CN103384755A - 用于燃烧发动机的em能量施加 - Google Patents

Abstract

在此披露了一种通过施加EM能量来将燃料混合物点燃的设备。该设备可以包括：一个辐射元件，该辐射元件被配置成用于以多个调制空间要素（MSE）向该燃料混合物施加EM能量；以及一个处理器，该处理器被配置成：用于确定在向该燃料混合物施加EM能量以便将该燃料混合物点燃的过程中有待实现的至少一种目标EM能量空间分布；用于从该多个MSE中选择一个MSE子集，所选择的MSE子集被选择以便提供该至少一种目标EM能量空间分布；并且用于以该选定的MSE子集致使经由该至少一个辐射元件向该燃料混合物进行EM能量施加以便提供EM能量施加的该至少一种目标空间分布。

Description

用于燃烧发动机的EM能量施加

相关申请

本申请要求以下美国临时专利申请的优先权权益：2011年1月24日提交的申请号61/435,430；2011年1月26日提交的申请号61/436,314；以及2011年4月8日提交的申请号61/473,392；各个申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

这是一份国际上授予专利的（pated）专利申请，涉及用于施加电磁（EM）能量的装置和方法，并且更具体地但并非排他性地涉及用于向燃烧发动机中、例如内燃发动机或外燃发动机中的不同系统和应用施加EM能量的装置和方法。

背景

EM波已经被用于在不同的应用中向物体供应能量。这些波可以使用典型地调谐到单一频率的磁控管来供应。

例如，可以使用RF能量来在燃烧发动机中产生燃料点火（例如，用于替代汽油发动机的火花点火）。当在燃烧室中燃料（例如，化石燃料）与氧化剂（例如空气）混合并且被点火时，发生燃料的燃烧。该燃料的点火可以用于驱动例如活塞、涡轮机叶片、或喷嘴。燃烧发动机（例如，柴油或汽油供能的燃烧发动机）的基本部件是带有活塞的汽缸。在柴油发动机中，由于在燃料混合物的压缩中该发动机所产生的热量和压缩而自发地产生点火，只要满足燃料空气混合物和压力的阈值即可。低于这些阈值时不会发生点火。柴油发动机中的点火可以在一个汽缸内的若干地方同时发生并且经由向该汽缸的定时燃料注入来进行控制。在汽油发动机中，燃料混合物可以使用电火花进行点火。点火可以经由对电火花的应用进行定时来控制。

在汽油发动机中RF能量点火代替这样的电火花是已知的。该RF能量可以被传递，例如经由天线传递到气体混合物中，将该混合物点火从而增强氧化作用。波所携带的RF能量与电火花相比可以更快速地并且以更大体积来释放能量。对燃料的能量施加可以通过产生具有一个或多个高强度区域（也称为热点）的场图案来完成。例如，RF能量在2.54GHz的频率下时，该热点可能具有几个cm³的大小。HCCI（均质充量压缩点火）技术组合了柴油发动机的体积式自发高压缩点火的益处与汽油发动机的生产益处和点火均匀性。如在均质充量火花点火中，燃料与氧化剂被混合在一起。然后该混合物的密度和温度通过压缩而升高，直到整个混合物自发地发生反应。HCCI发动机可以使用贫燃料混合物以便将能量的不受控释放最小化。这项技术具有许多优点，包括：节约燃料、使用类似柴油的压缩比（>15）运行、NO_x排放量少。HCCI发动机可以用汽油燃料、柴油燃料或替代燃料来运行。然而，这种HCCI技术具有若干缺点。例如，每个循环中CO和烃类或炭烟的排放量相对高。此外，高压力可能对发动机造成损坏。HCCI技术中的另一个显著的限制是缺乏对点火定时的控制，尤其是当在冷启动或加速中需要灵活的扭矩时。为了实现HCCI发动机中的动态运行，控制系统必须改变这些引发燃烧的条件：该燃料混合物、对于发动机中的每个汽缸在周期到周期的基础上该燃料混合物的压缩比和/或温度。可变气门促动（VVA）可以通过控制进气阀关闭时的这个点以及燃烧室（汽缸）内截留的热排气的量来对该燃烧室内的温度-压力-时间历史提供更细微的控制。该汽缸中的这些传感器可以向一个处理器施加信号，该处理器在每个循环中基于活塞的温度、压力和移动来调节该VVA系统。

可以通过向燃烧发动机的燃烧室中引入更多燃料来增加功率。然而在HCCI发动机中，该燃料混合物可以几乎同时地燃烧。在实验用的GMHCCI发动机中应用的另一种方法是使该发动机仅在部分负荷条件下以HCCI模式运行并且使该发动机在全负荷或接近全负荷条件下作为柴油或火花点火发动机运行。

气体涡轮机向燃料与空气混合并点火时所在的一个燃烧器或燃烧室中的气体流添加能量。该燃料的燃烧升高了温度。燃烧产物可能被迫使进入一个涡轮机区段中，在这里高速度和体积的该气体流被引导穿过多个涡轮机叶片上方的一个喷嘴，从而使该涡轮机旋转。对于一些涡轮机，这个动力驱动了机械输出。不同于汽油或柴油发动机，一旦在该涡轮机启动时，可能发生点火。然而，点火的火焰必须被控制并且稳定在一个锚定点，以便获得燃料燃烧的效率。避免火焰渗透到主要通道流中（即，喷出）也是重要的。有若干方法用来稳定和锚定气体或双燃料（气体和燃料油）涡轮机中的火焰。例如，可以添加混合器、漩涡产生器和空气动力学火焰稳定器。另一种途径是向该燃烧器中添加催化转化器（催化器）。例如，可以将多个催化模块定位在一个烧出区的入口处，该入口可以充当燃料氧化的点火的优选位置。这可以进一步允许将燃烧反应的温度降低到1500℃以下，因此避免了NO_x、CO或未燃烃排放物的形成。使用催化器来锚定火焰可以允许使用贫燃料混合物，因此减小了NO_x排放量。然而，贫混合物可能在火焰的尺寸和位置方面造成波动。一些途径组合了流动建模途径以及催化器二者的益处，使用该催化器作为混合器、漩涡产生器和/或空气动力学火焰稳定器。火焰锚定的主要挑战之一是在该燃料混合物、例如贫燃料混合物或混合式涡轮机的变化下稳定火焰。

概述

本披露的一些示例性方面包括用于向不同的燃烧发动机施加EM能量的设备和方法。例如，以用于稳定在气体涡轮机中一个燃烧室内点燃的火焰的锚定点。其他一些方面可以针对施加EM能量以便将燃烧室中的燃料混合物点燃，例如对于注入内燃发动机的汽缸中的燃料混合物进行点火。可以进一步施加EM能量来在点火之前将燃料或燃料混合物预加热，从而任选地增强该点火作用。

本发明的一些实施例可以涉及用于施加EM能量以便稳定火焰的锚定点的装置和方法。该设备可以包括被配置成用于向涡轮机中的火焰施加EM能量的至少一个辐射元件。这些方法可以由一个处理器来执行。

在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于确定在向火焰施加EM能量的过程中有待实现的至少一种EM能量空间分布。该处理器可以控制经由该至少一个辐射元件向火焰的EM能量施加，从而使得该至少一种EM能量空间分布被施加而用于稳定该火焰的锚定点。在一些实施例中，该处理器可以基于一个反馈来确定该空间分布。该反馈可以涉及：针对该火焰的至少一个方面、含有该火焰的一个燃烧室的至少一个方面、或该涡轮机的至少一个方面。这种EM能量施加可以基于该反馈来进行控制。

在一些实施例中，可以以一个MSE子集来施加EM能量以便稳定该火焰的锚定点。该处理器可以被配置成用于从多个调制空间要素（MSE）中选择一个MSE子集，能以该多个调制空间要素从该至少一个辐射元件施加EM能量。该处理器可以进一步控制经由该至少一个辐射元件向该火焰的EM能量施加，从而使得该EM能量被施加而用于稳定该火焰的锚定点。在一些实施例中，可以基于一个反馈来选择该MSE子集。任选地，该处理器可以选择该子集而使得所选择的MSE子集是被选择用于提供该至少一种EM能量空间分布。

在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于从至少该火焰或该涡轮机接收一个反馈。该处理器可以进一步基于该反馈来控制经由该至少一个辐射元件进行的EM能量施加，以用于稳定该火焰的锚定点。该反馈可以涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

本发明的一些示例性实施例可以针对通过例如向燃烧室施加EM能量来将燃料混合物点燃的设备和方法。该设备可以包括至少一个辐射元件和至少一个处理器，该至少一个辐射元件被配置成用于以多个调制空间要素（MSE）来向该燃料混合物施加EM能量。该方法可以由该处理器来执行。该处理器可以被配置成用于确定在向该燃料混合物施加EM能量以便将该燃料混合物点燃的过程中有待实现的至少一种EM能量空间分布。EM能量可以受到控制并且经由该至少一个辐射元件来施加给该燃料混合物，以便提供EM能量施加的该至少一种空间分布。

在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于从多个MSE中选择一个MSE子集。任选地，该MSE子集是被选择用于提供该至少一种空间分布并且以所选定的MSE子集进行施加。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于引起经由该至少一个辐射元件向该燃料混合物进行EM能量施加。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于引起经由该至少一个辐射元件以该MSE子集向该燃料混合物进行EM能量施加。

在一些实施例中，该处理器可以进一步被配置成用于基于反馈来确定该空间分布和/或选择该MSE子集。该反馈可以是涉及该燃料混合物的至少一个方面的一种反馈。该反馈可以接收自含有该燃料混合物的一个燃烧室和/或包括该燃烧室的一台发动机。该反馈可以是在至少一个燃烧循环过程中接收的。该反馈可以涉及以下各项中的至少一项：室内的燃料混合物的温度、一部分室的温度、该室的几何形状、一个发动机部件的相对位置、或该室内的燃料混合物的组成。该反馈可以是一个EM反馈。任选地，该EM反馈可以接收自该燃烧室和/或可以指示燃料混合物中可吸收的EM能量。该EM反馈可以至少部分地基于一种计算或估算。

在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于基于该反馈来控制该EM能量施加。例如，该处理器可以基于该反馈来确定有待向该燃料混合物施加的EM能量的至少一个量。该处理器可以基于该反馈来设定有待向该燃料混合物施加的EM能量的持续时间和/或功率水平。该处理器可以进一步被配置成根据该反馈、例如根据该发动机部件的相对位置来控制EM能量施加的定时。

在一些其他实施例中，该处理器可以基于所确定的空间分布和/或所选择的MSE子集和/或所接收的反馈来控制向该燃料混合物的EM施加。

本发明的一些方面可以包括：通过确定在燃烧室的至少一部分体积内将被燃料混合物吸收的EM能量的量来确定该至少一种EM能量空间分布。在一些实施例中，该处理器可以确定一个第一EM空间能量轮廓以及一个第二空间EM能量轮廓，该第一EM空间能量轮廓被配置成使得EM能量可以被选择性地施加给在燃烧室的一个第一部分内的燃料混合物，并且该第二空间EM能量轮廓被配置成使得EM能量被选择性地施加给在该燃烧室的一个第二部分内的燃料混合物。该处理器可以进一步被配置成在一个第一时间段内以第一EM空间能量轮廓产生EM能量吸收并且在一个第二时间段内以该第二空间EM能量轮廓产生EM能量吸收，其中该第二时间段的至少一部分不与该第一时间段重叠。任选地，产生该EM能量施加的定时是基于活塞在汽缸中的相对位置。

在一些实施例中，确定空间分布和/或选择MSE子集和/或控制EM能量施加可以是基于与该燃料混合物的点火相关联的至少一个方面的，例如当根据与发动机运行相关联的一种或多种点火状态进行点火时。这些点火状态可以涉及发动机的冷启动点火、发动机的加速以及巡航驾驶中的一种。在一些实施例中，该处理器可以确定空间分布和/或可以选择MSE子集和/或可以控制EM能量施加以便影响在发动机的冷启动点火过程中消耗的燃料量或者以便影响在发动机的加速过程中的扭矩。

本发明的一些其他方面可以包括向燃料混合物施加EM能量从而使得可以发生燃料混合物基本上完全的燃烧。在一些实施例中，该燃料混合物可以是一种贫燃料混合物。根据本发明的一些实施例的燃料混合物可以包括吸收材料。一些设备可以包括被配置成用于将EM吸收材料注入该燃料混合物中的注入器。

在一些实施例中，以上披露的设备可以安装在一台燃烧发动机内，任选地该燃烧发动机可以是车辆的一部分。该燃烧发动机可以选择下组，该组由以下各项组成：柴油发动机、汽油发动机或HCCI发动机。

在一些实施例中，向燃料混合物的EM施加可以提供该燃料混合物的所希望的温度以便控制对燃料混合物点火的定时。在一些实施例中，该燃料混合物的点火可以是在亚阈值压缩下执行的。

本发明的一些方面可以包括经由至少一个辐射元件向燃烧室内的燃料混合物施加EM能量，该至少一个辐射元件被配置成用于向该燃烧室内的燃料混合物施加EM能量。可以接收和/或确定一个EM反馈。该EM反馈可以与该燃烧室的一个或多个部分相关联。在一些实施例中，可以确定有待施加给该燃烧室内的燃料混合物的EM能量的多个EM场图案。基于该EM反馈可以对于该多个EM场图案中的每一个确定一个权重。该多个EM场图案可以经由该至少一个辐射元件以所确定的这些权重来激发以便向该燃烧室内的燃料混合物施加EM能量。

本发明的一些实施例可以包括用于在燃料点燃之前将该燃料或燃料混合物加热的设备和方法。可以经由被配置成用于向该燃料或燃料混合物施加EM能量的至少一个辐射元件来向该燃料施加EM能量。这种EM施加可以在燃料或燃料混合物注入一个燃烧室之前、任选地当该燃料流经一个管时进行。替代地，可以当该燃料或燃料混合物位于一个燃烧室内时在点火之前向该燃料或燃料混合物施加EM能量。

该方法可以由至少一个处理器来执行。该处理器可以被配置成用于确定在向该燃料或燃料混合物施加EM能量的过程中有待实现的至少一种EM能量空间分布。另外地或替代地，该处理器可以被配置成用于从多个调制空间要素（MSE）中选择一个MSE子集，能以该多个调制空间要素从该至少一个辐射元件施加EM能量。任选地，这个选定的MSE子集是被选择用于提供该至少一种EM能量目标空间分布。该处理器可以基于所选择的MSE子集和/或所确定的EM能量空间分布来控制经由该至少一个辐射元件向该燃料或燃料混合物进行的EM能量施加，以便在将该燃料点燃之前加热该燃料。预加热后的燃料可以注入一台燃烧发动机的汽缸内。

在一些实施例中，可以是基于一个反馈来确定该空间分布和/或选择该MSE子集。该反馈可以涉及该燃料或燃料混合物的至少一个方面、一个燃料系统的一个方面、或包括该燃料系统的发动机的一个方面。该反馈可以涉及以下各项的至少一项：燃料的温度、该燃料系统的一部分的温度、该燃料系统的几何形状、发动机的一个部件的相对位置、或该燃料的组成。可以在至少一个燃烧循环过程中接收该反馈。

在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于基于该反馈来控制该EM能量施加。任选地，该反馈可以是一种EM反馈。该EM反馈可以接收自含有该燃料混合物的一个燃烧室或含有该燃料的一个管。例如，该处理器可以基于该反馈来确定有待向该燃料施加的至少一个EM能量的量。该处理器可以基于该反馈来设定有待向该燃料或燃料混合物施加的EM能量的持续时间和/或功率水平。该处理器可以进一步被配置成根据该反馈、例如根据活塞在汽缸中的相对位置来控制EM能量施加的定时。该控制器可以进一步被配置成用于预先确定有待向该燃料或燃料混合物施加的、任选地用于将该燃料或燃料混合物加热至一个目标温度的能量的量，其中该目标温度影响了该燃料点火的定时。

本发明的一些方面可以包括在点火之前向燃料施加EM能量以便影响该燃料中的自由基的量。

在一些实施例中，该燃料系统可以安装在一台燃烧发动机内，任选地该燃烧发动机可以是车辆的一部分。该燃烧发动机可以选自下组，该组由以下各项组成：柴油发动机、汽油发动机或HCCI发动机。

本发明的一些方面可以包括一种燃料混合物，该燃料混合物包括：一种可燃的燃料化合物以及与该可燃的燃料组分相混合的一种EM能量吸收材料。该EM能量吸收材料是被选择用于以下至少一个目的：增强该燃料混合物的EM能量吸收、或者影响该燃料混合物的一个或多个点火特征。该燃料混合物可以是一种贫燃料混合物。

以下附图和详细说明涵盖与本发明一致的众多替代性实例。对所披露的每一特征的概述超出了这个概述部分的主题。对于本发明的示例性方面的更详细说明，可以参考附图、详细说明以及权利要求书，这些都通过引用而结合到本概述之中。

附图简要说明

图1是根据本发明的一些示例性实施例的用于向物体施加EM能量的设备的图解表示；

图2是根据本发明的一些示例性实施例的一个空腔的视图；

图3是根据本发明的一些实施例的一种基于反馈来向能量应用区施加EM能量的方法的流程图；

图4是根据本发明的一些示例性实施例的用于向物体施加EM能量的设备的图解表示；

图5A是根据本发明的一些示例性实施例的一种用于在能量应用区中激发预定的空间能量分布的方法的流程图；

图5B是根据本发明的一些实施例的三个电磁场图案的展示；

图6是根据本发明的一些实施例的一种用于向能量应用区施加EM能量的方法的流程图；

图7是根据本发明的一些实施例的在气体涡轮机中的一个示例性燃烧器；

图8是根据本发明的一些实施例的一种用于施加EM能量以便将火焰稳定在锚定点的方法的流程图；

图9示出了当向涡轮机中的火焰施加EM能量时所激发的EM场的仿真结果；

图10是根据本发明的一些示例性实施例的一个汽缸的图解表示；

图11呈现了根据本发明的一些实施例的一种用于向燃烧发动机中的燃料混合物施加EM能量的方法；

图12展示了根据本发明的一些实施例的一个汽油汽缸的模型，该汽油汽缸包括一个用于向该汽缸施加EM能量的RF波导；

图13A-13F呈现了根据本发明的一些实施例，由于具有10.45GHz的频率的EM波的激发而在具有14:1的空气/燃料比的汽油汽缸中可能形成的温度轮廓；

图14A-14F呈现了根据本发明的一些实施例，由于具有16.95GHz的频率的EM波的激发而在具有14:1的空气/燃料比的汽油汽缸中可能形成的温度轮廓；

图15A-15C呈现了根据本发明的一些实施例，由于具有16.95GHz的频率的EM波的激发而在具有100:1的空气/燃料比的汽油汽缸中可能形成的温度轮廓；

图16示出了根据本发明的一些实施例，对于不同的燃料混合物比和空气而言S11参数随着EM能量的频率的变化；

图17A展示了根据本发明的一些实施例的一个汽缸；

图17B示出了根据本发明的一些实施例对于14:1的燃料混合物比所仿真的不同活塞位置处的反射系数（S11参数）；

图17C示出了根据本发明的一些实施例该S11参数相对于活塞位置的平均值；并且

图17D示出了根据本发明的一些实施例针对特定频率（11.1GHz）的S11参数相对于活塞位置；并且

图18呈现了根据本发明的一些实施例的一种用于施加EM能量来在燃烧室中点火之前将燃料或燃料混合物进行加热的方法。

详细说明

现将详细参考本发明的示例性实施例，附图中图示了这些实施例的实例。适当的时候，贯穿这些附图使用了相同参考数字来指代相同或相似的零件。

在一个方面，本发明可以涉及用于向一种燃料（例如，化石燃料）或燃料混合物（例如，化石燃料与空气）施加EM（EM）能量以便将该燃料或燃料混合物加热并且任选地点火的设备和方法。其他一些方面可以包括施加EM能量来使得在一个涡轮机中点火的火焰锚定。

火焰锚定

在一些实施例中，可以向气体涡轮机（也称为燃烧涡轮机）中的燃烧室施加EM能量以便稳定该涡轮机中火焰的锚定点。火焰可以通过一个被配置成用于在燃烧室内产生火焰的燃烧器来点火和维持。在一些实施例中，可以向气体涡轮机中的燃烧室施加EM能量以便避免火焰出来（火焰喷出）。在一些实施例中，可以使得该火焰稳定化以便提高燃烧效率，例如当使用贫燃料混合物时。在气体涡轮机中使用贫燃料混合物可以减少燃料消耗并且可以由于低的燃烧温度（例如，低于1500℃）而减少NO_x、CO或未燃烃的排放。然而，贫混合物的火焰趋向于在密度以及燃烧器中的位置方面变化（一种被称为“燃烧振荡”的现象），并且锚定该火焰可能是更困难的（与非贫燃料混合物相比）。在一些实施例中，可以向涡轮机施加EM能量以便在较低的空气/燃料比率下获得点火和火焰稳定状态，例如以便优化（减少）燃料消耗。

在一些实施例中，可以向燃烧器中的贫燃料混合物施加EM能量以便使得火焰稳定、同时任选地减少该燃料混合物中燃料的量。在一些实施例中，当施加了EM能量来稳定涡轮机中的火焰的锚定点时，可以减少一种燃料混合物中燃料的量。另外地或替代地，这种EM能量的施加可以减少这种燃烧振荡并且还可以减少喷出的危险。在一些实施例中，这种EM能量的施加可以控制火焰的状态、位置（地点）、形状、密度水平或温度。在一些实施例中，可以施加EM能量来控制火焰的状态、位置（地点）、形状、密度水平或温度。

在本发明的一些实施例中，可以在气体涡轮机中施加EM能量以用于产生用于燃料氧化和火焰的点火的一个优选位置。在一些实施例中，这可以灵活地动态改变并且可以对于燃料混合物、火焰温度和/或气体排放物的多种变化做出反应。

在此所使用的术语“EM能量”包括EM谱的任何或所有部分，包括但不限于射频（RF）、红外（IR）、近红外、可见光、紫外等。在一个具体实例中，所施加的EM能量可以包括具有在100km到1mm的自由空间内的波长的RF能量，这分别对应于3KHz到300GHz的频率。在一些实例中，所施加的EM能量可以落在500MHz至1500MHz之间、或700MHz至1200MHz之间、或800MHz至1GHz之间的频带内。例如，微波和超高频（UHF）能量都在RF范围内。尽管在此可能是结合RF能量的施加来描述本发明的实例，但是这些描述是展示性的并且不意在将本发明限制为EM谱的任何特定部分。

在某些实施例中，EM能量的施加可以是在燃烧室（例如，涡轮机或汽缸中的燃烧室）中或在与燃烧发动机相关的燃料系统其他装置中发生的。向该燃烧室或燃料系统进行的EM能量施加可以例如在一个“能量应用区9”中进行。图1中示出了一个示例性的能量应用区9。能量应用区9可以包括可在其中施加EM能量的任何空隙、位置、区域或面积。能量应用区9可以是空心的，或者可以用液体、固体、气体或其混合物来填充或部分地填充。能量应用区9可以包括一个包壳的内部、一个部分包壳的内部，这个内部允许EM辐射波的存在、传播和/或共振以及进行化学反应，例如进行燃料的燃烧。出于本披露的目的，能量应用区9可以替代地并且同等地被称为“空腔”。如果一个物体的至少一部分位于能量应用区9中或者如果这个物体的某部分接收了来自区9的EM辐射，则可以认为该物体在该区“之中”。

根据本发明的一些实施例，一种设备或方法可以涉及至少一个源的使用，该源被配置成用于向能量应用区9施加EM能量。“源”可以包括适于产生和施加的EM能量的任何一个部件或多个部件。与本发明的一些实施例一致地，EM能量可以在预先确定的波长或频率下以传播的EM波的形式（也称为“EM辐射”）被施加给该能量应用区。如在本文中始终如一地使用的，“传播的EM波”可以包括共振波、衰减波和以任何其他方式行进通过介质的波。EM辐射携带了可以被赋予给物质的能量。

在某些实施例中，可以向物体11施加EM能量。对EM能量所施加到其上的“物体”（或“待加热的物体”）的提及不限于该物体的特定形式或状态。例如，物体可以包括液体、半液体、固体、半固体或气体。物体还可以包括复合物或处于不同相的物质混合物。在一些实施例中，这种物体可以包括燃料、燃料与氧化剂的混合物、和/或火焰的等离子区。在一些实施例中，这种物体可以包括EM颗粒。

被施加至能量应用区9上的EM能量的一部分可以被物体11吸收。被施加至能量应用区9上的EM能量的其他部分可以被与能量应用区9相关联的其他不同元件（例如，在区9的壁上的沉积物，如垢，与区9相关联的结构，或区9中存在的其他吸收EM能量的材料）吸收。

图1是一种用于将EM能量施加到物体上的设备100的图解展示。设备100可以包括一个施加与控制系统（例如，控制器101）、一个辐射元件或能量源（在此术语“天线”、“辐射元件”可以互换使用）的阵列102（包括一个或多个辐射元件）、以及能量应用区9。控制器101可以电耦合到一个或多个辐射元件102上。如在此使用的，术语“电耦合”是指一种或多种直接或间接的电连接。控制器101可以包括处理器92、一个接口130、以及一个EM能量源96。基于处理器92的输出，源96可以通过产生一个或多个有待供应至多个辐射元件102的射频信号来进行响应。该一个或多个辐射元件102可以将EM能量辐射（施加）到能量应用区9中。在某些实施例中，这个能量可以与位于能量应用区9中的物体11相互作用。

处理器92可以包括一个通用计算机或专用计算机。处理器92可以被配置成用于产生经由接口130来控制EM能量源96的控制信号。处理器92可以进一步任选地经由接口130接收从EM能量应用区9测量的信号。

虽然出于示例性目的将控制器101展示为具有三个子部件，但可以用更少的部件来可靠实现控制功能，或者可以包括与所希望的功能和/或具体实施例的设计相符的额外的部件。

图2示出了一个空腔10的图解截面视图，它是能量应用区9的一个示例性实施例。空腔10可以是圆柱形的形状（或采用任何其他适合的形状，例如除其他之外是半圆柱形、椭圆形）或者可以由导体制成，例如铝、不锈钢或任何适合的金属或其他导电性材料。在一些实施例中，空腔10可以包括涂覆和/或覆盖有一个保护涂层的多个壁，该保护涂层是例如由EM能量可透过的材料制成（例如，金属氧化物或其他）。在一些实施例中，空腔10可以包括燃烧发动机中的汽缸、涡轮机中的燃烧室、或者可以被含有在燃料系统中。在一些实施例中，该空腔可以包括用于点火并维持火焰的一个燃烧器。空腔10可以在预定的频率范围下共振（例如，在UHF或微波频率范围内，例如在300MHz与3GHz之间、或在400MHz与1GHZ之间）。空腔10可以是关闭的，例如被完全封闭（例如，由导体材料）、至少部分地有界，或者是开放的，例如具有不带边界的多个开口。本发明的总体方法不局限于任何具体的空腔形状或构型。

图2还示出了一个示例性传感器20以及多个辐射元件16和18，这些辐射元件作为辐射元件102的例子（图1）。在一些实施例中，可以在能量应用区9中、例如在空腔10中提供一个或多个场调节元件（未展示）。可以调节一个或多个场调节元件来改变空腔中的EM波图案，其方式为使得选择性地将EM能量从辐射元件16和18中的一个或多个引导进入物体11中。另外地或替代地，可以进一步调节一个或多个场调节元件以便在辐射元件16和18充当发射器的过程中匹配这些辐射元件中的至少一个、并且因此减小与充当接收器的其他辐射元件的耦合。

在本披露的实施例中，可以提供多于一个馈送器和/或多个辐射元件（例如，辐射元件102）。这些辐射元件可以定位在界定该能量应用区9的一个包壳的一个或多个表面上。替代地或者另外地，辐射元件可以定位在能量应用区9的内部或外部。这些辐射元件中的一个或多个可以与物体11相接触、在其附近、或甚至埋入其中（例如当该物体为液体或气体时）或者浸没在燃料中，例如燃料室中的燃料中。在一些实施例中，该辐射元件可以例如包括一个火焰锚定元件，这时该火焰锚定元件包括被设计用于施加和发射EM辐射的传导性材料。每个辐射元件的取向和/或构型可以是不同的。每个辐射元件可以进行定位、调节、和/或定向以便将EM波发射到能量应用区9。这些辐射元件可以沿着一个方向或沿着多个方向发射EM能量。在一些实施例中，不同的元件可以沿着不同的方向发射EM能量。此外，每个辐射元件的位置、取向和构型可以是在将能量施加给该物体之前预先确定的。替代地或者另外地，每个辐射元件的位置、取向和构型可以是在该设备的操作过程中和/或在多轮次的能量施加过程之间通过例如使用一个处理器（例如，处理器92）来动态调节的。应理解的是本发明不局限于具有特定结构或位置的辐射元件。

如图1表示的，设备100可以包括处于辐射元件102形式的、用于向能量应用区9施加EM能量的该至少一个辐射元件。这些辐射元件中的一个或多个也可以被配置成用于接收来自能量应用区9的EM能量。如在此使用的，“辐射元件”可以作为发射器、接收器或这二者起作用。

如在此所使用的，术语“辐射元件”和“天线”可以广泛地指可以辐射和/或接收EM能量的任何结构，而不论该结构是否起初被设计为用于发射（例如，辐射）或接收能量的目的，并且不论该结构是否用于任何额外的功能或不同的功能。按照一些示例性实施例，辐射元件102可以包括一个将能量施加到能量应用区9中的EM能量发射器（在此称为“发射用辐射元件”）、一个接收来自区9的能量的EM能量接收器（在此称为“接收用辐射元件”）、或一个发射器与一个接收器二者的组合。例如，一个第一辐射元件可以被配置成用于向区9施加EM能量，并且一个第二辐射元件可以被配置成用于从该第一辐射元件接收能量。在一些实施例中，一个或多个辐射元件可以各自既用作接收器又用作发射器。在一些实施例中，一个或多个辐射元件可以起双重功能，同时一个或多个其他的辐射元件可以起单一功能。因此，例如，一个单一的辐射元件可以被配置成既用于向区9施加EM能量又接收经由区9的EM能量；一个第一辐射元件可以被配置成用于向区9施加EM能量，并且一个第二辐射元件可以被配置成接收经由区9的EM能量；或者可以使用多个辐射元件，其中该多个辐射元件中的至少一个可以被配置成既用于向区9发射EM能量又接收经由区9的EM能量。有时候，除了发射和/或接收能量之外或者作为其替代方案，还可以调节一个辐射元件以便影响场图案。例如，该辐射元件的不同特性，例如位置、地点、取向、温度等，都可以进行调节。不同的辐射元件特性设置可以在能量应用区内产生不同的EM场图案，由此影响物体中的能量吸收。因此，在能量施加方案中辐射元件的调节是可以变化的。

按照本披露的一些实施例，可以向一个或多个发射用辐射元件供应EM能量。被供应至一个发射用辐射元件上的能量可以产生被该发射用辐射元件发出（施加）的能量（这个发出的能量在此被称为“入射能量”）。这个入射能量可以被施加至区9、并且其量可以是与由一个源供应至该一个或多个发射用辐射元件的能量的量相同的。该入射能量的一部分可能在物体中耗散或被物体11吸收（在此对应地称为“耗散的能量”或“吸收的能量”）。另一部分可以反射回到该发射用辐射元件（在此称为“反射的能量”）。反射的能量可以包括（例如）由于该物体和/或能量应用区所造成的错配（例如阻抗错配）而被反射回到该发射用辐射元件的能量。反射的能量还可以包括由该发射用辐射元件的端口所截留的能量（例如，由该发射用辐射元件发出但没有流入该区中的能量）。该入射能量中除了反射的能量和耗散的能量之外的其余部分可以被耦合到除了该发射用辐射元件之外的一个或多个接收用辐射元件上（在此称为“耦合的能量”）。因此，被供应至该发射用辐射元件的入射能量（“I”）可以包括耗散的能量（“D”）、反射的能量（“R”）、以及耦合的能量（“T”），并且可以根据以下关系来表示：

I＝D+R+ΣT_i。

根据本发明的某些方面，该一个或多个发射用辐射元件102可以将EM能量施加至区9中。由一个发射用辐射元件102施加至区9中的能量（在此称为“施加的能量”或(d)）可以是该辐射元件发出的入射能量减去在同一辐射元件处的反射的能量。也就是说，这个施加的能量可以是从该发射用辐射元件流向区9的净能量，即，d=I-R。替代地，这个施加的能量也可以表示成耗散的能量与发射的能量之和，即，d=D+T（其中T=∑Ti）。

在一些实施例中，在该能量应用区中除了一个或多个辐射元件102之外或作为其替代方案，可以提供一个或多个慢波天线。慢波天线或近场辐射元件可以是指以下的波导结构：该波导结构具有允许其沿着其长度的全部或一部分来发出功率的一个机构。该慢波天线或近场辐射元件可以包括多个槽缝以使得EM能量能够被发出。在一些实施例中，该慢波天线或近场辐射元件可以位于含有有燃料或燃料混合物的一个管道附近。一个或多个近场辐射元件可以与该燃料系统的一个或多个部分对齐。在一些实施例中，该近场辐射元件可以通过发出衰减波来向物体施加EM能量。

在一些实施例中，在EM衰减波（例如，从一个慢波天线发出）与物体（例如该燃料或燃料混合物）之间可以形成耦合。在自由空间内（例如，在该慢波天线附近）衰减的EM波在该物体中可能是不衰减的。

辐射元件（例如，辐射元件102）可以被配置成用于以明确选定的调制空间要素（在此被称为“MSE”）来发出（施加）能量，这些调制空间要素任选地是由处理器92选择的。术语“调制空间”或“MS”用于统称可以影响能量应用区中的场图案的所有可控参数以及其所有组合。在一些实施例中，“MS”可以包括可以使用的所有可能的可控分量和它们的可能设置（绝对的或相对于其他的）以及与这些分量相关联的可调整参数。例如，“MS”可以包括多个可变参数：辐射元件的数量、它们的定位和/或取向（如果是可修改的）、可用的频率带宽、所有可用频率的集合以及其任何组合、功率设置、相位等。MS可以具有任何数量的可能的可变参数，范围在只有一个参数（例如，只限于频率或只限于相位－或其他单一参数的一维MS）与两个或更多个维度（例如，在同一MS中一起变化的频率和振幅或一起变化的频率和相位）或更多之间。

与MS相关联的每个可变参数被称为一个“MS维度”。作为实例，一个三维调制空间具有被指定为频率（F）、相位（P）和振幅（A）的三个维度。也就是说，EM波的频率、相位和振幅（例如，同时发射的两个或更多波之间的振幅差）在能量施加过程中被调制，而所有其他参数可以被预先确定并且在能量施加过程中是固定的，即，仅是为了方便讨论该调制空间是以三维描绘出的。MS可以具有任何数目的维度，例如一个维度、两个维度、四个维度、n个维度、等等。在一个实例中，一个一维调制空间可以提供彼此间仅有频率不同的多个MSE。

术语“调制空间要素”或“MSE”可以指MS中这些可变参数的一组特定的值。因此，MS也可以被当作是所有可能MSE的总合。例如，在被供应到多个辐射元件的能量的相对振幅方面，两个MSE可互不相同。例如，三维MS中的一个MSE可能具有特定的频率F(i)、特定的相位P(i)、以及特定的振幅A(i)。如果即使这些MSE变量中的一个发生改变，那么这个新的集合将限定另一个MSE。例如，（3GHz，30°，12V）和（3GHz，60°，12V）是两个不同的MSE，虽然仅有相位分量是不同的。

这些MSE参数的不同组合可能在该能量应用区上产生不同的场图案、并且在物体中产生不同的能量分配图案。可以顺序地或同时执行以便在能量应用区中激发特定场图案的多个MSE可以统称为“能量施加方案”。例如，一个能量施加方案可以由三个MSE组成：（F(1)、P(1)、A(1)）；（F(2)、P(2)、A(2)）；（F(3)、P(3)、A(3)）。这样的能量施加方案可能导致向该能量应用区施加第一、第二、和第三个MSE。

本发明不局限于任何特定数目的MSE或MSE组合。根据具体应用的要求和/或所希望的能量传递轮廓、和/或给定的设备（例如，空腔尺寸）可以使用不同的MSE组合。可以采用的选项数量可以是少至两个或多至设计者的希望的数目，这取决于多个因素，例如既定用途、所希望的控制水平、硬件或软件分辨率和成本。

在某些实施例中，可以提供至少一个处理器（例如，处理器92）。在此所使用的，术语“处理器”可以包括基于一个或多个输入而执行逻辑操作的电路。例如，此处理器可包括一个或多个集成电路、微芯片、微控制器、微处理器、所有或部分的中央处理器（CPU）、图形处理单元（GPU）、数字信号处理器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）或适用于执行指令或执行逻辑操作的其他电路。该至少一个处理器可以与控制器101重叠或可以是该控制器的一部分。

由该处理器执行的指令可以（例如）预置到该处理器中或可以存储在分开的存储单元中，这些存储单元是例如RAM、ROM、硬盘、光盘、磁介质、快闪存储器、其他永久性的、固定的或易失的存储器，或能够为该处理器储存指令的任何其他机构。该一个或多个处理器可以进行定制以用于特定用途、或可以被配置用于一般目的用途并且可以通过执行不同的软件而执行不同的功能。

如果采用了一个以上处理器，那么所有的处理器可以具有类似的构造，或者它们可以具有彼此电连接或彼此不相连的不同构造。它们可以是分开的电路或被整合在单个电路中。当使用一个以上处理器时，该一个或多个处理器可以被配置成用于独立地或联合地操作。它们可以是电耦合、磁耦合、光耦合、声耦合、机械耦合的或是通过其他方式而允许其相互作用。

该至少一个处理器可以被配置成用于使EM能量经由一个或多个辐射元件而被施加至区9上，这是例如跨过一系列的MSE（多个MSE），以便以每个这样的MSE向物体11来施加EM能量。例如，处理器92可以被配置成用于调整控制器101的一个或多个分量以便使得能量被施加。

在某些实施例中，该至少一个处理器可以被配置成用于确定在多个MSE中的每一个下的一个EM反馈，例如该物体可吸收的能量的指示值。该EM反馈可以是依赖于MSE的。这可以例如是使用一个或多个查询表、通过对该处理器或与该处理器相关联的存储器进行预先编程、和/或通过测试一个位于能量应用区内的物体以便确定其可吸收能量的特征来进行的。进行这样的测试的一种示例性方式是通过扫掠。

如在此使用的，扫掠可以包括例如在多于一个MSE下能量在一个时间段上的透射。例如，扫掠可以包括在一个或多个相邻MSE带中的多个MSE下能量的顺序透射；在多于一个不相邻的MSE带中的多个MSE下能量的顺序透射；在多个独立的不相邻的MSE下能量的顺序透射；和/或具有所希望的MSE/功率频谱内容的合成脉冲的透射（例如，时间上的合成脉冲）。这些MSE带可以是相邻的或不相邻的。因此，在一个MSE扫掠过程中，该至少一个处理器可以调整被施加至该至少一个辐射元件上的能量以便向区9以不同MSE顺序地施加EM能量、并且接收作为物体11的可吸收能量的指示的反馈。虽然本发明不局限于任何特定的EM反馈措施，但一些EM反馈可以指示物体中的能量吸收，这在下文中进行讨论。

在该扫掠过程中，EM源96（例如，通过一个定向耦合器）可以经调整而接收在一个或多个辐射元件102处被反射和/或耦合的EM能量、并且将所测量的能量信息（例如，针对和/或涉及和/或关于所测能量的信息）经由接口130传送回到处理器92，如图1所示。接着该处理器92可以被调整以便基于所接收的信息在多个MSE的每一个下确定一个EM反馈（例如，该物体11可吸收能量的指示值）。按照本披露的一些实施例，指示该可吸收能量的EM反馈可以包括与多个MSE中每一个相关联的一个DR。如在此提到的，“耗散比（DR）”（或“吸收效率”或“功率效率”）可以被定义为物体11所吸收的EM能量与被供应至该发射用辐射元件的EM能量之比。在一些实施例中，“耗散比（DR）”可以定义为物体11所吸收的EM能量与被施加至EM能量应用区9中的EM能量之比。

可能耗散或被物体吸收的能量在此被称为“可吸收能量”或“吸收的能量”。可吸收能量可以是物体吸收能量的能力或设备使能量在给定物体中耗散的能力的指示（例如，其上限的指示）。在本披露的一些实施例中，可吸收能量可以计算为被供应至该至少一个辐射元件的入射能量（例如，最大入射能量）与该耗散比的乘积。反射的能量（例如，未吸收或透射的能量）可以例如是指示物体的可吸收能量的一个EM反馈。作为另一个实例，处理器可以基于该入射能量中被反射的部分以及被耦合的部分来计算或估算可吸收能量。这种估算或计算结果可以用作吸收的能量和/或可吸收能量的指示值。

在MSE扫掠过程中，例如该至少一个处理器可以被配置成用于控制一个EM能量源，从而使得能量以一系列的MSE被顺序地供应给物体。该至少一个处理器接着可以接收指示在每个MSE下反射的能量的信号、任选地还有指示在每个MSE下被耦合至其他辐射元件的能量的信号。使用已知量的被供应至该辐射元件的入射能量以及已知量的被反射和/或耦合的能量（例如，由此指示了在每个MSE下的吸收的能量），就可以计算或估算出可吸收能量的指示。替代地，该处理器可以简单地依赖于反射和/或透射的指示量来作为可吸收能量的指示值。

在本披露的一些实施例中，耗散比（DR）可以使用式(1)来计算：

DR=(Pin-Prf-Pcp)/Pin    (1)

其中：Pin代表辐射元件102供应至区9的EM能量和/或功率；Prf代表在那些用作发射器的辐射元件处反射/返回的EM能量和/或功率；并且Pcp代表在那些用作接收器的辐射元件处被耦合的EM能量和/或功率。DR可以为0与1之间的值、并且因此可以用百分比来表示。

例如，按照针对三个辐射元件1、2和3所设计的一个实施例，处理器92可以被配置成用于基于在该扫掠过程中测量的功率和/或能量信息来确定输入反射系数S11、S22和S33，并且传递系数可以是S12=S21、S13=S31、S23=S32。相应地，对应于辐射元件1的耗散比DR可以基于上述反射和透射系数来根据式(2)进行确定：

DR=1-(IS11I2+IS12I2+IS13I2).    (2)

这个可吸收能量指示值可以进一步涉及在给定MSE下与源96的功率放大器（未图示）相关联的最大入射能量。如在此提及的，“最大入射能量”可以定义为贯穿给定时间段在给定MSE下可以提供给该辐射元件的最大功率。因此，一个替代的可吸收能量指示值可以是该最大入射能量与耗散比的乘积。这些仅是可以指示可吸收能量的值的两个例子，它们可以单独或一起地用作在处理器92中实施的控制方案的一部分。取决于例如所采用的结构以及应用，也可以使用替代的可吸收能量指示。

在某些实施例中，该至少一个处理器还可以被配置成用于使能量以有多个MSE的至少一个子集被供应至该至少一个辐射元件。在该MSE子集的每一个下被施加给该区的能量可以是在对应MSE下的可吸收能量值的函数。例如，以MSE(i)被发射给该区的能量可以是在MSE(i)下的可吸收能量值的函数。在该MSE子集的每一个下被供应给至少一个辐射元件102的能量可以作为每个MSE下的可吸收能量值的函数（例如，作为耗散比、最大入射能量、耗散比与最大入射能量的组合、或一些其他指示量的函数）来确定。在一些实施例中，有多个MSE的这个子集和/或在该MSE子集的每一个下被供应给该区的能量可以是基于或者根据在MSE扫掠过程中（例如，在该多个MSE下）获得的可吸收能量信息（例如，可吸收能量反馈）的结果来确定。也就是说，使用该可吸收能量信息，该至少一个处理器可以调节以每个MSE供应的能量，从而使得在特定MSE下的能量以某种方式可以是该MSE下的可吸收能量的指示量的函数。这种函数相关性可能非常依赖于应用和/或所希望的目标效果，例如跨越物体11的更均匀的空间能量分布可能是希望的。本发明不局限于任何具体的方案，而是可以涵盖通过考虑可吸收能量的指示而对所供应的能量进行控制的任何技术。

在某些实施例中，该至少一个处理器还可以被配置成用于使能量以有该多个MSE的至少一个子集被供应至该至少一个辐射元件。以其来施加能量的该MSE子集可以基于不同的指标来进行选择。例如在一些实施例中，该MSE子集可以选择成使得能量的施加在空间上集中在该能量应用区的某个区域或某些区域内（例如，用于获得目标EM能量空间分布）。在其他实施例中，该MSE子集可以选择成使得能量的施加可以实现一个物体在该能量应用区内基本上均匀的能量吸收。进一步，在一些实施例中，在该MSE子集的每一个下被施加给该区的能量可以与对应MSE下的EM反馈（例如，可吸收能量的指示值）反相关。这样的反相关可以涉及一种总体趋势（例如当特定MSE子集（即，一个或多个MSE）中的EM反馈趋向于特别高时，该MSE子集下的实际入射能量可能相对低）。当特定MSE子集下的EM反馈趋向于相对低时，该入射能量可能相对高。这种实质性的反相关可以是甚至更紧密相关的。例如，所施加的能量可以设置成使得它与该EM反馈（即，物体11的可吸收能量）的乘积贯穿所施加的这些MSE是基本上恒定的。

一些示例性的能量施加方案可以在物体中产生空间上更均匀的能量吸收。如在此使用的，“空间均匀性”可以是指以下情况：其中在物体上或该物体的既定用于能量施加的一部分（例如，一个选定的部分）上吸收的能量是基本上恒定的（例如，每体积单位或每质量单位）。在一些实施例中，如果在物体的不同位置处的耗散能量的变化低于一个阈值，则认为这种能量施加是“基本上恒定的”。例如，偏差可以基于物体中的耗散能量的分布来计算，并且如果物体的不同部分的耗散值之间的偏差小于50%，则认为可吸收能量是“基本上恒定的”。因为在许多情况下空间上均匀的能量吸收可以产生空间上均匀的温度升高，所以按照本披露的实施例，“空间均匀性”还可以是指以下情况：即，其中跨越该物体或该物体的既定用于能量施加的一部分的温度升高是基本上恒定的。这种温度升高可以由一个感测装置、例如在区9中设置的一个温度传感器来测量。在一些实施例中，空间均匀性可以限定为以下情况：其中该物体的一种给定特性在处理之后、例如在一个加热过程之后是均匀的或基本上均匀的。这样的特性的实例可以包括发动机的温度、压力、危险化合物排放量、负荷以及扭矩等。

为了实现对物体或物体的一部分中能量吸收的空间分布的控制（例如，为了实现空间均匀性或受控的空间不均匀性），处理器92可以被配置成用于将在每个MSE下向辐射元件102供应能量的时间量保持为基本上恒定、同时作为可吸收能量值的函数来改变在每个MSE下供应的功率的量。在一些实施例中，控制器101可以被配置成用于使能量在特定的一个MSE或多个MSE下以基本上等于在对应的该一个或多个MSE下该装置和/或放大器的最大功率水平的一个功率水平被供应至该辐射元件。

替代地或者另外地，处理器92可以被配置成用于作为每个MSE下的EM反馈或其他反馈的函数来改变针对每个MSE施加能量的时间段。有时候，施加每个MSE的持续时间和功率均作为该MSE下的EM反馈的函数而改变。改变在每个MSE下所供应能量的功率和/或持续时间可以用来在物体中产生基本上均匀的能量吸收或者具有能量吸收的受控空间分布，例如是基于在每个应用的MSE下来自该物体的反馈（例如除EM反馈外的反馈）。

由于可吸收能量可以基于包括物体温度在内的多个因素而改变，因此在一些实施例中，定期更新EM反馈并且基于更新的EM反馈来调节能量施加可能是有益的。这些更新可以每秒多次发生、或者可以每隔几秒或更长时间发生，这取决于具体应用的要求。

根据本发明的一些实施例的一个方面，该至少一个处理器（例如，处理器92）可以被配置成用于确定在多个MSE的每一个下的希望的和/或目标的能量分布水平并且用于调整在每个MSE下来自该辐射元件的供应能量，以便获得在每个MSE下的目标能量吸收水平。例如，处理器92可以被配置成用于针对每个MSE下的希望的能量吸收水平，以便达到或接近在有多个MSE的一个范围上的基本上均匀的能量吸收。替代地，处理器92可以被配置成用于在多个物体部分的每一个物体部分处提供目标能量吸收水平，这些目标能量吸收水平可以统称为该物品上的能量吸收轮廓。一个吸收轮廓可以包括该物体中的均匀的能量吸收、该物体中的不均匀的能量吸收、该物体的不同部分中的不同的能量吸收值、该物体的一个或多个部分中基本上均匀的吸收、或一个物体中或一个物体的多个部分中能量分布的任何其他希望的图案。

在一些实施例中，该至少一个处理器可以被配置成用于调节在每个MSE下被供应给该辐射元件的能量，以便获得该物体中的希望的目标能量效果，例如以便获得目标性的空间EM能量分布，例如：可以向该物体或该燃烧室的不同部分和/或区域提供不同量的能量（例如可以向该燃烧室内的不同位置施加不同量的能量）。

可以使用一个或多个传感器（或检测器）20来感测、或检测、发射、关联、得出和/或确定与物体11和/或能量施加过程和/或能量应用区或在此描述的任何其他物体、装置或位置相关联的“反馈”（下文更详细进行描述并且在此可互换地称为“反馈”和“反馈信息”）。有时候，可以使用一个或多个辐射元件、例如辐射元件16或18作为传感器20（例如，当充当接收器时）。这个反馈信息可以包括EM反馈（例如，可以检测EM信号）。

例如，可以将一个或多个传感器20安装在能量应用区9之内或周围或者物体11之内或周围。如在此使用的，词语“传感器”和“检测器”总体上是指以下装置：该装置被配置成用于检测该装置的环境的某个方面和/或该装置的环境中的一个物体的某个方面。适合的传感器20可以检测在施加给物体11的EM能量的确定和/或调整方面可能有用的任何环境方面。例如，传感器20可以检测、收集、处理、发送和/或接收关于“反馈”的信息，如以下讨论的。一个或多个传感器20可以检测、收集、处理、发送和/或接收与反馈无关的信息（例如，不同过程的定时、与EM能量的施加无关的不同环境条件）。传感器20可以包括热电偶或IR传感器。在一些示例性实施例中，一个或多个传感器20可以包括用于测量气体压力的压力计（例如，气压表）、用于测量移动和振荡的压电计、速度计、扭矩仪、用于检测物体（例如，火焰）的尺寸或位置的照相机（例如，可见光或UV或IR照相机）等。

如在此使用的，术语“反馈”总体上是指关于物体11的环境（包括物体11本身）的、可能被或可能不被EM能量的施加所影响的任何方面的、处于任何适当形式（例如，处于电子的或其他的信号、代码、数字的或仿真的数据等的形式）的信息。反馈可以包括不一定与EM能量的施加相关联的不同参数和/或信息（在此简单地称为“反馈”）或者可以从其得出。替代地，反馈可以包括经由EM辐射或经由与EM辐射的施加和/或收集相关的设备、方法所接收到的反馈（在此称为“EM反馈”）。如在此使用的，EM反馈可以包括任何接收的信号或基于一个或多个接收的信号所计算出的任何值，该信号可以指示该空腔和/或该物体对所施加的RF能量的介电响应。在此情况下，该EM反馈可以包括与物体11、设备100、任何传感器20附近的环境所施加、反射、透射和/或吸收的EM能量，物体11，或设备100或在此描述的任何其他装置或实体的相关联的不同参数和/或信息。替代地或者另外地，反馈可以包括不一定与EM能量的施加相关联的不同参数和/或信息（在此简单地称为“反馈”）。传感器20所感测的、检测的、发射的、关联的、得出的和/或确定的反馈可以是连续的或者可以是以微小的增量或事件被感测的、检测的、发射的、关联的、得出的和/或确定的。

例如，反馈可以包括与物体11、设备100、任何传感器20附近的环境的，物体11，以及设备100或在此描述的任何其他装置或实体的温度相关的温度或信息。反馈还可以包括：例如与物体11、设备100、任何传感器20附近的环境，物体11，或设备100或在此描述的任何其他装置或实体相关的材料参数，例如可能涉及例如状态改变，任何内在或外在特性的减小/增大，质量、重量、密度、尺寸、颜色、化学构成、形状（例如，长径比、体积等等）、传导率、化学反应（例如，燃烧）的一种或多种状态和/或化学反应性的改变的那些材料参数。该反馈可以涉及关于物体11以及设备100或在此描述的任何其他装置或实体的流体特性。这样的流体特性可以包括例如气体或液体流速、湿度、压力（例如，气压表、在发动机中的或来自发动机的排气的压力）、pH、燃料混合物中的颗粒或离子的存在或者火焰等等。

上述反馈形式中的任何一种可以涉及例如燃烧室中火焰的位置和/或体积。上述反馈还可以涉及例如火焰的温度或火焰中的等离子区。替代地或另外地，上述反馈还可以涉及物体11的环境中一种组分的组成，例如该反馈可以涉及含有在物体11中的气体的组成。该气体可以包括例如来自涡轮机或汽缸中的燃烧的排气，并且含有在该反馈中的这个组成可以涉及排气的量或该排气的其他特定组分。该反馈还可以涉及在此说明的任何其他特性（例如，温度、密度等等）。

EM反馈可以包括任何接收的信号或基于例如来自一个或多个传感器20的一个或多个接收的信号所计算出的任何值。EM反馈可以是例如依赖于MSE的并且可以包括其值在不同MSE上发生改变的多个信号。EM反馈可以涉及例如物体11或物体11附近的任何实体的耗散比（在此称为“DR”）。该可吸收能量指示值可以涉及或者可以不涉及DR。例如，该DR和/或该EM反馈可以涉及EM能量的入射功率、EM能量的反射功率、EM能量的耦合功率和/或它们之间的比率（例如，通过反射系数或传递系数）。EM反馈还可以或替代地包括例如输入和输出功率水平、散射参数（a/k/aS参数）以及从这些S参数和/或从这些功率水平可导出的值，例如一个或多个辐射元件的输入阻抗，它们中任何一个的耗散比、时间或MSE导数，或从所接收的信号可导出的任何其他值。

EM反馈可以涉及例如一种损失轮廓的使用和/或构造。一种损失轮廓可以包括对能量应用区9或物体11吸收能量、例如从设备100施加的EM能量的能力的任何表示。一种损失轮廓可以包括在物体或空腔（及其一部分）内的一种空间分布。一种损失轮廓可以例如通过一个空腔的矩阵、表格或其他2D或3D表示或图谱来表示，其中该图谱的每个部分可以根据这个部分吸收能量的能力进行注释（例如，使用符号、画剖线、颜色等等）。在一个能量应用区（例如，区9）的情况下，一种损失轮廓可以跨越其具有或不具有物体11的体积而包括这样的表示。

在图3的流程图中呈现了用于将EM能量（例如，射频（“RF”）能量，这是来自RF范围内的辐射的EM能量）施加至能量应用区（例如，能量应用区9，图1）的方法300。在步骤302，EM能量可以经由一个或多个辐射元件被施加给该能量应用区（例如，区9）。在一些实施例中，可以初始地以一个或多个MSE来施加少量的EM能量。少量的EM能量可以被定义为施加给该能量应用区的、太低以至于不能对放置在该区中的一个物体（例如，物体11）进行处理的能量的量。例如，该少量的能量可能不足以处理该物体11。如在此使用的，足以处理一个物体的能量的量被定义为：当施加至该物体上时可以在该物体的至少一部分内改变该物体的至少一种特性的能量的量（例如，用于烹饪食品、解冻被冰冻的物体、产生或加速燃烧、加热燃料或燃烧混合物或含有该燃料或燃烧混合物的管道、或者锚定涡轮机中的火焰等）。少量的能量可以通过例如从EM源（例如，源96）施加低的EM功率或者通过短时间施加高功率来进行施加。替代地，步骤302中的EM能量施加可以按足以对能量应用区9中的物体进行处理的能量水平来进行。步骤302中的EM能量施加可以通过扫掠过多个MSE、例如通过在多于一个MSE下随时间的能量透射来进行。一个处理器（例如，处理器92）可以通过扫掠过多个MSE并且指派在每个MSE下有待施加的恒定量（例如，少量）的能量来控制这种EM能量施加。

在步骤304，该处理器可以于是接收来自该能量应用区或来自包括该能量应用区的一个系统的反馈（例如，EM反馈）。这个反馈可以接收自一个或多个传感器、例如布置在区9中的一个温度计。EM反馈可以是在步骤302施加的EM能量的结果。该EM反馈可以接收自被配置成用于测量能量应用区9中的EM反馈值的一个或多个传感器和/或检测器（例如，传感器20）。该EM反馈可以包括以上讨论的任一类型的反馈。在不同MSE下的EM能量施加过程中、例如扫掠过多个MSE的过程中，该处理器（例如，处理器92）可以接收不同的EM反馈值。该处理器92可以被配置成用于将每个EM反馈与一个对应的MSE相关联。另外地或替代地，在不同MSE下的EM能量施加过程中、例如扫掠过多个MSE的过程中，也可以接收其他的反馈值（不与EM反馈相关）。这些所接收的反馈（或EM反馈）值各自可以与一个特定的MSE相关联。

在步骤306，该处理器可以进一步被配置成用于基于所接收的反馈来施加EM能量。例如，该处理器可以用选定的多个MSE（例如，与低于或高于阈值的反馈值相关联的MSE）来产生EM能量施加。另外地或替代地，该处理器可以对于每个MSE下施加的EM能量的量根据在该MSE下的EM反馈值来进行调节。在一些示例性实施例中，该处理器可以在每个MSE下以一个与该MSE下的耗散比率值负相关、或接近负相关的量来施加EM能量。

在一些实施例中，该至少一个处理器可以确定用于在每个MSE下供应确定量的能量的权重。确定这个权重可以包括确定每次EM能量施加的功率水平和/或持续时间。在一些实施例中，这样的权重可以根据EM反馈（例如，可吸收能量指示值）来确定。例如，一个放大器的放大比率可以随着在每个MSE下从区9接收的EM反馈而改变。在一些实施例中，该处理器可以使用每个MSE下的最大可获得功率，该最大可获得功率在多个MSE之间可能改变。当确定在每个MSE下以最大功率供应能量的对应持续时间时可以考虑这种改变。在一些实施例中，该至少一个处理器（例如，处理器92）可以确定用于在每个MSE下供应能量的功率水平和持续时间二者。

图4提供了根据本发明的一些实施例的用于向物体施加EM能量的设备100的图解表示。根据一些实施例，设备100可以包括一个处理器2030，该处理器可以调整调制器2014所执行的调制。在一些实施例中，调制器2014可包括相位调制器、频率调制器和振幅调制器中的至少一者，这些调制器被配置成分别修改AC波形的相位、频率和振幅。可替代地或额外地，处理器2030可以调整每个辐射元件2018的位置、取向和构型中的至少一者，例如通过使用一个机电装置。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于从多个辐射元件中选择至少一个辐射元件。该处理器可以被进一步配置成用于连接该至少一个选定的辐射元件或与之解除连接。连接或解除连接可以通过机械手段（例如，将一个波导或同轴电缆从一个辐射元件移动或偏移至另一个辐射元件）或通过在这些选定的元件之间进行电切换（例如，通过向解除连接的辐射元件提供零功率）、或者通过用于在一个或多个辐射元件之间进行切换的任何其他适当方法或构型来进行。这样的机电装置可以包括电动机或者用于旋转、枢转、偏移、滑动或以其他方式改变一个或多个辐射元件2018的取向或位置的其他可移动结构。替代地或者另外地，处理器2030可以被配置成用于调整位于能量应用区中的一个或多个场调节元件，以改变该区中的场图案。

在一些实施例中，设备100可以涉及使用被配置成向至少一个辐射元件供应EM能量的至少一个源。举例而言，并且如图4中所示，该源可以包括被配置成用于产生携带了EM能量的EM波的一个或多个功率供应装置2012。例如，功率供应装置2012可以包括磁控管，该磁控管被配置成用于以预先确定的波长或频率产生高功率微波。可替代地，功率供应装置2012可以包括半导体振荡器，诸如压控振荡器，该振荡器被配置成用于产生具有恒定或变化频率的AC波形（例如，AC电压或电流）。AC波形可以包括正弦波、方波、脉冲波、三角波，或具有交变极性的另一种类型的波形。可替代地，一个EM能量源可以包括任何其他功率供应装置，诸如EM场发生器、EM通量发生器、固态放大器或用于产生振动电子的任何机构。

回到图4，在一些实施例中，设备100可以包括一个频率调制器（未图示）。该频率调制器可以包括一个半导体振荡器，该半导体振荡器被配置成用于产生以预先确定的频率振荡的AC波形。该预先确定的频率可以与输入的电压、电流或其他信号（例如，仿真或数字的）相关联。例如，一个压控振荡器可以被配置成用于产生频率与输入电压成比例的波形。

处理器2030可以被配置成用于对一个振荡器（未图示）进行调节，以便顺序地产生以一个或多个预先确定的频带内的不同频率振荡的AC波形。在一些实施例中，一个预定的频带可以包括一个工作频带，并且该处理器可以被配置成用于造成在该工作频带的一个子部分内的频率下的能量的透射。一个工作频带可以是所选择的频率的集合，因为在这个集合体中，它们实现所希望的目标，并且如果该子部分实现了该目标的话则对于使用该频带内的其他频率的需要减小。一旦确认了一个工作频带（或其子集或子部分），该处理器就可以在该工作频带（或其子集或子部分）内的每个频率下顺序地施加功率。这个顺序的过程可以称为“频率扫掠”。在一些实施例中，每个频率可以与一个馈送方案（例如，一个具体的多MSE选择）相关联。在一些实施例中，基于由检测器2040提供的反馈（例如，EM反馈），处理器2030可以被配置成用于从一个频带中选择一个或多个频率、并且对一个振荡器进行调整以在这些所选择的频率下按顺序地产生AC波形。

替代地或者另外地，处理器2030可以进一步被配置成用于基于一个反馈来调整放大器2016以便调节经由多个辐射元件2018供应的能量的量，例如检测器2040可以检测从能量应用区反射的能量和/或在特定频率下耦合（至其他辐射元件）的能量的量。

在一些实施例中，该设备可以包括多于一个EM能量产生部件。例如，可以使用多于一个振荡器来产生具有不同频率的AC波形。这些分别产生的AC波形可以通过一个或多个放大器来放大。因此，在任何给定时刻，可以使多个辐射元件2018同时以例如两个不同频率向空腔10发射EM波。

在一些实施例中，设备100可以包括一个相位调制器（未图示），该相位调制器可以经控制以对AC波形执行预定序列的多个时间延迟，从而使得该AC波形的相位对于一系列时间段中的每一者都增加一定度数（例如，10度）。在一些实施例中，处理器2030可以动态地和/或适应性地基于来自能量应用区9的反馈而对调制进行调节。例如，处理器2030可以被配置成用于接收来自检测器2040的仿真或数字反馈信号，从而指示从腔体10所接收的EM能量的量，并且处理器2030可基于所接收的反馈信号而动态地确定相位调制器处针对下一时间段的时间延迟。

处理器2030可以被配置成用于对相位调制器进行调节，从而更改被发送给能量应用区9的两个EM波之间的相位差。在一些实施例中，该EM能量源可以被配置成用于以多个相位供应EM能量，并且该处理器可以被配置成用于产生在该多个相位的一个子集下的能量施加。举例而言，该相位调制器可以包括一个移相器。该移相器可以被配置成用于在腔体10内以可控方式在AC波形中引起时间延迟，从而将AC波形的相位延迟从0到360度之间的任何值。

在一些实施例中，可以在设备100中提供分路器（未图示）来将例如一个振荡器产生的AC信号分路为两个AC信号（例如，分路信号）。处理器2030可以被配置成用于对该移相器进行调节，以按顺序地引起多个不同时间延迟，从而使得两个分路信号之间的相位差可随着时间变化。此顺序过程可称为“相位扫掠”。类似于以上描述的频率扫掠，相位扫掠可以涉及被选择用于实现所希望的能量施加目的的一个工作相位子集。

该处理器可以被配置成用于对振幅调制器进行调节，以便更改被供应给能量应用区9的至少一个EM波的振幅。在一些实施例中，该EM能量源可以被配置成用于以多个振幅供应EM能量，并且该处理器可以被配置成用于产生在该多个振幅的一个子集下的能量施加。在一些实施例中，该源可以被配置成用于通过多个辐射元件来施加EM能量，并且该处理器可以被配置成用于同时向至少两个辐射元件供应具有不同振幅的能量。

图5A是用于向能量应用区9施加一个空间EM能量分布的示例性方法500的流程图，该方法是通过在该能量应用区中激发一个目标EM场强度分布进行的。在一些实施例中，激发一个目标EM能量分布可以通过确定与多个场图案相关联的权重来实现。如图5A所示，方法500可以包括选择一个或多个场图案，如步骤510中指出的。这种选择可以基于一个目标EM场强度分布。这种选择可以来自对于该设备（例如，设备100）而言可获得的多个EM场图案。这些EM场图案可以是预先确定的或者可以是基于来自区9的反馈（例如，EM反馈）来确定。另外地或替代地，这些EM场图案可以包括至少两个线性独立的场图案。任选地，这些EM场图案还可以包括两个或更多模式的线性组合。在一些实施例中，步骤510是通过一个处理器（例如，处理器92或2030）进行的。例如，该处理器可以产生在两个MSE下的能量施加，这种能量施加可以产生两个场图案501和502的激发，如图5B中展示的。仅以举例形式给出了均与同一个模式族TE104和TE401相关的图案501和502。方法500不局限于激发出可以在特定的EM能量施加设备中激发的任何场图案。

方法500还可以包括对这些选定的场图案进行加权的步骤（步骤520）。这种加权可以是使得所加权的这些场图案的场密度分布之和等于该目标场强度分布，例如以用于向该能量应用区中的一个第一区域施加第一能量量并且向该能量应用区9中的一个第二区域施加第二能量量。该第一量和/或第二量可以是预先确定的或者可以是基于所接收的反馈（例如，EM反馈）来确定。在一些实施例中，该第一能量量可以不同于该第二能量量。这种加权可以包括激发该场图案时的功率和/或激发该场图案的持续时间。例如，对于场图案501和502可以给予0.5的相等权重。

方法500还可以包括激发该一个或多个选定场图案的步骤。这种激发可以是在步骤530根据其权重进行的。这个过程可以任选地作为激发步骤510的一部分而包括选择一个或多个辐射元件以用于激发这些选定的场强度分布中的每一个。这种选择可以基于所选定的（或未被选择的）辐射元件的位置、并且在一些实施例中还可以基于这个位置与前述位置处该场图案的场值之间的关系。例如，当对于场图案501和502给予0.5的相等权重时，在能量应用区9中可以激发出图案503。

图6是基于反馈来控制设备100对物体11的EM能量施加的多个方面的另一种方法600的流程图。例如，方法600可以通过图1或图4所示的设备100来进行。图6中所描述的属于方法600的多个步骤可以通过传感器92和/或例如图4所示的一个处理器2030来进行或结合该处理器来进行。

如图6所示，在一些实施例中，方法600可以首先包括接收反馈（步骤610）。在步骤610接收的反馈可以包括在此讨论的任何类型的反馈，包括但不限于例如EM反馈。在步骤610，可以对该反馈执行任何数目的分析过程。例如，可以使该反馈经受不同的滤波器、机械操作和/或逻辑操作，以便提取有用的数据，该数据包括但不限于在此描述的实例。替代地，该反馈可以不经处理而被使用。在一些实施例中，步骤610可以按照与以上讨论的图3的步骤304类似的方式进行。

在一些实施例中，在步骤620，可以确定在EM能量施加过程中有待实现的一种EM能量空间分布。

在一些实施例中，该空间分布可以在没有步骤610中接收的反馈的情况下进行确定。例如，该空间分布可以基于能量应用区9、物体11或能量应用区9附近的任何实体的已知特征来确定。这样的已知特征可以包括例如该能量应用区9或物体11的尺寸或特性。例如，物体11可以包括有待通过EM能量的施加来进行锚定和稳定的火焰，并且该已知特征可以包括该燃烧室和涡轮机的一个或多个尺寸。该已知特征可以替代地或者另外地包括物体11或能量应用区9的一种已知的EM能量施加轮廓、或者可能与该空间分布的确定相关的任何其他已知特征。除上述内容之外或替代上述内容，该空间分布可以基于一种或多种储存的空间分布来确定。例如，处理器92可以从多种储存的或预先确定的空间分布中确定一种要使用的空间分布。确定要使用哪种空间分布可以是基于例如一种系统、装置或物体11（例如，燃烧室、火焰、含有该燃烧室的涡轮机、活塞、燃料混合物和/或含有该活塞和/或该燃料混合物的车辆）在能量应用区9中的一个运行参数。该运行参数可以包括例如与车辆相关联的一个发动机的运行条件。

在一些实施例中，这种空间分布可以基于在步骤610接收的反馈。基于在步骤610的反馈来确定该空间分布可以包括与该反馈相结合地使用在此描述的该能量应用区9、物体11或能量应用区9附近的任何实体的已知特性的任何实例。例如，关于物体11的温度的反馈可以用于从多个储存的空间分布中进行选择。作为另一个实例，包括物体11的损失温度轮廓的反馈可以与物体11的一个已知尺寸或布局（例如，显示有待锚定的火焰的位置的布局）结合使用以便确定该空间分布。用于确定该空间分布的任何数目的适当计划（包括基于所接收的反馈的那些计划）都可以被使用，包括但不限于在此描述的多个实例。例如，该反馈可以包括物体11的一个温度或损失轮廓（如以上描述的）。在步骤620，该处理器在此情况下可以确定空间分布而使得物体11的、具有相对低的温度（如在该温度轮廓中指出的）的多个部分接收一个相对高水平的EM能量，以便将其加热。在另一个实例中，该处理器可以确定空间分布而使得物体11的、展示相对高的损失（如在该损失轮廓中指出的）的多个部分接收一个相对高水平的EM能量。应理解的是，在此讨论的用于施加EM能量的任何适当的指标和计划都可以用于步骤620中以便在步骤620中确定空间分布。

在一些实施例中，方法600还可以包括选择用于将EM能量施加至该能量应用区的一个MSE子集的步骤。这个MSE子集可以基于设备100的已知特征（例如，可用的MSE带宽）、或物体11的已知特征（例如物体11中的共振频率）进行选择。在一些实施例中，从一个预先确定的MSE子集中选择两个或更多MSE子集可以是按预先确定的次序（例如，按顺序地）进行的，例如可以选择施加一个第一MSE子集并且在一个时间段之后可以选择施加一个第二MSE子集。另外地或替代地，这种选择可以基于一种反馈，例如选择全都与高于（或低于）一个阈值的每个MSE下的EM反馈相关联的一个MSE子集。在一些实施例中，这个MSE子集可以选择用于提供该目标空间分布（步骤630）。这个MSE子集可以从对于设备100而言可获得的或者设备100以其他方式能够提供的多个MSE中进行选择。该多个MSE可以是预先确定的并且储存在控制器101（或处理器92或2030）能访问的一个存储器中。替代地，该多个MSE可以在步骤610-630的任一步骤中进行确定。

可以针对该MSE子集（同时地、按顺序地或以任何希望的次序或分组）施加能量而使得产生了与施加能量的该MSE子集中的每一个相对应的场图案。所产生的这些场图案与经由这些场图案所施加的能量的线性组合可以提供该目标EM能量空间分布，如以上讨论的。这个子集可以包括任何适当数目的MSE以用于产生这些图案从而提供该目标EM能量空间分布。在一些情况下，该子集可以包括仅一个单一的MSE。在其他实施例下，该子集可以包括两个、三个或许多个MSE。

该目标空间分布可以实现对于能量应用区9的选定区域或在物体11之内或之上进行能量施加。例如，该目标空间分布可以向能量应用区9中的一个第一区域施加第一能量量并且向能量应用区9中的一个第二区域施加第二能量量，该第一区域和第二区域对应于物体11的不同部分。在一些实施例中，该第一能量量可以不同于该第二能量量，以便例如将物体11的不同部分加热至不同的温度。

方法600还可以包括在该选定的MSE子集下进行EM能量施加的步骤，任选地是为了提供该空间分布（步骤640）。步骤640可以进一步包括确定施加该EM辐射的持续时间和/或功率水平。确定一个持续时间可以是基于例如在步骤610接收的反馈。例如，这个持续时间可以基于该反馈被设定成使得物体11的某个部分被加热至某个温度。替代地，这个持续时间可以是基于其他考虑的，例如像用户设定的时间段。这种施加可以任选地包括选择一个或多个辐射元件来激发该子集中的每个MSE。这种选择可以是基于所选定的（或未被选定的）辐射元件的位置、并且在一些实施例中还可以基于这个位置与所述位置处该MSE的场值之间的关系。

应理解的是，虽然图6示出了方法600的单次迭代，但该方法可以进行任何适当数目的迭代。例如，方法600可以按迭代方式进行以便例如根据在步骤610接收到的反馈的变化来更新EM能量的施加（步骤640）。在一些实施例中，可以根据与该反馈相关的一个指标而迭代地执行方法600。例如，可以执行方法600直到物体11的某个部分被加热至某个温度。另外地或替代地，方法600可以被迭代地执行固定的或设定的迭代次数或执行一个固定的时间段。

当迭代地执行方法600时，这些迭代的定时也可以进行设定和/或改变。迭代的定时可以在步骤610-640中的任一步骤中进行设定和/或改变。迭代的这种定时可以根据与EM能量施加相关的具体目的进行设定。这个目的可以是或可以不是在步骤610收集的反馈的意义上限定的。例如，迭代的定时可以被设定成使得步骤640中EM能量的迭代施加是以对于将物体11的一个部分维持在步骤610中通过接收的反馈温度轮廓来测量的一个特定的温度上而言足够的速率进行的。替代地或另外地，迭代的定时可以被设定成使得步骤640中EM能量的迭代施加并不超过与物体11的已知材料参数相关联的一个阈值。例如，这种定时可以设定成使得相继的迭代并不会达到一个EM能量/功率阈值，高于该阈值则物体11的多个部分可能损失其结构整体性。

一些或所有上述功能和控制方案、以及另外的功能和控制方案举例而言可以通过使用诸如图1或图4中示意性描绘的EM能量设备的结构来进行。在本发明的范围之内，可以使用替代的结构来完成在此描述的这些功能，如本领域普通技术人员在阅读本披露时将会理解的。

根据本发明的一些实施例，在图7中展示了用于锚定涡轮机中（例如，涡轮机中的燃烧室中）的火焰的一种设备700。该涡轮机中的火焰可以在燃烧器710中点火。燃烧器710可以通过燃烧与可以对涡轮机提供动力的相同气体（燃料）或者可以使用额外的燃料例如油来产生火焰715。该气体和/或额外的燃料可以在燃烧室720中与氧化气氛（例如，空气）进行混合以便燃烧该燃料。燃烧器710可以至少部分地定位在涡轮机中的燃烧室720内部、任选地在燃烧室720的入口处。室720可以包括用于来自一个压缩机的经压缩的氧化剂（例如，空气）的入口740。该经压缩的氧化剂可以在该室中与燃料（例如，天然气或油）混合以便给送至火焰715。火焰715可以燃烧该燃料以及压缩空气，因此升高这些燃烧产物的压力。燃烧室720可以进一步包括用于将这些燃烧产物引入该涡轮机中以便对该涡轮机提供动力的一个出口750。

在一些实施例中，火焰715可以被锚定在该室720中从而使得火焰715可以位于燃烧器710之外并且不在燃烧器内（例如，为了避免该燃烧器的过热）。此外，火焰前沿730可以不在燃烧室720前方，以避免火焰喷出而到达涡轮机。火焰前沿730可以不到达点780、并且可以经由出口750从燃烧室720离开。火焰715可以在涡轮机的整个运行过程中被锚定在燃烧器出口770处，例如通过火焰锚定元件771。火焰715可以被锚定成靠近燃烧器出口770，以便确保在一个宽的操作窗口内的稳定燃烧。这个操作窗口或不同的运行状况可以包括使用不同类型的燃料，以及火焰温度、速度和位置的变化。一些气体涡轮机被设计成双燃料涡轮机、并且被构造成用于燃烧至少两种不同类型的燃料：例如：气体和燃料油。在一些实施例中，燃烧器710可以被设计成使得火焰715在双燃料涡轮机所包括的任何运行状况中被稳定和锚定住。

在一些实施例中，用于该涡轮机的一个宽操作窗口可以包括使用不同燃料混合比来运行该涡轮机的能力。例如，该燃料混合物可以是一种理想计量配比的混合物（例如，对于汽油混合物是14.7:1）或低于理想计量配比的混合物（也称为“接近混合物（reach mixture）”）。高于理想计量配比混合物的混合物也称为“贫混合物”并且可以例如具有30:1或50:1或60:1或100:1或甚至200:1的空燃比。该燃料混合物越贫，就越难使得火焰稳定和使其锚定。在一些实施例中，贫燃料混合物中的燃烧反应在相对低的温度下（例如，在1300K、1400K、1500K、1600K下）发生，这可能减少NO_x的形成，由此可能导致污染水平降低。在一些实施例中，对于超贫混合物，燃烧速度可能低于理想计量配比混合物。

在一些实施例中，燃烧室720可以包括至少一个辐射元件755，该至少一个辐射元件可以被配置成用于通过至少一个MSE向火焰715施加EM能量（例如在RF范围内的EM能量），从而使得EM能量可以被施加以用于将该火焰锚定在燃烧器出口的所希望位置，而同时避免火焰渗透至主涡轮机流中或喷出。在一些实施例中，可以在室720中安装多于一个辐射元件755（例如，图7中展示的多个元件755）或一个多元件755的阵列。任选地，一个或多个辐射元件755可以安装在室720外部并且EM能量可以通过室720中的一个窗口（未图示）来施加，其中该窗口可以由至少部分地可透过EM能量（任选地在RF范围内）的一种材料制成。RF可透过的窗口可以由能够传递从元件755发出的RF能量的至少一部分的任何介电材料构造而成。

在一些实施例中，可以向涡轮机中的火焰715施加EM能量。一个火焰可以具有任何数目的区，例如以下三个区：一个等离子区、较低离子含量区以及扩散区。该等离子区可以包括来自处于离子状态的燃料和氧化剂中的较高离子含量，因此可以与可能与被施加至该区的EM场相互作用。例如，可以根据方法500和600以及图5和图6来确定一种EM能量空间分布，从而使得可以向火焰715中的等离子区施加EM能量。例如，可以一次向至少一个区域760或向所有区域760施加EM能量，例如通过从可能产生可具有高强度区域的场图案的多个MSE中选择至少一个MSE子集，这些高强度区域至少部分地与一个或多个区域760重叠。在一些实施例中，可以进行EM能量的顺序施加。例如，可以用第一MSE组（或第一MSE）施加EM能量的第一量，从而使得可以在该燃烧室中激发出具有与区域765重叠的至少一个强度最大值的一种场图案。一段时间之后，可以向其他区域760（任选地与区域765相邻）施加以第二MSE组（或第二MSE）的EM能量的第二量。一个处理器可以控制该第一和第二EM能量施加的定时，从而使得在该涡轮机的整个工作期间，在具有或不具有火焰锚定元件771的情况下，火焰前沿730可以被锚定。

为了锚定该火焰，可能需要局部升高该火焰中的等离子区的温度，例如升高50℃、70℃或100℃。这种温度升高可以导致用于燃烧的一个有利区域，因此可以将火焰的等离子区锚定在这个区域。EM能量可以被施加至这个有利区域，例如是通过确定可能导致该火焰中的等离子区温度升高的一种EM能量空间分布。在一些实施例中，可以施加给该火焰的EM能量的一个或多个量可以基于与涡轮机运行和/或将EM能量供应至多个辐射元件755的这个EM源相关的若干方面来进行确定。这个EM能量的量可以基于用于对涡轮机提供动力并且产生该火焰的燃料的类型和特性（例如，燃料、燃料混合物的类型）来进行确定。例如，该涡轮机可以通过气体或油来运行，并且该火焰可以包括气体、油或二者的离子。此外，燃料与氧化剂之比可以进一步影响火焰中的离子和等离子区的特征。离子浓度越高（例如，由于接近空气与燃料之间的理想计量配比），则锚定火焰的等离子区可能需要的EM能量的量就越低。该涡轮机的其他运行参数可能是来自压缩机的压力以及必须燃烧的燃料质量流量的量。

在一些示例性实施例中，使火焰中的等离子区的温度升高约100℃所需要的能量可以使用以下计算来估算。使火焰温度升高100℃所需要的功率同LED（局部能量施加，例如图7中展示的区域765）工作区与整个火焰等离子区之间的体积比是成比例的：

Pn=V比率·(m/t)·Cp·ΔT=V比率·0.41·1.2·100=0.5-2.5kW

其中V比率是体积比范围，等于0.05-0.01（VLED/V）。Pn是等于RF能量激发的等离子电子与给送分子之间的碰撞导致的功率损失并且等于EM场的电子产生的功率增益，其他常数和参数在下面给出：

Pn=Pe=0.5·e2·E2·ne·VLED/(me·νe)

以上等式可以提取出针对必需的功率所需要的时间平均电场E。该电场强度可以取决于用于施加EM能量（任选地在RF范围内，被设计用于稳定火焰）的EM设备。例如，如果选择开放式WG（WR430）作为辐射元件755，则：

Ptot=a·b·E2·(1-fc2/f2)0.5/(4·η)=1.7-8.5kW

当a和b分别为WG截面尺寸0.109m和0.0546m时，fc是截止频率1.373GHz，η是自由空间的阻抗377Ω，并且其中：

Pn–为获得火焰的中性分子的温度增量所需的功率[W]。

Pe–从火焰的等离子电子的RF/MW能量得到的功率[W]。

m/t–每个燃烧器的燃料质量流量，0.41kg/sec。

Cp-火焰比热，1.2kJ/kg/K。

ΔT-火焰温度差，100℃（估计值）。

V-火焰等离子典型体积，0.01m³（10升）。

VLED-LED体积范围，从0.0001-0.0005m³（0.5-0.1升）。

Ptot–所需要的总发射器功率[W]。

f-发射的频率，2.4[GHz]。

ne-等离子电子密度，1019[m^-3]。

νe-电子-中性分子碰撞频率，1011[Hz]。

Ptot可以具有宽的范围，这取决于燃料和能量施加设备（例如，功率源、辐射元件等）的不同方面。

在一些实施例中，燃烧室720可以包括一个火焰锚定元件771，该火焰锚定元件可以位于燃烧器710的出口中、任选地在火焰715的等离子区附近。可以施加EM能量来加热该火焰锚定元件771以便为加热该火焰的等离子区产生一个优选位置。该锚定元件771可以由能够抵抗该燃烧器中存在的高温（例如，高于1200℃、或高于1300℃、或高于1500℃或高于1600℃的温度）的任何材料构造而成。例如，可以使用不同的钢、Ni基合金、具有高熔化温度的合金和金属、不同的陶瓷（例如，氧化物、碳化物、氮化物等）以及上述材料中的一种或多种的复合物。该锚定元件771可以具有以下任何形状：该形状具有高的表面对体积的比率、并且可以允许该燃料混合物和燃烧产物流经该锚定元件而不会导致气流的大部分中断。燃料氧化可以发生在一个优选的位点，例如在具有略高于周围环境的温度（例如，+100℃）的表面上或位置。因此，具有高的表面对体积的比率的元件771可以允许多个氧化反应（例如，燃烧）同时发生。该锚定元件771可以包括一种多孔材料，例如具有的表面对体积的比率为50、100、200、300或400的材料。该锚定元件771可以具有限定的多孔形状，例如蜂窝形状或任意的多孔形状。该锚定元件771可以包括一种可以吸收从该一个或多个辐射元件发出的EM能量的EM吸收性材料。例如，该锚定元件771可以包括SiC颗粒或者可以完全由SiC制成。该锚定元件771可以包括在非金属基质中的小金属颗粒或被设计用于吸收EM能量（例如，在RF范围内的）任何其他结构。任选地，该锚定元件771可以包括一个催化器，例如带有催化材料和/或颗粒的催化转化器，该催化材料和/或颗粒被设计用于加速并且促进在气体涡轮机中在较低温度（例如，1200℃或1300℃）下的氧化反应，由此通过向该催化器施加EM能量，可以加速该催化氧化反应。该锚定元件771可以包括催化颗粒，例如：Pd、Pt、Pt-Rd、K₂O和/或MoCo。这些催化颗粒可以是很好地吸收EM能量的金属颗粒（例如，Pd、Pt、Pt-Rd）。

图8呈现了根据本发明的一些实施例的一种用于施加任选地处于RF范围内的EM能量的方法。方法800可以由一个处理器（例如，处理器92或2030）来执行。处理器92可以被配置成用于在步骤810接收与火焰的至少一个方面或涡轮机的其他操作方面相关的反馈（来自该涡轮机）。该反馈可以包括与以下相关的信息：火焰的温度、燃烧室中的气体流量、压缩空气的压力、火焰的位置、火焰强度（例如，大小、体积、和/或火焰发出的光量，以及火焰的形状）、火焰是否振荡（例如，是否存在燃烧振荡）、燃料混合物的化学组成等等。该处理器可以接收来自一个或多个传感器的反馈，例如：温度计（例如，高温计）可以测量火焰的温度，流量计可以测量燃烧室中的气体流量，压力表可以检测压缩空气的压力，可见光照相机可以检测燃烧器中火焰的位置。此外，压电传感器可以检测涡轮机和/或燃烧室的振动（是否存在燃烧振荡）。任选地，可以检测从该涡轮机中放出的气体，例如可以监测NO_x的量。在一些实施例中，该反馈可以包括多于一个反馈，例如火焰的温度和位置。在一些实施例中，该反馈可以是根据本发明的一些实施例的EM反馈。在一些实施例中，该EM反馈可以通过该一个或多个辐射元件（例如，元件755）来检测。该EM反馈可以监测该火焰的、可能例如与火焰等离子中的离子相关的EM方面。在一些实施例中，该EM反馈可以指示火焰（例如，火焰的等离子区）中或燃料混合物中可吸收的EM能量。额外地或可替代地，该反馈可以是声波。该处理器可以根据该反馈来调节对该火焰的EM能量施加。例如，该处理器可以基于至少一个反馈（例如，流速、放出的气体中的NO_x的量、火焰或燃料混合物中可吸收的EM能量指示值，等等）来确定有待向火焰施加的能量或功率的量。

在一些实施例中，在步骤820，该处理器可以确定在该EM能量施加过程中将实现的一种空间EM能量分布。该空间分布可以基于燃烧器和燃烧室的结构来确定，从而使得该火焰（例如，火焰715）可以被锚定在一个预定位置。另外地或替代地，该空间EM能量分布可以基于与该火焰的至少一个方面相关的一个或多个反馈、例如在步骤810中接收的这些反馈中的至少一个来进行确定。该处理器可以基于该火焰的位置、火焰的大小、燃烧振荡的量等来确定该空间分布。该处理器可以基于与火焰或燃料混合物相关的一个EM反馈来确定该空间能量分布。例如，该EM反馈可以指示被火焰中的等离子区或另一个区所吸收的EM能量（例如，处于RF范围内）的量。该等离子区越大和/或越稠密（即，该区中的离子量越大），该火焰的EM能量吸收量就越大。

在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于从多个MSE中选择一个MSE子集，在步骤830，能以该子集将来自该至少一个辐射元件（例如，元件755）的EM能量施加给火焰。该处理器可以基于预定的计算过程或计算机仿真、例如考虑了涡轮机的结构和安装在燃烧室内的EM能量施加设备的结构的计算机仿真，来选择该MSE子集或至少一个MSE。该处理器可以被配置成用于选择该MSE子集以使得所选定的MSE子集是例如被选择用于提供至少一种EM能量空间分布、例如在步骤820中确定的空间分布。另外地或替代地，该处理器可以基于与火焰或涡轮机的至少一个方面相关的一个或多个反馈、例如关于燃烧器中火焰的位置（例如燃烧过程中火焰的照片或燃料混合物的损失轮廓的照片）的反馈来选择该MSE子集。

在一些实施例中，在步骤840，可以向该火焰施加EM能量（例如，处于RF范围内）来稳定该火焰的锚定点。该EM能量可以基于步骤810-830中的一个或多个步骤进行控制。在一些实施例中，可以对以一个或多个MSE施加EM能量的持续时间进行控制。在一些实施例中，可以对以一个或多个MSE施加EM能量时的功率进行控制。在一些实施例中，可以确定该空间EM能量分布，并且该处理器可以被配置成用于引起对火焰施加该空间能量分布。另外地，该处理器可以基于与火焰或涡轮机的至少一个方面相关的一个反馈来确定该空间能量分布。该处理器可以进一步从多个MSE中选择一个MSE子集从而使得可以提供该空间分布。替代地，该处理器可以从多个MSE中选择一个MSE子集并且引起以所选定的这些MSE对火焰施加EM能量。该处理器可以进一步被配置成基于与火焰的至少一个方面相关的一个反馈来选择该MSE子集。在一些其他实施例中，该处理器可以基于一个反馈来控制对火焰的EM能量施加。例如，该处理器可以基于与火焰温度相关的一个反馈来确定有待向该火焰施加的EM能量的量。该处理器可以进一步被配置成用于确定向火焰施加能量（例如，功率）的持续时间。该处理器可以确定以该选定组中的每个MSE进行EM能量施加的持续时间，这样使得在施加该选定集合中的全部MSE时，可以实现所确定的空间分布。确定以一个特定MSE施加能量的持续时间的这个过程与以上讨论的对多个MSE进行加权的过程相关。

在一些实施例中，步骤810-840可以在涡轮机的运行过程中重复若干次，并且该处理器可以被配置成用于确定这些次的EM能量施加的定时。例如，可以每隔确定量的时间（例如，每隔5秒、1分钟、5分钟、10分钟）或者基于从涡轮机接收的反馈来施加EM能量。可以在每一次在该反馈中检测到变化时重复对空间分布的确定和/或对MSE的选择，例如：结合或关于火焰位置的变化、火焰强度的变化、火焰中是否开始燃烧振荡、火焰温度的变化、从涡轮机放出的气体的量和/或组成的变化、或燃料混合物的损失轮廓的变化。

在图9中呈现了对于使用3个辐射元件以2.45MHz的频率来施加EM能量所进行的计算机仿真。在这个仿真中，三个辐射元件发出的EM能量之间具有相位差。例如，在这些辐射元件之间，这些MSE可以包括2.45MHz、以及90度和-90度。图9是一个EM场强度图谱，示出了在涡轮机中火焰的一个靠近锚定点处的截面中的EM场强度。这个仿真是基于以上示出的计算和数据。该仿真在火焰的中间区段（例如，靠近燃烧器的出口）得出了高场强度区域（910）。这个区域预期将吸收一个量值的EM能量，这个量将足以使火焰的等离子区的温度升高大致100℃，由此将火焰锚定在燃烧器的出口。

一些实施例可以涉及在内燃发动机或外燃发动机中的燃烧过程中施加EM能量，例如是为了将燃烧室内的燃料混合物点火。该燃烧发动机可以安装于车辆（例如，客车、卡车、公共汽车、火车或飞机）中或者可以安装于发电厂、发电机等等的内部。可以向该燃料混合物施加EM能量来获得点火。该燃料混合物可以包括燃料与氧化剂（例如氧气或空气）的混合物。该燃料可以是被配置成用于储存化学能而该化学能可以随后通过例如氧化等过程来提取以用于做机械功的任何材料。燃料的一些实例为：源自液体石油的含有烃类的化石燃料（例如，汽油、柴油、煤油、喷气机燃料、液化石油气和/或乙烷）、天然气（例如，甲烷和/或乙烷）、或生物燃料（例如，生物乙醇、生物柴油、绿色柴油、植物油、生物醚、沼气或合成气）。氧化剂（也称为“氧化试剂”）可以是容易传递氧原子的任何化合物或含有化合物的混合物（例如，空气、氧气、硝基甲烷、氧化亚氮、和/或过氧化氢）。当暴露于EM能量中时，该燃料和/或燃料混合物的温度可以升高，直到点燃一个燃烧（也称为“烧”）反应。在该燃烧反应点燃时，该燃料和氧化剂可以起反应而产生高温下的气体并且由此升高压力。在燃烧室（例如，汽缸或涡轮机）中进行的燃烧过程可以使用这些气体来向燃烧发动机中的一个或多个部件（例如，活塞、涡轮机叶片或喷嘴）施加力。

为了使得一种燃料混合物点火，该混合物的温度应至少达到确保燃料在某一压力下快速点火的一个最小温度（即，“点火温度”）。这个点火温度可以是燃料混合物点火时并且燃烧反应可以按实质上小的反应速率发生时的最低温度。常见燃料的点火温度的一些实例为：700℃（汽油）和1200℃（柴油）。点火也可以是使用火花将燃料混合物电离和/或局部加热并且点燃该燃烧反应来进行的（例如，在汽油发动机中）。术语“汽油发动机”可以指通过汽油燃料进行工作的发动机。EM能量可以被施加给汽油发动机中的燃料混合物以便升高该燃料混合物的温度和/或将该燃料混合物电离。该燃料混合物可以通过这种EM能量施加或通过该EM能量施加所产生的火花而被电离。

在一些实施例中，可以施加EM能量来将燃烧室内的燃料混合物点火。该燃料混合物可以在其注入燃烧室中之前进行混合（例如，将汽油-空气混合物注入燃烧室中）或者通过将燃料与空气喷射或注入到燃烧室内（例如，柴油燃料注入）来进行混合。该燃料混合物可以具有若干种空燃比，空燃比可以被定义为(空气质量)/(燃料质量)。例如，该燃料混合物可以是一种理想计量配比的混合物（例如，对于汽油混合物是14.7:1）或低于理想计量配比的混合物（例如，对于汽油混合物是12.5-13:1）（一般也称为“接近混合物（reach mixture）”）。该混合物可以是高于理想计量配比的混合物，也称为“贫混合物”，并且可以例如具有30:1或50:1或60:1或100:1或甚至200:1的空燃比。不同的空燃比可能需要不同的EM能量施加方案。例如，点燃接近混合物可能需要例如与点燃贫燃料混合物或极贫燃料混合物相比更小的功率施加更短的时间。在一些实施例中，贫燃料混合物中的燃烧反应可能在相对低的温度下（例如，在1300K、1400K、1500K、1600K下）发生，这可能减少NO_x的形成。NO_x被认为是燃烧反应中的重要污染物。在一些实施例中，贫燃料混合物中的燃烧反应可能在相对低的温度下发生，这可能产生减小的污染水平。在一些实施例中，对于超贫混合物，燃烧速度可能低于理想计量配比混合物。在其他实施例中，可以通过EM能量施加来获得多次点火，这样使得燃烧波的行进距离可以更短，因此进行完全燃烧所需要的时间可以更短，这可以产生更高的发动机速度。

在一些实施例中，可以施加EM能量来将燃烧室内的燃料混合物点燃。可以确定至少一种EM能量空间分布。该空间分布可以根据任何已知的方法来确定，例如关于图500和600所披露的方法500和600。在一些实施例中，确定该至少一种EM能量目标空间分布进一步包括确定将被燃烧室的至少一部分体积内的燃料混合物所吸收的EM能量的量。

在一些实施例中，EM能量施加可以基于一个反馈来控制，例如：从该燃料混合物、燃烧室或从包括该燃烧室的发动机所接收的反馈。在一些实施例中，可以基于一个反馈来确定该空间分布。该反馈可以涉及该燃料混合物的至少一个方面和/或该燃烧室的至少一个方面和/或与包括该燃烧室的发动机有关的至少一个方面。例如，该反馈可以涉及以下至少一项：一个室内的燃料混合物的温度、该室的一部分的温度、该室的几何形状、一个发动机部件（例如，活塞）的相对位置、或该室内的燃料混合物的组成。该反馈可以接收自被布置在燃烧室内、包括该燃烧室的发动机内、或包括该发动机的车辆内的一个传感器（例如，传感器20）。该传感器可以包括一个温度计、一个压力计、被配置成用于测量移动或振动的压电计，等等。在一些示例性实施例中，一个处理器（例如，处理器92）可以接收关于活塞在汽缸中（例如，图10中展示出的活塞1020在汽缸1000中）的位置的信息并且确定一个空间EM分布而使得EM能量可以被施加至该汽缸内的一个或多个部分。例如，EM能量可以被施加至活塞与汽缸之间的空间。任选地，EM能量可以在空间上被施加至活塞的上部面，从而使得点火可以在活塞的上部面上产生一个燃烧前沿，以便从该燃烧中获得最大的膨胀能量。在又另一个实例中，有待施加给燃料混合物的EM能量的量可以基于该燃烧室的温度来进行确定，这样使得，例如当该燃烧室的温度低（例如，在冷启动）时可以施加更大量的EM能量。该反馈可以包括任选地与多个MSE相关联的EM反馈。例如，该EM反馈可以指示该燃料混合物吸收EM能量的能力。该处理器可以被配置成用于控制EM的施加，从而使得可以对所确定的空间能量分布进行控制。

不同燃料与不同氧化剂的不同混合物（例如，具有不同比率）可以具有不同的吸收EM能量的能力。例如，贫燃料混合物可能具有比接近混合物更低的吸收能力，从而任选地需要更高的EM能量施加以便点火。总体上，燃烧室内的燃料和/或氧化剂原子的量越大，该燃料混合物吸收EM能量的能力就越高。在燃烧之后，燃烧反应的产物可能具有与该燃料混合物不同的吸收EM能量的能力。因此，从燃烧室接收的EM反馈可以指示在燃料或燃料混合物注入之前该室是否含有有待点火的燃料混合物、有待排放的燃烧产物、或其他气体。该处理器可以被配置成基于所接收的EM反馈、根据任何已知方法（例如关于图3所披露的方法300）来确定有待施加给该燃料混合物的EM能量的量。

在一些实施例中，EM能量施加的定时可以基于该反馈来控制。例如，可以基于发动机的转速或活塞的位置来施加EM能量。替代地，这种定时可以基于指示燃料混合物可吸收EM能量的EM反馈来进行控制。在一些实施例中，可以在燃烧发动机的运行过程中对EM能量施加进行若干次调整并且可以周期性地接收该反馈（例如，在每个燃烧循环过程中、在一个燃烧循环过程中若干次、和/或每隔若干燃烧循环一次）。可以响应于发动机的不同运行状况（例如，在多状况运行过程中）（例如，冷启动、巡航或加速）过程中燃料混合物的变化来调整EM能量施加。另外地或可替代地，可以基于涉及燃料混合物和燃烧室的多个参数来控制该EM能量施加，这些参数例如：空燃比、燃料类型和/或在注入之前进行的特定燃料混合物可吸收EM能量的测量，该测量任选地是在这个特定汽缸以外的一个能量应用区进行的（例如，在不同燃料混合物的实验室试验过程中）。

用于在燃烧过程中施加EM能量以便例如将燃烧室内的燃料混合物点燃的一些实施例可以包括从多个MSE中选择一个MSE子集。一个处理器（例如，处理器92或处理器2030）可以基于一个反馈（例如，EM反馈）来选择该MSE子集。例如，EM反馈可以是依赖于MSE的，这样使得该EM反馈的每个值可以与一个特定的MSE相关联并且该处理器可以被配置成基于一个依赖于MSE的EM反馈来选择该MSE子集。例如，该处理器可以被配置成基于涉及燃料混合物EM能量吸收能力的EM反馈来选择该MSE子集，这例如是通过选择与具有高于（或低于）阈值的一个值的EM反馈相关联的多个MSE。在一些实施例中，这个MSE子集是被选择用于提供该EM能量空间分布。该处理器可以选择该MSE子集而使得可以在燃烧室内激发一个将至少部分地与所确定的空间能量分布重叠的EM场图案。该处理器可以在所选定的MSE子集下进行EM能量施加。

在一些实施例中，可以确定（选择）一个第一EM能量轮廓（EM能量空间分布）而使得EM能量可以被选择性地施加至在燃烧室的一个第一部分内的燃料混合物，例如当活塞处于高位置（例如，可能的最高位置）时被施加至该室的上部，以便引起点火。然后可以确定一个第二空间EM能量轮廓而使得EM能量可以被选择性地施加至在该燃烧室的一个第二部分内的燃料混合物，例如当活塞向下移动时，该第二空间EM能量轮廓被施加至该室的中间区段以确保燃料混合物的完全燃烧。一个处理器（例如，处理器92或处理器2030）可以被配置成用于控制进行EM能量施加（例如，以一个或多个空间轮廓）的定时，这例如是基于活塞在汽缸中的相对位置。该EM能量施加可以被控制成使得该第一空间EM能量轮廓被配置成造成在一个第一时间段期间的EM能量吸收，并且该第二空间EM能量轮廓被配置成造成在一个第二时间段期间的EM能量吸收。任选地，该第二时间段的至少一部分不与该第一时间段重叠。由于在RF范围内的EM能量施加可以在纳秒或微秒或毫秒量级的时间尺度上进行控制，因此可以对点火的定时进行非常精确的控制。一个处理器（例如，处理器92或处理器2030）可以被配置成用于在对于燃烧而言适当的时刻或定时向该燃烧室施加第一空间EM能量轮廓，这可以有助于获得更有效的燃烧或最佳有效的燃烧。例如，该控制器可以被配置成用于当活塞在汽缸内达到最高点时施加该第一空间EM轮廓。该定时控制可以基于一个反馈，例如除其他之外可以基于活塞移动、燃烧后的残余排气的量、发动机负荷、发动机的扭矩和/或发动机效率。任选地，该第二空间EM能量轮廓可以在将新注入的燃料混合物点燃之后施加。该第二空间EM能量轮廓可以将没有在初次点火中（例如，在施加该第一空间EM能量轮廓的过程中）被点燃的残余燃料混合物点燃，以确保该燃料混合物的基本上完全的燃烧，从而样使得CO排放水平可以低于标准规定值。替代地或另外地，该第二空间EM能量轮廓可以响应于一个反馈、例如活塞冲程过程中活塞的移动而被施加。这些空间EM能量轮廓可以追随该活塞（例如，可以追随该活塞的路径）从而造成残余燃料混合物的额外燃烧，这可以导致从该燃料混合物中提取最大的能量效率。

在一些实施例中，点火可以根据与发动机运行、例如燃料消耗和多状况运行过程中的发动机运行状况相关联的一个或多个点火状态而发生。点火状态可以与冷启动、加速或巡航状况相关。在一些示例性实施例中，在发动机的冷启动过程中和/或巡航状况过程中可以对EM能量施加进行控制，从而使得与常规点火（即，具有火花塞点火的常规发动机）相比，使用了最小或减少的燃料消耗。在加速过程中，可以对该EM能量施加进行控制而使得该发动机可以产生最大的或增大的扭矩。例如，可以通过确定一种空间能量分布和/或通过选择一个MSE子集来对EM能量进行控制。

在一些实施例中，可以控制该EM能量以便在低于阈值的压缩条件下将燃料混合物点火，从而允许该燃料混合物即使在燃烧室（例如，柴油机汽缸）内的压力和压缩尚未达到阈值压缩时也发生点火。

在一些实施例中，可以施加EM能量来辅助生物燃料（例如，生物乙醇、生物柴油、绿色柴油或植物油）的蒸发。生物燃料可能具有有限的蒸气压力并且可能难以蒸发。可以施加EM能量来加热生物燃料，例如在将这些生物燃料喷射和注入燃烧室内之前。这个过程可以例如有助于蒸发。

在一些实施例中（例如，在汽油发动机中)，可以控制该EM能量施加以便减少或甚至消除早期点火，由此最小化或减小对含有例如有机金属试剂和/或芳香烃类试剂的防爆震剂的燃料的需要。防爆震剂包括用于减少发动机爆震和增大燃料辛烷值的汽油添加剂。汽油在用于高压缩内燃发动机中时可能过早点火（预先点火或引爆）。通过准确的EM能量施加进行精确的点火定时可以减少或消除对通常是有害化合物的防爆震剂的使用。任选地，EM能量施加可以减少或者甚至消除对低沸点VOC（挥发性有机化合物）启动流体的使用。起动流体是例如挥发性烃（例如庚烷、丁烷或丙烷）、二乙醚、和/或二氧化碳的混合物，其中二氧化碳有时被用作推进剂。VOC由于很多原因而是所不希望的，原因包括它们被认为是有害健康的。

在一些实施例中，可以将EM能量施加控制成允许实现柴油发动机的冷启动、低于阈值的压缩或使用汽油和柴油燃料的贫燃料混合物（例如，通过向燃料施加EM能量以便将燃料点火和/或在点火之前将燃料加热，这可以辅助柴油燃料的自发点火）。任选地，EM能量施加可以减少或者甚至消除对低沸点VOC（挥发性有机化合物）启动流体的使用。起动流体是例如挥发性烃（例如庚烷、丁烷或丙烷）、二乙醚、和/或二氧化碳的混合物，其中二氧化碳有时被用作推进剂。VOC由于很多原因而是所不希望的，原因包括它们被认为是有害健康的。

在一些实施例中，用于将燃料或燃料混合物点火或辅助其点火的EM能量施加可以导致与常规点火方法（例如火花点火）相比向大气的污染排放量减小。在一些实施例中，这种减小的污染水平可能是由于将有害的不希望的化合物的使用减少或消除而实现的。在一些实施例中，可以控制或调整EM能量施加以便获得所希望的污染水平。

向燃料混合物的受控EM能量施加可以减少或甚至消除对添加辛烷值提高剂的需要。这些化合物通常比该燃料更具挥发性，因此可能在发动机活塞的顶部或在燃烧室内的其他地方集中。辛烷值衡量了一种燃料按照与爆燃、点火或不受控方式燃烧相反的受控方式燃烧的倾向。当通过向燃料或燃料混合物添加例如乙醇等化合物而提升辛烷值时，单位体积的能量含量减小。在点火过程中基于一个反馈、例如基于燃料混合物的EM能量可吸收特征（例如，通过检测一个EM反馈）来控制向燃料或燃料混合物的EM能量施加（例如，通过调整EM能量施加的定时、持续时间、功率和空间分布）可以有助于控制点火的多个方面，这例如是通过根据燃料混合物的温度和/或压力而施加所需量的能量（功率和时间）。燃料混合物的温度和/或压力可以通过温度测量装置（例如温度计）和/或压力测量装置（例如压电传感器）来测量。另外地或替代地，该温度和/或压力可以影响燃料混合物吸收EM能量的能力（例如，可以改变可吸收EM能量的指示值），因此响应于该燃料混合物的温度和/或压力的变化可以改变该EM能量施加。此外，该处理器可以被配置成用于确定或接收来自含有燃烧产物（例如，CO、CO₂和/或水）的燃烧室的EM反馈，因此由从该含有燃烧产物的燃烧室所接收的EM反馈的变化中可以检测到燃烧效率的任何变化（例如，这种变化可以改变燃烧产物的组成）。

在一些实施例中，该燃料混合物可以包括点火催化剂（例如，均相催化剂和多相催化剂）。均相催化剂包括可以使得在原子氧自由基的形成中降低氧化作用的活化能的分子化合物。在例如贫燃料混合物中均相催化剂的存在下，EM能量施加可以加速点火。在一些实施例中，多相催化剂可以作为例如小的催化颗粒被添加至燃料中。这些颗粒（例如，包括Pd、Pt、Pt-Rd、K₂O、MoCo）可以具有与该燃料相比增大的EM能量吸收特征并且因此可以比该燃料更快地加热。为此原因，这些颗粒由于EM能量加热与表面氧化活化的组合效应而可以加速点火。

一些燃料混合物（可燃烧的燃料化合物，例如汽油、柴油）可以包括EM能量吸收材料（例如，人造电介质）或与之混合。该EM能量吸收材料可以被选择用于增强燃料混合物的EM能量吸收，例如增大或辅助燃料中吸收的EM能量的量，这可以加速该燃料的加热。一种示例性的潜在EM能量吸收材料是石墨粉。石墨粉被认为是尤其在RF范围内的良好EM吸收剂，并且如果以细颗粒（例如，小于1mm或小于1μm或小于100nm的颗粒）少量（例如，少于10wt.%或少于1wt.%或少于0.5wt.%或少于0.05wt.%）插入，则可以加热该燃料混合物的周围环境以达到点火条件（例如自点火温度和/或电离）。在燃烧过程中，石墨颗粒（粉）可以燃烧并氧化而例如变成CO₂，成为排气的一部分。任选地，该燃料混合物可以含有当吸收EM能量时可以在其之间产生至少一个火花的点火颗粒。含有在燃烧室体积内均匀铺开的点火颗粒的一种燃料混合物、例如贫燃料混合物，由于该燃烧室内的火花而可以点燃、因此将该燃料混合物的多个部分同时地或几乎同时地点燃。在一些实施例中，该EM能量吸收材料可以被选择用于影响该燃料混合物的一个或多个点火特征。

在一些实施例中，该燃烧室可以包括用于将EM能量吸收材料注入该室中的一个或多个注入器。在一些实施例中，该燃烧混合物可以在注入燃烧室中之前与该EM能量吸收材料相混合。

现在参照图10。在一些示例性实施例中，该燃烧室可以是发动机（例如，汽车发动机）中的一个汽缸。例如，图10中的汽缸1000。汽缸1000可以包括一个汽缸本体1010（例如，该燃烧室）、一个活塞1020和一个连杆1030，该连杆可以将活塞1020的竖直运动转换成一个曲轴（在图10中未示出）的旋转运动。当阀1070将注入器1040打开时可以将一种燃料混合物注入汽缸本体1010内。替代地，可以经由注入器1040将燃料喷洒到汽缸内并且可以从额外进气口（在图10中未示出）添加空气或其他气体。燃料或燃料混合物注入的定时可以通过至少一个处理器（例如处理器92或处理器2030）来控制，该至少一个处理器被配置成例如根据一个反馈（例如，发动机的负荷、扭矩和/或活塞的位置）来控制阀1070。排气出口1050可以位于汽缸的上部中并且当阀1060例如在燃烧循环的终点打开时可以允许燃烧反应的产物（例如，一种或多种排气）流出汽缸到达一个转化器（例如催化转化器）或其他过滤器。汽缸1000还可以包括至少一个辐射元件1080，该至少一个辐射元件被配置成用于向该汽缸中的燃料混合物例如以多个MSE来施加或发射EM能量。同一个处理器和/或一个不同的处理器可以控制通过一个或多个辐射元件1080向该燃料混合物进行的能量施加，这是通过控制该EM能量施加的定时和/或该能量施加的功率和/或该能量施加的持续时间或该EM能量施加在汽缸本体1010中的空间分布来实现的。EM能量可以在每个循环中、在该循环中若干次地、或者在一个或多个但并非全部循环中被施加给汽缸。该EM能量施加的定时和/或持续时间例如根据发动机的要求以及具体发动机的运行状况（例如，柴油发动机、汽油发动机或HCCI发动机）而可以是在活塞的冲程过程中的任何时刻、持续任何所希望的持续时间。运行状况的一些实例（例如，点火状态）是：冷启动、巡航和加速。例如，发动机的冷启动可能需要比巡航状况中进行更长时间段的EM能量施加。在加速状况中，EM能量施加的定时可以设定成使得当活塞在汽缸中处于比在巡航或冷启动过程中发生EM能量施加时的位置更低的位置中时，进行EM能量施加。

该处理器可以进一步被配置成用于接收一个EM反馈，任选地该EM反馈指示了燃料混合物中可吸收的能量。该处理器可以进一步被配置成基于所接收的反馈来调整向该燃料混合物的EM能量施加，例如在方法300的步骤306中指明的。另外地或替代地，该处理器可以被配置成用于基于其他反馈来调整该EM能量施加。该反馈可以涉及以下各项中的至少一项：发动机的转速、发动机的负荷、汽缸壁的温度、周围温度、一个冲程中活塞的位置、最小爆震和/或湿度水平。在一些实施例中，可以在汽缸1000、发动机或车辆的其他部分的内部或周围提供一个或多个传感器（未展示出）。这些传感器可以用于产生例如在方法300中使用的这种类型的反馈。

该处理器可以进一步被配置成用于根据发动机的转速和汽缸内的压力来调整EM能量施加以便将发动机运行效率最大化。该处理器可以计算具体发动机的速度/压力工作循环（例如，对于汽油发动机是奥托循环并且对于柴油发动机是迪塞尔循环）并且优化该EM能量施加而使得在燃烧反应中可以释放大量的或最大量的能量，而任选地不造成不受控的点火以及高到对发动机有害的压力。

在一些实施例中，向燃烧室（例如汽缸1000）的EM能量施加可以涉及：确定有待向燃烧室内的燃料混合物施加的EM能量的多个EM场图案。这些场图案可以基于一个反馈来确定，例如该反馈涉及：燃料混合物的至少一个方面（例如，空燃比）、燃烧室的至少一个方面（例如，活塞的位置）、或发动机的至少一个方面（例如，扭矩）。该反馈可以与燃烧室的一个或多个部分相关联。该反馈可以是一个EM反馈。另外，任选地基于该反馈，可以（例如，通过该处理器）确定多个EM场图案中的每一个场图案的权重（例如，能量施加的功率水平和/或持续时间）。一个处理器（例如，处理器92或处理器2030）可以被配置成用于控制例如经由至少一个辐射元件（例如，元件1080）以这些所确定的权重进行的该多个EM场图案的施加。

现在参见图11中描绘的、根据本发明的一些实施例的用于施加EM能量以便将发动机的燃烧室中的燃料混合物点燃的方法1100。例如，可以从该燃烧室（例如，汽缸1000）和/或发动机和/或包括该发动机的车辆接收一个反馈。该反馈可以涉及：燃料的类型（例如，汽油或柴油）、燃料/氧化剂之比、燃料混合物、燃料的温度、燃烧室的温度、发动机的一个部件相对于该室的位置（例如，活塞1020在汽缸本体1010中的位置）、发动机的扭矩、发动机的转速、燃烧产物（例如，排气）的组成等等。在一些实施例中，该反馈可以是从设置在燃烧室内的、充当接收器的该一个或多个辐射元件（例如，元件1080）来检测。

在一些实施例中，在步骤1120可以确定至少一个目标空间EM能量分布。该空间分布可以基于任何已知的方法、例如图5中呈现的方法500来确定。该空间分布可以通过燃烧室和/或燃料混合物的已知特征来确定。例如，该空间分布可以被确定成使得EM能量可以被施加至燃烧发动机的汽缸的上部，以便造成在整个汽缸截面上的均匀点火。另外地或替代地，该空间分布可以基于一个反馈、例如在步骤1120接收的反馈进行确定。在一些实施例中，该空间分布可以基于活塞1020在汽缸1000中的相对位置来确定。在一些实施例中，确定EM能量空间分布可以包括有选择待施加的EM能量的一个或多个场图案。另外，可以确定有待施加给该一个或多个EM场图案中的每一个场图案的一个权重。

在一些实施例中，在步骤1130中可以从多个MSE中选择一个MSE子集（例如，单一的MSE）。该子集可以基于该EM能量施加设备的特征、例如可获得的频率带宽（例如，单一频率2.45GHz或者850-900MHz）来进行选择。在又另一个实例中，当该设备包括多于一个辐射元件时，一个处理器可以确定向一个或多个辐射元件施加EM能量（例如，在RF范围）。在一些实施例中，该MSE子集可以基于一个反馈、例如在步骤1110接收的反馈进行确定。在一些实施例中，这个MSE子集可以选择用于提供至少一个空间EM能量分布、例如在步骤1120中确定的该空间分布。在一些实施例中，该反馈可以是依赖于MSE的。该处理器可以被配置成用于基于该MSE下的EM反馈来选择该MSE子集、在每个MSE下EM能量施加的功率水平和/或持续时间。

在步骤1140，可以向燃料混合物施加EM能量以便将燃烧室内的该燃料混合物点燃。一个处理器（例如，处理器92或2030）可以被配置成用于基于在步骤1110中接收的反馈来控制该EM能量施加。例如，该处理器可以被配置成基于活塞的位置或发动机的转速来确定该EM能量施加的定时。另外地或替代地，该处理器可以被配置成用于控制该EM能量施加而使得在步骤1120中确定的空间EM能量分布可以被提供给该燃料混合物。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于在步骤1130中选定的MSE子集下产生EM能量施加。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于以该MSE子集、以每个MSE下的对应功率和/或持续时间来进行EM能量施加。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于通过提供从一个源（例如，源96）向该一个或多个辐射元件施加EM能量来进行EM能量施加。

在一些实施例中，EM能量可以被施加成使得用于点火的多个来源（nidus）施加至燃料混合物的一定体积内（例如，在燃烧室中），这样使得在每个所希望的点火位置处，EM能量可以高于最低能量地进行施加从而造成燃料混合物的局部点火。在一些实施例中，EM能量可以被施加成使得可以在燃料混合物的体积内产生多个高强度区域，例如100、200、300、1000或2000个高强度区域。在一些实施例中，EM能量可以被施加成使得可以在燃料混合物的体积内产生多个用于点火的来源，例如100、200、300、1000或2000个来源。在一些实施例中，可以通过施加EM能量来产生多个点火来源从而使得可以在燃料混合物的体积内产生多个高强度区域（例如，在燃烧室内的多个子区域处），这样使得该燃料混合物可以接收所需的能量来造成某些位置中（例如，在这些高强度区域中的一个或多个的位置处、在该多个子区域处等）的局部点火。如在此使用的，术语‘来源’可以指可以形成、产生或引起局部点火的地方（例如，燃烧室中的一个位置，例如燃烧室的子体积或子区域）。‘来源’还可以指可以被激发或施加的一个或多个高强度区域而获得、形成或产生局部点火的地方（例如，燃烧室中的一个位置，例如燃烧室的子体积或子区域）。该多个高强度区域可以在燃料混合物的体积内同时产生或在不同时刻产生（例如，在燃烧室的多个子区域处）。在一些实施例中，该多个高强度区域可以具有相同的大小或者可以具有不同的大小，例如不同的燃料混合物可能要求不同大小的高强度区域。在一些实施例中，这些高强度区域的大小可以在1mm、3mm、1cm的量级上或者为一个不同的大小。在燃料混合物的体积内在不同时刻产生的该多个高强度区域可以是随机的或者可以遵循一个预先限定的路径（例如，燃烧反应的前沿的传播、传播波等等）。EM能量可以被施加成使得该能量可以与位于该高强度区域内的材料（例如，气体/燃料混合物、蒸气、固体等等）相互作用，这可以产生一种热效应，这样使得当该区域的热度高于点火温度而使得在该区域（例如，燃烧室的子区域）中得以点燃并且可以激活一个化学反应时在该区域处产生的热量大于损失到周围物质的热量。该化学反应（例如，燃料与空气的相互作用）的结果是可以造成一种局部活化，这可以造成近邻气体的活化而使得点火过程可以传播至燃烧室内的远处区域。在贫混合物中，下一个气体分子的位置可以相隔远而使得传播是不可能的。在一些实施例中，该一个或多个局部点火（例如，在燃烧室的子区域处的点火）的位置和/或一个或多个局部点火的定时可以基于一个或多个参数进行控制。例如，这样的参数可以包括：燃烧室的瞬时大小（当活塞在汽缸内移动时，燃烧室的大小根据活塞的移动而改变）、发动机的负荷、燃料或燃料混合物的一个或多个特征、所希望的效率、所希望的污染水平、所希望的燃烧温度或另外的参数。在一些实施例中，EM能量可以被施加成使得可以获得该一个或多个局部点火（例如，在燃烧室的子区域处的点火）的位置和/或一个或多个局部点火的定时。在一些实施例中，通过在燃烧室中获得或激发多个局部点火可以有助于贫燃料混合物的使用。

在一些实施例中，可以将汽缸中的气体混合物带到某种能量状态或条件（例如，通过压缩或其他手段）以避免点火。在这样的条件下，在燃烧室中获得或激发多个局部点火可以触发汽缸内气体/燃料混合物的燃烧反应。然而，点火波的传播（例如，燃烧反应的前沿的传播）可能相对慢（例如，在5-50m/sec的范围内）。在一些实施例中，可以获得或控制一个或多个另外的局部点火的定时而使得它可以早于天然传播波发生。这可以允许获得加速的点火和/或对点火的控制，这样使得燃烧可以按最佳的方式或有效的方式发生（例如，在活塞达到其最低点之前完成点火或完全燃烧）。

现在参见图12，使用COSMOL软件来完成向汽缸的EM能量施加的实验仿真。选择具有100mm直径的钢质汽油汽缸1210进行仿真，如图12中展示的。该仿真假定了以下参数：EM能量施加是在最大的燃料混合物压缩状态下进行的，该压缩在活塞位置距汽缸顶部20mm时发生。选择填充有干空气的圆形钢质波导1220（直径20mm且45mm长）作为辐射元件。仿真1000W的功率施加6毫秒（ms）以便将燃料混合物的温度升高至高于为将燃料以合理燃烧速率点火所需的700℃阈值。在这个仿真中，通过该空腔（即，汽缸本体）高度可吸收的频率（S11<-20dB）下的EM能量来仿真激发。

在第一次仿真中仿真了将具有接近理想计量配比14:1的汽油燃料混合物注入汽缸中。该燃料混合物的介电特性为εr=1.01-i·0.008（tanδ～0.0079）。热特性如下：起始温度25℃、燃料混合物的热导率0.03（W/m·oK）以及汽缸的热导率400（W/m·oK）、燃料混合物的密度59kg/m³、该混合物的比热1.08J/kg·oK、以及汽缸材料的传热系数200W/m²·oK。在10atm的压力下使用了对流热传递物理学模块。在燃料混合物中由于两个不同频率下的EM能量施加而形成的这些仿真的温度轮廓在图13和14中展示出。由于在10.45GHz下EM能量的激发而形成的这些仿真温度轮廓在图13A-13F中呈现出。在图13A（t=0）、13B（t=2ms）、13C（t=4ms）和13D（t=6ms）中呈现了在距离活塞5mm的X-Y平面内从0至6ms的温度轮廓的时间演变。在图13D的右侧部分中呈现了一个温度比例尺。温度比例尺中的淡灰色和白色阴影对应于高于700℃的温度。

可以看到在6ms时，由于高的EM场强度，主要在汽缸的中央部分内并且在一些周边区域内形成高温。图13E中呈现了6ms时在X-Z平面内的温度轮廓并且图13F中呈现了Y-Z平面中的温度轮廓，显示了在汽缸的中央上部中的高温最大值，以及朝向汽缸壁的一些周边温度最大值。对于16.95GHz频率下的EM能量进行了相似的仿真并且呈现在图14A-14F中。在图14A-14D中呈现了在距活塞5mm距离处在X-Y平面内从0至6ms的温度轮廓的时间演变。在图14E和14F中呈现了6ms以后在X-Z平面和Y-Z平面中的温度轮廓。由于16.95GHz下的EM能量的激发而形成的高温轮廓比由于10.45GHz下的EM能量的激发而形成的高温轮廓更均匀。从中心朝汽缸壁以开放环形成了多个高温区域（如在图14A-14D中可见）。在X-Z平面内，在整个平面中显示了多个高温区域的均匀分布（图14E），而在Y-Z平面内，在汽缸的中央部分中形成了两个高温区域（图14F）。可以在真实汽缸中形成的类似温度轮廓可以导致非常受控的且有效的点火。

使用同一个汽缸和同一个辐射元件进行了另一次加热仿真，如图12中展示的。是向含有非常贫的、具有100:1的空燃比的汽油燃料混合物的一个汽缸施加EM能量。使用4000W的功率来将该贫混合物加热至高于700℃。图15A-15C呈现了在具有16.95GHz的频率的EM能量激发过程中形成的温度轮廓。该贫混合物的介电常数为εr=1.0016-i·2.6·10-4（1.01-i·8·10-3）。混合物的热导率是0.025W/m·oK。该混合物的质量密度是8.3kg/m3并且该混合物的比热为1.024kJ/kg·oK。图15A示出了在6ms的EM能量施加以后汽缸中在X-Y平面内的温度轮廓，在该图的右端中呈现了一个温度比例尺。可以观察到在该平面的整个截面上该温度轮廓的基本上均匀地分布。800℃-1400℃的多个高强度点是均匀分布的。在X-Z平面（图15B）和Y-Z平面（图15C）处可以观察到类似的行为。为了使非常贫的燃料混合物均匀点火，如图15A-15C中呈现的仿真中所示的EM能量的空间施加和吸收可能是有利的。

在另一个加热仿真中，对归因于不同燃料混合物和活塞位置的S11参数变化进行了仿真。图18示出了由于与空气相比使用不同的燃料混合物比率而导致的该S11参数（这可以例如代表反射系数，如以上描述的）随着EM能量的频率（例如在RF范围中）的变化。产生图16中的数据所使用的汽缸是与上述先前仿真中（例如在图12的背景下）的相同的汽缸。表1示出了两种不同燃料混合物（例如，具有不同空燃比的两种燃料混合物）和空气的介电特性（ε’和ε‘’）。

表1：

材料	ε’	ε‘’
			接近理想计量配比的“标准”混合物（14:1）	1.01	8e-3
极贫混合物（100:1）	1.0016	2.4e-4
			空气25oC（参照）	1.0005	1e-5

在该接近理想计量配比的“标准”混合物中、特别在15.5 GHz和16.05GHz的频率下观察到了最高的EM能量吸收。该贫燃料混合物与该接近理想计量配比的“标准”混合物相比显示了更低的EM能量吸收。然而在14.95GHz时，该仿真显示了该贫燃料混合物的相对好的能量吸收。检测一种燃料混合物的S11参数可以允许通过将检测到的S11与查询表中储存的一个数据进行比较或者通过任何其他手段（例如，一个公式）来鉴定该燃料混合物的空燃比和/或化学组成。该数据（例如，查询表中的数据）可以储存在一个存储器（例如，与处理器92或处理器2030相连的一个存储器）上或者储存在任何其他位置。在线检测燃料混合物的变化（例如，通过检测S11参数）可以允许在单一发动机的运行过程中使用多种燃料混合物。可以根据该燃料混合物的特性来调整该EM能量施加。这种调整可以在每个循环过程中的任何时刻进行，例如在某个数目的循环之后周期性地进行、每当发动机的负荷变化时进行和/或每当可能要求燃料混合物的变化时进行。

现在参见图17A，该图展示了根据本发明的一些实施例的一个汽缸1700。图17A尤其展示了与汽缸1700顶部和RF馈送器（辐射元件）1720相比活塞1710的若干任选位置。位置1730、1740、1750和1760展示了分别距离汽缸1700的顶部为20mm、40mm、60mm和80mm的活塞1710。图17B示出了对于14:1的燃料混合物比率所仿真的不同活塞位置的反射系数（S11参数）随EM能量的频率而变的结果。该S11参数被计算为施加给汽缸的功率减去从汽缸反射的功率再除以施加给汽缸的功率。

S11=(P_施加的-P_反射的)/P_施加的

在一个冲程过程中活塞的不同位置可以产生在不同频率下的不同的EM能量吸收峰值（例如，不同的峰值或最大值）。例如，如图17B中展示的，80mm活塞位置时的最高吸收峰值或最大吸收是在大约11.5GHz处。60mm时的最高峰值或最大吸收发生在大约14GHz处。40mm时的最高峰值或最大吸收发生在大约9.75GHz处。20mm活塞位置时的最高峰值或最大吸收发生在大约15.5GHz处。检测S11的变化可以指示在汽缸冲程过程中活塞的多个位置。在图17C中示出了通过测量S11参数来检测活塞位置的另一个实施例。将在一个给定频带下所有S11参数的平均值相对于活塞位置绘成曲线。如图17C中可见，在该仿真中获得了活塞位置与S11参数平均值之间的基本上线性的关系。总体上，活塞位置越高，S11参数平均值的值就越大并且EM能量吸收的值就越低。在一些实施例中，S11平均值可以基于所接收的S11反馈来计算并且活塞位置可以例如通过将该S11平均值与来自位于一个存储器中的查询表的多个活塞位置进行比较来确定。在一些实施例中，EM能量施加可以基于活塞位置来控制和/或调整。在S11参数与活塞位置之间进行关联的另一种方法是对于一个具体频率来计算S11参数。在图17D中针对11.1GHz的频率展示了这种方法的一个实例。该仿真显示，对于一个具体频率而言，活塞位置越高，S11参数的值就越大并且EM能量吸收的值就越低。这个检测可以在每当需要检测活塞位置时进行，例如像在一个燃烧循环过程中进行若干次。在一些实施例中，S11（一个示例EM反馈）可以在一个具体频率下进行检测（例如，通过将该频率的EM能量施加给汽缸）并且活塞位置可以例如通过将S11的值与来自位于一个存储器中的查询表的多个活塞位置进行比较来确定。在一些实施例中，EM能量施加可以基于活塞位置来控制和/或调整。

在一些实施例中，根据本发明的一些实施例可以施加该EM能量以便通过预加热和/或通过将燃料或燃料混合物点火而造成该燃料或燃料混合物的基本上完全的燃烧。在基本上完全的燃烧中，在一种或多种排气中排放的CO的量可以是小的。CO可以充当NO_x分解过程中的氧化剂。由于这种基本上完全的燃烧，该一种或多种排气中的CO的量可以是小的（例如，在ppm的量级上）。

预加热燃料

本发明的其他实施例可以包括一种用于向燃料或燃料混合物施加EM能量以用于在点火之前将该燃料或燃料混合物预加热的设备和方法。该燃料或燃料混合物可以从一个燃料系统中注入到燃烧室内。该燃料系统可以与该燃烧室是流体相连的和/或可以是一台发动机、任选地车辆发动机的一部分。可以经由被配置成用于施加EM能量的至少一个辐射元件来施加EM能量。根据本发明的一些实施例，至少一个处理器（例如，处理器92或处理器2030）可以被配置成用于例如根据在图18中呈现的方法1800来控制向该燃料或燃料混合物的EM能量施加。在步骤1810任选地从该燃料系统或发动机可以接收一个反馈。该反馈可以涉及该燃料或燃料混合物的至少一个方面、该燃料系统的至少一个方面、或包括该燃料系统的发动机的至少一个方面。例如，该反馈可以涉及燃料类型、燃料温度、燃料消耗、燃烧室的点火定时。该反馈可以是一个EM反馈。该EM反馈可以指示在多个MSE下或一个单一的MSE下（例如，在一个单一频率下）该燃料混合物或该燃料可吸收的EM能量。该处理器可以进一步被配置成用于基于所接收的反馈通过多个MSE来调整或控制该EM施加。该处理器可以进一步被配置成用于通过控制在每个MSE下能量施加的功率或持续时间来调整该EM施加。该处理器可以进一步被配置成用于通过施加一个目标EM能量空间分布（例如，通过选择一个或多个场图案以及任选地对每个场图案选择对应的权重）来调整该EM施加。

在一些实施例中，可以在柴油发动机中提供一种任选地用于施加RF范围内的EM能量的EM能量施加设备，以便在柴油注入燃烧室中之前将柴油预加热。在一些实施例中，将柴油预加热可以减小形成的液滴的大小和/或可以减小点火延迟。在一些实施例中，减小的点火迟延可以产生增加的效率、减小的污染水平、减少的噪音或其任何组合。

在一些实施例中，预加热可以辅助燃料混合物的点火并且可以允许实现更好的点火定时和更高的燃烧效率。这个预加热过程可以在注入燃料混合物或喷洒燃料之后在燃烧室（例如，汽缸1000）内发生，另外地或替代地，可以在将该燃料或燃料混合物注入和/或喷洒到燃烧室中之前向其施加EM能量。可以将至少一个辐射元件（例如，元件102、18或16）布置在一个燃料管或燃料混合物管（例如，该燃料或燃料混合物在其中流动的管，因此可以被认为是该能量应用区）附近。

在一些实施例中，该管可以具有由一种对于EM能量透明的材料制成的至少一个窗口，从而使得EM能量可以从该辐射元件传递至该管的内部。替代地，该燃料/燃料混合物管可以由一种对于EM能量透明的材料构造而成或者包括该材料。该辐射元件可以是附接至该燃料/燃料混合物管上的一条慢波天线或漏波天线，以用于沿着该管的某段距离来施加EM能量。任选地，该能量应用区可以是一个中间预加热室并且可以添加至该系统中以用于预加热该燃料/燃料混合物。该中间室可以具有位于该室内部的至少一个辐射元件（例如，辐射元件102、18或16）并且可以具有由一种对于EM能量透明的材料制成的至少一个窗口。替代地，该中间室可以由一种对于EM能量透明的材料制成。在将该燃料或燃料混合物经由一个注入器（例如，注入器1040）注入燃烧室（例如，汽缸1000）之前可以向该燃料或燃料混合物施加EM能量。

该一个或多个辐射元件可以被布置在该管内部，从而使得在有待加热的燃料/燃料混合物与该元件之间可以存在直接接触。这样的直接接触可以允许用在空的管内（例如，在不存在燃料/燃料混合物的情况下）衰减的、但在装有燃料的管内共振的频率下的RF能量来加热燃料。这样的频率可以称为“负载共振”（例如，对应于该燃料/燃料混合物的共振频率）。在一些实施例中，对于汽缸中的燃料混合物，EM能量可以按负载共振频率来施加以便将该燃料混合物预加热或点燃。

在一些实施例中，在步骤1820可以确定一个目标空间EM能量分布。该空间分布可以根据任何已知的方法、例如图5中披露的方法500来确定。该空间分布可以通过燃料系统和/或燃料的已知特征来确定。例如，该空间分布可以被确定成使得EM能量可以沿着一个含有燃料混合物的管的预定长度来施加。另外地或替代地，该空间分布可以基于一个反馈、例如在步骤1820接收的反馈进行确定。在一些示例性实施例中，可以基于燃料类型来确定该空间分布。在一些实施例中，确定EM能量空间分布可以包括选择有待施加的EM能量的一个或多个场图案。另外，可以确定有待施加给该一个或多个EM场图案中的每一个的权重。

在一些实施例中，在步骤1830可以从多个MSE中选择一个MSE子集（例如，单一的MSE、或两个或更多个MSE）。该子集可以基于该EM能量施加设备的特征、例如可获得的频率带宽（例如，单一频率2.45GHz或者850-900MHz）来进行选择。在一些实施例中，该MSE子集可以基于一个反馈、例如在步骤1810接收的反馈进行确定。例如，该MSE子集可以基于从燃料接收的EM反馈来进行确定。在一些实施例中，这个MSE子集是被选择用于提供至少一个空间EM能量分布、例如在步骤1820中确定的该空间分布。

在步骤1840，可以施加EM能量以便加热或预加热该燃料或燃料混合物。在点火之前可以向该燃料混合物、例如含有燃料的管、或者向燃烧室施加EM能量。在一些实施例中，一个处理器（例如，处理器92或2030）可以被配置成用于基于在步骤1810中接收的反馈来控制该EM能量施加。例如，该处理器可以被配置成基于活塞的位置（即，活塞的位置可以指示点火时间）或该管中燃料的流速来确定该EM能量施加的定时。另外地或替代地，该处理器可以被配置成用于控制该EM能量施加而使得在步骤1820中确定的空间EM能量分布可以被提供给该燃料或燃料混合物。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于在步骤1830中选定的MSE子集下进行EM能量施加。在一些实施例中，该处理器可以被配置成用于以该MSE子集、以每个MSE下的对应功率和/或持续时间来进行EM能量施加。在一些实施例中，该设备可以被配置成用于通过从一个源（例如，源96）向该一个或多个辐射元件施加EM能量来进行EM能量施加。

一些实施例可以在发动机的初始点火（也称为“冷启动”）过程中向汽缸施加EM能量。在冷启动过程中，燃料混合物、注入器（例如，注入器1040）以及汽缸壁（例如，汽缸本体1010）的温度与环境温度、或周围环境的温度基本上相似。周围环境的温度可以例如在-20℃至+40℃之间变化。然而，与燃烧温度（例如，700℃-1300℃）相比，甚至这个范围内的最高温度40℃仍可以被认为是一个相对低的温度。汽缸本体1010通常是在冷启动过程中处于该周围环境温度下的这些部件中最大的（例如与燃料混合物和注入器1040相比）。为此原因，汽缸本体1010通常具有最大的热容量并且因此可以充当“散热器”来使可能在汽缸本体内发生的燃烧反应冷却。为了在冷启动过程中将发动机点火，可以要求更浓的燃料混合物来启动这个燃烧反应。在一些实施例中，可以向汽缸施加EM能量以便将该燃料混合物预加热。例如，可以向位于汽缸本体1010的壁附近的燃料混合物的多个子体积施加EM能量。向位于汽缸本体1010的壁附近的燃料混合物的多个子体积施加EM能量可以防止汽缸本体1010的壁的热对流、并且因此可以提高燃烧反应的效率。这样的效率提高在某些情况下可以允许使用接近理想计量配比的燃料混合物或甚至贫燃料混合物。

HCCI发动机具有在多种运行状况下、例如在冷启动或加速时增大或减小功率的能力。在HCCI发动机中增大或减小功率的一种方式可以是使燃料混合物热成层，从而使得被压缩的燃料混合物中的不同点具有不同的温度并且可以在不同的时刻点火，从而因此改变热量释放速率，这可能使之有可能增大或减小功率。

在一些示例性实施例中，该燃烧室可以是一台HCCI发动机的汽缸并且该EM能量施加可以被配置成用于在将一种贫燃料混合物注入该汽缸（例如汽缸1000）中之前将其预加热，以便例如加速该贫混合物中的燃烧反应，这可以允许或有助于对点火更好的定时。另外地或替代地，可以向燃烧室内部的燃料混合物施加EM能量以便将该贫燃料混合物预加热或将该贫燃料混合物点燃。该处理器可以进一步被配置成用于调整向该贫混合物的EM能量施加，从而使得大体积的该燃料混合物可以吸收将该贫燃料混合物预加热或点燃所要求的EM能量。任选地，可以施加一个预定量的EM能量以便将该燃料混合物的温度升高至一个所希望的温度（例如，点火温度）。在一些实施例中，可以施加EM能量来预加热该燃料或燃料混合物以便控制该燃料和/或燃料混合物中的自由基。该燃料或燃料混合物中自由基的量可以控制或者辅助控制该燃料或燃料混合物的反应性特征（例如，其点火温度、其反应速率）、因此例如控制点火的定时。

在前面的示例性实施例的描述中，在单个实施例中归类了多种不同特征以简化本披露。这种披露方法不应被解释为反映所要求的发明需要比每项权利要求中所明确叙述的特征多的特征的意图。而是，如以下权利要求书所反映的，本发明的各方面不在于单个前面披露的实施例的所有特征。因此，以下权利要求书在此结合到这个详细说明部分中，其中每项权利要求作为本发明的单独的实施例而独立存在。

此外，本领域的普通技术人员通过考虑说明书和本披露的实践将明白，可对所披露的系统和方法作出各种修改和改变而不脱离所要求的发明的范围。例如，一种方法的一个或多个步骤和/或一种设备或装置的一个或多个部件可以被省略、改变或替换，而并不脱离本发明的范围。因此，说明书和各实例旨在被认为仅是示例性的，而本披露的实际范围由随附权利要求以及其等效物来指示。

Claims (37)

1.一种用于经由至少一个辐射元件来施加EM能量以便稳定火焰的锚定点的设备，该至少一个辐射元件被配置成向一个涡轮机中的火焰施加EM能量，该设备包括：

至少一个处理器，该至少一个处理器被配置成用于：

确定在向该火焰施加EM能量的过程中有待实现的至少一种EM能量空间分布；并且

控制经由该至少一个辐射元件向该火焰的EM能量施加，从而使得该至少一种EM能量空间分布被施加而用于稳定该火焰的锚定点。

2.如权利要求1所述的设备，其中，该处理器进一步被配置成用于基于一个反馈来控制向该火焰的EM能量施加。

3.如权利要求2所述的设备，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

4.如权利要求1所述的设备，其中，该处理器被进一步配置成用于从多个调制空间要素（MSE）中选择一个MSE子集，能以该多个调制空间要素从该至少一个辐射元件施加EM能量，所选择的MSE子集是被选择用于提供该至少一种EM能量空间分布。

5.如权利要求4所述的设备，其中，是基于一个反馈确定该至少一种EM能量空间分布。

6.如权利要求5所述的设备，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

7.如权利要求2或5所述的设备，其中，该反馈是来自该火焰或一个燃烧室的一种EM反馈。

8.如权利要求7所述的设备，其中，该EM反馈指示了该火焰中可吸收的EM能量。

9.如权利要求1所述的设备，进一步包括被配置成用于向该火焰施加EM能量的至少一个辐射元件。

10.如权利要求1所述的设备，进一步包括向该火焰中的一个等离子区施加EM。

11.一种用于经由至少一个辐射元件来施加EM能量以便稳定火焰的锚定点的设备，该至少一个辐射元件被配置成向一个涡轮机中的火焰施加EM能量，该设备包括：

至少一个处理器，该至少一个处理器被配置成用于：

从多个调制空间要素（MSE）中选择一个MSE子集，能以该多个调制空间要素从该至少一个辐射元件施加EM能量；并且

控制经由该至少一个辐射元件向该火焰的EM能量施加，从而使得该EM能量被施加而用于稳定该火焰的锚定点。

12.如权利要求11所述的设备，其中，该处理器进一步被配置成用于基于一个反馈来控制向该火焰的EM能量施加。

13.如权利要求12所述的设备，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

14.一种用于向火焰施加EM能量以便在一个涡轮机中稳定该火焰的锚定点的方法，该方法包括：

确定在向该涡轮机施加EM能量的过程中有待实现的至少一种EM能量空间分布；并且经由该至少一个辐射元件向该火焰应用EM能量施加，从而使得该至少一种EM能量空间分布被施加而用于稳定该火焰的锚定点。

15.如权利要求14所述的方法，其中，是基于一个反馈来进行确定。

16.如权利要求15所述的方法，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

17.如权利要求14所述的方法，进一步包括从多个调制空间要素（MSE）中选择一个MSE子集，能以该多个调制空间要素从该至少一个辐射元件施加EM能量，所选择的MSE子集是被选择用于提供该至少一种EM能量空间分布。

18.如权利要求14所述的方法，进一步包括接收一个反馈并且基于所接收的反馈来确定该至少一种EM能量空间分布。

19.如权利要求18所述的方法，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

20.如权利要求15或18所述的方法，其中，该反馈是一种EM反馈。

21.如权利要求14所述的方法，进一步包括控制该EM能量施加的定时。

22.如权利要求21所述的方法，其中，是基于一个反馈来控制该定时。

23.如权利要求15所述的方法，进一步包括控制该EM能量施加的持续时间。

24.如权利要求23所述的方法，其中，是基于一个反馈来控制该持续时间。

25.一种用于向涡轮机中的火焰施加EM能量以便稳定该火焰的锚定点的方法，该方法包括：

从多个调制空间要素（MSE）中选择一个MSE子集，从至少一个辐射元件能以该多个调制空间要素施加EM能量，并且

经由该至少一个辐射元件并且以所选择的MSE子集来向该涡轮机施加EM能量，以便稳定该火焰的锚定点。

26.如权利要求25所述的方法，其中，是基于一个反馈来进行选择。

27.如权利要求26所述的方法，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

28.如权利要求26所述的方法，其中，该反馈是一种EM反馈。

29.一种用于经由至少一个辐射元件来施加EM能量以便稳定涡轮机中火焰的锚定点的设备，该至少一个辐射元件被配置成向该火焰施加EM能量，该设备包括：

至少一个处理器，该至少一个处理器被配置成用于：

从至少该火焰或该涡轮机接收一个反馈；并且

基于该反馈来控制经由该至少一个辐射元件进行的EM能量施加，以便稳定该火焰的锚定点。

30.如权利要求29所述的设备，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

31.如权利要求29所述的设备，其中，该反馈是一种EM反馈。

32.如权利要求31所述的设备，其中，该EM反馈指示了该火焰中可吸收的EM能量。

33.如权利要求29所述的设备，进一步包括被配置成用于向该火焰施加EM能量的至少一个辐射元件。

34.一种用于向涡轮机中的火焰施加EM能量以便稳定该火焰的锚定点的方法，该方法包括：

从至少该火焰或该涡轮机接收一个反馈；并且

基于该反馈来控制该EM能量施加，以便稳定该火焰的锚定点。

35.如权利要求34所述的方法，其中，该反馈涉及该火焰或该涡轮机的至少一个方面。

36.如权利要求34所述的方法，其中，该反馈是一种EM反馈。

37.如权利要求36所述的方法，其中，该EM反馈指示了该火焰中可吸收的EM能量。

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