JP2015536405A - 化学燃料の調整及び活性化 - Google Patents

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Abstract

内燃機関における噴射及び点火のために燃料を化学的に活性化するための方法、システム及びデバイスが開示される。１つの態様では、燃焼を開始する方法は、化学的に活性な燃料、酸化体、イオン、又はラジカルのうちの少なくとも１つを含む成分に中間燃料物質を変換することであって、中間燃料物質が、燃料を使用して化学転換により形成され、中間燃料物質の点火エネルギーが、燃料の点火エネルギーよりも低い、変換することと、成分を燃焼チャンバへと噴射することと、燃焼反応において成分と反応するように、酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することとを含み、成分の燃焼開始反応が、燃料の燃焼反応のエネルギーレベルに対して低減されたエネルギーレベルで生じる。

Description

この特許文書は、燃料噴射技術に関する。
［優先権の主張］
この特許文書は、２０１２年１１月１２日付けで出願された「ＰＬＡＳＭＡ ＰＯＷＥＲ ＩＮＪＥＣＴＯＲ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ， ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ」と題する米国仮特許出願第６１／７２５，４５６号、及び２０１３年３月１５日付けで出願された「ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＦＵＥＬ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ ＡＮＤ ＡＣＴＩＶＡＴＩＯＮ」と題する米国特許出願第１３／８４３，９７６号に基づく優先権を主張し、米国仮特許出願第６１／７２５，４５６号及び米国特許出願第１３／８４３，９７６号の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
燃料噴射システムは、典型的には、エンジンの吸入マニホルド又は燃焼チャンバへと燃料噴霧を噴射するために使用される。燃料噴射システムは、自動車エンジンにおいて使用される主な燃料送達システムになっており、１９８０年代後期以降ほとんど完全にキャブレターと入れ替わった。これらの燃料噴射システムにおいて使用される燃料噴射器は一般に、２つの基本機能が可能である。第１に、燃料噴射器は、燃料燃焼について好適な空燃比を維持することができるように、エンジンの吸入ストロークごとに計量された量の燃料を送達する。第２に、燃料噴射器は、燃焼プロセスの効率を向上させるために燃料を分散させる。従来の燃料噴射システムは、典型的には、加圧燃料送達に接続されており、インジェクターが開放している時間を変動させることによって燃料を計量し、燃焼チャンバに入れることができる。また、燃料をインジェクターの小さいオリフィスを通過させることによって、燃料を燃焼チャンバへと分散させることができる。
例えば、ディーゼル燃料は、原油に由来する石油化学製品である。ディーゼル燃料は、多種多様な車両及び動作に動力供給するために使用される。ガソリンと比較して、ディーゼル燃料は、より高いエネルギー密度を有する（例えば、１ガロンのディーゼル燃料は約１５５×１０６Ｊを含むが、１ガロンのガソリンは約１３２×１０６Ｊを含んでいる）。例えば、大部分ディーゼルエンジンは、そのようなスパークプラグ点火に関係する制限に適応するために、スロットリングされた空気及び均質吸気とともに動作されるガソリンエンジンと比較して、層状吸気燃焼を生成するために、ディーゼル燃料液滴の点火を行うために加熱され十分に圧縮されたスロットリングされていない空気へと燃料の直接噴射した結果として、大幅に高い燃料効率が可能である。しかしながら、ディーゼル燃料は、ガソリンよりも少ない一酸化炭素を排出する一方で、肺気腫、癌及び心血管疾患のような深刻な健康問題に加えて、地球温暖化、スモッグ及び酸性雨を生じ得る窒素ベースの排出及び小さな粒子を排出する。
例示的な一体型燃料噴射／点火システムの概略図である。 一体型燃料噴射／点火システムの別の実施形態の部分縦断面である。 例示的な一体型燃料噴射／点火システムの例示的な電極の面の追加の図である。 例示的な一体型燃料噴射／点火システムの選択された構成要素の追加の図である。 例示的な一体型燃料噴射／点火システムの選択された構成要素の追加の図である。 ファイバー束を含む例示的なバルブアセンブリの選択断面図である。 例示的な一体型燃料噴射／点火システムの選択された構成要素の追加の図である。 例示的な一体型燃料噴射／点火システムの選択された構成要素の追加の図である。 例示的な一体型燃料噴射／点火システムの選択された構成要素の追加の図である。 一体型燃料噴射／点火システムの別の例示的実施形態の概略図である。 図３Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 図３Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 図３Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 図３Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 一体型燃料噴射／点火システムの別の例示的実施形態の概略図である。 図４Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 図４Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 図４Ａの一体型燃料噴射／点火システムの他の例示的実施形態の概略図である。 燃料を貯蔵し、燃料を再種形成し、及び／又は燃料を化学プラズマ発生剤に転換するための例示的なシステムのブロック図である。 燃料を貯蔵し、燃料を再種形成し、及び／又は燃料を化学プラズマ発生剤に転換するための例示的なシステムの図である。 一体型燃料噴射／点火システムの別の例示的実施形態の概略図である。 一体型燃料噴射／点火システムの別の例示的実施形態の概略図である。 複数の制御バルブを含む一体型燃料噴射／点火システムの別の例示的実施形態の概略図である。 複数の制御バルブを含む一体型燃料噴射／点火システムの別の例示的実施形態の概略図である。 水素供与体化合物からの分離によって水素を生成するための例示的なシステムの概略図である。 図８Ａのシステムのヒートバンク交換器ユニットの概略図である。 過剰なカーボンのフィルターアセンブリを生成するためのプロセスのブロック図である。
種々の図面における同様の参照符号及び記号は、同様の要素を示す。
［概要］
内燃機関による噴射及び点火のために燃料を化学的に活性化するための技法、システム及びデバイスについて記載する。
一態様では、エンジン中で化学的に活性化された燃料を使用するためのシステムは、燃料を収容し、加圧する燃料容器と、加圧された燃料を受け取り、点火エネルギーが燃料よりも低いプラズマアクチベータ物質へと化学転換するために燃料容器に流体工学的に結合された再種形成ユニット及び／又は熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットと、再種形成ユニット及び／又はＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、エンジンの燃焼チャンバのポートにおいてインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットであって、当該燃料噴射及び点火ユニットが、燃焼の開始に必要なエネルギーを低減するために、プラズマアクチベータ物質とプラズマ剤へとイオン化し、プラズマ剤を燃焼チャンバへと噴射する、燃料噴射及び点火ユニットとを含む。
別の態様では、従来の燃料を使用して化学的に活性化された燃料を生成するための方法は、燃料容器中で燃料を加圧することと、加圧された燃料を燃料転換ユニットに移送することと、燃料転換ユニット中で加圧された燃料をプラズマアクチベータ物質へと化学転換することとを含み、プラズマアクチベータ物質の点火エネルギーは、燃料の点火エネルギーよりも低い。この方法のいくつかの実装形態において、例えば、方法は、プラズマアクチベータ物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含むことができる。例えば、燃料は、アンモニア、尿素、メタン、天然ガス、メタノールもしくはエタノールのうちの少なくとも１つの成分を含むアルコール燃料、ガソリン、ディーゼル燃料、水素、又は窒素のうちの少なくとも１つのを含み得るが、これらに限定されるものではない。例えば、プラズマアクチベータ物質は、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含み得るが、これらに限定されるものではない。例えば、燃料転換ユニットは、熱化学再生（ＴＣＲ）ユニット又は再種形成ユニットのうちの少なくとも１つを含む。燃料を加圧することは、燃料を収容している燃料容器中で１つ又は複数の熱交換器に熱を供給することを含み得る。例えば、この方法のいくつかの実装形態において、方法は、エンジンの燃焼チャンバのポートにおいてインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットにプラズマアクチベータ物質を移送することと、燃料噴射及び点火ユニット中でプラズマアクチベータ物質をイオン化することによってプラズマ剤を生成することとをさらに含むことができ、生成することが、プラズマアクチベータ物質を圧縮酸素を含む空気と混合することと、プラズマ剤の流れを生じるように、ポートとインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットの末端部に配置された電極間に電位を印加することとを含む。そのような実装形態において、方法は、例えば、プラズマ剤を燃焼チャンバへと噴射することをさらに含むことができ、例えば、噴射することは、特定の距離及び速度で、生成されたプラズマ剤を燃焼チャンバへとスラストすることを含む。
別の態様では、エンジン中で燃焼を開始するために化学的に活性化された燃料を使用するための方法は、化学的に活性化された燃料をラジカルを含む成分に変換することであって、化学的に活性化された燃料が、燃料物質を使用する化学転換によって形成され、化学的に活性化された燃料の点火エネルギーが燃料物質の点火エネルギーよりも低い、変換することと、成分をエンジンの燃焼チャンバへと噴射することと、燃焼反応において成分と反応するように、酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することであって、成分の燃焼反応が、燃料物質の燃焼反応よりも低減されたエネルギーで起こる、提供することとを含む。この方法のいくつかの実装形態において、例えば、方法は、燃焼チャンバ中で成分のスパークを生じるために、燃焼チャンバとインターフェースする電極を使用して電位を印加することをさらに含むことができる。この方法のいくつかの実装形態において、例えば、方法は、燃焼反応において成分と反応するように燃焼チャンバ中の成分を刺激するために、燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含むことができる。例えば、低減されたエネルギーは、燃料物質よりも低い温度の熱エネルギーを含む。例えば、噴射することは、特定の距離及び速度で燃焼チャンバへと成分をスラストすることを含むことができる。例えば、燃料は、メタン、天然ガス、メタノールもしくはエタノールのうちの少なくとも１つを含むアルコール燃料、ガソリン、ディーゼル、あるいは水素のうちの少なくとも１つを含み得るが、これらに限定されるものではない。例えば、プラズマアクチベータ物質は、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含み得るが、これらに限定されるものではない。
１つの態様では、燃焼を開始する方法は、中間燃料物質をイオン又はラジカルのうちの少なくとも１つを含む成分に変換することであって、中間燃料物質が、燃料を使用する化学転換によって形成され、中間燃料物質の点火エネルギーが、燃料の点火エネルギーよりも低い、変換することを含む。別の態様では、燃焼プロセスを開始するために中間燃料物質を使用するための方法は、中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することであって、化学活性剤が、従来の燃料よりも低い燃空比の酸化体を用いて燃焼することが可能である、噴射することと、酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することであって、酸化体が、燃焼プロセスにおいて化学活性剤と反応する、提供することとを含む。
別の態様において、化学堆積物を除去する方法は、中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、チャンバを通る化学活性剤を加速することであって、化学活性剤が、チャンバ内の表面に形成された化学堆積物と反応することが可能である、加速することとを含み、化学活性剤を加速することが、表面から化学堆積物の少なくとも一部を除去する。この方法のいくつかの実装形態では、例えば、化学堆積物は、燃焼プロセスにより表面に形成され得る。いくつかの例では、化学活性剤は、イオン電流を生成するように、チャンバ内の圧力を変えること、チャンバ内に熱を導入すること、及び／又はチャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの１つ又は複数によって、中間燃料物質から形成することができる。例示的な電極を使用して、例えば、特定の距離及び速度でチャンバを通る化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することができる。他の例では、チャンバにおいてチョークフロー圧縮を生成することによって、チャンバを通る化学活性剤を加速することができる。例えば、この方法は、燃焼チャンバ中の化学堆積物を除去するために実装され得る。また、例えば、この方法は、インターフェースする燃料噴射器のフローチャンバ中の化学堆積物を除去するために実装され得、例えば、燃料噴射器は、燃焼チャンバとインターフェースすることがあり、それにより、両チャンバの堆積物が「クリーニング」される。
別の態様では、エンジン中で化学媒介剤を使用するためのシステムは、燃料を収容するための燃料容器と、燃料を受け取るために燃料容器に流体工学的に結合された再種形成ユニットであって、再種形成ユニットが、燃料を中間燃料物質に化学転換するための反応容器を含み、中間燃料物質の点火エネルギーが、燃料の点火エネルギーよりも低い、再種形成ユニットと、再種形成ユニットに流体工学的に結合され、エンジンの燃焼チャンバのポートにおいてインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットであって、燃料噴射及び点火ユニットが、イオン又はラジカルのうちの少なくとも１つを含む化学活性剤へと中間燃料物質を活性化し、燃焼を開始するために化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射する燃料噴射及び点火ユニットとを含み、燃焼が、燃料の燃焼反応よりも低減されたエネルギーで開始される。
この特許文書に記載する主題は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を提供する特定の方法において実装することができる。例えば、開示する技術は、燃焼チャンバの酸化体遮断ゾーン内で等しいか又はより大きいエネルギー送達を生成するために燃料を迅速に送達し、点火するための例示的な一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスを含む。例示的な一体型燃料噴射／点火システムは、多くのタイプのプラズマの場合、たとえばスパークプラグと比較して燃焼チャンバへのプラズマの浸透を増大する（はるかに長い距離に達する）ように、ならびに、たとえばチョークフローインジェクターと比較して燃料がチャンバに入る速度を増大させるように動作させることができる。例示的な一体型燃料噴射／点火システムは、これらの例示的な噴射及び点火動作から層状放熱のパターン生成を生成するように動作させることができる。
いくつかの実装形態において、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、熱劣化に対してより優れた強度及び抵抗を提供する選択材料によって、ならびに／あるいは光ファイバー及びさらなる強化ファイバーによって補強された複合燃料フローバルブを含むことができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、燃焼チャンバへの各燃料バーストベクトルについて酸化体の運動を引き立たせる又は相殺する様々な配列の燃料流入角を提供することができ、燃料流入角は、燃料圧力及び／又はアーマチュアストロークの変更ならびに／あるいはイオンスラストの適応調整に応じて適応的に変えることができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、バーストサイクルを加速するために、及び／又はアーマチュア作動力を増大させるために、ボビンキャリヤ中に永久磁石を含むことができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、バルブアセンブリの疲労応力を低減し、ノイズを減少させ、バルブバウンシングをなくし、よりスムースな燃料加速を獲得するために、選択減速アーマチュアを含むことができる。例えば、開示する技術は、高温熱化学再生（ＴＣＲ）生成物に極低温燃料を適応するように動作温度の範囲を拡張するために、組み付けられた構成要素が様々なレートで熱膨張することを許容することを含めて、例示的なシステム及びデバイスにおいて構築された実際のトレランスの適応を可能にする。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、流体フロー、電極状態、ならびに燃焼チャンバイベント及びプロセスを測定し、監視することができ、例えば、そこから、燃料噴射、点火、及び燃焼プロセスの適応タイミングのためのコントローラ又は処理ユニットにデータ及び情報を通信することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、燃焼加速のためにイオン化化燃料粒子の高い表面積対体積ベクトルの両側に酸化物の点火イオンを生成することができる。いくつかの実装形態では、例示的な一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスのバルブヘッドジオメトリの設計により、様々な燃料特性、燃焼チャンバ詳細及びエンジンのピストン速度範囲について、燃料バースト特性を最適化することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、たとえば通信目的のためにも使用することができる追加の強化フィラメント及び他の高強度ファイバーを介したストレインリリーフを提供することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、燃焼チャンバの酸化体から生成されたイオンを含み、熱膨張又はローレンツ加速によって燃焼チャンバへとスラストするプラズマを提供することができる。例えば、燃料圧力調整と連携する磁石によって提供されるプラズマの回転により、燃料イオン発射パターンのような制御フィーチャを可能にすることができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、吸入、圧縮及び／又は排出のサイクルイベント中にクリーニングサイクルの動作を実装することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、広範囲にわたる特性をもつ未精製燃料を含む複数の燃料を互換的に利用するために調整するように、燃料制御バルブ及び／又はアーマチュアのストロークを適応調整することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、燃料浸透、パターン、空気利用率及び燃焼特性を制御するようへと噴射制御バルブのストロークを調整するために、バルブアクチュエータスラスターをもつ例示的なロックフィーチャを利用することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、燃焼放熱の断熱及び燃焼生成物の膨張と連動して作動する膨張とともに、燃料の迅速かつ完全な酸化として、「空気利用率」を提供することができる。
例えば、開示する技術は、燃料を貯蔵し、再種形成し、及び／又は化学プラズマ発生剤に転換するためのシステムを含む。いくつかの実装形態では、このシステムは、化学プラズマ燃焼剤の生成を用いて熱化学再生を提供することができる。いくつかの実装形態では、このシステムは、たとえば逐次起動するプラズマ発生器を含む１つ又は複数の化学プラズマ発生剤から点火及び燃焼キャラクタリゼーションを提供することができる。いくつかの実装形態では、このシステムは、排気ガスの膨張によって駆動することができる膨張−圧縮器及び／又はモータを適応動作させることによって、システムに接続された排出システムにおける背圧を低減することができる。いくつかの実装形態では、このシステムは、例えば、ジエチルエーテルもしくはジメチルエーテル、ジアゼン、アセトアルデヒド、又はシクロヘキサンを含むがこれらには限定されない化学プラズマ発生剤の噴射によって、燃料の点火及び／又は燃焼特性を適応的に変えることができる。例えば、１つ又は複数の化学プラズマ発生剤は、機械的に計量する、バルブ調節する、及び適応的に噴射することができる。いくつかの実装形態では、このシステムは、点火刺激剤又は燃焼改質剤の選択を可能にするために、エーテル又は同様の物質のプラズマ点火又は自己点火のために燃料噴射とプラズマ点火とを組み合わせることができる。いくつかの実装形態では、開示する技術は、断熱剤及び燃料酸化体としての酸化体利用を最適化するために、化学プラズマ発生システムを燃料バーストベクトルと組み合わせる。例えば、このシステムは、たとえば燃料燃焼のすべての段階のより迅速な完了を含むより大きい利益を提供するために、水素、又はジアゼン（Ｎ２Ｈ４）、アンモニア（ＮＨ３）もしくは尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）のような様々な水素供与体と化学プラズマ発生剤とを組み合わせて、化学プラズマ発生剤の量を低減させることを可能にするように実装され得る。例えば、このシステムは、熱化学再生によって獲得された化学燃料の潜在エネルギーをより多く利用することによって燃料効率を向上させるために、化学プラズマ発生剤を水素と組み合わせるように実装され得る。例えば、このシステムは、圧力及び／又は熱化学再生によって獲得された化学燃料の潜在エネルギーをより多く利用することによって燃料効率を向上させるために、化学プラズマ発生剤を伴う電気プラズマ生成、点火及び燃焼プロセス加速と水素とを組み合わせるように実装され得る。例えば、このシステムは、１つ又は複数の化学プラズマ発生剤と任意のソースからの水素とを組み合わせ、均質吸気、層状吸気及びローレンツ加速吸気を含む任意の好適な方法によって燃焼チャンバに導入することができるように実装され得る。
例えば、化学プラズマ発生システムならびに一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、高密度な燃料貯蔵の作業量及び／又は消費電気エネルギーを低減し、燃焼噴射圧力及び燃料の加圧に必要な作業を低減し、より少量の自己点火刺激剤を使用し、許容可能な燃料タイプの数を増やし、エンジン動作の新しいサイクルを提供し、低グレードの熱を使用することによる恩恵を受け、より迅速な始動、より優れたシステム対応、ディスパッチャビリティ及びフェイルセーフの恩恵を有するために、電気的及び／又は化学プラズマ燃焼プロセスの適応プロポーショニングが可能になるように実装され得る。いくつかの実装形態では、化学プラズマ発生システムならびに一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、燃焼プロセスのために生成され提供された酸化体イオンの電荷を、そのような酸化体イオンへとその後発射される燃料イオンと比較して、可逆的に変えることができる。
開示する技術は、例えば、空気利用率効率、特定の燃料特性についてのトルク生成を最適化すること、及び／又は燃料噴射器の近くにある燃焼チャンバの構成要素への熱伝達速度を低減することのような目的を含めて、燃焼プロセスが完了する前に、燃焼チャンバへと酸化体及び／又は燃料イオンをさらに発射するためのプロセスを含み得る。例えば、任意の電荷極性の燃料粒子イオンは、燃焼チャンバ内の非イオン化化酸化体へと噴射することができる。例えば、所与の電荷極性の酸化体粒子イオンが噴射され、その後、燃焼チャンバ内のより深い位置で燃焼パターン及び燃焼完了が生じるように、同じ電荷極性の燃料粒子が噴射される。例えば、所与の電荷極性の酸化体粒子イオンが噴射され、その後、燃焼チャンバ内のより深い位置で燃焼パターン及び燃焼完了が生じるように、イオン化されていない燃料粒子が噴射される。例えば、所与の電荷極性の酸化体粒子イオンが噴射され、その後、燃焼チャンバ内での燃焼パターンの早期生成及び燃焼完了が加速するように、電荷極性が反対の燃料粒子が噴射される。
いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、磁力を最大化し、バルブの迅速な開放について所望される運動エネルギーを生成するための因子、例えば、燃料圧力、燃焼チャンバジオメトリ、燃料浸透及び燃焼パターン、ならびに酸化体利用効率などに関して、ドライブディスクを最適化することができる。例えば、バルブオペレータドライバディスクは、このとき、環状の永久磁石又は電磁石からの磁力に応答してバルブの開放、点火エネルギーの発生及び／又はバルブの閉鎖を含む様々なさらなる目的のために、磁束経路とともに、バルブを開くための運動エネルギー生産、貯蔵及びデバイスとなる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、インダクタコイルによって放出されるフライバックエネルギーを使用して、閉鎖力を印加するタイミングを最適化し、したがって、ディスクを引きつけ、迅速に閉じるように磁力を生成するために電磁石中に電流を発現させるすることができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、高周波数の直流電流、パルス電流又は交流電流として印加された高い圧を使用して、１つ又は複数の電極セットによって燃焼チャンバへと放出されるイオン又はプラズマの連続的なローレンツ加速を生成することができる。いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスは、複数のコイルを使用して、熱伝達距離を短くし、熱除去能力向上させ、アーマチュアを加速するために吸引を生成するための複数のボビンアセンブリを形成することができる。例えば、フライバックエネルギー及び／又は段階的な電圧の増大を使用して、ローレンツプラズマ加速及び点火イベントを生成するためにコイルを使用することができる。
例えば、化学プラズマ発生燃料剤の場合、より低温の粒子は中央ノズルを介して噴射することができ、したがって、より高温の粒子は、１つ又は複数の周囲の又は同軸のノズルを介して噴射することができる。これは、渦エネルギーを提供し、エンジン動作を最適化することができる。例えば、開示する技術は、燃焼によって放出される熱の断熱を伴う燃料の完全な酸化と、燃焼生成物の膨張と連携して作業生産を増大させるそのような断熱空気の膨張とを迅速に開始し、加速するように最適な空気利用率を可能にすることができる。したがって、開示される実施形態は、（ａ）燃料圧力によって支援された燃料制御バルブの開放、（ｂ）燃焼圧力によって支援された燃料制御バルブの閉鎖、（ｃ）酸化体及び／又は燃料イオンの１つ又は複数のバーストを生成するためのイオン電流のパルス状のローレンツ力加速、（ｄ）各バルブバーストを再分割し、加速するために複数のローレンツバーストとともに、上死点（ＴＤＣ）の近くでの及び／又はパワーストローク中の複数の燃料制御バルブ開放の組み合わせ、（ｅ）音速を超えた（例えば、チョーク流れの限界マッハ１を超えた）速度で燃焼チャンバに入る粒子バースト放出を生成するための酸化体及び／又は燃料イオン電流のローレンツ加速を組み合わせることを可能にすることができる。例えば、開示する技術は、始動から、トルク及び／又は速度回復、全出力に及ぶトルク−ピストン速度動作モード全体にわたってトルク送達を最適化するクランクシャフト角度で、燃焼チャンバ圧力を発生させる選択された化学プラズマ生成剤の適応的な圧力及び噴射タイミング管理によって、燃焼エネルギー単位当たりより大きい作業生産を達成するように実装され得る。例えば、開示する技術は、始動から全出力に及ぶトルク−ピストン速度動作モード全体にわたってトルク送達を最適化するクランクシャフト角度で、燃焼チャンバ圧力を発生させる選択された化学プラズマ発生剤の適応的な圧力及び噴射タイミング管理によって、熱化学的に再生された成分から生成される化学プラズマ発生剤の燃焼エネルギー単位当たりより大きい作業生産を達成するように実装され得る。
［さらなる実施形態］
化学媒介剤は、（例えば、酸素又は空気のような）圧縮酸素とより迅速に相互作用したときに、遅延、又はディーゼル燃料噴射システム及びデバイスには典型的であり得る粒子排出物の生成のような好ましくない結果を引き起こすことなく、プラズマを生成し、燃焼を刺激することができる化合物又は混合物である。いくつかの例では、化学媒介剤は、燃料を化学的に活性化することによって生成される化学プラズマ発生剤として利用することができ、化学プラズマ発生剤は、燃料噴射／点火システム中でより簡単にイオン化される。
例えば、ディーゼル燃料噴射における圧縮点火の場合、極めて小さいオリフィスを介して液体燃料を高度に加圧し、せん断して、ディーゼル燃料の高速液滴を生成しなければならず、ディーゼル燃料の液滴は、最初に圧縮加熱空気へと十分に浸透して蒸発し、次いで、圧縮加熱空気へとさらに浸透して、熱分解し、燃焼を開始しなければならない。残念なことに、そのような燃焼は、様々な程度まで炭素に富む微粒子及び窒素酸化物の生成を防止することができない。本明細書に記載するように、開示する技術は、エンジン効率をさらに向上させ、他の好ましくない射出とともに炭素に富む微粒子及び窒素酸化物を低減する又はなくすために、例えば、高い圧力（例えば、２０，０００〜３０，０００ＰＳＩなど）までディーゼル燃料を加圧することが必要とされるバックワークから生じるパワー損失を含む現在の燃焼プロセスにおける多くの欠点を克服することができ、燃料供給における水及び／又は微粒子に起因するインジェクターの損傷をなくすことができ、かつ、記載する化学プラズマ発生剤を生成するために、エンジン又は燃料電池により拒絶される熱を利用することを可能にすることができる。
燃料噴射及びスパーク点火の目標を単一のデバイス又はシステムに組み合わせるための取り組みは、水素、メタン、天然ガス、発生炉ガス及び水素との様々な他の混合物のような望ましい燃料の利用を可能にするためには燃料流量が不十分であるなどの点火に関する問題を含む困難に遭遇してきた。例えば、そのようなシステムの制限又は不具合は、燃料の間欠的な計量のためのニードルバルブの利用を含み、それは、多くの望ましい燃料選択、点火システム、動作圧力、及び熱化学的に再生された燃料種の適用の利用を厳しく制限する又は禁止することがある。いくつかの例では、スパーク点火グリッチ又は不具合がある場合、再生可能水素、メタン、ならびに燃料アルコール又は低コストの天然ガスのような極めて魅力的な燃料であっても、高圧縮エンジン及び低圧縮エンジンにおいて点火に失敗する。そのようなスパーク点火グリッチ又は失敗の頻度に応じて、これは、大気汚染、燃費の悪化、トルク損失、ヘジィテーション、エンジン堆積物、油汚染、ならびに加速したエンジン摩耗及び劣化に伴う振動を生じる。
本明細書に記載する開示する技術は、確実な点火、複数のタイプ及び多くの代替の発射プラズマ燃焼、燃焼の加速されたプロセス及びより速い完了、燃焼チャンバ表面のより少ない加熱、ＢＴＵ当たりより優れた膨張ワーク、及びより優れた熱化学再生（ＴＣＲ）エネルギー生産を提供して、トルクを増大させ、パワーを増大させ、高価な燃料を少なくして（すなわち、マイル／ガソリン１ガロン当たり（ＧＧＥ）を増やして）燃費を向上させ（例えば、ＮＧ−ＧＤＥ＝１／３のディーゼル燃料コスト）、アイドリングからフルパワーに及ぶ動作モードにおける空気利用効率を高めるとともに汚染物質を大幅に低減する又はなくすことができる。
内燃機関における噴射及び点火のために燃料を化学的に活性化するための技法、システム及びデバイスについて記載する。
１つの態様では、開示する技術は、燃焼チャンバの酸化体遮断ゾーン内で等しいかより大きいエネルギー送達を生成するために、燃料を迅速に送達し、点火するための例示的な一体型燃料噴射／点火システム及びデバイスを含む。例示的な一体型燃料噴射／点火システムは、多くのタイプのプラズマの場合、たとえばスパークプラグと比較して燃焼チャンバへのプラズマの浸透を増大させる（はるかに長い距離に達する）ように、ならびに、たとえばチョークフローインジェクターの限界と比較して燃料がチャンバに入る速度を増大させるように動作させることができる。例示的な一体型燃料噴射／点火システムは、これらの例示的な噴射及び点火動作から層状放熱のパターン生成を生成するように動作させることができる。
図１Ａは、一体型燃料噴射／点火システム１００Ａの概略図を示しており、システム１００Ａは、燃焼の開始とそれに続く酸化プロセスとを大幅に加速するために間欠的に認められた燃料及び／又は酸化体のイオン化のために実装することができ、それにより、ヒートエンジンの燃焼チャンバ内の燃焼を迅速に完了させることができる。例えば、一体型燃料噴射／点火システム１００Ａは、電流の起動を容易にするために小さいスパークギャップを含むように構成され、電流は、起動後、その部位からスラストされ、はるかに低い電気インピーダンスを有する大きなにギャップに行く。実質的に低い電気インピーダンスは、印加されたより低い電圧によって引きつけられ、高電流と、（例えば、発生したイオンの集合に基づく）イオンとしての燃焼チャンバへの全エネルギー送達とを構築することができる。イオンの速度は、最適な空気利用率、ならびに最適な空気利用率を提供するための１つ又は複数の適応制御されたパターンを提供するように制御される。
開示したシステム１００Ａは、燃焼チャンバに入る燃料イオンの速度を制御するように動作させることができる。例えば、システム１００Ａは、燃焼チャンバに入る燃料の速度の制御に関与するパラメータの制御、例えば、燃料のバルブ調節に対する圧力降下の制御、特にローレンツ電流及び電界強度を含むようなパラメータの制御を提供することができる。例えば、ローレンツ電流が高くなればなるほど、電界強度が高くなり、速度及び加速が増大し、例えば、どのくらいの終端速度が生成され得るかについての移動量のプロファイルに影響を及ぼす。
いくつかの実装形態では、一体型燃料噴射／点火システム１００Ａは、交換可能なチップ（図１Ａの概略図に図示せず）を含み、それにより、多種多様な内燃機関とのアセンブリ１００Ａの一体化及び／又は装着を簡単にすることができ、例えば、直接噴射２ストロークディーゼルエンジン又は直接噴射４ストロークディーゼルエンジンにおいて利用される多種多様な従来の燃料噴射器の迅速な交換を可能にすることができる。例えば、これにより、現在はディーゼル燃料を必要とするエンジンを、例えば、水素、メタン、燃料アルコール、天然ガス、エタン、プロパン及び発生炉ガスのような、あまり高価ではなく、環境に有益な燃料選択での動作に転換することが可能になる。そのような転換は、エンジンチューンアップとほぼ同じ時間で実行することができる。例えば、燃料噴射及びプラズマ点火システム１００Ａを用いた動作への転換の後、エネルギー密度が非常に低いランドフィルガスからエネルギー密度が比較的高い植物性脂質及び動物性脂質に及ぶ燃料選択は、システム１００Ａによって実装され得る。例示的なシステム１００Ａは、燃料を迅速に送達し、燃料に点火するために、そのような広範囲にわたる燃料選択（例えば、そのうちのいくつかは、他の３，０００倍を超えるエネルギー密度を提供する）を利用して、燃焼チャンバの酸化体遮断ゾーン内で等しいかより大きいエネルギー送達を生成することができる。
一体型燃料噴射／点火システム１００Ａは、アセンブリ１００Ａの少なくともいくつかの構成要素に支持及び構造を提供するための本体ケーシング１０１を含む。図１Ａに示した例示的な実施形態では、システム１００Ａは、アーマチュア１２２とソレノイドコイル及びボビンアセンブリ１２８とを含む電磁燃料制御バルブオペレータを備えている。他の実装形態では、例えば、空圧式、油圧式、磁歪式及び圧電式の燃料制御バルブオペレータを含むがこれらに限られない様々な燃料制御バルブオペレータを利用することができる。燃料フローは、例えば、ステンレス鋼又は超合金、様々な強化粒子、ファイバー及びフィラメント、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（Ｔｏｒｌｏｎ（登録商標）ポリマー）又は熱硬化性材料のような選択されたマトリックス材料など、好適な材料で構成された（例えば、ポペット面をもつ）バルブヘッド１０４を含む複合ポペットバルブアセンブリ１０２によって制御され、複合ポペットバルブアセンブリ１０２はさらに、必要とされる場合には、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄに示され詳細に後述されるように、ファイバー束２０６、２１４及び２２０のような定位置にある光ファイバー及びさらなる強化ファイバーとともに、熱劣化に対するより優れた強度及び抵抗を提供する材料選択で合成され、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄは、複合バルブアセンブリ１０２と同様の複合バルブアセンブリを備えている。複合バルブアセンブリ１０２は、ポート１１８を通るエンジンの燃焼チャンバ１２０への流体フローによって望ましい燃料噴射パターンを提供するために、大きいオリフィス１０６とバルブシート１１４を通る接続通路１１９とを提供するアセンブリ１００Ａのバルブシート１１４に対してポペットヘッド１０４の面を封止する。接続ポート１１８のための通路１１９は、燃焼チャンバ１２０への各燃料バーストベクトルについて酸化体の運動を引き立たせる又は相殺する入射角と同じに、又は様々な異なる配列で提供することができる。さらに、複合バルブアセンブリ１０２は、バルブシート１１４を通る望ましい頻度の燃料フローバーストを提供するために、低摩擦の軸方向に往復運動する構成要素として機能することができ、また、アーマチュア１２２の往復運動を支持するための軸方向ベアリングとして機能する。
アーマチュア１２２は通常、図示のように、燃料圧力及び／又は、例えば、円錐形の螺旋ワイヤフォーム、スプリングディスクのような好適な圧縮ばね、あるいは弾性体１２４によって、ならびに／あるいはボビンキャリヤ１３０中の永久磁石１２６への引力によって閉鎖している。このように永久磁石１２６によってアーマチュア１２２を閉鎖すると、疲労寿命が無限になり、スプリング共振の問題が克服される。また、永久磁石１２６は、軟磁石アーマチュア１２２の極を確立して、反応を加速し、電磁ソレノイドコイル１２８により作動時に加えられるアーマチュア力を増大させる。
ボビンアセンブリ１２８の磁石ワイヤコイルを通る電流の確立によって電磁燃料制御バルブオペレータが作動すると、アーマチュア１２２は、閉鎖位置から離れるように加速され、複合バルブアセンブリ１０２のベアリング面に沿って、アーマチュア１２２がたとえばベルト１３２のようなリフトに衝突するまで誘導され、それにより、複合バルブアセンブリ１０２は、突然開放し、ポペットバルブヘッド１０４をバルブシート１１４から離して開けるように移動させられる。
例えば、アーマチュア１２２は、シングルストローク又はマルチストロークあるいは高頻度のスライドハンマーとして効果的に機能することができるが、いくつかの実施形態では、バルブシート１１４に対するバルブヘッド１０４の惰力及び結果として生じる衝撃を低減させるために、例えば、アーマチュア１２２に配置された、又はアーマチュア１２２に隣接する面に配置されたエラストマー圧縮ばね１３４及び１３６のようなばねによって、各往復運動の終点において減速される。そのような圧縮ばね（例えば、例示的なエラストマー圧縮ばね１３４及び１３６など）の比較的小さい軸方向移動動作におけるこの例示的な減速を通じて、複合バルブアセンブリ１０２は、はるかに小さい惰力でバルブシート１１４に対して閉鎖するように誘導され得る。これは、複合バルブアセンブリ１０２及びバルブシート１１４の高頻度の疲労応力を大幅に低減して、対合するアセンブリの機能的寿命を極めて長くする。例えば、副次的な利益として、はるかに静かな動作、バルブバウンシングの除去、及びよりスムースな燃料加速が挙げられる。
いくつかの実施形態では、アセンブリ１００Ａは、例えば、組み付けられた構成要素の様々な速度の熱膨張の許容差を含む、アセンブリにおける実際のトレランス強化に適応するために、必要とされる場合には、バルブフィーチャ（ベルト）１３２に力を加える前にアーマチュア１２２の最小限許容された動きを利用することができる。他の実施形態では、アセンブリ１００Ａは、燃料特性のより大きい変化とともにはるかに大きい燃料圧力のより高速のサイクル動作及び／又は利用を可能にするために、バルブフィーチャ（ベルト）１３２に力を加える前に、アーマチュア１２２の好適な自由移動とともに、そのような適応を提供することができる。
図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、複合バルブアセンブリ１０２の異なる図を示す。図２Ａ及び図２Ｂは、長さ及び外径を含む例示的な寸法とともに、複合バルブアセンブリ１０２の概略図を示す。図２Ｃは、ファイバー束２０６、２１４及び２２０を含む複合バルブアセンブリ１０２の断面図を示す。例えば、複合バルブアセンブリ１０２の特定の適用例に基づいて、酸化合金及び耐食合金、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマー、ファイバー、フィラメント、ならびに例えば、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア及び窒化ケイ素のような様々な材料組成を含み得る好適な材料を選択することができる。センサ及び無線通信ノードを含む情報中継システムを保護するように構成されるアセンブリ１００Ａの１つの例示的実施形態において、アセンブリ１００Ａは、図２Ｄに示され、さらに詳細に後述されるように、管状ステム２０２に溶接する、ブレージングする、スエージングする、又は取り付けることができるポペットバルブヘッド２０４を利用する。
いくつかの実装形態では、燃料噴射／点火システム１００Ａは、例えば、熱電対、サーミスタ、光学温度センサ、圧力センサ、イオンセンサ、歪みモニタ、ならびに、例示的なバルブヘッド２０４の面２１６で及びその近くで流体フロー、電極状態、ならびに燃焼チャンバイベント及びプロセスを測定し監視する加速度計を含むがこれらに限られない計器センサを含むことができる。情報は、図１Ａに示すように、コントローラ１１０に通信するように、例えば、ワイヤレス又は光ファイバーフィラメント２０６を含む好適な方法によって、管状部分（ステム）２０２内のセンサから、好適なフィルタ、増幅器及び通信ノードに伝達することができる。同様に、管状部分２０２の外側に配置されたフィラメント及びセンサ２１４は、追加の有利な位置から、そのような状態及びイベントを検出して、例えば、燃料噴射、点火及び燃焼プロセスの適応時間調節を含む動作を最適化するために利用される情報を強化することができる。
燃料噴射／点火システム１００Ａの末端部は、複数の突出構造及び／又はチップ１１４Ｅを有する電極１２１の周りに構成された外側同軸電極１４０で構成された同心電極構成を含む。アセンブリ１００Ａは、電極１４０の内部領域に沿って、例えば、電極対１４０と１２１との間に（電極チップ１１４Ｅとともに）構成された絶縁体１０７を含むように構成される。例えば、スパークプラグ磁器のような高誘電セラミック絶縁材料を、１つ又は複数の好適な容量放電を容易にするコーティングとともに、絶縁体の表面に構成することができる。
例えば、燃料噴射／点火システム１００Ａの同軸電極配列は、ローレンツスラストを生じることが可能となるように、ならびに、燃焼チャンバへのフラットパターンを生成し、ピークがフラットパターンのコロナ型放電に向かって極端に配向されるように構成される。いくつかの実装形態では、システム１００Ａは、ローレンツスラストを生じることなく圧力送達を行うように動作され、次いで、たとえば電極構成に基づいて達成可能であるそのようなパターンにおいて一定の距離でコロナ型イオン生成を生成するように動作され得る。
動作時、取付部品１３８又は１３８'に供給される加圧燃料は、コンピュータ又はコントローラ１１０ならびにボビンアセンブリ１２８を冷却するために、内部流路を通してルーティングされ、バルブ１０２の適応時間調節された開放時に、燃料は、ポート又はスリット１１８を通って燃焼チャンバへと噴射され、層状吸気燃焼又は局所均質吸気燃焼の望ましい浸透パターンが生成される。さらに、燃料圧力及びバルブ１０２の開放のタイミングを適応制御するために、コンピュータ１１０は、バルブシートアセンブリ１１４の中心電極チップ１１４Ｅと同軸電極ゾーン１４０との間のプラズマ形成のタイミング及び継続時間を制御する。
図１Ａに示すように、コントローラ１１０は、十分に上昇させたＡＣ又はＤＣ電圧を、絶縁ケーブル１１６を介して、導体管１４２、電極フィーチャ１１４Ｅを含む導体１４３の管状バルブシート１１４、及び電極１４０を含むアセンブリ１００Ａの回路構成要素へと送達することによってプラズマ生成を行う。例えば、プラズマは、スパーク、コロナ又はイオンのローレンツスラスト集合を含むがこれらには限定されないいくつかのタイプのうちのいずれかとすることができる。そのようなプラズマは、燃焼チャンバ酸化体から生成されたイオンを含み得、熱膨張及び／又はローレンツ加速によって燃焼チャンバへとスラストして、後続の燃料酸化プロセスによってオーバーテイクされ、消費される酸化体イオンの層状吸気を形成することができる。
（図２Ｃ及び図２Ｄに示すような）グループ２０６及び２１４のファイバーのそれぞれの視野におけるイベントの状態及び進捗を検出する光学センサを含む光ファイバーを使用して、燃焼チャンバ１２０におけるプラズマパターン及び燃焼プロセスとともに、通路１１９、ポート１１８、電極１１４Ｅ及び１４０を監視することができる。そのような情報は、キャップ１１２を通って延びる光ファイバーを介して、アセンブリ１００Ａ内に配置されたコントローラ１１０に伝達される。
コントローラ１１０との間で中継した通信及び情報は、ワイヤレス無線周波数、バルブアセンブリの運動を可能にするためにわずかに撓曲した接続された光ファイバーによって、又は、インターフェース１２３及び１２４におけるギャップ間の光ファイバーと光信号の放射性中継と組み合わせによって実装され得る。これにより、ヘッド構成要素１３５又は１３５'において時計回り又は反時計回りにトルクを印加した結果として、スクリューアセンブリ１３３による、アーマチュア１２２及びバルブアセンブリ１０２のそれぞれのストロークの調整が可能になる。
いくつかの実施形態では、システム１００Ａは、変圧器を提供するための望ましい磁力及び磁束密度を生成するために実装され得る磁石コイル１２９を含む。例えば、磁石コイル１２９は、シングルタイプ又は多線タイプを含む磁石ワイヤの１つ又は複数の並列コイル回路を含む任意の好適な設計となるように構成することができ、また、ソレノイドアクチュエータ又は圧電アクチュエータの一部分として形成することができる。１次コイルは、例えば、１次コイルの漏れインダクタンスを最小限に抑えるための単巻変圧器接続を含む、１つ又は複数の後続のコイルのコアとして機能することができる。ポリイミドのような誘電体膜を使用して、連続するコイル層の間の短絡を防止することができる。そのような平行なコイルは、ライン出力又はフライバック変圧器を効果的に提供することができ、１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ以上の周波数において２０〜５０ｋＶを生成することができる。
一体型燃料噴射／点火システム１００Ａのいくつかの実施形態では、燃焼チャンバのイベント及び状態の監視は、例えば、ファイバー束２０６中のセンサが燃焼チャンバの状態を光学検出又は圧力検出することが可能になるように、電極１２１の面にある窓又は耐熱レンズ１２３を使用して実行することができる。図１Ｃは、電極フィーチャ１１４Ｅを含む例示的な電極１２１の面の例示的な図を示し、窓又は耐熱レンズ１２３の構成が示されている。耐熱レンズ１２３に利用することができる例示的な材料として、Ａｌ２ＭｇＯ４、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）及び石英（ＳｉＯ２）を挙げることができる。通路１１９とポート１１８との好適な角度は、燃焼チャンバ１２０からの直接的な輻射又は反射した輻射をセンサグループ２０６及び／又は２１４の例示的な計器によって監視することを可能にする選択を含み得る。例えば、例示的なファイバー束２０６及び／又は２１４の加速及び圧力センサは、通路１１９とアセンブリ１００Ａの構造構成要素とを介して伝達される圧力及び力を受け取る。
燃料燃焼のより早い開始及び完了は、十分に高い電圧印加速度（高いｄＶ／ｄｔ）が、十分なＡＣ又はＤＣイオン化電流振幅とともに十分な振幅に達して、電極ポイント１１４Ｅ及び同心電極１４０の各々又は少なくともいくつかの間で粒子のイオン化を引き起こす場合に達成される。これにより、ポート１１８から射出するイオン化された燃料粒子の高い表面積対体積ベクトルの両側に酸化体の点火イオンが生成されることが確実になる。燃焼加速についてこのタイプのイオン発生を達成するための選択肢は、プラズマ生成を伴う迅速な電流増大がその後に続く容量放電の配列を含むことができる。そのようなプロセスのいくつかの例は、米国特許第６，８５０，０６９号、米国特許第４，１２２，８１６号、米国特許第３，５５１，７３８号、米国特許第２，８６４，９７４号、及び米国特許第１，３０７，０８８号に開示されており、それらはそれぞれ、その全体がこの特許文書の開示の一部として参照により組み込まれる。
例えば、静止燃料チャンバの適用例のようないくつかの実装形態では、通路１１９及びポート１１８を通る燃料フローは、電極チップ１１４Ｅを含むノズルアセンブリを実質的に冷却する。そのような適用例では、図１Ｃに示した例示的な構成に成形された比較的薄いキャップを形成し、本来ならば適切な取付け溶接部の区域を制限すること、したがってより吸熱する隣接する材料への熱伝達を制限することによって、結果として生じた動作温度を制御することが好ましい。これにより、そのような組み付けられた構成要素が、レンズ１２３をしっかりと捕捉し、最適化されたイオン化、加速された燃焼及びパフォーマンスのための動作温度仕様を満たすことが可能になる。
図２Ｄに示した管状システム２０２の例示的なポペットバルブヘッド２０４は、燃料特性、燃焼チャンバ詳細及びエンジンのピストン速度範囲の範囲について最適化された燃料バースト特性を提供するために、管状バルブシート１１４に向かって、凹状ジオメトリ、凸状ジオメトリ、又は他の好適な球形もしくは円錐形のジオメトリ、あるいは平坦面ジオメトリを有することができる。図２Ｄに示すように、管状システム２０２は、計量ならびに通信ファイバー及びフィラメント２０６及び／又は２１４を含む。例えば、強化フィラメント２１８のような追加の強化フィラメントは、動作力を伝達するために利用され、そのうちのいくつかは、円筒スリーブ又はビードボール２０８によって管状ステム２１２のスエージングされ形成された部分内に係止され、複合バルブアセンブリ１０２の作動フィーチャ（バルブフィーチャベルト）１３２を越えて延びる。例えば、そのような高強度フィラメント２１８は、円筒スリーブ又はビードボール２０８のような好適な構成要素と管状システム２０２の管状ステム２１２の拘束セクション又は「ネック」部分との間に圧迫によって係止される。さらなるストレインリリーフ及び保護を提供するために、計量ファイバー及びフィラメント２０６をスリーブ又はビードボール２０８の内孔を通してルーティングすることができる。高強度ファイバー２１５は、管状ステム２１２の拘束ゾーン又はネックゾーンを補強して、アセンブリの支持、応力分布及びフープ強度を大幅に高めるために利用することができる。複合アセンブリは、さらなる強度及び保護のために、計量ファイバー２１４を覆って編状フィラメントの管状部分と嵌合することができ、バルブステムガイドゾーン及びアーマチュアのベアリング面の管状部分は、ホウ化マグネシウムアルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン、又は他の摩擦低減面を利用するさらなる管状層を有することができる。
図２Ｄ、図２Ｅ及び図２Ｆは、任意選択の中間製造工程を示しており、高強度ファイバー２１８は、スリーブ又はビードボール２０８を受け入れるように内孔径を提供するために、選択されたエポキシ系のような好適なフィラーマトリックスで湿潤形成される可能性がある管状アセンブリとして、ツーリングマンドレル（図示せず）上に配列される。計量ファイバー及びフィラメント２０６は、スリーブ又はビードボール２０８を貫通して配置され、管状ステム２０２内に配置された強化ファイバーチューブ２１８の内孔内の組み付けられる。管状ステム２０２のスウェージ形成のような好適なリフォーム及び強化ファイバー２１５の適用は、例えば、温度、圧力、発射された酸化体イオン化パターン、燃料バーストベクトル及びイオン化、ならび段階的な燃焼パターンを含む燃料噴射ならびに燃焼チャンバの状態及び局所的なイベントの感知とともに、ポペットバルブヘッド２０４の動作について高強度のアセンブリを提供する。ファイバー及びファイバーグループのアセンブリは、様々な望ましい輻射周波数の強度及び／又は透過率について、強化フィラメントとして機能する他のファイバーとともに、燃焼チャンバイベントを監視し、測定するように選択され、２０６、２１４及び２２０のような長手方向通路に装荷され、又はガラス及びガラスセラミックスの選択を含めて熱可塑性プラスチック又は熱硬化樹脂のような好適な材料を用いた後続のインサート成形によって所定の位置に詰められる。
例えば、溶剤に溶解した有害物質の安全な処分に直面する選択を含む扱いにくい燃料及び／又はより高い温度動作（例えば、いくらか熱を通さないエンジンを含む）の使用の場合のような特定の実施形態では、粉末状の窒化ケイ素及び／又はケイ素は、好適な潤滑材及び／又は生強度の薬剤と混合される。そのような混合物は、望ましい強化ファイバーとともに、複合バルブアセンブリ１０２の図２Ａで示すような中央の長手方向孔又は通路のような好適なパターンの孔、ならびに図２Ｃ及び図２Ｄの選択された断面を含む所望の形状の圧縮又は射出成形による迅速な生成を可能にするための成形システムに装荷される。射出成形されたシリコンバルブ本体は、その後、好適な窒素ドナー大気を含む炉においてＳｉ３Ｎ４に転換される。複合構造は、寸法、得られた粒度及び配向、ならびに／あるいは表層における圧縮応力のような残留応力の発現を改良するために、化学蒸着、スパッタリング又は他のプロセスによるシリコン又は他の材料選択のさらなる間欠的堆積物を受けることができる。
他の実施形態では、好適な高温フィラメント又はライトパイプは、所定の位置で生強度段階の複合要素として成形した時か、あるいは、焼結及び／又は窒化ケイ素へのシリコンの転換中にカプセル化するようにケイ素粉末を射出成形した後に、２０６、２１４及び／又は２２０のような選択された通路において装荷されることができる。さらに優れた疲労耐久強度を必要とする適用例についての実施形態では、そのようなファイバー及び／又はライトパイプは、焼結及び／又は窒化ケイ素転換の後に通路に配置され、得られたアセンブリはその後、内部空隙又は表面欠陥がない極端な密度の複合体を提供するために、ならびに／あるいは表層に望ましい圧縮応力を生成するために高温静水圧プレスされる、
図１Ｂは、一体型燃料噴射／点火システム１００Ｂの別の実施形態を示す。例示的なアセンブリ１００Ｂは、例えば、フィーチャ１５２を捕捉するためのねじ付きアセンブリのような好適な方法によってキャップ１５０に取り付けられたアーマチュア１５４を含む。アセンブリ１００Ｂは、シート１６２に対するポペットバルブヘッド１６０の燃料圧力によって支援された開放と燃焼圧力によって支援された閉鎖の固定長のアセンブリとを含む。燃料計量バルブストロークの調整は、アセンブリ１００Ｂの永久磁石１５６の位置を調整するために図示されるヘッド１３５'において時計回り又は反時計回りにトルクを印加した結果として、スクリューアセンブリ１３３'によって行われ、それにより、シート１６２に対して閉鎖して燃焼チャンバへの燃料フローを制御するために、円錐ばね１５８など任意選択の圧縮ばねととも、ポペットバルブ１６０に閉鎖力が加えられる。
触媒、熱面、電気プラズマ及び／又は自己点火剤のような様々なタイプの燃料点火が使用され得る。例証として、アセンブリ１００Ｂの１つの実施形態は、放電チップ１２１'のようなフィーチャび間に交流又は直流プラズマを提供するようにコントローラ１１０Ｂにより適応的に最適化され得る噴射燃料の点火を行い、放電チップ１２１'は、シート１６２の外径から延び、電極ストリップ又はシュラウド１６４を取り囲む電極配列１２１と同様であり得る。イオン化電流の計量的な印加は、運動エネルギー、そして、音速未満の振幅から超音波振幅まで制御される制御された運動エネルギー及び速度で燃焼チャンバへとスラストされるイオンのバーストを生成するために、同心電極１６６と１６４との間でそれらに沿って加速される際に、イオン集合を迅速に構築する。電極１６４及び１６６は、ほぼ、同心円筒導体、様々なパターンのセグメント電極、又は螺旋ワイヤフォームであり得、それらのうちの１つ又は両方は熱面点火を行うために十分な熱を保つ。いくつかの実装形態では、システム１００Ｂの電極配列は、より狭い開先角度となるようにさらに配向されるローレンツ電極配列のタイプとして構成することができる。例えば、電流は、電極チップ１６４の構成に基づいてスパークすることができ、電流が確立される（例えば、ブレークオーバーは確立される）と、システム１００Ｂは、極めて低いインピーダンスで動作して電流を構築し、燃焼チャンバへの環からの加速として（例えば、イオン化ガスとして）一定の又は他のタイプの制御可能な電界を生成することができる。バルブ１６０は、上死点（ＴＤＣ）の近くに及び／又はエンジンのパワーストローク中に複数回の燃料バーストを生成するように、１エンジンサイクル当たり１回又は複数回動作することができる。その後、例えば、それぞれの又は選択された燃料バーストは、より高い速度で燃焼チャンバに入り、適応的に最適化された燃料ベクトル、表面積対体積比及び加速した燃焼パターンを生成する多数のさらなる燃料イオン電流バーストを生成するために、ローレンツ加速を受けることができる。
図３Ａは、燃焼チャンバに向かってスラストする際のプラズマの回転、及び燃焼チャンバへの燃料イオン発射の燃料イオン発射パターンの制御を提供するための一体型燃料噴射／点火システム３００の一実施形態を示す。システム３００は、電極３０２と３０４との間のギャップにおける流体粒子の最初のイオン化の後にローレンツ力によってプラズマ加速を確立するための比較的長い環状ゾーンを含む。点火及び／又はローレンツ加速は、ケーブル３９６を介してイオン化電気エネルギーの印加によって提供される。そのような最初のイオン化の後、例えば、アセンブリ１００Ａのコントローラ１１０と同様の位置に配置され得るコントローラ３１０は、増大した電流を制御することができ、したがって、（チップ３０２をもつ）電極３０６と電極３０４との間のイオン集合の成長は、燃焼チャンバ３３０内での圧縮酸素への浸透のために所望される運動エネルギーまで加速される。例えば、燃料フロー制御は、燃料圧力によって支援された燃料バルブの開放及び／又は燃焼圧力によって支援された燃料バルブの閉鎖によって、あるいは代替として、バルブ３０１のような燃料圧力によって支援された燃料バルブの閉鎖によって制御することができる。燃料噴射／点火システム３００の末端部は、外側の電極３０４が、複数の突出構造及び／又はチップ３０２を有する内側電極３０６の周りに構成された同心電極構成を含む。
システム３００は、燃焼チャンバ３３０に向かってスラストする際にプラズマの回転を提供するために利用され得る１つ又は複数の円筒磁石３１２を含む。また、１つ又は複数の円筒磁石３１２は、燃焼チャンバ３３０への燃料イオン発射パターンを制御することを含むさらなる制御フィーチャするを提供するために、例えば、コントローラ３１０を使用して、取付部品３１４を介して供給される燃料の圧力の調整と連携して利用することができる。例えば、これにより、噴射されるプラズマ及び／又は燃料の入射角での燃焼チャンバにおける渦を捕捉すること又はそれに直面すること、電極上でホットスポット、電極浸食の最小化又は除去、ならびに、電極表面上の堆積の防止及び／又は除去を含む複数の目的のために、イオン化及び電流経路を変更させることが可能となる。内部磁石３１２は、電極３０４と３０２との間で電極３０４と３０６との間の領域の端部まで続く環状領域に、ローレンツスラストの軸方向加速を修正するために使用される渦−半径方向加速を提供することができる。
いくつかの実施形態では、システム３００は、変圧器を提供するための望ましい磁力及び磁束密度を生成するために実装され得る磁石コイル３２８を含む。例えば、磁石コイル３２８は、シングルタイプ又は多線タイプを含む磁石ワイヤの１つ又は複数の並列コイル回路を含む任意の好適な設計となるように構成することができ、また、ソレノイドアクチュエータ又は圧電アクチュエータの一部分として形成することができる。１次コイルは、例えば、１次コイルの漏れインダクタンスを最小限に抑えるための単巻変圧器接続を含む、１つ又は複数の後続のコイルのコアとして機能することができる。ポリイミドのような誘電体膜を使用して、連続するコイル層の間の短絡を防止することができる。そのような平行なコイルは、ライン出力又はフライバック変圧器を効果的に提供することができ、１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ以上の周波数において２０〜５０ｋＶを生成することができる。
例えば、特に、エンジン動作の吸入イベント又は圧縮イベント中に、電極、オリフィス及び／又は他の重要な燃焼チャンバ表面のクリーニングサイクルを動作させることが有利である。いくつかの実装形態では、システム３００の電極３０２／３０６と３０４との間の（又は、図１Ａに示した、システム１００Ａの電極１４０と１１４Ｅとの間の）環状スペースに入る（例えば、空気のような）酸化体は、堆積物及び粒子を除去する又はなくすための、電極表面、オリフィス、通路及び他の重要な燃焼チャンバ表面に沿った高度に活性化された酸化体のバーストをイオン化及びスラストすることによる１つ又は複数クリーニングサイクルを使用することができる。
アセンブリ３００は、燃焼プロセスとともに酸化体イオンのパターン及び／又は燃焼チャンバ３３０への燃料発射を監視するための光学レンズ又はライトパイプ３１６を含む。光学レンズ／ライトパイプ３１６は、光ファイバーケーブルグループ３２２のある特定の部材がコントローラ３１０への情報を検出し、中継することが可能になるように、アセンブリ３００のセンサアレイ３１８の面から定置型バルブシート３２０まで延びる。この構成により、燃料移送ポート、電極及び燃焼チャンバプロセスの包括的な監督が可能になる。
一体型燃料噴射／点火システム３００の例示的な実装形態について記載する。例えば、いくつかの実装形態では、電極３０２／３０６と周囲の外側電極３０４との間の環状ギャップの完全な燃料送達及びクリーンアウトを確実にするために、電極３０２〜３０４によって形成される環状ギャップにわたる別のイオン化は、バルブ３０１の動作によって生じる各燃料バーストの最後に、コントローラ３１０により行われる。電流は、低抵抗のイオン経路の確立及び検出時にランプアップして、ローレンツ力によるイオン集合の成長を大幅に加速し、利用可能な燃料のすべてが燃焼チャンバ３３０に放たれることを確実にする。例えば、エンジン動作の吸入ストローク及び圧縮ストローク中の後続の時間中に、電極表面及び／又は他の重要な構成要素から任意の検出された粒子又は堆積物を除去するために、空気又は酸化体イオンのさらなるローレンツスラストが同様に行われ得る。
いくつかの実装形態では、パワーストローク中に燃焼チャンバへの燃料のローレンツスラスト発射を厳密に優先すると、（例えば、空気のような）酸化体をイオン化し、燃焼チャンバへとスラストして、イオン及び／又はフリーラジカルの層状吸気を生じることができる。より優れたローレンツ加速を生じてそのような酸化体イオンを確実にするための送達圧力、熱膨張及びより高い電流の印加による燃料の後続のスラストは、高速度燃料燃焼プロセスによってオーバーテイクされ、消費される。各ローレンツスラストのタイミング及び酸化体加速と燃料加速との比は、それぞれのスラスト浸透及び加速した燃焼のパターンの制御を提供する。
例えば、アセンブリ３００の電極３０４及び３０６のような並列電極、撚り電極又は同心電極に沿ってスラストされる酸化体イオンの電荷は、イオン化及びプラズマ発生ステップの結果として過剰な電子数（−）か、低減された電子数（＋）かによって区別され得るので、（＋）又は（−）によって特徴づけられ得る。そのような酸化体（＋）イオンから離れて移送される電子は、（−）イオンになる燃料粒子に提供され得る。これは、燃焼プロセスのさらなる吸引及び加速を提供する。
同様に、例えば、アセンブリ３００の電極３０４及び３０６のような例示的な並列電極、撚り電極又は同心電極に沿ってスラストされる酸化体イオンの電荷は、余剰電子数によって（−）粒子として特徴づけられ得る。電子を燃料から離して移送して、（＋）粒子イオンを生じることができる。これはまた、燃焼プロセスをさらに加速させる。
いくつかの実装形態では、燃焼プロセスが完了する前に燃焼チャンバへのさらに酸化体及び／又は燃料イオンを発射することが望まれ、例えば、それにより、特定の燃料特性のためのトルク生成を最適化することが可能になり得る。また、例えば、燃料噴射器の近くの燃焼チャンバの構成要素への熱伝達速度を低減するためには、後続の動作管理プロシージャが効果的である。例えば、任意の電荷極性の燃料粒子イオンは、燃焼チャンバ内の非イオン化酸化体へと噴射され得、所与の電荷極性の酸化体粒子イオンを噴射した後、同じ電荷極性の燃料粒子の噴射により燃焼チャンバ内のより深くで燃焼パターン及び燃焼完了が生じ、所与の電荷極性の酸化体粒子イオンを噴射した後、イオン化されていない燃料粒子の噴射により燃焼チャンバ内のより深くで燃焼パターン及び燃焼完了が生じ、所与の電荷極性の酸化体粒子イオンを噴射した後、反対の電荷極性の燃料粒子の噴射により燃焼チャンバ内で燃焼パターン及び燃焼完了の早期生成が加速される。
例えば、酸化体吸入、圧縮、燃料噴射、燃焼、パワー生成及び排出のプロセス中の圧力の大きさを含む燃焼チャンバの圧力測定は、情報を検出し、報告する１つ又は複数のセンサによって行うことができる。例えば、そのような情報は、抵抗の歪み誘起電荷、圧電ポテンシャル、キャパシタンス、光学透過性、光路長、又は他の好適なパラメータを含み得る。例えば、そのような情報は、適応的な燃費の最適化、パワー生成、排出低減又は除去、ならびに様々な適用例及び動作のデューティサイクル全体にわたり動作のために、好適にフィルタリングし、転換し、増幅し、ワイヤレス又は光ファイバー伝送によりコントローラ３１０に送達することができる。
アセンブリ３００のいくつかの例示的な実施形態では、光信号は、空気又は他の流体を介して、光ファイバーケーブルグループ３２２の両端間で、図３Ａのコントローラ３１０への情報の送達のための受信側リレーの受信側光ファイバー又はレンズ、あるいは読取り光電子デバイスへと伝達又は中継される。
いくつかの例示的な実施形態では、アセンブリ３００は、圧縮中に加圧及び加熱される気体、ならびに電極３０４と３０６との間の環状スペース内に残っている燃焼ガスを含む燃焼チャンバの気体から獲得される熱エネルギーを利用する。例えば、そのような高温ガス加熱は、たとえば抵抗加熱又は誘導加熱のような他の加熱プロセスによってこれらの電極中で生じる熱に加えられ得る。したがって、そのような流体が末端ゾーン熱交換器を通過する際に流体燃料を加熱することができる。例えば、そのような燃料流体は、とりわけ、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、又はそのような流体の混合物を含み得るが、これらに限定されるものではない。例えば、末端ゾーン熱交換器は、例えば、図３Ｅに後で示す超合金スクリーンスクロール、あるいはシングルスタート又はマルチスタート螺旋金属又はセラミックフィーチャ３３１のような、様々な他のサーマルフライホイール構成要素を含み得、これは、燃焼チャンバへと流れる燃料分子への周期的な熱伝導率を増大させるための、増大した表面露出、熱容量及び延長された移動距離を表す。例えば、流体燃料のそのような予熱は、燃焼の開始及び完了を加速するために、燃料活性化状態を大幅に増大させることができる。この熱活性化は、個々に、又はローレンツ加速と併せて、及び／又は渦を引き起こすためのたとえば３１２のような１つ又は複数の磁石による角加速度と併せて、及び／又はコロナ点火と併せて、及び／又はスパーク点火と併せて、及び／又は触媒点火と併せて、及び／又は化学プラズマ点火と併せて採用され得る。
例えば、輸送エンジンにおける一体型燃料噴射／点火システム３００の例示的な適用例では、（例えば、ニッケル、活性化ニッケル、白金又は白金黒のような）点火触媒は、アイドリング状態での適切な点火システムとしてそのような燃料及び／又は酸化体予熱と組み合わせて機能するために、電極３０４と燃焼チャンバ３３０とのインターフェースにおいて提示され得る。巡航状態に向かって加速すると、電極３０４及び３０６にわたるスパークによって、さらなる点火運動力を提供することができ、次いで、さらなる点火運動力が必要とされるので、コロナイオン化が燃焼チャンバ３３０のインターフェースにおいて電極３０４及び３０６から発出するかコロナ放電が行われる。例えば、ローレンツ加速は、例えば、増大した過給ブースト圧力と連携する動作モードを含むフルパワー動作及び／又は高トルク動作を提供することができる。
例えば、複数の未精製燃料源を使用する一体型燃料噴射／点火システム３００の例示的な適用例では、燃料制御バルブアセンブリ３０１及び／又はアーマチュア３０３のストロークを適応調整することが望ましい。例えば、これにより、アーマチュアと燃料制御バルブとの間のスライドハンマー及び固定接続は、特性が急激に変化する燃料を受け入れる機会を増大させることができる。そのように特性が急速に変化する例示的な燃料は、発火性物質に基づくが、温度及び／又はＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｓ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６などの含有量の変化に起因して、流量、イオン化及び／又は燃焼特性が逐次的に変動する燃料を含み得る。
図３Ｂは、開示した一体型燃料噴射／点火システムの例示的な実施形態３３６の構成要素を示す概略図を示す。アセンブリ３３６は、特性が広範囲で変化する燃料の急激に変化する選択に適応するように燃料計量バルブ３４０の迅速な軸方向運動調整を行うように構成される。例えば、変化する燃料及び／又は特性は、周囲温度、あるいは、例えば、燃料アルコール、ガソリン、固体、液体及び気体の混合物を含むような物質のブレンドを伴うメタン又は水素、ならびに、調整の結果として生じる流体燃料の固体、液体及び気相のスラッシュ混合物のような相変化した物質、熱添加及び圧力など、極低温燃料を含み得る。動作時、燃焼が検出され、浸透パターン及び燃焼パターン、温度プロファイル及び加圧プロファイル、ならびに熱発生性能及び絶縁性能のタイミング及び量を含む酸化体利用度に関して特徴づけられる。アセンブリ３３６は、そのような情報を無線信号によって、及び／又はたとえば図３Ｂに示した光ファイバー束３４２のようなファイバーを介して、（図３Ａに示した）コントローラ３１０に中継する、ファブリーペローセンサ、光学センサ、歪み抵抗センサ、容量センサ及び／又は圧電センサのような計器を含み得、それにより、燃料計量バルブ３４０のストローク及び開閉頻度とともに流体送達の圧力及び／又は温度を調整することができる。
例えば、燃料計量バルブ３４０は、空圧、油圧、カム、ギヤ、磁歪、圧電、又はアーマチュア３５０のような電磁ドライバによって作動される、内向きに又は外向きに開放しているラジアルタイプ、軸方向スリーブタイプ、又はポペットタイプを含む、任意の好適なタイプとなるように構成することができる。例示的実施形態では、アーマチュア３５０は、バルブ３４０の中心線に沿ったアーマチュア３５０の軸方向運動の摩擦が非常に低くなるようにベアリングピン３３８上に燃料計量バルブ３４０により支持されるキャップ３５８を含むことができる。例えば、ベアリングピン３３８は、図２Ｂに示した複合バルブアセンブリ１０２又はセラミックバルブの円筒フィーチャ１０５と同様に構成することができ、ベアリングピン３３８は、燃料計量バルブ３４０にブレージングされる、あるいは場合によっては締め付けられる、４４０Ｃ系ステンレス鋼のような好適な金属合金で構成することができる。
動作時、例えば、ストローク調整は、磁極片３４６の位置の調整によって迅速に達成することができる。磁極片３４６は、アーマチュア３５０の磁極片３４６の、したがってストロークの軸方向調整を引き起こすように、例えば、油圧回路通路３４４を介して印加される圧力により生成された力を含む任意の好適なメカニズム又は力によって配置することができる。例えば、油圧回路通路３４４中の圧力が比較的低いことにより、アーマチュア３５０の活性化が可能になり、磁極片３４６を外向きに押し、ギャップ３５４を増大させる。反対に、例えば、油圧回路通路３４４中の圧力が比較的高いと、磁極片３４６が内向きに押され、ギャップ３５４を閉じる。
アーマチュア３５０の活性化により、磁極片３４６に向かってギャップ３５２に沿って移動する際の加速中に、相当量の運動エネルギーを獲得することが可能になる。例えば、アーマチュアキャップ３５８によって、たとえば燃料計量バルブ３４０のフィーチャ３５６を用いてギャップ３５２を閉じると、バルブシートを介して燃焼チャンバまで燃料が流れることができるように、ギャップ３５４の調整された範囲までバルブ３４０を開放することによって迅速に作業を行うために、アーマチュア３５０及びキャップ３５８の運動エネルギーが印加される。圧縮ばね３４８は、任意選択で頻度がより高いローレンツマルチバーストと相互作用し得るキネティックスライドハンマーの加速を反転させることができる。燃料計量バルブ３４０の動作のためのこのタイプの運動エネルギー発生及び印加により、燃料バーストが迅速に生じ、例えば、それはさらに、ローレンツ加速サイクルの迅速な適用による多数の追加のバーストにつながり得る。これは、例えば、速燃焼燃料（粘性値及びエネルギー密度値が広範囲にわたる多くの他の燃料選択を含む水素など）と相互交換可能な緩慢燃焼燃料（液体バイオ脂質及び／又はガス状メタンなど）の利用を最適化するように適応燃料圧力調整と併せて適応的に達成され得る。
図３Ｃは、広範囲の燃料発射角度及び／又は極めて高い表面積対体積燃料バーストの生成のための燃料制御バルブドライバシステム３６０の一実施形態を示す。燃料制御バルブドライバシステム３６０の実装は、例えば、「フラッター」動作を含む高頻度のバルブ開閉サイクルが可能になるように伝達される運動エネルギーを迅速に発現させ、それにより、広範囲の燃料発射角度及び／又は極めて高い表面積対体積燃料バーストを制御可能に生じることができる。システム３６０は、高頻度の開閉サイクルを提供するために燃料制御バルブ３７８を含む。システム３６０は、六角スパナ又はレンチによる、あるいは、たとえば図３Ｃに示すモータ３６６のような好適なモータに手動のトルク印加を含む任意の好適な方法によって調整することができる全体的な軸方向ストローク、ギャップ又は距離３６２を生じ得るディスクドライバ３６４を含む。ディスクドライバ３６４は、例えば、キャップ３９０がそこの取り付けられる環状の返し又はねじ部分のような１つ又は複数の円筒フィーチャをもつディスクとして構成することができる。例えば、それに加えて、又はそれに代えて、ディスクドライバ３６４は、ボビン３７４の内孔内の別の望ましい位置にギャップ３６２を規定するようにボビン３７４の内孔へと延びる別の円筒フィーチャを有することができる。例えば、モータ３６６は、十分なトルクを生じ、かつ、磁極片３６８の回転に応じた、したがって図示されるねじ付きステムセクション３７０の最終的な回転速度及びピッチに応じた軸方向前進又は後退を引き起こすために、好適なギヤ又は別の減速方法を含むことができる。そのような動作は、相乗的に、後で図４Ａに示されるバルブドライバストローク調整システム４００と組み合わせることがきる。
システム３６０は、ライン出力又はフライバック変圧器を提供するためにの望ましい磁力及び磁束密度を生じる磁石コイル３７２を含む。例えば、磁石コイル３７２は、シングルタイプ又は多線タイプを含む磁石ワイヤの１つ又は複数の並列コイル回路を含む任意の好適な設計となるように構成することができる。磁石コイル３７２は、（例えば、軟鉄合金磁極片として構成することができる）磁極片３６８中に、かつ、磁石コイル３７２及び磁極片３６８に最も近接するディスクドライバ３６４の面に望ましい磁力及び磁束密度を生じることができる。ボビン３７１及び／又は磁極片３６８は、より高い頻度の動作が可能になるように、フェライト材料で形成される、又はフェライト材料を組み込むことができる。１次コイルは、例えば、１次コイルの漏れインダクタンスを最小限に抑えるための単巻変圧器接続を含む１つ又は複数の後続のコイルのコアとして機能することができる。ポリイミドのような誘電体膜を使用して、連続するコイル層の間の短絡を防止することができる。そのような平行なコイルは、ライン出力又はフライバック変圧器を効果的に提供することができ、１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚ以上の周波数において２０〜５０ｋＶを生成することができる。
システム３６０は、例えば、システム１００Ａのコントローラ１１０又はシステム３００のコントローラ３１０と同様のコントローラ又はコンピュータを含み、それらは最初に、磁石コイル３７２中に高電流を提供して強磁性材料又は永久磁石材料であり得るアーマチュア又はディスク３６４を加速し、バルブ３７８を迅速に開放するのに十分な運動エネルギーを発現させる。例えば、アーマチュア３６４の代替構成は、永久磁石と強磁性材料との組合せを含み得る。例えば、例証として、アーマチュア又はディスク３６４は、強磁性コアにブレージングされる、又は締め付けられる永久磁石であり得る。
動作時、例えば、バルブ３７８が開放し始めた後、バルブを開放したまま保つために必要な磁気エネルギーは減少する。いくつかの実装形態では、磁気エネルギーは、フライバック変圧器電圧及び周波数を提供する高周波パルス幅変調によって供給され得る。例えば、バルブドライバディスク３６４の、したがってバルブ３７８の閉鎖を加速するためのシステム３００の環状の磁石３９４（例えば、永久磁石又は電磁石など）の活発化を含む他の適用例とともにそのような電圧ならびに周波数を利用して、燃焼チャンバへの酸化体及び／又は燃料粒子のローレンツプラズマスラストを生じることができる。
例えば、磁束の効率的なコンテインメントは、ボビン３７４、定置型ディスク３７６、円筒磁極片３６８、及び移動可能なフラックス収集及びバルブオペレータディスク３６４の形成されたカップ又はスリーブ構成要素による電界強度磁束整形のためのフェライト及び／又は他の軟磁性材料の選択によって提供され得る。ドライバディスク３６４のジオメトリ、直径及び効果的な磁束通路厚は、燃料圧力、燃焼チャンバジオメトリ、燃料浸透及び燃焼パターン、ならびに酸化体利用効率のうような因子に関して最適化することができる。例えば、ディスクドライバ３６４は、図３Ｃに示す残りの調整可能な許容距離３６２まで迅速に開放するようにバルブ３７８が係合するまで、キャップ３９０により許容される距離３９２にわたって自由に移動するので、これらの因子は、磁力を最大化し、バルブ３７８の迅速な開放のために所望される運動エネルギーを生じるように最適化することができる。
したがって、バルブオペレータドライバ３６４は、例えば、環状の永久磁石又は電磁石３９４からの磁力に応答したバルブ３７８の開放、点火エネルギーの発生及び／又はバルブ３７８の閉鎖を含む様々なさらなる目的のために、磁気磁束通路とともに、バルブ３７８を開放するための運動エネルギー生産／貯蔵／印加デバイスになる。したがって、例えば、バルブドライバディスク３６４の外径の大部分は、ほぼ磁極片ボビン３７４の直径から定置型ディスク３７６の直径の範囲となり得、したがって、厚さは、必要に応じて、特にストローク部分３９２における加速中に、所望の運動エネルギーの磁束及び生成について効率的な経路となるように変動し得る。したがって、ボビン３７４の磁束カップのジオメトリ及び寸法は、最も効率的な磁束通路を提供するために、ドライバディスク３６４の寸法に従う。
バルブ３７８は、セラミック絶縁体３８７の３８２及び３８４のような好適な軸方向運動ベアリングゾーンによって、オリフィス３８０の中心線に沿って誘導される。これはバルブドライバディスク３６４にステム３８６に沿った低摩擦中心線誘導を提供する。例えば、ステム３８６は、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示した複合バルブアセンブリ１０２の円筒フィーチャ１０５のような円筒フィーチャであり得る。あるいは、いくつかの例では、ステム３８６は、図３Ｃに示すように、所定の位置に溶接又はブレージングされたスリーブであり得る。環状ゾーン中の圧縮ばね３８８及び／又は電磁石もしくは永久磁石３９４は、オリフィス３８０に対してバルブ３７８を封止するために、例えば、キャップ３９０及びバルブ３７８ともに、ドライバディスク３６４を常閉鎖位置まで迅速に復帰させることができる。
システム３６０は、電極３８３とともに拡張環状ギャップを形成するように円筒電極３８１から内向きに延びた円錐電極３８５を含む。幅広い燃料噴射及び／又はプラズマスプレイパターンは、電極３８３と３８５との間のギャップにおけるプラズマ発生の頻度及び電流密度とともに、システム３６０のコントローラが燃料圧力の変動、距離３９２、３６２の開放距離、及び／又はバルブ３７８の距離３６２／３９２を提供した結果として生じる。システム３６０は、温度、圧力、粒子発射ベクトル、燃焼パターンなどを測定するための光学デバイス、容量デバイス、歪みデバイス、圧電デバイス、磁歪デバイス、又は他のデバイスのような計器を含み得る。そのような情報は、例えば、他の実施形態において既に示したセンサアレイ１２３又は２１６又は３１８と同様のシステム３６０のセンサアレイによって、コントローラに提供又は伝達される。
いくつかの実施形態では、システム３６０は、（図３Ｃには磁石３９４をもつ環状ゾーンとして図示した）ゾーンにおいて、電磁石又は永久磁石と電磁石との組合せを利用することができる。そのような例示的な実施形態では、インダクタコイル３７２によって放出された「フライバック」エネルギーを直接的に、あるいは、絶縁体、エネルギーハーベスタ又はキャパシタ３０３のようなキャパシタを介して利用して、閉鎖力印加のタイミングを最適化し、したがって、電磁石３９４中に電流を迅速に発現させて磁力を生じ、ディスク３８８を引きつけて迅速に閉じることができる。同様に、例えば、高電圧は、高周波数の直流電流、パルス電流又は交流電流として印加して、電極３８３／３８５によって、あるいは、電極１６６〜１６４、３０２／３０６〜３０４、６８５〜６８６、及び７７２〜７７４のような、この特許文書で開示した一体型燃料噴射／点火システムの他の実施形態について説明する他の電極セットによって燃焼チャンバへと発射されるイオン又はプラズマの連続的なローレンツ加速を生成するができる。
図３Ｄは、磁石ワイヤの複数のコイルを利用して４つの電磁コイル３７２Ａ、３７２Ｂ、３７２Ｃ及び３７２Ｄとともに示される複数のボビンアセンブリを形成する燃料噴射／点火システム３６０Ｌの別の実施形態の概略図を示す。そのような目的のための選択され得るボビン設計は、３７２ＡＷ、３７２ＢＷ、３７２ＣＷを含む壁を規定するコイルへの、及びにそれらを介した向上した熱除去能力とともにコイルが発生した熱についての熱伝達距離をも短くし、グラファイト、グラファイト複合材ＡｌＮ、ＢｅＯ、様々な金属、及びそのようなボビンを製造するための金属が充填された複合物を含むが、これらには限定されない高い熱伝導率材料を使用するボビンを含む。コイル上を及び／又はコイルの間を燃料のような流体が流れることによって、さらなる冷却が行われる。例えば、巻数と電流との積「アンペアターン」は、アーマチュア３６４に対向する磁極片３７４を磁化して、アーマチュア３６４を加速する引力を生成する絶対的な磁束である。加熱は、コイル抵抗をより大きくし、アンペアターンを低減する。例えば、抵抗損失を理由に、アンペアターンは、コイルにおいて許容される温度上昇に制限する。例えば、システム３６０Ｌの他の実施形態は、選択された数「Ｎ」個の別個のコイル３７２Ａ〜３７２Ｎのコイルを含むことができ、それらは、例えば、コイルのうちのいくつか、又は２つ、３つ、４つもしくはそれよりも多くのコイルの直列接続への好適な電圧の印加を含む数多くの方法及び組み合わせによって動作させることができ、及び／又は、並列の２つ、３つ、４つもしくはそれよりも多くのコイルの選択に同時に電圧を印加して、アーマチュア３６４の電磁吸引により所望の力及び性能を生じ得る。そのようなコイルは、複数の横に並んだ磁石ワイヤとする、層状にスタックさせる、又は図３Ｄに示すように別個のコイルとすることができる。
この特許文書で開示した一体型燃料噴射／点火システムのいくつかの実施形態では、例えば、（図３Ｅに示される）電極１６４、３０４、３８３又は３１３内にキャビティゾーンを規定する構成要素の表面の冷却は、当該ゾーンを通って加速する燃料及び／又は冷却剤流体によって行われる。これにより、電極寿命が大幅に延びる。さらに、様々なガラス金属、アルミニウム、あるいは腐食を低減するか又はなくすアルミニウム及び／又はクロムを含む合金を含むが、それらには限定されない物質でそのような電極表面をコーティングすることによって寿命の延長が可能になるように、そのような冷却により、システムを長寿命化させることができる。同様に、この特許文書に開示した一体型燃料噴射／点火システムのいくつかの実施形態では、ソレノイドコイル又は磁歪コイルの冷却は、例えば、磁石コイル１２９、３２８、３７２、３７２Ａ、３７２Ｂ、３７２Ｃ、３７２Ｄ、４２８、６２５又は７２６のような磁石コイル上で、それらを通して、又はそれらの間で燃料及び／又は冷却剤を循環させることによって達成することができる。
アーマチュア３６４上の電磁力「Ｆ」は、「ｎ」回まかれたコイルによる電流「Ｉ」によって生じ、「ｇ」は、区域「Ａ」がアーマチュアに面した磁極片コア３７４の間のギャップであり、式Ａによって概算的に求められる。
Ｆ＝Ｉ２ｎ２Ａ／ｇ２Ｃ …（式Ａ）
式Ａにおいて、Ｃは、選択された材料の磁気特性とともに、構成要素及びアセンブリジオメトリを考慮する定数である。多くのアプリケーションでは、例えば、オーバヘッドバルブエンジンのヘッドアセンブリの吸入バルブと排気バルブとの間の小さい「ウェル」において、電磁石コイルに利用可能な空間は厳密に制限され得る。
例えば、一体型燃料噴射／点火システムの開示した実施形態は、アセンブリがその中に嵌合しなければならない任意の所与の空間における複数のコイルの平行電流動作について重要な利点を提供することができる。種々の実施形態では、密接して実装されたコイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４などからＷＮのコイル「巻き数」構造及び幅は等しくないが、他の実施形態では、いくつかの又は全部の幅は等しい。
例えば、所与の長さの選択された磁石ワイヤをもつ単一のコイルと比較すると、２平行等幅フルターン構造は各々、約５０％未満短くなり、抵抗が約５０％となり、３等長コイルは、約６６％短くなり、抵抗が約３３％となり、４等長コイルは、約７５％短くなり、抵抗が約２５％となる。例えば、コイル巻き数をわずかに調整することによって、等しい幅Ｗの組合せの各々は、単一のコイルとほぼ同じ総巻き数ｎを有するように平行電流で動作させらることができる。
例えば、アンペアターンが増大するにつれて、磁極片３７４内の磁区アライメントは、限界に達するまで増大する。飽和とは、磁化電界Ｈの追加のアンペアターンが、磁極片３７４の電磁アセンブリ、ならびに例えば、３７２Ａ、３７２Ｂ、３７２Ｃ及び／又は３７２Ｄのような磁石コイルの磁区アライメントを、したがって正味極強度を増大させることができない状態である。
しかしながら、選択される材料の磁気飽和限界よりも下で例示的なシステムが動作する限り、力Ｆは電流の二乗に比例する。したがって、２つのコイルにおける平行電流の和は、単一のコイルのマグニチュードの２倍（２Ｉ）となり、力Ｆは４倍よりも大きくなる。同様に、３つのコイルにおける平行電流の和は、単一のコイルのマグニチュードの３倍（３Ｉ）となり、力Ｆは９倍よりも大きくなる。同様に、４つのコイルのおける平行電流の和は、シングルコイルのマグニチュードの４倍（４Ｉ）となり、力Ｆは１６倍よりも大きくなる。例えば、システムが磁気飽和限界で動作する代替例では、はるかに速くそのような限界に達し、したがって、アーマチュア３６４の動作速度が増大する。
したがって同じ力Ｆを生成する場合、複数の平行電流コイルを動作させることによって、コイルに必要な空間を大幅に低減させることができる。等しい力を生成することで得られる電磁石のサイズは、アセンブリの外径をより小さくすることによって、及び／又は長さをより短くすることよって低減させることができる。他の適用例における実装についての一体型燃料噴射／点火システムのいくつかの例示的な実施形態では、電磁アセンブリのサイズは、複数のコイル、直径、長さ及び磁石ワイヤの選択の様々な他の組み合わせによって低減させることができる。
一体型燃料噴射／点火システムの別の実施形態では、アーマチュア３６４を迅速に加速してバルブ３０１を開放するために、複数のコイルを瞬間的に平行して動作させることができ、その後、バルブを開放したまま保つように、例えば、パルス幅変調及び／又は周波数変調による省エネルギー型サイクルによって動作するために、コイルのうちの１つを選択することができる。これにより、コイルアセンブリ中で発生する熱が大幅に低減し、システムを通って又は環境へと流れる燃料へのそのような熱のはるかに迅速な除去が可能になる。
他の実施形態では、複数のコイルアセンブリにおける磁石ワイヤのサイズ選択及び／又は１コイル当たりの巻き数は、ある特定の適用例の要件を満たすように変動させることができる。例えば、特に有利なシステムは、コイルのうちのすべてを利用して、最初に開放位置までバルブ３０１を加速し、その後、電極３０４及び３０７によりて提供されるローレンツプラズマ加速及び点火イベントを少なくとも部分的に生じるように、及び／又は、変圧器原理によって結合される誘導エネルギーを生じて、かかる目的のためにより高い電圧を発生させるために電流を用いてパルス化させるように、１つ又は複数のコイルからのフライバックエネルギーの適用することができる。
本発明の一体型燃料噴射／点火システム３６０Ｌは、以下のものを含むが、それらには限定されない多くの利点を提供することができる。例えば、Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４などと同じ空間に２つ以上の隣接するワイヤを同時に巻くよりも、２つ以上のコイル（例えば、磁石コイル３７２Ａ、３７２Ｂ、３７２Ｃ、３７２Ｄなど）を製造しスタックするほうが速く、はるかに扱いやすく、費用がかからない。例えば、抵抗の画分を用いて同じマグニチュードのｎ発現させ、それに応じて、総アンペアターンを大きくし、性能を大幅に改善することが可能になることが非常に有利である。例えば、複数のコイルのセパレータを含めて、熱伝導経路の距離を低減することによってコイル巻線の動作温度を低減するために、熱分散及び熱除去能力を向上させることが有益である。例えば、いくつかの適用例では、作業を行うパワーストローク中に、あるいはターボチャージャー又はターボ発電器のような別の膨張器において作業を行うための排出ストロークにおいて燃料燃焼効率及び／又は直接噴射をより高めるために、ある隣接するコイルを通る及び／又はそれらの間での燃料、冷却剤及び／又は他の流体の流れを利用して、流体中で熱を除去する、及び／又はそのような熱を獲得することが有利である。例えば、そのような流体フローを、内側から外向きの軸方向及び／又は半径方向にならびに／あるいはコイルの外側から内向きに、燃焼チャンバへの通路及び回路へとフローを向けるオリフィスへの方向を含む種々の好適な方向に配列することが有利である。例えば、一体型燃料噴射／点火システム３６０Ｌのある特定の実施形態では、バルブ３０１を通過した流体フローは、１つ又は複数の接線方向進入経路３１１に、旋回半径が低減された環状スペース３１５を介して、例えば、燃焼チャンバの噴射ゾーン３１７において燃焼チャンバへの送達を行う環状スペース３１３の半径が比較的大きい周囲ゾーンへと向けられる。噴射ゾーン３１７は、燃料の酸化を加速するために、余剰酸化体（例えば、空気）によって作業を増大及び拡張するために、潤滑化されたシリンダ表面を保護するために、ピストン表面、シリンダ表面、バルブ表面及びヘッド表面への熱伝達を低減するために、ならびに、ピストンリング、バルブ、及びバルブシールのような燃焼チャンバ封止を通過する燃料の進行及びブローバイに対するバリアとして余剰酸化体を提供するために、酸化体を、すなわち空気利用効率を最大化するように適応的に整形され、浸透する層状燃焼ゾーンである。したがって、化学薬剤の活性化によって及び／また電気エネルギーによって形成され得るプラズマを含む環状スペース３１３に接線方向に入る流体は、図示のように回転半径低減された環状スペース３１５を通るフローによって加速される角運動量及び渦を生じる。燃焼チャンバにおいて回転半径低減された環状スペース３１５のオリフィスを出ると、流体線は直線状に続き、燃焼チャンバへの軸方向及び半径方向の速度マグニチュードを表す扇型の浸透ベクトルを生じる。そのような浸透ベクトルは、例えば、所望のパルス周波数での電気イオン化及び／又は化学イオン化及び／又は熱イオン化のような、ゾーン３１５においてエネルギーのイオン化を適用することによって適応的に向上又は低減される周波数及び出口速度マグニチュードにおいてパルス化され得る。
図３Ｅは、燃焼チャンバ３３０とインターフェースする一体型燃料噴射／点火システム３６０Ｌの端部の拡大図を示す。アセンブリ３６０Ｌは、例えば、燃焼チャンバ３３０へと入る燃料分子への周期熱伝達率を増大させるに増大した表面露出、熱容量及び延長した移動距離を提示するために、例示的な超合金スクリーンスクロール又はシングルスタート又はマルチスタートの螺旋状の金属又はセラミックフィーチャ３３１を環状スペース３１３に含む。
図４Ａは、調整可能なストロークアセンブリを有する一体型燃料噴射／点火システム４００の別の実施形態を示す。システム４００は、アーマチュア４１０及び／又は燃料制御バルブ４１６がストロークすることを可能する空間を前進又は後退させるために、例えば、空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、電磁アクチュエータ又は磁歪アクチュエータ、あるいはねじを含む様々なメカニズムを利用することができる。調整可能なストロークシステムは、様々な他のバルブオペレータ配列とともに、例えば、図１Ａ、図１Ｂ及び図３Ａ又は図３Ｂに示された一体型燃料噴射／点火システムの実施形態のような前述の実施形態に適用可能なある。
図４Ａに示される例示的な実施形態では、ストロークは、例えば、磁歪又は圧電構成要素４０８のような好適なアクチュエータを作動させて、通常は所望の軸方向位置にストップ４０２を係止する通常印加されるプレストレススラストを収縮及び弛緩させたときに、アーマチュア４１０及び／又はバルブ４１６がストップ４０２の面４１２に対して加える力によって調整される。サイドスラストを弛緩するためのアクチュエータ４０８の作動は、アーマチュア４１０が面４１２に対して加える力により、プレストレスを与えられた常係止位置に例示的な圧電アクチュエータ４０８が戻ることが可能になった瞬間に、ストップ４０２を圧縮ばね４１４に対して移動させ、ストロークを所望のマグニチュードまで延長することを可能にする。
例えば、調整可能なバルブストロークを短縮することは、アーマチュア４１０及び／又はバルブ４１６が燃料フローを遮断するために通常閉鎖位置にある又はそこに向かって移動しているときに達成され得る。例示的な圧電アクチュエータ４０８が加えらた位置係止力を緩和することにより、圧縮ばね４１４は、図示のように、ストップ４０２をアーマチュア４１０に近づけ、したがって、バルブ４１６及び／又はアーマチュア４１０についての許容されたストロークを短縮することが可能になる。
例えば、磁歪又は圧電アクチュエータ構成要素４０８を作動させるために必要な電気エネルギーは、例えば、各作動の終わりにボビン４０６の磁気コイルによって確立される、ならびに／あるいは、コイル４０６又は別のインダクタを通る電流をパルス化することによって生じる誘導電界により放出されるフライバックエネルギーの利用を含む、任意の好適なソースにより提供され得る。絶縁体構成要素４２２及び／又は４２４のに配置され得るバッテリー及び／又はキャパシタによるそのようなエネルギーの貯蔵、ならびに迅速に所望のストローク調整を行うための好適な電気エネルギー調整及び協調切替は、例えば、前述のコントローラ１１０又は２１０と同様に動作することができるシステム４００のコントローラ４２０によって適応的に行われる。
動力供給し、バルブの動きを、したがって燃料バーストのマグニチュード、噴射浸透及びパターンをインタラクティブに調整するために、バルブ作動システムの適応的に利用することにより、燃焼チャンバにおける燃焼プロセス及び酸化体利用率を制御する。そのような制御は、液状脂質から水素まで幅広く変動し得る燃料選択の交換可能な使用を最適化するために迅速に達成される。これにより、燃焼によって放出される熱の断熱を伴う燃料の完全な酸化と、燃焼生成物の膨張と連携して作業生産を増大させるそのような断熱空気の膨張とを迅速に開始し、加速するように最適な「空気利用率」が可能になる。
例えば、燃料計量バルブ３４０又は４１６のストロークを迅速に調整するために、（例えば、それらのそれぞれのシステムのアーマチュア３５０又は４１０のような）アーマチュアの力及び動きを適用することが特に有利である。例証として、例えば、エンジンのパワーストロークのような期間中に、（例えば、それらのそれぞれのシステムのバルブ３４０又は４１６のような）バルブの移動は、燃料選択タイプ、エネルギー密度、粘性、圧力及び温度とともに変動する最適化された燃料フロー要件を提供するために、１つ又は複数の迅速なバルブ作動サイクルの過程で迅速に調整され得る。
図４Ｂは、噴射ノズル４３０の例示的な実施形態の概略図を示す。噴射ノズルは、燃焼チャンバとのインターフェースにおいて、一体型燃料噴射／点火システム４００あるいは他の開示する噴射／点火アセンブリに取り付けられ得る。噴射ノズル４３０は、ランク−ヒルシュボルテックスチューブの分離効果の結果として、高温において粒子４３２の分離を渦加速し、ノズル４３０のチャンバ４３６を通る燃料粒子４３４を冷却する。そのように燃料フローを熱的に分離させるための燃焼の完了まで浸透距離は、２つの分離したフローが燃焼チャンバへと噴射される噴射圧力勾配及びノズルの形状とともに、粒子の粘性及び質量に依存する。
例証として、化学プラズマ発生燃料剤の場合、例えば、中央ノズルを通してより低温の粒子を噴射することができ、したがって、１つ又は複数の周囲又は共軸ノズルを通してより高温の粒子を噴射することができる。初期温度Ｔ１の燃料粒子の集合は、バルブ４１６の開放時に導入され、１つ又は複数の非対称オリフィス又はスロット４３８によって接線方向にチャンバ４３６に入り、燃料粒子がチャンバ４３６を通って進む際に渦エネルギーを提供し、平均燃料噴射温度Ｔ２のより低温の粒子４３４のフロー及び平均温度Ｔ３のより高温の粒子４３２のマスバランスを放出する（例えば、Ｔ３＞Ｔ１＞Ｔ２）。噴射ノズル４３０は、図示のように、温度Ｔ３のより高温の粒子４３２及び温度Ｔ２のより低温の粒子４３４の分離したフローの通路を提供するために任意の好適なジオメトリのものとし得るノズルシステム４４０を含み得る。噴射ノズル４３０は、一定のフロー面積を提供するように固定される、又は、オリフィス４４２に関して通常開放位置もしくは通常閉鎖位置から圧力連接される、及び／又は、バルブ４１６の動きに機械的に連結されることができる。そのようにノズル機能を適応調整すると、エンジン動作を最適化するための幅広い反応が可能になる。
図４Ｃ及び図４Ｄは、噴射ノズル４５０の別の実施形態と、燃料粒子の最初の集合の接線方向の侵入及び渦を誘起するための方法との概略図を示す。例えば、燃料制御バルブ４１６を開放すると、ノズル４５０の１つ又は複数のオリフィス（４６４及び４６６など）は、導管４５２及びオリフィス４６０を通って１つ又は複数の螺旋状のスロットオリフィス４６６に入るフローを可能にし、燃料を誘起して回転加速させ、図４Ｄの噴射ノズル４５０の断面図に示すように、シュラウド４６２内の導管４５４、４５６、４５８などを通る渦を生じ、図４Ｃの噴射ノズル４５０の図に示すように、吐出口４６４を通って出る高温の粒子と吐出口４６６を通って出る低温の粒子とに渦を加速分離させる。
例えば、そのような構成では、より低温燃料粒子は、より高温の粒子によって燃焼を開始し、完了するための浸透距離と比較して、燃焼を開始し、完了するための浸透距離が大きくなる。そのような動作の適応調整により、燃焼剤が余剰酸化体により断熱される際のそれぞれの特徴的な燃焼チャンバジオメトリにおける酸化体利用の最適化、余剰酸化体による作業の生成を含む酸化体利用効率の負荷変動及び最適化に合うトルク生成の迅速な調整を含む様々な恩恵が可能になる。
同様に、例えば、電気駆動型の低温又は高温プラズマ点火及び燃料粒子加速及び燃焼の場合、特定の燃焼チャンバジオメトリ及びピストン速度について酸化体利用効率を最適化することなどを目的として、高温及び低温の燃料粒子のそれぞれの浸透距離を調整するように、いずれかのノズル経路をさらに選択することができる。これにより、多種多様な負荷特性、デューティサイクル、燃焼チャンバ設計及び動作モードにおける適用が可能になる。
図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｃに示したもののような点火及び／又はローレンツ加速システムは、例えば、例えば、図３Ａに示すケーブル３９６のような）ケーブルを介して、及び／又は（変圧器３７２のもののような）フライバック変圧器からの内部接続を介して、電気エネルギーをイオン化する適用例によって提供される。図１Ｂ、図３Ｃ及び図４Ｂに示すような代替的な電極構成により、仮想的に、任意の燃焼チャンバジオメトリが、最適化された燃料分布及び空気利用率を受け取って最大ブレーク平均有効圧力を開発することが事実上可能になる。
従来の燃料よりも点火エネルギーが低い化学中間燃料物質を開示する。化学中間燃料物質を製造し、実装するシステム、デバイス及び方法もまた開示する。
いくつかの実装形態では、開示する化学中間燃料物質は、記載するシステム、デバイス、及び方法を使用して、従来の燃料から直接生成される。例えば、そのような従来の燃料は、燃料アルコール（例えば、メタノール、エタノールなど）、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、及び水素を含むが、これらに限定されるものではない。開示した化学媒介燃料物質は、燃料剤、洗浄剤及び他の記載する機能として利用するために活性化することが可能な中間燃料物質をとして機能することができる。例えば、化学媒介燃料物質は、（例えば、この特許文書では化学プラズマ発生剤、プラズマ発生剤、燃焼加速剤又は自動点火剤とも呼ばれる）化学プラズマ発生剤の形態で従来の燃料から生成され得る。例えば、従来の燃料を中間燃料物質に転換することによって、化学燃料の潜在エネルギーとして組み込まれた吸熱エネルギーを用いて新しい化学物質が形成される。開示した化学媒介燃料物質は、それらが由来する燃料物質よりも低い最小点火エネルギーを備えている。最小点火エネルギー（ＭＩＥ）とは、例えば、熱及び／又は放電又は静電放電によって、可燃性の蒸気、気体、プラズマ又は他の相の燃料物質に点火するために必要な最小エネルギー量である。例えば、燃料／空気混合物の点火は、点火ゾーンの近くに熱の放出レートが伝導による熱損失よりも大きいときに可能である。
開示した化学媒介燃料物質は、一般に、例えば、燃焼反応を含む選択された反応について、従来の燃料よりも安定性が乏しい。開示した化学媒介燃料物質は、従来の燃料のよりもはるかに低い温度で燃焼を開始するための中間燃料物質として使用され得る。例えば、中間燃料物質は、中間燃料物質の成分に由来し、イオン及び／又はラジカルを含み得る「化学活性剤」を発生させるためにトリガーされ得る。いくつかの例では、化学活性剤の発生は、（例えば、エンジンの燃焼チャンバへの加圧噴射時に）一般的には酸化体を用いて燃料を燃焼させるのに必要な熱エネルギー量よりもはるかに少ない量の熱エネルギーを収集することによってトリガーされ得る。いくつかの例では、化学活性剤の発生は、（例えば、化学活性剤がプラズマ剤をとして機能する）イオン電流を生成することによってトリガーされ得る。
化学活性剤（例えば、形成されたイオン及び／又はラジカル）は、化学媒介燃料物質（中間燃料物質）よりもさらに安定性が乏しい。例えば、燃焼チャンバにおいて、形成されたラジカルは、はるかに低いエネルギー量（例えば、スパークによる熱及び／又は電気エネルギー）で、（例えば、吸気から供給される）酸化体とともに酸化のイニシエーターをとして機能する。いくつかの実装形態では、中間燃料物質を化学活性剤へと変換して燃焼を開始することができ、そのような燃焼による放熱は、ららに、例えば、前述の燃焼材よりも高いＭＩＥの他の物質を燃焼させるために必要な熱を提供することができる。そのような例示的な実装形態では、例示的なカスケード燃焼シーケンスにおいて発生させられる熱量に基づいて、第２の後続の燃焼剤は、（例えば、ＭＩＥがより高い）他の化学活性体、又は従来の燃料を含み得る。したがって、例えば、開示した化学媒介燃料物質は、自動点火剤及び／又は燃焼改質剤として使用され得る。例えば、化学媒介燃料物質は、（例えば、燃料噴射及び／又は点火システム中の）プラズマ発生を誘起するための、及び放熱パターンを制御するための化学活性剤をとして機能することができる。この点について、化学活性体の密度、化学活性体の表面積対体積比、化学活性体の分布のパターン、及び／又は圧縮加熱された酸化体化学活性体の噴射侵入速度を適応制御により、層状放熱を生成し、酸化体利用効率を向上させ、ホストエンジンが正味平均有効圧を最適化することが可能になる。
１つの態様において、燃焼を開始する方法は、少なくとも１つのイオン又はラジカルを含む成分に中間燃料物質を変換することであって、中間燃料物質が、燃料を使用して化学転換により形成され、中間燃料物質の点火エネルギーが、燃料の点火エネルギーよりも低い、変換することと、エンジンの燃焼チャンバへと成分を噴射することと、燃焼反応において成分と反応するように、酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することとを含み、成分の燃焼反応が、燃料物質の燃焼反応のエネルギーよりも低いエネルギーで生じる。
別の態様では、燃焼プロセスを開始するために中間燃料物質を使用するための方法は、中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することであって、化学活性剤が、従来の燃料の空燃比よりも低い燃空比の酸化体を用いて燃焼することが可能である、噴射することと、酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することであって、酸化体が、燃焼プロセスにおいて化学活性剤と反応する、提供することとを含む。
別の態様では、化学堆積物を除去する方法は、中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、チャンバを通る化学活性剤を加速すること、チャンバを通る化学活性剤を加速することであって、化学活性剤が、チャンバ内の表面に形成された化学堆積物と反応することが可能であり、化学活性剤を加速することが、表面から化学堆積物の少なくとも一部を除去する、加速することとを含む。この方法のいくつかの実装形態では、例えば、化学堆積物は、燃焼プロセスにより表面に形成され得る。いくつかの例では、化学活性剤は、イオン電流を生成するように、チャンバ内の圧力を変えること、チャンバ内に熱を導入すること、及び／又はチャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの１つ又は複数によって、中間燃料物質から形成することができる。例示的な電極を使用して、例えば、特定の距離及び速度でチャンバを通る化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することができる。他の例では、チャンバにおいてチョークフロー圧縮を生成することによって、チャンバを通る化学活性剤を加速することができる。例えば、この方法は、燃焼チャンバ中の化学堆積物を除去するために実装され得る。また、例えば、この方法は、インターフェースする燃料噴射器のフローチャンバ中の化学堆積物を除去するために実装され得、例えば、燃料噴射器は、燃焼チャンバとインターフェースすることがあり、それにより、両方チャンバの堆積物が「クリーニング」される。
別の態様では、エンジン中で化学媒介剤を使用するためのシステムは、燃料を収容するための燃料容器と、燃料を受け取るために燃料容器に流体工学的に結合された再種形成ユニットであって、再種形成ユニットが、燃料を中間燃料物質に化学転換するための反応容器を含み、中間燃料物質の点火エネルギーが、燃料の点火エネルギーよりも低い、再種形成ユニットと、再種形成ユニットに流体工学的に結合され、エンジンの燃焼チャンバのポートにおいてインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットであって、燃料噴射及び点火ユニットが、イオン又はラジカルを含む化学活性剤へと中間燃料物質を活性化し、燃焼を開始するために化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射する燃料噴射及び点火ユニットとを含み、燃焼が、燃料の燃焼反応よりも低減されたエネルギーで開始される。
例示的な化学媒介燃料物質は、Ｎ−エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン（Ｎ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）（ＣＨ３ＯＣＨ３）、及びジエチルエーテル（ＤＥＥ）（Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５）を含むが、これらには限定されるものではない。開示する技術は、付加的及び／又は減算的な水素添加、再種形成及び／又は燃料の再生熱化学転換によって、所望に応じて又は需要に応じて、例えば、発生炉ガス成分（例えば、ＣＯ＋Ｈ２）、メタノール、エタノール、アンモニア及び他の選択）のような例示的な化学媒介燃料物質を生成する能力を提供する。そのようなプラズマ発生剤は、ＣＨ３ラジカルに分離するＤＭＥ及びＣ２Ｈ５に分離するＤＥＥに典型的なラジカルを生成し、活性化エネルギーがＣＨ４又はＣ２Ｈ６の酸化よりもはるかにより低いので急激な酸化が誘起される。ＢＭＥＰ及び燃焼温度ならびにパターンを光学的に監視する計器に応答して、圧縮比、ピストン速度、エンジン負荷、気温、ならびに／あるいはローレンツ及び／又はコロナ支援の関数として、圧電もしくはファブリーペロートランスデューサのようなセンサを使用して圧力によって、及び／又は、ホール効果もしくは光トランスデューサのようなセンサによるクランクシャフト及び／又はカムシャフトの加速によって、化学プラズマ発生剤の各選択の量を適応的に管理することが好ましい。
いくつかの実装形態では、例えば、ＤＭＥ又はＤＥＥのようなエーテルは、アルコールを制御温度で脱水することによって作ることができ、それぞれ、式１及び式２に示すように、メタノール又はエタノールの再種形成のために（例えば、濃硫酸のような）酸の付着によって達成され得る。
２ＣＨ３ＯＨ −＞ ＣＨ３ＯＣＨ３＋Ｈ２Ｏ （式１）
Ｃ２Ｈ５ＯＨ −＞ Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５＋Ｈ２Ｏ （式２）
代替的には、例えば、ＤＭＥのような化学媒介燃料物質は、式３に示すように、一酸化炭素及び水素のような熱化学再生（ＴＣＲ）反応生成物から生じ得る。
２ＣＯ＋４Ｈ２ −＞ ＣＨ３ＯＣＨ３＋Ｈ２Ｏ （式３）
図５Ａは、再種形成又は熱化学再生転換のうちの少なくとも１つを使用して、１つ又は複数の中間燃料物質（例えば、化学プラズマ発生剤）を生成するためにシステム５９０のブロック図を示す。システム５９０は、燃料、例えば、従来の燃料を貯蔵するための燃料容器５９１を含む。システム５９０は、燃料を、化学プラズマ発生剤、例えば、この例ではエーテル（たとえばＤＥＥ及びＤＭＥなど）と水とに再種形成するための再種形成システム５９３を含む。燃料は、燃料容器５９１から再種形成システム５９３に提供され得る。生成された化学プラズマ発生剤は、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９に供給され得る。燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、エンジンの燃焼チャンバ５９５とインターフェースし得る。いくつかの実装形態では、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、化学プラズマ発生剤を化学活性剤に変換し、化学活性剤を燃焼チャンバ５９５へとスラストして、例えば、燃焼チャンバ５９５中に存在する酸化体を用いて、燃焼を開始するように実装され得る。いくつかの実装形態では、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、物質の変換又は点火を行うか否かにかかわらず、（例えば、化学プラズマ発生剤及び／又は燃料のような）物質を燃焼チャンバ５９５へと噴射するように実装され得る。例えば、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９に供給される化学プラズマ発生剤は、燃焼チャンバ５９５中の燃焼反応において、自動点火剤及び／又は燃焼改質剤として使用され得る。燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９の例として、デバイス１００Ａ、１００Ｂ、３００、３６０、３６０Ｌ、４００、ならびにこの特許文書に記載され、本開示の一部として組み込まれる参照文献に記載される他のそのようなデバイスが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、燃料は、例えば、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９ならびに再種形成システム５９３への燃料の供給を制御するためのバルブ５８９を使用して、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９に直接供給され得る。
いくつかの実装形態では、システム５９０は、水を酸素と水素とに転換するための電解槽を含むことができ、酸素及び水素は、再種形成反応及び／又は熱化学再生反応におけるフィードストックとして使用するために、システム５９０へと戻され得る。システム５９０のいくつかの実装形態では、化学プラズマ発生剤（例えば、エーテル）の再種形成において生成される水は、ろ過及び蓄積され得、例えば、そのような水は、熱化学再生転換反応において酸素供与体を供給することを含む他の目的のために利用され得る。
システム５９０は、燃料を（例えば、この例ではアセチレンのような）化学プラズマ発生剤に転換する熱化学再生（ＴＣＲ）システム５９２を含み、化学プラズマ発生剤はまた、例示的な燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９に供給されるようにルーティングされ、燃焼チャンバ５９５との燃焼反応において自動点火剤及び／又は燃焼改質剤として使用され得る。いくつかの実装形態では、ＴＣＲシステム５９２は、燃料容器５９１から燃料を受け取ることができる。熱化学再生において使用される他の反応物質は、様々なソースから供給され得る。いくつかの実装形態では、エンジンから排気ガスがＴＣＲシステム５９２に供給され得る。いくつかの実装形態では、（さらに詳細に後述する）膨張器−圧縮器システムを使用して、排気ガスから水を抽出することができ、抽出された水は、水リザーバに貯蔵され、たとえばポンプを介して、ＴＣＲシステム５９２にルーティングされ得る。いくつかの例では、水リザーバに貯蔵された水もまた、酸素と水素とを生成するために例示的な電解槽に供給され得る。
燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、システム５９０において、（例えば、再種形成システム５９３及び／又はＴＣＲシステム５９２から）化学プラズマ発生剤を受け取り、及び／又は（例えば、燃料容器５９１から）燃料を受け取るように構成される。化学プラズマ発生剤は、ある種のプラズマ発生を化学的に刺激して、例えば、イオン化された燃料粒子を形成するために燃料をイオン化することによって生成されたプラズマとは異なる様式で、イオン及び／又はフリーラジカルを含む化学活性剤（化学プラズマ成分）を形成する。いくつかの例では、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、（例えば、電気エネルギー、熱エネルギーなど形態の）エネルギーを提供し、化学プラズマ成分への化学プラズマ発生剤の活性化を開始するように実装され得る。燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、例えば、ローレンツ力、圧力及び／又は熱膨張によって、化学プラズマ成分を燃焼チャンバ５９５へとスラストするように実装され得る。例えば、開示した化学プラズマ成分のような酸化体及び／又は燃料粒子をスラストするためのローレンツ力を生成することの例は、２０１３年３月１５日付けで出願された「ＦＵＥＬ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＴＨＲＵＳＴ」と題する米国特許出願（代理人整理番号：６９５４５−８３３２．ＵＳ０１）に開示されており、その開示全体は、参照により本特許文書の開示の一部として組み込まれる。化学プラズマは、イオン、フリーラジカル及び他の活性化粒子を含み、発射ベクトルを形成するために、燃料圧力及び／又は熱膨張によって、そのような化学プラズマを燃焼チャンバへとスラストすることにより、各燃料バーストが、点火開始、酸化プロセス、及び完全燃焼の達成を大幅に加速することが可能になる。化学プラズマ成分を燃焼の点火剤として使用することによって、化学プラズマ成分は、開始を速くし、燃焼プロセスの完了の達成を加速することができ、例えば、燃料のバーストの有無にかかわらず燃焼を達成するように実装され得る。
他の例では、システム５９０は、（例えば、超音波エネルギー又は他の周波数の音響エネルギーの形態の）音響エネルギーを提供して化学プラズマ成分への化学プラズマ発生剤の活性化を開始するための音響点火ユニットを含み得る。例えば、音響点火ユニットは、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９の一部として含まれ得る。いくつかの実装形態では、音響点火ユニットは、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９内で化学プラズマ成分の活性化を刺激することができ、その後、例えば、ローレンツ力、圧力及び／又は熱膨張によって、化学プラズマ成分を燃焼チャンバ５９５にスラストするように実装され得る。他の実装形態では、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９が、化学プラズマ発生剤を燃焼チャンバ５９５にスラストするように実装され得、音響点火ユニットが、燃焼チャンバ５９５内で化学プラズマ成分の活性化を刺激するように実装され得る。
他の例では、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、（例えば、バルブ５８９を介して燃料容器５９１から直接移送された）燃料をイオン化することによって、電気的に発生したイオン及びフリーラジカルを生成するように実装され得、電気的に発生したプラズマ成分は、ローレンツ力、圧力及び／又は熱膨張によって燃焼チャンバ５９５にスラストされる。上述したように、電気的に発生したプラズマ成分は、例えば、スパークプラグのギャップのイオン化による従来の点火と比較して、燃焼の開始を大幅に早め、燃焼プロセスを加速し、各燃料バーストの完全燃焼がより早く達成されるようにすることができる。
いくつかの例では、燃料噴射器及び／又は点火器システム５９９は、化学プラズマ成分への化学プラズマ発生剤の活性化を開始するために、ならびに／あるいは化学プラズマ成分ならびに燃焼チャンバ５９５中の任意の化学プラズマ発生剤、イオン化された燃料粒子及び／又は酸化体とともに存在する燃料の燃焼を開始するために、１つ又は複数のコロナ放電を生じるために使用され得る。コロナ放電を生じる例は、２０１３年３月１５日付け出願された「ＦＵＥＬ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＣＯＲＯＮＡ ＢＵＲＳＴＳ」と題する米国特許出願（代理人整理番号：６９５４５−８３２６．ＵＳ００）に開示されており、その開示全体は、参照により本特許文書の開示の一部として組み込まれる。
図５Ｂは、別の燃料種の点火開始、プラズマ伝搬及び／又は他の燃焼特性の調整を含む様々な目的のために、例えば、アセチレン、ＤＥＥ及び／又は他の刺激剤のような、燃焼刺激剤又は改質剤として使用され得る１つ又は複数の化学プラズマ発生剤への熱化学再生を使用して、１次燃料を再種形成する、又は１次燃料を転換するのためのシステム５００を示す。システム５００は、例えば、燃料をエーテル（例えば、ＤＭＥ又はＤＥＥ）及び水のような化学プラズマ発生剤への再種形成するための再種形成システム５１４を含む。システム５００のいくつかの実装形態では、燃料は、発生炉ガスタイプ成分に再種形成され得る。システム５００は、再種形成システム５１４に流体工学的に結合され、１次燃料を収容するように構成された燃料貯蔵容器５０２を含む。いくつかの例では、１次燃料は、１つ又は複数の選択された炭化水素、あるいは、例えば、アルコール（例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノールなど）、及び／又は（例えば、とりわけ、ホルムアルデヒド、ホルマリン、蟻酸を含む）他の好適な化合物のような他の燃料を含み得る。
例えば、図５Ｂに示すように、式１、式２又は式３の再種形成動作によって生じた水は、水素５２８及び酸素５３０の送達を行うために好適な電解槽キャニスター中に好適な電解用電極及び関連するプロセス構成要素をもつ電解槽５２６を使用した電気分解によってプロセスから除去する、ならびに／あるいは、蒸留、収着剤又は脱水反応によってプロセスから除去される。例えば、水は、ろ過、あるいは、例えば、活性炭、カルシア、マグネシア又はゼオライトのような再生可能収着剤によってエーテルから除去され得る。
より多くの水素及び／又は酸素の生成が所望のされる場合、槽又はリザーバ５４０のような好適なストレージから出た水は、電解槽５２６の追加の送達及び／又は加圧のために、ポンプ５４２及び制御バルブ５５２を通って接続５５４に向けられ得る。これにより、排出汚染物質の低減又は排除、ならびに回生エネルギーの改良された適用を含むさらなる相乗的恩恵を獲得する能力とともに、例えば、燃料電池又はヒートエンジンによる比出力生成、水素及び／又は酸素の加圧サプライを供給する電解槽５２６の利用による燃費節約を含む、広範囲に動作の最適化が可能になる。
例えば、そのような水素は、有利なことにＴＣＲ生成物を加えられ得る、あるいは、例えば、燃焼刺激剤として、及び／又は、加速剤として、及び／又は様々な自己点火剤（化学プラズマ発生剤）を生成するためのフィードストックとして排出を制御するために個別に利用され得る。したがって、例えば、化学プラズマ発生剤を形成するために（例えば、アンモニア又は炭化水素化合物のような）フィードストックを再種形成することに加えて、水素の適用は、１７５℃（華氏３４７度）の空気中で化学プラズマを発生させるアセトアルデヒド、１８０度（華氏３５０度）の空気中でプラズマを発生させるＤＥＥ、２４５℃（華氏４７３度）の空気中でプラズマを発生させるシクロヘキサン、３２５℃（華氏６１７度）の空気中でプラズマを発生させるアセチレン、及び５２７℃（華氏９８０度）の空気中でプラズマを発生させるＤＭＥのような１つ又は複数の逐次作動する化学プラズマ発生剤の生成及び利用を含み得る。
また、他の燃料の燃焼を促進するように燃焼加速能力を大幅に拡大するために、及び／又は様々な需要を満たすようにトルク生成を適応制御するために必要な化学プラズマ発生剤の正味量を全体的に低減するための化学プラズマの逐次生成プロセスが開示される。例えば、いくつかの適用例では、適応調整された温度の加速された燃焼プロセスを示すように、逐次作動する化学プラズマ発生剤の１つ又は複数の他の選択と連携して、例えば、ＤＥＥ、シクロヘキサン、アセチレン、ＤＭＥ及び／又は水素のような例示的な燃焼加速剤のうちの１つ又は複数を組み込むことが有利である。
１つの例では、ラジカルに分解するための温度しきい値が低い第１の化学プラズマ発生剤が燃焼チャンバへと噴射され、供給された（又は既存の）低減された熱量を利用して燃焼する。第１の化学プラズマ発生剤によって形成されたラジカルは、チャンバ中の既存の熱又は集められた熱を使用して、例えば、チャンバの空気中の酸素によって酸化される第１の逐次「燃料」として働く。次いで、第１の化学プラズマ発生剤の燃焼は、その燃焼からより多くの熱を放出し、それによって、チャンバ内の温度が上昇する。温度の上昇は、ラジカルに分解するためのしきい値が第１しきい値よりも高いより化学プラズマ発生剤の後続の燃焼を促進にすることができる。例えば、温度しきい値が第１のしきい値よりも高い第２の化学プラズマ発生剤が、燃焼チャンバへと噴射され得、燃焼チャンバは、第１の化学プラズマ発生剤の燃焼から放出される余分な熱に起因して、以前の状態よりも高い温度になる。いくつかの例において、従来の燃料は、温度が十分に高くなると、エンジンの燃焼チャンバに供給され得、例えば、逐次化学プラズマ発生剤の以前の燃焼イベントによって供給されるされ得る。
そのような場合、例えば、電気プラズマ点火及び／又はローレンツ加速を伴うそのような動作を増大させる能力とともに、送達タイミング、流量、フロー間隔、ならびに圧力に関する多種多様な組合せ及び置換を含めて、制御された燃焼特性を広範囲にわたって変動させるために、複数の制御バルブが使用される。そのような制御バルブの例は、制御バルブ７２７ａ、７２７ｂ、７２７ｃ、７２７ｄ、７２７ｅ及び７２７ｆ、ならびに／あるいは７６７など、後述の図７Ａ及び図７Ｂに示される。これにより、例えば、コールドスタート動作、アイドリング動作、巡航動作、加速動作、全出力動作及びホットスタート動作のような状態を含む、実質的にすべての既知のタイプの燃焼チャンバにおける極めて広範囲の燃料選択及び状態の適応的に最適化された選択及び利用が可能になる。
再び図５Ｂを参照すると、電解槽５２６から出た酸素は、式４で説明する水素、炭素酸化物及び熱を生じる炭化水素フィードストックの部分酸化を含む様々な目的のために利用され得る。それに加えて、又はそれに代えて、例えば、１つ又は複数の化学プラズマ発生剤の適用によって獲得される恩恵の向上を含めて、見掛けの容積効率及び／又はエンジンの燃焼機構を向上させるために、吸気に酸素を添加することができる。
ＣｘＨｙ＋ｘＯ２ −＞ ＣＯ＋０．５ｙＨ２＋熱 （式４）
例えば、式４によって要約されるプロセスおいて空気の代わりに酸素を利用すると、例えば、式３により説明される適用において、熱発生効率が大幅に大きくなり、大量の窒素が回避される。
例えば、急速加熱ならびに／あるいは水素及び／又は一酸化炭素の生成量の増大が必要な状況では、熱化学熱交換器に酸素を加えることができる。そのような酸素は、ろ過によって、及び／また空気の電気分解によって生じ、図５Ｂに示すように、車両適用例における回生エネルギーの、あるいは、エンジン発電器ホスト又はグリッドからのオフピーク電気を利用するための、極めて価値の高い適用例として利用され得る。代替的には、例えば、例えば、式１、式２及び式３に記載した、ＤＭＥ又はＤＥＥのような例示的な自己点火剤と水蒸気の一部又は全部との混合物は、前に開示したように、エンジンに点火し、それを動作させるために、図１Ａ−図１Ｃ、図３Ａ−図３Ｅ及び図４Ａ−図４Ｄの一体型燃料噴射／点火システムの例示的な実施形態によって直接噴射され得る。
システム５００の種々の実施形態では、米国特許第４，１２２，８１６号、米国特許第４，５８９，３９８号、米国特許第４，６７７，９６０号、米国特許第５，２１１，１４２号、米国特許第５，７０４，３２１号、米国特許第７，４６７，６１２号、米国特許第７，９０１，９２９号、米国特許出願公開第２０１０／０１５６１９５号、及び米国特許出願公開第２０１０／００３８９７１号に開示されるもののような、好適な燃焼剤イオン化システムは、加速された燃焼パターンを提供して性能及び燃費を最適化するために、そのような刺激剤と連携して使用され得、こえらの文献はそれぞれ、その全体がこの特許文書の開示の一部として参照により組み込まれる。いくつかの例では、燃焼イベントの迅速な開始及び完了は、層状吸気酸素、オゾン及び／又は窒素酸化物のような１つ又は複数の化学加速剤、ならびに／あるいは、例えば、水素、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、アセチレン、アセトアルデヒド又はシクロヘキサンのような１つ又は複数の電解成分及び／又は熱化学再生成分と併せて、点火刺激周波数の超音速衝撃波及び／又は光速の輻射を生じるように容量放電点火を利用することによって行われる。別の実施形態は、スパークプラグ磁器のような、又は、その全体がこの特許文書の開示の一部として参照により組み込まれる米国特許出願公開第２０１１／００４１５１９号に開示されるよう高誘電セラミック絶縁体を利用し、同時に、１回又は複数回の好適な容量放電により、１４０と１１４Ｅ、又は１２１と１６４、又は３８３と３８５、又は３０４と３０７のような電極対の間の絶縁体１０７の表面のコーティングが容易になる。例えば、炭化窒素ホウ素及び／又は炭化ケイ素又は窒化ケイ素を生じるようにホウ素原子及び窒素原子及び／又はケイ素原子を分散させたグラフェン又は窒化ホウ素又は酸化グラフェンのようなコーティングは、そのような容量放電を容易にするためにアンバイポーラ機能を実行することができる。
システム５００は、貯蔵容器５０２内の液体インベントリ又は気体インベントリに制御可能に熱を加えて、ライン５０７を介して燃料制御バルブ５０８及び圧力調整器５１０へ、さらに３方向バルブ５１２へと所望の圧力の燃料送達を提供するために利用される熱交換器要素５０６及び５０４を含む。制御された温度の再種形成システム５１４に例示的な３方向バルブ５１２を通って入れ燃料は、所望のエーテルへの転換のために螺旋形フィン５１８のような高表面パッキング媒体又はガイドに沿って移動し、図５Ｂに示すように、頂部にある再種形成システム５１４のキャニスターから出るので、例えば、オレウム及び／又は濃硫酸、あるいはフィードストックを転換するための別の好適な酸又は触媒のような転換促進剤で満たされたタンクの底部で初期送達を行う。例えば、比較的迅速な熱化学再種形成ＤＭＥ生成動作に好適なヒートバランス及び温度は、約１５０℃に維持される。
いくつかの実装形態では、（たとえば約１２０℃以上に）エンジン温度を維持するために使用される加圧作動流体は、回生減速からのエネルギー、及び／又はエンジンの排気ガスからのエネルギー、及び／又は部分燃焼からのエネルギーとともに、再種形成プロセス及び補充のために再種形成システム５１４が必要とするエネルギーの大部分を供給することができ、必要に応じて、追加のエネルギーを供給するために利用され得る。エーテルと水との混合液は、水を除去するためにフィルタ５２０に移動し、エーテルは、アキュムレータ５２２に貯蔵され、バルブ５２４を通って、たとえば所望時に、システム５００とインターフェースする図５Ｂに示した燃料噴射器及び点火装置６００のような開示する技術の例示的なエンジン燃料噴射器及び点火装置又はシステムを通してを提供される。
燃料噴射とプラズマ点火とを組み合わせた能力を提供することに加えて、例示的なエンジン燃料噴射器及び点火デバイスはまた、他の選択された流体を同様に提供するためにシステム５００中に含まれ得る追加のバルブとともに、バルブ５９６及び５９８を通って入る選択された流体の送達を提供することができる。動作時、例示的な噴射器−点火器６００は、エンジンの燃焼チャンバのインターフェースに構成された最終制御バルブ５９４とともに圧力調整器５１０と３方向バルブ５１２とバルブ５９８とを含む構成要素の回路を通って送達される、貯蔵容器５０２から燃料の最終制御を行うことができる。最終制御バルブ５９４は、例えば、内向き開放、外向き開放、半径方向外向き開放、半径方向内向き開放、軸方向摺動、及び回転開放を含む好適な制御フィーチャの任意の組合せを提供することができる。したがって、例示的な噴射器−点火器６００は、図示のように、フィルタ５２０とバルブ５９６と最終制御バルブ５９４と含む流体送達回路によって、化学プラズマ発生剤の最終制御も行う。例えば、そのような機能はコントローラによって制御され得る。システム５００は、システム５００の様々な構成要素のうちの少なくともいくつかの機能及び相互作用を制御するためのコントローラ５１１を含むことができる。
いくつかの実施形態では、システム５００はまた、化学プラズマ燃焼剤の生成のための熱化学再生（ＴＣＲ）システムを含む。ＴＣＲシステムは、燃料容器５０２に流体工学的に結合される。ＴＣＲシステムは、（たとえばアセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）のような）化学点火及びプラズマ生成剤を生成するために利用され得る熱化学熱交換器／反応器５５０を含む。熱化学熱交換器／反応器５５０は、熱化学再生のための反応物質（例えば、フィードストック）を受け取るために、ＴＣＲシステムの向流熱交換器５３４及び熱交換器５４４及び５４６に流体工学的に結合される。熱交換器５４４及び５４６は、ＴＣＲシステム中で、向流熱交換器５３４に対して実質的に平行に構成され得る。熱交換器５４４及び５４６は、例えば、リザーバ５４０から水を受け取り、化学プラズマ発生剤生成で使用するために、熱化学熱交換器５５０にルーティングする。向流熱交換器５３４は、例えば、燃料容器５０２から燃料を受け取り、化学プラズマ発生剤生成で使用するために、熱化学熱交換器５５０にルーティングする。
そのような実施形態では、システム５００は、貯蔵容器５０２から、ＴＣＲシステムの向流熱交換器５３４に（例えば、炭化水素のような）１次燃料選択又は燃料アルコールを適応的に添加するのための供給ポンプ５３２を含み、向流熱交換器５３４は、例えば、ガスタービン又はピストン機関（図示せず）のようなヒートエンジンの排出システム５３６において排気ガスから熱も受け取ることができる。水は、システム５００の膨張機−圧縮器システム５３８によるそのような排気ガスの相応の冷却及び遠心加速時に、リザーバ５４０において分離及び収集され得る。アルコールのような十分な不凍液と混合され得る水は、その後、リザーバ５４０に貯蔵され、例えば、式５に記載する反応のような反応において酸素供与体として利用され得る。例えば、式５の生成物は、フィードストック燃料選択に依存して、１５％〜３０％超の燃焼熱を提供する。
熱＋ＣｘＨｙ＋ｘＨ２Ｏ −＞ ｘＣＯ＋［ｘ＋０．５ｙ］Ｈ２ （式５）
膨張器−圧縮器システム５３８は、排出システムにおいて同じ又は低減された背圧を生じるように、排気ガスの膨張によって駆動され得る、及び／又は、例えば、図５Ｂに示したモータ５３７のような機械的もしくは電気的に駆動されるデバイスによって駆動され得る膨張器−圧縮器を含み得る。システム５００は、触媒反応器、尿素処理システム、排気ガス再循環システム、ならびに熱化学熱交換器システム（例えば、構成要素５３４−５４４−５４６−５５０）及び／又は再種形成システム（例えば、構成要素５１４及び／又は５２６）による消音器のような従来の排出システム構成要素に排出システム構成要素がとってかわることができるように採用することができる。いくつかの実装形態では、膨張器−圧縮器システム５３８は、例えば、大きい惰性負荷の始動／牽引、迅速な加速、及び坂道を上がること／上ることのような最大トルクが要求される期間中に排気背圧を低減するためのポンプとして適応動作させることができる。同様に、例えば、膨張器−圧縮器システム５３８の適応動作は、エンジン動作の他の時間中よりも水抽出率を高めることが可能である。例えば、資本コスト及び運転費用が低減するだけでなく、エンジン効率、性能及び耐久性が向上する。
例えば、メタン（ＣＨ４）を一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とに転換することができる。これは、例えば、エアブーストを増大させることを目的として、ならびに、水収集のための排出システムにおける相対湿度が１００％になるように、特定のポイント／量まで排気冷却を行うために、例えば、システム５００のターボチャージャー５４１を運転することによって、排出システムから水を収集することによって行われ得る。収集された水は、熱化学熱交換器システムへと流れて、ＣＯ及びＨ２における燃料値を大きくすることができ、より大きい燃料値は、例えば、ＤＭＥ、ＤＥＥ及び／又はアセチレンのような化学プラズマ剤発生生成物に受け継がれる。
例えば、式５の吸熱反応において利用される熱は、排気熱及び／又は式４の酸化プロセスによる放出された熱であり得る。例えば、式５のプロセスを促進すること、ならびに、炭化水素フィードストックの熱劣化温度よりも上になる相応の熱添加は、主に、例えば、蒸気及び／又はアルコール蒸気のような酸素供与体からであることを確実にすることを目的として、ＴＣＲシステムの熱交換器５４４及び５４６中の酸素供与体（例えば、水）への熱添加を優先させることが非常に有益である。これは、炭化水素フィードストックの、熱交換器表面上での炭素に富む物質、バーニッシュ様の物質、あるいは「カラメル状」の接着性物質の堆積に関する問題を引き起こす劣化プロセスを防止する。
いくつかの実装形態では、ＴＣＲシステムの熱化学熱交換器５５０中で生じる一酸化炭素及び水素（発生炉ガス）を利用して、式６及び式３に記載したように、ＴＣＲ発生炉ガス（例えば、式（３）のＨ２）ならびに（例えば、プロパン、エタン又はメタンのような）フィードストック炭化水素から生じ得る（例えば、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）のような）化学点火及びプラズマ生成剤を生成することができる。
いくつかの実装形態では、式７に記載したように、２８０℃から３００℃（華氏５３０度から華氏５７０度）の発生炉ガス（例えば、水素）を用いて（最初の水素加圧及び／又は自己与圧によって補助され得る）、さらに、例えば、シリカ、あるいは多層グラフェン担持ニッケル及び／又はニッケル−銅触媒のような好適な反応サポート媒体を用いて、シクロヘキサンは、たとえばプロパン、エタン又はメタンのような炭化水素の再種形成により同様に合成することができる。
いくつかの実装形態では、アセチレンは、式８に記載したように、例えば、メタンのような炭化水素の脱水素又は再種形成によって生成することができる。
同様に、ＴＣＲを源とする発生炉ガスを利用して、例証として式３に示すように、ＤＥＥ又はＤＭＥを合成することができる。そのような発生炉ガス成分はまた、個別に、あるいは、式１〜８に示したような１つ又は複数の点火ドライバとの混合物として利用する、ならびに／あるいは、ヒートエンジンにおける燃焼時により迅速に燃焼し、実質的により多くの熱を生じるという利点をもつヒートエンジンに直接的へと噴射及び燃焼することができる。
ＣＯ＋ＣＨ４ −＞ ＣＨ３ＣＨＯ （式６）
Ｈ２＋６ＣＨ４ −＞ Ｃ６Ｈ１２＋７Ｈ２ （式７）
２ＣＨ４ −＞ Ｃ２Ｈ２＋３Ｈ２ （式８）
いくつかの実装形態では、式９に示す炭化カルシウム（ＣａＣ２）との反応によって、（例えば、式１、式２又は式３の再種形成動作によって生成された水のような）水をプロセス又は生成物から除去して、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）を提供することもできる。そのような目的のための水は、貯蔵タンクから供給する、ならびに／あるいは、排気ガスから抽出する、ならびに／あるいは、逆浸透圧法、ろ過、又は、例えば、活性炭、カルシア、マグネシア、もしくは再生され得る様々なゼオライトのような再生可能収着剤によって、（例えば、エーテルのような）化学プラズマ発生剤のインベントリから除去することができる。
ＣａＣ２＋２Ｈ２Ｏ −＞ Ｃ２Ｈ２＋Ｃａ（ＯＨ）２ （式９）
いくつかの適用例では、それは、炭化水素フィードストックから（例えば、アセチレン及びシクロヘキサンのような）化学プラズマ発生剤の様々な組合せを生成することが望ましい。同様に、例えば、ＤＥＥ、ＤＭＥ及び／又はアセトアルデヒドは、個別に逐次生成し、利用する、あるいはブレンドする、あるいはアセチレン及び／又はシクロヘキサンと選択的に混合することができる。そのような物質を利用して、（例えば、炭化水素のような）他の燃料に点火し、それにより、開始、プロセス段階及び燃焼の完了が加速されるように、異なる噴射浸透距離におけるプラズマの段階的な生成を生じることができる。
別の動作モードにおいて、そのような自己点火及び化学プラズマ発生剤（例えば、アセチレン又はＤＭＥ又はＤＥＥのようなエーテルなど）は、電気イオン化システムの故障が発生した場合に、自己点火圧力を上回る圧力及び温度で圧縮空気への噴射時に点火するための動作オプションとして利用され得る。そのような自己点火は、例えば、燃料アルコール、ブタン、プロパン、水素、メタン、天然ガス、ガソリン又はディーゼル燃料のような別の燃料の共噴射の有無にかかわらず行うことができる。
例えば、圧縮比、ピストン速度、及び燃焼チャンバのジオメトリに応じて、他の燃料成分の燃焼を開始し、加速するための（例えば、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、アセチレン、ＤＭＥ及び／又はＤＥＥのような）化学プラズマ発生剤のうちの１つ又は複数の好適な自己点火は、比較的低い混合物濃度のそのような化学プラズマ発生剤選択を用いて達成されされ得る。これにより、燃料選択の範囲が大幅に拡大することができ、コストが最も低く環境的に有益な燃料を出力損失なしに使用することを可能にすることができる。
格外のガソリン又はディーゼル燃料のような燃料とのこれらの例示的な自己点火剤の適用は、例えば、従来のスパークプラグの限界又はセタン級の燃料の圧縮点火と比較して、はるかに迅速な燃焼の開始及び燃焼の確実な完了をより加速するために、上死点（ＴＤＣ）後の複数の段階で、その段階の付近で、又はその段階中にそのような液体燃料の送達を可能にする。一酸化炭素及び水素を形成し、そのような一酸化炭素及び水素の少なくとも一部分をアセトアルデヒド、ＤＭＥ及び／又はＤＥＥに転換するために、熱化学再生ステップにおいてそのようなガソリン燃料の少なくとも一部分を利用することが特に有益である。これにより、はるかに迅速な点火及び燃焼の完了とともに、元々の燃料から入手可能なものよりも、燃焼時により大きいエネルギー送達を提供することができる。
図６Ａ及び図６Ｂは、さらなるフィーチャをもつ複合燃料噴射及びプラズマ点火システム６００Ａ及び６００Ｂを示し、これらのフィーチャは、エーテルのプラズマ及び／又は自己点火、あるいは、他の化学プラズマ発生剤のプラズマ及び／又は自己点火、あるいは、点火刺激剤及び／又は燃焼プロセス改質剤が必要とされる場合を含む所望時に、プラズマ点火システムの故障時にフェイルセーフな継続的パワー生成とともに、そのようなフィーチャをイネーブルする同様の物質のプラズマ及び／又は自己点火を行う。例えば、例示的な動作では、圧縮点火では点火することができない燃料選択は、好適な点火のための電気的イオン化を行うことによって使用され得る。例示的な燃料は、水素、メタン又は天然ガスのような気体燃料とともに、ガソリン、燃料アルコール及びブタンのような液体、ならびに／あるいはプロパン及びウェット燃料アルコールのような蒸気燃料を含み得る。
例えば、ピストンベロシティーは、燃焼チャンバへの噴射のタイミングに影響を与える因子である。例えば、燃料が、高いピストンベロシティー（すなわち、高周波数エンジン）のエンジンにおける上死点後（ＡＴＤＣ）に噴射される場合、燃料は、ＡＴＤＣ期間で生じるトルクによる恩恵を受けるために、より速く燃焼しなければならず、例えば、９０度の、又は６０度、４５度などのクランク回転の前に燃料を燃焼させる。これは、燃料噴射／点火システムによる燃料のローレンツスラストの実装形態は、例えば、場合によっては、作動していた場合に熱を消耗することによって熱が無駄になる、燃焼熱の放出から恩恵を受けるために、定時ピストンベロシティー状態についてはるかに大きい燃料噴射速度を提供することができる場合である。いくつかの例では、燃料は、システム５００が生成した化学プラズマ発生剤によって化学的に活性化することができ、それを利用して、燃料噴射／点火システムのローレンツスラストが必要とする使用電流量を軽減し、したがって電極腐食を低減することができ、それによって、電極の寿命が延長される。例えば、電極における電流生成の低減は、ローレンツスラスト適用例において化学プラズマ発生剤を使用することにより達成され得る。例えば、開示する技術は、化学プラズマ発生剤により開始された化学プラズマに基づいてローレンツを発生させ、次いで、それを加速させ、それにより、ローレンツスラスター（電極）上の電流を低減することができる。
図６Ａに示したシステム６００Ａは、別個の選択又は様々な混合物として使用されるそのような燃料を受け取るための接続を提供する取付部品６３８ａを含む。システム６００Ａは、動作しているエンジンの燃焼チャンバへのスパーク、コロナ及び／又はローレンツスラストイオン電流を生成するように、端子６２７、絶縁された導体６１４、電極６８６及び電極６８５を介したイオン化電圧の印加を用いてエンジンを動作させることができるように実装され得る。システム６００Ａは、様々なシステムの構成要素６００Ａの少なくともいくつかの機能及び相互作用を制御するための１つ又は複数のコントローラ６２２ａ及び６２２ｂを含む。
例えば、ＤＥＥ、アセチレン及び／又はＤＭＥなどのような１つ又は複数の化学プラズマ発生（自己点火）剤をエンジンの燃焼チャンバへと噴射して、パワーを生成することができる。重要な利点として、化学プラズマ発生剤を利用して電気点火なしにエンジン動作を継続するための能力、熱化学再生された燃料種の利用によりエンジン効率を向上させる機会、ならびに、燃焼パターン及び得られた圧力発生の制御によるカスタマイズされたトルク生成の適応的な達成が挙げられ、それにより、ディーゼル燃料を用いた場合に可能な単位作業量よりも燃焼エネルギーの単位作業量が向上する。
化学プラズマ発生剤は、燃料アルコール、ガソリン、メタン又は天然ガスのような他の燃料の点火及び／又は燃焼特性を変更するために（例えば、燃焼を加速する、又は燃焼によって生成される放射性信号を変更するために）、所望時に１次燃料とともに利用され得る。また、そのような自己点火薬剤プラズマ剤は、例えば、トルク要求を満たすための高ブロワーブーストのようなエンジン動作の臨界時におけるエネルギー解放欠陥を克服するために、又は、主な電気点火システムの場合の問題を克服するために噴射され得る。
いくつかの実装形態では、化学プラズマ発生剤は、自己点火剤として使用することができ、例えば、燃焼開始のための電気イオン化を含む通常利用される動作を行うことなく１次燃料に点火するために、適応時間調節されたインスタンスで機械的に計量又はバルブ調節し、噴射することができる。したがって、記載する化学プラズマ発生剤を使用するエンジンにおける燃焼は、「スパークのない」燃焼で生じ得る。圧力誘起もしくは熱伝導、及び／又は約１６０℃（華氏３２０度）を上回るの輻射駆動による温度上昇を達成すると、空気中の例示的なエーテル化学プラズマ発生剤のようなプラズマ刺激剤は、プラズマを迅速に伝搬して、圧力ブースト過給機をもつディーゼルエンジンによって生成される最も高い圧縮温度及び圧力では点火及び燃焼しない燃料との混合物を含む層状吸気全体にわたる燃焼を誘起することができる。
図６Ｂは、燃焼のための燃料の電気イオン化のような通常利用される点火手順を行うことなく燃料に点火するための燃焼チャンバへの適応時間調節された噴射による自己点火のための化学プラズマ発生剤の計量を動作させるためのシステムを示す。図６Ｂのシステム６００Ｂのある特定の実施形態は、アセンブリ６９５、６９４、６２９ａ及び６２９ｂのような１つ又は複数の燃料計量構成要素の計量バルブの機械操作を提供する。例えば、アセンブリ６９５は、ピストン６９３を含む定置型シリンダ６９５を表し、アセンブリ６９５は、油圧チューブ又は強化ホース６９４と結合される。機械作動は、バルブアセンブリ６２９ｂのピストン６９２内のスプールバルブのような燃料制御バルブを軸方向に作動させるために機能する、ローブディスク、ローブを備えるカムシャフト、例えば、ロータリーカムローブ、あるいは、従来の吸気又は排気バルブローブ６９０によって行われ得る。例えば、そのようなカム作動は、直接行われても、あるいは、カム力を伝達してアセンブリ６２９ｂ内の燃料計測バルブを断続的に動作させ、燃料フローバーストを提供する、プッシュロッド、ケーブル、気圧システムもしくは油圧システムような好適なリンケージを介して行われてもよい。
図６Ｂに示すように、アセンブリ６９３〜６９５は、油圧シリンダ又はレバー６９４ｃが、連続的に噴射される燃料量を制御するために、軸６９７を中心として回転して、所望の範囲のピストン６９３とカム６９０との係合を提供する誘導された軸方向位置においてアセンブリ６９３〜６９５を配置するような好適なメカニズムによって移動され得る。したがって、噴射される燃料量は、ゼロから、アイドリング、加速、巡航及び全出力についての適切なセットを含む最大値まで変動し得る。
例えば、ピストン６９３が係合し、ロータリーカムローブ６９０の通過によって軸方向に移動したとき、油圧流体が、定置型シリンダ６９５から油圧チューブ又は強化ホース６９４を通って移動し、アセンブリ６２９ｂ内のピストン６９２を移動させて、取付部品６３８ｂによって供給される燃料フローをピストン６９２の例示的なスプールバルブの環状通路に送達し、例えば、システム６００Ａの通路６５７ｂ及び６２４ならびにバルブ６６８を通して、図示される燃焼チャンバ６０７へと噴射する。例えば、燃料はその後、図示のように、ピストン６９２のスプールバルブ中の環状通路の周りを流れ、したがって通路６５７ｂに達し、環状スペース６１６を通って、例えば、（１つ又は複数の）径方向開放構成要素６６６をような１つ又は複数の好適な末端バルブに達して、燃焼チャンバ６０７に燃料バーストを送達する。例えば、ローブ６９０は、移動の角度選択を越えて移動するので、ピストン６９３及び６９２は、図示のように、好適な圧縮ばね６９８及び６９９によって、それらの通常オフ位置にそれぞれ戻される。
開示する技術の別の例示的実施形態は、そのタイプの燃料バルブ制御によって生成された燃料バーストベクトルと図１Ａのアセンブリ１００Ａの指向性ジェットポート１１８とを組み合わせて、例えば、システム５００のような化学プラズマ発生剤生成システム、を利用する。例えば、これは、燃焼の完了を開始し、加速するための電気イオン化と組み合わせて、又はそのような電気イオン化を行うことなく、たとえばアセトアルデヒド、アセチレン、シクロヘキサン、ＤＥＥ又はＤＭＥのような化学プラズマ発生剤を行われ得る。
いくつかの実装形態では、例えば、格外ガソリン燃料、植物及び／又は動物起源のバイオディーゼル燃料、ウェット又はドライ燃料アルコール、発生炉ガス、水素、一酸化炭素、天然ガス、あるいは再生可能メタンのような非常に安価な未精製燃料とともに、ＤＭＥ又はＤＥＥエーテルのような、調和濃度の例示的な化学プラズマ発生剤の複数のバーストを点火剤としてたとえば噴射するための燃料噴射及びプラズマ点火システム６００Ａ及び６００Ｂを利用することが特に有益であり得る。迅速な最適化は、光速燃焼監視システム６００Ａ／６００Ｂに応答して、燃料混合物における例示的な化学プラズマ発生剤（例えば、エーテル）の圧力、濃度及び送達パターン特性を制御するためのバルブアセンブリ６２９ｂのタイミングの適応調整によって行われ、例えば、ライトパイプもしくは光ファイバー６１７及びコンピュータ６２２ａ又はシステム３００Ａによって行われ、例えば、（図３Ａに示すように）光学部品３１８及びコンピュータ３１０によって行われる。
例えば、プラズマ成分として力及び／又は圧力ならびに／あるいは熱膨張により燃焼チャンバにスラストされる電気生成されたイオン及びフリーラジカルは、例えば、スパークプラグのギャップのイオン化による従来の点火と比較して、燃焼の開始をはるかに早め、燃焼プロセスを加速し、各燃料バーストの完全燃焼の達成を速くするをことができる。同様に、例えば、自己点火薬剤は、別のタイプのプラズマ発生を化学的に刺激し、化学プラズマは、イオン、フリーラジカル及び他の活性化粒子を含み、そのような化学プラズマを燃料圧力及び／又は熱膨張によってスラストして燃焼チャンバにベクトルを発射させることにより、各燃料バーストが、点火開始、酸化プロセス、及び完全燃焼の達成を大幅に加速することが可能になる。
開示する技術は、例えば、記載する燃料噴射／点火システム、デバイス及びプロセスにおける化学プラズマ発生剤の利用を含む、そのような燃料噴射／点火システム、デバイス及びプロセスの適応制御及び動的センシングを含む。
記載する適応制御は、電気ならびに／あるいは化学プラズマ燃焼プロセスの加速を制御するために実装され得、同時に又は選択されたシーケンスで適用され得、例えば、以下の例示的な恩恵を提供するために使用され得る。例えば、化学および電気プラズマ刺激が同時にまたは様々に順序を入れ替えて組み合わされる場合に消費電気エネルギー量が低減され得る。例えば、化学及び電気プラズマ刺激が同時に又は様々に順序を入れ替えて組み合わせられる場合に同じ燃焼加速特性及び恩恵を達成する際に燃料圧力が低減され得る。例えば、化学及び電気プラズマ刺激が同時に又は様々に順序を入れ替えて組み合わせられる場合に同じ燃焼加速特性及び恩恵を達成する際に、必要とされる自己点火刺激剤が大幅に少なくなる。例えば、化学及び電気プラズマ刺激が同時に又は様々に順序を入れ替えて組み合わせられる場合に同じ燃焼加速特性及び恩恵を達成する際に、より広範囲の許容可能な、例えば、水、窒素及び二酸化炭素のような不純物を含む燃料の許容可能なタイプの範囲がはるかに広くなる。例えば、エンジン動作の新しいサイクルは、開示する技術を採用することによって実装され得、それにより、熱化学再生、自己点火の発生及び／又は燃焼改質剤を組み合わせることによってパワー生成及び効率が向上して、圧縮サイクル中に燃焼チャンバ中に存在する粒子又は分子の数よりも、パワーストロークもしくはサイクル中に膨張を引き起こす作業について、粒子もしくは分子が多くなり、及び／又は粒子もしくは分子当たりのエネルギー大きくなる。例えば、自己点火及び／又は燃焼改質剤を生じるために、例えば、ラジエータを通って循環したクーリングフィン又は冷却剤によって通常は除去される熱を含む比較的低いグレード熱のより一層の利用は、いずれかのタイプのプラズマ発生が他方なしに使用される場合を含み、化学及び電気プラズマ刺激が同時に又は様々に順序を入れ替えて組み合わせられる場合に同じ燃焼加速特性及び恩恵を達成する際に達成され得る。
例えば、迅速な始動、より優れたシステム対応、ディスパッチャビリティ及びフェイルセーフの恩恵は、開示する自己点火及び／又は燃焼改質剤の実装によって獲得される。例えば、さらに向上した燃焼加速特性及び恩恵は、化学電気プラズマ刺激と電気プラズマ刺激とを組み合わせた場合に獲得される。そのような点火技術は、例えば、各燃焼チャンバの動作及びトルク要件を最適化するためにプラズマ発生のタイプ及びマグニチュードが即座に選択される動作モード及びインスタンスを含めて、同時に又は様々に順序を入れ替えて選択される、及び／又は組み合わせられる。
したがって、実質的にＴＤＣ後又はＴＤＣおいて１次燃料を噴射し、選択されたタイプ及び量の例示的な自己点火プラズマ刺激剤の同時噴射を用いて１次燃料に点火することによって、極めて迅速な燃焼の開始及び燃焼の完了が達成され得る。例えば、例示的な自己点火プラズマ刺激剤のそのような実装は、「ディーゼルディレー」及び「ノッキング」の問題を克服するだけでなく、（例えば、従来の燃料噴射／点火システムをもつエンジンが長く苦しんでいる）燃焼クエンチ、エンジン摩耗、炭素質堆積物、オイル汚染及び腐食性凝縮物を克服する。開示する燃料噴射、点火及び燃焼センサを組み込むこととにより、適応エンジン制御システムは、自己点火剤、化学プラズマ発生剤及び燃焼改質剤を組み合わせて使用すること、又は単独で使用することとともに、酸化体及び／又は燃料成分の電気イオン化による点火の使用を最適化することが可能になり得る。
１つの態様では、開示する適応制御及び動的センシング技術は、再生可能燃料の燃料補給設備がない地域において車両が臨時に又は相互交換可能に動作することを可能にするためのシステム実施形態を含む。適応制御及び動的センシングシステムは、エンジンの燃焼チャンバへのスロットリングされていない空気、酸素及び／又は別の酸化体の進入により熱効率を向上させるオプションとして前述した関連するシステム、装置及び技法を含む。これを達成するために、例えば、適応制御及び動的センシングシステムは、様々な熱化学的に再生された燃料種とともに、例えば、水素、メタン及び他の再生可能水素供与体燃料種のような好適な燃料を用いた動作について、図１Ａ、図３Ａ、図３Ｃ及び図３Ｄに示す例示的な燃料噴射／点火システム１００Ａ、３００、３６０、３６０Ｌをそれぞれ採用することができる。いくつかの例では、適応制御及び動的センシングシステムはまた、車両の既存の燃料ストレージ、加圧、及び計量システムと組み合わせて動作することができる。適応制御及び動的センシング操作手法の１つの実施形態では、１００Ａ、３００、３６０又は３６０Ｌの例示的な燃料噴射及び点火サブシステムは、既存のコントローラ、燃料ストレージ及び燃料計量システムによって燃焼チャンバに供給される燃料の点火を向上させることができる。
例えば、適応制御及び動的センシングシステムは、既存の電気式及び／又は機械式のアナログ又はデジタルコントローラ及び燃料計量システムが、例えば、バックアップ及び／又はハイブリッド動作について効果的に機能するが、例えば、排気ガス中に酸素濃度のようなある特定のセンサデータのエミュレーションによって向上し続けることを可能にするためのコントローラ１１０、３１０、４２０、５１１、６２２ａ又は６２２ｂのようなコントローラを含み得る。例えば、コントローラ１１０のようなコントローラによる新しい動作プロセス管理は、燃焼チャンバへの（酸化体の進入により性能及び燃料効率を向上させることができるので、排気ガス流中の酸素濃度は、典型的には、スロットルされた又は制限された酸化体の進入による従前の動作よりも高くなる。例えば、これは、従来の電子制御システムの誤動作とまではいかないがアラームの原因となり、これは、コントローラ１１０により提供される従来のコントローラに与えられた所与のエミュレートされた酸素センサ信号によって防止され、現在の状態の気圧、温度、ピストン速度、トルク要求などにおける従来のコントローラによる仮想動作が可能になる。スロットリングされていない酸化体とサブシステムコントローラ１１０、３１０、４２０、５１１、６２２ａ又は６２２ｂを用いた確実な点火を用いて実際に動作する際に、スロットリングされた酸化体動作と相応である「予測」酸素信号のエミュレーションは、エンジン性能及び燃料効率を大幅に改良する。
例えば、さらなるセンサデータエミュレーションが、既存の従来のコントローラが、効果的に機能したままであり、既存の燃料タンクからの燃料を計量し、例えば、トランスミッション、冷却ファン、車室空調、パワーテークオフ、パワーステアリング、パワーブレーキ、パワーウィンドウ、パワーシート、ウインドシールドワイパー、ライド制御及びラジオなどのような他の車両サブシステムの最適な動作を提供するためのいくつかの動作モードで継続することを可能にするために、必要に応じてコントローラ１１０により行われ得る。
例えば、スロットリングされていない酸化体を用いた例示的な燃料噴射／点火システムの点火のみの動作モードでは、システム（例えば、システム１００Ａ、３００、３６０又は３６０Ｌ）による層状酸化体プラズマの放出は、それが取ってかわる従来のスパークプラグよりも燃焼開始及び完了をはるかに速くする。これは、酸化プラズマの熱を温存した層状吸気は、パワーサイクル当たり１回又は複数回、燃焼チャンバに適応調整距離だけ急激に浸透して、従来のスパークプラグを用いた場合に可能なものよりもはるかに大きな燃料と酸化体との組合せの集合の燃焼を開始するので、性能及び燃料効率を向上させる適応放出により、そのような例示的なシステム１００Ａ、３００、３６０又は３６０Ｌによるプラズマ点火容量及び効率は、従来のスパークプラグ点火と比較してはるかに優れたものとなる。例えば、これは、影響を受ける燃料及び酸化体の粒子の比較的小さい集合の限界、ならびに、燃焼の速度を落とし、排気を生成し、スパークプラグギャップ内で活性化され得る燃料及び酸化体の粒子のはるかに小さい体積の着火性燃料対酸化体比を厳密に限定する後続の熱クエンチを理由として生じる。
適応制御及び動的センシング技術の別の実施形態において、コントローラ１００Ａ、３００、３６０、３６０Ｌ又は５１１は、例えば、質量空気流量及び排気ガス酸素含有量のような適切なセンサ値のエミュレーションを行って、既存のエンジンコントローラならびに加圧及び計量システムが、従来のスパーク、プラズマ又は放出プラズマ点火には傾きすぎている実際の燃空比で燃焼チャンバに燃料を送達するように燃料を供給することを可能にするために、既存のエンジンコントローラを用いてインタラクティブなエンジン制御を行うことができる。向上したエンジン性能、燃費及び車両レンジは、既存のシステムにより提示される燃空質量に放出される電気誘起型及び／又は化学誘起型プラズマ光線の噴射及び点火の適応時間調節によって達成される。そのようなプラズマ光線は、（例えば、一酸化炭素及び水素のような）熱化学再生物質に由来する燃料値粒子、及び／又は（例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、アセトアルデヒド又はシクロヘキサンのような）他の燃焼加速剤で構成され得る。転換型均質給気エンジンの動作時、既存のコントローラならびに記載する適応制御及び動的センシング燃料送達システムは、例えば、５０ｍｐｇ又は１００ｍｐｇまで急増する熱料原単位で長い坂道を下っている巡航制御を備える車両に対応する値と同様に、質量空気流量及び排気酸素濃度信号のようなエミュレートされた情報に応答する。適応制御及び動的センシングシステムのコントローラは実際には、全体的にはるかに傾いた燃空比で確実な点火を行うために、スロットリングされいない空気進入及びプラズマ点火光線の層状吸気送達を用いてエンジンを動作させることによって平坦な道路及び／又は上っている道路で大幅に向上した性能及び燃費を達成する。例えば、他の電子制御機能（例えば、トランスミッション、ブレーキ、エアコンディショナー、及び様々な他の電動機能など）は、１つ又は複数の既存のコントローラによって制御され続ける。適応制御及び動的センシングシステムのコントローラは、例えば、酸化体プラズマ噴射の開始、酸化体プラズマ噴射の継続時間、燃料噴射の開始、燃料噴射の継続時間、燃料プラズマ噴射の開始、燃料プラズマ噴射の継続時間、冷却剤噴射の開始、冷却剤噴射の継続時間及びそのような結果の反復間の持続期間を含む群から選択されるイベントの適応最適化時間調節を行うので、転換型ディーゼルエンジンの動作は同様に達成される。
別の例示的な動作モードでは、層状吸気酸化体プラズマが、任意選択で燃焼チャンバに放出され得、その後、好適な燃料種及び／又は従来の燃料粒子の燃焼の開始及び完了を速くするために、１つ又は複数の層状吸気燃料プラズマが噴射される。例えば、これにより、複合動作の適応的な選択の結果として、エンジン性能を改善し、二酸化炭素及び窒素酸化物をさらに大幅に低減又は排除することができる。獲得される例示的な恩恵として、従来の及び／又は好適な燃料の利用を含む向上した燃費とともに、はるかに大きな動作範囲、増大したエンジン性能及び長寿命化が挙げられる。
他の例示的な動作モードでは、コントローラ１１０に、直接噴射され利用される好適な又は従来の燃料選択を用いて燃焼チャンバの実際の動作を適応的に管理し最適化させることを目的として、既存のエンジンコントローラが仮想的な燃料計量及び点火動作を行うことが可能になるように、（例えば、コントローラ１１０のような）記載した適応制御及び動的センシングシステムのコントローラによって従来の燃料計量システムを抑制する、又は場合によっては管理することができる。例えば、これにより、ピストン、シリンダ壁、及びヘッド構成要素の近くで燃焼チャンバクエンチゾーンからの燃料粒子の余剰酸化体を遮断することを含めて、より優れた酸化体利用効率を含むさらなる燃費及び性能の改善を提供することができる。例えば、層状吸気酸化体プラズマが、任意選択で燃焼チャンバに放出され得、その後、好適な燃料種及び／又は従来の燃料粒子の燃焼の開始及び完了をより速くするために、１つ又は複数の層状吸気燃料プラズマが噴射され、動作の複合的な選択の結果として、エンジン性能を改善し、二酸化炭素及び窒素酸化物をさらに大幅に低減又は排除することができる。
例えば、これにより、適応制御及び動的センシングシステムのコントローラ１１０のような比較的低コストのコントローラが、非常に迅速で、汚染がはるかに少なく実質的に費用があまりかからない好適な燃料を用いた動作に便利なエンジン及び／又は車両転換を含む大幅に改善された複合動作で既存のコントローラを制御することが可能になり、したがって、対象となる車両における費用対効果の改善を迅速に達成ることができる。開示した適応制御及び動的センシング技術を採用する例示的な利点により、車両の再販売価値が高くなることとともに、好適な燃料での動作、元々の試験済みかつ実証済みのサブシステムを備える既存のコントローラ及び配線システムによる継続的な動作及び管理、ならびにエンジン寿命及び生産性の拡大を可能にする迅速かつ確実な転換が可能になる。これは、トランスミッション、アンチスリップドライブライン構成要素、冷却ファン、パワーステアリングパワーブレーキ、ウインドシールドワイパー、パワーウィンドウ、空調システム、パワーシート、ラジオ及び他のそのようなサブシステムのようなサブシステムの既存のコントローラによる管理と、層状吸気酸化体プラズマ点火、層状吸気燃料プラズマ点火、既存のコントローラによる貯蔵及び／又は計量された燃料の層状吸気酸化体及び／又は層状吸気燃料プラズマ点火、ならびに燃焼チャンバへのスロットリングされいない酸化体進入を用いた動作を含む様々な他の組合せ置換のようなエンジン動作の改善とを含む。
さらなる性能及び燃料効率の最適化は、冷却剤及び／又は排気ガスのフローを管理するために、（例えば、コントローラ１１０、５１１、などによって提供さ得るような）新しいコントローラフィーチャを適用することによって実現される。この点について、例えば、サブ回路中の燃料又は冷却剤を加圧する（例えば、図５Ｂに示した熱交換器要素５０４及び／又は５０６のような）熱交換器を含め、図５Ｂに示すようにＴＣＲシステムの反応器５４６及び５４４における熱化学再生プロセスのための熱及び／又は物質を供給するように排気ガスのフローを同様に制御するように、ラジエータから冷却剤を逸らすことができる。エネルギー転換動作のそのような適応管理は、酸化体加圧ブースト要件、トルク生成要件及び発電要件を満たすために、リザーバ５４０中の集合に凝縮液を供給するための十分な排気ガスの送達、ならびに／あるいは、燃焼チャンバ及び／又は（例えば、図５Ｂに示したシステム５００のターボ膨張器５３５のような）ターボ膨張器にパワー冷却流体及び／又は１つ又は複数のターボチャージャー５４１又はターボ発電器への排気ガスのフローの管理を行うように（例えば、図５Ｂに示した排出システム５３６のバルブ５３９のような）排出システムのバルブ及び／又はフローデバイダーを動作させること含む。例えば、これは、１次エンジン及び／又はターボ性能を改善するための吸入イベント、圧縮イベント、動力イベント又は排気イベント内の適応時間調整期間中における燃焼チャンバへの１回又は複数回の燃料及び／又は冷却剤噴射の適応管理を含む。また、そのようなターボ膨張器（例えば、ターボ膨張器５３５）の性能及び能力を改善するための、（例えば、例示的なフロー制御バルブ５３９のような）排出システムのバルブ及び／又はフローデバイダー、ならびに（例えば、図５Ｂに示したインジェクター５４３のようなインジェクターによる）燃料及び／又は冷却剤噴射の協調適応管理を含む。
この特許文書では、（１）燃料圧力によって支援された燃料制御バルブの開放と、（２）燃焼圧力によって支援された燃料制御バルブの閉鎖と、（３）例えば、酸化体及び／又は燃料イオンの１つ又は複数のバーストを生成するためのイオン電流のパルス状のローレンツ力加速と、（４）各バルブバーストを再分割し、加速するために複数のローレンツバーストとともに、上死点（ＴＤＣ）の近くでの及び／又はパワーストローク中の複数の燃料制御バルブ開放の組合せと、（５）音速を超えた（例えば、チョーク流れの限界マッハ１を超えた）速度で燃焼チャンバに入る粒子バースト放出を生成するための酸化体及び／又は燃料イオン電流のローレンツ加速を組合せと、（６）層状吸気酸化体及び／又はプラズマ、層状吸気燃料、ならびに／あるいはプラズマプレゼンテーションを含む適応エンジン管理によって、エンジン性能を最適化し、燃費を向上させ、かつ、性能及び燃費が向上したエンジン管理の仮想動作によって、より高価な既存の車両コントローラを対応及び実行可能なままとなるようにすることができ、同時に、多くの既存の配線システム、ならびに、電子制御トランスミッション、パワーテークオフ、トラックサンダー、パワーブレーキ、パワーステアリングパワーウィンドウ、パワーシート、シートウォーマー、電動のエアサンプリング及びベント、電力エンターテインメントシステムなどのような既存のサブシステムを用いた実際の動作において既存のコントローラが継続的に恩恵を与えることをさらに可能にする比較的低コストのコンピュータ／コントローラユニットを含む例示的な適応制御及び動的センシング技術とを組み合わせる能力を可能にするいくつかの例示的実施形態を開示してきた。
例えば、１１０、３１０、４２０、５１１、６２２ａ又は６２２ｂのようなコントローラ、ならびに開示した様々なサブシステム又はインジェクターの実施形態のうちのいずれかは、（例えば、エンジン及び／又は燃料電池などにおける）エネルギー転換動作の置換及び組合せを適応制御するために使用され得る。そのような例示的なエネルギー転換は、（１）（モーティブ（パワーテイクオフポンプ）及び／又は回生電気及び／又はニューマティクポンプを含めて）燃料圧力を増大させ、ならびに／あるいは、廃エネルギーを（例えば、図５Ｂの燃料容器５０２に貯蔵される燃料のような）燃料の圧力潜在エネルギーに収集（冷却剤又は排気から熱交換）するエネルギー転換、（２）吸熱再種形成反応によって化学的潜在エネルギーを増大させる（例えば、熱交換器５４６、５４４、及び／又は５５０のような熱交換器を使用する）エネルギー転換（例えば、熱＋ＣＨ４ ＋Ｈ２Ｏ−＞ＣＯ＋３Ｈ２、又は、熱＋ＣＨ３ＯＨ−＞ＣＯ＋２Ｈ２）、（３）（例えば、酸化体に近づいたとき、ならびに／あるいは酸化の迅速な開始及び／又は他の燃料成分の燃焼をキンドリングしたときに、例えば、（例えば、図５Ｂの再種形成システム５１４によるような）再種形成によって生じ得る（例えば、ＤＥＥ、ＤＭＥ、アセチレンなどのような）例示的な化学プラズマ発生剤が自己点火するように実装され得る特別な目的の化学プラズマを生じるエネルギー転換、（４）化学プラズマ生成を生じるために（例えば、ＤＥＥ、ＤＭＥ又はアセチレンのような）１つ又は複数の薬剤による燃料電池又は燃焼活性化を引き起こすエネルギー転換、（５）燃料の圧力潜在エネルギーへのエネルギー転換を含む、モーティブ（パワーテイクオフオルタネータ）再生可能電力又は熱あるいは収集された廃エネルギー（冷却剤又は排気からの熱交換）を使用した、反応器媒体を再生するための、及び／又は、上記の目的のいずれかのための電気分解によってＨ２及び／又はＯ２生成、（６）燃料電池及び／又は燃焼のための電気及び／又は化学プラズマ燃料活性化をフェイルセーフに生じるエネルギー転換、（７）（例えば、熱交換器５４６、５４４を実装する）熱抽出、（例えば、膨張器圧縮器５３８の遠心加速を実装する）加圧及び／又は（例えば、リザーバ／槽５４０を実装する）吸収性取り入れの結果である焼きしまり分離による、（例えば、モータ５３７及び膨張器圧縮器５３８を含むユニットを実装する）ヒートエンジン又は燃料電池からの排気ガスのある特定の成分（例えば、水）の抽出及び／又は濃縮、（８）排出圧力を低減することによってヒートエンジンのＢＭＥＰ及び／又は体積効率を増大させること、（例えば、熱交換器５４６、５４４及び／又は向流熱交換器５３４において）吸熱反応についての熱交換率を増大させるために排気ガスの圧力を上昇させること、成分分離率（例えば、膨張器圧縮器５３８〜リザーバ／槽５４０における、排気流中のＮ２及び／又はＯ２からの水分離）を増大させるために排気ガスの圧力を上昇させることなどを目的とする、圧縮器、膨張器及び／又は成分分離器としての（例えば、モータ５３７及び膨張器圧縮器５３８を含むユニットを実装する）装置又はデバイスの動作、（９）ヒートエンジンの排気ストロークの選択部分中に排気ガスを膨張し、ならびに／あるいはエンジンの吸入ストローク、圧縮ストローク及び／又はパワーストロークの選択部分中に排気ガスを圧縮する、圧縮器、膨張器及び／又は成分分離器としての（例えば、モータ５３７及び膨張器圧縮器５３８を含むユニットを実装する）装置又はデバイスの動作、（１０）燃料効率、パワー生成及び／又は排出の制御を最適化するために１つ又は複数の化学プラズマ発生剤及び／又は専用の薬剤（例えば、Ｈ２及び／又はＯ２）の（例えば、再種形成システム５１４を実装する）生成ならびに／あるいは利用の比例制御、ならびに、（１１）計量バルブ実施形態を、内向きに開放する、外向きに開放する、摺動させて開放する、半径方向内向きに開放する、及び半径方向外向きに開放することを含めて、計量バルブのストロークの制御による燃料噴射レート、浸透パターン及び燃焼特性の適応制御を含むが、これらに限定されるものではない。
図７Ａ及び図７Ｂは、電気プラズマ点火及び／又はローレンツ加速を伴うそのような動作を増大させる能力とともに、送達タイミング、流量、フロー間隔、ならびに圧力に関する多種多様な組合せ及び置換を含めて、制御された燃焼特性を広範囲にわたって変動させるために使用され得る複数の制御バルブを含む例示的な燃料噴射／点火システム７００を示す。システム７００は、制御バルブ７２７ａ、７２７ｂ、７２７ｃ、７２７ｄ、７２７ｅ、及び７２７ｆ及び／又は７６７を含む。これにより、実質的にすべての既知のタイプの燃焼チャンバにおけるきわめて広範囲の燃料選択及び状態の最適化された利用が可能になる。様々な燃料を制御するためにバルブ７２７ａ〜７２７ｆを使用する図示の例で、バルブアセンブリ７２７ａは天然ガスを制御するために使用され得、バルブ７２７ｂはＤＭＥを制御するために使用され得、バルブ７２７ｃはプロパンを制御するために使用され得、バルブ７２７ｄはＤＥＥを制御するために使用され得、バルブ７２７ｅは蟻酸を制御するために使用され得、バルブ７２７ｆは水素を制御するために使用され得る。そのような物質を制御するためのそのようなバルブ７２７ａ〜７２７ｆの動作は、例えば、エンジン性能、範囲、ならびに反対すべき排出目標の最小化又は排除のような成果を最適化するために、任意のシーケンスあるいは組合せ又は置換におけるものであり得る。
図８Ａは、例えば、天然ガス、メタン、メタノール、エタン、エタノール、アンモニア、尿素、グアニジンなどのような水素供与体化合物からの分離によって水素を生成するためのシステム８００の概略図を示す。例えば、システム８００は、同じマグニチュードの高グレードの電気エネルギーが水の電気分解によって生成するよりも多くの水素を生成するために、比較的低グレードの廃熱を高効率で使用するように実装され得る。
図示の例では、（例えば、メタンのような）供与体化合物を、エンジン冷却剤からの（Ｈｃ）によって１５℃の好適なソース８０４から１０５℃に加熱し、次いで、エンジン排気から伝達した熱（Ｈｅ）によって１０５℃から約５４０℃に加熱し、次いで、さらなる熱源として回生熱（Ｈｒ）を利用して、より高いパーセンテージの水素を生じること、あるいは、より迅速にならびに／あるいはより高い圧力及び／又はより高い温度で水素及び炭素を生じることができる。図８Ａと図８Ｂの両方に示すように、システム８００は、（図８Ｂに示す）例示的なハニカム構造８２４、あるいは炭素を堆積させる向流熱交換及び反応のための他の配列を含む、ならびに／あるいはサーマルバンク及び／又は化学的潜在エネルギーバンクとしてのヒートバンク交換器キャニスター８１６を含む。最初に、ソース８０４から移送された供与体燃料は、熱交換器８０６中でエンジン冷却剤からの熱によって約１０５℃まで加熱される。次いで、供与体燃料は、熱交換器８０７中で水素及び／又はメタンとの向流熱交換によってさらに加熱される。水素と供与体燃料との混合物は、ヒートエンジンへのインジェクター８１０を介した噴射によって温度が上昇した、したがって化学的に活性化した燃料として利用され得る。代替的には、例えば、水素と供与体燃料とそのような混合物は、生活用水の加熱又は料理のような様々な有用な適用のための熱交換器８０８中の熱源として使用され得る。
例証として、例えば、選択された水素供与体に熱交換器８０６を介して熱（Ｈｃ）を伝達するために、エンジン又は燃料電池冷却剤から入手可能な熱が選択され得る。ホストエンジン又は燃料電池の排出システム８１２からの排気ガスは、エンジンから直接、又は、ターボチャージャーもしくはターボ発電器８１１のような２次適用において機能した後に送達され得、したがって、熱（Ｈｅ）のための別のソースとして機能し得る。また、例えば、水素を生じるために向流通路８２０を通過する選択された水素供与体の転換レートを増大させるために、図８Ｂに同じく示すようにヒートバンク交換器８１６に挿入又は内蔵された１つ又は複数のヒーター要素８１８を介して熱（Ｈｒ）を伝達するために、回生制動、あるいは、発電器８１５による太陽光、風力、水力及び／又は地熱エネルギーの転換のような他の再生可能エネルギー源が選択され得る。
炭素を含む水素供与体化合物は、式１０に要約されたプロセスによって転換される。式１１は、水素とメタンとの混合物とともに炭素を生じるためのメタンの部分解離を示す。
ＣｘＨｙ＋熱（Ｈｃ＋Ｈｅ＋Ｈｒ） −＞ ｘＣ＋０．５ｙＨ２ （式１０）
ＣＨ４＋熱（Ｈｃ＋Ｈｅ＋Ｈｒ） −＞ →Ｃ＋２Ｈ２＋ＣＨ４ （式１１）
式１１に示したような一般化された反応の完全性は、温度、圧力、化学物質利用度もしくは活性度、及びドウェル時間のようなプロセスパラメータの制御に応じて変動し得る。例えば、反応器８１６中の及び／又は反応器８１６のゾーン８１４のような特定の領域の温度を上昇させるために回生エネルギーもしくは再生可能エネルギー、又はオフピークエネルギーを利用することによって、得られたメタンと水素との混合物中の水素のパーセンテージをはるかに大きくすることができる。これは、炭素が、余剰エネルギーを貯蔵して、耐久消費財を生産するための材料源として効率的に機能するために、ならびに／あるいはエンジン排気中の炭素生成物の存在を低減するために、ならびに／あるいは燃焼刺激剤及び加速剤として水素を利用するために、ならびに／あるいは排ガス再循環及び／又は層状吸気燃焼及び／又は窒素酸化物を低減もしくは排除するための様々な処理後プロセスの促進を含む燃焼レジームにおいて水素を利用するために反応器８１６に収集される場合に非常に望ましい。
例えば、水素は迅速に拡散するか、あるいは、様々な温度定格プロトン伝導膜のような様々な膜８０９、ゼオライト、チタニア、ジルコニア、炭素又はアルミナのようなマイクロ多孔質セラミック、拡散分離が可能にするＰＴＦＥ又はポリエーテルスルフォンのようなポリマー、銀−パラジウム合金のような金属合金を通過し、あるいは、その分圧及び／又は化学物質利用度を低減するために選択的吸着フィルタによって除去され得る。水素の分圧の低減は、式１０及び式１１に示す反応を、炭素及び水素へのフィードストックのより多くの転換に向かってシフトする。同様に、より低温での圧力をより低くするための、例えば、熱交換器８０８のような熱交換器を介した熱除去によって、例えば、水素のような気体の分圧を低減することは、炭素及び水素へのフィードストックの転換を増大させるように反応をシフトする。
いくつかの実装形態では、ゾーン８１４に貯蔵され得る臨時に利用可能な回生エネルギー又は断続的の再生可能エネルギーとともに、ヒートバンク交換器キャニスター８１６中の沈殿した、又は場合によって分離し、収集された炭素を、熱交換器８１６を通ってルーティングされた（例えば、排出システム８１２を介した）排気ガスから伝わった熱を受け取り、貯蔵する蓄熱バンク又はバッテリーの媒体として利用することが非常の望ましい。様々なタイプ及び形態の炭素は、例えば、そのような熱電池適用における性能を最適化することに適している。例えば、高い比熱容量をもち、向流通路８２０及び中央通路８２２のような熱交換通路を備えるハニカム構造８２４の高熱伝導率グラファイトは、熱の貯蔵及び伝達を容易にするために利用される。例えば、通路８２２において排出システム８１２から伝導した熱は、通路８２０中の水素供与体反応物質を加熱し、さらにのろのろ運転状態において継続的に水素を生成するために、熱を受け取り、貯蔵し蓄える。例えば、はく離グラファイト８２６又はフレーク状のグラフェンの熱伝導率が非常に低い層を使用して、セラミック又は耐熱シェル８２８内の反応器８１６の外側層を断熱することができる。
いくつかの実装形態では、基板８２４の表面上に沈殿した炭素のエピタキシャル堆積は、多かれ少なかれ、複合的な熱及び潜在的化学エネルギー貯蔵を行う。例えば、炭素のそのような潜在エネルギー貯蔵は、電気と一酸化炭素及び／又は二酸化炭素とを生成するための燃料電池回路において利用され得る。そのような例は、「ＦＵＥＬ−ＣＥＬＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＯＰＥＲＡＢＬＥ ＩＮ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＭＯＤＥＳ ＦＯＲ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＯＦ ＦＥＥＤＳＴＯＣＫ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＤＥＶＩＣＥＳ， ＳＹＳＴＥＭＳ， ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題する米国特許出願公開第２０１３／０１４９６２１号に開示されており、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。代替的には、例えば、そのような貯蔵された炭素は、ヒートエンジンにおける燃焼のためのガスを生成する水蒸気、酸素又は空気のような酸素供与体と、臨時に反応されることができる。式１２は、例示的な吸熱の適用を要約する。
Ｃ＋Ｈ２Ｏ＋熱（Ｈｃ＋Ｈｅ＋Ｈｒ） −＞ ＣＯ＋２Ｈ２ （式１２）
式１３は、化学的潜在エネルギー貯蔵についてのそのような炭素の例示的な発熱の適用を要約しており、二酸化炭素又は一酸化炭素のような炭素酸化物は、燃料電池又はヒートエンジンにおける適用のための気体燃料として提供される。
Ｃ＋０．５Ｏ２ −＞ ＣＯ＋熱（Ｈｐ） （式１３）
熱（Ｈｐ）は、必要に応じてＨｃ、Ｈｅ及び／又はＨｒのような他のソースを補うために利用され得る。
耐久消費財の注目に値する多様性は、プロセスおいて選択的に収集される炭素から生成され得る。例えば、製品は、ダイヤモンドから活性炭ろ材まで様々な形態に及ぶ。図９は、過剰な炭素から、水、空気、飲食物もしくはアルコール飲料、及び多くの他の流体の精製及び／又は他の処理について非常に有益なフィルターアセンブリを生産するための例示的なコスト効果の高い方法９００のブロック図を示す。方法９００は、例えば、天然ガス、又はバイオマスの嫌気性転換によって生成され得るような別のソースからメタン、エタン、プロパン又はブタンのような、選択された炭素供与体フィードストックを精製するためのプロセス９０２を含む。例えば、そのような精製は、不純物のスクラビング、ろ過、沈殿、及び様々な蒸留プロセスを含む。プロセス９０２のいくつかの実装形態では、不純物の除去ならびに液化天然ガス（ＬＮＧ）の高密度の出荷及び貯蔵を可能することを目的として、天然ガスを含めて、そのような嫌気性生産プロセスから低温液体メタンを提供するために冷却プロセスを利用することが特に輸液であり得る。同様に、例えば、エタン、プロパン又はブタンのような他の炭素供与体物質は、個々に分離しても、あるいは、液体として高密度の出荷及び貯蔵のための任意の所望の組み合わせで提供してもよい。
方法９００は、処理のための精製された炭素供与体を調製する、例えば、圧力調節及び温度調節を含む炭素供与体の前処理を実行するためにのプロセス９０４を含む。いくつかの実装形態では、精製された炭素供与体は、式１０及び式１１に要約したプロセスによって炭素の堆積物をホスティングするのためのハニカムのような好適な形態の炭素ベースの向流熱交換器のような好適に絶縁された含有セラミック基板を含む処理キャニスター中で調製される。方法９００は、セラミック基板材料上に精製された炭素供与体物質を堆積させるためのプロセス９０６を含む。プロセス９０６のいくつかの実装形態では、好適なタンク中の高密度のストレージからの精製された炭素供与体物質は、前述のように、式１０又は式１１に要約したプロセスによって生じた水素を含むより温かいソースとの好適な熱交換によって加熱される。例えば、プロセス９０６の実装形態は、貯蔵された化学的潜在エネルギー及び／又はろ材への、燃料電池又はヒートエンジンにより除去された低グレード熱、ならびに／あるいは再生可能及び／又は再生可能エネルギー、ならびに／あるいはオフピークエネルギーの転換を含む、セラミック基板上での炭素のそのような加熱及び堆積による複数の目的を果たすことができる。
方法９００は、基板への炭素供与体の適応制御流入を行うためのプロセス９０８を含む。方法９００は、セラミック基板上で炭素を成長させることによりフィルターアセンブリを生産するためのプロセス９１０を含む。例えば、いくつかの実装形態では、セラミック基板上で炭素の好適な堆積を達成した後に、キャニスタアッセンブリは、除去され、構造コンプライアンス及び化学コンプライアンスについて試験され、取付部品、電気接続の追加、及び、最良の性能などを達成するための製品表示及び指示のような好適な標識の追加を含めて、パッケージ化される。取付部品は、例えば、そのようなフィルタの計画されたメンテナンス及び交換スケジュールを可能にするために傾向情報を提供することとともに、任意の有害物質を検出し反応することを目的として、例えば、米国特許第８，３１２，７５９号ならびに同時係属中の米国特許出願第１２／８０６，６３４号及び米国仮特許出願第６１／６８２，６８１号に開示したような吸入口及び／又は吐出口上で化学識別子を検出するための計測能力をもつものを含む。方法９００は、形成されたフィルターアセンブリを専用化するためのプロセス９１２をさらに含む。例えば、プロセス９１２は、好適な実装実施形態において炭素の活性化又は活性化の保持を含み得る。例えば、オリジナルイクイップメントマニュファクチャ（ＯＥＭ）又は任意の認定サプライチェーンエンティティ又はエンドユーザは、例えば、殺生物剤薬剤又は制生剤の添加、アルコール又は他の飲料への風味の添加、あるいは様々な空気処理のための芳香ソースのリフレッシュのような、さらに専用化された機能についてキャニスターを調整することができる。
以下の実施例は、本発明の技術のいくつかの実施形態を示すものである。
１．燃焼を開始する方法であって、前記方法が、
化学的に活性な燃料、酸化体、イオン、又はラジカルのうちの少なくとも１つを含む成分に中間燃料物質を変換することであって、前記中間燃料物質が、燃料を使用して化学転換により形成され、前記中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、変換することと、
前記成分を燃焼チャンバへと噴射することと、
燃焼反応において前記成分と反応するように、前記酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することと、
を含み、
前記成分の前記燃焼開始反応が、前記燃料の燃焼反応のエネルギーレベルに対して低減されたエネルギーレベルで生じる、
燃焼を開始する方法。
２．前記低減されたエネルギーが、前記燃料よりも低い温度の熱エネルギーを含む、実施例１の方法。
３．前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、及びアルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールのうちの少なくとも１つを含む、実施例１の方法。
４．前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、及びジエチルエーテル（ＤＥＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの中間燃料物質を含む、実施例１の方法。
５．前記変換することが、前記中間燃料物質を収容するチャンバ内で実装され、前記チャンバが、前記燃焼チャンバのポートへのインターフェースを備える、実施例１の方法。
６．前記変換することが、前記中間燃料物質を収容するチャンバ内で実装され、前記チャンバが、前記燃焼チャンバのポートへのインターフェースを備える、実施例２の方法。
７．成分に前記中間燃料物質を前記変換することが、前記チャンバ内の圧力を変えることを含む、実施例５の方法。
８．成分に前記中間燃料物質を前記変換することが、前記チャンバ内で、熱を加えること、熱を除去すること、熱を除去し、次いで熱を加えること、又は、熱を加え、次いで熱を除去することをさらに含む、実施例５の方法。
９．成分に前記中間燃料物質を前記変換することが、イオン電流を生成するように、前記ポートにおいてインターフェースする前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることを含む、実施例５の方法。
１０．前記噴射することが、特定のパターン、浸透距離及び速度で前記燃焼チャンバへと前記成分を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、実施例１の方法。
１１．前記噴射することが、特定のパターン、浸透距離及び速度で前記燃焼チャンバへと前記成分を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、実施例２の方法。
１２．前記燃焼チャンバにおいて前記成分のスパーク、前記成分のローレンツスラスト、又は前記成分中のコロナ放電のうちの少なくとも１つを生じるために、前記燃焼チャンバとインターフェースする電極を使用して電位を印加することをさらに含む、実施例１の方法。
１３．前記燃焼チャンバにおいて前記成分のスパーク、前記成分のローレンツスラスト又は前記成分中のコロナ放電のうちの少なくとも１つを生じるために、前記燃焼チャンバとインターフェースする電極を使用して電位を印加することをさらに含む、実施例２の方法。
１４．前記燃焼反応において反応するように前記成分を刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、実施例１の方法。
１５．前記燃焼反応において反応するように前記成分を刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、実施例２の方法。
１６．前記成分が、前記燃焼チャンバ中で窒素酸化物と反応し、それにより、成分の反応が促進する、前記燃焼反応中に生成された前記窒素酸化物の量が低減する、又は、燃焼生成物としての窒素酸化物なしに燃焼が完了する、実施例１の方法。
１７．前記中間燃料物質を形成することが、１つ又は複数の熱交換器を使用して熱を供給することによって前記燃料を加圧すること、前記加圧された燃料を前記中間燃料物質化学転換すること、又は前記中間燃料物質の位相を変えることをさらに含む、実施例１の方法。
１８．前記中間燃料物質を形成することが、１つ又は複数の熱交換器を使用して熱を供給することによって前記燃料を加圧すること、前記加圧された燃料を前記中間燃料物質化学転換すること、又は前記中間燃料物質の位相を変えることをさらに含む、実施例２の方法。
１９．前記燃料を燃料容器ユニットに貯蔵するにことをさらに含み、前記燃料を前記加圧することが、前記燃料容器ユニットにおいて実装される、実施例１７の方法。
２０．前記化学転換することが、熱化学再生（ＴＣＲ）ユニット又は再種形成ユニットのうちの少なくとも１つにおいて実行される、実施例１７の方法。
２１．前記中間燃料物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含む、実施例１の方法。
２２．前記中間燃料物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含む、実施例２の方法。
２３．前記中間燃料物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含む、実施例１５の方法。
２４．燃焼プロセスを開始するために中間燃料物質を使用するための方法であって、前記方法が、
中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、
前記化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することであって、前記化学活性剤が、従来の燃料よりも低い燃空比の酸化体を用いて燃焼することが可能である、噴射することと、
前記酸化体を含む気体流体を前記燃焼チャンバに提供することであって、前記酸化体が、燃焼プロセスにおいて前記化学活性剤と反応する、提供することと、
を含む、燃焼プロセスを開始するために中間燃料物質を使用するための方法。
２５．前記燃焼プロセスが、前記酸化体との前記従来の燃料の燃焼反応と比較して、低減されたエネルギーで生じる、実施例２４の方法。
２６．前記従来の燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、又はアルコール燃料のうちの少なくとも１つを含み、前記アルコール燃料が、メタノールもしくはエタノール、プロパノール、又はブタノールのうちの少なくとも１つをさらに含む、実施例２４の方法。
２７．前記従来の燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、又はアルコール燃料のうちの少なくとも１つを含み、前記アルコール燃料が、メタノールもしくはエタノール、プロパノール、又はブタノールのうちの少なくとも１つをさらに含む、実施例２５の方法。
２８．前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含む、実施例２４の方法。
２９．化学活性剤を前記形成することが、前記中間燃料物質を収容しているチャンバ内で実装され、前記チャンバが、前記燃焼チャンバのポートに結合される、実施例２４の方法。
３０．化学活性剤を前記形成することが、イオン電流を生成するように、前記チャンバ内の圧力を変えること、前記チャンバ内で熱を導入すること、又は前記ポートにおいてインターフェースする前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの少なくとも１つを含む、実施例２９の方法。
３１．前記中間燃料物質から前記化学活性剤の前記形成することを開始するために、前記チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、実施例２９の方法。
３２．特定のパターン、特定の距離、又は特定の速度のうちの少なくとも１つで前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、実施例２４の方法。
３２．特定のパターン、特定の距離、又は特定の速度のうちの少なくとも１つで前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、実施例２５の方法。
３４．前記燃焼プロセスを刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、実施例２４の方法。
３５．前記燃焼プロセスを刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、実施例２５の方法。
３６．前記燃焼プロセスにおける成分の反応を促進させるために、前記燃焼プロセス中に生成される窒素酸化物の量を低減するために、又は、前記燃焼プロセスにおいて窒素酸化物を生成することなく前記燃焼プロセスを完了するために、前記化学活性剤を前記燃焼チャンバ中の窒素酸化物と反応させることをさらに含む、実施例２４の方法。
３７．エンジン中で化学活性化剤を使用するためのシステムであって、前記システムが、
燃料を収容するための燃料容器と、
前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された再種形成ユニットであって、前記再種形成ユニットが、前記燃料を中間燃料物質に化学転換するための反応容器を含み、前記中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、再種形成ユニットと、
前記再種形成ユニットに流体工学的に結合され、エンジンの燃焼チャンバのポートにおいてインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットであって、前記燃料噴射及び点火ユニット又は反応器ユニットが、前記中間燃料物質をラジカルを含む化学活性剤に転換するように構成され、燃焼を開始するために前記化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射するようにさらに構成される、燃料噴射及び点火ユニットと、
を備え、
前記燃焼が、前記燃料の前記点火エネルギーよりも低い点火エネルギーで開始される、
エンジン中で化学活性化剤を使用するためのシステム。
３８．前記燃料噴射及び点火ユニットが、燃焼を刺激するための特定のパターン、特定の距離までの浸透、又は特定の速度での浸透のうちの少なくとも１つを含むイベントを生成するために、前記燃焼チャンバへのイオン化された粒子の流れを形成するように、前記ポートとインターフェースする末端部に隣接して配置された電極に電位を印加する、実施例３７のシステム。
３９．前記燃料噴射及び点火ユニットが、
流体経路を通る前記中間燃料物質のフローを調整するための燃料制御バルブと、
流体フロー、電極状態、又は燃焼チャンバ状態のうちの少なくとも１つを監視するための制御ユニットと、
を含む、実施例３７のシステム。
４０．前記燃料噴射及び点火ユニットが、
流体経路を通る前記中間燃料物質のフローを調整するための燃料制御バルブと、
流体フロー、電極状態、又は燃焼チャンバ状態のうちの少なくとも１つを監視するための制御ユニットと、
を含む、実施例３８のシステム。
前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合され、前記燃料制御バルブが、前記流体経路を通る前記中間燃料物質の前記フローを調整するように構成される、実施例３９のシステム。
４２．前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、アルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール又はエタノールのうちの少なくとも１つを含む、実施例３７のシステム。
４３．前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、アルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール又はエタノールのうちの少なくとも１つを含む、実施例３８のシステム。
４４．前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、アルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール又はエタノールのうちの少なくとも１つを含む、実施例４１のシステム。
４５．前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つのを含む、実施例３７のシステム。
４６．前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つのを含む、実施例３８のシステム。
４７．前記反応容器が、内部に複数の螺旋突出構造を含む容器ユニットを備え、前記螺旋突出構造が、前記中間燃料物質を生じるために前記燃料と化学反応させるために表面に転換促進剤物質を含んでいる、実施例３７のシステム。
４７．前記反応容器が、内部に複数の螺旋突出構造を含む容器ユニットを備え、前記螺旋突出構造が、前記中間燃料物質を生じるために前記燃料と化学反応させるために表面に転換促進剤物質を含んでいる、実施例３８のシステム。
４９．前記再種形成ユニットが、前記反応容器の温度を制御するための温度調整ユニットをさらに備える、実施例４７のシステム。
５０．前記転換促進剤物質が、オレウム又は濃硫酸のうちの少なくとも１つを含む、実施例４７のシステム。
５１．前記燃料容器が、前記燃料を加圧するための１つ又は複数の熱交換器を含む、実施例３７のシステム。
５２．前記燃料容器が、前記燃料を加圧するための１つ又は複数の熱交換器を含む、実施例３８のシステム。
５３．前記燃料噴射及び点火ユニットが、特定の距離及び速度で前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を噴射する、実施例３７のシステム。
５４．前記燃料噴射及び点火ユニットが、特定の距離及び速度で前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を噴射する、実施例３８のシステム。
５５．前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットであって、前記ＴＣＲユニットが、前記燃料を第２の中間燃料物質に化学転換し、前記第２の中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットをさらに備え、
前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記ＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記第２の中間燃料物質を第２の化学活性剤へと活性化し、前記第２の化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射して燃焼させる、
実施例３７のシステム。
５６．前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットであって、前記ＴＣＲユニットが、前記燃料を第２の中間燃料物質に化学転換し、前記第２の中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットをさらに備え、
前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記ＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記第２の中間燃料物質を第２の化学活性剤へと活性化し、前記第２の化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射して燃焼させる、
実施例３８のシステム。
５７．前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットであって、前記ＴＣＲユニットが、前記燃料を第２の中間燃料物質に化学転換し、前記第２の中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、熱化学再生（ＴＣＲ）ユニットをさらに備え、
前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記ＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記第２の中間燃料物質を第２の化学活性剤へと活性化し、前記第２の化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射して燃焼させる、
実施例５３のシステム。
５８．化学堆積物を除去する方法であって、前記方法が、
中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、
チャンバを通る前記化学活性剤を加速することであって、前記化学活性剤が、前記チャンバ内の表面に形成された化学堆積物と反応することが可能である、加速することと、
を含み、
前記化学活性剤を前記加速することが、前記表面から前記化学堆積物の少なくとも一部を除去する、
化学堆積物を除去する方法。
５９．前記化学堆積物が、燃焼プロセスにより前記表面に形成される、実施例５８の方法。
６０．前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含む、実施例５８の方法。
６１．前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含む、実施例５９の方法。
６２．前記化学活性剤が前記中間燃料物質の成分を含み、前記成分が、少なくとも１つのイオン又はラジカルを含む、実施例５８の方法。
６３．前記化学活性剤が前記中間燃料物質の成分を含み、前記成分が、少なくとも１つのイオン又はラジカルを含む、実施例５９の方法。
６４．前記形成することが、イオン電流を生成するように、前記チャンバ内の圧力を変えること、前記チャンバ内に熱を導入すること、又は前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの少なくとも１つを含む、実施例５８の方法。
６５．前記形成することが、イオン電流を生成するように、前記チャンバ内の圧力を変えること、前記チャンバ内に熱を導入すること、又は前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの少なくとも１つを含む、実施例５９の方法。
６６．前記加速することが、特定の距離及び速度で前記チャンバを通る前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、実施例５８の方法。
６７．前記加速することが、特定の距離及び速度で前記チャンバを通る前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、実施例５９の方法。
６８．前記加速することが、前記チャンバにおいてチョークフロー圧縮を生成することを含む、実施例５８の方法。
６９．前記加速することが、前記チャンバにおいてチョークフロー圧縮を生成することを含む、実施例５９の方法。
７０．前記チャンバが、前記燃焼チャンバとインターフェースする燃料噴射器中に、燃焼チャンバ、フローチャンバ、又はそれらの両方を含む、実施例５８の方法。
７１．前記チャンバが、前記燃焼チャンバとインターフェースする燃料噴射器中に、燃焼チャンバ、フローチャンバ、又はそれらの両方を含む、実施例５９の方法。
７２．電気の支援なしに前記燃焼反応を開始することをさらに含む、実施例１の方法。
７３．前記成分を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、実施例１の方法。
７４．前記成分を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、実施例７２の方法。
７５．前記成分をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例１の方法。
７６．前記成分をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例７２の方法。
７７．燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記成分を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例１の方法。
７８．燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記成分を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例７２の方法。
７９．前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、実施例１の方法。
８０．前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、実施例７２の方法。
８１．電気の支援なしに前記燃焼プロセスを開始することをさらに含む、実施例２４の方法。
８２．電気の支援なしに前記燃焼プロセスを開始することをさらに含む、実施例２５の方法。
８３．前記化学活性剤を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、実施例２４の方法。
８４．前記化学活性剤を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、実施例８１の方法。
８５．前記化学活性剤をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例２４の方法。
８６．前記化学活性剤をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例８１の方法。
８７．燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例２４の方法。
８８．燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、実施例８１の方法。
８９．前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、実施例２４の方法。
８９．前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、実施例８１の方法。
９１．前記燃焼反応が電気の支援なしに開始する、実施例３７のシステム。
９２．前記燃焼反応が電気の支援なしに開始する、実施例３８のシステム。
９３．前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記中間燃料物質を層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例３７のシステム。
９４．前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記中間燃料物質を層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例９１のシステム。
９５．前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、前記中間燃料物質をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例３７のシステム。
９６．前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、前記中間燃料物質をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例９１のシステム。
９７．前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記中間燃料物質を前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例３７のシステム。
９８．前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記中間燃料物質を前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例９１のシステム。
９９．前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記燃焼チャンバにおいて、前記中間燃料物質を異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例３７のシステム。
１００．前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記燃焼チャンバにおいて、前記中間燃料物質を異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、実施例９１のシステム。
この特許文書は多くの詳細を含んでいるが、これらは、任意の発明の範囲、又は、特許請求され得るものの範囲を制限するものとして解釈すべきではなく、特定の発明の具体的な実施形態に固有であり得るフィーチャに関する記載として解釈すべきである。また、別個の実施形態の文脈においてこの特許文書に記載したある特定のフィーチャは、単一の実施形態において組み合わせて実装され得る。反対に、単一の実施形態の文脈において記載した様々なフィーチャは、複数の実施形態において別々に、又は任意の好適な部分組み合わせで実装され得る。さらに、各フィーチャは、ある特定の組合せにおいて作用するものとして上述され、そのようなもに当初に特許請求されるが、特許請求された組合せのうちの１つ又は複数のフィーチャは、いくつかの場合にその組合せからは削除することができ、特許請求された組合せは、１つの部分組合せ又は部分組合せの変形形態を対象とし得る。
同様に、図面には特定の順序で動作を示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序で、又は連続した順序で実行されること、あるいは、図示されたすべての動作が実行されることが必要であると理解されるべきでない。
さらに、この特許文書に記載した実施形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施形態におけるそのような分離を必要とするものとして理解すべきではない。いくつかの実装形態及び実施例についてのみ記載しており、この特許文書に記載し、示したものに基づいて、他の実装形態、改良形態及び変形形態を行うことができる。

Claims (100)

  1. 燃焼を開始する方法であって、前記方法が、
    化学的に活性な燃料、酸化体、イオン、又はラジカルのうちの少なくとも１つを含む成分に中間燃料物質を変換することであって、前記中間燃料物質が、燃料を使用して化学転換により形成され、前記中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、変換することと、
    前記成分を燃焼チャンバへと噴射することと、
    燃焼反応において前記成分と反応するように、前記酸化体を含む気体流体を燃焼チャンバに提供することと、
    を含み、
    前記成分の前記燃焼反応が、前記燃料の燃焼反応のエネルギーレベルに対して低減されたエネルギーレベルで生じる、
    燃焼を開始する方法。
  2. 前記低減されたエネルギーが、前記燃料よりも低い温度の熱エネルギーを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、及びアルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、及びジエチルエーテル（ＤＥＥ）からなる群から選択される少なくとも１つの中間燃料物質を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記変換することが、前記中間燃料物質を収容するチャンバ内で実装され、前記チャンバが、前記燃焼チャンバのポートへのインターフェースを備える、請求項１に記載の方法。
  6. 前記変換することが、前記中間燃料物質を収容するチャンバ内で実装され、前記チャンバが、前記燃焼チャンバのポートへのインターフェースを備える、請求項２に記載の方法。
  7. 成分に前記中間燃料物質を前記変換することが、前記チャンバ内の圧力を変えることを含む、請求項５に記載の方法。
  8. 成分に前記中間燃料物質を前記変換することが、前記チャンバ内で、熱を加えること、熱を除去すること、熱を除去し、次いで熱を加えること、又は、熱を加え、次いで熱を除去することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
  9. 成分に前記中間燃料物質を前記変換することが、イオン電流を生成するように、前記ポートにおいてインターフェースする前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることを含む、請求項５に記載の方法。
  10. 前記噴射することが、特定のパターン、浸透距離及び速度で前記燃焼チャンバへと前記成分を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記噴射することが、特定のパターン、浸透距離及び速度で前記燃焼チャンバへと前記成分を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、請求項２に記載の方法。
  12. 前記燃焼チャンバにおいて前記成分のスパーク、前記成分のローレンツスラスト、又は前記成分中のコロナ放電のうちの少なくとも１つを生じるために、前記燃焼チャンバとインターフェースする電極を使用して電位を印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記燃焼チャンバにおいて前記成分のスパーク、前記成分のローレンツスラスト又は前記成分中のコロナ放電のうちの少なくとも１つを生じるために、前記燃焼チャンバとインターフェースする電極を使用して電位を印加することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  14. 前記燃焼反応において反応するように前記成分を刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  15. 前記燃焼反応において反応するように前記成分を刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  16. 前記成分が、前記燃焼チャンバ中で窒素酸化物と反応し、それにより、成分の反応が促進する、前記燃焼反応中に生成された前記窒素酸化物の量が低減する、又は、燃焼生成物としての窒素酸化物なしに燃焼が完了する、請求項１に記載の方法。
  17. 前記中間燃料物質を形成することが、１つ又は複数の熱交換器を使用して熱を供給することによって前記燃料を加圧すること、前記加圧された燃料を前記中間燃料物質に化学転換すること、又は前記中間燃料物質の位相を変えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  18. 前記中間燃料物質を形成することが、１つ又は複数の熱交換器を使用して熱を供給することによって前記燃料を加圧すること、前記加圧された燃料を前記中間燃料物質に化学転換すること、又は前記中間燃料物質の位相を変えることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  19. 前記燃料を燃料容器ユニットに貯蔵するにことをさらに含み、前記燃料を前記加圧することが、前記燃料容器ユニットにおいて実装される、請求項１７に記載の方法。
  20. 前記化学転換することが、熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）又は再種形成ユニットのうちの少なくとも１つにおいて実行される、請求項１７に記載の方法。
  21. 前記中間燃料物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  22. 前記中間燃料物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  23. 前記中間燃料物質をアキュムレータ容器に貯蔵することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  24. 燃焼プロセスを開始するために中間燃料物質を使用するための方法であって、前記方法が、
    中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、
    前記化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することであって、前記化学活性剤が、従来の燃料よりも低い燃空比の酸化体を用いて燃焼することが可能である、噴射することと、
    前記酸化体を含む気体流体を前記燃焼チャンバに提供することであって、前記酸化体が、燃焼プロセスにおいて前記化学活性剤と反応する、提供することと、
    を含む、燃焼プロセスを開始するために中間燃料物質を使用するための方法。
  25. 前記燃焼プロセスが、前記酸化体との前記従来の燃料の燃焼反応と比較して、低減されたエネルギーで生じる、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記従来の燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、又はアルコール燃料のうちの少なくとも１つを含み、前記アルコール燃料が、メタノールもしくはエタノール、プロパノール、又はブタノールのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  27. 前記従来の燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、又はアルコール燃料のうちの少なくとも１つを含み、前記アルコール燃料が、メタノールもしくはエタノール、プロパノール、又はブタノールのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
  28. 前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の方法。
  29. 化学活性剤を前記形成することが、前記中間燃料物質を収容しているチャンバ内で実装され、前記チャンバが、前記燃焼チャンバのポートに結合される、請求項２４に記載の方法。
  30. 化学活性剤を前記形成することが、イオン電流を生成するように、前記チャンバ内の圧力を変えること、前記チャンバ内で熱を導入すること、又は前記ポートにおいてインターフェースする前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記中間燃料物質から前記化学活性剤の前記形成することを開始するために、前記チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  32. 特定のパターン、特定の距離、又は特定の速度のうちの少なくとも１つで前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  33. 特定のパターン、特定の距離、又は特定の速度のうちの少なくとも１つで前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
  34. 前記燃焼プロセスを刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  35. 前記燃焼プロセスを刺激するために、前記燃焼チャンバに音響エネルギーを印加することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
  36. 前記燃焼プロセスにおける成分の反応を促進させるために、前記燃焼プロセス中に生成される窒素酸化物の量を低減するために、又は、前記燃焼プロセスにおいて窒素酸化物を生成することなく前記燃焼プロセスを完了するために、前記化学活性剤を前記燃焼チャンバ中の窒素酸化物と反応させることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  37. エンジン中で化学活性化剤を使用するためのシステムであって、前記システムが、
    燃料を収容するための燃料容器と、
    前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された再種形成ユニットであって、前記再種形成ユニットが、前記燃料を中間燃料物質に化学転換するための反応容器を含み、前記中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、再種形成ユニットと、
    前記再種形成ユニットに流体工学的に結合され、エンジンの燃焼チャンバのポートにおいてインターフェースする燃料噴射及び点火ユニットであって、前記燃料噴射及び点火ユニット又は反応器ユニットが、前記中間燃料物質をラジカルを含む化学活性剤に転換するように構成され、燃焼を開始するために前記化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射するようにさらに構成される、燃料噴射及び点火ユニットと、
    を備え、
    前記燃焼が、前記燃料の前記点火エネルギーよりも低い点火エネルギーで開始される、
    エンジン中で化学活性化剤を使用するためのシステム。
  38. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、燃焼を刺激するための特定のパターン、特定の距離までの浸透、又は特定の速度での浸透のうちの少なくとも１つを含むイベントを生成するために、前記燃焼チャンバへのイオン化された粒子の流れを形成するように、前記ポートとインターフェースする末端部に隣接して配置された電極に電位を印加する、請求項３７に記載のシステム。
  39. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、
    流体経路を通る前記中間燃料物質のフローを調整するための燃料制御バルブと、
    流体フロー、電極状態、又は燃焼チャンバ状態のうちの少なくとも１つを監視するための制御ユニットと、
    を含む、請求項３７に記載のシステム。
  40. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、
    流体経路を通る前記中間燃料物質のフローを調整するための燃料制御バルブと、
    流体フロー、電極状態、又は燃焼チャンバ状態のうちの少なくとも１つを監視するための制御ユニットと、
    を含む、請求項３８に記載のシステム。
  41. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合され、前記燃料制御バルブが、前記流体経路を通る前記中間燃料物質の前記フローを調整するように構成される、請求項３９に記載のシステム。
  42. 前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、アルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール又はエタノールのうちの少なくとも１つを含む、請求項３７に記載のシステム。
  43. 前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、アルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール又はエタノールのうちの少なくとも１つを含む、請求項３８に記載のシステム。
  44. 前記燃料が、メタン、天然ガス、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、水素、アルコール燃料からなる群から選択される少なくとも１つの燃料を含み、前記アルコール燃料が、メタノール又はエタノールのうちの少なくとも１つを含む、請求項４１に記載のシステム。
  45. 前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つのを含む、請求項３７に記載のシステム。
  46. 前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つのを含む、請求項３８に記載のシステム。
  47. 前記反応容器が、内部に複数の螺旋突出構造を含む容器ユニットを備え、前記複数の螺旋突出構造が、前記中間燃料物質を生じるために前記燃料と化学反応させるために表面に転換促進剤物質を含んでいる、請求項３７に記載のシステム。
  48. 前記反応容器が、内部に複数の螺旋突出構造を含む容器ユニットを備え、前記複数の螺旋突出構造が、前記中間燃料物質を生じるために前記燃料と化学反応させるために表面に転換促進剤物質を含んでいる、請求項３８に記載のシステム。
  49. 前記再種形成ユニットが、前記反応容器の温度を制御するための温度調整ユニットをさらに備える、請求項４７に記載のシステム。
  50. 前記転換促進剤物質が、オレウム又は濃硫酸のうちの少なくとも１つを含む、請求項４７に記載のシステム。
  51. 前記燃料容器が、前記燃料を加圧するための１つ又は複数の熱交換器を含む、請求項３７に記載のシステム。
  52. 前記燃料容器が、前記燃料を加圧するための１つ又は複数の熱交換器を含む、請求項３８に記載のシステム。
  53. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、特定の距離及び速度で前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を噴射する、請求項３７に記載のシステム。
  54. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、特定の距離及び速度で前記燃焼チャンバへの前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することによって、前記化学活性剤を噴射する、請求項３８に記載のシステム。
  55. 前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）であって、前記ＴＣＲユニットが、前記燃料を第２の中間燃料物質に化学転換し、前記第２の中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）をさらに備え、
    前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記ＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記第２の中間燃料物質を第２の化学活性剤へと活性化し、前記第２の化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射して燃焼させる、
    請求項３７に記載のシステム。
  56. 前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）であって、前記ＴＣＲユニットが、前記燃料を第２の中間燃料物質に化学転換し、前記第２の中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）をさらに備え、
    前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記ＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記第２の中間燃料物質を第２の化学活性剤へと活性化し、前記第２の化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射して燃焼させる、
    請求項３８に記載のシステム。
  57. 前記燃料を受け取るために前記燃料容器に流体工学的に結合された熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）であって、前記ＴＣＲユニットが、前記燃料を第２の中間燃料物質に化学転換し、前記第２の中間燃料物質の点火エネルギーが、前記燃料の点火エネルギーよりも低い、熱化学再生ユニット（ＴＣＲユニット）をさらに備え、
    前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記ＴＣＲユニットに流体工学的に結合され、前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記第２の中間燃料物質を第２の化学活性剤へと活性化し、前記第２の化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射して燃焼させる、
    請求項５３に記載のシステム。
  58. 化学堆積物を除去する方法であって、前記方法が、
    中間燃料物質から化学活性剤を形成することと、
    チャンバを通る前記化学活性剤を加速することであって、前記化学活性剤が、前記チャンバ内の表面に形成された化学堆積物と反応することが可能である、加速することと、
    を含み、
    前記化学活性剤を前記加速することが、前記表面から前記化学堆積物の少なくとも一部を除去する、
    化学堆積物を除去する方法。
  59. 前記化学堆積物が、燃焼プロセスにより前記表面に形成される、請求項５８に記載の方法。
  60. 前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項５８に記載の方法。
  61. 前記中間燃料物質が、エチルカルバゾール、デカヒドロナフタレン、ペルヒドロ−４，７−フェナントロリン、ジアゼン、アセチレン、アセトアルデヒド、シクロヘキサン、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、又はジエチルエーテル（ＤＥＥ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項５９に記載の方法。
  62. 前記化学活性剤が前記中間燃料物質の成分を含み、前記成分が、少なくとも１つのイオン又はラジカルを含む、請求項５８に記載の方法。
  63. 前記化学活性剤が前記中間燃料物質の成分を含み、前記成分が、少なくとも１つのイオン又はラジカルを含む、請求項５９に記載の方法。
  64. 前記形成することが、イオン電流を生成するように、前記チャンバ内の圧力を変えること、前記チャンバ内に熱を導入すること、又は前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項５８に記載の方法。
  65. 前記形成することが、イオン電流を生成するように、前記チャンバ内の圧力を変えること、前記チャンバ内に熱を導入すること、又は前記チャンバにおいて電極間に電界を発生させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項５９に記載の方法。
  66. 前記加速することが、特定の距離及び速度で前記チャンバを通る前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、請求項５８に記載の方法。
  67. 前記加速することが、特定の距離及び速度で前記チャンバを通る前記化学活性剤を加速するためのローレンツ力を生成することを含む、請求項５９に記載の方法。
  68. 前記加速することが、前記チャンバにおいてチョークフロー圧縮を生成することを含む、請求項５８に記載の方法。
  69. 前記加速することが、前記チャンバにおいてチョークフロー圧縮を生成することを含む、請求項５９に記載の方法。
  70. 前記チャンバが、燃焼チャンバとインターフェースする燃料噴射器中に、前記燃焼チャンバ、フローチャンバ、又はそれらの両方を含む、請求項５８に記載の方法。
  71. 前記チャンバが、燃焼チャンバとインターフェースする燃料噴射器中に、前記燃焼チャンバ、フローチャンバ、又はそれらの両方を含む、請求項５９に記載の方法。
  72. 電気の支援なしに前記燃焼反応を開始することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  73. 前記成分を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  74. 前記成分を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、請求項７２に記載の方法。
  75. 前記成分をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  76. 前記成分をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項７２に記載の方法。
  77. 燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記成分を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  78. 燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記成分を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項７２に記載の方法。
  79. 前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、請求項１に記載の方法。
  80. 前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、請求項７２に記載の方法。
  81. 電気の支援なしに前記燃焼プロセスを開始することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  82. 電気の支援なしに前記燃焼プロセスを開始することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
  83. 前記化学活性剤を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  84. 前記化学活性剤を複数の化学イオンを含む層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射することをさらに含む、請求項８１に記載の方法。
  85. 前記化学活性剤をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  86. 前記化学活性剤をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項８１に記載の方法。
  87. 燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
  88. 燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記化学活性剤を前記燃焼チャンバへと噴射することによって、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させることをさらに含む、請求項８１に記載の方法。
  89. 前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、請求項２４に記載の方法。
  90. 前記気体流体の点火及び燃焼を提供するために複数の化学イオン発生器を使用することをさらに含み、前記酸化体が、異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバに提供される、請求項８１に記載の方法。
  91. 前記燃焼が電気の支援なしに開始する、請求項３７に記載のシステム。
  92. 前記燃焼が電気の支援なしに開始する、請求項３８に記載のシステム。
  93. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記中間燃料物質を層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
  94. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記中間燃料物質を層状パターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項９１のシステム。
  95. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、前記中間燃料物質をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
  96. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、前記中間燃料物質をイオンのコロナ型パターンにしたがって前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項９１のシステム。
  97. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記中間燃料物質を前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
  98. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、点火、燃焼、又はそれらの両方の効率を増大させるために、燃焼イベント間の複数のバーストにおいて前記中間燃料物質を前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項９１のシステム。
  99. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記燃焼チャンバにおいて、前記中間燃料物質を異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項３７に記載のシステム。
  100. 前記燃料噴射及び点火ユニットが、前記燃焼チャンバにおいて、前記中間燃料物質を異なる浸透距離及びパターンで前記燃焼チャンバへと噴射するように構成される、請求項９１のシステム。
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