CN101410605B - 将燃料分配到内燃机的燃烧室中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基本仅在内燃机的作功行程期间分配燃料的加热催化的燃料喷射器，其中点火发生在处于高燃料密度的快速燃烧区域，这样燃料的前沿表面在几微秒内完全地燃烧。在操作中，燃料喷射器精确地计量，在预定的曲轴转角处即刻点燃燃料，以产生最优作功行程。特别地，燃料被计量到燃料喷射器中，这样燃料喷射器加热、蒸发、压缩和适度地氧化燃料，然后将燃料作为相对低压的气柱分配到发动机的燃烧室中。

Description

将燃料分配到内燃机的燃烧室中的方法

技术领域

本发明广义地涉及燃油喷射系统，并更具体地涉及内燃机的喷射器点火(injector-ignition)。

背景技术

大量的世界能耗用于供应基于内燃的车辆。大多数汽油和柴油汽车发动机的效率仅为20-30％，这样大部分烃燃料被浪费，由此在产生过量污染物和温室气体的同时耗尽全球的资源。如图1(现有技术)所示，常规发动机所使用能源的大约三分之一证实其本身为冷却系统中的废热(冷却剂负荷4)，而另一大约三分之一的能源排出排气尾管(排气焓2)，留下三分之一或者更少的能源提供有用功(制动力6)。以国内标准(atthe internal level)，这些低效率是由于这样的事实：在火花点火汽油发动机或者压缩点火柴油发动机内常规的燃烧过程与活塞和曲轴的旋转动力(即发动机的作功行程)相比用时太久。

图2(现有技术)图示了在高效的直接喷射欧式柴油发动机循环内典型的热释放图7，其包括点火延迟阶段8、预混合的燃烧阶段10、混合控制的燃烧阶段12以及后燃烧阶段14。在大约180°的循环旋转(上止点)之前的燃烧导致增加的废热负荷，而来自后燃烧阶段14(在大约200°之后)中的燃烧的大部分能量作为排出热被浪费。换句话说，在从活塞在它的行程顶部起始并向下旋转大约20度(从180°到200°)的时间段中的热释放提供了最大比例的有用功。在上止点之前的热释放引起对抗旋转的回推，其最终证实其本身是冷却套管中的废热。在气体燃料发动机和柴油发动机中必须提早开始点火，因为与发动机的旋转时间相比，它需要充足的时间量来完全地进行。在后燃烧阶段14中，燃料继续燃烧，  超过作功行程的有用界限，由此将废热排到排气系统。 

发明内容

本发明提供用于主要或基本仅在内燃机的作功行程期间分配燃料的加热催化的燃料喷射器。这种喷射器通过从电加热器或者其它装置进行外部施加热，在超临界蒸气相中轻微地使燃料氧化。该喷射器可以操作用于包括汽油、柴油和各种生物燃料在内的宽范围的液体燃料中。另外，该喷射器可以在室压以及高达内燃机的实际压缩极限下点燃。由于该喷射器可以不依赖火花点火或者压缩点火进行操作，所以它的操作在此称作“喷射点火(injection-ignition)”

根据本发明，使用氧还原催化剂，燃料仅在气相或者超临界相被催化。喷射器很大程度地减少了发动机内前端和后端的热损耗。点火发生在处于高燃料密度的快速燃烧区域，这样燃料的前沿表面在几微秒内完全地燃烧。在操作中，燃料喷射器精确地计量，在预定曲轴转角处即刻点燃燃料，以产生最优作功行程。更具体地，燃料被计量到燃料喷射器中，这样燃料喷射器加热、蒸发、压缩和适度地氧化燃料，然后将燃料作为相对低压的(例如100巴)气柱分配到发动机的燃烧室中。

内燃机在发动机控制单元(ECU)的指令下执行操作，发动机控制单元(ECU)可以控制发动机操作的各个方面，例如，(i)每个发动机循环喷入每个汽缸中的燃料量，(ii)点火定时，(iii)可变凸轮定时，(iv)各种外围设备，以及(v)内燃机操作的其它方面。ECU通过由包括MAP(歧管绝对压力)传感器、节气门位置传感器、空气温度传感器、发动机冷却液温度传感器以及其它传感器在内的传感器监视发动机，确定燃料量、点火时间以及其它参数。

喷射器-点火内燃机包括燃烧室，其中燃料喷射器被大体安装在燃烧室的汽缸顶端的中心。在操作过程中，热气体的燃料柱被喷射到燃烧室中，这样燃料柱的前沿表面自爆震，并且燃料柱被径向地分配到混有进气量(intake air charge)的涡流型式中。燃烧室提供稀燃烧环境，其中利用高温和高压，在燃料喷射器中预氧化0.1％到5％的燃料。在燃料喷射器中的预氧化可以包括置于喷射器室壁上的表面催化剂以及氧源的使  用，氧源包括标准的氧化剂，例如甲基叔丁基醚(MTBE)、乙醇、其它的辛烷值和十六烷值增进剂和其它的燃料充氧剂。预氧化可以进一步包含从空气或者再循环排气中获取的少量的附加氧。喷射器-点火喷射器可在大气压下点燃；但是，在本发明优选实施例中，喷射器在高压下点燃。 

这种喷射器点火喷射器系统加热液体燃料，较多地超过它们的室压沸点。但是，与水一样，大多数烃燃料和酒精随着压力升高而具有升高的沸点，这样当在压力下加热液体，液体将在它的大气沸点之上许多保持液体形式，并且如果液体在低压下蒸发并随后被迅速地加压，它将再液化到液相。但是，存在不可能再维持液相或者再压缩到液相的压力和温度点。该点通常地称作临界点，并且包括临界温度和临界压力。在临界温度和临界压力之上，不可能再形成液体，所以即使分子可被压缩超过相应液体的密度，分子也是在气相中相互作用。按照CRC手册第87版本，庚烷(汽油的主要成分)的临界温度是512℉，临界压力是397psi(磅/每平方英寸)。

本发明的喷射器-点火系统利用主要在气相或者超临界流体相发挥作用的氧还原催化剂。该催化剂将按重量计在0.1％到5％范围内的可用氧与在燃料混合物内的一种或者多于一种的成分结合，以形成高度反应性的、部分氧化的自由基，该自由基一旦暴露于主燃烧室的更富含氧的环境，将非常迅速地继续氧化。非常快的燃烧(在100微秒范围或者更少)所需的这种活性自由基的实际数量是非常少的，并且很大程度取决于分子的平均自由路程和在主燃烧室反应区域内的反应波面传播延迟(reaction wavefront propagation delay)。例如，在大气压下，并且在适合的温度和氧浓度条件下，燃烧波面以近似声速的速度移动，声速在典型的环境下大约是每毫秒1英尺。因此，对于10毫秒的主室燃烧延迟，表明这些自由基需要间隔大约0.1英寸或者更近地分散，基于每立方英寸分子的很大数量，这要求这些自由基具有极小浓度。

类似地，在燃料喷射器中形成的每个自由基利用来自燃料的化学键能，使得在主燃烧室中的化学键能减少了该量。因此非常有优势的是，将形成的自由基的数量最小化至足以确保非常高速率点火的高水平，但足以最小化喷射燃料的能含量衰减的低水平。另外，大多数氧还原催  化剂也用作热裂解催化剂，特别是当氧还原催化剂被加热到1000℉范围和更高的高温时。在喷射器中燃料的热裂解是高度不希望的，因为它导致最初污染催化剂表面的碳形成，并且如果允许碳形成继续，实际上阻碍了燃料流经喷射器。另外，短链裂解的成分典型地具有比辛烷和庚烷较高的自燃温度和较高的蒸发热，这样在普遍发生的实验室条件下，过量加热喷射器将实际上增加点火延迟，超过了上述理想的情况，并也导致碳迅速形成。 

考虑到上述事项，在此阐述的喷射器-点火喷射器优化地利用高度分散的(例如低浓度)氧还原催化剂，其在大多数燃料成分处于超临界相的温度和压力下具有适度活性。已发现镍是这样的一种催化剂，并且在100巴下在600-750℉范围内操作。

根据本发明的原理，通过谨慎地控制加热的外部来源以及燃料流动速率和燃料催化剂接触表面积，可以最小化输入到燃料的所需热，从而在不允许催化氧化过程显著地供应热能到反应区域的情况下产生适当数量的自由基。这种附加的热能量会快速地导致热驱散，并潜在地消耗所有可用的氧，由此较大地减少了最终燃料的能含量并促进了碳形成。由于商品化的燃料可含有1％到10％的充氧剂，所以这点是特别关注的。

根据本发明，燃料在喷射器中被预氧化，以在分配的燃料柱内提供相对低温的自燃部位，这有助于在与常规的汽车发动机构造材料相匹配的温度和压力范围内开始表面自爆震和随后的稀燃烧。分配的燃料柱可以包含RO₂·和ROOH·形式的0.1％到5％的预燃烧自由基，其是来自初始燃料的高度反应性、部分氧化、裂解的烃链。举例而言，燃料喷射器可以安装，代替在16:1到25:1范围的高压缩比下运转的汽车柴油发动机上的常规直接柴油机喷射器。发动机可以通过高的压缩比，采用压缩加热，并且燃料可以包含汽油、柴油、高十六烷值燃料、高辛烷值燃料、庚烷、乙醇、植物油、生物柴油、酒精、植物提取物以及它们的结合。 

根据本发明的进一步的实施方式，燃料喷射器可以包含用在具有可变循环发动机(variable cycle engine)的多燃料车辆中的加热催化的燃料喷射器，其中基本仅在可变循环发动机的作功行程期间分配燃料。这种可变循环发动机可以使用火花和/或压缩点火，并且可在节气和/或全开  节气门的构造中进行操作。另外，可变循环发动机可以包括混合热能回收系统，用于提供空气、水、蒸汽或者其它可膨胀介质的喷射。可变循环发动机可适于与宽范围的燃料一起操作，包括常规的汽油、柴油、生物柴油、酒精、植物提取物以及这些燃料的混合物。 

喷射器-点火发动机可以包括具有ECU的智能加燃料系统，ECU具有用于与燃料泵无线通讯的无线串行通讯连接。具体地，ECU将在燃料箱中精确的燃料混合物和燃料量传送到燃料泵，为之响应，燃料泵计算与燃料箱中的剩余燃料以及车辆操作性能相匹配的适合的补充燃料混合物。可以利用智能加燃料系统，提供给消费者一种或者多种的优化燃料混合物，用于补充燃料到多燃料车辆。ECU应用在负荷测定下的发动机性能、负荷传感器以及爆震传感器确定在燃烧过程中实际的燃料性能。另外，ECU可配置来保存所有的燃料装载记录，包括燃料的精确混合、泵入燃料箱中的量、燃料消耗、观测的性能以及按时间顺序的气候状况。车辆在ECU的控制下可以能够动态地适应各种燃料混合物。

根据本发明的进一步的实施方式，燃料喷射器可以包含在具有依靠生物可再生可变燃料(bio-renewable flex fuel)运转的喷射器发动机的车辆上使用的加热催化燃料喷射器，在此，基本仅在可变循环发动机的作功行程期间分配燃料。车辆优选地包括用于以预定比率混合高辛烷值和高十六烷值燃料的燃料箱。具体地，可变燃料可以包含植物提取油和少量汽油和/或乙醇的混合物。例如，植物提取油可以包含豆油、菜籽油、油菜籽油、葵花籽油或者藻类和浮游生物提取物。在一些实施方式中，混合物包含零净碳可变燃料(zero net carbon flex fuel)。

根据一个实施方式，植物提取油和少量汽油和/或乙醇的混合物按重量计含有混合有大约25％汽油和大约10％乙醇的大约65％的植物油。燃料喷射器被配置来在热区加热燃料，并随后在100巴或者更高压力下，使用高压喷嘴分散系统喷射加热催化的燃料。加热的燃料喷射器直接适应植物油的较高粘性，并还促进在冷环境下的起动。优选地，仅在气相或者超临界相，使用氧还原催化剂，催化生物可再生可变燃料。另外，喷射器-点火发动机优选地包含高压缩发动机。

附图说明

图1(现有技术)是示意图，图示在火花点火汽油发动机或者压缩点火柴油发动机内，常规燃烧过程的低效率；

图2(现有技术)是示意图，图示在高效直接喷射欧式柴油发动机循环内的典型热释放曲线；

图3是示意图，图示在常规气体燃料发动机中点火和在具有根据本发明原理的燃料喷射器的内燃机中点火之间的区别；

图4是示意图，图示具有根据本发明原理的燃料喷射器的内燃机的热释放曲线；

图5A描绘了本发明内燃机的燃烧室，其包括大体安装在气缸顶部中心的燃料喷射器；

图5B是图示了根据本发明原理控制燃料喷射的示例性ECU的示意图；

图5C是图示了在图5B的ECU和常规的汽油加油站燃料喷嘴之间的无线通讯的示意图；

图6描绘了根据本发明的原理构建的优选的喷射器-点火燃料喷射器；

图7是示出燃料入口和出口子系统的图6中优选喷射器-点火燃料喷射器的截面图；

图8A是其中撞锤(ram)处于完全排出位置的图6中优选的喷射器-点火燃料喷射器的截面图，而图8B是其中撞锤处于完全收回位置以允许液体燃料进入压缩室的图6中优选的喷射器-点火燃料喷射器的截面图；以及

图9是包含线性燃料喷射器的本发明可选燃料喷射器的截面图。

具体实施方式

在下面的段落中，将通过举例并参考附图，详细地阐述本发明。遍及本说明书，所示的优选实施方式和实施例应该视作示例，而不作为对本发明的限制。如在此使用的，“本发明”指在此阐述的本发明任何一个实施方式和任何等效物。进一步，对遍及该文件的“本发明”的各种特  征(一个或多个)的提及并不意味着所有要求保护的实施方式或者方法必须包括提及的特征(一个或多个)。 

根据本发明的原理，提供加热催化的燃料喷射器，以便基本仅在内燃机的作功行程期间分配燃料，其中仅在气相或者超临界相使用氧还原催化剂催化燃料。

爆震构成一种可选择的燃烧形式，其提供异常快的燃烧，并被普遍地证实为失调汽车发动机中的常见爆震。常规的内燃机在点火之前将它们全部的燃料负荷放置在气缸中。爆震引起全部燃料负荷的很大部分在几微秒内点火，由此产生可能损坏发动机部件的过量压力上升。这些状况典型地发生在失调发动机中未受控制的方式中，引起燃料在某些时间爆震，该时间对于产生作功行程不适合。另外，这种类型的爆震取决于点火延迟，从而压缩了空气供给并蒸发燃料。

参考图3，提供了示意图，其图示在常规的气体燃料发动机中缓慢燃烧和内燃机中包括爆震的快速燃烧之间的区别，所述内燃机具有根据本发明原理的加热催化的燃料喷射器。具体地，在常规的气体燃料发动机中，点火基本发生在低燃料密度下的缓慢燃烧区20。相反，在具有在此阐述的加热催化的燃料喷射器的内燃机中，点火基本发生在高燃料密度下的快速燃烧区22。在快速燃烧区22，燃料加料的前沿表面在大概几微秒内完全燃烧。在图中，曲线的区域I代表强烈的爆震、区域II代表弱的爆震、区域III代表弱的爆燃，以及区域IV代表强烈的爆燃。另外，A代表雨贡纽曲线(Hugoniot Curve)的原点。

参考图4，提供了示意图，其图示具有根据本发明原理的燃料喷射器的内燃机的热释放曲线26。具体地，热释放曲线26叠加在图2图示的直接喷射欧式柴油发动机循环的典型热释放曲线7之上，热释放曲线7包括点火延迟阶段8、预混合燃烧阶段10、混合控制的燃烧阶段12以及后燃烧阶段14。对比于直接喷射欧式柴油发动机，在此提出的燃料喷射器(具有热释放曲线26)精确地计量，在适合的曲轴转角下即刻点燃燃料，以产生最优作功行程。具体地，燃料喷射器基本仅在作功行程期间以精确的方式迅速地分配燃烧的燃料，由此很大程度地减少在发动机内的前端(冷却负荷)和后端(排气焓)的热损失。根据本发明的一些实施方式，  常规的低辛烷值加油站汽油被计量到燃料喷射器中，其中燃料喷射器加热、蒸发、压缩和适度地氧化燃料加料，并随后将其作为相对低压的气柱分配到燃烧室的中心。 

参考图5A，图示了包含常规的汽车柴油强涡流高压缩燃烧室的内燃机燃烧室28。具体地，燃烧室28包括大体安装在气缸顶部32中心的本发明优选的加热催化的燃料喷射器30。随着热气的燃料柱36被注入燃烧室28中，它的前沿表面37自爆震，其将燃料柱36以箭头40指示的方向径向地分配到涡流38型式中。前沿表面37代表爆震界面，而涡流38代表分散的气体和空气产生的快速稀燃。这种燃烧室构造提供相当常规的稀燃烧环境，其中通过高温和高压的使用，0.1％到5％的燃料在燃料喷射器30中被预氧化。图5A的风扇形状构件41图示了径向扩展的燃料加料的旋转运动，它在燃烧室28内旋动。燃料加料可以对称地扩展或者可以由一个或者多于一个的喷射偏移行组成，每行包括多个喷射(例如四个喷射)。本领域的技术人员将认识到，在不偏离发明范围的情况下可以形成任何数量的喷射。

进一步参考图5A，在加热催化的燃料喷射器30内的预氧化可以包含在喷射器室壁上的表面催化剂以及氧源，氧源包括标准的氧化剂例如MTBE、乙醇、其它的辛烷值和十六烷值增进剂和其它的燃料充氧剂。可选择地，预氧化可以进一步包含少量的附加氧，例如，来自空气，或者经由排气阀来自再循环排气形式的最后燃烧物。这种轻微氧化的燃料包含RO₂·和ROOH·形式的自由基，其是来自初始燃料的高度反应性、部分氧化、裂解的烃链。因此，喷射的燃料在分配的燃料柱36内提供相对低温的自燃部位，有助于在与常规的汽车发动机构造材料相匹配的温度和压力范围内引发表面自爆震和随后的稀燃。 

参考图5B，图示了控制燃料喷射和其它发动机操作的示例性ECU45。具体地，ECU45包括确定将何时点燃喷射器的喷射器时间控制程序47、排序喷射器子系统的机械操作的喷射点燃程序49、控制喷射器加热驱动的温度控制51以及控制其它发动机和车辆输出的其它ECU程序53。在操作中，喷射时间控制程序47接收来自曲轴位置、RPM传感器、喷射器销位置传感器以及发动机爆震传感器的输入信息。喷射时间控制  程序47将时间控制程序输出到喷射点燃程序49，喷射点燃程序49控制喷射器燃料入口(每个气缸1个)、喷射器高压泵驱动(在一些构造中每个气缸1个)以及喷射器销驱动(每个气缸1个)。喷射点燃程序49可以进一步接收来自ECU发动机节气程序和各种其它的典型地存在于现代汽油和柴油发动机上的发动机传感器程序的输入信息，以调整改变温度、压力、湿度、发动机负荷、燃料质量、发动机磨损以及其它变量。ECU45的温度控制51接收来自喷射器温度传感器的输入信息并又控制喷射器加热驱动。各种其它的ECU程序53接收来自各种其它的发动机和车辆传感器的输入信息，这样ECU程序53控制各种附加发动机和车辆的输出。 

在发明的一些实施方式中，加热催化的燃料喷射器30可被用在具有可变循环发动机的混合或者多燃料车辆上，可变循环发动机的特征是通过注入空气、水、蒸汽或者其它可膨胀的介质回收混合的热能。当按照这种热回收技术燃烧进高度冷却的发动机时，这种加热的喷射器是非常有效的。先进的可变循环发动机可适于与广泛的燃料一起操作，包括但不限于常规的汽油、柴油、酒精、甲醇、生物柴油和任选地包括混合水含量的植物提取物。

参考图5C，本发明的进一步的实施方式展示了用于多燃料车辆的智能加燃料系统55，该多燃料车辆具有先进的可变循环发动机和ECU(例如图5B的ECU45)，通过可分别与ECU45和加燃料泵57协同定位的无线串行通讯连接59、61，ECU与常规的加油站加燃料泵57通讯。利用系统55，提供给消费者一种或者多于一种的优化燃料混合物，用于补充燃料到他们的多燃料车辆。这个信息可以显示在与ECU45通讯的凹入式显示器63上和燃料站泵57的销售显示器83上。使用者可以基于在显示器83上的和可选择地在凹入式显示器63上的按钮、触摸敏感区或者其它常规的输入装置，作出燃料选择。通过任何常规的无限通讯技术，例如，磁感应、光通讯或者低功率RF，可以提供ECU45和加燃料泵57之间的数据交换。在操作中，ECU45将车辆燃料箱81中的精确的燃料混合物和燃料量——通过燃料箱传感器65确定——传达到加燃料泵57。为之响应，加燃料泵控制器67计算与剩余燃料和车辆的操作性能相匹配的适合的补充燃料混合物，并基于出售的各种燃料69(或者它们的混合物)提供给  消费者一种或者多于一种的补充燃料选择。在购买后，适合的燃料或者燃料混合物(通过燃料泵73)被通过泵阀77泵入，并通过加燃料泵喷嘴79喷射到燃料箱81中。 

进一步参考图5C，补充燃料选择可以基于包括费用和性能的可选择参数，其中加油站加燃料泵57基于消费者的选择混合和分配燃料。在说明的实施方式中，加油站加燃料泵57包括销售点显示器83和用户输入的相关装置。ECU45应用在负荷(发动机RPM)下的发动机性能、负荷传感器以及爆震传感器，确定在燃烧过程中实际的燃料性能。另外，ECU45可配置来保存所有的燃料装载记录，包括燃料的精确混合和泵入燃料箱中的量、燃料消耗、观测的性能以及按时间顺序的气候状况，例如温度、大气压、海拔高度和湿度。

先进的可变循环发动机可以适于与广泛的燃料一起操作，包括但不限于常规的汽油、柴油、乙醇、甲醇、其它酒精、生物柴油以及可选包括混合水含量的植物提取物。车辆可以配备有单一燃料箱，或者多个燃料箱，用于容纳不相容的燃料混合物。在泵处的购买决定可以基于多种因素，例如可用的最成本有效的燃料供给、在燃料箱中剩余的燃料混合物以及包括天气和海拔高度在内的预期驾驶条件。车辆在ECU的控制下能够动态地适应各种燃料混合物。

根据本发明进一步的实施方式，加热催化的燃料喷射器30可用于依靠生物可再生可变燃料运转的喷射器-点火发动机。举例而言，可变燃料可以包含混合有少量汽油和/或乙醇的植物提取油(例如豆油、菜籽油、藻类和浮游生物提取物)。最终的混合物可包含零净碳生物可再生可变燃料，其适合用于配备有加热催化直接喷射器的超高压缩发动机。这种零净碳燃料在燃烧时在地球的生物圈不产生净碳，因为存在于植物物质中的碳来自作为正常光合作用过程的一部分在地球大气中捕获的二氧化碳。

植物提取油可以从相对于总质量产生大量可提取油的植物中获取。适合的植物油包括但不限于葵花籽油、豆油、油菜籽(菜籽)油以及如存在于海洋浮游生物中的各种形式的藻类和单细胞生物。使用简单的压榨操作，可以从植物中提取出这种植物提取油。虽然这些油具有类  似于柴油的能含量，但由于实际局限性，例如高浊点(凝固点)和易受细菌的侵袭(通过在正常的燃料操作条件下腐蚀)，它们未被采用。 

公知乙醇将水的凝固点降低到适合在常规的车辆中使用的温度。虽然乙醇可以从植物物质中获得，但是它通常不与普通的植物油混合。根据本发明，粗植物油与乙醇以及少量的常规汽油(或者其它C5到C10范围直链烃的混合物)混合。举例而言，该混合物可以包含混合有25％汽油和10％乙醇的65％植物油(按重量计)。该混合物是稳定的并且在正常的操作条件下不分离为它的各种成分。另外，该混合物具有低于0℉的凝固点并且抵抗生物侵袭。

上述的燃料混合物由在柴油发动机的高压缩下良好点火的高十六烷值植物油和在低压缩火花点火发动机中良好工作但在压缩点火发动机中通常不良好工作的相对高辛烷值的烃(庚烷)以及乙醇组成。例如，配备有被加热并含有氧还原催化剂的喷射器的高压缩发动机(例如20比1)依靠上面提到的混合物非常有效地运转。加热直接调节植物油的较高粘性并促进在冷环境下的起动。另外，加热和氧还原催化剂的结合攻击乙醇中结合的氧，从而轻微地氧化燃料混合物，这样燃料混合物不依赖于其成分的辛烷值和十六烷值之级别，在燃烧室中非常迅速地燃烧。

上述生物可再生可变燃料优选地仅在气相或超临界相(相对于液相)被催化。另外，与依赖于在室之间的缓慢和低效的气体扩散或者低压进气歧管口阀的常规预燃室系统形成对比，优选地在100巴或者更高压力下使用高压喷嘴分散系统喷入催化的熏烧燃料。

根据本发明原理，现在将阐述在燃烧室28内的燃烧过程的缸内动力学，这独立于喷射器设计细节。具体地，燃烧过程最初涉及喷射相对低压的气体(例如100巴)的柱36，其被加热高于它的自燃温度(例如750℉)之上较多。柱36可以包含RO₂·和ROOH·形式的大约0.1％到5％的预燃烧自由基，该自由基是来自初始燃料的高度反应性、部分氧化、裂解的烃链。气体的柱36当暴露于自燃温度之上的热气源时，在燃烧室28中空气燃料界面处自发地自爆震。与进行中的分配器驱动相结合，爆震爆燃前沿将剩余的引入燃料分散于更广阔的几何体积中。 

将剩余的引入燃料分散于在燃烧室28内的更广阔几何体积中有  利于缓慢的持续燃烧，因为这很大程度减小了燃料对空气的比率。另外，这产生比常规的稀燃烧速率高得多的燃烧，这是由于(i)燃料的初始预氧化和(ii)初始爆震前沿的残余物引起的高浓度赋能点火源。这种系统可以在从大气压至往复式发动机压缩的实际界限下操作，其中对于最优的热力学效率，优选20:1的压缩比。正如在常规的轻型汽车柴油机中通常实施的，通过高涡流燃烧几何结构(例如，如图5所示)的并入，可以很大程度地提高爆震引起的燃料扩散。连同本发明的加热催化的燃料喷射器使用的燃料系统可以包括用于以任何适合的比率混合高辛烷值和高十六烷值燃料的燃料箱。 

根据本发明，基于在此阐述的技术的加热催化的燃料喷射器30可以安装替代在小型汽车柴油发动机上的常规直接柴油机喷射器。该改装的柴油发动机可以依靠汽油运转并在16:1到25:1范围内的高压缩比下操作。为了实现高压缩比，发动机优选地利用压缩加热点火而不是传统的火花点火。如本领域的技术人员所了解的，在不偏离发明的范围的情况下，本发明的燃料喷射器可以用于其它的燃料，例如，柴油以及高十六烷值燃料、高辛烷值燃料、庚烷、乙醇、植物油、生物柴油、酒精以及植物提取物的各种混合物。但是，在许多应用中比起柴油，优选使用烃长度短得多的汽油进行操作，因为它几乎不产生碳微粒物质。

参考图6，本发明优选的喷射器-点火的加热催化的燃料喷射器30包含加热催化的喷射器-点火喷射器，其包括燃料输入44、输入燃料计量系统46、电连接器48、喷嘴销阀驱动器50、加压撞锤驱动器52、可选的空气入口孔54、安装凸缘56、热区/加压撞锤58以及喷射器喷嘴60。喷射器-点火燃料喷射器30在现实世界保持自由的环境中支持燃料的蒸发、加压、活化和分配。本发明喷射器-点火燃料喷射器30的特征操作压力为大约100巴，分配到具有燃料负荷的20:1压缩比的发动机(20巴)中，其产生40巴的峰值。在优选的实施中，燃料喷射器30包括可以通过在大约750℉的温度下操作喷射器体而活化的内部镍钼催化剂。当然，如本领域的技术人员所了解的，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其它的催化剂和喷射器操作温度。

参考图7，现在将阐述本发明的加热催化的喷射器-点火燃料喷射  器30的输入燃料计量系统46。具体地，输入燃料计量系统46包括管路上的燃料过滤器66、计量螺线管68以及液体燃料针阀70。液体燃料针阀70优选地包含电磁或者压电触发的针阀，其响应于发动机控制单元(ECU)中的前瞻计算机控制算法，将下一个燃料加料分配到加压室72。液体燃料针阀70可以从标准的汽油燃料泵或者普通的轨道分送系统接收燃料。 

进一步参考图7，燃料喷射器30的喷射器喷嘴60置于车辆的加压室72和燃烧室28之间。通过围绕室72的燃料喷射器30的热区58，在加压室72中烘烤输入燃料计量系统46所分配的燃料加料。更具体地，在处于压力并存在催化剂的情况下，在加压室72中加热燃料加料，这开始使燃料裂解并引起燃料与内部氧源反应。喷射器喷嘴60包含喷射器喷嘴销阀74、准直管75以及销阀执行器71。具体地，喷嘴销阀74在大致上止点中心(循环旋转180°)打开，允许热的加压气体进入燃烧室28。销阀执行器71可以包含操作销阀驱动轴118以便将下一个燃料加料注入喷射器喷嘴销阀74中的销阀螺线管。

在图示的燃料喷射器实施方式中，销阀驱动轴118位于加压撞锤92的孔的内部，这样销阀驱动轴118可以在加压撞锤92内同轴地滑动。但是，销阀驱动轴118独立于加压撞锤92操作。在加压撞锤92的顶端上的O形密封119阻挡这两个轴之间的泄漏通路。喷射器喷嘴60的几何构造基本上不同于典型的液体燃料喷射器喷嘴，因为喷射器喷嘴60包括用于对准加热的燃料并将对准的、相对低压的热气体加料分配到气缸中的销阀74和准直管75。具体地，燃料喷射器30的喷射器喷嘴60被电加热，例如，使用在喷射器喷嘴60上排列的常规的镍铬合金加热构件114。

喷射器喷嘴60的销阀执行器71可以包含快速响应的电磁驱动或者压电驱动。在它的最简单的形式中，随着加压撞锤92将全部热气柱从加压室72推到燃烧室28，以达到喷射器体积的完全排出，喷射器喷嘴销阀74打开至100％。如本领域的技术人员将了解的，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用模拟驱动信号和/或数字脉冲信号，采用销阀和撞锤驱动调整的许多结合，从而在不同的节气和载荷情况下产生各种热释放曲线。

参考图8A和8B，一体的喷射器-点火燃料喷射器30的其它组件包  含加压撞锤系统，其包含加压撞锤92、加压撞锤驱动器52以及燃料喷射器30的热区58——用于在喷射之前在加压室72中加热下一个燃料加料。具体地，图8A描绘了加压撞锤系统的第一构造，其中加压撞锤92处于完全排出位置。 

图8B描绘了加压撞锤系统的第二构造，其中加压撞锤92处于完全收回位置以允许液体燃料进入加压室72。当燃料从液体转变为气体并随后达到它的临界点并超过临界点——此时成为非常稠密的蒸汽，加压撞锤92压缩燃料。加压撞锤92包含大体置于加压撞锤驱动器52内的磁活性部分96、绝缘部分97以及热区相匹配部分98，当加压撞锤92处于完全排出位置时热区相匹配部分98被大体置于热区58内。加压撞锤92的静止位置位于图8A所示的完全排出位置。加压撞锤92可以进一步包含一个或者多于一个防止液体泄漏的O形密封100。

继续参考图8B，当加压撞锤92收回时，它可以在加压室72中形成局部的真空或者减小的压力，由此允许输入燃料计量系统46将下一个加料作为相对冷的液体注入。加压撞锤92具有相对长的行程并且可以并入防热区，以保护输入燃料计量系统46免受靠近热区58的高温。置于加压撞锤驱动器52内的多个卷扬螺线管线圈系统106、108包括收回螺线管106和加压螺线管108。多个绕组螺线管线圈系统106、108可被用于驱动加压撞锤92的线性步进电机代替。

本发明燃料喷射器30固有地是安全的，因为它仅需在自燃温度之上的单一点火，其可被包含在直接连接到发动机气缸(在其中通常发生燃烧)的坚固金属外壳中。以这种方式，燃料喷射器30的热区58可被视作只是现有的发动机燃烧室28的扩展。举例而言，可以通过在热区58排列的常规镍铬合金加热构件116电加热燃料喷射器30的热区58。

在ECU的电子控制下，应用充足的磁场加压燃料负荷达到与下一次点火相当的预定水平，如操作者的节气位置所指定的。在压力下、有催化剂存在的情况下，在加压室72中烘烤燃料加料(通过热区58)，这开始使燃料裂解并引起燃料与内部氧源反应。这种内部氧源通过内置的抗爆震剂和冬季充氧剂如MTBE和/或乙醇，存在于常规的加油站气体(pump gas)中。柴油普遍地也包括十六烷值增进剂形式的氧源。根据本  发明，热区催化剂可以包括但不限于：(1)镍；(2)镍-钼；(3)α氧化铝；(4)二氧化铝硅；(5)其它的空气电极氧还原催化剂(例如，用在燃料电池阴极和金属空气电池阴极中的)；以及(6)其它的用于烃裂解的催化剂。 

根据优选的实施方式，热区58的操作温度大约750℉，其充分地最小化普通结构材料如316不锈钢和油硬化工具钢的腐蚀和热相关的强度损失。相反，典型的压缩点火操作温度在1000℉以上。热区58可以进一步包含镍铬合金加热线。根据另外的实施方式，氧可被抽入燃料喷射器30的热区58中。

再次参考图7，喷射器-点火燃料喷射器30可以在发动机的排气循环期间，通过打开喷射器喷嘴销阀74并收回加压撞锤92，引入热的排气。在正常的情况下，热的排气将仍具有未反应的氧，其可选择地与燃料的内部充氧剂相结合使用，从而轻微地氧化燃料。另外，燃料喷射器30可以配置，以包括与加压室72相联系的空气入口孔54，这样当加压撞锤92被置于完全收回位置时新鲜空气形式的附加氧可被添加到热区58。空气入口孔54可以配备如球阀(未示出)的单向阀，以在加压行程期间阻止燃料蒸气泄漏。另外，可以利用各种其它形式的空气，例如排气。

根据本发明的一些实施方式，加热催化的燃料喷射器30固有地自净化和自清洁。具体地，可以在发动机起动操作的期间，反复地运用加压撞锤92和喷嘴销阀驱动轴118-，由此(i)允许在起动时从长期的发动机工作台清除空气和湿气，和(ii)允许形成的任何碳通过相对大的喷射器喷嘴60除掉。与常规的燃料喷射器不同，加压撞锤92在相对长的行程距离(0.25英寸或者更大)移动，并能够在它的完全伸展位置消除在喷嘴区域74中的任何空隙体积。

在本发明的优选实施方式中，ECU使用喷射器-点火操作的一个点火循环前瞻算法(look ahead algorithm)，可以控制一个或者多于一个本发明的加热催化喷射器-点火燃料喷射器30。可以使用存在于ECU上的计算机软件程序，执行控制喷射器-点火时间的前瞻算法，该软件程序包含控制燃料喷射的机器可读或者可解释指令。根据该前瞻算法，下一次发动机点火的准备在上一次发动机点火完成后立即启动。此时，燃料喷射  器30基本没有燃料，加压撞锤92处于完全排出位置，喷射器喷嘴销阀74关闭，以及热区58基本处于它的操作温度。在最简单形式的控制中，ECU将节气阀输入与预先的设定(例如，上一次节气阀输入、发动机负荷、RPM、空气入口温度以及其它的设定)和电子燃料控制相比较。使用这些信息，ECU确定燃料负荷和到下一次点火的估计时间。 

下一次点火循环在适当的延迟之后开始，从而最小化在热区58中的燃料保持时间，由此最小化燃料的过度裂解。首先，下一次点火循环包括收回加压撞锤92，这允许输入燃料计量系统46将液体燃料的气溶胶分配到热区58中。加压撞锤92随后在两个步骤循环中对燃料加压，包括(i)当燃料正在加热和蒸发时保护输入液体燃料喷射器30，和(ii)将燃料加压到目标喷射压力和温度。在第二步骤中，使燃料蒸发以达到目标喷射压力和温度。

在预定的保持时间后，喷射器喷嘴销阀74打开，并且加压撞锤92将燃料蒸气柱推入燃烧室28中，这样加压撞锤92到达图8A所示的完全排出位置。在一些实施方式中，预定保持时间可以从下一上止点中心事件逆向设计。喷射器喷嘴销阀74随后关闭，并且加热催化的燃料喷射器30现在为下一次点火命令作好准备。在不偏离本发明范围的情况下，关于燃料喷射器循环的各种变型(例如，加压撞锤92和喷射器喷嘴销阀74交互式操作，以调整具体的热释放曲线)是可能的。由于作功行程的主要部分仅是720°四个行程循环的30°旋转，所以实际喷射仅占据可用操作时间的大约4％。

参考图7，操作喷射器喷嘴60所需的能量理论上可小至驱动燃料的能含量的百分之二；但是，如果仅由电气系统动力驱动，实际的发动机设计考虑因素例如高温绝缘的尺寸限制可引起加热需求升高到轴输出功率的若干百分比。由于燃料喷射器30在操作期间非常接近一个或者多于一个的发动机排气口，因此可很容易地利用非常有效的废热源。可将本发明的加热催化的燃料喷射器30直接装入可选择地控制通过排气阀的气流的多阀发动机的排气口中。另外，可以利用各种从排气区引入热的有源和/或无源热管几何结构，以减小提供给加热器的电输入。

各种汽车可以在它们的直接喷射汽油动力装置上使用三种或者  多种喷射器，其包括：(1)用于空转的节气体喷射器；(2)用于低速操作的普通轨道进气口喷射器；以及(3)用于高速操作的直接喷射器。类似地，在此阐述的燃料喷射器30可以单独使用或者与节气体和普通的轨道喷射器广泛结合使用，可以带有或者不带有选择性操作的火花点火源。另外，加热催化的燃料喷射器30可以以纯蒸气模式操作或者可以分配蒸气和液体的混合物。在高RPM和高装载罕见的应用中(例如，典型的经济型车)，可期望使用带有相对低热的加热能力的燃料喷射器，这样纯蒸气操作限于车辆定度行驶操作，例如，在大约3600RPM。这种燃料喷射器渐进地使在预定节气负荷设置之上的更多液体通过，渐进地导致较低效率的操作，但处于比纯蒸气设计点高得多的动力水平。 

参考图9，根据本发明的可选择的实施方式，上述一体燃料喷射器几何结构被展开为加热催化的线性燃料喷射器30’，其包含液体燃料计量系统46’、收回螺线管106’、加压螺线管108’、加压撞锤92’、喷射器喷嘴60’、销阀驱动螺线管71’、喷嘴销阀驱动轴118’以及热区58’。这种燃料喷射器构造简化了销阀驱动轴118’在加压撞锤92’内同轴放置的相当复杂和精确的需求。换句话说，销阀驱动轴118’未置于加压撞锤92’内并且不在销阀驱动轴118’内同轴地滑动。取而代之，加压撞锤92’被相对于销阀驱动轴118’以一定角度放置，如图9所示。但是，注意，这种线性构造降低了一体几何结构的自净化和自清洁作用，因为加压撞锤92’现在偏置于一侧并且不再能清洁和净化围绕喷射器喷嘴60’的空隙体积。这种构造利用与图7和图8所示的一体喷射器相同的ECU时间控制。在操作中，在压力下并在有催化剂存在的情况下，通过热区58’烘烤由输入燃料计量系统46’所分配的燃料加料，这开始裂解燃料并引起燃料与内部氧源反应。在大致上止点中心处，销阀驱动轴118’通过喷射器喷嘴60’将热的加压气体喷入燃烧室。

通过用中压、中温供给系统替换基于液体的输入燃料计量系统，一体燃料喷射器30和线性喷射器30’两者均可在较高的RPM和较小的物理尺寸下操作。这种可被发动机上的所有喷射器共享的系统可以利用中压泵(例如，在500磅/平方英尺的范围)和预加热线圈，以便在充分低的温度(如400℉)下将燃料维持在蒸气形式，从而最小化烃裂解和分解。  在操作中，预热、预蒸发的燃料加料在驱动撞锤的进入点被引入上述喷射器构造的任何一个，由此减少了撞锤的所需位移、尺寸以及热输入，因此允许较高速度操作。 

根据本发明的另外实施方式，经由单向阀供给预加热线圈的外部高压液体供给泵可以取代上述中压泵。可以使用小直径毛细管和配件以减小热区中的体积。可在系统关闭时清洁系统，从而最小化来自过度裂解燃料的碳堆积。可以组合上述泵实施方式组件的各种结合。例如，基于发动机尺寸、气缸数量、燃料回收系统几何结构和其它因素，可以广泛地改变泵台的数量和泵的位置。

作为燃烧过程的一个实例，通过常规汽车的普通轨道燃料喷射器，可以将10毫克实验室级庚烷的加料分配到大约750℉的热室中，其中热室排列有小百分比的镍和钼。热室具有相当于小于燃料重量的百分之五的残留氧。随着燃料蒸发，撞锤将燃料加料渐进地压缩至大约100巴，随后燃料被分配到对在海平面的大气开放的3”直径乘2”深度的杯的中心。与杯正切地，计算机控制的加热喷枪将大约750℉的空气提供在每秒大约30转的涡流型式中。在喷射后，通过朝向0.10”直径准直管开口的0.040”直径喷嘴所形成的气柱在1”的喷嘴尖端自爆震，将剩余的燃料加料侧向地分散到涡流中，从而使防护杯充满稀燃烧。防护杯(containment cup)代表典型的500cc气缸，如在2升、4气缸高涡流汽车柴油发动机中常见的。

由红外传感器和声冲击波的热释放分析显示，在相同的压力和空气温度下，对于常规的庚烷气溶胶喷射，燃烧率比实验室燃烧罐数据快至少100倍。在1大气压下的自燃显示，这种燃烧方案可用于空转时的常规空气节气(奥托循环)发动机，此时气缸峰值压力仅大约1大气压。标准的实验室燃烧罐数据显示，将压缩比增至20:1将使燃烧时间加速大约因数100，由此产生大于足够用于全开节气门(狄塞尔循环)发动机中的燃烧速率。这表明，上述燃烧方案可以在多种模式的往复活塞内燃机中与最小点火延迟一起使用，这些模式包括：(1)节气的、可变燃烧压力(奥托循环)模式；(2)全开节气门固定燃烧压力(狄塞尔循环)模式；以及(3)混合的循环模式。

在燃烧过程的另一个实例中，商业化的单气缸直接喷射柴油发  动机(Yanmar L48V)装备有根据在此提出的原理的电子控制的加热催化的燃料喷射器。该发动机在大约23:1的峰值压缩下排量为220立方厘米。该喷射器喷嘴匹配具有喷嘴的成批生产的柴油机燃料喷射器，所述喷嘴具有四个相同尺寸和方向的放射状喷口，这样实验室喷射器在室温喷射器操作下模拟该成批生产的柴油机燃料喷射器。所用的燃料由按体积计大约60％实验室十六烷、30％庚烷以及10％乙醇组成。喷射压力大约100巴，并且发动机操作由光学的上止点中心传感器、Delphi汽车压电爆震传感器以及基于热电偶的排气温度传感器监控。发动机在1200RPM下通过电运转，并随后转到1800RPM。执行四次试运转(情形I-IV)，并确定每种情况下燃料加料喷射相对于上止点中心的优选电子时间控制。 

在情形I中，在室温喷射器操作下(即不在加热的条件下)，测试商业化的单气缸直接喷射柴油发动机(包括本发明的电子控制燃料喷射器)。为了使燃烧点火开始，电子定时必须提前在上止点中心(循环旋转的180°)之前至少四毫秒(ms)。另外，作为成批生产的柴油发动机的特征，发动机不规律地起动并且缓慢地加速，伴有浓烟产生。优选的电子定时被定为超前约3.5ms。换句话说，燃料加料的喷射应该发生在上止点中心之前的大约3.5ms。

在情形II中，通过将喷射器体在约750℉的温度下操作，活化燃料喷射器的内部镍钼催化剂。在操作中，发动机立即点火并在宽范围的定时条件下迅速加速。优选的电子定时确定为在上止点中心之前的大约0.7ms，并且优选的定时对发动机的预热不敏感。另外，排气的温度充分地低于情形I的温度，显示了更高的发动机效率。

在情形III和IV中，将燃料混合物改变为按体积的大约30％实验室十六烷、60％庚烷以及10％乙醇。在情形III(类似于情形I)中，在室温喷射器操作(例如，不在加热的条件下)下，测试包括本发明燃料喷射器的柴油发动机。在室温下，该发动机不与这种燃料混合物一起操作。

在情形IV中(类似于情形II)，通过将喷射器体操控在大约750℉的温度，活化燃料喷射器的内部镍钼催化剂。发动机立即点火并在宽范围定时条件下迅速加速。优选的电子定时确定为在上止点中心之前约0.7毫秒(类似于情形II)，并且优选的时间控制仍对发动机的预热不敏感。  另外，排气的温度充分地低于情形II的温度，显示了更高的发动机效率。 

因此可见，提供了内燃机的喷射器-点火。本领域的技术人员将了解，通过不同于各种实施方式和优选实施方式的其它实施方式，可以实施本发明，各种实施方式和优选实施方式呈现在本说明书中，用于说明目的而不是限制目的，本发明仅由所附的权利要求限定。注意，本说明书中阐述的具体实施方式的等效物也可以实施该发明。

虽然上面已阐述本发明的各种实施方式，但是应该了解，它们仅以举例方式而非限制方式呈现。类似地，各个图可描绘本发明的示例结构或者其它构造，这么做有助于理解可包含在发明中的特征和功能。本发明并不限于所说明的示例结构或者构造，而是可以应用多种可选择的结构和构造，实现期望的特征。事实上，本领域人员明了，如何可以实施可选择的功能、逻辑或者物理的部分和构造，以实现本发明的期望特征。而且，可以对各个部分应用许多不同于在此所述的不同组成部件的名称。另外，关于流程图、操作的阐述和方法权利要求，除非文中另外指出，在此展示的步骤的顺序不要求以相同的顺序实施各个实施方式以实现所陈述的功能。

虽然上面就各个示例性实施例和实施方式阐述了本发明，但是应该理解，在一个或者多于一个的个别实施方式中阐述的各个特征、方面和功能不限于应用到阐述它们的具体实施方式，而是可以单独或者以多种结合应用于一个或者多于一个的本发明的其它实施方式，不论这种实施方式是否被阐述，也不论这种特征是否作为阐述的实施方式的一部分被展现。因此本发明的宽度和范围不应该受到任一上述示例性实施方式的限制。

除非另外特别地声明，在这个文本中使用的术语和短语及其变型应该解释为与限制性相反的开放边界。如前述的实例：术语“包括”应该视作“无限制地包括”或者类似的含意；术语“实例”用于提供论述事项的示例性例子，而非它们的穷尽的或者限制性的列举；术语“一个”应该视作“至少一个”、“一个或者多于一个”或者类似的含义；如“常规的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“公知的”修饰语和类似含义的术语不应该解释为将阐述的事项限制在特定时间阶段或者事项在特定时间内可用，  而应该视作包含现在或者在将来任何时间可用或者获知的常规的、传统的、正常的或者标准的技术。类似地，在该文本涉及本领域技术人员明了或者公知的技术的地方，这些技术包含现在或者在将来任何时间技术人员明了或者公知的内容。 

一组与连接词“和”相联系的事项不应该视作要求在组中展现该事项中的每个和每一个，除非另外特别声明，否则应该读作“和/或”。类似地，一组与连接词“或”相联系的事项不应该视作需要在组中相互排他，除非另外特别声明，否则应该视作“和/或”。进一步，虽然本发明的事项、构件或者组件可以以单数阐述或者主张权利，但是除非特别声明限于单数，否则认为复数在本发明范围内。

出现的扩展词语和短语，例如，在一些例子中的“一个或者多于一个”、“至少”、“并不限于”或者其它类似的短语，不应该被视作意味着这种扩展词语可能存在的例子中打算或者需要范围更窄的实例。术语“模块”的使用并不暗示，作为模块的一部分阐述或者主张权利的组件或者功能均以普通的封装配置。事实上，模块的各个组件的任何一个或者全部，无论控制逻辑或者其它组件，可以以单一封装结合或者分开地保持，并可以进一步分布在多个位置。

另外，按照示例性方框图、流程图和其它图，阐述了在此提出的各个实施方式。在阅读该文本之后，本领域技术人员明了，可以不受所图示实施方式的限制，实施所图示的实施方式和它们的各种可选择的实施方式。例如，方框图和它们的附随说明不应该解释为要求特殊的结构或者构造。

Claims (10)

1.将燃料分配到具有燃料喷射器的内燃机的燃烧室中的方法，所述方法包含：

仅在发动机的作功行程期间，使用加热催化的燃料喷射器分配所述燃料；

其中所述燃料在被分配之前在超临界相使用氧还原催化剂催化所述燃料；

其中所述燃烧室包含稀燃烧环境，其中利用高温和高压在所述燃料喷射器中预氧化0.1％到5％的所述燃料。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述燃料喷射器大体安装在所述燃烧室的气缸顶端的中心。

3.如权利要求2所述的方法，其中热气体形式的燃料柱被喷射到所述燃烧室中，使得所述燃料柱的前沿表面自动爆震并且所述燃料柱被径向地分配到涡流中。

4.如权利要求1所述的方法，其中在所述燃料喷射器中的预氧化包含使用置于喷射器室壁上的表面催化剂和氧源，该氧源包括选自MTBE、乙醇的氧化剂和其它燃料充氧剂。

5.如权利要求4所述的方法，其中预氧化进一步包含少量的附加氧。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述附加氧取自空气或者再循环排气。

7.如权利要求3所述的方法，其中所述分配的燃料柱包含RO₂·和ROOH·形式的0.1％到5％的预燃烧自由基，该自由基是来自初始燃料的高度反应的、部分氧化的、裂解的烃链。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述燃料喷射器被安装代替在16∶1到25∶1范围的高压缩比下运转的汽车柴油发动机上的常规直接柴油机喷射器。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述发动机通过高的压缩比采用压缩加热。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述燃料选自汽油、柴油、庚烷、植物油、生物柴油、和酒精。

Images