CN103328782B - 正排量自由基注射系统 - Google Patents

Abstract

一种系统（10）包括：燃烧室（26），以及自由基点燃系统（12），所述自由基点燃系统经配置以在点燃时刻将自由基注射到所述燃烧室（26）中以触发燃料空气混合物的燃烧。

Description

正排量自由基注射系统

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年11月11日提交的标题为“正排量自由基注射系统（PositiveDisplacement Radical Injection System）”的第12/944,675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涉及本发明各方面的技术的各方面，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。

自诞生之日起，内燃机便成为日常生活的重要部分。内燃机现应用广泛，从机动车辆到各种机械。为了操作内燃机，燃料和空气被混合并且点燃以发生化学反应，从而将化学能转化为有用的机械能。该燃烧过程会产生不良副产品，例如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx），以及非甲烷烃（NMHC）。当燃烧过程未能完全燃烧掉混合物中的所有燃料时会产生这些不良副产品，以及/或者燃烧过程耗时太长也会使这些不良副产品形成。由于政府机构的相关限制趋于严格，而各个公司又持续地宣扬其正面的环境影响，就出现了制造更有效率的发动机的需要，这类发动机所产生的不良排放物较少。

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，在所有图中类似符号表示类似部分，其中：

图1为示例性自由基注射系统的示意图；

图2为根据一个实施例的自由基在内燃机中燃烧的过程的流程图；

图3为根据一个实施例的曲线图，其示出了自由基注射系统关于活塞位置的时刻；

图4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5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6为图5中的自由基注射装置的一个实施例的透视图；

图7为自由基注射系统的一个实施例的示意图；

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；

图11为自由基注射系统的一个实施例的示意图；以及

图12A和图12B为自由基注射系统的一个实施例的示意图，其示出了发动机循环。

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为本发明的示例性实施例。另外，为提供对这些示例性实施例的简明描述，说明书中可能不会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，必须作出大量针对具体实施方案的决策来实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束条件，这些约束条件可能会随着不同的实施方案而变化。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，所论述的实施例提供了一种自由基注射系统，该自由基注射系统将自由基注射到燃烧室中以点燃燃料空气混合物。自由基可以为气体形式或液体形式。在某些实施例中，自由基注射系统可以包括用于注射自由基的一个或多个正排量装置。例如，正排量装置可以包括活塞、螺线管、薄膜，或其他合适机构。或者，自由基注射系统可以包括增压的自由基源，所述自由基通过阀的操作而被注射到燃烧室中。自由基在适当时刻被注射以触发点燃，由此触发燃烧室中的燃烧。

图1为具有耦接到燃烧室14的自由基注射系统12的系统10的一个实施例的示意图，其中自由基注射系统12经配置以注射自由基以在燃烧室14中触发点燃。在某些实施例中，自由基可以包括气态过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。在其他实施例中，过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合可以与水组合以形成液态自由基。如所示，自由基注射系统12包括控制器19，所述控制器耦接到自由基入口或供应口16、燃料入口或供应口18，和空气入口或供应口20。如下文详细论述，控制器19经配置以通过入口16来控制自由基注射的量和时刻并且控制燃料注射到和空气供应到燃烧室14的量和时刻。在某些实施例中，自由基入口16包括正排量装置，例如活塞、隔膜、螺线管，或另一合适装置。作为另一实例，正排量装置可以包括旋转泵、往复泵、齿轮泵、螺杆泵（progressing cavity pump）、蠕动泵。一些示例性旋转泵可以包括转子（lobe）、外齿轮、内齿轮、螺栓、梭心转子、柔性叶片或滑动叶片、螺旋形扭曲的叶根，或液环真空泵。一些示例性往复泵包括活塞泵和隔膜泵。无论正排量装置的类型为何种，自由基入口16可以正排量地迫使自由基进入燃烧室14中以触发来自燃料入口18和空气入口20的燃料空气混合物的点燃。

如所示，燃烧室14包括活塞22，该活塞设置在气缸24中，例如燃烧机中的活塞气缸总成。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者。随着活塞22在气缸24内上行，活塞22便压缩燃烧体积26，所述燃烧体积含有来自入口18和20的空气以及最终的燃料。例如，随着活塞靠近上止点位置，在活塞22的上行冲程中，燃料入口18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22压缩而处于高压和高温。在上止点附近或之后的某时刻，控制器19经配置以将来自自由基入口16的自由基注射到燃烧体积26中以点燃燃料空气混合物。

燃料空气混合物、高压、高温和自由基一起使自由基快速点燃燃料空气混合物。例如，自由基入口16可以将自由基的一个或多个流或分散流注射到燃烧体积26中，从而通过自由基点燃（即，无火花）而快速点燃燃料空气混合物。应注意，用自由基诱发的点燃和燃烧尤其比常规点燃机制（例如，火花点燃或压缩点燃）更快，并且用自由基诱发的点燃和燃烧的快速性质会大大减少废气排放。

图2为在燃烧系统中用自由基诱发的燃烧的过程38的一个实施例的流程图。过程38包括将空气引入燃烧室中（块40），以及对燃烧室中的空气进行压缩（块42）。例如，图1中的燃烧室14可以通过活塞22在气缸24中的上行冲程来压缩空气。在适当时刻，过程38将燃料引入燃烧室中（块44）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22的上止点位置之前的活塞22的上行冲程中。在随后的时刻，过程38可以将自由基引入燃烧室中（块46）。例如，自由基引入可以发生在活塞22的上止点位置附近处、上止点位置处，或上止点位置之后。当注射自由基时，过程38借助于自由基而快速触发燃烧室中燃料空气混合物的点燃（块48）。尽管在本实施例中燃料引入发生在自由基引入之前，但是其他实施例会考虑自由基引入发生在燃料引入之前。在又一些实施例中，燃料引入和自由基引入可以同时发生。

在图2的过程38中，自由基可以由正排量装置、加压自由基的外部源，或另一合适源来注射。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类比，以便提供多个分布式点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均匀的燃烧，并且以更快速的方式提供。结果是，与常规的点燃系统相比，用自由基诱发的燃烧可以大大提高效率，其不良废气排放更少（例如，更少的氮氧化物，或NOx）。通过使用自由基，可以实现燃料/空气混合物的快速点燃和较低燃烧温度。这两种情况不利于NOx的产生。此外，一氧化碳的产生减少，因为在较低的燃料/空气比下发生了更完全和均匀的燃烧。

图3为关于图1中燃烧室14中活塞22位置的注射空气、燃料和自由基的定时方案50的一个实施例的曲线图。如所示，定时方案50包括活塞定时曲线52、空气定时曲线54、燃料定时曲线56、自由基定时曲线58，以及燃烧定时曲线60。一般而言，曲线54、56、58和60可以按照时间轴62所指示的顺序发生，但是可以在活塞位置轴64所指示的活塞22的周期内在时间上彼此重叠。如活塞定时曲线52所示，活塞22从下止点（BDC）位置上行到上止点（TDC）位置，随后返回到BDC位置。在活塞22的该周期内，在向TDC位置的上行压缩冲程中燃烧体积26收缩，随后在向BDC位置的下行动力冲程（或燃烧）中膨胀。

在压缩冲程中，定时方案50可以如空气定时曲线54所指示向燃烧室提供空气，随后如燃料定时曲线56所指示向燃烧室提供燃料。在某些实施例中，燃料定时曲线56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、TDC位置附近或TDC位置之后，定时方案50可以如自由基定时曲线58所指示向燃烧室提供自由基。在所示的实施例中，自由基定时曲线58至少出现在活塞的TDC位置的略微靠后，这至少部分是因为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位置之前或之后约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度注射自由基。定时方案50又包括燃烧定时曲线60，该曲线基本上与自由基定时曲线58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60开始于自由基定时曲线58开始处或略微靠后。尽管在本实施例中自由基在TDC位置处或附近注射，但是应理解自由基可以在BDC位置或两者之间的任意位置处注射。类似于自由基注射，燃料注射也可以相对于活塞位置而变化。在何时以及当活塞位置在何处时将自由基和燃料注射到气缸中的问题上，视特定设计而定。

图4为并入自由基注射装置82的二冲程发动机80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用自由基诱发的点燃和燃烧。在所示实施例中，发动机80包括燃料注射器84、气缸86、头88，以及活塞总成90。所示的气缸86大体以中心轴92为中心并且包括内侧壁94、外侧壁96、废气出口98，以及空气入口100。内侧壁94和外侧壁96彼此间隔并且一起限定腔102，所述腔用于使冷却剂围绕内侧壁94循环并且冷却发动机80。冷却剂可以通过外侧壁96中的孔隙104流进或流出腔102。腔102也可以包括多个孔隙106，所述多个孔隙使腔102与头88的各部分保持流体连通，如下所述。内侧壁94被在空气入口100中汇聚的多个通道108以及在废气出口98中汇聚的多个通道110穿透。通道110可以延伸到比通道108更靠近头88，以使得相对于活塞冲程中空气流经通道108的部分来增加活塞冲程中废气流经通道110的部分。在下行冲程中，废气可以首先通过通道110流出，然后空气通过通道108流到气缸86中以清除剩余的废气。在一些实施例中，气缸86具有10英寸到20英寸之间，例如14英寸到18英寸之间的孔（直径）。

气缸86耦接到头88，所述头也具有大体以中心轴92为中心的形状。在该实施例中，头88包括内壁112、外壁114、腔116、冷却剂入口118、自由基注射装置孔隙120、燃油注射阀孔隙122，以及栓124。内壁112的一侧限定主燃烧室126中的大体圆顶形部分，而内壁112与外壁114之间的空间大体限定腔116。

在该实施例中，腔116通过气缸86中的孔隙106和腔102而与冷却剂入口118以及冷却剂出口104处于流体连通。在一些实施例中，该流可以反向并且入口118可以是出口。所示腔116包括多个通道128，所述多个通道延伸到自由基注射装置82中以冷却自由基注射装置82。腔116的一部分还围绕着燃料注射器84的一部分。

所示的自由基注射装置孔隙120大体位于头88顶部中心并且大体以中心轴92为中心。如下所述，将自由基注射装置82定位成大体在主燃烧室126的上方中心，被认为有助于火焰在整个主燃烧室126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82和自由基注射装置孔隙120可以位于头88或发动机80上的其他地方，例如，类似于气体注射阀84在中心轴92的一侧。自由基注射装置孔隙120在主燃烧室126与头88外部之间延伸，并且它包括与自由基注射装置82上的密封件邻接的肩突130和侧壁132，如下文所述。肩突130和侧壁132可以大体以中心轴92为中心。

所示的栓124延伸通过头88并且用螺纹方式连接（thread to）气缸86，从而偏置头88使其紧抵气缸86。垫片134可以位于头88与气缸86之间，使得它被栓124压缩。在该实施例中，头88和气缸86包括重叠的凸缘136和138。所示的凸缘136中面向主燃烧室126的一侧上包括连接边（fillet）140。

活塞总成90包括活塞142和轴杆144。在一些实施例中，活塞142包括活塞冠（crown）146，所述活塞冠具有大体圆顶形部分148和斜切部分150、孔隙152、多个密封件154，以及套筒156。所示的活塞总成90大体以中心轴92为中心。活塞冠146的圆顶形部分148大体限定一个球体区段，而斜面150大体限定截头圆锥形（frustoconical）体积。所示活塞142位于其冲程的一端，称为下止点处或其附近。在该位置，通道108和通道110与主燃烧室126处于流体连通。孔隙152包括内螺纹，所述内螺纹与轴杆144的远端部分158上的外螺纹互补。所示活塞总成90包括三个活塞环密封件154，所述三个活塞环密封件设置在套筒156上方且在斜面150下方。其他实施例可以包括更多或更少密封件154或其他类型的密封件。套筒156大体为管状部件，其大体以中心轴92为中心。套筒156沿着气缸86延伸一段距离，使得当活塞总成90位于其冲程另一端，称为上止点时，套筒156阻塞通道108和110。在一些实施例中，套筒90可以长于或大体等于活塞总成90的冲程的长度。

图5为图4中的自由基注射装置82的一个实施例的截面图，其示出了经配置以在适当点燃时刻正排量地迫使自由基进入燃烧室126中的正排量注射系统178。在所示实施例中，自由基注射装置82包括上主体180、下主体182、密封件184、自由基源186，以及控制器187。正排量注射系统178包括活塞总成188，但是任何其他合适的正排量装置都在所揭示的实施例的范围内。在操作中，控制器187经配置以接合活塞总成188以将来自自由基源186的自由基正排量地移动到燃烧室126中，从而在无火花塞、预热塞等的情况下引起自由基诱发的点燃。例如，控制器187可以在活塞冲程的上止点（TDC）处、其附近或略微靠后的点燃时刻启动活塞总成188。

现转向自由基注射装置82的结构特征，上主体包括外表面190、预燃室192、轴杆孔隙194、自由基源孔隙196、通道198，以及电磁体200。上主体180的外表面190包括第一凸缘202、凹口204、设置在凹口204中的密封件206、斜面208、肩突210，以及第二凸缘212。密封件206可以为O形环或是将冷却剂密封在头88的腔116（图4）内的其他合适类型的密封件。预燃室192大体为圆柱形。电磁体200固定在预燃室192内，接近通道198。电磁体200可以是根据控制器187的命令来改变自身北极和南极的任何电磁体。自由基源孔隙196通往预燃室192，从而允许自由基从自由基源186进入。通道198限定截头圆锥形（frustroconical）顶部分214以及窄的大体圆柱形底部分216。截头圆锥形顶部分可以有助于将自由基引导到通道198中的窄部分216中。通道198允许自由基进入预燃室192进而进入自由基注射装置82的下主体182中。

所示下主体182包括外表面230、初级通道232，以及二级通道234。外表面230还设置有上肩突236、凸缘238、斜面240、下肩突242、侧壁244，以及圆顶246。凸缘238和上肩突236经配置以与上主体180中的凸缘212和肩突210邻接并重叠。在该实施例中，焊缝248将下主体182上的斜面240接合至上主体180上的斜面208。所示上主体180和下主体182分别独立地进行浇铸且随后用机器加工，然后再通过焊缝248永久地接合在一起。在其他实施例中，这些部件180和182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。下肩突242大体垂直于中心轴92（图4）并且与密封件184邻接。侧壁244可以限定大体直圆柱形体积并且可以大体以中心轴92为中心。所示的圆顶246大体限定一个球体区段，例如小于半球的区段，但是在其他实施例中可以具有其他形状，例如平直表面、椭球的一部分，或有小面的表面（在这里有小面的表面也可能大体限定一个球体区段或其他弯曲形状）。

初级通道232可以在大体沿着中心轴92分布的区域中接合二级通道234，并且二级通道234可以相对于中心轴92大体旋转对称。在该实施例中，二级通道234与中心轴92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，二级通道234可以在其他方向上延伸，例如，大体垂直于中心轴92、径向向外。初级通道232和二级通道234均大体笔直，但是在其他实施例中，它们可以弯曲（curve/bend）。初级通道232和二级通道234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），或它们的某组合。二级通道234的其他细节将在下文中参考图6进行描述。

密封件184大体为环形部件，其经配置以将主燃烧室126与头88中的腔116隔绝。在该实施例中，密封件184设置成围绕壁244并且紧抵肩突242。

现转向正排量注射系统178，活塞总成188包括轴杆218以及连接到轴杆218的活塞220。如图5所示，活塞220包括永磁体，该永磁体与控制器187所操作的电磁体200相互作用以提供往复运动。在自由基注射装置82的操作过程中，自由基被输入上主体180中永磁体220与电磁体200之间的预燃室192中。当被控制器187启动时，电磁体200在方向222上将永磁体活塞220吸向电磁体200。活塞220的下行运动222迫使（即，正排量地移动）自由基通过通道198，进入初级通道232中，随后通过二级通道234离开而进入燃烧室126中。为了反复将来自预燃室192的自由基注射到燃烧室126中，控制器187随后启动电磁体200以使活塞220在相反方向224上反向移动而远离电磁体200。具体而言，控制器187用于使电磁体200的极性反向，使得第一极性在下行方向222上吸引活塞220而第二极性在相反的上行方向224上排斥活塞224。一旦完成活塞220的上行冲程，控制器187随后便重复该循环，方法是将另一体积的自由基注射到预燃室192中，使电磁体200的极性反向以引起活塞220的下行运动222以注射自由基，随后在自由基注射之后使电磁体200的极性反向以引起活塞220的上行运动224。在其他实施例中，活塞220可以包括电磁体而非永磁体，并且电磁体200可以变为永磁体。在又一些实施例中，所有磁体均可以是电磁体。或者，活塞220可以用另一机构来驱动，例如气动驱动。

图6为自由基注射装置82的一个实施例的透视图。如所示，在该实施例中，自由基注射装置82的特征大体以中心轴92为中心，但凸缘202除外。凸缘202限定带有斜切角的大体立方体体积。可以在每个角中设置孔隙270，用于收纳将自由基注射装置82固定在头88上的栓。在该实施例中，自由基注射装置82固定在头88上，而不是直接用螺纹方式将自由基注射装置82连接到头88上。延伸穿过孔隙270的栓对肩突242加以偏置，使其紧抵头88，并且限制自由基注射装置82相对于头88的移动。

如图6中进一步示出，自由基注射装置82包括六个二级通道234以在不同方向上将自由基分散到燃烧室126中。在其他实施例中，自由基注射装置82可以包括更多或更少个二级通道234，例如1至50个、1至25个，或1至10个二级通道234。例如，自由基注射装置82可以包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个二级通道234。如所示，二级通道234以约60度间隔围绕中心轴92大体均匀地径向分布。其他实施例可以包括与中心轴92成不同角度的其他二级通道234，例如与中心轴92大体共轴的二级通道234以及比所示二级通道234相对于中心轴92成更大角度的另一组二级通道234。在一些实施例中，二级通道234可以相对于中心轴92成若干不同角度离开圆顶246，例如范围在约0至90度之间。例如，一个或多个二级通道234可以设置成相对于轴92成约0、15、30、45、60和75度角。此外，通道234可以具有不同直径或形状。例如，相对于中心轴92成较大角度的通道234的直径可能大于成较小角度的通道234。尽管在本实施例中，圆顶上设置多个通道234，但是作为替代，圆顶可以包括通向燃烧室126中的锥形扩散器而不是多个通道。在又一些实施例中，圆顶上可以设置与多个通道相关联的锥形扩散器或甚至可能是用于排出燃烧室中的自由基的多个锥形扩散器。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126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。

图7为具有用流体驱动的正排量系统301的自由基注射装置300的一个实施例的示意图，所述系统用于将自由基驱动到燃烧室322中。如所示，自由基注射装置300包括加压流体源302、自由基源304、气缸306、活塞308、弹簧310、控制器312，以及阀314。用流体驱动的正排量系统301大体包括加压流体源302，以及活塞308和相关元件。加压流体源302可以包括加压空气、废气、氮气、蒸汽、液压流体，或任何其他合适的气体、液体，或蒸气。如上所论述，自由基源304可以包括过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。

在操作过程中，自由基基于接收自控制器312的信号而被输入到气缸306中。当自由基处于气缸306内时，控制器312随后启动阀314。阀314可以是任何合适的阀，例如蝶形阀、闸门阀、夹管阀，或球形阀。控制器312打开阀314，从而将加压流体源释放，加压流体通过通道316并进入气缸306中。加压流体接触活塞308，从而迫使活塞308在箭头318的方向上移动。随着活塞308在箭头318的方向上移动，活塞308迫使气缸306中的自由基流出气缸306通过通道320而进入燃烧室322中。在将自由基注射到燃烧室322中之后，加压流体被移除且阀314关闭。一旦移除压力，弹簧310便在与箭头318相反的方向上缩回活塞308。在每次点燃事件中，该过程会重复。

图8为具有电子驱动的正排量系统341的自由基注射装置340的一个实施例的示意图，所述系统用于将自由基驱动到燃烧室354中。自由基注射装置340包括电子致动器342、自由基源344、气缸346、活塞348、轴杆350，以及控制器352。电子驱动的正排量系统341大体包括电子致动器342，以及活塞348和相关元件。电子致动器342可以包括螺线管、交流（AC）驱动器、直流（DC）驱动器、压电驱动器、线性马达、感应马达，或它们的某组合。如上所论述，自由基源344可以包括过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。

在操作过程中，当被控制器352发信号通知时，自由基被输入到气缸346中。当自由基处于气缸346内时，控制器352启动电子致动器342。电子致动器342随后在燃烧室354的方向上通过轴杆350而使活塞348移动。活塞348的移动迫使自由基通过通道356而进入燃烧室354中，从而在燃烧室354中引起自由基诱发的点燃和燃烧。在自由基注射到燃烧室354中之后，电子致动器缩回轴杆350和活塞348。随着活塞348缩回，自由基可以再一次输入气缸346中，并且该过程重复进行。

图9为具有用流体驱动的正排量系统371的自由基注射装置370的一个实施例的示意图，所述系统用于将自由基驱动到燃烧室386中。自由基注射装置370包括加压流体源372、自由基源374、气缸376、薄膜378、控制器380以及阀382。用流体驱动的正排量系统371大体包括加压流体源372，以及薄膜378和相关元件。加压流体源372可以包括加压空气、废气、氮气、蒸汽、液压流体，或任何其他合适的气体、液体，或蒸气。如上所论述，自由基源374可以包括过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。

在操作过程中，当被控制器380发信号通知时，自由基被输入到气缸376中。当自由基处于气缸376内时，控制器380启动阀382。阀382可以是任何合适的阀，例如蝶形阀、闸门阀、夹管阀，或球形阀。控制器380打开阀382，从而将加压流体源释放，加压流体通过通道384而进入气缸376中。加压流体接触薄膜378，从而使薄膜378在燃烧室386的方向上弯曲。随着薄膜378在燃烧室386的方向上弯曲，薄膜378迫使气缸376中的自由基通过通道388而流出并且进入燃烧室386中。在将自由基注射到燃烧室386中之后，加压流体被移除且阀382关闭。一旦移除压力，薄膜378便弯曲回到正常状态。在每次点燃事件中，该过程会重复。

图10为具有加压自由基源402的自由基注射装置400的一个实施例的示意图。如所示，自由基注射装置400还包括阀404和控制器406，阀404和控制器406经配置以在适当点燃时刻对加压自由基流入燃烧室408中的动作进行控制。在操作中，控制器406启动阀404，从而允许加压自由基流经通道410而进入燃烧室408中。一旦足够量的自由基通过通道410，控制器406便关闭阀406以终止更多的加压自由基的流入。在每次点燃事件中，该过程会重复。同样，自由基经配置以快速点燃燃烧室408中的燃料空气混合物，而不带火花，而是依靠高压、高温和自由基分布的组合。

图11为由燃烧机418一体化驱动的自由基注射装置416的一个实施例的示意图，从而对自由基的注射以及发动机循环进行一体化定时。如所示，燃烧机418包括耦接到主发动机活塞422的主发动机曲轴420，其中曲轴420旋转以使活塞422在下止点（BDC）位置与上止点（TDC）位置之间往复运动。曲轴420又耦接到具有齿426的初级齿轮424，所述齿与二级齿轮430的齿428接合。在一些实施例中，齿轮424和430可以通过定时链（timing chain）或定时带（timing belt）来连接。二级齿轮430耦接到二级曲轴432，例如点燃定时曲轴，所述二级曲轴耦接到迫使自由基进入主燃烧室436中的二级活塞434。因此，曲轴420和432以及相关的齿轮424和430对活塞422和434的移动进行一体化定时，以在适当的点燃时刻将自由基注射到燃烧室436中。在又一些实施例中，活塞434和/或422可以由凸轮驱动。在操作过程中，控制器438控制着将来自自由基源440的自由基注射到具有活塞434的气缸442中的动作。活塞434又迫使自由基进入燃烧室436中以引起自由基诱发的点燃和燃料空气混合物的燃烧。该燃烧迫使活塞422远离TDC位置而移向BDC位置，从而引起曲轴420、齿轮424和430，以及曲轴432的旋转。因此，在活塞422的下行冲程中，各种连接能引起活塞434的上行冲程。该循环重复进行以在活塞422的TDC位置处、其附近或略微靠后的时刻引起自由基注射。在所示实施例中，自由基注射装置400可以被描述为整合到燃烧机402上，并且依靠发动机402的功率而非外部电源来驱动自由基注射。

图12A和图12B为自由基注射装置470的一个实施例的示意图，其示出了发动机循环。确切地说，图12A示出了上行冲程或压缩冲程，而图12B示出了下行冲程或动力冲程。如图12A和图12B中所示，自由基注射装置470包括正排量装置472以及控制器474，所述控制器经配置以对自由基的注射进行控制以点燃燃料空气混合物。如图12A中所示，在活塞480的压缩冲程中，燃料注射器476将可燃燃料，例如气体或液体燃料，注射到燃烧室478中。在压缩冲程中，燃料与空气混合以在燃烧室478中产生燃料空气混合物。最初，燃料空气混合物可以由火花塞或自由基的外部源点燃。然而，燃料空气混合物的燃烧产生未燃自由基，该未燃自由基可以在发动机的随后循环中用作自由基诱发的点燃的源。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。在所示实施例中，燃烧产生的自由基可以从燃烧室流向正排量装置472，如箭头482所指示。随后，如图12B中所示，正排量装置472可以迫使那些同样的自由基（含有或不含有外部供应的自由基的其他源）返回到燃烧室中以提供自由基诱发的点燃，如箭头484所指示。例如，在适当的点燃时刻，控制器474可以启动正排量装置472以提供挤压自由基的正排量力，从而将自由基正排量地移动到燃烧室中。正排量装置472可以包括电气、机械，或流体驱动的致动器，如上所论述。由于每次燃烧事件所产生的未燃自由基会作为下一燃烧事件中自由基诱发的点燃的内部源，因此该过程会重复进行。图12A和图12B中的实施例减少或消除了对于自由基的外部源的依赖，同时还使用正排量装置472以及控制器474来提供精确的点燃定时。

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，并且本文中已经对这些具体实施例进行了详细描述。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 (17)

1.一种系统，其包括：

燃烧室；以及

自由基点燃系统，所述自由基点燃系统经配置从所述燃烧室的燃烧反应接收自由基，其中所述自由基点燃系统经配置以在点燃时刻将所述自由基注射到所述燃烧室中以触发燃料空气混合物的燃烧；其中所述自由基点燃系统包括正排量注射器，所述正排量注射器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所述燃料空气混合物的燃烧。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述正排量注射器包括旋转泵。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述正排量注射器包括往复泵。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述往复泵包括活塞泵或隔膜泵。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述正排量注射器包括具有加压流体源的驱动器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述正排量注射器包括电子驱动器。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电子驱动器包括螺线管驱动器、压电驱动器，或其组合。

8.根据权利要求1所述的系统，其包括耦接到所述燃烧室的预燃室，其中所述自由基点燃系统经配置将来自所述燃烧室的所述自由基接收到所述预燃室，其中所述自由基点燃系统经配置以在所述点燃时刻将来自所述预燃室的所述自由基注射到所述燃烧室中以触发所述燃料空气混合物的燃烧。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述自由基点燃系统不包括火花点燃系统。

10.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，或其组合。

11.一种系统，其包括：

燃烧室，其配置成燃烧燃料空气混合物产生自由基；

预燃室，其配置成接收在所述燃烧室产生的自由基；

正排量泵，其配置成驱动所述自由基离开所述预燃室且进入所述燃烧室；

自由基点燃控制器，所述自由基点燃控制器耦合到所述正排量泵且经配置以对以下动作进行定时：通过所述正排量泵将所述自由基正排量注射到燃烧室中以点燃燃料空气混合物。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述自由基点燃控制器经配置以将以下动作定时在气缸中活塞的上止点之后的点燃时刻：将所述自由基正排量注射到所述燃烧室中。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述自由基包括过氧化物、乙醛，或其组合。

14.根据权利要求11所述的系统，其包括具有所述自由基点燃控制器的燃烧机。

15.一种发动机燃烧方法，其包括：

接收来自燃烧室的燃烧反应的自由基；

通过正排量装置将所述自由基正排量地移动到所述燃烧室中，并且通过所述自由基来点燃所述燃烧室中的燃料空气混合物。

16.根据权利要求15所述的方法，其包括通过控制所述自由基正排量地移动到所述燃烧室中的时机来对所述燃料空气混合物的点燃时刻进行控制。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述自由基正排量地移动到所述燃烧室中的所述时机发生在所述燃烧室的气缸中活塞的上止点之后。