燃烧室,以产生所需的分层或局部均匀燃烧的穿透模式。此外,对于自适应控制燃料压强和阀102打开的正时,电脑110控制在阀座组装114的中心电极尖端114E和同轴电极区140之间的等离子体形成的时间和持续时间。
[0059] 如图1A所示,控制器110通过经由绝缘电缆116向装配100A的电路组件传递足够高的交流或直流电压,提供等离子体生产,电路组件包括导线管142、导体143中的管式阀座114,其包括电极特征114E和电极140。例如,等离子体可以是几种类型中的任何一种,包括但不限于,一种或多种火花、电晕、洛伦兹推力的离子。这些等离子体可以包括由燃烧室中的氧化剂产生并通过热膨胀和/或洛伦兹加速推到燃烧室的离子,以形成氧化剂离子的分层电荷,以被随后的燃料氧化过程取代和消耗。
[0060] 纤维光学包括光学传感器,其检测在组206和组204中的各自的视场中的事件的现状和进展(如图2C和2D所示),其可以被用来监控通道119、端口118、电极114E和140,以及在燃烧室120中的燃烧过程和等离子体模式年。这些信息通过光纤传递扩展通过位于装配100A中的控制器110的盖112。
[0061] 自控制器110中继的或中继至控制器110的通信和信息可以通过无线射频、被轻微弯曲以允许阀装配运动的连接的光纤,或者通过光纤和跨接口123和124的间隔之间的光信号辐射中继的组合被实现。由于应用在头组件135或135’的顺时针或逆时针方向转矩,允许通过螺钉装配133调整电枢122和102阀组装的各自的冲程。
[0062] 在一些实施例中,系统100A包括磁绕组129,其能够被实现以产生所需的磁力和磁通密度以提供给变压器。例如,磁绕组129可以被配置为任何合适的设计,包括磁线丝的一个或多个并联线圈电路,包括单股或多股类型,也能够被形成为电磁或压电致动器的一部分。初级绕组可以作为一个或多个后级绕组的核心,如,包括自耦变压器连接以最小化初级绕组的漏感。电介质薄膜,如聚酰亚胺,可以在连续绕组层之间被使用,以防止短路。这些并联绕组能够有效提供行输出或回扫变压器,能够在频率为10kHz到60kHz或更高产生20-50kV。
[0063] 在集成燃料喷射和点火系统100A的一些实施例中,监测燃烧室的事件和条件能够使用窗口或耐热透镜123在电极121的面被执行,例如,以允许纤维束206中的传感器光学感应或压强感应燃烧室条件。图1C显示了示例的电极121的面,包括电极特性114E和显示窗口或耐热镜头123的配置。能够用于耐热透镜123的示例的材料能够包括Al2MgO4、蓝宝石(氧化铝)和石英(二氧化硅)。通道119和端口118的合适的角度能够包括选择,允许来自120燃烧室的直接或反射辐射被传感器组206或214中的示例仪器所监控。例如,示例的纤维束206和/或214中的加速度和压强传感器能够获得通过装配100A的通道119和结构组件传播的压强和力。
[0064] 燃料的燃烧的早期开始和完成被实现,例如,其中足够高的电压应用(高dV/dt)达到足够幅度,以及具有足够的交流或直流电离电流大小以导致每个或者至少一些电极点114E和同心电极140之间的颗粒的电离。这确保氧化剂的点火离子在从端口118放射出的电离燃料粒子的高表面-体积向量的两侧上产生。为实现燃烧加速的这种类型的离子产生的选项能够包括由电流迅速增加以及等离子体产生跟随的电容放电的安排。一些过程的例子被在美国专利6,850,069,美国专利4,122,816,美国专利3,551,738,美国专利
2,864,974,美国专利1,307,088中披露,每个都以参照的方式全文引用于此作为本专利申请的公开的一部分。
[0065] 在一些实现中,例如,如在静止燃烧室应用中,通过通道119和端口118的燃料流动实质上冷却包括电极尖端114E的喷嘴装配。在这样的应用中,最好在图1C所示的示例的配置中形成相对较薄的盖,并通过限制另外的足够的附件焊接件以及相应传热至更吸热的相邻的材料来控制产生的工作温度。这允许这些组装的组件安全地固定镜头123并满足优化电离、加速燃烧和性能的工作温度规范。
[0066] 图2D所示的管状系统202的示例的提升阀头204可能有凹、凸、或其他合适的球形或圆锥形,或者朝向管式阀座114的平面几何形状,以对于燃料特性的范围、燃烧室细节和发动机的活塞转速范围提供优化的燃料爆破特征。如图2D所示,管状系统202包括仪表和通信纤维和丝206和/或214。额外的强化纤维,如,如强化丝218,可以被用来传输操作力,其中有些通过圆柱套筒或珠球208被锁定在管状杆212的锻造形成的部分中,并扩展超过复合阀装配102的驱动特性(阀特征带)132。例如,高强度纤维218通过在合适的组件,如圆柱套筒或珠球208和管状系统的202的管状杆212的约束部分或“变窄的”部分之间的压缩被锁定。仪表纤维和细丝206可以通过套筒或珠球208的孔被路由,以提供额外的应力消除和保护。高强度纤维215可以被用来加强管状杆212的约束或变窄的区域,以提供组装的更大的支撑应力分布箍-强度。复合装配可以被装配至仪表纤维214上的编织丝管状部分,用于额外的强度和保护,以及在阀杆引导区和电枢中的轴承表面的管状部分可以具有额外的管状层,其利用镁-铝-化物、类金刚石的碳或其他减阻表面。
[0067] 图2D、2E和2F显示可选的中间制造步骤,其中高强度纤维218被作为管装配排列在模具芯(图中未显示)上,其可以由合适的填料基质被湿法形成,这样的被选择的环氧系统提供内径以接收套筒或珠球208。仪器纤维和丝206被穿过套筒或珠球208放置,并在放置在管状杆202中的加强纤维管218的孔中被组装。合适的改变,例如冲模成型管状杆202和加强纤维215的应用提供了操作提升阀头204的高强度装配,以及感应燃料喷射和燃烧室条件和区位(locational)的事件,例如包括温度、压强、投射的氧化剂电离模式、燃烧爆破向量和电离,渐进式(progressive)燃烧模式。纤维和纤维组的装配被选择用于各种所需的辐射频率的强度和/或透射率,以监控和测量燃烧室事件以及作为加固细丝的其他纤维被在纵向通道,如206、214和220中装载,并在合适的位置通过后续插入成型由合适的材料密封(potted),例如热塑性或热固性树脂等,包括玻璃和玻璃陶瓷的选择。
[0068] 在特定的实施例中,例如,比如使用困难的燃料包括,遇到安全处置溶解在溶剂和/或更高温度操作有害物质的选择(如,包括或多或少的绝热发动机),粉状的氮化硅和/或硅与合适的润滑和/或湿强度剂混合。这种混合物与在成型系统中的所需的强化纤维一起装载,通过压缩或注塑成型所需的形状,以使能快速生产,这些形状包括合适的孔,如,如图2A所示的中央纵向孔或通道和复合阀装配102的图2C和图2D的选择的截面。注塑成型的硅阀体随后在炉中与合适的氮供体气氛被转化为Si3N4。该复合结构可以通过化学气相沉积、溅射、或其他流程,收到硅或其他材料选择的额外的间歇沉积,以完善尺寸,产生晶粒尺寸和方向,和/或发展残留应力,如在表面层压缩应力
[0069] 在其他实施例中,要么在适合的位置成型为湿强度阶段的复合元件的时候,要么在烧结和/或硅到氮化硅的转化期间的硅粉注塑成为被封装之后,适合的高温细丝或光管能够被装载在选定的通道,如206、214和/或220中。在对于需要更大的疲劳强度的应用的实施例中,在烧结和/或氮化硅转化后,这种纤维和/或光管被放置在通道中,且生成的装配随后被热均衡地按压,以提供极大密度的复合物,其没有内部孔隙或表面瑕疵和/或在表面层产生所需的压缩应力。
[0070] 图1B示出了集成燃料喷射和点火系统100B的另一实施例。示例的装配100B包括通过合适的方法,例如,如带螺纹的组件来捕获功能152,被附接到盖150的电枢154。装配100B包括由燃料压强辅助的打开和由燃烧压强辅助的关闭的提升阀头160抵住座162的固定长度装配。燃料计量阀冲程的调节是通过螺钉组件133′提供,作为所示的在头部135′顺时针或逆时针转矩应用的结果,来调整装配100B的永久磁铁156,其连同可选的压缩弹簧如碟形弹簧158在提升阀160上施加闭合力以抵住阀座162关闭,以控制燃料流入燃烧室。
[0071] 可以使用各种类型的燃料点火,包括催化,热表面,电等离子体,和/或自动点火剂。说明性地,装配100B的一个实施例提供了喷射燃料的点火,其可由控制器110B被自适应优化,以提供特征,例如放电尖端121′,之间的交流或直流等离子体,这可类似于从座162的外部直径伸出的电极布置121以及围绕电极条带或套164。电离电流继续应用迅速构建了离子群体,因为它是沿着同心电极166和164并在其之间被加速的,以产生离子的脉冲,其以被控的动能和被控制从次声波到超音速程度的速度推入燃烧室中。电极164和166可以有或多或少为同心圆筒形导体,各种模式的段状电极,或螺旋线的形式,其中一个或两个保持足够的热量,以提供热表面点火。在一些实现中,系统100B的电极布置能够被配置为朝向更窄的夹角的洛伦兹电极布置的类型。例如,电流可以基于来自电极尖端164的结构被触发,并且一旦电流被建立(例如,建立了溢出(break over)),则系统100B能够以非常低的阻抗生成电流以产生恒定的或其他类型的可控场以作为从环形出来进入燃烧室的加速度(例如,作为离子化气体)。阀160可为每个发动机循环被操作一次或多次,例如,以接近上止点(TDC)和/或在发动机的动力冲程产生多个燃料爆破。随后,例如,每个或所选的燃料爆破可以接收洛伦兹加速度,以产生以较高的速度进入燃烧室的许多附加的燃料离子电流脉冲,并产生自适应优化燃料向量,表面与体积比,和加速燃烧模式。
[0072] 图3A示出了集成燃料喷射和点火系统300的实施例,以当等离子体被推向燃烧室和控制燃料离子投射的燃料离子投射模式进入燃烧室时,提供对等离子体的旋转。系统300包括相对长的环形区以在电极302和304之间的间隙中的流体颗粒的初始电离后由洛伦兹力建立等离子体加速度。点火和/或洛伦兹加速度通过由电缆396施加电离电能来提供。在这样初始电离之后,控制器310,例如,它可被定位在类似于控制器110在装配100A中的位置,能够控制增加的电流,在电极306(带有尖端302)和电极304之间的增长的离子群体被因此加速到所需的动能以渗透进入燃烧室330中的压缩氧化剂。例如,燃料流动控制可由燃料压强辅助的燃料阀打开和/或燃烧压强辅助的燃料阀关闭来控制,或替代地,由燃料压强辅助燃料阀关闭,如在阀301所控制。燃料喷射和点火系统300的终端包括具有被配置为围绕内部电极306、并具有多个突起结构和/或尖端302的外电极304的同心电极配置。
[0073] 系统300包括一个或多个圆柱形磁铁312,其可被用来随着等离子体被推向燃烧室330,提供对等离子体的旋转。一个或多个圆柱形磁铁312也能够与通过一个配合件314供给的燃料压强的调整被共同使用,例如,使用控制器310,以提供附加的控制特征,包括控制到燃烧室330中的燃料离子投射模式。例如,这可以使电离和电流通路为多个目的所改变,包括以等离子体和/或燃料被喷射的进入角度在燃烧室中补充或面对涡流,最小化或消除在电极上的热点,电极腐蚀,并预防和/或去除电极表面的沉积物。内部磁铁312能够提供涡流-用于修改在电极304和302之间的环形区域中的并继续到电极304和306之间的区域的末端的洛仑兹推力的轴向加速度的径向加速度。
[0074] 在一些实施例中,系统300包括磁铁绕组328,其能够被实施以产生所希望的磁力和磁通密度,用于提供变压器。例如,该磁铁绕组328能够被配置为任何合适的设计,包括磁线的一个或多个并联线圈电路,其包括单或多股类型,也能够被形成为螺线管或压电致动器的一部分。初级绕组可以作为一个或多个随后的绕组的芯,例如,包括自耦变压器连接,以尽量减少初级绕组的漏电感。电介质薄膜如聚酰亚胺可以在连续绕组层之间使用,以防止短路。这种并联绕组有效地提供行输出或回扫变压器并能在10kHz至60kHz或更高频率产生20至50千伏。
[0075] 例如,在发动机操作的进气或压缩事件期间对电极、孔口和/或其他关键燃烧室的表面进行清洁周期是特别有利的。在一些实施例中,进入系统300的电极302/306和304之间的环形空间(或在系统100A的电极140和114E之间,在图1A中示出)的氧化剂(例如,如空气)能够通过沿电极表面、孔、通道和其它关键燃烧室表面电离和推动高度活化氧化剂的脉冲,被用在一个或多个清洁周期,以去除或消除沉积物和颗粒。
[0076] 装配300包括光学透镜或光管316,用于监测随着燃烧过程进入燃烧室330的氧化剂离子和/或燃料投射模式。该光学透镜/光管316从装配300的传感器阵列318的面延伸至静止的阀座320,以使光纤缆线组322的某些成员,能够检测和中继信息至控制器310。该配置启动对燃料传送端口、电极和燃烧室处理的综合监控。
[0077] 集成燃料喷射和点火系统300的示例性的实施例被说明。例如,在一些实现中,为保证完全燃料输送和电极302/306及周边外电极304之间的环形间隙的清洗,在由电极302到304形成的跨环形间隙的另一个电离是由控制器310在由操作阀301产生的每个燃料爆破的末端被提供。低电阻的离子路径被建立并检测后,电流增大,以极大地加速由洛伦兹力带来的离子的不断增长的群体,以确保所有的可用燃料射入燃烧室330中。例如,在发动机操作的进气和压缩冲程的后续时间,空气或氧化剂离子的额外的洛仑兹推力可以类似地被执行以从电极的表面和/或或其它关键部件去除任何检测的颗粒或沉积。
[0078] 在一些实现中,做功冲程期间紧密地将洛伦兹推力发射燃料推进到燃烧室,氧化剂(例如,空气等)可以被离子化,并推入燃烧室,以产生离子和/或自由基的分层电荷。通过输送压强、热膨胀和应用较高的电流产生更大的洛伦兹加速度的燃料后续推力保证了这样的氧化剂离子被超过并且由高速燃料燃烧过程所消耗。每个洛伦兹推力的正时和氧化剂加速度和燃料加速度比提供了对各推力穿透和加速燃烧的模式的控制。
[0079] 被沿着平行扭曲或同心电极,例如,如装配300的电极304和306,推动的氧化剂离子的电荷可表征为(+)或(-),可通过过量(-)或减小(+)的电子计数来区分,其作为离子化和等离子体生成步骤的结果。从这种(+)氧化剂传递离开的电子可以被提供给成为(-)离子的燃料粒子。这提供了额外的吸引力和燃烧过程的加速。
[0080] 类似地,正在沿着示例性并行、扭曲或同心电极,例如,如在装配300的电极304和306被推动的氧化剂离子的电荷可以由过剩电子计数被表征为(-)粒子。电子可被转移远离燃料以产生(+)粒子离子。这也提供了燃烧过程的额外的加速。
[0081] 在一些实现中,期望在燃烧过程完成之前,进一步投射氧化剂和/或燃料离子进入燃烧室,例如,它可以使能对特定的燃料特性优化扭矩产生。另外,例如,为了减少热传递到靠近燃料喷射器的燃烧室组件的比率,以下运作管理程序是有效的。例如,任何电荷极性的燃料颗粒离子可以被喷射入燃烧室中的非离子氧化剂;给定的电荷极性的氧化剂粒子离子被喷射,接着注入相同电荷极性的燃料颗粒,以产生燃烧模式和在燃烧室中更深的燃烧完成;喷射给定电荷极性的氧化剂粒子离子后,喷射非离子化燃料微粒以产生燃烧模式和在燃烧室中更深的燃烧完成;以及喷射给定电荷极性氧化剂粒子离子,接着喷射相反电荷极性的燃料颗粒以加速燃烧模式的早期产生和在燃烧室内的燃烧的完成。
[0082] 燃烧室压强测量,例如,包括在氧化剂进气、压缩、燃料喷射、燃烧、动力产生和排气过程中的压强大小,可以通过检测和报告信息的一个或多个传感器提供。例如,这样的信息能够包括应变引起电阻、压电势、电容、光透射率、光路长度,或其他合适的参数的变化。例如,这种信息可以被适当地过滤、转化、放大,并通过无线或光纤传输至在控制器310,用于在各种应用和操作的占空比的燃料经济性、动力生产、排放减少或消除,和操作的自适应优化。
[0083] 在装配300的一些示例性实施例中,光信号被通过空气或其它流体传送或中继,空气或其它流体可以存在于光纤电缆组322的端部之间的空间,以接收纤维或透镜或在接收中继中读取光电设备的,以递送信息至图3A的控制器310。
[0084] 在一些示例性实施例中,装配300利用从燃烧室的气体所获得的热能,燃烧室的气体包括在压缩时加压和加热的气体,以及保持在电极304和306之间的环形空间内的燃烧气体。例如,这样的热气体加热可以被由其他加热过程加入到这些电极中产生的热量中,例如,如电阻或感应加热。因此,流体燃料能够随着这种流体穿过终端区热交换器被加热。例如,这种燃料的流体能够包括,但不限于,氢、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、二甲基醚、二乙基醚,等等,或这些流体的混合物。例如,该终端区热交换器能够包括多种其它的热飞轮组件,例如,在后面图3E中所述的,如超合金屏幕滚动或单启动或多启动螺旋金属或陶瓷特征331,其呈现增加的表面曝光、热容量以及延长行程距离,以提高传递到燃烧室的燃料分子的循环传热率。例如,该流体燃料的这种预热能够大大增加燃料活化状态以加速燃烧的开始和完成。该热活化可单独使用或与洛仑兹加速度结合和/或通过一个或多个磁体与角加速度结合使用,例如,诸如312,以产生涡流和/或与电晕点火结合和/或与火花结合点火结合和/或与催化点火结合和/或与化学等离子体点火结合使用。
[0085] 例如,在运输发动机的集成燃料喷射和点火系统300的示例性应用中,点火催化剂(例如,诸如镍,活性镍,铂或铂黑)可以在电极304和燃烧室330的接口处呈现,以与这样的燃料和/或氧化剂的预热一起服务,作为怠速条件下的充分的点火系统。一旦朝巡航条件加速度,附加点火动力能够通过跨电极304和306的火花提供,然后当需要附加点火动力时,电晕放电被提供,其中,燃烧室330的接口处的电极304和306发出电晕电离。例如,洛伦兹加速度能够提供完整的动力和/或高转矩操作,例如,包括结合具有增加的增压器增压压力的操作模式。
[0086] 例如,在使用多个未精制的燃料来源的集成燃料喷射和点火系统300的示例性应用中,理想的是自适应地调整燃料控制阀装配301和/或电枢303的冲程。例如,这能够被提供用于滑动锤以及电枢和燃料控制阀之间的固定连接,以增加接受具有急剧变化的特性的燃料的机会。有这种急剧变化特性的示例性燃料能够包括基于一个燃烧物质,但是由于温度和/或H2O,CO,CO2,N2,H2S,CH4,C2H6,C3H8,C2H4,C3H6,含量,在流动、电离和/或燃烧特性时刻改变的燃料。
[0087] 图3B示出了在所公开的集成燃料喷射和点火系统的示例的实施例336中的组件的示意图。该装配336被配置成提供燃料计量阀340的快速轴向运动的调整,以适应具有广泛多变的特点的迅速变化的燃料的选择。例如,改变燃料和/或特性能够包括环境温度或低温燃料,例如,如燃料酒精,汽油,甲烷或氢气,以及这类物质的混合物,包括固体,液体和气体以及发生相变化的物质的混合物,如发生加热增加和压强调整所导致的流体燃料的固体、液体和气体相的机油混合物。在操作中,燃烧通过渗透和燃烧模式、温度和加压概况,以及包括热产生的定时和幅度以及隔热性能的氧化剂利用率被检测和特征化。该装配336能够包括仪器,如法布里-珀罗、光-光学、应变电阻、电容、和/或压电式传感器,其通过无线信号和/或通过纤维,例如,如在图3B示出的光纤束342,中继这种信息至控制器310(在图3A中示出),其能够随着燃料计量阀340的冲程和开闭频率一起调节流体输送的压强和/或温度。
[0088] 例如,燃料计量阀340能够被配置成任何合适的类型,包括向内或向外开口的径向、轴向套筒,或者是由气动、液压、凸轮齿轮、磁致伸缩、压电或电磁驱动器如电枢350致动的提升阀类型。在示例性实施例中,电枢350可包括盖358,其由在轴承销338上的燃料计量阀340支撑,以提供电枢350的沿阀340中心线的非常低摩擦的轴向的运动。例如,轴承销338能够被配置为类似于图2B中所示的复合阀装配102的圆筒形特征105或陶瓷阀,或者该轴承销338能够由合适的金属合金,例如型440C不锈钢被配置,其被钎焊或以其他方式紧固至燃料计量阀340。
[0089] 在操作中,例如,冲程调整能通过迅速调整极片346的位置而实现。极片346可以由任何合适的机构或力定位,例如,包括通过液压回路通路344施加的压力所产生的力,以使极片346轴向调整,从而调整电枢350的冲程。例如,在液压线路通道344中的相对低的压强允许激活电枢350,以迫使极片346向外并增加间隙354。相反地,例如,在液压回路通道344中的相对较高的压强迫使极片346向内以缩小间隙354。
[0090] 电枢350的激活使得相当大的动能在加速期间被获得,因为它穿过间隙352朝向极片346。例如,在由电枢帽358关闭间隙352之后,例如与计量阀340的燃料的特征356一起,电枢350和盖358的动能被施加以通过打开阀340至间隙354的经调整的程度迅速做功,以允许通过阀座并至燃烧室的燃料流动。压缩弹簧348能够逆转该动能滑锤的加速度,其可以与任选更高频率洛伦兹多爆破相互作用。用于操作燃料计量阀340的这种类型的动能产生和应用提供了燃料爆破的快速产生,例如,其可通过洛伦兹加速度周期的快速应用进一步界定为大量的额外爆破。这可以被自适应地结合自适应燃料压强调整一起被实现,以优化缓慢燃烧燃料的利用,例如,如液体生物脂质和/或气态甲烷,其与包括许多其他具有广泛变化的粘度和能量密度值的燃料的选择的迅速燃烧燃料,如氢,可互换。
[0091] 图3C示出了燃料控制阀驱动器系统360的用于产生宽范围的燃料投射角和/或极高的表面体积比燃料爆破的一个实施例。燃料控制阀驱动器系统360的实现可提供动能的快速发展,其被传递以使能高频阀开闭周期,例如,包括“摆动(flutter)”的操作,从而能够可控地产生宽范围的燃料投射角和/或极高的表面体积比的燃料爆破。该系统360包括燃料控制阀378,以提供高频率开启和关闭周期。该系统360包括盘驱动器364,能够产生总的轴向冲程、间隙或距离362,其能够通过任何合适的方法被调节,包括由六角键或扳手或适当的电机例如,如图3C所示的马达366的转矩的手动应用。磁盘驱动器364能够被配置为盘,具有一个或多个圆柱形的特征,例如,如环形倒钩或者螺纹部,使盖390被附连其上。例如,附加地或可选地,盘驱动器364可具有另一个圆筒形特征,其延伸到线管374的孔以限定间隙362在线管374的孔中的另一所需位置。例如,马达366可以包括合适的齿轮或其他减速方法以产生令人满意的转矩,并引起极片368的旋转,以及根据最终转速和螺纹杆部370的倾斜,从而轴向前进或缩回,如图所示。这样的操作可以协同地结合以后在图4A中所示的阀驱动冲程调整系统400。
[0092] 系统360包括磁绕组372以产生所需的磁力和磁通密度,用于提供行输出或回扫变压器。例如,该磁绕组372能够被配置为任何合适的设计,包括磁导线的一个或多个并联线圈电路,其包括单或多股类型。磁绕组372能够在极片368(例如,其可以被配置为软铁合金极片)中,并在最靠近磁体绕组372和极件368的盘驱动器364的面中产生所希望的磁力和磁通密度。线管371和/或极片368可以由铁氧体材料形成或合并,以使能较高的频率操作。初级绕组可以作为一个或多个随后的绕组的芯,例如,包括自耦变压器连接,以尽量减少初级绕组的漏电感。电介质薄膜如聚酰亚胺可以在连续绕组层之间使用,以防止短路。这种并联绕组有效地提供行输出或回扫变压器,并能在10kHz至60kHz或更高频率产生20至50千伏。
[0093] 系统360包括控制器或计算机,例如,像系统100A的控制器110或系统300的控制器310,其最初在磁绕组372中提供高电流,以加速电枢或盘364,其可以是铁磁性或永久磁铁材料并发展了足够的动能以迅速打开阀门378。例如,电枢364的另一种结构可以包括铁磁材料和永久磁铁的组合。例如,说明性地,电枢或盘364可以是焊或以其它方式紧固到铁磁芯的永久磁铁。
[0094] 在操作中,例如,在阀378开始打开后,使其保持打开所需的磁能大大减少。在一些实现中,磁能可以通过高频脉宽调制提供,其提供了回扫变压器电压和频率。例如,这样的电压和频率可被用来产生将氧化剂和/或燃料颗粒推入燃烧室的洛伦兹等离子体,以及其他应用,包括系统300的环形磁体394的通电(例如,如永久磁铁或电磁铁),以加快阀驱动盘364的关闭,以及阀378的关闭。
[0095] 例如,磁通的有效遏制可以通过铁氧体和/或其它软磁性材料的选择来提供,用于通过线管374的形成杯或套筒部件、静止盘376、圆柱形极件368和可动通量收集和阀门操作盘364,形成磁场强度磁通。驱动盘364的几何形状、直径和有效磁通量路径厚度能够相对于如燃料压强、燃烧室几何形状、燃料的渗透和燃烧模式以及氧化剂利用效率等因素被优化。例如,这些因素能够被优化,用于最大化磁力并当盘驱动器364自由移动通过由盖子390允许的距离392,直至阀378被接合以被快速打开至如图3C中所示的剩余可调的允许距离362时,产生阀378的快速打开所希望的动能,。
[0096] 该阀操作器驱动器364因而成为动能的生产、存储和施加装置以用于为各种附加目的打开阀378以及磁通路径,例如,目的包括开启阀378,生成点火能量,和/或响应于来自环形永久或电磁394的磁力闭合阀378。因此,例如,阀驱动盘364的主要外径范围可以从大约极片线管374的直径至静止盘376的直径,以及因此,厚度可以根据需要变化,以成为一种磁通量的有效的通路,并生产所需的动能,特别是在冲程部分392的加速中。因此,磁通杯筒管374的几何形状和尺寸按照驱动盘364的尺寸,以提供最有效的磁通路径。
[0097] 阀378沿孔380的中心线被导向,通过适当的轴向运动承载区域,如在陶瓷绝缘体387内的382和384。这为阀驱动盘364提供了沿杆386的中心线低摩擦导向。例如,杆386可以是圆柱形的特征,例如在复合阀装配102的圆柱形特性105,如图2A、2B和2C所示。或者,在一些实例中,杆386可以是焊接或铜焊在适当位置的套筒,如图3C中所示。压缩弹簧388和/或在该环形区域中的电磁铁或永久磁铁394能够提供驱动盘364的快速返回,例如,伴随着盖390和阀378至常闭位置以密封阀378抵住孔380。
[0098] 系统360包括锥形电极385,其从圆筒状电极381向内延伸,以与电极383形成扩大的环形间隙。宽范围的燃料喷射和/或等离子体喷涂模式被产生以作为提供了燃料压强,距离392,362的打开距离,和/或阀378的距离362/392,以及在电极383和385之间的间隙中的等离子体产生的频率和电流密度的变化的系统360的控制器的结果。系统360能够包括仪器,如光学、电容、应变、压电、磁致伸缩或其它装置用于测量温度、压强、粒子投射向量、燃烧模式等等。这样的信息通过系统360的传感器阵列提供或传送到控制器,例如,像在之前的其他实施例中所示的传感器阵列123或216或318。
[0099] 在一些实施例中,系统360能够利用电磁铁或在该区内的永久磁铁和电磁体的组合(示于图3C,带有磁铁394的环状区域)。在这样的示例性实施例中,由该电感线圈372释放的“回扫能量”可被直接或通过电容器利用,如绝缘体,能量采集器,或电容元件303,以优化闭合力施加的定时并因此在电磁铁394中快速产生电流,以产生磁力以吸引并迅速关闭盘388。类似地,例如,高电压可以被施加为直流、脉冲电流或高频的交流电流,以创建连续的洛伦兹加速度的离子或等离子体,其被电极383/385,或在本专利文件中公开的集成燃料喷射和点火系统的其他实施例中所述的其它电极组,如电极166-164;302/306-304;685-686和772-774,发射进入燃烧室。
[0100] 图3D示出了另一个燃料喷射和点火系统360L,其利用电磁线的多个绕组,以形成如图示具有四个电磁绕组372A、372B、372C和372D的多个线管装配的实施例的示意图。可以被选择用于这种目的线管设计包括,线管提供对线圈产生的热量更短的热传递的距离以及去往以及通过包括372AW,372BW,372CW的线圈限定壁的改进的散热能力和高导热性的材料的使用,例如包括,但不限于,石墨、石墨复合材料的AlN,BeO,各种金属,以及用于制造这种线管的金属填充的复合材料。额外的冷却能够通过流动的流体来提供,例如线圈上和/或之间的燃料。例如,数和电流的“安匝”数目的乘积是与电枢364相反的磁化极片374的绝对磁通量,以创建可以加速电枢364的引力。加热使得线圈电阻更大,减小安匝数。例如,由于电阻损耗,安匝数受到在线圈允许的温度上升的限制。例如,该系统的其它实施例360L能够包括单独的线圈372A至372N的选择“N”匝,其可以通过多种方法和组合,例如,包括施加适当的电压至任何绕组或两个、三个、四个或更多个绕组的串联连接和/或电压可以同时施加到并联的两个、三个、四个或更多个绕组以产生由电枢364的电磁吸引力产生的期望的力和性能。这样的绕组可以是具有多个并排的磁线、层叠、或分离的,如图3D所示的个别线圈。
[0101] 在该专利文献公开的集成燃料喷射和点火系统的一些实施例中,对限定空腔区,例如,在电极164、304、383或313之中(示于图3E中)的组件的表面的冷却是由通过这样的区域的加速的燃料和/或冷却剂流体提供的。这极大地延长电极的寿命。另外,系统寿命能够通过这样的冷却来提供以通过用物质涂覆这样的电极表面,这些物质包括,但不限于,各种玻璃金属、铝或含有铝和/或铬的合金以减少或消除腐蚀,来使寿命延长。同样,螺线管或磁致伸缩绕组的冷却可通过提供燃料和/或冷却剂以在磁体绕组例如,如磁体绕组129、328、372、372A、372B、372C、372D、428、625或726之上,通过该绕组或在该绕组之间循环,被在本专利文件中所公开的集成燃料喷射和点火系统的一些实施例中实现。
[0102] 在电枢364上的电磁力“F”是由电流“I”与绕组的“n”匝,以及其中“g”是极片芯374与面积“A”之间的间隙,其中,面积“A”朝向电枢,电磁力“F”大约由公式A表示:
[0103] (等式A)
[0104] 在式A中,C是一个常数,其考虑到组分和装配几何结构,以及所选材料的磁特性。在许多应用中,例如,如在顶阀式发动机头装配的进气和排气阀之间的小“井”,可用于电磁铁绕组的空间会受到严重限制。
[0105] 例如,集成燃料喷射和点火系统的公开的实施例能够在该装配必须适应的任何给定的空间内为多个绕组的并联电流操作提供相当多的优点。在各种实施例中,绕组“匝数”建立以及紧密堆积的绕组W1、W2、W3、W4直至WN的宽度是不相等的,而在其它实施例中,一些或所有这样的宽度是相等的。
[0106] 例如,相比单用一个给定长度的选定磁线的绕组,两个平行相等宽度、整圈建立的每个绕组将缩短约50%,并有大约50%的电阻;三个相等长度绕组将缩短约66%,并有大约33%的电阻;以及四个相等长度绕组将缩短约75%,并有大约25%的电阻。例如,通过对绕组匝数轻微的调整,各相等的宽度W的组合可与并联电流一起操作,以与单个绕组大约相同总数量的匝数n。
[0107] 例如,当安匝数增加时,极片374内的磁域对齐(magnetic domain alignments)增加,直到达到极限。饱和是在其中磁场H的附加安匝数不能增加磁域对齐,也不能增加极片374和磁体绕组,例如,如372A、372B、372C和/或372D的电磁铁装配的净磁极强度的条件。
[0108] 然而,只要示例性系统在下面选定的材料的磁饱和极限以下操作,力F是正比于电流平方。因此,在两个线圈中的并联电流的总和将是单绕组的两倍的数量级(2I),并且力F将是高达四倍。类似地,三个线圈中的并联电流的总和将是单绕组的三倍的数量级(3I),并且力F会高达九倍。类似地,四个线圈的并联电流的总和将是单绕组的四倍的数量级(4I),并且力F会高达十六倍。在替代实例中,例如,在其中该系统是在磁饱和极限操作,这样的极限将被更迅速地达到以及电枢364的操作速度会相应增加。
[0109] 因此,对于产生相同的力F,需要的绕组的空间可以通过多个并联电流绕组的操作大大降低。具有相等的力产出的所得电磁铁尺寸可以由更小的外径和/或由该组件的一个较短的长度被减少。在用于其他应用的集成燃料喷射和点火系统的一些示例性实施例中,电磁组件的尺寸可以由多个绕组、直径、长度和电磁线选择的各种其它组合来降低。
[0110] 在集成燃料喷射和点火系统的另一实施例中,多个绕组可瞬间并联操作以迅速加速电枢364以打开阀301,随后,能够通过能量节省周期例如使用脉冲宽度和/或频率调制,来选择用于操作的绕组之一,以保持阀打开。这大大减少了在线圈组件中产生的热量,使能更迅速为燃料流过系统或环境去除这种热量。
[0111] 在其它实施例中,在多个绕组组件中的磁线尺寸选择和/或每线圈的绕组数量可以变化,以满足特定应用的要求。例如,一个特别有利的系统能够利用所有线圈以初始加速阀301到打开位置,随后应用来自所述一个或多个线圈的回扫能量,以至少部分地创建由电极304和307提供的洛伦兹等离子体加速和点火事件,和/或使用电流进行脉冲调制以产生通过变压器原理被耦合来产生用于这种目的更高的电压的感应能量。
[0112] 本集成燃料喷射和点火系统360L能够提供许多优点,包括但不限于以下内容。例如,与同样的空间W1+W2+W3+W4等同时卷绕两个或更多相邻的导线相比,制造和堆叠两个或两个以上的绕组(例如,磁体绕组372A、372B、372C、372D,等)更快,更容易,并且更便宜。例如,它是非常有利的,使用电阻的一小部分,产生相同的数量级n,以使相应的较高的总安匝以及性能的非常大的改进成为可能。例如,有利的是,其提高了散热和除热能力,用于通过减少热传导路径包括多个绕组的分离器的距离来减少线圈绕组的工作温度。例如,在某些应用中,有利地在通过和/或相邻的线圈之间,利用燃料、冷却剂和/或其它的流体流动以除去热量,以及用于这种在流体中待被获得的热的更大的燃料燃烧效率和/或在动力冲程期间的直接喷射以做功,或在排气冲程在另一膨胀器中做功,例如涡轮增压器或涡轮发电机。例如,有利的是,这样的流体流动被布置在不同的合适的方式,包括轴向和/或径向,从内向外和/或从线圈外向内至孔,以直接流入至燃烧室的通路和电路。例如,在集成燃料喷射和点火系统360L的某些实施例中,经过该阀301的流体流动被引导到一个或多个切线入口通路311,进入环形空间313的相对大的半径圆周区,其提供输送到燃烧室,例如,在燃烧室的喷射区317中,通过回转环形空间315的减小半径。喷射区的317是分层电荷燃烧区,其被自适应地成形并渗透以最大化氧化剂,即,空气利用率,以:加快燃料的氧化;增加和扩大剩余的氧化剂(如空气)的做功;保护润滑汽缸表面;减少对活塞、汽缸、阀和头表面的热传递;并提供剩余氧化剂作为燃料行程和漏气的屏障,该漏气穿过燃烧室密封件,如活塞环、阀及阀密封。切向进入环形空间313的流体包括等离子体,可以由化学剂的活化和/或通过电能来形成从而产生角动量和涡流,其由流过所示的回转环形空间315的减小半径的流加速。在燃烧室退出回转环形空间315的半径减小的孔时,流体射线以直线继续以产生表达进入燃烧室的轴向和径向速度幅度的渗透向量的扇形。这种渗透向量可以以频率和出口速度幅值被脉冲,其通过应用在区域315中的电离能,例如,如在所需脉冲频率的电和/或化学和/或热离子化,被自适应地增强或减弱。
[0113] 图3E示出了与燃烧室330连接的集成燃料喷射和点火系统360L的端部的放大图。装配360L包括示例性的在环形空间313中的超合金屏卷或单启动或多启动螺旋金属或陶瓷的特征331,例如,以呈现增加的表面曝光、热容量,以及延长行程距离,用于增加传递到燃烧室330的燃料分子的循环传热率。
[0114] 图4A示出了具有可调冲程装配的集成燃料喷射和点火系统400的另一个实施例。系统400可以利用各种机制,例如,包括气动致动器、液压致动器、电磁致动器、或磁致伸缩致动器,或螺纹,以推进或缩回允许电枢410和/或燃料控制阀416的空间以冲击。可调冲程系统适用于前面所述的实施例中,例如,如在图1A、1B和3A或3B中所示的集成的燃料喷射和点火系统的实施例,连同其他各种阀操作安排。
[0115] 在图4A所示的示例性实施例中,当合适的致动器,例如,诸如磁致伸缩或压电元件408,被致动以收缩和放松通常将停止件402锁定在所需的轴向位置的通常应用的预应力推力时,冲程是由电枢410和/或阀416在停止件402的面412上所施加的力所调整的。放松侧推力的致动器408的致动使得由电枢410施加抵住面412的力移动停止件402抵住压缩弹簧414,并且延长冲程至所需幅值,在该时刻,示例的压电致动器408是允许返回到预应力常锁位置。
[0116] 例如,当电枢410和/或阀416处于或移向常闭位置以关断燃料流动时,缩短调节阀冲程能够实现。由示例性压电致动器408所施加的位置锁紧力的松弛允许压缩弹簧414迫使停止件402更靠近电枢410,从而缩短了阀416和/或电枢410的允许冲程,如图所示。
[0117] 例如,驱动磁致伸缩或压电致动器组件408所需要的电能可通过任何合适的来源提供,例如,包括利用在各致动结束时线管406的磁线圈建立的感应场排出的回扫能量和/或可通过脉冲通过线圈406或另一电感器的电流来产生。这种能量由电池和/或电容器存储,其可位于绝缘体组件422和/或424中,以及适当的电能条件和协调的切换以快速执行期望的冲程调整,被自适应地通过系统400的控制器420来提供,例如,其可以以类似于在之前描述的控制器110或210的方式操作。
[0118] 提供动力给并交互地调整阀运动,以及幅度、喷射渗透、和燃料爆破模式的阀致动系统的自适应利用率提供了在燃烧室内的燃烧过程和氧化剂利用率的控制。这样的控制正在迅速实现以优化燃料选择的互换使用,这些燃料选择可能差别很大,从液态脂质到氢。这使最佳“空气利用率”能快速引起和加速燃料的完全氧化,以及对由燃烧所释放的热量的绝缘,以及这样的绝缘空气的膨胀以结合燃烧产物的膨胀增加做功生产。
[0119] 例如,特别有利的是应用电枢的力和运动(例如,如在各自系统的电枢350或410)以迅速调节燃料计量阀340或416的冲程。说明性地,例如,在一个周期,诸如发动机的动力冲程,阀的行程(例如,如在各自系统的阀340或416)能够快速地在一个或多个快速阀致动周期的过程中被调整以提供随燃料选择类型、能量密度、粘度、压强和温度变化的优化燃料流量的要求。
[0120] 图4B示出了喷射喷嘴430的示例性实施例的示意图。喷射喷嘴能够被连接到集成燃料喷射和点火系统400或在燃烧室的接口的其他公开的喷射/点火装配。喷射喷嘴430提供在升高的温度下颗粒432的涡流加速分离,以及冷却的燃料颗粒434通过室436的喷嘴430,作为兰克-希尔施涡流管分离影响的结果。这种热分离的燃料流动的完成燃烧的渗透距离都依赖于颗粒的粘度和质量,以及喷射压强梯度和,该两个分离的流被喷入燃烧室所通过的喷嘴的形状。
[0121] 示例性地,化学等离子体生成燃料剂,例如,较冷的颗粒可通过中央喷嘴被喷射,以及较热的颗粒可因此通过一个或多个围绕或同轴的喷嘴被喷射。在初始温度T1的燃料颗粒的群体在打开阀门416时由一个或多个不对称孔或槽438以切向被引入室436,以提供涡流能量,随着燃料颗粒通过室436以在平均燃料喷射温度T2释放颗粒434的更冷流动,和在平均温度T3的较热的颗粒432的质量平衡(例如,T3>T1>T2)。喷射喷嘴430能够包括喷嘴系统440,其可以是任何合适的几何结构以提供在温度T3的较热的颗粒432和在温度T2的较冷的颗粒434的分离流的通道,如图所示。喷射喷嘴430可被固定,以提供恒定的流动面积,或相对于孔口442和/或机械地联接到阀416的运动的从常开或关闭位置产生的压强。这种喷嘴的自适应调整功能使广泛的响应能优化发动机的操作。
[0122] 图4C和4D示出喷射喷嘴450和用于引导切向进入和燃料颗粒的初始群体的涡流的方法的另一个实施例的示意性图。例如,当打开燃料控制阀416后,喷嘴450的一个或多个孔,如464和466,允许流动通过导管452和孔口460进入一个或多个螺旋槽的孔466以引导燃料成旋转加速度,并产生通过在内护罩462中的导管454,456,458等的涡流,如在喷射喷嘴450的横截面图4D中所示。对于通过出口464离开的热粒子的涡流加速分离以及通过出口466离开的冷颗粒,如图4C中喷射喷嘴450的视图所示。
[0123] 例如,在这种安排下,相比于较热的颗粒以启动和完成燃烧的穿透距离,较冷燃料颗粒穿透更大的距离以启动和完成燃烧。这种操作的自适应调整能够有各种益处,例如,包括在每个特征燃烧室几何结构中氧化剂利用率优化,其作为燃烧剂(combustant),并被剩余的氧化剂绝缘,转矩产生的快速调整以满足负载的变化和氧化剂利用率的优化,包括由剩余氧化剂做功。
[0124] 类似地,例如,用于电驱动冷或热等离子体点火和燃料粒子加速和燃烧,要么喷嘴路径可以被选择以进一步调整热和冷燃料颗粒的各个渗透距离,以为如优化对于特定的燃烧室几何形状和活塞速度的氧化剂利用率的目的。这使得应用在各种各样的负载特性、占空比、燃烧室设计和操作模式中成为可能。
[0125] 点火和/或洛伦兹加速系统,例如如图1A、1B、3A和3C中所示,通过施加电离电能被提供,该电离电能通过电缆(例如,如电缆396,如图3A中所示)和/或通过来自回扫变压器的内部连接(例如,如变压器372)。替代的电极配置,例如图1B、3C和4B中所示,使得几乎任何燃烧室几何结构能够接收优化燃料分布和空气利用率,用于最大化突破平均有效压强发展。
[0126] 本发明公开了具有相比传统燃料的较低点火能量的化学中介燃料物质。还公开了系统、装置和方法以制造和实现该化学中介燃料物质。
[0127] 在一些实施方案中,所公开的化学中介燃料物质直接使用所描述的系统、装置和方法从常规燃料产生。例如,这样的常规燃料包括,但不限于,燃料酒精(例如,甲醇,乙醇等)、甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮和氢。所公开的化学中介燃料物质可充当中间燃料物质,能够被激活以被用作燃料剂、清洁剂和其它描述的功能。例如,该化学中介燃料物质可从以化学等离子体生成剂的形式的常规燃料来生产,(例如,本专利文件中也称为化学等离子体生成器、等离子体生成器、燃烧加速剂或自动点火器)。例如,通过将传统的燃料转化为中间燃料物质,一种新的化学物质以具有内建的作为化学燃料势能的吸热能量被形成。所公开的化学中介燃料物质具有比它们所来自的燃料物质更低的最小点火能量。最小点火能量(MIE)是例如通过热和/或放电或静电放电点燃可燃蒸气、气体、等离子体或其他相的燃料物质所需的最小量的能量。例如,当靠近点火区的热量释放的速率大于通过传导的热损失,燃料/空气混合物的点火是可能的。
[0128] 所公开的化学中介燃料物质通常比传统燃料对选定的反应,例如,包括燃烧反应,更不稳定。所公开的化学中介燃料物质能够用作中间燃料物质以在比常规的燃料低得多的温度引起燃烧。例如,中间燃料物质可被触发以产生′化学活性剂′,例如,它可以获取自中间燃料物质的成分,并包括离子和/或自由基。在一些实例中,化学活性剂的产生可通过收集一定量的热能(例如,加压喷射进入发动机的燃烧室)获取,这通常远少于燃料与氧化剂的燃烧所需要的热能。在一些实例中,化学活性剂的产生可通过产生离子电流(例如,在其中所述化学活性剂充当等离子体剂)被触发。
[0129] 化学活性剂(例如,形成的离子和/或自由基)比化学中介燃料物质(中间燃料物质)更加不稳定。例如,在燃烧室中,所形成的自由基在低得多的能量(例如来自火花的热和/或电能)充当与氧化剂氧化的引发剂(例如,由进入的空气提供)。在一些实现中,中间燃料物质能够被转变为化学活性剂以引起燃烧,其中从这样的燃烧所释放的热能够进一步提供必要的热量以燃烧其他物质,例如相比于以前的燃烧剂的更高的MIE。在这样的示例性实现中,基于在示例性的级联燃烧序列中产生的热量,次级和随后的燃烧剂能够包括其他化学活性剂(例如,具有更高的MIE)或者甚至是常规燃料。因此,例如,所公开的化学中介燃料物质可作为自动点火器和/或燃烧改性剂。例如,该化学中介燃料物质能够充当化学活化剂以诱导产生等离子体(例如,在燃料喷射和/或点火系统中),并控制热量释放的模式。在这方面,化学活化剂的密度、化学活性剂的表面与体积比,化学活化剂的分布的模式,和/或化学活化剂的喷射进入压缩加热的氧化剂的速度的自适应控制使能生产分层热释放,提高氧化剂利用效率和优化主机发动机的制动平均有效压力。
[0130] 在一个方面,一种启动燃烧的方法,包括转变中间燃料物质为一成分,其包括至少一个离子或自由基,该中间燃料物质使用燃料通过化学转化形成,其中,中间燃料物质具有相比于燃料的点火能量的较低点火能量,喷射成分进入发动机的燃烧室,并提供气态流体,包括燃烧室的氧化剂,以在燃烧反应中与成分反应,其中各成分的燃烧反应以相比于该燃料物质的燃烧反应的能量的减少的能量发生。
[0131] 在另一个方面,用于使用中间燃料物质来引发燃烧过程的方法包括:从中间燃料物质形成化学活性剂,喷射化学活性剂到燃烧室中,化学活性剂能够与氧化剂以相比于常规的燃料的燃料-空气比率的较低的燃料-空气比率斤燃烧,并提供包括在燃烧室内的氧化剂的气态流体,氧化剂在燃烧过程中与化学活性剂反应。
[0132] 在另一个方面中,一种除去化学沉积的方法,包括从中间燃料物质形成化学活性剂,并通过室加速化学活性剂,化学活性剂能够与所述室中表面上形成的化学沉积反应,其中所述加速所述学活性剂从表面除去至少一些化学沉积。在该方法的一些实现中,例如,化学沉积可以从燃烧过程形成在表面上。在一些实例中,化学活性剂可通过改变室内的压力、向室中引入热量和/或产生在室中的电极之间的电场以产生离子电流的一个或多个从中间燃料物质形成。例如,洛伦兹力可以被产生,使用示例的电极,以加速化学活性剂,例如,以特定的距离和速度通过该室。在其它实例中,化学活性剂能够通过创建在所述室中的阻流压缩被加速通过该室。例如,该方法可以被实现以去除在燃烧室中的化学沉积。又例如,该方法可以被实现以去除燃料喷射器的流动室中的化学沉积,该燃料喷射器接口于,例如,它可以与燃烧室连接,从而去除两个室的沉积物(′清洗′)。
[0133] 在另一个方面,用于在发动机中使用化学中介剂的系统包括燃料容器以包含燃料,流体地连接到燃料容器以接收燃料的重新形成单元,所述重新形成单元包括反应器容器以将燃料化学转化成中间燃料物质,该中间燃料物质具有相比燃料的点火能量的较低能量,以及流体地连接到所述重新形成单元并接口于发动机的燃烧室的端口的燃料喷射和点火单元,燃料喷射和点火单元激活中间燃料物质转化为化学活性剂,包括自由基,并将化学活性剂喷射到燃烧室中以引起燃烧,其中燃烧以相比于燃料的燃烧反应的能量的减少的能量被引起。
[0134] 示例性的化学中介燃料物质包括,但不限于,N-乙基咔唑(N-ethylcarbazole),十氢萘(decahydronaphthalene),全氢化-4,7-菲咯啉(perhydro-4,7-phenanthroline),二氮烯(N2H4),乙炔(C2H2),乙醛(CH3CHO),环己烷(C6H12),二甲醚((DME)(CH3OCH3),和乙醚(DEE)(C2H5OC2H5)。所公开的技术通过添加和/或少氢化作用,重新形成,和/或燃料的再生热化学转化,例如,如发生炉煤气成分(如,CO+H2),甲醇,乙醇,氨以及其他选择,提供了能力以根据需要或在按需应用中产生示例性化学中介燃料物质,。这种等离子产生剂产生自由基典型为DME解离成CH3自由基并将DEE解离成C2H5,并且快速氧化被诱导,因为活化能量比CH4和C2H6的氧化低得多。优选地自适应管理化学等离子体生成器的每个选择的量作为响应于仪器的压缩比、活塞速度、发动机负荷、空气温度和/或洛伦兹和/或电晕辅助的函数,,该仪器使用传感器例如压电或法布里-珀罗传感器,和/或曲轴和/或凸轮轴加速度由传感器,例如霍尔效应或光学传感器图案,通过压强光学地监控BMEP和燃烧温度。
[0135] 在一些实现中,例如,醚,如二甲醚或乙醚能够通过醇的温度受控的脱水,其能够通过伴随酸(例如,如浓硫酸)实现,用于如方程式1和2中分别所示的甲醇或乙醇的重新形成。
[0136] 2CH3OH→CH3OCH3+H2O (方程式1)
[0137] C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O (方程式2)
[0138] 可选地,例如,化学中介燃料物质如二甲醚,能够从热化学再生(TCR)反应器产品,如一氧化碳和氢气中产生,如方程式3所示。
[0139] 2CO+4H2→CH3OCH3+H2O
[0140] (方程式3)
[0141] 图5示出了使用重新形成或热化学再生转化中的至少一个产生一个或多个中间燃料物质(例如,化学等离子体生成剂)的系统590的框图。该系统590包括燃料容器591以用于存储燃料,例如,传统的燃料。该系统590包括重新形成系统593以将燃料重新形成为化学等离子体生成器,例如,如在本实施例的醚(例如,如DEE和DME),和水。燃料能够从燃料容器591提供给重新形成系统593。所产生的化学等离子体生成器能够提供给燃料喷射器和/或点火器系统599。燃料喷射器和/或点火系统599可与发动机的燃烧595室相连接。在一些实现中,燃料喷射器和/或点火器系统599可被实现以将化学等离子体生成器转变为化学活性剂以及推动化学活性剂进入燃烧室595以引起燃烧,例如,与存在于燃烧室595中的氧化剂。在一些实现中,燃料喷射器和/或点火器系统599可被实现以喷射物质(例如,如化学等离子体生成器和/或燃料)进入燃烧室595,有或没有提供物质的转变或点火。例如,供给到燃料喷射器和/或点火器系统599的化学等离子体生成器能够用作燃烧室595内的燃烧反应中的自动点火器和/或燃烧改性剂。燃料喷射和/或点火器系统599的例子包括,但不限于,设备100A、100B、300、360,360L、400,以及在本专利文件中描述的和作为本公开的一部分引入的并入参考文献中所述的其它这样的设备。该燃料也能够被直接提供给燃料喷射器和/或点火器系统599,例如,使用阀589,以控制燃料向燃料喷射器和/或点火器系统599和重新形成系统593的供应。
[0142] 在一些实现中,系统590能够包括电解槽,以将水转化为氧气和氢气,其能够被路由回系统590在重新形成和/或热化学再生反应中用作原料。在系统590的一些实现中,在化学等离子体生成器(例如,醚)重新形成过程中产生的水可以被过滤和积累,例如,其能够用于其它目的,包括在热化学再生转化反应中提供氧供体。
[0143] 系统590包括热化学再生(TCR)系统592,其转化燃料成为化学等离子体生成器,例如,如在本实施例中的乙炔,这也可以被路由到提供给示例的燃料喷射器和/或点火器系统599并且用作在燃烧室595的燃烧反应中的自动点火器和/或燃烧改性剂。在一些实现中,TCR系统592能够从燃料容器591接收燃料。在热化学再生中使用的其他反应物能够从各种来源供给。在一些实现中,来自发动机的废气可以被供应到TCR系统592。在一些实现中,可使用膨胀机-压缩机系统(后面更详细地描述)将水从废气中提取,其能够被存储在水库并例如通过路由到TCR系统592。在一些实例中,存储在水库中的水也能够被供给到示例性电解槽来产生氧和氢。
[0144] 燃料喷射器和/或点火器系统599被配置在系统590中以接收化学等离子体生成剂(例如,从重新形成系统593和/或TCR系统592)和/或燃料(例如,从燃料容器591)。化学等离子体生成剂化学刺激一种类型的等离子体产生,以形成化学活性剂(化学等离子体成分),包括离子和/或自由基,例如,以不同于通过电离燃料以形成电离燃料颗粒的产生等离子体的方式。在一些实例中,燃料喷射器和/或点火器系统599能够被实现来提供能量(例如,以电能,热能,或其他的形式)以引发化学等离子体生成剂的活化成为化学等离子体成分。燃料喷射和/或点火器系统599能够被实现为推动化学等离子体成分进入燃烧室595,例如,通过洛伦兹力,压强的力,和/或热膨胀。产生洛伦兹力来推动氧化剂和/或燃料颗粒的示例,例如,可以如所公开的化学等离子体成分,其被提交于2013年3月15日或之前的题为“具有增强推力的燃料喷射系统”,代理人案为69545-8332.US01的美国专利申请中公开,,其通过引用方式全部并入作为本专利文件中的公开内容的一部分。化学等离子体包括离子、自由基,以及其他活性颗粒,并通过燃料压强的力和/或热膨胀推动该化学等离子体,以形成被投射的向量进入燃烧室使得每个燃料爆破能大大加快点火启动、氧化处理,并实现完全燃烧。通过使用化学等离子体成分作为燃烧的点火剂,化学等离子体成分能够提供完成燃烧过程的更快的开始和加速实现,例如,它可以被实现以实现燃烧具有或不具有燃料的爆破。
[0145] 在其它实例中,系统590能够包括声学点火单元以提供声能(例如,以超声能量或其他频率声能的形式)以引发化学等离子体生成剂活化成为化学等离子体成分。例如,声学点火单元能够被包括作为燃料喷射器和/或点火器系统599的一部分。在一些实现中,该声学点火单元能够刺激燃料喷射器和/或点火器系统599内的化学等离子体组分的活化,其可以被实现以随后推动化学等离子体成分进入燃烧室595,例如,通过洛伦兹力,压强的力,和/或热膨胀。在其他实施方式中,燃料喷射器和/或点火器系统599能够被实现以推动化学等离子体生成剂进入燃烧室595,并且声学点火单元能够被实现以刺激在燃烧室595内的化学等离子体组分的活化。
[0146] 在其它实例中,燃料喷射和/或点火器系统599能够被实现以通过电离燃料(例如,从燃料容器591经由阀589直接输送)产生电产生的离子和自由基,其中,该电产生的等离子体成分被通过洛伦兹力、压强的力和/或热膨胀推动进入燃烧室595。如所描述的,电所产生的等离子体成分还能够提供燃烧的更早开始、燃烧的加速过程,和每个燃料爆发的完全燃烧的更早实现,例如,如相比于通过电离火花塞间隙的常规点火。
[0147] 在一些实例中,燃料喷射器和/或点火器系统599能够被用来产生一个或多个电晕放电来启动活化化学等离子体生成剂成为化学等离子体成分和/或引发化学等离子体成分、以及任何化学等离子体生成剂、离子化燃料颗粒和/或与燃烧室595中的氧化剂一起的燃料的燃烧。产生电晕放电的例子在提交于2013年3月15日或之前的,题为“具有增强的电晕爆破的燃料喷射系统”,代理人案卷为69545-8326.US00的美国专利申请中公开,其通过引用被整体并入以作为本专利文件公开内容的一部分。
[0148] 图5A示出了一个系统500用于重新形成初级燃料或,使用热化学再生将初级燃料转变为一个或多个化学等离子体生成剂,其能够用来作为燃烧刺激剂或改性剂,例如,如乙炔,DEE和/或其他刺激剂,用于各种目的,包括点火启动、等离子体传播,和/或调整的另一燃料种类的其他燃烧特性。该系统500包括重新形成系统514,将燃料重新形成为化学等离子体生成器,例如,如醚(例如,二甲醚或DEE),和水。在系统500的一些实现中,燃料可以被重新形成为发生炉煤气型的成分。系统500包括燃料存储容器502,其流体地耦合到重新形成系统514,并构造为包含初级燃料。在一些实例中,初级燃料能够包括一种或多种选择的或其他燃料,例如,如酒精(例如,乙醇、甲醇、丙醇、丁醇等)和/或其它合适的化合物(例如,包括甲醛、福尔马林、甲酸,等等)。
[0149] 例如,如图5A所示,在方程式1、2或3的重新形成操作中产生的水可以由使用具有适合的电解电极的电解槽526和在合适的电解槽罐中的相关的过程组件的电解从该过程被除去,以提供输送氢气528和氧气530,和/或通过蒸馏,吸附剂或脱水反应从该过程被除去。例如,水可通过过滤或再生吸附剂,例如,如活性炭氧化,氧化镁,或沸石,从乙醚中被除去。
[0150] 在期望氢和/或氧的高产出时,来自适当的存储诸如容器或贮存器540的水可被引导通过泵542和控制阀552到用于额外递送和/或加压电解槽526的连接554。这使大范围的工作优化成为可能,例如,包括通过燃料电池或热机的具体的动力生产,通过利用电解槽526以供给氢气和/或氧气的加压供应的燃油经济性,以及获得更多的协同效益的能力,包括减少或消除污染物排放和可再生能源的提高的应用。
[0151] 例如,这种氢可以有利地加入到TCR产品或单独被用于控制排放,例如,作为一个燃烧刺激剂,和/或作为加速剂,和/或作为原料用于生产各种自动点火剂(化学等离子体生成器)。因此,例如,除了重新形成的原料(如,例如氨或烃化合物)以形成化学等离子体生成器,氢的应用可以包括生产和利用一个或多个连续的被激励的化学等离子体生成器,如乙醛,其在空气中在175℃(347°F)产生化学等离子体;DEE,用于在空气中在180℃(350°F)产生等离子体;环己烷,用于在空气中在245℃(473°F)产生等离子体;乙炔,用于在空气中在325℃(617°F)产生等离子体以及DME,用于在空气中在
527℃(980°F)产生等离子体。
[0152] 还公开了连续制备化学等离子体的过程,以提供所需要的化学等离子体生成器的净额的总体减少,以极大地扩大燃烧加速能力,以加速其它燃料的燃烧和/或自适应地控制转矩产生,以满足各种要求。例如,在某些应用中,有利的是包括一个或多个示例性的燃烧促进剂,例如,如DEE,环己烷,乙炔,二甲醚和/或氢,与一种或多种连续的被激励的化学等离子体的其它选择结合以在自适应地调整温度逐渐实现加速燃烧过程。
[0153] 在一个实例中,分解为自由基的具有低的温度阈值的第一化学等离子体生成器被注入到燃烧室以利用供给的(或现有的)减少的热量用于燃烧。由第一化学等离子体生成器形成的自由基充当第一顺序“燃料”,利用在腔室中的现有热或聚集热量,例如,通过在腔室的空气中的氧,被氧化。然后,第一化学等离子体生成器的燃烧从其燃烧释放出更多的热量,这反过来又提高了室内的温度。温度的增加能够促进具有较高温度阈值的化学等离子体生成器的随后燃烧,该较高温度阈值是高于第一化学等离子体生成器分解为自由基的温度阈值。例如,具有比第一化学等离子体生成器分解为自由基的温度阈值高的温度阈值的第二化学等离子体生成器能够被喷射入燃烧室,由于从第一化学等离子体生成器的燃烧所释放的额外热量,燃烧室的温度高于先前的状态。在一些实例中,一旦温度足够大,例如,通过连续的化学等离子体生成器的先前燃烧事件提供,常规燃料能够被供给至发动机的燃烧室。
[0154] 在这种情况下,例如,多个控制阀能够用来提供受控的燃烧特性的各种变化,包括关于输送正时、流速、流量间隔、以及压强,以及通过电等离子体点火和/或洛仑兹加速来加强这样的操作的能力的组合和排列的广泛的变化。这种控制阀的例子在后面的图7A和图7B中示出,如控制阀727a、727b、727c、727d、727e和/或767。这使得自适应地优化选择和利用极其广泛的燃料的选择和条件成为能够,包括几乎所有已知类型的燃烧室,例如,包括如冷启动、怠速、巡航、加速、全功率和热启动的操作条件。
[0155] 返回参照图5A,来自电解槽526的氧气可以用于各种目的,包括烃原料的部分氧化以产生氢、碳的氧化物以及热,如在方程式4所示。另外地或替代地,例如,氧可被添加到进气空气以提高表观容积效率和/或发动机的燃烧动力学,包括通过施加一种或多种化学等离子体生成器得到的好处的增强。
[0156] CxHy+x O2→CO+0.5yH2+HEAT
[0157] (方程式4)
[0158] 例如,在由方程式4总结的方法中利用氧代替空气提供了大得多的效率的热量的产生,并避免了大量氮气的应用,例如,如由方程式3所描述。
[0159] 例如,在需要氢和/或一氧化碳的快速加热和/或增加产量的情况下,氧气能够添加到热化学再生器。该氧可以通过电解和/或通过从空气过滤来制备和利用,如图5A中所示,作为在车辆应用中的可再生能源的很高价值的应用,或来自从发动机发电机主机或来自电网的非高峰用电的利用。可替代地,例如,示例性自动点火剂,如,例如二甲醚或DEE和水蒸气的一些或全部的混合物,如在方程式1,2和3所示,能够通过图1、3和4的集成燃料喷射和点火系统的示例性实施例直接喷射,以如先前公开的来点燃和操作发动机。
[0160] 在系统500的各种实施例中,适当燃烧剂电离系统,如那些在美国专利公开4,122,816、4,589,398、4,677,960、5,211,142、5,704,321、7,467,612、7,901,929,公开的美国申请号为2010/0156195和2010/0038971中所公开的,每个内容通过引用被并入作为本专利文件中的公开内容的一部分,可以与这种刺激剂结合使用,以提供加速燃烧模式,以优化性能和燃油经济性。在一些实例中,燃烧事件的快速开始和完成是通过利用电容放电点火设置提供的,以产生超音速冲击波和/或点火刺激频率的光速辐射,结合一种或多种化学促进剂,如分层电荷氧、臭氧和/或氮的氧化物和/或一个或多个电解和/或热化学再生组分,例如,如氢、二乙醚、二甲醚、乙炔、乙醛、或环己烷。另一实施例利用如火花塞瓷或如在美国专利申请2011/0041519所公开的高介电陶瓷绝缘体,其中整个文件以引用的方式被并入本专利文件中作为公开内容的一部分,以及一种或多种适合在电极对,例如140和114E或121和164或383和385或304和307之间的绝缘体107的表面上的电容放电
促进涂层。例如,形成硼碳的氮化物和/或碳化硅或硅的氮化物的涂层,如石墨或氮化硼或分散有硼和氮和/或硅原子石墨烯氧化物,可以执行双极性功能以促进这种电容放电。
[0161] 系统500包括热交换器元件506和504,其被用于可控地添加热量到储存容器502内的液态或气态的库存物,以通过管线507提供燃料输送所需的压强至燃料控制阀508、压强调节器510,并至三通阀512。被允许进入通过示例的三通阀512到受控温度重新形成系统514的燃料在填充有转化促进剂的槽的底部提供最初的输送,例如,发烟硫酸和/或浓硫酸或另一种合适的酸或催化剂以转化原料,随着其沿着高表面填料介质或引导,如螺旋盘518,以转化成所需的醚,其在顶部退出重新形成系统514的罐,如图5A所示。例如,用于相对快速热化学重新形成二甲醚生产操作的合适的热平衡和温度被保持在约150℃。
[0162] 在一些实施方式中,用于保持发动机温度(例如,在约120℃或更高)的加压工作流体能够提供重新形成系统514所需的大部分的能量,用于重新形成过程和从再生减速和/或来自发动机的废气和/或从部分燃烧补充能量,其能够被用于根据需要提供额外的能量。醚和水的混合物行进到过滤器520以除去水,以及醚被存储在蓄电池522和通过阀524被提供,例如,在其通过所公开的技术的示例性发动机燃料喷射器和点火装置或系统被需要时,如在图5A中所示的与系统500连接的燃料喷射器和点火装置600。
[0163] 除了提供燃料喷射和等离子体点火的结合能力,该示例性发动机燃料喷射器和点火装置也可提供对通过阀596和598的选定的流体的输送,以及在系统500中可包含附加阀以类似地提供其他选定的流体。在操作中,示例性喷射器点火器600能够提供对来自存储容器502的燃料的最终控制,燃料是通过组件的电路,包括压强调节器510、三通阀512和阀598以及被配置在发动机的燃烧室的接口的最终控制阀594被输送。最终控制阀594可以提供适当的控制功能的任意组合,例如包括,向内开启、向外开启、径向向外开启、径向向内开启、轴向滑动和旋转开启。因此,示例性喷射器点火器600还通过流体输送线路,其包括如图所示的过滤器520、阀596和最后的控制阀594,提供了化学等离子体生成剂的最终控制。例如,这样的功能可以由控制器来控制。系统500能够包括控制器511以控制系统500的至少某些不同组件的功能和相互作用。
[0164] 在一些实施例中,系统500还包括热化学再生(TCR)系统,其用于生产化学等离子体燃烧剂。TCR系统流体地耦接到燃料容器502。TCR系统包括热化学热交换器/反应器550,其可被用来产生化学点火和等离子体生成剂(例如,如乙醛(CH3CHO))。热化学热交换器/反应器550流体地耦接到逆流热交换器534和热交换器544和TCR系统546以接收反应物(例如,原料),用于热化学再生。热交换器544和546能够被设置为实质上平行于TCR系统中的逆流热交换器534。热交换器544和546接收水,例如,从储存器540,其被路由到热化学热交换器550用于在化学等离子体生成剂的生产中使用。逆流热交换器534接收燃料,例如,从燃料容器502,其被路由到热化学热交换器550,用于在化学等离子体生成剂的生产中使用。
[0165] 在这种实施例中,系统500包括供给泵532,用于自适应地从储存容器502加入初级燃料的选择(例如,如烃)或酒精燃料至TCR系统的逆流热交换器534,其也可以接收来自在热机的排气系统536的废气的热量,例如,如燃气涡轮或活塞式发动机(未示出)。在由系统500的膨胀机-压缩机系统538进行该废气的相称的冷却和离心加速后,水可以被分离并被收集在容器540。水,其可以以足够的防冻剂混合,例如酒精,可随后被存储在贮存器540并被在反应中用作为氧供体,例如,如在方程式5所描述的反应。例如,方程式5的产品依赖于原料燃料的选择,提供了多15%至30%的燃烧的热量。
[0166] HEAT+CxHy+x H2O→x CO+[x+0.5y]H2
[0167] (方程式5)
[0168] 膨胀机-压缩机系统538能够包括膨胀机-压缩机,其能够通过膨胀废气来驱动和/或由机械或电驱动的装置驱动,例如,驱动诸如图5A中所示的电动机537,以产生在排气系统中的相同或减小的背压。系统500能够被使用,从而排气系统部件能够由热化学交流换热系统(例如,组件534-544-546-550)和/或重新形成系统(例如,组件514和/或526)直接取代常规的排气系统部件,如催化反应器、尿素处理系统、废气再循环系统,和消声器)。在一些实现中,膨胀机-压缩机系统538可以自适应地被操作作为泵,以减少最大转矩需求期的排气的背压,例如,如启动/牵引大惯性负载,快速加速,并移动向上/爬坡,等。类似地,例如,在膨胀机-压缩机系统538的自适应操作使在发动机操作的其它时间的水的较高提取率成为可能。例如,发动机的效率、性能和耐久性被提高,以及减少资本成本和运行费用
[0169] 例如,甲烷(CH4)可被转化为一氧化碳(CO)和氢(H2)。这能够通过从排气系统外收集水来完成,例如,通过运行系统500的涡轮增压器541,如,用于增加空气升压的目的,以及得到的排气更冷以达到特定的点/量,使得100%的相对湿度在排气系统中产生用于水的收集。所收集的水能够碰上热化学再生系统以产生更多的CO和H2,其中,更多的燃料值能够被带入化学等离子体剂生成产品,例如,如二甲醚,DEE和/或乙炔。
[0170] 例如,在方程式5的吸热反应所用的热量可以是废热和/或由方程式4的氧化过程中释放的热量。例如,非常有益的是将热量优先增加至在热交换器544和TCR系统546中的氧供体(例如水),以为了加快方程式5的过程,并确保在烃原料的热分解温度以上进行的相当热量的增加是主要来自氧供体,例如,如蒸汽和/或醇蒸气。这防止了烃原料的降解进程,以引发富碳、清漆状,或“焦糖状”,和粘性物质在换热器表面的有问题的沉积。
[0171] 在一些实现中,由TCR系统的热化学热交换器550所产生的一氧化碳和氢(煤气)可被用来产生化学点火和等离子体生成剂(例如,如乙醛(CH3CHO)),其可以从如方程式6和方程式3中描述的TCR发生炉煤气(例如,在方程式(3)中的H2)和原料烃(例如,如丙烷,乙烷或甲烷)生产。
[0172] 在一些实施方案中,环己烷能够类似地通过烃重新形成,例如,如丙烷、乙烷或甲烷与发生炉煤气(如氢)一起在280℃到300℃(530°F-570°F)重新形成下合成,如在方程式7中所描述的,其可通过初始氢气加压和/或自加压,进一步用合适的反应支持介质,例如,如二氧化硅或多层石墨烯支持的镍和/或镍-铜催化剂来辅助。
[0173] 在一些实现中,乙炔可以通过对烃脱氢或重新形成,例如,如甲烷而产生,如在方程式8中所描述。
[0174] TCR源的发生炉煤气可以类似地用于合成DEE或DME,如方程式3中说明性地所展示。这些发生炉煤气成分也可以被单独利用或作为与一种或多种点火驱动剂的混合物,如在方程式1-8所示,和/或被直接喷射并在热机中燃烧,其优点是燃烧更迅速,并在发动机燃烧时产生实质上更多的热量。
[0175] CO+CH4→CH3CHO (方程式6)
[0176] H2+6CH4→C6H12+7H2 (方程式7)
[0177] 2CH4→C2H2+3H2 (方程式8)
[0178] 在一些实现中,水(例如,如由方程式1、2或3的重新形成操作产生的水)还可以通过与碳化钙(CaC2)反应从过程或产物除去,以提供乙炔(C2H2),如方程式9所示。用于此目的的水可以由储存罐供给和/或萃取至废气和/或通过反渗透、过滤、或再生吸附剂,例如,如活性炭,氧化钙,氧化镁,或可再生各种沸石,从库存的化学等离子体生成剂(例如,如醚)移除。
[0179] CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2 (Eq.9)
[0180] 在一些应用中,希望从烃原料产生化学等离子体生成剂(例如,如乙炔和环己烷)的各种组合。类似地,例如,DEE,二甲醚,和/或乙醛,可以离散地、连续地被产生和利用,或被混合或可选地与乙炔和/或环己烷混合。这些物质可以用于产生在不同喷射穿透距离的等离子体的分阶段的生产,以点燃其它燃料(例如,如烃类),它们从而在燃烧的开始、处理阶段、和完成被加速。
[0181] 在另一种模式的操作中,这样的自动点火和化学等离子体生成剂(例如,如乙炔或醚,类似于二甲醚或DEE)能够在电动电离系统故障的情况下被用作操作选项以在被喷射进入压缩空气时以超过自动点火温度和压强的压强点燃。这种自动点火能够被提供具有或不具有共喷射的另一种燃料,例如,诸如燃料酒精,丁烷,丙烷,氢气,甲烷,天然气,汽油或柴油燃料。
[0182] 例如,根据压缩比、活塞速度和燃烧室几何结构,引发并加速其它燃料成分的燃烧的一个或多个化学等离子体生成器(例如,如乙醛,环己烷,乙炔,二甲醚和/或DEE)的合适的自动点火能够以这种化学等离子体发生剂选择的相对较低的混合浓度被完成。这能够极大地扩展燃料的选择范围,能够使最低的成本和对环境有利的燃料成为可能且无功率损失。
[0183] 这些示例性的燃料自动点火剂与如等外(off-grade)汽油或柴油燃料一起施加,能够使该液体燃料位于、接近于、或者在上死点(TDC)后多级进行输送,以加速燃烧的开始并且保证完成燃烧迅速得多,例如,与常规的火花塞或十六烷值额定燃料的压缩点火的限制相比较。它特别有利于在热化学再生步骤中利用这种汽油燃料中的至少一部分,以形成一氧化碳和氢,并以这些一氧化碳和氢的至少一部分转化成乙醛,二甲醚和/或DEE。这在燃烧时可以提供与来自原始燃料的其他利用相比,更大的能量输送,以及更迅速的燃烧的点火和完成。
[0184] 图6A和6B示出了结合进一步的特征的燃料喷射和等离子体点火系统600A和600B,这些进一步的特征提供醚或其他化学等离子体生成剂或类似的物质的等离子体和/或自动点火,在期望的时间使这些特征成为可能,包括在等离子体点火系统的故障时点火刺激剂和/或燃烧过程改性剂与自动防故障安全连续电力生产一起被需要的场合。例如,在说明的操作中,不能被压缩点火点燃的燃料的选择能够通过提供合适的点火的电离子化被使用。示例性的燃料能够包括液体,如汽油,燃料酒精和丁烷和/或蒸汽燃料,如丙烷和湿燃料酒精,以及气体燃料,如氢,甲烷或天然气。
[0185] 例如,活塞速度是影响喷射进入燃烧室的正时的一个因素。例如,如果燃料是在具有高活塞速度的发动机(即,高频发动机)的上死点后(ATDC)喷射的,燃料必须燃烧更快,以便受益于ATDC期间产生的转矩,例如,在曲柄旋转90度,或60度,45度等等之前燃烧燃料。这是由燃料喷射和点火系统的洛伦兹推动燃料的实现能够做到的,以为正时活塞速度条件提供更大的燃料喷射速度,以受益于被释放的燃烧热量,例如,否则由于排出热量被浪费,而它本来可以做功的。在一些实施例中,燃料能够由系统500产生的化学等离子体生成剂来化学激活,其可被用来减轻燃料喷射和点火系统的洛伦兹推压所需要使用的电流,并因此降低电极的侵蚀,从而延长了电极的寿命。例如,电极上的减小的电流产生能够通过使用化学等离子体生成剂在施加洛伦兹推力来实现。例如,所公开的技术能够使洛仑兹基于由化学等离子体发生剂开始的化学等离子体发生,然后加速它,从而降低了洛伦兹推进器(电极)上电流。
[0186] 图6A所示的系统600A包括配合件638A,其提供了连接以接收被用作个体选择或各种混合物的燃料。该系统600A可被实现,以使得发动机能够与通过端子627、绝缘导体614、电极686和电极685施加的电离电压一起被操作,以产生火花、电晕和/或洛伦兹推动离子电流进入伺服的发动机的燃烧室。该系统600A包括一个或多个控制器622a和622b以控制系统600A的至少一些各种组件的功能和相互作用。
[0187] 一个或多个化学等离子体生成(自燃)剂,例如,如DEE、乙炔、和/或二甲醚,等等,都能够被喷射到发动机的燃烧室中,以产生动力。重要的优点包括利用化学等离子体生成剂以继续发动机运转而没有电点火,有机会通过利用热化学再生燃料种类,以提高发动机效率,并且通过燃烧模式的控制自适应实现定制的转矩产生的能力,以及产生的压强的发展提供比可能的柴油燃料更多的每单位燃烧能量的做功。
[0188] 化学等离子体生成剂能够连同初级燃料一起在希望改变点火和/或其它燃料,如燃料酒精,汽油,甲烷或天然气的燃烧特性时(例如,加速燃烧或改变由燃烧所产生的辐射(radiative)信号)被利用。而这样的自燃化学等离子体剂能够被喷射以克服在发动机运转关键时期的能量释放不足,如,如高机提升以满足转矩要求或克服初级电点火系统的问题。
[0189] 在一些实现中,化学等离子体生成剂能够被用作自动点火剂并可机械计量或阀控制,并在自适应正时实例时喷射以点燃初级燃料,而没有正常被使用的操作,例如,包括用于引起燃烧的电离。因此,使用所描述的化学等离子体生成器在发动机中燃烧可发生′无火花′燃烧。在达到压强引起的,或热传导和/或辐射驱动的升温至高于约160℃(320°F),等离子体刺激剂,例如在空气中的示例性醚化学等离子体生成器能够迅速传播等离子体,以诱导在整个分层电荷的燃烧,例如,包括与燃料的混合物,该燃料在由柴油发动机的压强升压增压器产生的最高的压缩温度和压强下不会点燃和燃烧。
[0190] 图6B示出了通过自适应正时喷射进入燃烧室以点燃燃料,操作计量化学等离子体生成剂用于自动点火的而不使用通常利用的点火过程,例如燃料的电离子化用于燃烧的系统。图6B的系统600B的某些实施方案提供一个或多个燃料计量装配,如装配695,694,629A和629B计量阀的机械操作。例如,装配695表示包括活塞693的静止圆筒695,其中装配695耦接至液压管或强化软管694。机械致动可以通过一投掷盘、具有凸角的凸轮轴,例如,旋转凸轮凸角,或者传统的进气或排气阀凸角690被提供,其进一步用于轴向致动燃料控制阀如阀装配629B的活塞692内的滑阀(spool valve)。例如,这种凸轮致动可以直接地或通过合适的联动制成,如推杆、缆线、气动或液压系统,该系统传送凸轮力以间歇地操作装配629B内的燃料计量阀,并提供燃料流爆破。
[0191] 如图6B所示,装配693-695可以通过合适的机构进行移动,如绕轴697旋转的液压缸或杠杆694c来将装配693-695定位于引导的轴向位置,以提供用于活塞693接合凸轮690至所需的连续控制燃料的喷射量的程度。因此燃料喷射的量能够从没有至最大值之间被改变,包括空闲、加速、巡航和全动力的适当的设置。
[0192] 例如,在活塞693被啮合且由旋转凸轮凸角690的通道轴向移动时,液压流体被从静止筒695通过液压管或强化软管694移动,以移位装配629b内的活塞692,以提供由配合件638b供给的燃料流动,以穿过活塞692的示例性滑阀的环形通道被输送,例如,通过系统600A的通道657b和624以及阀668用于喷射进入燃烧室607,如图所示。例如,燃料随后围绕活塞692的滑阀中的环形通道流动,从而至通道657b,经过环形空间616至一个或多个合适的终端阀,例如,如径向开启部件666,以输送燃料爆破至燃烧室607,如图所示。例如,当凸角690被移动至经过位移的角部,活塞693和692通过合适的压缩弹簧698和699返回到它们的常闭的位置,分别如图所示。
[0193] 公开技术的另一种示例性实施例利用化学等离子体生成器生产系统,例如,如系统500,结合燃料阀控制的类型产生的燃料爆破向量和图1A所示的装配100A的定向喷射端口118。例如,这可以通过化学等离子体生成剂被提供,例如,如乙醛、乙炔、环己烷、DEE,或DME,在有或没有电离子化的结合以引发和加速燃料燃烧完成。
[0194] 在一些实现中,也可能是特别有益的是利用燃料喷射和等离子体点火系统600A和600B喷射示例性化学等离子体生成剂(例如,如二甲醚或DEE醚)的比例浓度的多个爆破,作为点火剂,连同非常便宜的未精炼的燃料,例如,如等外汽油燃、植物和/或动物来源的生物柴油燃料,湿式或干式燃料酒、发生炉煤气、氢、一氧化碳,天然气或可再生甲烷。快速优化被阀装配629b正时的适应性的调整所提供以响应于光燃烧监控系统600A/600B的速度,例如,通过光管或光纤617和计算机622a或系统300A提供,例如,由光学318和计算机310提供(如图3A所示),来控制在燃料混合物中的示例性化学等离子体生成剂(例如,醚)的压强、浓度以及输送模式特性,。
[0195] 例如,被由洛伦兹力和/或压强的力和/或热膨胀所推动作为等离子成分进入燃烧室的电可产生的离子和自由基能够提供燃烧的更早开始,燃烧的加速过程,和每个燃料的完成燃烧更早的完成,例如,与通过火花塞的间隙电离的常规点火相比。类似地,例如,自动点火剂化学刺激另一种类型的等离子体产生,其中化学等离子体包括离子、自由基,以及其他被激活的颗粒,并由燃料压强的力和/或热膨胀推进该化学等离子体,以形成投射向量进入燃烧室,使燃料爆破大大加快点火启动,氧化过程,并实现完成燃烧。
[0196] 所公开的技术包括自适应控制以及动态感测所描述的燃料喷射和点火系统、装置和过程,例如包括在这样的燃料喷射和点火系统、装置和方法中利用化学等离子体生成器。
[0197] 所描述的自适应控制可以被实现以控制电和/或化学等离子体燃烧过程的加速,并且能够同时或以选择的顺序被施加,例如,它可以用来提供以下示例性优点。例如,在化学和电等离子体刺激以同时或不同顺序排列而结合的实例中,消耗的电能的量可以被减少。例如,在化学和电等离子体刺激以同时或不同顺序排列而结合的实例中,燃料压强能够被降低,同时实现相同的燃烧加速特性和优点。例如,在化学和电等离子体刺激以同时或不同顺序排列而结合的实例中,需要相当少的自燃刺激剂,同时相同燃烧加速特性和优点能够被实现。例如,在化学和电等离子体刺激以同时或不同顺序排列而结合的实例中,宽得多的范围的可接受的燃料类型,包括杂质,例如,诸如水,氮气和二氧化碳的,可以被使用,同时实现相同的燃烧加速特性和优点。例如,发动机运行的一个新的周期可以通过采用所公开的技术被实现,该技术通过结合热化学再生,生成自动点火和/或燃烧改性剂,以提供相比于在压缩周期内存在于燃烧室中的颗粒或分子的更多的颗粒或分子和/或每个颗粒或分子的更多能量以用于在动力冲程做功产生膨胀,从而提供动力生产和效率改进。例如,更大的利用率和相对低等级的热量,例如,包括由冷却片或通过在散热器循环冷却剂所排斥的热以形成自动点火和/或燃烧改性剂可以被完成实现,并且伴随着在化学和电等离子体刺激以同时或不同顺序排列而结合的实例中,实现相同燃烧加速特性和优点,包括在其中任一类型等离子体不与其他一起使用的实例。
[0198] 例如,快速启动,更大的系统准备就绪,可调度性,和防故障的优点通过自动点火和/或燃烧改性剂的所公开实例被获取。例如,额外地,改进燃烧加速特性和效益在化学和电等离子体刺激相结合的情况下取得。这种点火技术在同时或不同的顺序排列被选择和/或组合,例如,包括其中等离子产生的幅度和类型被立即选择以优化每个燃烧室的操作和转矩要求的操作模式和实例。
[0199] 因此,通过实质上在TDC或TDC之后喷射初级燃料,并将第一燃料与共同呈现的喷射选定类型和量的示例性自动点火等离子体刺激剂一同点燃,燃烧的极其迅速的开始和完成燃烧能够被实现。例如,示例性自动点火等离子体刺激剂的这样的实施克服了“柴油延迟”的问题和敲动,以及克服燃烧淬火、发动机磨损、碳质沉积物、油污染和腐蚀冷凝物(例如,其长期困扰具有传统燃油喷射和点火系统发动机)。并入所公开的燃料喷射、点火和燃烧传感器能够实现自适应发动机控制系统,以优化由氧化剂和/或燃料组分的电离子化的使用,以及结合的或者专门的自动点火、化学等离子体生成、以及燃烧改性剂的使用。
[0200] 在一个方面,所公开的自适应控制和动态感测技术包含一个系统实施例,以实现车辆在没有可再生燃料加油设施的地区偶尔或互换操作。自适应控制和动态感测系统包括相关的系统、设备和技术,先前描述为作为对未节流的空气、氧气和/或另一种氧化剂进入发动机的燃烧室以提高热效率的一个选项。为了实现这样的内容,例如,自适应控制和动态感测系统能够分别使用如图1A,3A,3C和3D所示的示例性的燃料喷射和点火系统100A、300、360、360L,用于与优选的燃料,例如,如氢、甲烷和其他可再生氢供体燃料种类以及各种热化学再生燃料的种类进行操作。在一些实例中,自适应控制和动态感测系统还能够与车辆的预先存在的燃料储存,加压,和计量系统组合地操作。在自适应控制和动态感测操作技术的实施例中,示例性的燃料喷射和点火子系统100A、300、360或360L能够提供燃料的改进的点火,该燃料是由预先存在的控制器、燃料供给和燃料计量系统提供到燃烧室存储。
[0201] 例如,自适应控制和动态感测系统能够包括控制器,例如控制器110、310、420、511、622a或622b,以使预先存在的电动和/或机械的模拟或数字控制器和燃料计量系统能继续地能够用作,例如,备份和/或混动的操作,但通过仿真某些传感器数据(例如,如在废气中的氧浓度)得到改善。因为通过控制器,例如,诸如控制器110,的新的操作过程的管理能够提供改进的性能和燃料效率,其具有未节流氧化剂进入到燃烧室中,废气流中的氧气浓度典型地大于之前的具有节流或限制氧化剂进入操作。例如,如果没有故障的传统的电子控制系统,这将产生一个报警,它能够被由传统控制器给出的仿真氧传感器信号阻止,其由控制器110提供允许传统控制器在气压压强、温度、活塞速度、转矩条件的虚拟操作。“预期”的氧气信号的仿真将与节流氧化剂操作相称,而实际上与节流氧化剂的操作以及与子系统控制器110、310、420、511、622a或622b的确定的点火提供了被极大改进的发动机性能和燃料效率。
[0202] 例如,附加的传感器数据仿真能够根据需要通过控制器110被提供,以允许预先存在的传统控制器来保持存活并在某些操作模式继续测量来自预先存在的燃料箱的燃料,并提供其他车辆子系统,例如,如传输、散热风扇、驾驶室空调、动力输出、动力转向、动力刹车电动车窗、电动座椅,雨刷、驾驶控制以及收音机等的最佳操作。
[0203] 例如,在具有未节流氧化剂的示例性的燃料喷射和点火系统操作的唯一点火的模式中,通过系统(例如,系统100A、300、360或360L)的分层氧化剂等离子体的投射,相比它所取代的传统的火花塞,提供了更快的开始和燃烧完成。这改进了性能和燃料效率,因为氧化等离子体的热量保存的分层的电荷突然穿过自适应调整距离每动力周期进入燃烧室一次或多次以引发比可能的常规火花塞远远多的燃料和氧化剂的组合群体用于燃烧。自适应投射通过这样的示例性系统100A、300、360、360L提供的等离子点火能力和效率,远远大于传统火花塞的点火。例如,这是由于燃料和氧化剂的颗粒的相对较小的群体被影响的限制,并随后进行热淬火减缓燃烧,产生排放量,并严重地限制了可在火花塞间隙内被激活的远远小体积的燃料和氧化剂颗粒的可燃性燃料和氧化剂之比。
[0204] 在另一种自适应控制和动态感测技术的实施例中,控制器100A、300、360、360L,或511能够提供具有预先存在的发动机控制器的交互式发动机控制,以提供相关的传感器值的仿真,例如,如质量空气流量和废气中的氧含量,以使预先存在的发动机控制器和燃料加压和计量系统能以实际的燃料-空气比将燃料输送到燃烧室,这对于常规的火花、等离子体或预计的等离子体点火将是太贫乏的(lean)。改进的发动机性能、燃料经济性和车辆范围通过电和/或化学诱导的等离子体射线的喷射和点火的自适应正时被实现,该射线被喷射到由预先存在的系统所提供的空气质量中。这种等离子体射线可以由从热化学再生物质(例如,如一氧化碳和氢)衍生的燃料值颗粒和/或其它燃烧促进剂(例如,如二甲醚、二乙醚、乙醛或环己烷)构成。在转换后的均质充电的发动机运转时,预先存在控制器和所述自适应控制和动态感测燃料输送系统响应于仿真信息,例如质量空气流量和排放氧气浓度信号,例如,类似于对应于车辆在巡航控制下长的山路,其燃油消耗率飙升到50或100英里每加仑(mpg)。自适应控制和动态传感系统的控制器实际上通过操作未节流的空气进入和分层充电输送等离子体点火射线的发动机,以提供在更贫乏的燃料空气比下的保证的点火,极大提高了在水平和/或爬坡级公路的性能,并实现燃油经济性。例如,其它的电子控制功能,例如,如传输、制动器、空调器,以及其他各种动力辅助功能,继续由一个或多个预先存在的控制器来控制。经转换的柴油发动机的操作类似地实现,其中自适应控制和动态感测系统的控制器提供从组中选出的事件的自适应的优化定时,例如,包括开始氧化剂离子体喷射,氧化剂等离子体喷射的持续时间,开始燃料喷射,燃料喷射持续时间,燃料等离子体喷射的开始,燃料喷射等离子体的持续时间,冷却剂注射的开始,冷却剂注射持续时间,这类事件的重复之间的持续时间。
[0205] 在操作中的另一示例性模式中,分层充电氧化剂等离子体能够任选地投射到燃烧室,紧接着是一个或多个分层充电燃料等离子体喷射,以提供优选的燃料种类和/或常规的燃料颗粒的燃烧更快开始和结束。例如,这可以提供发动机性能的进一步改进和更大地减少或消除二氧化碳和氮的氧化物,作为组合的操作的自适应选择的结果。获得的示例性优点包括更大范围的操作,提高的发动机的性能和寿命,以及改进的燃料经济性,包括常规的和/或优选燃料的利用率。
[0206] 在操作的其它示例性模式中,传统燃料计量系统能够被抑制或以其他方式由所描述的自适应控制和动态感测系统的控制器管理(例如,诸如控制器110),以使预先存在的发动机控制器能执行虚拟燃料计量和点火操作,以为了使控制器110以被直接喷射和使用的优选或传统燃料的选择来自适应地管理和优化燃烧室的操作的目的。例如,这能够提供进一步的燃料经济性和性能方面的改进,包括更高的氧化剂利用效率,包括从邻近活塞的燃烧室淬火区,气缸壁和头组件的燃料颗粒的剩余的氧化剂绝缘。例如,分层充电氧化剂等离子体能够任选地被投射到燃烧室,随后一个或多个分层充电燃料等离子体喷射,以提供优选的燃料种类和/或常规燃料的燃烧更快的开始和完毕,和具有改进的发动机性能和更大的减少或消除二氧化碳和氮的氧化物,作为操作的组合的选择的结果。
[0207] 例如,这使得成本相对较低的控制器,如自适应控制和动态感测系统的控制器110以极大提高的结合操作来控制预先存在控制器,包括非常快速和方便的发动机和/或车辆转换到用少得多的污染型和实质上不太昂贵的优选的燃料操作,从而提供在对象车辆中的回报-投资的迅速完成的改进。采用所公开的自适应控制和动态感测技术的示例性优点能够实现快速和肯定的转换,以使对优选的燃料的操作、由预先存在的控制器和具有原始尝试和证明子系统的布线系统实现的继续操作和管理,以及,延长的发动机的寿命和生产效率以及较高的车辆转售价值成为可能。这包括由子系统的预先存在控制器进行的管理,该子系统如传输、防滑传动部件、冷却风扇、动力转向、动力刹车、雨刷、电动车窗、空调系统、电动座椅、收音机以及其他这样的子系统,而发动机操作的改进,如分层充电氧化剂等离子体点火,分层充电燃料等离子体点火,由预先存在的控制器储存和/或计量的燃料的分层充电氧化剂和/或分层充电燃料等离子体点火,以及各种其它组合排列,包括操作使用非节流氧化剂进入燃烧室。
[0208] 额外性能和燃烧效率优化由新控制器特征的应用提供(例如,像可能由控制器110、511等提供)以用于管理冷却剂和/或废气的流动。就这一点而言,例如,冷却剂可从散热器转移到包括为子电路中的燃料或冷却剂增压的热交换器,例如,如图5A所示的热交换器元件504和/或506,并且类似地控制废气的流动以提供热和/或物质,如图5A所示,用于热化学再生(TCR)系统的反应器546和544中的热化学再生过程。这种能量转换操作的自适应管理包括操作排气系统的阀和/或分流器(例如,像如图5A所示的排气系统536的阀539)以提供足够的废气的传递,供应冷凝物用于贮存器540中的收集,和/或到达燃烧室和/或涡轮膨胀器(例如,像如像如图5A所示的系统500的涡轮膨胀器535)的电冷却流体的管理,以及废气流动到一个或多个涡轮增压器541或涡轮发电机以满足氧化剂增压、转矩产生和功率产生需求。例如,这包括在自适应时间阶段期间,在进气、压缩、做功或排气事件中为了提高主要的发动机和/或涡轮的性能,一个或多个燃料和/或冷却剂注射到燃烧室的自适应管理。它也包括排气系统的阀和/或分流器(例如,像示范性的流量控制阀539)和燃料和/或冷却剂注射(例如,通过像图5A中所示的注射器543这样的注射器)的协调自适应管理,以提高这种涡轮膨胀器的性能和能力(例如,涡轮膨胀器535)。
[0209] 在本专利文件中具有结合以下的能力的一些示范性实施例已经被公开:(1)由燃料压强辅助的燃料控制阀的开启;(2)由燃烧压强辅助的燃料控制阀的关闭;(3)离子电流的脉冲洛伦兹力加速--例如,以产生一个或多个氧化剂和/或燃料离子的爆破;(4)在上死点(TDC)附近和/或动力冲程随着多个洛仑兹脉冲细分和加速每个阀爆破期间的多个燃料控制阀打开的组合;(5)氧化剂和/或燃料离子电流的洛伦兹加速以产生以超音速(如,超过阻流马赫1限制)的速度进入燃烧室的颗粒爆破投射;以及(6)包括相对低成本的计算机/控制器单元的示范性的自适应控制和动态传感技术,其中计算机/控制器单元可通过自适应发动机管理优化发动机性能并提高燃料经济性,所述自适应发动机管理包括分层充气氧化剂和/或等离子体、分层充气燃料和或等离子体呈现,而且自适应控制和动态传感技术通过具有改良的性能和燃油经济性的发动机管理的虚拟操作掌控更昂贵的已存在的车辆控制器以保持准备好且可行的状态,同时进一步使由与数英里长的已存在的线路系统和已存在的子系统,例如电子控制变速、动力输出、路径打磨、动力制动、动力转向、电动窗、电动座椅、座椅加热、动力空气取样和通风、动力娱乐系统等,一同实际运行的已存在的控制器提供的持续利益成为可能。
[0210] 例如,像110、310、420、511、622a或622b这样的控制器和任何公开的各种子系统或注射器实施例可用于能量转换操作(例如,在发动机和/或燃料电池中)的自适应控制排列和组合。这种示范性的能量转换操作包括但不限于:(1)能量转换以产生增加的燃料压强——包括发动的(动力输出泵)和/或再生电动和/或气动泵,和/或采集的废气能量(来自冷却剂或废气的热量热交换)到燃料的压强势能中(例如,图5A中存储在燃料容器502中的燃料);(2)能量转换(例如,用像热交换器546、544和/或550这样的热交换器)通过吸热重新形成反应(例如HEAT+CH4+H2O→CO+3H2,或HEAT+CH3OH→CO+2H2)以产生增加的化学势能;(3)能量转换以产生特殊目的的化学等离子体(例如,基于对氧化剂和/或氧化剂的引火快速点火和/或其它燃料成分的燃烧——例如,其可由重新形成产生(例如,通过图5A的重新形成系统514),例如DEE、DME、乙炔等,它可被实现用于示范性化学等离子体产生剂的自动点火);(4)能量转换通过一个或多个试剂(例如DEE、DME、乙炔等)产生燃料电池或燃烧激活,从而产生化学等离子体产物;(5)通过电解产生氢气和/或氧气再生反应器介质——和/或出于任何以上的目的使用发动的(动力输出发电机)再生电或热、或采集的废气能量(来自冷却剂或废气的热量热交换),包括能量转换到燃料的压强势能中;(6)带有用于燃料电池和/或燃烧的电和/或化学等离子体燃料激活的自动防故障产生的能量转换;(7)来自热发动机或燃料电池(例如,执行包括发动机537和膨胀压缩机538的单元)的废气的某些成分(例如水)的提取和/或富集,通过来源于热提取(例如执行热交换器546、544)、增压(例如执行膨胀压缩机538离心加速)和/或吸收合并(例如执行贮存器/容器540)的致密化分离;(8)装置或设备的操作(例如,执行包括发动机
537和膨胀压缩机538的单元),作为压缩机、膨胀器和/或成分分离器,用于像通过减少废气压强增加热发动机的BMEP和/或容积效率、增加废气压强来增加用于吸热反应的热交换的速率(例如,在热交换器546、544和/或逆流热交换器534)、增加废气压强来增加成分分离的速率(例如,在膨胀压缩机538——贮存器/容器540中水和氮气的分离和/或在废气气流中水与氧气的分离)这样的目的;(9)装置或设备的操作(例如,执行包括发动机537和膨胀压缩机538的单元),作为压缩机、膨胀器和/或成分分离器,在其中废气在热发动机的排气冲程的选择部分期间膨胀,和/或在该发动机的进气、压缩、做功冲程的选择部分期间压缩;(10)一个或多个化学等离子体产生试剂和/或特殊目的试剂(例如,氢气和/或氧气)的产生(例如,执行重新形成系统514)和/或利用的比例控制,以优化燃料经济性、动力产生和/或排放控制;(11)燃料注射速率、渗透模式和燃烧特点的自适应控制,通过控制包括向内、向外、滑动、向心和离心打开的计量阀实施例的计量阀的冲程。
[0211] 图7A和7B示出了示范性的燃料注射和点火系统700,所述系统包括可用于提供受控制的燃烧特点的广泛变化的多个控制阀,所述燃烧特点包括各种关于传递时间、流动速率、流动间隔和带有增加这种与电子等离子体点火和/或洛伦兹加速的操作的能力的压强的组合和排列。系统700包括控制阀727a、727b、727c、727d、727e和727f和/或767。这促成了几乎所有已知类型的燃烧室的燃料选择和条件的非常广泛的最优化的利用。在利用阀727a-727f来控制各种燃料的说明性例子中,阀部件727a可用来控制天然气,阀727b可用来控制DME,阀727c可用来控制丙烷,阀727d可用来控制DEE,阀727e可用来控制甲酸,以及阀727f可用来控制氢气。用阀727a-727f控制这些物质的操作可在任何顺序或组合或排列中最优化结果,例如,像发动机性能、幅度、和引起反对的排放目标的最小化或消除。
[0212] 图8A示出了通过与氢供体化合物分离的方式产生氢气的系统800的示意图,例如,氢供体化合物包括天然气、甲烷、甲醇、乙烷、乙醇、氨、尿素、胍等。例如,可执行系统800来提供相对低品位余热的高效实用,相比相同量级的高品位电能通过电解水的方式,产生更多的氢气。
[0213] 在说明性例子中,供体化合物(例如,像甲烷)可通过来自发动机冷却剂(Hc)在15℃到105℃,接着通过来自发动机废气的热(He)传递从105℃到大约540℃被从合适的来源804加热,再生热(Hr)可用来作为额外热源产生更大比例的氢气或更快速和/或以更高的压强和/或更高的温度产生氢气和碳。如图8A和8B所示,系统800包括包含示范性的蜂巢结构824(如图8B所示)或其它用于沉积用于耐用品制造和/或热存储和/或作为化学势能存储的移除和利用的碳的逆流热交换和反应的配置的热存储交换器罐816。在热交换器806中,转移自来源804的供体燃料可最初通过来自发动机冷却剂的热被加热到大约
105℃。供体燃料接着在热交换器807中通过与氢气和/或甲烷的逆流热交换被进一步加热。氢气和供体燃料的混合可用来作为提高的温度进而作为化学激活的燃料,通过注射器
810注射到热发动机中。或者,例如,这种氢气和供体燃料的混合可用来作为热交换器808中的热源,用于各种实用的应用,像加热家庭用水或做饭。
[0214] 用作说明地,例如,来自于发动机或燃料电池冷却剂的可利用的热可被选择将热(Hc)通过热交换器806传递到被选择的氢供体。来自主发动机或燃料电池的排气系统812的废气可从发动机直接传送或在用于第二次应用之后,像涡轮增压器或涡轮发电机811,进而可作为用于热(He)的另一来源。再生制动或其它可再生能源,像太阳能风能、流水和/或地热能通过发电机815的转换,也可被选为用于通过一个或多个被插入或集成到热存储交换器816中的加热器元件818传递热(Hr),如图8B所示,例如,为了增加被选择的通过逆流通道820的氢供体的转换速率以形成氢气。
[0215] 包含碳的氢供体化合物经由方程式10概述的过程被转换。方程式11示出了甲烷的部分分解以产生碳以及氢气和甲烷的混合物。
[0216] CxHy+HEAT(Hc+He+Hr)→x C+0.5y H2 (方程式10)
[0217] CH4+HEAT(Hc+He+Hr)→C+2H2+CH4
[0218] (方程式11)
[0219] 如方程式11中所示的概括反映的完成可根据像温度、压强、化学有效性或活性、以及停留时间等过程参数的控制而变化。例如,在反应后的甲烷和氢气的混合物中,更高比例的氢气可通过再生或可再生或非峰值能源的利用提供,以增加反应器816和/或像反应器816的区域814这样的特别区域中的温度。这在下面的例子中使非常需要的,该例子中,碳在反应器816中被收集,以有效存储盈余能量作为生产耐用品的原料来源,和/或以减少发动机废气中的碳产物的存在,和/或以利用氢气作为燃烧刺激物和催化剂,和/或以利用包括废气再循环的促进和/或分层充气燃烧的燃烧状态中的氢气,和/或在各种处理过程之后以减少或消除氮氧化物。
[0220] 例如,氢迅速扩散或通过各种膜809,例如各种温度额定的质子传导膜;微多孔陶瓷,如沸石,二氧化,氧化锆,碳或氧化铝;使扩散分离的聚合物,如PTFE或聚醚砜;金属合金,如-钯合金,或者可以通过选择性吸附过滤被去除,以减少其部分压强和/或化学的可用性。氢转移反应的部分压强的减少,例如在方程式10和11中所描述的,实现将原料更大的转化为碳和氢。类似地对气体部分压强的减少,例如,如氢,由通过热交换器除热,例如,如换热器808,以在较冷的温度产生较低的压强转移反应以为提高原料转化成碳和氢。
[0221] 在一些实施方式中,非常希望利用沉淀或以其它方式分离并收集在热库(bank)交换器罐816中的碳,作为接收并存储来自废气传递的热量(如通过排气系统812)的热储存库的媒介或电池,这些热量连同可以存储在区域814中的偶尔可获取的再生能源或间歇性可再生能源被路由通过热交换器816。例如,不同类型和形式的碳是合适用于优化在这样的热电池应用中的性能的。例如,具有高比热容和热交换通道,如逆流通道820和中心通道822的蜂窝结构824的高导热性的石墨被用于促进存储和热传递。例如,从排气系统812传送的热量在通道822中加热在通道820中的氢供体的反应物,并额外接收和存储与堆积热量,以用于在走走停停的驾驶条件下持续制氢。例如,该膨胀石墨826或片状石墨烯的非常低的导热性的层可用于将反应器816的外层隔离在陶瓷或耐热外壳828内。
[0222] 在一些实施方式中,在基底824的表面上沉淀的碳的或多或少的外延沉积提供了组合的热的潜在的化学能量储存。例如,碳的这样的潜在能量存储可用于在燃料电池的电路中,以产生电力和一氧化碳和/或二氧化碳。这样的例子在美国公开2013/0149621中被公开,其标题为“用于以多种模式可变处理原料材料的燃料电池系统、相关设备、系统和方法”,其通过引用并入其全部作为本专利文件中公开内容的一部分。可选地,例如,这种储存的碳可以偶尔与氧供体,例如蒸汽,氧气或空气反应,以产生用于在热机中燃烧的气体。方程式12总结了示范性的吸热应用。
[0223] C+H2O+HEAT(Hc+He+Hr)→CO+2H2 (方程式12)
[0224] 方程式13总结了这种碳的示例性放热应用,用于化学势能储存,其中的碳的氧化物,如二氧化碳或一氧化碳被提供作为气态燃料应用于燃料电池或热机中。
[0225] C+0.5O2→CO+HEAT(Hp) (方程式13)
[0226] 加热(HP)可以被用作补充需要的其它来源,如HC,He和/或Hr。
[0227] 大量各种的耐用品可以从被在此过程中选择性地聚集的碳制成。例如,产品的范围从各种形式的金刚石至活性炭过滤介质。图9示出了示例性成本效益方法900的框图,以从过量的碳产生高度有价值的过滤器组件,用于对水、空气、点心或酒精饮料,以及许多其他流体进行纯化和/或其他处理。该方法900包括过程902以纯化选定的碳供体原料,例如,如来自天然气或诸如可以通过生物质的厌氧转化来制造的另一个来源的甲烷,乙烷,丙烷,或丁烷。例如,这样的纯化包括洗涤、过滤,杂质的沉淀和各种蒸馏处理。在该过程902的一些实现中,利用冷却过程从这种厌氧生产过程提供低温液体甲烷,包括为了去除杂质的天然气和启用密装运输和贮存液体天然气(LNG),可能是特别有益的。类似地,例如,其他碳供体物质如乙烷,丙烷,或丁烷可在用于密集运输和储存的任何希望的组合中单独被分离或提供作为液体。
[0228] 该方法900包括过程904,以制备纯化的碳供体进行处理,例如,执行预处理碳供体包括压强和温度的调整。在一些实施方式中,纯化的碳供体在处理罐中被制备,包括适当隔热且包含的含有陶瓷基底,如在合适的形式中的基于碳的逆流热交换器,例如一个蜂窝,用于承载过程中的碳的沉积物,被总结在方程式10和11中。方法900包括过程906,以加热和沉积在陶瓷基底材料上的纯化的碳供体物质。在该过程906的一些实施方式,从密集存储在合适的罐中的纯化的碳供体物质通过适当的热交换用更温暖的源加热,由先前所指示的,包括由方程式10或11所概括的过程产生的氢。例如,实施过程906可以通过在陶瓷基底上的这样的加热和碳沉积,服务于包括转化由燃料电池或热机和/或再生和/或可再生能源和/或非峰值能量拒绝的低品位热变为储存的化学势能和/或过滤介质的多个目的。
[0229] 该方法900包括过程908,以提供碳供体自适应可控地进入基底。该方法900包括过程910以通过在陶瓷基底上生长碳,产生过滤器装配。例如,在一些实现中,实现在陶瓷基底上的碳的合适的沉积之后,该罐装配被移除,以测试其结构和化学合规性,以及封装,包括添加配合件,电连接,并加入适当的标记,如产品标识和对于实现最佳性能的说明等。配合件包括具有仪表功能的那些配合件,其用于检测在入口和/或出口的化学标识符,例如,如在美国专利8,312,759和共同未决的美国专利申请12/806,634和61/682,681中公开的,每个文件通过引用方式整体并入作为本专利文件公开内容的一部分,例如,用于检测和响应于任何有害物质,以及提供趋势信息以实现这种过滤器的计划的维护和调度更换的目的。该方法900包括过程912,以进一步专门化所形成的过滤器装配。例如,该方法912能够包括激活或保持在合适的封装中的碳的激活的实施例。例如,原始设备制造商(OEM),或者任何合格的供应链实体或最终用户,可以调节罐作进一步的专门的功能,例如,如杀菌剂或生物剂的添加,酒精香料或其它饮料的添加,或清新的香气源用于各种空气处理。
[0230] 示例
[0231] 以下实施例是对本技术的若干实施例的说明。
[0232] 1.一种引起燃烧的方法,该方法包括:
[0233] 将中间燃料物质转变为包括化学活性燃料、氧化剂、离子或自由基中的至少一种的成分,所述中间燃料物质由使用燃料的化学转化形成,以及所述中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量;
[0234] 将所述成分喷射入燃烧室;以及
[0235] 在所述燃烧室中提供包括氧化剂的气态流体,以与所述成分在燃烧反应中反应,[0236] 其中,所述成分的燃烧引起反应发生在相对于所述燃料的燃烧反应的能量水平的减少的能量水平。
[0237] 2.根据示例1所述的方法,所述减少的能量包括相对于所述燃料的热能的较低温度。
[0238] 3.根据示例1所述的方法,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种。
[0239] 4.根据示例1所述的方法,其中所述中间燃料物质包括选自由乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)组成的组中的至少一种中间燃料物质。
[0240] 5.根据示例1所述的方法,其中所述转变在包含所述中间燃料物质的室中实现,其中所述室包括至所述燃烧室的端口的接口。
[0241] 6.根据示例2所述的方法,其中所述转变在包含所述中间燃料物质的室中实现,其中所述室包括至所述燃烧室的端口的接口。
[0242] 7.根据示例5所述的方法,其中所述将所述中间燃料物质转变为成分包括改变所述室中的压强。
[0243] 8.根据示例5所述的方法,其中所述将所述中间燃料物质转变为成分还包括在所述室中增加热量,去除热量,去除然后增加热量,或增加然后去除热量。
[0244] 9.根据示例5所述的方法,其中所述将所述中间燃料物质转变为成分包括产生在与所述端口接口的所述室中的电极之间的电场以产生离子电流。
[0245] 10.根据示例1所述的方法,其中所述喷射包括产生洛伦兹力来加速所述成分以特定模式、穿透距离和速度进入所述燃烧室。
[0246] 11.根据示例2所述的方法,其中所述喷射包括产生洛伦兹力来加速所述成分以特定模式、穿透距离和速度进入所述燃烧室。
[0247] 12.根据示例1所述的方法,进一步包括使用与所述燃烧室连接的电极施加电势以在所述燃烧室中产生所述成分的火花、所述成分的洛伦兹推力或所述成分中的电晕放电中的至少一种。
[0248] 13.根据示例2所述的方法,进一步包括使用与所述燃烧室;连接的电极施加电势以在所述燃烧室中产生所述成分的火花、所述成分的洛伦兹推力或所述成分中的电晕放电中的至少一种。
[0249] 14.根据示例1所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述成分在所述燃烧反应中反应。
[0250] 15.根据示例2所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述成分在所述燃烧反应中反应。
[0251] 16.根据示例1所述的方法,其中所述成分在所述燃烧室中与氮氧化物反应,从而加快所述成分的反应,减少在所述燃烧反应中产生的所述氮氧化物的量,或者完成燃烧而没有所述氮氧化物作为燃烧的产物。
[0252] 17.根据示例1所述的方法,其中形成所述中间燃料物质进一步包括通过使用一个或多个热交换器提供热以加压所述燃料,将所述加压的燃料化学转换成所述中间燃料物质,或改变所述中间燃料物质的相。
[0253] 18.根据示例2所述的方法,其中形成所述中间燃料物质进一步包括通过使用一个或多个热交换器提供热以加压所述燃料,将所述加压的燃料化学转换成所述中间燃料物质,或改变所述中间燃料物质的相。
[0254] 19.根据示例17所述的方法,进一步包括在燃料容器单元中存储所述燃料,其中加压所述燃料在所述燃料容器单元中实现。
[0255] 20.根据示例17所述的方法,其中所述化学转换在至少一个的热化学再生(TCR)单元或重新形成单元中执行。
[0256] 21.根据示例1所述的方法,进一步包括在蓄电池容器中存储所述中间燃料物质。
[0257] 22.根据示例2所述的方法,进一步包括在蓄电池容器中存储所述中间燃料物质。
[0258] 23.根据示例15所述的方法,进一步包括在蓄电池容器中存储所述中间燃料物质。
[0259] 24.一种使用中间燃料物质引起燃烧过程的方法,该方法包括:
[0260] 从中间燃料物质形成化学活性剂;
[0261] 将所述化学活性剂喷射入燃烧室,所述化学活性剂能够以比传统燃料低的燃料-空气率与氧化剂燃烧;以及
[0262] 在所述燃烧室中提供包括氧化剂的气态流体,所述氧化剂待与所述化学活性剂在燃烧过程中反应。
[0263] 25.根据示例24所述的方法,其中所述燃烧过程发生在相对于所述传统燃料与所述氧化剂的燃烧反应的能量的减少的能量。
[0264] 26.根据示例24所述的方法,其中所述传统燃料包括甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、或酒精燃料中的至少一种,以及其中所述酒精燃料还包括甲醇或乙醇、丙醇或丁醇中的至少一种。
[0265] 27.根据示例25所述的方法,其中所述传统燃料包括甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、或酒精燃料中的至少一种,以及其中所述酒精燃料还包括甲醇或乙醇、丙醇或丁醇中的至少一种。
[0266] 28.根据示例24所述的方法,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)中的至少一种。
[0267] 29.根据示例24所述的方法,其中所述形成化学活性剂在包含所述中间燃料物质的室中实现,其中所述室连接至所述燃烧室的端口。
[0268] 30.根据示例29所述的方法,其中所述形成化学活性剂包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,或在电极之间产生电场以在与端口接口的所述室内产生离子电流中的至少一种。
[0269] 31.根据示例29所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以引起所述从所述中间燃料物质形成所述化学活性剂。
[0270] 32.根据示例24所述的方法,进一步包括通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定模式、穿透距离或速度中的至少一种进入燃烧室,将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室。
[0271] 33.根据示例25所述的方法,进一步包括通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定模式、穿透距离或速度中的至少一种进入燃烧室,将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室。
[0272] 34.根据示例24所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述燃烧过程。
[0273] 35.根据示例25所述的方法,进一步包括施加声学能量至所述燃烧室,以刺激所述燃烧过程。
[0274] 36.根据示例24所述的方法,还包括将所述化学活性剂在所述燃烧室中与氮氧化物反应,从而加快在所述燃烧过程的成分的反应,减少在所述燃烧过程中产生的所述氮氧化物的量,或者完成所述燃烧过程而没有在所述燃烧过程中产生所述氮氧化物。
[0275] 37.一种在发动机中使用化学活性剂的系统,所述系统包括:
[0276] 用于容纳燃料的燃料容器;
[0277] 用于接收所述燃料的流体耦合至所述燃料容器的重新形成单元,所述重新形成单元包括反应器容器以将所述燃料化学转换成中间燃料物质,所述中间燃料物质具有比所述燃料的点火能量低的点火能量;以及
[0278] 燃料喷射和点火单元,其与所述重新形成单元流体地耦合且接口至发动机的燃烧室的端口,所述燃料喷射和点火单元或反应器单元被配置为将所述中间燃料物质转化为包括自由基的化学活性剂,并进一步被配置为将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室以引起燃烧,
[0279] 其中,所述燃烧在低于所述燃料的所述点火能量的点火能量被引起。
[0280] 38.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元施加在位于与所述端口连接的终端相邻的电极间的电势以产生流入所述燃烧室的电离粒子电流以产生事件,所述事件包括特定模式、渗透到特定距离,或以特定速度渗透从而刺激燃烧中的至少一个。
[0281] 39.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元包括:
[0282] 燃料控制阀,其调节所述中间燃料物质通过流体路径的流动;以及
[0283] 控制单元,其监控流体流动、电极条件、或燃烧室条件中的至少一个。
[0284] 40.根据示例38所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元包括:
[0285] 燃料控制阀,其调节所述中间燃料物质通过流体路径的流动;以及
[0286] 控制单元,其监控流体流动、电极条件、或燃烧室条件中的至少一个。
[0287] 41.根据示例39所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述燃料控制阀被配置为调节所述中间燃料物质通过所述流体路径的所述流动。
[0288] 42.根据示例37所述的系统,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇或乙醇中的至少一种。
[0289] 43.根据示例38所述的系统,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇或乙醇中的至少一种。
[0290] 44.根据示例41所述的系统,其中所述燃料包括选自由甲烷、天然气、丁烷、丙烷、汽油、柴油、氨、尿素、氮、氢、和酒精燃料组成的组中的至少一种燃料,其中所述酒精燃料包括甲醇或乙醇中的至少一种。
[0291] 45.根据示例37所述的系统,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、或乙醚(DEE)中的至少一种。
[0292] 46.根据示例38所述的系统,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、或乙醚(DEE)中的至少一种。
[0293] 47.根据示例37所述的系统,其中所述反应器容器包括容器单元,所述容器单元包括来自所述容器单元的内部的多个螺旋凸起结构,所述螺旋凸起结构包括在所述表面上的转换促进剂物质,以与所述燃料化学反应,以产生所述中间燃料物质。
[0294] 48.根据示例38所述的系统,其中所述反应器容器包括容器单元,所述容器单元包括来自所述容器单元的内部的多个螺旋凸起结构,所述螺旋凸起结构包括在所述表面上的转换促进剂物质,以与所述燃料化学反应,以产生所述中间燃料物质。
[0295] 49.根据示例47所述的系统,其中所述重新形成单元进一步包括温度调节单元以控制所述反应器容器的温度。
[0296] 50.根据示例47所述的系统,其中所述转换促进剂物质包括发烟硫酸或浓硫酸中的至少一种。
[0297] 51.根据示例37所述的系统,其中所述燃料容器包括一个或多个热交换器以加压所述燃料。
[0298] 52.根据示例38所述的系统,其中所述燃料容器包括一个或多个热交换器以加压所述燃料。
[0299] 53.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度进入所述燃烧室,喷射所述化学活性剂。
[0300] 54.根据示例38所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元通过产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度进入所述燃烧室,喷射所述化学活性剂。
[0301] 55.根据示例37所述的系统,进一步包括:
[0302] 热化学再生(TCR)单元,其流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述热化学再生单元将所述燃料化学转化成第二中间燃料物质,所述第二中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量,
[0303] 其中所述燃料喷射和点火单元是流体地耦合至所述热化学再生单元,所述燃料喷射和点火单元将所述第二中间燃料物质激活为第二化学活性剂以及将所述第二化学活性剂喷射入所述燃烧室进行燃烧。
[0304] 56.根据示例38所述的系统,进一步包括:
[0305] 热化学再生(TCR)单元,其流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述热化学再生单元将所述燃料化学转换成第二中间燃料物质,所述第二中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量,
[0306] 其中所述燃料喷射和点火单元是流体地耦合至所述热化学再生单元,所述燃料喷射和点火单元将所述第二中间燃料物质激活为第二化学活性剂以及将所述第二化学活性剂喷射入所述燃烧室进行燃烧。
[0307] 57.根据示例53所述的系统,进一步包括:
[0308] 热化学再生(TCR)单元,其流体地耦合至所述燃料容器以接收所述燃料,所述热化学再生单元将所述燃料化学转换成第二中间燃料物质,所述第二中间燃料物质具有相对于所述燃料的点火能量的较低点火能量,
[0309] 其中所述燃料喷射和点火单元是流体地耦合至所述热化学再生单元,所述燃料喷射和点火单元将所述第二中间燃料物质激活为第二化学活性剂以及将所述第二化学活性剂喷射入所述燃烧室进行燃烧。
[0310] 58.一种去除化学沉积的方法,所述方法包括:
[0311] 从中间燃料物质形成化学活性剂;以及
[0312] 加速所述化学活性剂通过室,所述化学活性剂能够与形成在所述室内的表面上的化学沉积反应,
[0313] 其中所述加速所述化学活性剂从所述表面去除至少一些所述化学沉积。
[0314] 59.根据示例58所述的方法,其中所述化学沉积从燃烧过程形成在所述表面上。
[0315] 60.根据示例58所述的方法,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)中的至少一种。
[0316] 61.根据示例59所述的方法,其中所述中间燃料物质包括乙基咔唑、十氢化萘、全氢化-4,7-菲咯啉、二氮烯、乙炔、乙醛、环己烷、二甲醚(DME)、和乙醚(DEE)中的至少一种。
[0317] 62.根据示例58所述的方法,其中所述化学活性剂包括所述中间燃料物质的成分,所述成分包括离子或自由基中的至少一种。
[0318] 63.根据示例59所述的方法,其中所述化学活性剂包括所述中间燃料物质的成分,所述成分包括离子或自由基中的至少一种。
[0319] 64.根据示例58所述的方法,其中所述形成包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,或在所述室内的电极之间产生电场以产生离子电流中的至少一种。
[0320] 65.根据示例59所述的方法,其中所述形成包括改变所述室中的压强,在所述室中引入热,或在所述室内的电极之间产生电场以产生离子电流中的至少一种。
[0321] 66.根据示例58所述的方法,其中所述加速包括产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度通过所述燃烧室。
[0322] 67.根据示例59所述的方法,其中所述加速包括产生洛伦兹力来加速所述化学活性剂以特定距离和速度通过所述燃烧室。
[0323] 68.根据示例58所述的方法,其中所述加速包括在所述室中创建阻流压缩。
[0324] 69.根据示例59所述的方法,其中所述加速包括在所述室中创建阻流压缩。
[0325] 70.根据示例58所述的方法,其中所述室包括燃烧室、流体室、或在与所述燃烧室连接的燃料喷射器中的两者。
[0326] 71.根据示例59所述的方法,其中所述室包括燃烧室、流体室、或在与所述燃烧室连接的燃料喷射器中的两者。
[0327] 72.根据示例1所述的方法,进一步包括在没有电的帮助下引起所述燃烧反应。
[0328] 73.根据示例1所述的方法,进一步包括将所述成分以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
[0329] 74.根据示例72所述的方法,进一步包括将所述成分以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
[0330] 75.根据示例1所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
[0331] 76.根据示例72所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
[0332] 77.根据示例1所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
[0333] 78.根据示例72所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述成分喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
[0334] 79.根据示例1所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
[0335] 80.根据示例72所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
[0336] 81.根据示例24所述的方法,进一步包括在没有电的帮助下引起所述燃烧过程。
[0337] 82.根据示例25所述的方法,进一步包括在没有电的帮助下引起所述燃烧过程。
[0338] 83.根据示例24所述的方法,进一步包括将所述化学活性剂以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
[0339] 84.根据示例81所述的方法,进一步包括将所述化学活性剂以分层模式喷射入所述燃烧室中,所述分层模式包括多个化学离子。
[0340] 85.根据示例24所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
[0341] 86.根据示例81所述的方法,进一步包括通过根据离子的电晕类型的模式将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或两者的效率。
[0342] 87.根据示例24所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
[0343] 88.根据示例81所述的方法,进一步包括通过在燃烧事件之间的多个爆破中将所述化学活性剂喷射入所述燃烧室,增加点火、燃烧,或者两者的效率。
[0344] 89.根据示例24所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
[0345] 90.根据示例81所述的方法,进一步包括使用多个化学离子生成器以提供所述气态流体的点火和燃烧,其中,所述氧化剂在所述燃烧室中以不同的穿透距离和模式被提供。
[0346] 91.根据示例37所述的系统,其中所述燃烧在没有电的帮助下被引起。
[0347] 92.根据示例38所述的系统,其中所述燃烧在没有电的帮助下被引起。
[0348] 93.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以分层模式喷射入所述燃烧室中。
[0349] 94.根据示例91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以分层模式喷射入所述燃烧室中。
[0350] 95.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为根据离子的电晕类型的模式将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室中,以增加点火、燃烧,或两者的效率。
[0351] 96.根据示例91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为根据离子的电晕类型的模式将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室中,以增加点火、燃烧,或两者的效率。
[0352] 97.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为在燃烧事件之间的多个爆破中将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室。
[0353] 98.根据示例91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为在燃烧事件之间的多个爆破中将所述中间燃料物质喷射入所述燃烧室。
[0354] 99.根据示例37所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以不同的穿透距离和模式喷射入所述燃烧室。
[0355] 100.根据示例91所述的系统,其中所述燃料喷射和点火单元被配置为将所述中间燃料物质以不同的穿透距离和模式喷射入所述燃烧室。
[0356] 虽然本专利文件包含许多细节,但是这些细节不应被解释为在任何发明或可能被要求的范围内的限制,而应作为特定于特别发明的特别实施例的特征的描述。在本专利文件的不同实施例的上下文中所描述的某些特征也被在单一实施例中组合实施。相反,单一实施例的上下文中所描述的各种特征也可在多个实施例中单独实施或在任何合适的子组合中实施。此外,虽然特征可被描述如上以在某些组合中起作用甚至起初被这样要求保护,但是来自要求保护的组合的一个或多个特征可以在某些情况下从组合中切除,要求保护的组合可指向子组合或多个子组合。
[0357] 类似地,虽然操作在附图中被以特定的顺序描述,但是这不应被理解成要求这些操作应当以这种所显示的特定的顺序或相继次序来执行或者要求所有说明的操作应当被执行以实现所需的结果。此外,本专利文件中描述的实施例中的多种系统组件的分离不应被理解成在所有的实施例中要求这种分离。
[0358] 本文仅描述了一些实施例和示例,其它的实施、提高和变化可基于本专利文件中所描述和说明的内容被实现。
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