CN103299042A - 火花点火式自由基注射系统 - Google Patents

Abstract

一种系统（10），其包括自由基点火系统（12），所述自由基点火系统包括：预燃烧室（26），所述预燃烧室经配置以使第一燃料空气混合物燃烧，以产生火焰、冲击波，以及自由基；注射通道（28），所述注射通道经配置以将来自所述预燃烧室（26）且由所述冲击波驱动的所述自由基注射到燃烧室（34）中；以及淬熄系统（24），所述淬熄系统经配置以熄灭所述预燃烧室（26）或所述注射通道（28）中的所述火焰。

Description

火花点火式自由基注射系统

相关申请的交叉引用

本申请案主张2010年11月11日提交的标题为“火花点火式自由基注射系统（Spark Ignited Radical Injection System）”的第12/944,665号美国非临时专利申请案的优先权，该专利申请案以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

此部分旨在向读者介绍可能本发明各方面所涉及的技术的各方面，这些方面在下文中有所描述和/或主张。此论述据信有助于向读者提供背景信息以促进对本发明的各个方面的更好理解。因此，应了解，应鉴于此而阅读这些陈述，而非作为对现有技术的认可。

内燃机自问世以来便成为日常生活的重要部分。内燃机现广泛应用于各种情形下，从机动车辆到各种机械。为了操作内燃机，将燃料和空气混合并且点燃以进行化学反应，从而将化学能转化为有用的机械能。该燃烧过程的副产物会产生不良副产物，例如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx），以及非甲烷烃（NMHC）。当燃烧过程未能燃烧掉混合物中的所有燃料时会产生这些不良副产物，以及/或者燃烧过程耗时太长会使这些不良副产物形成。随着政府机构加强限制且各企业持续促进其积极的环境影响，现需要制造更有效的发动机以便产生较少的不良排放物。

附图说明

参考附图阅读以下具体实施方式后，将更好地理解本发明的各个特征、方面和优点，在附图中，类似符号表示所有图中的类似部分，其中：

图1为根据自由基注射系统的一个实施例的示意图；

图2为根据自由基的产生并且注射到内燃机中的过程的一个实施例的流程图；

图3为根据自由基在内燃机中燃烧的过程的一个实施例的流程图；

图4为根据一个实施例的曲线图，其示出了自由基注射系统的时刻与活塞位置的关系；

图5为带有自由基注射装置的二冲程发动机的一个实施例的截面图；

图6为图4中的发动机中的自由基注射装置的一个实施例的截面图；

图7为图5中的自由基注射装置的一个实施例的透视图；

图8为自由基注射系统的一个实施例的示意图；

图9为自由基注射系统的一个实施例的示意图；

图10为自由基注射系统的一个实施例的示意图；以及

图11为自由基注射系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。这些所描述的实施例仅示范本发明。另外，为提供对这些示范性实施例的简明描述，说明书中可能不描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发过程中，如任何工程或设计规划中，必须作出大量实施方案特定的决策以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关约束，其可以在实施方案间变化。此外，应了解，此开发尝试可能较复杂且耗时，但对于得到本发明益处的一般技术人员来说仍然将是设计、制作和制造的常规任务。

如下文所论述，各实施例提供了一种自由基注射系统，该自由基注射系统产生自由基并且将自由基注射到燃烧室中以点燃燃料空气混合物。确切地说，燃料空气混合物在预燃烧室中被点燃而产生自由基。点燃燃料空气混合物产生了自由基，而同时产生冲击波，该冲击波将自由基推出预燃烧室。在进入主燃烧室之前，火焰被淬熄系统熄灭。通过熄灭火焰，自由基便成为主燃烧室中的点火源。此外，为了确保主燃烧室中适当定时地进行点燃，用控制器来对自由基的产生和注射进行定时。

图1为具有自由基注射系统12的系统10的一个实施例的示意图，该自由基注射系统耦接到燃烧室14。如上所述，自由基注射系统12经配置以产生并注射自由基，从而触发燃烧室14中的点燃。在某些实施例中，自由基可以包括过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。如图所示，自由基注射系统12包括耦接到空气入口18、燃料入口20、点火源22、淬熄系统24的控制器16，以及预燃烧室26。如下文详细论述，控制器16对自由基注射的量和时刻进行控制，方法是控制预燃烧室26中的空气和燃料混合物的点燃。确切地说，点燃空气和燃料混合物所产生的火焰会产生自由基，且同时会形成冲击波。冲击波通过通道28将自由基推出预燃烧室26并且推进燃烧室14中。淬熄系统24与通道28一起防止火焰进入燃烧室14。这样可以防止火焰过早地点燃燃烧室14中的燃料空气混合物。例如，淬熄系统24可以将通道28中的温度降低到火焰由于能量损失而熄灭的点。因此，淬熄系统24允许自由基从预燃烧室26行进到燃烧室14中，同时防止火焰通过。

如图所示，燃烧室14包括活塞30，该活塞设置在气缸32中，例如燃烧机中的活塞气缸组件。例如，燃烧室14可以是汽油机或柴油机中许多燃烧室中的一个。随着活塞30在气缸32内向上移动，活塞30便压缩燃烧体积34，所述燃烧体积含有来自空气入口36和燃料入口38的空气和燃料。例如，随着活塞靠近上止点位置，在活塞30的上行冲程中，燃料入口38可以一次或多次地注射燃料。从这方面来看，燃料空气混合物由于被活塞30压缩而处于高压和高温。在靠近上止点或在上止点之后的某个时刻，控制器16经配置以在预燃烧室26中产生自由基并且注射自由基以在燃烧室14中点燃燃料空气混合物。

燃料空气混合物、高压、高温和自由基这种组合使得自由基能快速点燃燃料空气混合物。例如，自由基注射系统12可以将自由基的一个或多个流或分散流注射到燃烧体积34中，从而通过自由基点燃（即，在燃烧室14中没有火花）而快速点燃燃料空气混合物。应注意，自由基诱发的点燃和燃烧尤其比常规点火机制（例如，火花点火或压缩点火）更快，并且用自由基诱发的点燃和燃烧的快速性质可以大大减少废气排放。

图2为在燃烧系统中自由基诱发式燃烧的过程50的一个实施例的流程图。过程50开始于将燃料和空气引入到预燃烧室中以产生第一燃料空气混合物（块52）。过程50随后触发在预燃烧室中第一燃料空气混合物的点燃（块54）。响应于该点燃，过程50使第一燃料和空气混合物燃烧以产生火焰、冲击波以及自由基（块56）。过程50随后通过冲击波迫使自由基流经注射通道（块58）。过程50随后淬熄（例如，熄灭）注射通道、预燃烧室，或这两者中的火焰（块60）。过程50随后将自由基输出到燃烧室中以触发燃烧室中的第二燃料空气混合物的点燃（块62）。自由基促进第二燃料空气混合物快速燃烧的能力限制了不良副产物的生成，例如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx），以及非甲烷烃（NMHC）。

图3为在燃烧系统中自由基诱发式燃烧的过程70的一个实施例的流程图。过程70包括将空气引入到燃烧室中（块72），以及对燃烧室中的空气进行压缩（块74）。例如，图1中的燃烧室14可以通过活塞30在气缸32中的上行冲程来压缩空气。在适当时刻，过程70将燃料引入到燃烧室中（块76）以在燃烧室内实现燃料空气的混合。例如，燃料引入可以发生在活塞30的上止点位置之前的活塞30的上行冲程中。在随后的时刻，过程70可以将预燃烧室中产生的自由基引入到燃烧室中（块78）。例如，自由基可以由图2中的过程50产生。自由基引入可以发生在活塞30的上止点位置附近、该位置处或该位置之后。注射自由基完成后，过程70会通过自由基而快速地触发燃烧室中燃料空气混合物的点燃（块80）。尽管在本实施例中燃料引入发生在自由基引入之前，但是其他实施例预期自由基引入在燃料引入之前。在又一个实施例中，燃料和自由基引入可以同时发生。

在图3中的过程70中，自由基通过由燃料空气混合物点燃所产生的冲击波而被注射，例如，如上文在图2中的过程50中所论述。同样，自由基可以包括过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。高压和高温存在时，自由基用于更均匀且完全地快速点燃整个燃烧室中的燃料空气混合物。自由基可以用分布在整个燃烧室中的许多小型火花塞来作类比说明，以便提供多个分布式燃点以改善燃烧过程。相应地，可能需要在整个燃烧室中提供均匀的自由基注射。自由基提供了更完全且更均匀的燃烧，并且以更快速的方式提供。结果是，与常规的点火系统相比，自由基诱发式燃烧可以大大提高效率，同时其不良废气排放更少（例如，氮氧化物或NOx更少）。通过使用自由基，燃料/空气混合物的快速点燃和较低燃烧温度是有可能的。这两种情况不利于NOx的产生。此外，一氧化碳的产生得以减少，因为在较低的燃料/空气比下进行了更完全更均匀的燃烧。

图4为关于图1中燃烧室14中活塞30的位置来注射空气、燃料和自由基的定时方案90的一个实施例的曲线图。如图所示，定时方案90包括活塞定时曲线92、空气定时曲线94、燃料定时曲线96、自由基定时曲线98，以及燃烧定时曲线100。一般而言，曲线94、96、98和100可以按照时间轴102所指示的顺序发生，但是可以在活塞位置轴104所指示的活塞30的周期内暂时地彼此重叠。如活塞定时曲线92所示，活塞30从下止点（BDC）位置向上移动到上止点（TDC）位置，随后返回到BDC位置。在活塞30的该周期内，燃烧体积34在向TDC位置的上行压缩冲程中发生压缩，随后在向BDC位置的下行动力冲程（或燃烧）中发生膨胀。

在压缩冲程中，定时方案90可以如空气定时曲线94所指示向燃烧室提供空气，且随后可以如燃料定时曲线96所指示向燃烧室提供燃料。在某些实施例中，燃料定时曲线96可以包括单个注射时刻或多个注射时刻，例如引燃燃料注射和主燃料注射。在TDC位置处、该位置附近或该位置之后，定时方案90可以如自由基定时曲线98所指示向燃烧室提供自由基。在所图示的实施例中，自由基定时曲线98至少出现在活塞的TDC位置的略后面，这至少部分是源于由自由基诱发的快速点燃和燃烧。在一些实施例中，可以在TDC位置之后约0至25、0至20、0至15或0至10度之间注射自由基。例如，可以在TDC位置之后至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10度处注射自由基。定时方案90进而包括燃烧定时曲线100，该曲线大体与自由基定时曲线98重叠。同样，自由基在燃烧室中快速点燃燃料空气混合物，因此所示的燃烧定时曲线100开始于自由基定时曲线98开始处或略后面。尽管在本实施例中自由基在TDC位置处或附近被注射，但是应理解自由基可以在BDC位置或其间的任意位置处被注射。

图5为并入有自由基注射装置122的二冲程发动机120的一个实施例的截面图，所述自由基注射装置经配置以提供自由基诱发式点燃和燃烧。在所图示实施例中，发动机120包括燃料注射器124、气缸126、盖（head）128，以及活塞组件130。所图示的气缸126大体同心地围绕中心轴132并且包括内侧壁134、外侧壁136、排气口138，以及空气入口140。内侧壁134和外侧壁136彼此间隔开并且一起限定腔142，所述腔用于使冷却剂围绕内侧壁134循环并且冷却发动机120。冷却剂可以通过外侧壁136中的孔隙144流进或流出腔142。腔142也可以包括多个孔隙146，所述多个孔隙使腔142与盖128的各部分保持流体连通，如下所述。内侧壁134被汇聚在空气入口140中的多个通道148以及汇聚在排气口138中的多个通道150穿透。通道150可以延伸到比通道148更靠近盖128，以使活塞冲程中排气可以流经通道150的部分相对于活塞冲程中空气可以流经通道148的部分而变大。在下行冲程中，排气可以首先通过通道150流出，然后空气通过通道148流到气缸126中并清除剩余的排气。在一些实施例中，气缸126具有10到20英寸之间（例如14到18英寸之间）的孔（直径）。

气缸126耦接到盖128，所述盖也具有大体同心围绕中心轴132的形状。在该实施例中，盖128包括内壁152、外壁154、腔156、冷却剂入口158、自由基注射装置孔隙160、气体注射阀孔隙162，以及栓164。内壁152的一侧限定主燃烧室166中的大体圆顶形部分，而内壁152与外壁154之间的空间大体限定腔156。

在该实施例中，腔156通过气缸126中的孔隙146和腔142而与冷却剂入口158以及与冷却剂出口144处于流体连通。在一些实施例中，该流可以发生反向并且入口158可以是出口。所图示的腔156包括多个通道168，所述多个通道延伸到自由基注射装置122以冷却自由基注射装置122。腔156的一部分还围绕着燃料注射器124的一部分。自由基注射装置122的冷却可以淬熄（例如，熄灭）用于在预燃烧室中产生自由基的火焰。因此，该火焰不能进入主燃烧室166中从而无法触发燃料空气混合物的点燃。相应地，在不用任何火花或火焰作点火源的情况下，只有自由基才会触发燃料空气混合物的点燃。

所图示的自由基注射装置孔隙160大体同心地位于盖128顶部并且大体同心地围绕中心轴132。如下所述，将自由基注射装置122定位成大体在主燃烧室166的上方中心处，这被认为有助于火焰在整个主燃烧室166中更均匀地蔓延并且提高发动机效率。在其他实施例中，自由基注射装置122和自由基注射装置孔隙160可以位于盖128或发动机120上的其他地方，例如，类似于气体注射阀124在中心轴132一侧。自由基注射装置孔隙160在主燃烧室166与盖128外部之间延伸，并且它包括与自由基注射装置122上的密封件邻接的肩状物170和侧壁172，如下文所述。肩状物170和侧壁172可以大体同心地围绕着中心轴132。

所示的栓164延伸穿过盖128并且用螺纹方式连接到（thread to）气缸126，从而偏置盖128使其抵靠气缸126。垫圈174可以位于盖128与气缸126之间，使得它会被栓164压缩。在该实施例中，盖128和气缸126包括重叠的凸缘176和178。所图示的凸缘176在面向主燃烧室166的一侧上包括嵌条（fillet）180。

活塞组件130包括活塞182和轴杆184。在一些实施例中，活塞182包括冠状物（crown）186，所述冠状物具有大体圆顶形部分188和斜面部分190、孔隙192、多个密封件194，以及套筒196。所图示的活塞组件130大体同心地围绕中心轴132。冠状物186的圆顶形部分188大体限定一个球体区段，而斜面190大体限定截头圆锥形（frustoconical）体积。所图示的活塞182位于其冲程的一端（称为下止点）处或其附近。在该位置，通道148和通道150均与主燃烧室166流体连通。孔隙192包括内部螺纹，所述内部螺纹与轴杆184的远端部分198上的外部螺纹互补。所图示的活塞组件130包括三个活塞环密封件194，所述三个活塞环密封件设置在套筒196上方和斜面190下方。其他实施例可以包括更多或更少的密封件194或其他类型的密封件。套筒196大体为管状部件，其大体同心地围绕着中心轴132。套筒196沿着气缸126延伸一段距离，使得当活塞组件130位于其冲程另一端（称为上止点）时，套筒196会阻塞通道148和150。在一些实施例中，套筒196可以长于或大体等于活塞组件130的冲程的长度。

图6为图5中的自由基注射装置122的一个实施例的截面图。自由基注射装置122经配置以在适当的点燃时刻产生自由基并迫使这些自由基进入燃烧室166中。在所图示实施例中，自由基注射装置122包括上主体220、下主体222、密封件224、燃料入口226、空气入口228、点火系统230、火花塞232，以及控制器234。控制器234对燃料入口226、空气入口228、点火系统230以及火花塞232进行控制以产生自由基。自由基注射装置122还通过冲击波迫使自由基进入主燃烧室166中，从而在无火花塞、电热塞等情况下在主燃烧室166中引起自由基诱发式点燃。

自由基注射装置122的上主体220包括外表面236、预燃烧室238、燃料入口孔隙240、空气入口孔隙242、火花塞孔隙244以及注射通道246。上主体220的外表面236包括第一凸缘248、凹口250、设置在凹口250中的密封件252、斜面254、肩状物256以及第二凸缘258。密封件252可以为O形环或将冷却剂密封在盖128的腔156（图5）内的其他合适类型的密封件。

预燃烧室238大体为圆柱形并且连接至通道246。通道246限定截头圆锥形顶部部分260以及窄的大体圆柱形底部部分262。截头圆锥形顶部部分260可以有助于将自由基引导到通道246中的窄部分262中。通道246允许自由基离开预燃烧室238而进入自由基注射装置122的下主体222中。

所图示的下主体222包括外表面264、主要通道266以及辅助通道268。外表面264还限定上肩状物270、凸缘272、斜面274、下肩状物276、侧壁278，以及圆顶280。凸缘272和上肩状物270经配置以与上主体220中的凸缘258和肩状物256邻接并重叠。在该实施例中，焊缝282将下主体222上的斜面274接合至上主体220上的斜面254。所图示的上主体220和下主体222单独地进行浇铸且随后用机器加工，然后再通过焊缝282永久地接合在一起。在其他实施例中，这些部件220和222可以是可分离的并且与其他特征（例如螺纹连接件或栓）接合在一起。下肩状物276大体垂直于中心轴132（图5）并且与密封件224邻接。侧壁278可以限定大体直圆柱体体积并且可以大体同心地围绕中心轴132。所图示的圆顶280大体限定一个球体区段，例如，小于半球体的区段。在其他实施例中，圆顶280可以替换为其他形状，例如平整表面、椭球的一部分，或多面体表面（这并不暗指多面体表面可能也不会大体限定一个球体区段或其他弯曲形状）。

主要通道266可以在大体沿着中心轴132分布的区域中接合辅助通道268，并且辅助通道268可以大体以中心轴132为对称轴旋转。在该实施例中，辅助通道268与中心轴132成某一角度，该角度可以在约0至110度之间、10至80度之间，或10至30度之间。在其他实施例中，辅助通道268可以在其他方向上，例如，大体垂直于中心轴132，径向向外地延伸。主要通道266和辅助通道268均大体为平直的，但是在其他实施例中，它们可以发生卷曲或弯曲。主要通道266和辅助通道268均大体限定直圆柱体体积，但是在其他实施例中，它们可以大体限定其他形状，例如非直圆柱体体积、椭圆柱体体积、矩形柱体体积、会聚型体积（例如，圆锥形）、发散型体积（例如，圆锥形），或它们的某种组合。辅助通道268的其他细节将在下文中参考图7进行描述。

在自由基注射装置122的操作期间，控制器234经配置以使燃料入口226和空气入口228将燃料和空气输入预燃烧室238中。一旦燃料和空气处于预燃烧室238中，控制器234便向点火系统230发信号以启动火花塞244。火花塞244的启动产生火花以点燃燃料空气混合物。点燃之后产生火焰，火焰会使燃料空气混合物燃烧，从而产生自由基，同时产生冲击波。冲击波在远离火焰的方向上以及在通道246的方向上推动自由基。随后，自由基沿着通道246向下行进并进入下主体222中的主要通道266而离开辅助通道268。每当主燃烧室166中需要自由基时，控制器234便重复该过程。此外，控制器234仔细地对预燃烧室238中燃料空气混合物的注射和点燃进行定时，以便在适当时刻将自由基注射到主燃烧室166中。

为了确保是自由基而不是火焰触发燃料空气混合物的点燃，火焰在到达主燃烧室166之前会被熄灭。如果火焰未被熄灭，那么该火焰会取代自由基引起燃料空气混合物的点燃。相应地，自由基注射系统可以采用火焰淬熄来熄灭火焰。如上所论述，火焰淬熄可以通过冷却火焰路径周围的材料来完成。例如，密封件252与密封件224之间的区域281会由于冷却剂行进通过通道168而发生急剧冷却，如图5中所示。随着火焰开始行进通过该较冷区域，火焰的能量被移走，火焰熄灭。

图7为自由基注射装置122的一个实施例的透视图。如图所示，在该实施例中，自由基注射装置122中的特征，除了凸缘248之外，均大体同心地围绕着中心轴132。凸缘248限定带有斜面角的大体立方体体积。可以在每个角中设置孔隙284，用于接收将自由基注射装置122固定在盖128上的栓。在该实施例中，自由基注射装置122被固定在盖128上，但不是直接用螺纹方式将自由基注射装置122连接到盖128上。延伸穿过孔隙284的栓对肩状物276进行偏置使其抵靠盖128并且限制自由基注射装置122相对于盖128的移动。

如图7中进一步示出，自由基注射装置122包括六个辅助通道268，从而在不同方向上将自由基分散到燃烧室166中。在其他实施例中，自由基注射装置122可以包括更多或更少的辅助通道268，例如1至50个、1至25个或1至10个辅助通道268。例如，自由基注射装置122可以包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个辅助通道268。如图所示，辅助通道268以约60度间隔围绕中心轴132大体均匀地径向分布。其他实施例可以包括与中心轴132成不同角度的其他辅助通道268，例如与中心轴132大体共轴的辅助通道268以及相对于中心轴132所成角度比所示辅助通道268更大的另一组辅助通道234。在一些实施例中，辅助通道268可以相对于中心轴132成若干不同角度离开圆顶280，例如范围在约0至90度之间的角度。例如，一个或多个辅助通道268可以设置成相对于轴132成约0、15、30、45、60和75度角。此外，通道268可以具有不同直径或形状。例如，相对于中心轴132成较大角度的通道268的直径可能大于成较小角度的通道268。尽管在本实施例中，圆顶238限定多个通道268，但是作为替代，圆顶280可以包括导入燃烧室166中的锥形扩散器而不是多个通道。在又一些实施例中，圆顶280可以限定与多个通道268相连的锥形扩散器或甚至可能是多个锥形扩散器以用于排出燃烧室中的自由基。锥形扩散器可以具有约5至20度之间的角度变化。无论如何，通道和扩散器的大小、形状和角度可变，这取决于燃烧室166的大小、用于有效混合自由基的适当速度，以及燃烧过程所需的点燃时刻。这些通道还可以有助于淬熄火焰。例如，随着火焰行进通过这些通道，所述通道会由于流体动力、冷却或其组合而熄灭火焰。

图8为自由基注射系统122的一个实施例的示意图。自由基注射系统122包括淬熄系统302、预燃烧室304、注射部分306、燃料入口308、空气入口310、火花塞312，以及控制器314。如上所述，控制器314通过燃料入口308和空气入口310对燃料和空气引入到预燃烧室304中进行控制。一旦进入预燃烧室304中，控制器便发信号至火花塞312以点燃燃料空气混合物。火花点燃燃料空气混合物，从而产生火焰，由此产生自由基和冲击波。冲击波使自由基移动通过注射部分306，并且进入燃烧室166中。具体而言，冲击波使自由基移动通过注射通道316。

为了熄灭火焰，注射部分306限定了冷却剂通道318以使得淬熄系统302能实现冷却剂320的循环。冷却剂320可以包括气体或液体冷却剂，例如空气、水、油，或另一种流体。相应地，冷却剂通道318对邻近的注射通道316进行冷却。因此，随着火焰行进通过注射通道316，它会因为与冷却剂320发生热传递而损失能量，从而使热量消散。在本实施例中，注射部分306包括十二个冷却剂通道。然而，注射部分306可以包括任何数量（例如，1至100）个冷却剂通道318。例如，自由基注射系统122可以包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、25、50、100或更多个冷却剂通道318。此外，这些通道318中的每一者相对于其他通道的大小、形状和角度都可以变化，或可以相同，这取决于具体实施例。在所图示实施例中，冷却剂通道318围绕着每个注射通道316成盘绕、蜿蜒或螺旋状。例如，冷却剂通道318可以代表用于每个注射通道316的独立螺旋通道、用于所有注射通道316的单个螺旋通道或蜿蜒通道，或用于注射通道316的任何数量的螺旋通道或蜿蜒通道。

淬熄系统302使冷却剂320连续地流经冷却剂通道318以冷却注射部分306。在所图示实施例中，淬熄系统302包括泵322和换热器324。泵322经配置以泵吸冷却剂320使之通过冷却剂通道318，而换热器324移走注射部分306中的冷却剂320所吸收的能量。因此，冷却剂320的连续流会行进通过冷却剂通道318以冷却注射通道316。在一些实施例中，控制器314监控冷却剂320和/或注射部分306中的温度，并且根据反馈温度来发信号至泵322以增加或减少冷却剂320流。

图9为自由基注射系统122的一个实施例的示意图。类似于图8，自由基注射系统122包括淬熄系统342、预燃烧室344、注射部分346、燃料入口348、空气入口350、火花塞352，以及控制器354。如上所述，控制器354用燃料入口348和空气入口350来控制空气和燃料的引入。一旦进入预燃烧室344中，燃料空气混合物便被火花塞352点燃。火花点燃燃料空气混合物，从而产生火焰，由此产生自由基和冲击波。随后，冲击波使自由基在一系列注射通道356中移动通过注射部分346。

如上所述，产生自由基的火焰在到达主燃烧室166之前被熄灭。为了防止火焰穿过注射通道356，在注射部分346中包含有一系列冷却剂通道358。冷却剂通道358允许冷却剂循环通过注射部分346，从而冷却注射通道356。结果是，火焰损失足够能量而熄灭。随着火焰熄灭，只有自由基才能进入主燃烧室166中，从而在主燃烧室166中实现燃料空气混合物的自由基诱发式点燃。如图所示，两个大型冷却剂通道358与每个注射通道356接界，但是应理解，多于或少于两个的大型冷却剂通道358可以与每个注射通道356接界。此外，这些通道356中的每一者相对于其他通道的大小和形状都可以变化，或可以相同，这取决于具体实施例。在所图示实施例中，冷却剂通道358围绕注射通道356延伸，从而在每个注射通道356的整个圆周周围提供冷却。此外，冷却剂通道358可以彼此独立或彼此形成一体。例如，冷却剂通道358可以代表包围所有注射通道356的公共冷却剂通道或单个冷却剂室。

淬熄系统342包括泵360和换热器362以提供对注射通道356的连续冷却。泵360连续不断地泵吸冷却剂361使之通过冷却剂通道356，以防止注射通道358达到可能会使火焰进入主燃烧室166中的阈值温度。当泵360使冷却剂361流动时，换热器362移走冷却剂361中的能量以在注射部分346中维持足够低的温度。结果是，泵360和换热器362相互合作，以便向自由基注射系统122连续供应冷却剂361。

图10为自由基注射系统的一个实施例的示意图。类似于图8和图9，自由基注射系统122包括淬熄系统382、预燃烧室384、注射部分386、燃料入口388、空气入口390、火花塞392，以及控制器394。如上所述，控制器394通过燃料入口388和空气入口390的操作对燃料和空气引入预燃烧室384中进行控制。一旦燃料和空气混合物位于预燃烧室384中，控制器394便会通过启动火花塞392来对混合物的点燃进行定时。混合物点燃时会产生火焰，由此产生自由基和冲击波，该冲击波驱动自由基通过注射通道396（例如，蜿蜒注射管）。

如在先前实施例中，火焰会在到达主燃烧室166之前被熄灭。为了淬熄火焰，注射部分386限定了含冷却剂404的冷却剂室398。因此，注射通道396完全被冷却剂室398中的冷却剂404所围绕。例如，注射通道396可以为注射管，它们单独形成并且安装在注射部分386中。室398中的冷却剂404移走注射通道396中的能量，因此，随着火焰移动通过注射通道396，能量便被移走，火焰熄灭。在所图示实施例中，注射通道396具有螺旋状的（helical）、螺旋形的（spiral），或蜿蜒的形状，这样增加了冷却剂流路径的长度并且增加了热传递的表面积。结果是，螺旋形的注射通道396会比笔直的注射通道396相对较冷。在其他实施例中，注射通道396可以包括其他非线性形状，例如Z字形、波形，或各种波形。结果是，注射通道396移走足够能量以熄灭注射通道396内的火焰，从而在主燃烧室166中实现自由基诱发的点燃（即，无火焰）。

冷却剂室398借助于淬熄系统382来不断更换冷却剂404。淬熄系统382包括泵400和换热器402。泵400连续不断地泵吸冷却剂404使之通过冷却剂室398，以防止注射通道396达到可能会使火焰进入主燃烧室166中的阈值温度。当泵400使冷却剂404流进冷却剂室398中时，换热器402移走冷却剂室398下游的冷却剂404中的能量。结果是，泵400和换热器402相互合作，以便向自由基注射系统122连续供应冷却剂404。

图11为自由基注射系统122的一个实施例的示意图。类似于图8至图10，自由基注射系统122包括淬熄系统422、外壳424、燃料入口426、空气入口428、火花塞430，以及控制器432。外壳424还限定冷却剂室434。预燃烧室436和注射通道438在冷却剂室434的内部。注射通道438从预燃烧室436延伸穿过冷却剂室434，随后离开外壳424而朝向主燃烧室166。如上所述，控制器432通过燃料入口426和空气入口428的操作而对燃料和空气引入预燃烧室436中进行控制。一旦燃料和空气混合物位于预燃烧室436中，控制器432便会通过启动火花塞430来对混合物的点燃进行定时。混合物点燃时会产生火焰，由此产生自由基和冲击波，该冲击波驱动自由基通过注射通道438。

如在先前实施例中，火焰在到达主燃烧室166之前被熄灭。如图10中所示，冷却剂室434含有冷却剂446，用于淬熄预燃烧室436和/或注射通道438中的火焰。室434中的冷却剂446通过移走足够能量（例如，热量）来熄灭火焰，这样火焰便无法持续。在所图示的实施例中，冷却剂室434围绕着预燃烧室436和注射通道439，而不是只围绕注射通道438。例如，冷却剂室434在外壳424与内壁440之间延伸，所述内壁440围绕预燃烧室436。结果是，图11的实施例经配置以淬熄燃烧室436、注射通道438或其组合中的火焰。

淬熄系统422连续不断地更换冷却剂室434中的冷却剂446。淬熄系统422包括泵442和换热器444。泵442连续不断地泵吸冷却剂446使之通过冷却剂室434，以防止预燃烧室436和注射通道438达到可能会使火焰进入主燃烧室166中的阈值温度。如上述实施例，泵442使冷却剂446移动，而当冷却剂446离开冷却剂室434时，换热器会移走该冷却剂中的能量。结果是，只有自由基而没有火焰到达主燃烧室166，其中自由基触发燃料空气混合物点燃，而无任何其他点火源（例如，无火花、火焰等）。

虽然本发明很可能有多种修改或替代形式，但附图中已经以举例的方式绘示了具体实施例，并且本文中已经进行了详细描述。然而，应了解，本发明不希望限于所揭示的特定形式。事实上，本发明将涵盖落在如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代形式。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：

自由基点火系统，其包括：

预燃烧室，所述预燃烧室经配置以使第一燃料空气混合物燃烧，以产生火焰、冲击波以及自由基；

注射通道，所述注射通道经配置以将来自所述预燃烧室且由所述冲击波驱动的所述自由基注射到燃烧室中；以及

淬熄系统，所述淬熄系统经配置以熄灭所述预燃烧室或所述注射通道中的所述火焰。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述自由基点火系统包括耦接到所述预燃烧室的点火源。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述点火源包括火花塞。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述自由基注射系统经配置以迫使所述自由基在点燃时刻进入所述燃烧室中，以触发第二燃料空气混合物在所述燃烧室中燃烧。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射通道包括所述预燃烧室与所述燃烧室之间的蜿蜒通道。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述淬熄系统包括沿着所述注射通道设置的至少一个冷却剂路径。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个冷却剂路径包括围绕所述注射通道设置的冷却剂旋管。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个冷却剂路径包括围绕所述注射通道设置的冷却剂室。

9.根据权利要求1所述的系统，其包括从所述预燃烧室延伸到所述燃烧室的多个注射通道，其中所述淬熄系统经配置以熄灭所述预燃烧室或所述多个注射通道中的所述火焰。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述淬熄系统包括冷却剂室，并且所述多个注射通道包括延伸穿过所述冷却剂室的多个注射管。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个注射管包括多个蜿蜒注射管。

12.根据权利要求1所述的系统，其包括具有所述燃烧室和所述自由基点火系统的发动机。

13.根据权利要求12所述的系统，其包括由所述发动机驱动的泵或压缩机。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述自由基包括过氧化物、乙醛，或以上项的组合。

15.一种系统，其包括：

自由基点火控制器，所述自由基点火控制器经配置以对第一燃料空气混合物在预燃烧室中的预燃烧时刻加以控制，进而对第二燃料空气混合物在主燃烧室中的主燃烧时刻加以控制，其中所述预燃烧时刻触发第一燃料空气混合物在所述预燃烧室内点燃，从而产生火焰、冲击波以及自由基；响应于所述自由基被所述冲击波从所述预燃烧室通过注射通道驱动到所述燃烧室，所述主燃烧时刻触发所述第二燃料空气混合物点燃；并且所述火焰在所述预燃烧室或所述注射通道中被熄灭。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述主燃烧时刻在气缸中活塞的上止点之后。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述自由基包括过氧化物、乙醛，或以上项的组合。

18.一种方法，其包括：

使第一燃料空气混合物在预燃烧室中燃烧，以产生火焰、冲击波以及自由基；

通过所述冲击波来迫使所述自由基流经注射通道；

淬熄所述预燃烧室或所述注射通道中的所述火焰；以及

通过所述自由基来点燃燃烧室中的第二燃料空气混合物。

19.根据权利要求18所述的方法，其中淬熄包括使冷却剂沿着所述注射通道流动，以熄灭所述火焰。

20.根据权利要求18所述的方法，其中点燃所述第二燃料空气混合物包括在所述燃烧室的气缸中的活塞的上止点之后点燃所述第二燃料空气混合物。

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