CN101680362A - 快速点火快速响应动力转换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有进料装置的快速点火外部压缩发动机，该进料装置构造成将外部源的预压缩燃料－助燃剂混合物引入具有低惯性快速响应部件的燃烧室内。所述快速响应部件构造成提取预压缩燃料－助燃剂混合物燃烧生成的大部分能量，并将其转换成机械功，该机械功随后可通过各种方法转换成可用的输出动力来运行机动装置。

Description

快速点火快速响应动力转换系统
相关申请
本申请要求2007年4月5日提交、名称为“快速点火(rapid-fire)快速响应动力转换系统”、序列号为No.60/922,241的美国临时申请的优先权，其以全文引用的方式结合于此。
技术领域
本发明总体上涉及使用内燃机从燃烧源产生能量、并使用动力转换装置以提取产生的能量并将其转换成可用能量或功的动力转换系统。
背景技术
现有很多不同类型的初级能源，将化石和其他燃料转换成可用能量或动力，设计来为一个或多个目的做功。使用这种能源的一些应用包括日常普通用品，例如汽车、割草机、发电机、液压系统等。或许最广为人知的初级能源实例是常规内燃机(“IC”)，其将化石/矿物燃料燃烧获取或产生的能量转换成可用能量，例如机械能、电能、液压能等。事实上，传统内燃机具有很多既用作电机也用作能源的应用，用于驱动或启动各种物品，例如泵。将化石燃料转换成可用能量也在大型电厂完成，电厂向成千上万个体用户访问的电网供电。
尽管初级能源已经被成功地用来执行上述几种功能，但是由于它们相对较慢的响应特性，在很多应用中，它们并没有独立地成功采用。尽管在单滴燃料内包含大量的能量，内燃机在为小型装置提供动力方面特别困难，特别是使用反馈回路来实现被驱动机械结构的移动的实时调节的机器人装置和其他类似系统。在机器人或需要快速响应的任何其他系统中，能源通常必须能产生能够即时或近乎即时修正的输出功率，修正由接收到的反馈确定，这对于维持机器人装置的正确运行是必需的。已经证实，使用化石燃料来进行能源生产的初级能源在这些环境中是困难的或大部分是不可工作的。
机械系统内起作用的能源的响应速度或响应时间，该响应时间更精确地称为系统带宽，是能源产生的能量能被应用多快地转换、获取和使用的指示。快速响应动力系统的一个实例是液压动力系统。在液压系统中，来自任意数量的源的能量能用于为液压流体加压，受压/加压流体储存在储液器中供后续使用。这就是填充(charging)储液器所代表的意思。通过打开系统中的阀并且释放储液器中的流体，储存的受压流体中包含的能量能被近乎瞬间获取用于做功，例如延伸或缩回液压驱动执行器。这种液压系统的响应时间很快，大约为几毫秒或者更少。
相对慢响应动力转换系统的实例是如上所述的内燃机。装备传统内燃机的车辆上的加速器控制发动机的旋转速度，旋转速度以旋转数或每分钟转数(“rpm”)来测量。当需要动力时，启动加速器，发动机相应地增加其旋转速度。不考虑阻抗因素，由于发动机内部的几个惯性力以及燃烧过程的性质，发动机不能非常快地实现预期改变。如果发动机的最大旋转输出是7000rpm，那么，发动机从0至7000rpm所花的时间是发动机响应时间的量度，其能是几秒或更多。而且，如果试图以从0至7000rpm并返回到0rpm的快速循环重复操作发动机，那么，由于发动机试图响应循环信号，发动机的响应时间甚至更慢。相对而言，液压缸可以在几毫秒或更短时间内启动，并且能在不损害其快速响应时间的情况下以快速循环的方式运行。
为此，很多采用慢响应初级能源系统(例如，内燃机)的应用需要将初级能源产生的能量储存在另一个更加快速响应的能量系统中，该能量系统能将能量保存下来，从而能在后面即时获得该能量。这种应用的一个实例是重型泥土搬运设备，例如反向铲和前端装载机，它们使用上述液压系统。重型设备一般由内燃机提供动力，该内燃机通常是柴油发动机，其提供了充足的动力用以操纵和驱动设备，但是不能满足各种功能部件例如铲斗或反向铲的能量响应需求。通过将来自内燃机的动力在液压系统中储存和放大，重型设备能够更精确控制地快速响应，产生更大的力。但是，这种多样性需要付出成本。为了使系统能够能量自给(energeticallyautonomous)以及能快速地精确控制，需要更多的组成部件或结构，从而增加了系统重量及其运行成本。
快速响应动力供应的另一实例是电力供应网或储电装置例如电池。电力供应网或电池中的可用动力可以如同开关打开或关闭一样快速地使用。已经开发了无数电机和其他应用来使用这种电力源。能连接到电网的固定应用能使用来自产生电力的源的直接电输入。但是，为了在系统中使用电力而不使系统受限于电网，系统必须构造成使用储能装置例如可能非常巨大而且笨重的电池。随着现代技术趋于装置的小型化，能源的额外重量和体积以及其伴随的转换硬件变成阻碍有意义进展的主要障碍。
使用初级能源向快速响应源提供动力的固有问题在例如机器人的应用中变得越来越成问题。为了使机器人精确模仿人类运动，机器人必须能实现精确、受控以及及时的移动。这种水平的控制需要快速响应系统，例如上述液压或电系统。由于这些快速响应系统需要来自某种初级能源的动力，机器人必须是向快速响应系统供应动力的大型系统的一部分，或者该机器人必须直接装备有一个或多个重型初级能源或电存储装置。但是，在理想情况下，机器人和其他应用应该具有最小的重量，并且应当能量自给，不受限于具有液压或电力供应管线的能源。但是，迄今为止，在实现快速响应、最小重量、有效控制、以及自给运行的组合方面，技术仍然步履维艰。
发明内容
考虑到上述问题以及现有技术中固有的不足，本发明的目的在于通过提供一种动力转换系统克服这些问题，该动力转换系统构造成提供能量的快速产生以及该能量的快速提取，以供转换成输出动力来操作一个或多个装置。
为了实现上述目标，根据具体实施和在这里宽泛描述的本发明，本发明提出了一种快速点火快速响应动力转换系统，包括：(a)快速点火外部压缩/内燃机，在一个示例性实施例中其包括：燃烧室，该燃烧室在靠近燃烧室的头端具有燃烧部；可控进料/进气装置，该进料装置与受压可燃流体源流体连通，该进料装置构造成将可燃流体通过至少一个可控流体进口注入燃烧部；点火源，该点火源由控制器控制以选择性地正时可燃流体的燃烧，其中，该燃烧用于在燃烧室内产生能量；快速响应部件，该快速响应部件靠近燃烧室的燃烧部设置并与该燃烧部流体连通，并具有较低的惯性以促进燃烧的快速响应，其中，该快速响应部件构造成提取一部分燃烧室中燃烧产生的能量并将其转换成机械功；以及输出口，该输出口用于在燃烧后排出燃烧室中的已燃烧废气；(b)能量传递部件，其构造成接收快速响应部件中的机械功，并将其转换成可用输出动力，用于运行装置或系统例如液压泵。
上述外部压缩发动机通过从发动机的燃烧室中物理地去除压缩循环而实现其快速响应特性。替代在活塞的吸入/进气冲程中将燃料和助燃剂引入燃烧室中并随后在压缩冲程中压缩该混合物的方式，取而代之的是在发动机外部的位置预混合燃料和助燃剂并将其预压缩成受压可燃流体。燃料/助燃剂混合物在外部被预压缩到大于或等于燃烧室内最大预点火压力的压力，从而允许混合物穿过进料装置进入燃烧室时能有轻微的压力降。
将压缩机构从燃烧机构分离出来消除了四冲程循环内燃机的传统进气和压缩冲程，发动机降低到仅有执行燃烧和排气冲程所需的部件。因此，本发明的发动机不再需要曲柄轴以及所有的相关部件，例如轴承、连杆、十字头和飞轮，因为在接收燃烧过程产生的输出能量之前，不再需要曲柄轴将压缩能量转换为预燃烧产品。所得到的外部压缩发动机更简单、更小巧、重量更轻并且比传统内燃机反应更快，用在机器人和其他需要最小重量、快速响应、有效控制以及自主运行的应用中是理想的。
而且，本发明不限于使用可燃流体来实现驱动发动机的反应。尽管受压可燃流体通常是燃料和助燃剂的组合例如预压缩空气/燃料混合物，但是，其他类型的燃料也可以用来产生反应。单元推进剂、自燃双组元推进剂或其他无需燃烧即放热的燃料是类似的有用能量源，可以通过结合催化剂以触发反应或增强能量释放速率来应用。在这种情况下，快速点火外部压缩发动机包括反应室，在靠近该反应室的头端具有反应部，以及包括可控进料装置，其构造成向反应部注入受压反应燃料。受压反应燃料的实例是浓缩过氧化氢，其在注入反应部之后快速分解，产生主要由蒸汽和氧组成的非常热的气体。
不管燃料或反应的类型，本发明还提出了一种有动力装置的/机动的执行器系统，包括：(a)快速点火外部压缩发动机，其构造成从注入靠近燃烧室头端的燃烧部的受压可燃流体中产生能量，其中，也被称作寄生活塞(parasite piston)的快速响应部件与燃烧室流体连通并且与燃烧部相邻，该快速响应部件构造成提取至少一部分在燃烧过程中产生的能量并且将其转换成机械功；(b)能量传递部件，其构造成接收机械功并且将其转换成可用输出动力；(c)泵，由能量传递部件可操作地提供动力，其中，该泵构造成通过压力管线排出液压流体；(d)通过压力管线与该泵流体连通的压力控制阀，其中，所述压力控制阀构造成相对于执行器选择性地调节液压流体的排量和压力；以及(e)联接到负载的执行器，其中，所述执行器与压力控制阀流体连通并且构造成根据接收到的受压液压流体以及响应施加的载荷动力来驱动负载。
本发明也允许很多快速点火快速响应动力转换装置安装在公用的受压可燃流体总线上并分享公用压缩机。例如，在使用几个执行器的机动液压执行器系统中，一个或多个快速点火快速响应动力转换装置可以靠近各个执行器分布，并用来产生该执行器所需要的受压液压流体。相比于传统的伺服液压系统(该系统使用分布式伺服阀，通过节流液压供应总线中的受压液压流体来控制压力和流量)，这导致了显著提高的整体转换效率。本发明通过同时提供发动机、液压泵以及伺服阀的功能而简化了系统，改善了效率。
本发明还提出了一种从快速点火外部压缩发动机向装置提供动力的方法，其中，该方法包括：(a)产生外部供应的受压可燃流体；(b)将受压可燃流体引入靠近燃烧室头端的燃烧部，也称作寄生活塞的快速响应部件与燃烧室流体连通并且靠近该燃烧部，其中，该快速响应部件构造成提取燃烧过程中产生的能量的至少一部分并将其转换成机械功；(c)在受压可燃流体中启动燃烧，产生能量；(d)通过给所述装置提供动力，使快速响应部件做机械功，提取一部分燃烧产生的能量；以及(e)排出燃烧室中的废气产品，将快速响应部件拉回到燃烧室的头端。
附图说明
通过结合附图进行的如下描述和所附权利要求，本发明将会变得更加清楚。应该理解，这些附图仅仅描述了本发明的示例性实施例，因此，它们不应当被看作对本发明范围的限制。显然，容易意识到，在这里的附图中一般描述并解释的本发明的部件可以布置和设计成各种不同构型。尽管如此，本发明将通过附图进一步具体和详细地描述和解释。在附图中：
图1显示了根据本发明的示例性实施例的快速点火快速响应动力转换系统的示意侧视图；
图2显示了根据图1所示的示例性实施例的快速点火快速响应动力转换系统的扩展示意侧视图；
图3a显示了提取由外部压缩发动机产生的能量的示例性动力转换系统；
图3b显示了提取由外部压缩发动机产生的能量的另一示例性动力转换系统；
图4显示了与各种局部示意侧视图相关的方块图，描述了通过快速响应动力转换系统的能量传递部件进行的各种形式能量传递；
图5显示了根据本发明的示例性实施例的快速点火外部压缩发动机在时间、燃烧室内温度和寄生活塞位移方面的物理响应特性的图示；
图6a显示了传统内燃机的响应特性；
图6b显示了与传统内燃机的响应特性相比，本发明的示例性实施例提供了更好的物理响应特性，例如更宽的带宽以及脉冲宽度调制能力；
图7显示了与各种局部示意侧视图相关的方块图，描述了使用示例性快速点火快速响应动力转换系统为液压泵提供动力，该液压泵用于向压力控制阀提供液压流体，所述压力控制阀构造成调节进出附装于负载的执行器的液压流体的压力和流量；以及
图8是流程图，描述了根据本发明的示例性实施例的快速点火外部压缩发动机的方法。
具体实施方式
下面对本发明示例性实施例的详细说明参照了附图，附图构成说明的一部分，其中通过举例显示了可实施本发明的示例性实施例。尽管这些实施例描述得足够详细，足以使本领域技术人员能够实施本发明，但是应该意识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现其它实施例以及对本发明进行各种改变。因此，下面如图1至图7所示的本发明实施例的更详细说明不是用于限制权利要求所限定的本发明的范围，而且仅仅出于描述的目的，不会限制描述本发明的特征和特性以及限制阐述本发明的最佳实施方式，并且足以使本领域技术人员实施本发明。相应地，本发明的范围仅由所附权利要求限定。
参照附图，可以更好地理解下面的详细说明和本发明的示例性实施例，其中，本发明的元件和特征由附图标记指代。
本发明描述了一种从快速点火外部压缩发动机产生能量以及通过独特的快速响应动力转换系统将这种能量转换成可用能量或动力、从而在高能量带宽下操作机动(用动力推动的，有动力装置的)装置的方法和系统。所述快速点火外部压缩发动机是大功率的能量源，能通过控制注入燃烧室内的预压缩燃料/助燃剂混合物的量来连续地或者以选择性的脉冲运行。
现参照图1，显示了根据本发明的一个示例性实施例的快速点火快速响应动力转换系统的简化示意图。具体而言，图1显示了快速点火快速响应动力转换系统10的一个示例性实施例，包括快速点火外部压缩和燃烧发动机14、快速响应部件24和动力转换装置16。所述外部压缩发动机包括唯一的两冲程燃烧/排气循环发动机，其设计成与这里描述的快速响应动力转换系统配合运行。其他类型的发动机在上面所述的发明人的早期专利申请中描述。
所述快速点火外部压缩发动机是可以随意操作的两冲程燃烧/排气循环发动机，从而燃烧驱动快速响应部件24。“快速点火(速射，rapid-fire)”的意思是外部压缩发动机通过使用进料装置30控制预压缩燃料/助燃剂混合物34进入发动机的燃烧部26、在非常短的燃烧循环中选择性地和连续地驱动快速响应部件的能力，所述燃烧部26靠近燃烧室20的头端22。
“外部压缩”的意思是在发动机外部位置将燃料和助燃剂预混合并预压缩成受压可燃流体，以用于消除四冲程循环内燃机的传统进气和压缩冲程，将发动机减少到仅具有执行燃烧和排气冲程所需要的部件。换句话说，一旦燃料/助燃剂混合物被引入燃烧室，本发明的快速点火压缩发动机不需要执行额外的压缩。燃料/助燃剂混合物34可以在外部预压缩至大于或等于燃烧室内最大预点火压力的压力，从而允许混合物经过进料装置30进入燃烧室20时有轻微的压力降。在替代实施例中，燃料和助燃剂可以分别压缩，并在进料装置30内结合在一起，或者两者都可以在一定压力下分别注入燃烧室20内。
不管混合预压缩燃料和助燃剂以及将混合物引入燃烧室的方法如何，一旦燃料/助燃剂混合物进入燃烧室，本发明的发动机不再进一步对其压缩或做功。相反，预压缩燃料/助燃剂混合物的压力适于促进燃烧，而不需要在燃烧室内进一步压缩，并且，所述发动机构造成输出混合物的燃烧过程中产生的能量。
在本发明的示例性实施例中，快速响应部件24可包括寄生活塞(parasite piston)70，该活塞在这里也称作能量提取活塞。“寄生”的意思是该活塞构造成主要从系统中提取能量。不像传统内燃(“IC”)发动机内部的活塞(其既在压缩冲程过程中通过压缩燃料/助燃剂混合物将能量输入系统，也在燃烧冲程过程中从系统中接收能量)，本发明的寄生活塞仅在燃烧冲程中接收能量，因为燃料/助燃剂混合物在外部压缩发动机外部的分离/单独装置中预压缩。所述寄生活塞还构造成比传统内部压缩发动机中的活塞具有更低的惯性，这能使其更快地响应燃烧循环中产生的力。
图1所示的示例性快速点火外部压缩发动机14包括单独的燃烧室20，其通过进料阀144与进料装置30隔开。燃烧室包围快速响应部件24，或者，在本实施例中为寄生活塞70。所述寄生活塞70包括与燃烧部26相邻或并置的表面或能量接收部78，该燃烧部26是靠近燃烧室头端22的包封容积。从寄生活塞70延伸出的是联接到动力转换装置16的能量传递部件82上的活塞杆74，动力转换装置或者通常被称作构造成做功的机动装置。在不工作的位置，寄生活塞70的能量接收部78可被偏压在大致密封的缩回位置上，靠着唇部(未示出)或其他合适的密封部件上，并且被弹簧或其他合适的偏压力例如蓄压器偏压，从而，在将燃料/助燃剂混合物34引入燃烧室之前，寄生活塞被支撑在偏压位置。
在起动快速点火外部压缩发动机14之前，首先通过燃料/助燃剂供应总线(bus)124将预压缩燃料/助燃剂混合物34供应到进料装置30。燃料/助燃剂混合物填充控制室128，但是被燃料控制阀136阻止进入进料室140和燃烧室20。在操作前，借助于偏压部件148将进料阀144偏压在打开位置，一旦控制阀打开，这将允许预压缩燃料/助燃剂混合物从控制室自由流出，流经进料室进入燃烧室。在所示的方面，所述偏压部件是机械装置，但是在其他方面，其可以是电子偏压部件，甚至是主动控制的阀执行器。
为了运转快速点火外部压缩发动机14，燃料控制器50向燃料控制执行器54发出信号以打开控制阀136。在所示方面，燃料控制阀是电控制阀，但在其他方面，其可以是机械控制阀。预压缩燃料/助燃剂混合物34流经进料室140进入燃烧室20的头端22，并开始填充燃烧部26。当燃烧部充满预压缩气体时，一力作用在能量接收面78上，造成寄生活塞70远离燃烧室的头端线性移动。这种移动由点火控制器112通过活塞位移传感器172监控。当点火控制器检测到寄生活塞已经移到与预压缩燃料/助燃剂混合物的具体充填量相应的指定位置时，控制器利用点火源110点燃可燃流体。如果燃料/助燃剂混合物进一步由空气/燃料混合物组成的话，那么点火源可以是火花点火类型。但是，其还可以包括本领域技术人员知道的能够在可燃流体中引起燃烧的任意类型点火源。
尽管为了达到最大效率，燃料/助燃剂的充填量通常要优化，但点火控制器可以连续地改变充填量。当需要更多动力时，通过延迟点火直至位移传感器检测到寄生活塞已经移动到更加远离燃烧室头端的位置，可将更大充填量的预压缩燃料/助燃剂混合物引入发动机。
在替代实施例中，燃料/助燃剂充填物的点火可以不由寄生活塞70的位移触发。取而代之，点火可以根据进料装置30中的流量计(未示出)测得的或者利用控制器正时的已经进入燃烧室20的燃料/助燃剂混合物34的体积或量来启动。点火还可以根据压力传感装置(未示出)测得的燃烧室20内的预燃烧压力启动，在这种情况下，寄生活塞70可以暂时固定在燃烧室20的头端22附近，从而维持燃烧部26具有恒定容积，但随着其开始填充预压缩燃料/助燃剂混合物压力增加。
一旦燃烧，由于膨胀的燃烧气体，寄生活塞70很快加速到最大速度。外部压缩发动机产生的力被动力转换装置16的能量传递部件82施加的对立载荷抵消(平衡，counter)，导致燃烧产生的能量被提取并且转换成可用的机械功。由于能量被提取，寄生活塞的速度降低到零。该速度的降低由排气阀控制器164通过活塞速度传感器176监控。当寄生活塞的速度接近0时，排气阀控制器向排气阀执行器168发出信号以打开排气阀156，使燃烧气体42能从排气口160排出。这可以将寄生活塞立即拉回其起始位置。在所示方面，排气阀是电控制阀，但在其他方面，其可以是机械控制阀。此外，在所示方面，排气口设置在燃烧室20的头端22，但在其他方面，排气口可以设置在燃烧室的侧壁46上。当寄生活塞返回到其在燃烧室头端附近的起始位置时，其速度再次为零，排气阀控制器关闭排气阀。
燃料/助燃剂混合物的燃烧造成的压力升高足以克服偏压部件148产生的力，推动关闭进料阀144，并且在燃烧冲程(这里也称作动力/膨胀/做功冲程)的持续时间内相对于燃烧室20的头端22密封住进料室140。燃烧室中的较高压力维持的足够高，从而保持进料阀关闭，直到几乎所有的废气已经在排气冲程结束时排出，这时偏压部件造成进料阀弹回打开。只要燃料控制器50保持打开燃料控制阀136，当进料阀重新打开时，预压缩燃料/助燃剂混合物34将会立即开始流回燃烧室的头端，燃烧过程将会自动重复。
本发明的一个重要方面在于，所述寄生活塞70相比于本领域技术人员知道的传统内燃机中使用的活塞具有明显低的惯性。这种低惯性寄生活塞有助于对燃烧作出快速响应，引起寄生活塞沿着燃烧室的纵向轴线非常快速的线性移动86。因为寄生活塞的惯性远低于传统内燃机中活塞的惯性，在燃烧产生的能量否则会损失于传统内燃机中固有的低效率之前，所述寄生活塞能有效地提取燃烧产生的大部分能量。在本实施例中，寄生活塞的能量接收部78的尺寸、位置和构造设计成对靠近燃烧室20头端22的燃烧部26内发生的燃烧作出反应，从而引起寄生活塞线性运动，寄生活塞转而将机械功传输至动力转换装置16的能量传递部件82。
图2进一步扩展了图1所示的快速点火快速响应动力转换系统10的实施例。在该扩展视图中，快速点火外部压缩发动机14可操作地联接到从燃料源116接收燃料或油/燃料混合物的远程压缩机120。在所示实施例中，远程压缩机将燃料或油/燃料混合物与助燃剂例如空气结合，并将它们一起压缩形成预压缩燃料/助燃剂混合物，该混合物通过燃料/助燃剂总线124传输至进料装置30。因此，燃料/助燃剂总线将远程压缩机流体连接到外部压缩发动机。但是，也应该意识到，在本发明的其他等效实施例中，可将燃料注入压缩机下游的燃料/助燃剂总线、进料装置本身内部，或者还可将燃料直接注入或雾化入燃烧室，所述燃料与助燃剂分开。
如图2进一步显示的，所述预压缩燃料/助燃剂混合物34被保持在燃料控制室中，直到控制器50(未示出)使燃料控制阀136打开。在燃料控制阀打开之后，预压缩燃料/助燃剂混合物34流经进料室140，环绕进料阀144进入燃烧室20头端22附近的燃烧部26。进料阀通常被偏压部件148偏压在打开位置。在所示方面，偏压部件148是机械装置，但在其他方面，其可以是电子偏压装置，或者甚至是主动控制的阀执行器。还应该注意，远程压缩机120可以是本领域公知的能向燃烧室供应压缩燃料/助燃剂混合物的任意类型压缩系统，用于操作外部压缩发动机。
燃烧室20的燃烧部26由侧壁46、头端22、以及寄生活塞70的能量接收侧78限定而成。在寄生活塞响应预压缩燃料/助燃剂混合物施加的压力移动一指定的线性距离之后启动燃烧，移动距离由位移传感器172测量并由点火控制器112监控，该点火控制器使用点火源110触发燃烧。通过对点火控制器编程，预压缩燃料/助燃剂混合物或受压可燃流体的充填量可以根据快速点火快速响应动力转换系统10的期望产生动力而改变。
图3a显示了一种示例类型的动力转换装置16，其可以由外部压缩发动机14提供动力。在该装置中，寄生活塞不是直接联接到机动装置194的能量传递部件82，而是在结构上与该能量传递部件82独立。寄生活塞70通过与动态质量结构(dynamic mass structure)190的互相作用为机动装置194提供动力。具体而言，寄生活塞包括附着于或者形成在活塞杆74上的冲击构件188。该冲击构件实质上是能量传递部件，一旦所述寄生活塞在燃烧力的作用下移动时，该冲击构件冲击动态质量结构，转而提取储存在寄生活塞中的动能。动态质量结构与寄生活塞和机动装置均隔开，并且独立于它们操作。冲击造成动态质量结构以给定的速度移动预定距离，在那里冲击机动装置的能量传递部件。一旦冲击，动态质量结构构造成将其储存的动能传递到能量传递部件，该能量传递部件然后将该动能转换成动力，用于运行机动装置194。该过程在外部压缩发动机的每个循环中重复进行。
动态质量结构动力转换系统的概念在2005年12月1日提交、名称为“Dynamic Mass Transfer Rapid Power Conversion Device(动态质量传递快速动力转换装置)”的申请号为11/293621的美国专利申请中有更全面的阐述，该专利文献通过全文引用结合于此。
图3b显示了动力转换装置16的另一个示例性实施例。与图3a的实施例中寄生活塞70不是直接连接到能量传递部件不同，图3b的实施例包括一寄生活塞，其中活塞杆74直接联接到机动装置194的能量传递部件82。在这种更通用的情况下，燃烧造成的寄生活塞的位移用于直接推动所述机动装置。此外，寄生活塞优选被该机动装置偏压向燃烧室20的头端22。
图4显示了能量传递部件82的不同实施例，其用于将外部压缩发动机的能量转换成可用的能量或功或动力。能量传递部件82可以包括以及/或者可以与任意数量的能量转换或机动装置194相联。特别地，能量传递部件82构造成将寄生活塞70或动态质量结构190的线性移动和储存的动能转换成各种类型的可用能量，例如液压能、气动能、电能和/或机械能。将线性运动和动能转换成这种不同类型的可用能量是本领域公知的。
例如，在液压系统200中，通过寄生活塞杆74或动态质量结构190，能量传递部件例如液压室202中液压活塞204的线性轴向移动可以提供液压压力和液压流206，正如本领域所公知的。类似地，在气动系统210中，寄生活塞杆74或动态质量结构190可以为形式为气动腔212中气动活塞214的能量传递部件提供线性移动，从而提供形式为气动压力和气体流216的输出能量。
其他系统可包括电力系统220和机械系统230。正如本领域公知的，在电力系统220中，寄生活塞杆74或动态质量结构190的线性移动可以互连到形式为磁性活塞222的能量传递部件上，该磁性活塞具有电枢224，该电枢224中缠绕线圈，其中，该磁性活塞在线圈中往复运动从而产生电能输出226。此外，在机械系统230中，寄生活塞杆74或动态质量结构190的线性移动可以通过形式为棘爪232的能量传递部件转换成旋转能量236，棘爪232构造成推靠在曲柄轴234的齿238上，从而提供旋转能量236。此外，寄生活塞杆74可以直接互连到曲柄轴234上以提供旋转能量236。其他转换能量的方法对于本领域技术人员而言是显而易见的。例如，旋转发电机、齿轮传动系统、以及皮带传动系统可以被本发明的能量传递部件82利用。
图5显示了当快速点火外部压缩发动机进行运转时燃烧室和寄生活塞在时间、温度和位移方面的物理响应特性的图示。具体而言，线300是腔室温度分别由于预压缩燃料/助燃剂混合物34的燃烧、热损失、以及废气42的膨胀和排出相对于寄生活塞的线性位移的上升和下降的相对显示。线310是寄生活塞70在燃烧室内移动时其位移的显示。
同时参考图1和5，外部压缩发动机14在非操作状态(t1)下启动，寄生活塞70停靠在其最接近进料口152的偏压位置，进料阀144偏压在其打开位置。在时间事件320时，燃料/助燃剂控制阀136打开，使预压缩燃料/助燃剂混合物34流经进料室140，经过打开的进料阀并进入靠近燃烧室20头端22的燃烧部26。随着燃烧部充填预压缩燃料/助燃剂混合物，燃烧室中的温度开始轻微上升，寄生活塞上作用的压力使其从其起始位置向位置d1轻微移动。当寄生活塞到达位置d1时，点火控制器112在事件324时启动点火源。在随后的最佳设计燃烧(A)中，燃烧室中的温度快速升高，然后由于废气膨胀作用在寄生活塞上而快速降低。同样，在事件324时，燃烧过程中压力的相应上升造成进料阀暂时克服偏压部件148并且立即关闭，防止了燃烧进入进料室并点燃储存在进料装置30内的气体。寄生活塞通过快速移向动力转换装置16来作出响应，但在做完功以及燃烧气体完成其膨胀后减慢。排气控制器164监控寄生活塞的速度，在寄生活塞的速度降低到零之前，控制器在事件328时打开排气阀156。
打开排气阀156允许燃烧废气逸出，这使得温度降低并且将寄生活塞拉回其起始位置。一旦寄生活塞到达其起始位置，排气阀关闭(事件332)，进料阀重新打开(事件336)，允许预压缩燃料/助燃剂混合物34重新充填进燃烧室20。只要燃料/助燃剂控制阀136被燃料控制器保持在打开位置，该过程将会连续地(在t2开始)重复(B)。这种通过简单地打开燃料/助燃剂控制阀启动外部压缩发动机14的自动快速点火运行是给予本发明的“机械枪”特性的原因。外部压缩发动机将会连续运行，直到燃料/助燃剂控制阀关闭。
注入燃烧部26的燃料/助燃剂混合物的体积由d1控制，并且基于燃料/助燃剂混合物34的化学成分、燃烧室20的几何形状以及寄生活塞70的物理特性在常规操作情况下最优化以实现最大效率。但是，可以预见到，在较低发动机效率的相应取舍下，将会出现需要更大动力输出的情况。通过使点火控制器112从d1至d2调节点火时间——这会导致更大量的预压缩燃料/助燃剂混合物被注入燃烧部，本发明的外部压缩发动机14能适应更大的动力需求(在t3开始)。更猛烈的燃烧(C)造成更高的峰值温度340以及寄生活塞342能做更大量的功，这可以或者不可以容易地通过观察寄生活塞的位移得到，即便负荷更大。
本发明的快速响应外部压缩发动机14相比于现有技术中已经发展成熟的传统内燃机具有显著的优势。众所周知，传统内燃机设计成将燃烧产生的热能转换成传动活塞的线性移动，进而通过曲柄轴转换成旋转能。但是，由于散入围绕燃烧室的发动机壁内的热量以及废气中保留的残余热量，传统内燃机产生的大量热量损失了。即便最有效的内燃机也很少能达到超过35％的效率。因此，超过一半的燃烧燃料中的可用能量经由传导和辐射以热传递的形式通过壁和活塞损失，以及通过废气释放热量损失。
代表燃烧的线300的上升和下降显示的热量增加和热量损失描述了有能量做功的时间，并且在该时间段中，传统内燃机中的传动活塞应该提取热能。但是，传动活塞的运动对曲柄轴的运动至关重要，该循环时间远低于燃烧室中燃烧和传热过程。结果，在传统内燃机中燃烧过程中产生的大部分热能在能被传动活塞作为功提取之前逸出。
但是，根据本发明，在热能有机会流失前，寄生活塞基本完成了其有用的能量提取循环。因为寄生活塞的响应时间远快于传动活塞，因此它能在热能流失到由壁、主活塞以及外部压缩发动机的其他部件形成的散热器之前将更多百分比的热能转换成线性运动。例如，在以每分钟3000转运行的传统内燃机中，传动活塞将在大约10毫秒、或0.010秒内完成半循环(或者能量提取冲程)。同时，与燃烧和热量损失相关的燃烧室温度300的升降基本在大约3毫秒、或0.003秒内完成。由于寄生活塞独立于曲柄轴或其他类似装置操作，并且具有显著较低的惯性，所述寄生活塞能在3毫秒或者甚至更短的响应时间内自由反应。寄生活塞能够在大部分燃烧能量可用时的3毫秒时间区间内开始和停止从发动机的燃烧气体中提取能量。换句话说，在本发明的快速点火外部压缩发动机中，活塞的移动与曲柄轴的机械约束脱离，并且被赋予直接响应于燃烧过程的自由度，这使得发动机更有效率，反应时间更快。
图6a和6b进一步显示了与传统内燃机的响应特性相比，本发明的快速点火外部压缩发动机提供的优越的物理响应特性，例如更宽的带宽以及脉冲宽度调制能力。发电意义下的带宽是发动机能快速响应宽范围载荷状况的能力。具有宽带宽的发动机能提供近乎即时的动力，用于短时间驱动重载荷，并且当载荷去除后立即停止运行，并且短时间后再次启动，长时间地提供持续动力输出。脉冲宽度调制涉及由一系列快速点火脉冲(或周期性脉冲组)表示的发动机占空比的调制，由此给予操作者控制发动机所连接到的传动系统整体性能的能力。
图6a是以3000转/分运行的传统内燃机的燃烧室压力(P)-时间(t)图。在该速度下，燃烧室能每10毫秒点火一次。根据引入燃烧室内的燃料量，燃烧室压力350将升高到不同程度，燃料量越多，产生的峰值燃烧压力越大。压力尖峰下的面积与可供发动机功输出的能量成比例。由于连接到曲柄轴的传动活塞的机械约束，在3000rpm的情况下，传动活塞仅在每10毫秒点火一次的位置。能控制发动机增加燃烧压力，这对于增加发动机的速度(未示出)有根本性的影响。但是，即便使用高响应的传统内燃机，也将花费大量的时间(超过500ms)来增加可用作功输出的能量，即便如此，最终速度通常被发动机的机械特性限制在少于6000转/分。
相比之下，图6b显示了本发明的快速点火外部压缩发动机的燃烧室压力(P)-时间(t)图。由于发动机不依赖于以相对恒定速度旋转的曲柄轴，发动机能快速地、频繁地、以及以系统要求所需的任何动力水平自由地点火。如图6b所示，快速点火发动机的循环响应更精密地与燃烧循环的正时对准，该燃烧循环能在3毫秒或更短的时间内发生。因此，当传统内燃机与具有同样尺寸的快速点火外部压缩发动机相比时，快速点火发动机能以三到四倍(的频率)频繁点火，造成明显更大的动力输出。此外，快速点火发动机能在任意时刻开始和停止，使精确控制的动力输出能紧密匹配动态负载的需求。最后，当正常峰值压力360优化为最佳效率时，如果发动机的快速点火能力独自不足以满足负载的需求，所述点火控制器112(未示出)能调节点火设置点，从而允许更多的燃料充填到燃烧室内，这将会造成更高的峰值压力364以及增加的动力输出。
此外，本领域技术人员将容易意识到，燃料控制器50(未示出)和点火控制器112(未示出)可以在任何时间点一起或分开控制快速点火发动机的运行和动力输出，从而提供频率调制，甚至频率、脉冲宽度调制，或者甚至频率、振幅调制。这种在任何时刻提取能量、然后快速停止提取、然后再次快速提取能量的能力提供了远胜过传统内燃机能量提取和转换带宽的有利带宽。
图7显示了与各种局部示意侧视图相关的方块图，描述了使用单个示例性快速点火快速响应动力转换系统为泵提供动力，该泵驱动附装于负载的单个执行器，在这里，它们可以共称为具有动力装置的执行器系统。在该实施例中，快速点火外部压缩发动机14用于启动或驱动显示为液压系统200的快速响应装置16。在一个方面，外部压缩发动机可包括远程压缩机120，其接收燃料源116的燃料，将燃料压缩并通过燃料/助燃剂管线124将其传输到靠近燃烧室20头端22的燃烧部26内，如上文所述。
在所示实施例中，一旦燃烧，促使寄生活塞70致动液压室202内的液压活塞204。因此，一旦燃烧，快速响应装置16被用来将受压流体、特别是液压流体通过压力管线438泵送到压力控制阀400内。泵通过容器管线434接收液压容器430的液压流体。一旦被外部压缩发动机致动或提供动力，液压系统200向储液器442充填物料，所述储液器构造成在各种选择压力下向压力控制阀提供液压流体。
压力控制阀400包括流体联接到液压压力管线438的压力入口，以及流体联接到回流容器454的回流入口，回流管线446由回流阀450控制。先导阀458也流体联接到该压力控制阀，该先导阀构造成向压力控制阀400提供第一级压力。从压力控制阀400延伸的是主管线462，其与形成在压力控制阀400的对立侧上的负载压力反馈口流体连通，此外，压力和回流出口也成形在压力控制阀400中，并且与压力和回流入口根据战略性支撑在压力控制阀400内的第一和第二阀芯(未示出)的选择性定位而连通。主管线462进一步与负载供料管线466流体连通，转而与通过负载支承件416和执行器410作用的负载420流体连通。
液压泵200、压力控制阀400、以及执行器410的具体功能在2005年12月1日提交、名称为“Pressure Control Valve Having Intrinsic FeedbackSystem(具有内在反馈系统的压力控制阀)”的7308848号美国专利中更具体地描述，其通过全文引用结合于此。
在所示构造中，快速点火快速响应动力转换系统10用于驱动执行器410，该执行器转而驱动负载420。根据燃料控制阀136的启动以及控制器112(未示出)控制的发动机点火正时，所述快速点火外部压缩发动机14能以快速爆发或以更稳定或恒定的方式产生大量的能量。这种快速能量产生功能通过快速动力转换系统16传递或转换，从而获得为液压泵提供动力的快速输出动力。通过向压力控制阀400提供必需的压力，该液压泵快速响应，精确、及时地驱动执行器410，并最终驱动负载420。在这方面，使用快速点火快速响应动力转换系统的有利之处在于，执行器能使用接收到的大量动力在短时间内根据需要驱动负载。因此，在外部压缩发动机与执行器和负载的实际驱动之间的系统损失很小，并且输出动力增加。例如，在不描述先导阀和压力控制阀的具体功能的情况下，如果负载420要被连续驱动或保持在适当位置以克服重力，那么，快速点火外部压缩发动机可以被连续地启动以产生恒定能量，该能量可通过动力转换系统转换成可用动力。所述泵连续运行，从而供应将执行器维持在驱动模式所需要的必要受压液压流体。
在另一示例中，如果周期性(随机地或者系统地爆发)启动执行器410和驱动负载420，快速点火外部压缩发动机可被周期性地启动，从而产生快速爆发的能量。在该示例中，泵将被周期性地操作，从而在指定或预定时间内提供驱动执行器所需要的必需受压液压流体。相比于现有相关四循环或四冲程系统，快速点火外部压缩发动机的优势结合动力转换装置的快速响应和能量提取，使本系统能在短时间内产生大量的爆发性的输出动力。
在图8的流程图中显示了运行快速点火外部压缩发动机的方法500。所述方法包括：获取外部供应的预压缩燃料/助燃剂混合物的获取步骤510；以及将预压缩燃料/助燃剂混合物引入由燃烧室的头端和快速响应部件限定的燃烧室的燃烧部内的引入步骤520。该方法还包括：点燃包封在燃烧部中的预压缩燃料/助燃剂混合物，以产生能量并驱动快速响应部件远离燃烧室头端的点燃步骤530；以及通过使快速响应部件执行机械功而提取一部分燃烧产生的能量的提取步骤540。该方法还包括排气步骤550，其中从燃烧室中排出废气，将快速响应部件拉回到燃烧室的头端，使得只要具有可引入燃烧室的预压缩燃料/助燃剂混合物，则上述循环重复进行。
前面的详细说明参考具体示例性实施例描述了本发明。但是，应该意识到，在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下可以进行各种修正和改变。详细说明和附图应当看作仅仅是描述性而非限制性的，在任何情况下，所有的这些修正和改变都落在这里描述和限定的本发明的范围内。
更具体地，尽管这里已经描述了本发明的说明性示例实施例，但本发明不限于这些实施例，而是包括本领域技术人员在前面详细说明的基础上可以预料到的进行了修正、省略、合并(例如，各个实施例的不同方面)、适应和/或替代的任意和所有实施例。权利要求的限定应该根据权利要求所采用的语言广泛地解释，而不限于在前面详细说明或所述应用的实施过程中描述的示例，这些示例应解释为非排他性的。例如，在本说明书中，术语“优选”是非排他性的，其意味着“优选，但不限于”。任何方法或工艺权利要求中记载的任意步骤都可以按任意顺序执行，而不限于权利要求中所描述的顺序。装置+功能或步骤+功能限制仅仅用在特定的权利要求限制中，在这种限定中满足所有的下列条件：a)明确记载了“用于...的装置”或“用于...的步骤”；以及b)明确记载了相应的功能。在这里的描述中，支持装置+功能限定的结构、材料或动作明确记载。相应地，本发明的范围应该仅由所附权利要求以及它们的法定等同物而不是由上面给出的说明和示例限定。
本专利要求权利和请求保护的是：

Claims (35)

1.一种快速点火外部压缩发动机，包括：
燃烧室，该燃烧室具有靠近燃烧室的头端的燃烧部；
与所述燃烧室流体连通的进料装置，该进料装置构造成将预压缩燃料/助燃剂混合物通过至少一个流体进口引入燃烧室，其中，预压缩燃料/助燃剂混合物的压力适于促进燃烧，而不需要在燃烧室内进行进一步的压缩；
点火源，该点火源选择性地正时预压缩燃料/助燃剂混合物的燃烧，其中，该燃烧用于在燃烧室内产生能量；
靠近所述燃烧室的燃烧部设置并与该燃烧部流体连通的快速响应部件，该快速响应部件构造成提取燃烧产生的能量的一部分；以及
与所述燃烧室流体连通的输出装置，该输出装置构造成通过至少一个流体输出口排出燃烧室中的废气。
2.根据权利要求1所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：预压缩燃料/助燃剂混合物的外部源包括与燃料源流体连通的远程空气压缩机，用以向所述进料装置提供预压缩空气/燃料混合物。
3.根据权利要求1所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述至少一个流体进口形成于所述燃烧室的头端。
4.根据权利要求1所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述进料装置包括与所述预压缩燃料/助燃剂混合物的外部源流体连通的第一腔室以及至少一个第二腔室，其中，所述第一腔室和所述至少一个第二腔室被燃料控制阀隔开。
5.根据权利要求4所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述进料装置的所述至少一个第二腔室与燃烧室通过所述至少一个进口流体连通，其中，在所述至少一个第二腔室与燃烧室之间的所述至少一个进口由至少一个进料阀控制。
6.根据权利要求5所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述至少一个进料阀构造成被偏压在打开位置。
7.根据权利要求1所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述输出口包括形成在燃烧室的头端的排气口和排气阀。
8.根据权利要求1所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述快速响应部件是设置在燃烧室中的寄生活塞，所述活塞包括能量接收部和能量传递部件，所述能量接收部构造成提取部分燃烧室中燃烧产生的能量。
9.根据权利要求8所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述寄生活塞包括低惯性活塞，其中，所述低惯性活塞构造成响应预压缩燃料/助燃剂混合物的引入燃烧室而移动，并在预压缩燃料/助燃剂混合物被点燃后促进对燃烧的快速响应。
10.根据权利要求8所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述寄生活塞的位置由位移测量装置监控，该位移测量装置的一部分靠近该寄生活塞安装。
11.根据权利要求10所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述位移测量装置是LVDT(线性差动变压器)。
12.根据权利要求10所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：根据所述位移测量装置测得的寄生活塞的位置来控制燃烧室内预压缩燃料/助燃剂混合物的点火。
13.根据权利要求1所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：燃烧室内预压缩燃料/助燃剂混合物的点火基于选自混合物流入燃烧室的体积流量、混合物流入燃烧室的正时、以及燃烧室内混合物的压力的参数进行。
14.根据权利要求8所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述寄生活塞的速度使用速度测量装置来监控，该速度测量装置的一部分靠近该寄生活塞安装。
15.根据权利要求14所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述速度测量装置是LVDT(线性差动变压器)。
16.根据权利要求14所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：根据所述速度测量装置测得的寄生活塞的速度来控制燃烧室输出口的开启。
17.根据权利要求9所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述快速响应部件构造成提供比传统内燃机提供的响应带宽更大的响应带宽。
18.根据权利要求9所述的快速点火外部压缩发动机，其特征在于：所述快速响应部件提取至少90％的燃烧产生的能量。
19.一种用于提供即时的、可控动力的快速点火快速响应动力转换系统，包括：
快速点火外部压缩发动机，包括：
燃烧室，该燃烧室具有靠近燃烧室的头端的燃烧部；
与所述燃烧室流体连通的进料装置，该进料装置构造成将预压缩燃料/助燃剂混合物通过至少一个流体进口引入燃烧室，其中，预压缩燃料/助燃剂混合物的压力适于促进燃烧，而不需要在燃烧室内进行进一步的压缩；
点火源，该点火源选择性地正时预压缩燃料/助燃剂混合物的燃烧，其中，该燃烧用于在燃烧室内产生能量；
靠近所述燃烧室的燃烧部设置并与该燃烧部流体连通的快速响应部件，该快速响应部件构造成提取燃烧产生的能量的一部分；以及
与所述燃烧室流体连通的输出装置，该输出装置构造成通过至少一个流体输出口排出燃烧室中的废气；以及
能量传递部件，该能量传递部件构造成接收所述快速响应部件中的机械功，并将其转换成用以运行机动装置的可用输出动力。
20.根据权利要求19所述的快速点火快速响应动力转换系统，其特征在于：所述能量传递部件构造成将所述机械功转换成选自液压能、气动能、电能和机械能的至少一种形式的可用能量。
21.根据权利要求19所述的快速点火快速响应动力转换系统，其特征在于：所述机动装置选自液压系统、气动系统、发电机系统以及机械系统。
22.根据权利要求19所述的快速点火快速响应动力转换系统，其特征在于：所述快速响应部件联接到选自液压系统、气动系统、发电机系统以及机械系统的负载。
23.根据权利要求19所述的快速点火快速响应动力转换系统，其特征在于：所述能量传递部件包括泵活塞，该泵活塞构造成向泵供应动力，所述泵与执行器流体连通，并构造成驱动所述执行器以及与该执行器相联的负载。
24.根据权利要求19所述的快速点火快速响应动力转换系统，其特征在于：所述快速响应部件构造成至少部分地根据联接到所述快速响应部件的所述能量传递部件而移动可变长度。
25.一种运行快速点火外部压缩发动机的方法，包括：
获取外部供应的预压缩燃料/助燃剂混合物；
将该预压缩燃料/助燃剂混合物引入燃烧室的燃烧部，该预压缩燃料/助燃剂混合物的压力适于促进燃烧，而不需要在燃烧室内进行进一步的压缩；该燃烧部由燃烧室的头端和快速响应部件限定界限；
点燃被包封在燃烧部中的预压缩燃料/助燃剂混合物，启动预压缩燃料/助燃剂混合物的燃烧，以产生能量并驱动所述快速响应部件远离燃烧室的头端；
使所述快速响应部件提取一部分燃烧产生的能量；以及
从燃烧室中排放出废气，将所述快速响应部件拉回到初始位置。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：引入预压缩燃料/助燃剂混合物的步骤包括改变被引入燃烧室的预压缩燃料/助燃剂混合物的正时和充填量，从而实现所述快速点火外部压缩发动机的可变输出。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：引入预压缩燃料/助燃剂混合物的步骤包括选择性地操作进料装置，从而控制预压缩燃料/助燃剂混合物向所述快速点火外部压缩发动机的燃烧部的引入。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括以不同间隔重复获取、引入、点火、提取和排气的组合步骤中的每一个，从而改变快速点火外部压缩发动机的输出。
29.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：点燃预压缩燃料/助燃剂混合物的步骤基于与预压缩燃料/助燃剂混合物的特定充填量相应的寄生活塞的移动位置。
30.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：点燃预压缩燃料/助燃剂混合物的步骤基于选自寄生活塞的移动位置、燃烧室内的压力、燃烧室内预压缩燃料/助燃剂混合物的体积、以及它们的任意组合的参数。
31.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述点火步骤基于燃烧室内预压缩燃料/助燃剂混合物的充填量而定。
32.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述获取预压缩燃料/助燃剂混合物的步骤包括从加压供应总线获取预压缩燃料/助燃剂混合物。
33.一种快速点火外部压缩反应发动机，包括：
反应室，该反应室具有靠近反应室的头端的反应部；
进料装置，该进料装置与反应室流体连通并且与受压非燃烧性反应燃料外部源流体连通，该进料装置构造成将受压非燃烧性反应燃料通过至少一个流体进口引入反应室，其中，反应燃料的压力适于促进燃烧，而不需要在燃烧室内进行进一步的压缩；
触发源，该触发源选择性地触发受压非燃烧性反应燃料的反应，其中，该反应用于在反应室内产生能量；
靠近反应室的反应部设置并与该反应部流体连通的快速响应部件，该快速响应部件构造成提取反应产生的能量的一部分并将其转换为机械功；以及
与反应室流体连通的输出装置，该输出装置构造成通过至少一个流体输出口排出反应室中的废气。
34.根据权利要求33所述的快速点火外部压缩反应发动机，其特征在于：所述受压非燃烧性反应燃料外部源包括远程泵，该远程泵与非燃烧性反应燃料源流体连通，用于向所述进料装置提供受压非燃烧性反应燃料。
35.一种用于提供即时的、可控动力的快速点火快速响应动力转换系统，包括：
快速点火外部压缩反应发动机，包括：
反应室，该反应室具有靠近反应室的头端的反应部；
进料装置，该进料装置与反应室流体连通并且与受压非燃烧性反应燃料外部源流体连通，该进料装置构造成将受压非燃烧性反应燃料通过至少一个成形于反应室头端的流体进口引入反应室，其中，反应燃料的压力适于促进燃烧，而不需要在燃烧室内进行进一步的压缩；
触发源，该触发源选择性地触发受压非燃烧性反应燃料的反应，其中，该反应用于在反应室内产生能量；
靠近反应室的反应部设置并与该反应部流体连通的快速响应部件，该快速响应部件构造成提取反应产生的能量的一部分并将其转换为机械功；
与反应室流体连通的输出装置，该输出装置构造成通过至少一个流体输出口排出反应室中的废气；以及
能量传递部件，该能量传递部件构造成接收所述快速响应部件中的机械功，并将其转换成用以运行机动装置的可用输出动力。
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