CN103403308A - 燃烧发动机的消音设备和方法 - Google Patents

Abstract

系统包括用于引导来自排气源的排气的管状管道（402），复数个通道（404）被排列在所述管状管道（402）的一个区段内，所述复数个通道（404）中的每一个具有不同的通路长度和通道横截面流动区域以使得大致相等的流速被创建。所述复数个通道（404）的下游跟随着收集室（414），所述收集室具有足够大的容积以允许大致相当的压力穿过所述复数个通道（404）的出口面。这种方式平衡来自通道（404）的每一侧的到达收集室（414）的声能量并且干扰效果可伴随创造高效声音衰减的相等振幅发生。相应的方法也被公开。

Description

燃烧发动机的消音设备和方法

对相关申请的交互引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请涉及/要求2010年10月8日递交的美国临时申请案61/391,530，专利名称为“Control of Internal CombustionEngine Combustion Conditions and Exhaust Emissions”的优先权，本发明涉及共同未决的和共同拥有的国际专利申请PCT/US2011/027775，专利名称为“Multi-Mode High Efficiency Internal Combustion Engine”，同时涉及共同未决的和共同拥有的国际专利申请PCT/US2011/055457，专利名称为“Single Piston Sleeve Valve with Optional Variable Compression RatioCapability”。在本自然段中所列的每一发明的公开内容和附图以参考方式被整体合并于此。

技术领域

本文描述的主题一般涉及内燃机，尤其涉及可在效率和/或污染物排放率方面提供改进的的操作模式、燃烧条件和排放控制方法。

背景技术

内燃机通常用于为机动车辆以及其他应用中提供动力，例如割草机和其他农业和环境美化设备、发电机、泵马达、船、飞机，等等。这种发动机目前可用的操作模式、物理特性等等提供燃油率、输出功率和污染物排放特性，鉴于日益增加对于资源稀缺和环境退化的担忧，这些特性是不利的。内燃机可以包括，但不限于传统的火花点火式发动机、直接或间接喷射柴油发动机和均质充气压缩点火(HCCI)发动机。

内燃机中的燃料转化为机械能的转换通过一系列的小爆炸或燃烧发生。内燃机的类型可以因这些小爆炸或燃烧发生的方式而不同。在火花点火式发动机中，燃料与空气混合被送入燃烧室中，在燃烧室中燃料与空气的混合被活塞的运动压缩并由来自火花塞或其它控制的点火源的火花点燃。在柴油发动机中，燃烧室中的进气首先被压缩，然后喷射燃料并由空气的加热进行点燃，空气的加热的发生是由于空气的压缩。在HCCI发动机中，充分混合的燃料和氧化剂(一般是空气)注入燃烧室并被压缩至自动点火的点。

在某些情况下，通过增加发动机的压缩比，可以提高较低发动机负载的效率。压缩比是在点火前的空气-燃料混合物被压缩的程度的量度，并且被定义为发动机燃烧室的膨胀体积除以发动机燃烧室的压缩体积。相比于以较低压缩比运转的相同的发动机，在标准的奥托循环发动机中的高压缩比通常会导致活塞在动力冲程中执行较长的膨胀，以及随之而来做更多的功。使用汽油辛烷值为87的汽油动力汽车的压缩比范围通常在约8.5∶1到10∶1之间。

由发动机实现的最大压缩比可以由空气-燃料混合物在高温下不受控制的预先(即，在预期定时之前)点火进行限制，通常被称为发动机爆震问题。当混合物在足够长的一段时间暴露于高温时，爆震可能会作为燃料进入易燃分子片段的分离的结果而发生。高温暴露可能会导致这些片段启动在正常燃烧包络区域之外的不受控制的爆炸。例如，自动点火通常会发生在活塞到达压缩冲程的上止点(TDC)位置之前，所以在某些情况下，爆震可以发生在活塞通过TDC并开始膨胀冲程之前。当末端气体被加热和被已燃烧的混合物压缩时，自动点火也可以发生在膨胀冲程上，以使得小量的燃烧混合物点燃正常燃烧包络区域的外部。发动机爆震会导致燃烧室里面的声音和潜在的破坏性压力波。爆震是与更普通的自动点火问题有关的特殊问题。在本文中，自动点火是指在火花点火式发动机中的例子，在火花式点火发动机中，点火的发生不取决于火花何时被点燃，因为均质点火或由表面点火启动的燃烧先于火花事件。在柴油或HCCI发动机中，其中每个都依赖于自动点火启动每个发动机循环中的发动机燃烧，先期点火由于燃料空气-燃料混合物的过度热预激活可能不希望在活塞被适当定位至最有效的转化释放的能量为有用的机械功的位置之前提供类似燃料燃烧太快或点燃的效果。

除了高压缩比的多种因素可能特别影响爆震的发生以及通常影响，是自动点火或预先点火。在火花点火式发动机中，低辛烷值汽油会比高辛烷值汽油更容易在较低温度下自燃。发动机中的热壁或活塞式温度也可以趋向于增加空气-燃料混合物的加热，从而提高燃料自燃的倾向，作为局部热点，如在排气阀的附近，可能导致空气-燃料混合物的局部加热和在该热点区域的爆震。促进燃料的良好混合和快速燃烧的燃料-空气混合物的快速燃烧率，例如由于高位震荡，可以降低自燃的可能性。然而，高进气流场震荡也可以增加进气口的空气-燃料混合物的温度上升，增加了自燃的可能性。增加在混合物中的燃料量至化学计量比(即，精确足够的氧气被提供用于在燃料完全转换为完全氧化的最终产品(例如水和二氧化碳)过程中被完全消耗比例)，可以增加所释放的能量及末端气体的压力和温度，将会影响爆震的趋势。预先点火定时也可以产生高峰值压力和温度，从而有助于在某些条件下自动点火的趋势。

在机动车辆和其它应用中，来自内燃机的排气通常经过消音器以减少散发的噪音，且由于现今对空气污染物的关心，通过催化转化器或其它设备，以产生由燃烧矿物燃料所形成的较不需要的燃烧副产品的反应，或以其它方式减少该燃烧副产品的浓度。

发明内容

集成消音器和发动机尾气的排放控制。一方面，本发明的系统包括：引导产生于排气源的排气的管状导管。管状导管包括大致垂直于管状导管内的排气流动方向的管道横截面流动区域。复数个通道被设置在管状导的一区段之管道横截面流动区域内并且至少部分在部分的管状导管处填充管道横截面流动区域。每一组通道具有通道长度和通道截面流动区域，两者配成对用以为流经每组通道的排气产生大致相等的流动速率。设置在通道下游的收集室接收排出通道的排气。收集室具有足够大的收集容积以使得收集容积内的排气在穿过每组通道的出口面时呈现大致相当的压力。

在相关联的方面，本发明的方法包括：引导排气源中的排气通过管状导管，管状导管包括大致垂直于管状导管内的排气流动方向的管道横截面流动区域。方法也包括引起排气流经复数个通道，复数个通道被设置在管状导处之一区段之管道横截面流动区域内，且至少部分地填满管道横截面流动区域。每一通道具有通道长度和通道截面流动区域，两者配成对，用以为流经每一通道的排气产生创造大致相等的流动速率。排气被收集在设置在通道下游的收集室中。收集室具有足够大的收集容积以使得收集容积内的排气在穿过每组通道的出口面时呈现大致相当的压力。

在另一相关联方面，本发明的方法包括形成由通道所组成的一阵列，该通道阵列包括横截面流动区域的分布。每一通道具有通道长度和通道截面流动区域，两者配成对用以为流经每一通道的排气产生大致相等的流动速率。为了引导来自于排气源的排气，通道阵列被设置以使得通道阵列至少部分填充管状管道的管道横截面流动区域。设置在通道阵列下游的收集室接收排出通道的排气。收集室具有足够大的收集容积以使得收集容积内的排气在穿过每组通道的出口面时呈现大致相当的压力。

在一些变化中，一个或多个下列特征可选地被包括在任何可行的组合中。复数个第二通道可选地备设置在收集室的管状管道下游的第二区段中。每一第二通道可以包括第二通道长度和第二通道截面流动区域，两者成对用以为流经每组第二通道的排气产生大致相等的第二流动速率。至少部分的一或多个通道的内部表面区域可选地包括一催化材料涂层。催化材料涂层可选地包括催化至少一个反应，该反应转化至少一种呈现在排气中的燃烧副产品为至少一种目标化合物。经粗化处理的表面提供相对于未处理表面增加的表面积，以应用于一或多个通道的至少部分的内表面。复数个通道可选地包括一金属片，金属片被滚轧以安装在管道横截面流动区域中。金属片可选地包括不同长度的槽纹，用以当金属片被滚轧而在管道横截面流动区域内安装时形成复数个通道。金属片可选地具有大致上三角形状，三角形状包括第一边缘、第二边缘和第三边缘。槽纹组中的每一槽纹的轴可选地被大致对齐平行第一边缘。金属片可选地沿着轧制轴被滚轧，轧制轴至少大致垂直于第一边缘。

本发明实施例可提供一个或多个优点。例如，集成消音器和催化转化器至单个单元和设备以节约尺寸和重量，此对小型车中有利，小型车例如摩托车、踏片车或轻型汽车。

具有非对称的压缩和膨胀比的水注入内燃机。一方面，方法包括创建燃烧混合物，该燃烧混合物包括内燃机内的燃烧体积中的一定量的空气、一定量的燃料和一定量的水。燃烧混合物被压缩，例如，通过减少燃烧体积的压缩比。燃烧体积的减少包括在第一方向上的活塞运动。燃烧混合物被点燃并燃烧以形成包括水蒸气和其它燃烧产物的排气混合物。由于一定量的水，燃烧产生燃烧体积内的峰值燃烧温度小于预定义的最大峰值温度。燃烧包括由膨胀比膨胀燃烧体积。膨胀包括在与第一方向相反的第二方向上的活塞的移动。排气混合物从燃烧体积排出。

在上述概括方面的一些变化中，一个或多个以下特征可选地被包括在任何可行的组合中。水量可选地约为燃料量的2倍或以上。压缩比可以选地近乎10∶1或更大。该方法还可进一步包括在点燃之后烧尽之前将附加量的水注入燃烧体积。附加量的水可选地在燃料量的约3至4倍的范围内。注入的额外量的水可选地包括在燃烧体积中增加压力至大约1400psi或更大。膨胀比在约35∶1的范围内可任选。该方法可选地进一步包括来自排气流中的冷凝液相水。冷凝可选地包括通过冷凝器系统流经排气，冷凝器系统能将排气流中至少一些水蒸气转换为液相。燃烧室可选地包括至少一个内表面。该至少一个内表面可选地包括包含催化材料的涂层。催化材料涂层可选地包括催化材料粒子以促进在排气混合物的形成过程中的烃类和一氧化碳中的至少一种的更完全的燃烧。这些涂层可选地结合陶瓷涂层，这将进一步限制发动机冷却的热损失量。预定义的阈值温度可选地在氮氧化物(NOx)的形成温度之下。燃烧混合物的创建可选地包括将空气和空气-燃料混合物中的至少一种通过进气阀控制的进气口传送入燃烧体积。燃烧混合物的创建可选地进一步包括关闭进气阀，然后将水直接注入燃烧体积。

HCCI发动机的受控的燃烧持续时间。一方面，系统包括设于内燃机的燃烧室中的火焰前缘控制特征。所需的点火位置也位于燃烧室中。所需的点火位置具有足够的热能以点燃燃料-空气混合物。所需的点火位置靠近燃烧室内的火焰前缘控制特征，以使得经由所需点火位置的燃烧室中的燃烧混合物的点火引起被点燃的燃烧混合物的火焰前缘沿着燃烧室内的优选路径并伴随着火焰前缘控制特征引起所需的燃烧持续时间。

在一个相互关联的方面，方法包括在均质充量压缩点火发动机的燃烧室中点燃燃烧混合物。点火包括在靠近火焰前缘控制特征的所需物理位置处引起点火。指引点燃的燃烧混合物的火焰前缘沿着燃烧室内的优选路径。指引包括引导具有火焰前缘控制特征的火焰前缘引起所需的燃烧持续时间。

在上述概括的方面的一些变化中，一个或多个下列特征可选地被包括在任何可行的组合中。通过在表面上使用可变的绝缘层活塞头的表面温度可选地被改变，以引起点火发生在所需的物理位置。火焰前缘控制特征可选地包括形成于活塞头上的肩部，其引导火焰前缘围绕至少一部分的活塞的圆周。所需点火位置可选地包括火花塞。

套筒阀的活塞覆盖。一方面，系统包括用于输送包括空气和/或燃料的流体至内燃机的燃烧室的进气口；第一套筒阀，其可操作地离开第一关闭位置以打开进气口以输送流体用于当前发动机循环的燃烧；排气口，配置为从燃烧室中移除来自在先发动机循环的排气混合物；以及第二套筒阀，其可操地移向第一关闭位置以关闭排气口。在在先循环结束处的排气口的关闭不会在进气口开始的打开之前完成。系统还包括在第一套筒阀的第一圆周内移动的第一活塞以及在第二套筒阀的第二圆周内移动的第二活塞。第一活塞包括第一覆盖特征，该第一覆盖特征暂时覆盖燃烧室的第一侧上的至少一部分的进气口以及第二活塞包括第二覆盖特征，该第二覆盖特征暂时覆盖与燃烧室的第一侧相反的第二侧上的至少一部分的排气口，以使得需要的流体经过至少部分的燃烧室的直径以在关闭完成之前退出燃烧室。

在一个相互关联的方面，方法包括打开进气口，进气口输送包括空气或空气和燃料的流体至内燃机的燃烧室，以用于当前发动机循环中的燃烧。打开程序包括移动第一套筒阀离开第一关闭位置。来自在先发动机循环的排气混合物被从燃烧室移除，排气混合物穿过该排气口，排气口被关闭，例如通过朝向第二关闭位置移动第二套筒阀。在打开程序开始之前关闭程序不会完成。在燃烧室的第一侧上的至少部分的进气口被暂时由在第一套筒阀的第一圆周内移动的第一活塞上的第一覆盖特征所覆盖，以及在与第一侧相反的燃烧室的一侧上的至少部分的排气口被暂时由在第二套筒阀的第二圆周内移动的第二活塞上的第二覆盖特征所覆盖。覆盖要求流体穿过至少部分的燃烧室的直径以在关闭被完成之前退出燃烧室。

在上述概括方面的一些变化中，一个或多个下列特征可选地被包括在任何可行的组合中。第一覆盖特征和/或第二覆盖特征可选地包括在各自的活塞头上的肩部，该肩部包括凹槽或一些其他类型的在对应于每一个阀的未覆盖部分的活塞的一侧上的间隙。

燃料与排气的预混合。一方面，方法包括创建来自内燃机前一循环的排气和排气歧管中的燃料的混合物，引导该混合物至内燃机的进气歧管和用于新循环中的燃烧的燃烧体积，向混合物中加入空气并压缩该混合物。压缩包括由压缩比减少燃烧体积。减少燃烧体积包括在第一方向上的活塞的运动。燃烧混合物被点燃并燃烧以形成排气混合物，该排气混合物包括水蒸气和其它燃烧产物同时在燃烧体积中产生峰值燃烧温度，该峰值燃烧温度由于排气量小于预定义的最大峰值温度。燃烧包括通过在与第一方向相反的第二方向上的活塞的运动由膨胀比膨胀燃烧体积。排气混合物从燃烧体积排出。

在上述概括方面的一些变化中，一个或多个下列特征可选地被包括在任何可行的组合中。初始反应可选地被允许发生在该混合物中以准备用于均质充量压缩模式中的燃烧的混合物。空气的添加可选地发生在进气歧管中。一定量的液态水可选地被加入到混合物中。一定量的水的添加可选地包括关闭来自进气歧管的进气阀，然后将水直接注入到燃烧体积中混合物里。液相水可选地从排气流中冷凝。冷凝可选地包括通过冷凝器系统流经排气，冷凝器系统能将排气流中至少一些水蒸气转换为液相。燃烧室可选地包括至少一个内表面。该至少一个内表面可包括催化材料涂层。催化材料涂层可选地包括催化材料粒子以促进在排气混合物的形成过程中的烃类和一氧化碳中的至少一种的更完全的燃烧。预定义的阈值温度可选地在氮氧化物的形成温度之下。

本发明实施例可以包括但不限于，包括在此描述的各个方面、实施例和具体示例的一个或多个特征的方法和系统。在一些例子中的一个或多个所描述的方面某些特征可以至少部分地实现在电子电路和/或由一个或多个执行机器指令的可编程处理器实现。包括有形具体的机器可读介质的产品也在本发明的范围之内，该机器可读介质可操作的引起一个或多个这样的可编程处理器(例如，计算机等)导致在此所述的操作。计算机系统也被描述，其可包括一个或多个可编程处理器以及耦合到一个或多个可编程处理器的一个或多个存储器。包括一个或多个计算机可读存储媒介的存储器可包括、编码、存储，或诸如此类地操作一个或多个程序，该程序引起一个或多个可编程处理器执行在此所述的操作的一个或多个。与本发明的一个或多个实施例相一致方法可以至少部分地由位于单个计算系统或多个计算系统中的一个或多个数据处理器实现。这样的多个计算系统可以被连接并且可以通过一个或多个连接交换数据和/或命令或其他指令，等等诸如此类的，包括但不限于经由网络(例如，因特网、无线广域网络、局域网络、广域网络、有线网络，等等)的连接，经由在多个计算系统的一个或多个之间的连接，等等。

本发明一或多个变化中的细节在以下所附的图例和说明中被提出。提供的示例和说明试图阐述有可能被包括在本发明实施例中的特征以及除了由权利要求定义的不应解释为限制本发明范围特征。通过说明、附图和权利要求，本发明的其它特征和优点可被清楚了解。

附图说明

附图作为说明书的一部分，反映本发明的某些方面，与说明书一起帮助理解与具体实施例相关联的原则。在附图中：

图1是说明发动机方面的图例，发动机显示与本发明实施例一致的特征；

图2是说明另一发动机方面的图例，发动机显示与本发明实施例一致的特征；

图3是说明另一发动机方面的图例，发动机显示与本发明实施例一致的特征；

图4A和4B显示说明系统的的第一横截面视图和第二横截面视图的图例，系统包括与本发明实施例相一致的排气消音和减少污染的特征。

图5显示说明方法方面的流程图，方法具有与本发明实施例一致的关于消音器和/或排放控制的一个或多个特征；

图6显示说明制造一个具有与本发明实施例一致的排气消音和减少污染的特征的系统的方法方面的图例；

图7显示流程图，该流程图说明制造一个具有与本发明实施例一致的排气消音和减少污染的特征的系统的方法；

图8显示发动机系统的图例；

图9显示流程图，该流程图说明具有一个或多个与本发明实施例一致的关于水注入的特征的方法方面；

图10A和10B显示发动机系统的侧横截面视图和俯视图；

图11显示说明控制发动机中的燃烧速度的方法方面的流程图；

图12A和12B显示说明进气至排气口流动的发动机系统的侧横截面视图的图例；

图13显示说明在发动机中减少进气和排气流动的回路方法的流程图；

图14A和14B显示说明机轴特征的发动机系统的侧横截面视图和轴横截面视图的图例；

图15和16显示说明机轴特征的发动机系统的侧横截面视图的图例

图17至图28包括关于改进的发动机端口的示意图和图表；

图29显示说明关于改进的发动机端口的方法的流程图；

图30显示发动机系统的图例；

图31显示说明关于排气和燃料的预混合的方法方面的流程图

图32A-B和图33A-D显示说明延迟的点火定时的优点的图表；

图34显示一图表。

当使用时，类似的参考编号表示相似的结构、特征、或元素。

具体实施方式

单独地或任何可行的组合中，在此描述的特征可以提供相对于传统内燃机技术的一个或多个改进或优点。

图1示出了一示例发动机100的一部分的视图，该发动机100具有被完整或部分包括于本发明的任何给定实施例中的一个或多个特征。如图1所示，进气口102和排气口104被定位在(或相邻于)发动机的汽缸头106上。发动机在每一个汽缸中具有一个或多个活塞108。每个活塞具有活塞头110。流动通过图1所示的进气口102受第一提升阀组件控制，第一提升阀组件它包括阀头112a和阀杆114a和阀座116a的控制，而流动通过排气口104受第二提升阀组件控制，第二提升阀组件它包括阀头112b、阀杆114b和阀座116b。如图1所示的结构中，可以连同火花点火式发动机使用的火花塞120或其它点火源被显示流经气缸头106。火花塞120或其它点火源的其他位置(例如，沿气缸头106的外周，在汽缸壁122中，等等)也在本发明的范围之内。对于无需火花点火的被操作的发动机(例如柴油发动机、在HCCI模式中操作的发动机，等等)，火花塞120或其它点火源的发动机可以被省略。

活塞头部108、气缸壁122以及汽缸头106限定燃烧室或燃烧体积124，在燃烧室或燃烧体积中，空气和燃料的混合物通过使用一种或多种方法提供，包括但并不限传送空气和燃料的预混合燃烧，空气和燃料通过一个或多个进气口102传送，通过一个或多个进气口102传送空气以及通过直接喷射器(在图1中未示出)传送燃料，等等。一个以上的火花塞120或其它点火源也可以被使用。每个阀组件可包括阀杆密封件126a、126b，连接至一个或多个凸轮以致动(例如，打开)阀的摇臂或阀提升臂130a、130b，以及一线圈或弹簧132a、132b，其分别驱使阀至一关闭位置抵住阀座116a、116b上。弹簧固定器132A、132B可以固定弹簧134A、134B。

图2示出了另一示例发动机200的一部分的视图，发动机200具有全部或部分被包括在本发明任何给定实施例中的特征。在该发动机200中。对置活塞配置被使用，在这种配置中两个活塞共享一个共同的汽缸。第一活塞108的第一活塞头110a、第二活塞108b的第二活塞头110b，以及气缸壁122一般至少部分地定义燃烧室或燃烧体积124，空气通过一个或多个进气口102被提供进入燃烧室或燃烧体积并且已燃烧的气体通过一个或多个排气口104被从燃烧室或燃烧体积中排出。对置活塞发动机的一种方法涉及套筒阀202a、202b的使用，以控制流动通过一个或多个空气进气口102和一个或多个排气口104。套筒阀202a、202b可以至少在与活塞108a、108b的转动轴204平行的方向上移动，以使得在关闭位置，它们被驱使与阀座206a、206b接触，其可以是中心环或其它连接发动机块的两部分的连接件210，发动机块的两部分的每一个定义汽缸壁128的一部分。中心环或其它连接件210还可以为一个或多个火花塞120或其它点火源提供直通，其可以与火花点火式发动机结合使用。每个活塞108a、108b可由各自的连接杆214a、214b连接到各自的机轴212a、212b。

图3示出了又一示例发动机300的一部分的视图，发动机300具有全部或部分被包括在本发明任何给定实施例中的特征。发动机300包括如共同拥有的和共同未决的国际申请PCT/2011/055457所述的位于汽缸头106中心的或可选地位于汽缸盖304中的提升阀组件302。一个或多个火花塞或其它点火源120可定位偏离汽缸盖304的中心轴线。如图3所示，一个或多个火花塞或其它点火源120可以从燃烧室或燃烧体积124的中心偏移(即活塞108的活塞头110和汽缸头或汽缸盖304之间的体积，进一步至少有发动机主体122的气缸壁，以及，在一些实施例中，由至少一个套筒阀202进行定义)。一个以上的火花塞或其它点火源120可以被包括(例如，在火花点火式发动机中)以提高与燃烧室内产生的震荡类型或幅度无关的混合物的燃烧速率(例如，由流动通过进气阀102和/或排气阀104的空气或其它气体，通过活塞102的运动，通过活塞头118的形状，等等)。本发明的实施例也可以包括一个以上的设置在气缸头106或汽缸盖302的提升阀302。例如，两个或更多个提升阀可定位偏离气缸中心线。一个或多个火花塞或其它点火源120可定位偏离图3所示的气缸中心线，或定位在气缸中心线上或附近，如果提升阀或阀302偏离气缸中心线。

在一个实施例中，提升阀302可以被用来打开和关闭排气口104，而套筒阀202打开和关闭进气口102。可以使用这样的结构以减少燃烧室外的热损失。另外，端口可以被逆转，例如，端口104可以是提升阀302控制的进气口以及端口102可以是套筒阀202的操作控制的排气口。该第二种配置可以提高发动机的抗爆震性能，因为套筒阀202作为排气阀使用比提升阀用于控制排气口更容易维持在较低的温度。

使用套筒调节阀202作为进气阀可获得较高流动速率和对混合运动增强的无论是滚筒式或漩涡式风格的较低限制，例如共同未决和共同拥有的国际专利申请PCT/US2011/027775中所描述的。如果发动机作为柴油机运行，可以较少关注耐爆震性(例如，空气-燃料混合物的预先引爆)，从而排气提升阀不需要主动冷却。然而，专为高效率设计的火花点火式发动机可以值得确保阀被冷却。

在一个实施例中，其中只有一个提升阀302设置在气缸头106或汽缸盖302中，提升阀302可选地比传统提升阀的直径大，也可以有一个大直径的杆114以比更小的常规阀更有效地从阀头112进行导热。这种阀可选地也由高导电性材料制成，诸如例如高强度铝合金。可选地或另外地，阀杆114和/或主体可以由冷却流体填充，例如钢阀中的钠。

另外，如图3所示，阀杆114、致动器306、保持器132可以有进入孔，以使得油供应管310可以被插入到阀杆114中。油供给管310可以将阀头220附近的油输送至阀杆114内并且油供给管310和阀杆114之间的间隙可允许油流出。油供给管310可选地是刚性的并被固定至块，例如阀和发动机/油管之间的差速运动产生在阀油路中的体积变化以使得油在阀打开时被吸入并在阀关闭时被排出。高传热系数和高流速可以通过喷射和阀运动配置来维持，所以提升阀302可以保持在低于油会开始分解的温度。这种方法可用于所有的阀材料选择。止回阀可选地被包含在油供应管或通道310中或其上游以确保这种泵动作产生的冷却油流通过阀通道。泵动作也可以通过改变阀部被获得，其中阀杆114通过供给有油的固定腔。油还能被送入加压腔且无需阀引导的泵动作。

发动机排气的集成消音器和排放控制

用于内燃机的消音器或者消音系统通常被沿着引自排放歧管的排放管安装，以收集从内燃机的一个或多个燃烧室的排气口流出的排气。消音器或者消音系统通常通过吸收使排气噪音减少。例如，排气可以经由一系列内衬有玻璃纤维毛料或其它非共振材料的通道以及室。一个或多个共振室可以被调节以引起破坏性干涉，在其中相对的声波彼此抵消。

术语“催化转化器”通常指用于转化排气中的不想要的燃烧产品化合物至一或多个惰性的或至少较少不想要的目标化合物。一或多种催化物质刺激化学反应，其中燃烧产物进行化学反应，取决于安装的催化剂类型而有所不同。例如，在北美的汽油动力轻型汽车、摩托车，或诸如此类的，通常利用三效催化转化器，三效催化转化器减少氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮以及一氧化二氮)并氧化未燃的烃类和一氧化碳以生成氮、二氧化碳和水。催化转化器的其它类型包括但不限于，使用双向催化剂催化将一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物转换成二氧化碳和水的转化器。

本发明的一个实施例中，消音器设计可以包括不同长度和直径的管道阵列或信道阵列，管道或信道阵列的入口的两端横跨管状管道的横截面流动区域，管状管道引导来自例如内燃机的排气源的排气。如图4A和4B所示，排放系统400包括用于传输排气的管状管道402，例如从内燃机排放的排气。多个小直径通道或管道404可以被排列在管状管道402上，其内部流轴设为至少大致与管状管道402的流轴平行。如图4A和4B所示，通道或管道404可以被设在密排阵列406中，填充或者至少部分填充管状管道402的横截面流动区域。密排阵列中的信道或管道404可以具有与每一通道或管道404的管道直径和长度相匹配的直径和长度范围，以使得在密排阵列406中的每一个通道或管道404，从阵列406的入口端440至出口端412的管道或信道404的每一单位面积具有至少大致相等的流量。较小直径通道或管道404因此较短于较大直径的通道或管道404。阵列406中的信道或管道404的出口端412可以打开进入到收集器414中，收集器414具有足够大的收集容量而可以在所有信道或管道404的出口面的各处呈现相似的压力。因为在所有管道或通道404中的气体流速相似(因为各个管道的压降系可比较的)，所以排气的压力波可以不同的时间从每个不同尺寸的通道或管道404到达收集器414中。

在所有通道或管道404的各处依靠给定的排气容积可以提供相似压降，排气同时进入阵列406的进口端412的通道或管道中，并稍后排出到收集器414中，可容易地在阵列406的出口端412处的所有通道或管道404的各处等压流通。如前所述，长度和横截面流动区域与阵列406中的每条通道或管道404相配对以产生每条通道或管道404在管道或通道404的横截面的每单位面积上流过相似数量的气体。

在实施例中，每一尺寸的通道或管道404的数量可有利地被选择以使得大致相当的排气量通过每一尺寸的通道或管道404。换言之，阵列中较小尺寸的管道或通道404的数量可以大于较大尺寸的管道或通道404的数量以使得穿过每一尺寸的所有通道或管道404的截面区域的总数是大致相等的。这种计算可以从一组通道或管道尺寸的透视和每一尺寸的通道或管道404的数量的调整或者从一组管道或通道404的数量的预测和调整那些管道的横截区域，以达到上述有利条件。

如此，大致相当的声音能量可以从每一尺寸的通道或管道404被送入阵列406的出口端414。由于通道或管道404的不同长度，来自于每一尺寸的通道或管道404的大致相当的声能时间上交错地到达收集器中，以使得声波受到至少部分抵消其振幅的负面干扰。即使流经每一不同尺寸的通道或管道404的总数在通道或管道404的尺寸之中并不非常平衡，至少一部分声能将会被减弱。

在可选的变化中，排气可以从一收集器414流向另一个，不同长度通道或管道的第二阵列(未显示在图4中)与信道或管道404的阵列406相似。第二阵列可以更远地传播排气脉冲能量，超过相当于在第一或第二阵列中的管道或信道404的大致两倍的长度差异的距离。当脉冲长度增加时振幅下降，因此声音被减弱。

本发明提供与实施例相同的整合消音器和催化转化器，在第一阵列406和/或第二阵列的信道或管道404的内表面可以被涂上一层催化剂。较小直径或者横截面积的通道或管道在与排气化合物的反应中较有效尽管其长度较短(因为扩散，气体的随机运动，在这些较小管道或通道中的粒子可较快地使大多数分子接触催化剂的表面。较大直径或横截面积的通道或管道会因分子穿过较长距离而需要更多时间。然而，如上所述，较大的通道或管道更长，因此允许在管道或通道中较长停留时间以发生随机运动以在内表面上促使燃烧产品化合物接触催化材料。

图5显示一或多个可以呈现在本发明实施例中的方法特征流程图500。在502中，排气通过管状管道从排气源中被排出，管状管道包括大致垂直于管状管道内排气流动方向的管道横截面区域。管状管道不需有对称横截面，并且横截面沿着管道长度也不需有不变的形状或尺寸。在504中，排气流经复数个信道，信道被设置在管状导管之区段之管道横截面流动区域内并且至少部分地填充位在管状导管之一区段之管道横截面流动区域。每一信道具有信道长度和信道横截面流动区域。对于每一信道，信道长度和信道横截面流动区域配成对，用以为流经每一通道的排气在每一单位面积上产生大致相等的流量。在506中，一或多个通道的至少部分的内表面可选地被涂上一层催化材料，就像本文中其它地方所述的通过使排气接触催化涂层，来催化一反应，该反应转化至少一种在排气中的燃烧副产品为至少一种目标化合物。排气在510中的位于复数个通道的下游的收集室中被收集。收集室收具有足够大的收集容积以使得收集容积内的排气在穿过每一通道的出口面时呈现大致相当的压力。

通道或管道404由金属或陶瓷或其它合适的材料制成，用以容纳和引导由引擎产生的排气。通道或管道404的内表面可以具有一粗糙的涂层，例如通过应用粗化剂产生的涂层。粗糙表面可增加有用的通道或管道404的内表面面积，且可以被涂上或者至少部分被涂上一层催化剂材料，以促进在排气中的一或多种燃烧物或污染物种的反应以产生更多的相要的最终产品或目标化合物。例如，此类通道或管道可以由冷轧瓦楞金属片形成，槽纹随着所形成的腔长度变化。可选地，不同直径的通道或管道可以被钻成金属或陶瓷刀片形以填充或至少部分填充管状管道部分的管状横截面区域。钻孔的信道或管道可以被安排在一样式中，以使得较小直径的通道或管道在金属或陶瓷衬套的第一侧，且增加直径之通道或管道可逐渐排列于该金属或陶瓷衬套的相对侧。金属或陶瓷衬套的下游端可被切割成一角度以形成通道或管道的长度，使得较小直径或横截面区域的信道或管道具有较短长度，且较大直径或者较大直径或横截面区域的信道或管道具有较长的长度，如此可使穿过管402的流动速率保持大体上均一。每一信道或管道组在每一单元面积具有大致相等的流量。

在可选实施例中，如图6所示的例子，具有第一侧602、第二侧604和第三侧606的三角金属片600可以具有一系列形成于上的槽纹610。槽纹可以在最接近第一侧602处被相对较远地间隔且平行于第一侧602排列，以及可以在远离第一侧602的地方逐渐接近彼此。当三角形金属片600沿着大致垂直于第一侧602的滚动轴被碾轧时，各种形式的通道可以由符合描述本发明各种实施例的特征所决定。换言之，由卷起的槽纹形成的信道可以是最小信道的最短长度，最小通道具有为形成具有较大横截面积信道而逐渐增长的信道长度。应指出的是，图6显示直角三角形金属片，其它三角形也属于本发明的范围。金属片可选地包括一或多种除了(或代替)金属片的材料。

不同于现有的催化转化器，需要催化材料的催化核或者基片(例如陶瓷涂层)的支持，本发明实施例可以在提供如前所述的声音减弱的相同元素的流表面流体表面提供对催化材料的支持。在一些实施例中，涂层可以是用于在高层表面传播材料的催化材料的载体，涂层被用于至少部分的阵列406中的信道或管道的内表面。三氧化二铝，二氧化钛，二氧化硅，二氧化硅，和硅铝混合物或其胎类似者，可以被用作涂层载体材料以泥浆方式应用。催化材料可以在将涂层用于通道或管道内表面之前被悬浮于泥浆涂层中的泥浆或其它被催化材料吸收或吸附的物质中。涂层材料可选地被选择去形成粗糙的、不规则的表面，其可以较通道或管道的光材料的光滑表面增加表面积以最大化可用的与排气反应的催化活性表面。催化材料本身可选地包括贵金属。例如，钯可用作氧化催化剂，铑可用作还原催化剂，和可同时用于还原和氧化中或其一的铂金。铈，铁，锰及镍亦可被使用。

图7显示本发明实施例中的一或多个方法特征的流程图700。在702中，信道阵列包括复数个具有可形成的横截面流动区域的分布的信道。信道组中的每一信道可具有信道长度和信道截面流动区域，两者配成对用以为流经每一通道的排气在每一单位横截面积产生大致相等的流量。为了引导来自于排气源的排气，信道阵列可在704中被设置以使得信道阵列至少部分填充位于管状管道之区段的管道横截面流动区域。在706中，将一或多个通道的至少部分的内部表面区域被包括催化材料的涂料覆盖。位于信道阵列下游的收集室接收通道排出的排气，通道可以在710中被提供。收集室具有足够大的收集容积以使得收集容积内的排气在穿过每一通道的出口面时呈现大致相当的压力。

B.具有非对称的压缩和膨胀比的水注入式内燃机

另一实施例包括向内燃机的燃烧室内加水。一种与一个或多个实施例相一致的燃烧调制添加剂可以是来自内燃机之前循环的水或排气。内燃机中的燃烧峰温度可以足够高以在高效率模式下操作时，形成大量的氮氧化物，特别是在贫乏(例如，过量空气)的燃烧条件。因此，后处理一般被需要以减少氮氧化物返回较少环境问题的化合物。这样的处理过程中可引入发动机的额外的成本和复杂性。

使用包括液态水的燃烧控制添加剂的水注入内燃机可选地包括非对称的压缩和膨胀比。在现代发动机中的能源浪费的最大部分是典型的热排气。恢复即使是相对小部分的该被浪费的能量可以显著提高发动机的效率。注入水可以用来减少在发动机的燃烧室内的空气-燃料混合物温度，这可能会导致包括但不限于避免或减少自点火的发生率、放缓燃烧速度等好处。

在一个实施例中，注水的方法可以与非对称的压缩/膨胀发动机结合使用。水可以在循环中足够早地被注入燃烧室124，它至少近似均匀地分散在空气-燃料混合物中。水量可以大到足以吸收足够的热量以限制燃烧后的在燃烧室内的峰值温度为氮氧化物的形成阈值(通常为大约2000K)小于。在一个实施例中，水注入率可近似为基于体积的燃料流率的两倍。燃烧后，额外的水可选地被注入到燃烧室124。额外的水量可足以减少在燃烧室124中的排气气体和水蒸气的温度，因为它们在活塞的膨胀冲程期间膨胀至略高于水蒸气的冷凝温度。可以使用一种非对称的膨胀比以允许已形成的蒸气和燃烧产物都充分膨胀，其中还包括烃或氢为基础的燃料产生的水蒸气。

排气流可选地流经冷凝器以恢复至少一些的水蒸气以减少运行系统所需要的用户维护量。例如，在正常操作期间它有可能凝结足量的水以匹配使用率。在以高功率运转时，水可能发生的净亏损。然而，机载容器可由外部补充水或来自排气的水蒸气的凝结填装。

在图8所示的实施例中，空气和燃料可被抽入发动机气缸的燃烧室124，或者单独地，或者作为预先混合的空气-燃料混合物。进气阀控制的进气口102可被关闭，并且足够的水能够通过水喷射口802喷射至燃烧室124，以限制在燃烧(如所指出的，在一些例子中，水的喷射率约为燃料的喷射率的两倍，然而其他比率也在本发明的主题范围之内)期间在燃烧室124内产生的峰值热量。混合物可被压缩，在一个例子中，对于汽油和火花点火，比率约为10∶1，对于均匀充量压缩燃烧(HCCI)，比率更高。在火焰前缘经过后，可以适度的高的压强(例如约2000-3000磅/平方英寸，psi)注入更多的水(在一个示例中，燃料的大约3倍或4倍的水被注入)以增加燃烧室的压强至约90大气压或者约1400psi。在烧着的燃烧混合物和初始加入的水和额外加入的水扩张以后，例如，比例约为35∶1至1.2大气压，燃烧的混合物被从燃烧室124排入冷凝器804。冷凝器804可将冷凝水传送到贮水室806，从该贮水室806水可以被传送到水喷射口802以喷射到燃烧至124。

通过在点燃之前加入水，并在点燃之后加入额外的水，排气可被实质上冷却，例如冷却至120℃，并且燃烧体积124内的峰值温度可被保持在NOx阈值以下，例如约2000K。该方法可最小化冷凝器804从排气中的水蒸气恢复液态水所需的热量。其也可以减少排气温度低于合适的催化活动的温度，从而排气有利地没有污染物，该污染物通常由催化转化器所去除。可选地，冷凝水可吸收排气中的至少一些剩余的污染物，并将它们再循环回燃烧室，以再利用水而不是使它们随着排气离开冷凝器而排放至大气中。

在一些实施例中，在燃烧室124中经历的低峰值温度可允许燃烧室124的内表面被涂覆催化颗粒以帮助碳氢化合物、一氧化碳等的完全燃烧。这种涂层可与陶瓷涂层结合使用，从而进一步限定发动机组所损失的热量。

排气温度测量可选地可与同本发明主题的实施例相符合的系统相结合，以确保所喷射的水不会太多以将排气冷却至低于冷凝温度。通过避免产生的水蒸气在冷凝器804之前被冷凝，例如在燃烧室124中，在排气口104中，或者排气歧管810中等，油和水在发动机润滑系统中被混合的风险被减少或最小化。在发动机从冷的条件被启动时，喷射的水可被延迟产生，直至排气温度被确定为足够高以避免不希望的水蒸气的冷凝。在另一个例子中，油的工作温度可保持在高于与水的冷凝点对应的温度阈值。对发动机的有效的监视可允许如果有的话最小化冷凝，从而允许在该结构中使用传统的材料。

与本发明的一个或多个实施例相符地，水可或者被加入进气歧管(未示出)或者直接喷射至燃烧室124。为了限制所需的泵做功，有利地可在压缩冲程的尽可能晚的时间使用高压直接喷射至燃烧室124，以在燃烧开始之前获得空气、燃料和水的均匀混合物。在燃料和空气在被输送到燃烧室之前在进气歧管中被混合的一个例子中，单独的喷射系统可以直接向燃烧室124提供水。对于还使用将燃料直接喷射入燃烧室124的发动机(例如，HCCI发动机或者柴油发动机)，可包括燃料喷射系统和水喷射系统两者。

使用喷射水来限制发动机的燃烧体积内产生的峰值温度对于涡轮增压的发动机也是有利的，其中排气温度能达到足够高使得必须加入额外的燃料以提供由燃料的蒸发引起的足够的冷却。在传统的涡轮增压发动机，该额外的燃料简单地被传至排气管或者至催化转化器，从而如果催化物无法处理未燃烧的燃料时，最多被有效地浪费或者以污染物被排出。使用本主题的实施例，水的喷射可被用于涡轮增压发动机以保持温度低以限制或者减少NOx的形成。额外的水还可以降低排气温度以限制或者减少浪费燃料的需要以保持涡轮冷却。

图9示出了显示方法的特征过程流程图900，该图中至少一些特征与本主题的实施例相符合。在902包括一定量的燃料、一定量的水的燃烧混合物被在内燃机的燃烧体积中被产生。在904燃烧混合物被压缩，例如通过以压缩率减少燃烧体积。对燃烧体积的减少包括以第一方向移动活塞。在906，燃烧混合物被点燃并燃烧以生成排气混合物，其包括水蒸气和其他燃烧产物。燃烧在燃烧体积内产生峰值燃烧温度，由于一定量的水，该温度低于预设的最高峰值温度。该燃烧包括以扩张率扩张燃烧体积，且扩张包括活塞朝着与第一方向相反的方向移动。在910，排气混合物被从燃烧体积排出。

控制HCCI发动机的燃烧持续时间

使用传统的方法，高等价比率的均匀充量压缩燃烧(HCCI)燃烧能带来在内燃机的燃烧体积内产生足够引起对发动机损坏的压强。该等价比率被定义为空气-燃料混合物的实际的空气/燃料与产生按化学计量燃烧所需的空气/燃料比率的比率的倒数，通常被指代为兰姆达(λ)。较高的兰姆达值表示稀薄(lean)的空气/燃料比率，其中在燃烧室中提供相对于燃料的按化学计量燃烧所需的过多的空气。相反地，高的等价比率表示更富足的空气/燃料比率，其中在燃烧室中提供相对于燃料的按化学计量燃烧所需的过多的燃料。

接近或者超过1的等价比率的引起燃烧室内的非常易爆的燃烧条件，并且可引起非常短的燃烧(例如，“烧着”)期间，其具有爆炸事件所产生的相关的损坏的材料压力和的其他模式，更类似于爆炸，而不是燃烧。为了避免该条件，有利地在燃烧室内的空气-燃料混合物可经历在至少半-有序方式进行的相对受控的燃烧事件，其中火焰前缘在空气-燃料混合物的体积内移动。

符合一个或多个实施例的，高等价比率HCCI可被用于在燃烧体积中的燃烧混合物的延长的燃烧事件持续时间。在一些实施例中，迫使烧着的燃烧混合物沿着迂回路径完成燃烧的燃烧室设计可以延长燃烧时间的持续时间。该特征的一个例子可包括创建或者有意地存在允许内表面的一个或多个区域接触处于足够作为燃烧引发剂或者点火位置的升高的温度(例如，热点)的燃烧体积。火焰前缘导引腔设置在燃烧室内以延伸远离点火位置，火焰前缘在该点火位置开始。火焰前缘可因而被迫使沿着火焰前缘导引腔通过一段距离。随着火焰前缘沿着火焰前缘导引腔前进，压强增加，但是由于在升高的压强处停留时间相对较小，可以防止一次点燃所有的整个空气-燃料燃烧(charge)体积。

在图10A和图10B所示的示例中，任何燃烧开始位置1002，例如，预热塞(glow plug)，或者可替代的燃烧室124的内表面能的未冷却的或者其他加热区域，可被设置在处于或者靠近位置燃烧室124的汽缸壁122，或者朝向汽缸头106的圆周，以为在燃烧室124中的燃料-空气混合物的燃烧提供开始位置。预热塞可靠近围绕在活塞头110的圆周形成的肩部1004。肩部1004可限制火焰前缘围绕燃烧室1004的边缘以一个方向穿行，或者穿过在相反的活塞发动机中的两个活塞之间的冷却段(quench zone)(图10中未示出)。可提供凹陷，使得火焰可沿着围绕活塞头110的路径。作为示例，如果由于使用了符合本主题的实施例的活塞头，火焰前缘可被要求在到达火焰前缘引导腔的末端之前，以70米/秒的压力波速穿行大约100mm，需要大约1/700秒完成。在每分钟转速3600转(rpm)的发动机旋转速度，该穿行期间(travel period)相当于约31曲柄度。这种燃烧特征可接近于正常的火花点火燃烧持续时间。

在其他可能的变化中，火焰前缘引导腔的形状和位置可被调整以获得希望的燃烧事件持续时间，并最小化与燃烧混合物接触的表面面积，从而减少从燃烧室124的热量损失。发动机可运行在峰值温度状态，其足够远离空气-燃料的自动点火阈值，从而混合物将被燃烧而不是爆震。可以使用多于一个点火点的开始，以调整关于发动机的爆震极限的燃烧事件持续时间。

在符合本主题的一个或多个实施例的其他方式中，可以在活塞头上不均匀地涂覆隔热涂层，从而活塞头的表面温度从燃烧室的一边到另一边不同，从而引起与活塞头接触的空气-燃料混合物在活塞头表面的靠近较热的区域首先点燃，从而使得火焰前缘从最初点火位置以相对可控的方式传播。燃烧室在一些实施例中也可以或者可选地被分隔为多个室，使得在多个室中的第一个室中的燃料-空气混合物被首先引起点燃，然后溢出至邻近的室的燃烧产物可在延迟的时间后点燃在那些室中的燃料-空气混合物。可变的压缩率也可被用于产生燃烧室内的处于或者接近HCCI所需要的条件。预热塞或者类似物可被用于调整不同的气缸之间的定时。

图11显示了过程流程图1100，其显示了至少其中的一些与本主题的实施例一致的方法的特征。在1102，燃烧混合物在均匀充量压缩燃烧发动机的燃烧室中被点燃。该点燃包括引起在接近火焰前缘控制特征的希望的物理位置处被点火。在1104，点燃的燃烧混合物的火焰前缘被沿着在燃烧室中的优选的线路被引导。该引导包括引导具有火焰前缘控制的火焰前缘引起希望的燃烧持续时间。在1006，在燃烧室内的活塞头的表面温度可选地被使用在活塞头的表面上的可变的隔热层改变，以引起点火发生在希望的物理位置。

套筒阀的活塞罩

在另一个实施例中，内燃机可包括套筒阀的活塞罩。使用套筒阀的传统的发动机可遭受排气套筒阀和进气套筒阀的重叠，由于在气缸的整个圆周，两个阀相靠近，其可使得至燃烧气缸/室的进气充量被几乎直接向外短路至排气阀。传统的提升阀也可包括可具有短路的燃烧室的区域。然而，该区域可是阀的圆周的一小部分。来自进气口并从阀的近区域排出的流动可倾向于将从上一循环留下的排气排出燃烧室。

在足够高的速度运行阀以引起他们为进入发动机和从发动机出来的流动提供最小的限制是具有挑战的。在两个阀在同时打开的重叠的时间段的设计可以允许阀打开更多的时间，以匹配移动的活塞的流动需要。然而，控制气体移动和定时，使得没有未燃烧的燃料允许直接排出排气，从而使得最少的排气被允许推进进气口102，或者被保持在燃烧室124是困难的。

本主题可提供一种发动机，其中活塞位置和阀位置的互动使得在燃烧室的相反侧进气和排气开口。由于在燃烧室的相反侧具有开口，否则会被在排气口产生的压力波拉入的进气流反而可扫除它前面的残留燃烧产物。通过定时排气阀的关闭，进气充量可被允许在排气阀关闭之前，净化大部分的残留混合物，例如大约75％，并安全地将所有的进气充量保持在室内，从而限制未燃烧的燃料逸出进入排气管。

合适地完成，该方式可有助于通过净化次数的效率(燃烧室体积/排出的体积)，增加发动机中的质量流动(mass flow)。在一个例子中，以10∶1压缩率被良好调整的发动机与未被净化例子相比，可产生大约10％的对质量流动的改善。

在一个实施例中，活塞头可被引起当阀首次打开时阻挡端口。可选地，在排气阀的例子中，活塞头可被引起在其刚刚关闭时阻挡该端口。对于适用于进气阀的例子，活塞可在阀开始打开时到达上止点。如果活塞头已经位于阀座上方，其阻挡流动。然而，如果具有在活塞头的四分之一圆周处具有倒角切，当阀打开时，其未被倒角被切除的区域所覆盖。以这种方式，进入气缸的流动可被导引通过该倒角区域进入。在排气的例子中，如果除了类似的倒角区域，活塞头阻挡阀打开，排气流可随后被限制在倒角区域离开室。排布活塞使得进气活塞倒角在室的与排气倒角相反一侧，可迫使穿过室的流动在进气进入时将排气排出。

图12A和图12B分别示出了在传统的发动机1200中通过进气口流动102到相邻的排气口104的短路1202的问题，以及采用符合一个或多个与本主题的实施例的特征的、从进气口102到出气口104的流动1206被迫使经过发动机1204的燃烧室124的体积的解决方案。如图12B所示，活塞108a、108b各自在活塞的相反侧的倒角特征1210a、1210b。因此，在图12B所示的示例中，在进气活塞108a上的第一倒角1210a可允许通过进气口102的相邻侧的流动，而在进气活塞108a的相反侧活塞头110a阻塞进气口102的相反的一侧。同时，当排气口104仍打开，在排气活塞108b上、且在燃烧室的与第一倒角1210a相反侧的第二倒角1210b可允许通过排气口104的流动排出，而在排气活塞108b的相反侧活塞头110b阻塞与进气口102的未被阻塞一侧最靠近的、排气口104的相反的一侧。肩部1212a、1212b或者其他罩体特征与每个倒角1210a、1210b相反，可临时地覆盖每个各自的端口的部分以防止短路。

在额外的变化例中，倒角可使环更靠近燃烧气体。例如，如果倒角与火花塞旋转90度放置，则它们将会看到热气持续，并具有更低的热负载。在一些示例中，由于从孔口到进气口和排气口的流动系数，由每个倒角1210a、1210b所占的燃烧的周长的最优方案可以可选地大约30°弧度。倒角特征的其他的弧长也均属于本主题的范围之内。在燃烧室124内的压强的区别可允许使用更少的阀的开口对燃烧室进行有效的净化。其是有利的，因为更多的第一和第二套筒阀202a、202b同时打开可引起更多的短路。

图13示出了过程流程图1300，其显示了至少其中的一些与本主题的实施例一致的方法的特征。在1302，进气口被打开以向内燃机的燃烧室输送包括空气和/或燃料的流体，以用于在当前发动机周期内的燃烧。该打开包括使第一套筒阀从第一闭合位置移开。在1304，排气口被关闭，通过该排气口来自之前的发动机周期的排气混合物被从燃烧室中排出。该关闭包括使第二套筒阀朝向第二关闭位置移动，但是该关闭在打开开始之前未完成。在1306，在燃烧室的第一侧的至少部分进气口被临时地由在在第一套筒阀的第一圆周之内移动的第一活塞的第一罩体特征所覆盖。同时，在燃烧室的与第一侧相反侧的至少部分排气口也被临时地由在在第二套筒阀的第二圆周之内移动的第二活塞的第二罩体特征所覆盖。该罩体要求流体横穿燃烧室的至少部分的直径，以在关闭完成之前离开燃烧室。第一罩体特征和第二罩体特征可以是包含在各自的活塞头上的、在与每个阀的未被覆盖的部分相对应的活塞的一侧上倒角的肩部。

低元件计数轴承

在另一个实施例中，提供了低元件计数轴承。传统的曲柄轴典型地由在连杆的一侧的轴承所支撑。制成非常小的发动机，其仅具有一侧的支撑(例如，可从俄亥俄州瓦利城获取的MTD产品，“weed-whacker”)。然而，更大的发动机通常引起以悬臂方式被支撑的过多的弯曲和轴承负载。

如图14A和图14B所示的增加悬臂曲柄轴1400的硬度可通过增加曲柄轴1402本身的直径来实现。此外，将轴承类型从球轴承改变到滚子轴承，其可以是逐渐变细的或者直的，可以实现高容量的主要支撑轴承。然而，由于滚子的能力，一般是远高于球轴承，滚子可不需要完整完成滚子，以在大直径轴承中保持摩擦和降低成本。正如图14B中所示的端视图，滚子1404可以由间隙1406所替代，在间隙1406中不包括滚子。

笼辊也可用于连杆轴承以减少摩擦。连杆可以通过在曲轴的连杆轴颈的外边缘上的止动环和硬化的垫圈限定。在两个轴承之间的曲轴连接驱动可从悬臂曲柄被移除，以将发动机的宽度保持在最小。

在一些实施例中，大直径曲柄可以空心以减轻重量。连杆轴颈也可以空心来节省原重量和增加的需要平衡的重量。平面轴承可用于两个主要的和/或连杆。如果相对于油膜厚度角度小，则影响可以相对较低。平面轴承相对于滚子更容许错位。

图15和图16显示了示出了额外的特征的额外的图1500和1600。符合本实施例的方式可以包括从远离曲柄的动力输出一侧开始扩展曲轴的一个相对较小的延长幅度。因为远离动力输出的一侧只需要支撑由连杆加载的弯曲负载，它可以较不坚固而不产生重大的特征损失。如果这一侧的大小和形状被优化，它能使连杆轴承在曲柄的该端被旋进螺纹，允许或者在最激进的案子中使用一体的平面轴承杆，或者在更轻松的情况下使用滚子轴承。随着其螺纹旋进地方，滚子可以引起杆和曲柄的间隙很大。一个止动环或其他护圈可以用来确保滚子在操作时保持在位置。这个止动环或其他护圈可以卡在杆内或曲柄的外面。

在上述特征的一些实施例中，铸钢或者锻钢曲柄可被使用以便轴承表面可以硬化足以支持滚子。铸铁可以足够用于平面轴承。

改进的端口

在其他的实施例中，为环形套筒阀发动机提供一个进气和排气口几何。360度环形进气和排气口可以为套管阀发动机提供高效率气流，例如那些分别与在图2和图3所示的发动机200和300具有一个或多个共同的特征。对进口配置的设计的一个挑战在于，空气或者空气和燃料的混合物从圆管供应，并且必须从单圆管入口沿着圆柱壁分配到360度圆柱环状入口。高流动效率可以通过流动定向垂直于环形入口(径向流，相对于圆柱环)和避免切向流动来实现。对于从环形口的流出，径向流也是希望的。至少在某些情况下，流出必须以将其传送到单一的管道出口的方式收集。对于某些套筒阀发动机，可以由相对于端口的套筒的位置限定流动区域。套筒可以有一个倾斜的座，该角度能够影响流动效率。流动效率可以定义为流量系数，其是流过参考面积的实际流量与理想流量的比值，在本文件后面将被描述。

图17显示了一个示例的具有环形口的发动机1700的剖视图。该示例的发动机1700是一个相对活塞套阀发动机。右侧显示了一个示例的进气口，左侧显示了一个示例的排气口。两个端口包括符合当前的主题的特征和概念。在这个例子中，端口被露出当一种机构将套筒阀移动离开在中心部分的发动机的阀座。图18显示了一个与进、排气处理无关的部件被移除的发动机的剖视图1800。图19A和图19B显示了进、排气口的完整的3d视图1900。

图20显示了进气口的描述性的剖视图2000。当端口向燃烧室打开，活塞运动在进气冲程增加气缸容积，并建立一个吸力，吸引空气进入段口，随后进入发动机。空气(或与燃气混合的空气)通过单一的入口管被提供，该入口管将流动导引至收集器的内部的垂直壁。将流动导引在壁上有助于绕流收集器体积分散流量，且流动被有意不指向喷嘴(从进气管直接流入喷嘴的流动产生切向速度)。收集器体积和横截面积足够大，以在整个收集器将流速保持低速。收集器通过收集器的顶部环状地进入喷嘴。来自收集器的流动倾向于从收集器流入喷嘴并主要以径向方向进入汽缸。喷嘴部分的顶壁和底壁可以有利地尽可能接近于平行，并且其方向尽可能接近垂直于气缸轴线。

图21显示了排气口的一个描述性的剖视图2100。在排气冲程活塞运动减少气缸容积，迫使流动从气缸出来进入排气口。在这个例子中，流动倾向于离开气缸并以径向的方式进入喷嘴部分。离开喷嘴部分的流动进入收集器。从喷嘴部分进入收集器的流动往往在收集体积内围绕着正切于收集器的环的轴循环。如果/当循环流体返回到喷嘴收集器口时，这个循环可以在某些情况下倾向于阻碍流出。在该端口设计，可以添加一个阶梯特征以通过在到达喷嘴收集器接口之前重新引导循环流体，防止阻碍流出喷嘴的循环。图22显示了排气口的中心平面的速度向量的图2200，以及展示保持不从喷嘴出口循环的效果的阶梯的收集器的区域一个详细视图。收集器将流动从收集器部分提供至单一出口管道。流出口的喷嘴可以有利地具有尽可能接近平行平面顶壁和底壁。这些壁应尽可能接近垂直于气缸轴，但是如果需要其他特征的发动机几何，有些倾斜的壁是可以接受的。

对于环形固定的套筒阀发动机，可以包含一个圆柱形套筒和阀座于一个倾斜的座位上的一个倾斜的尖端，如图23的剖视图所示，座的角度被标记。图23显示了套筒的放大图2300，在其封闭的(阀座)位置。图24显示了排气套筒的在中间提升的一个视图2400，以及图25显示了的排气套在该操作条件下的最大提升的视图2500。流量系数，一个常见的流体流量的性能的度量，通常定义为一个固定的条件下、通过端口的实际流量与通过等效参考面积的理想流动之间的比率。对于图26，这显示了阀座角度对流量系数的影响的图2600，使用套筒在最大提升的端口的圆柱截面面积作为参考面积，以及水在端口的28英寸的压力梯度，来定义流量系数。图26展示了阀座角度对流量系数的影响，其中较低的阀座角度带来更高的流量系数。而小的阀座角度有利于流动，机械和阀座力的考虑可能会受益于更大的阀座角度。

作为对于这些类型的端口的预期性能的一个例子，图27显示对于进气口流量系数相比于套筒阀升程的图表2700，显示正向和反向(回流离开端口)的流量系数。图28显示了排气口升程的反向(流出)流量系数的图2800。

符合该实施例的发动机可包括几个有益的特征。流量通过喷嘴和气缸接口可以有利地有一个主要的径向方向。该流动的一个最小的切向分量也可以是可期望的。此处使用的径向流通常意味着指向发动机汽缸中心轴的流动，以及此处使用的切向流通常意味着切向于汽缸的轴的流动。

喷嘴部分的上下表面可以有利地大约正负10度于平行，该些表面可以有利地是在设计的限制范围之内尽可能接近垂直于气缸的轴。

进气口的单一的入口管道可以被安排，从而流动不倾向于直接流到喷嘴部分，因为直接流到喷嘴部分可以倾向于产生一些切向流。因此它有利于直接流到收集器，可能在壁上，从而流动可以在进入喷嘴部分之前在收集器中切向地分布。

对于流出，在收集器中的再循环阱可以有助于避免在收集器中的再循环流妨碍流出喷嘴部分的流动。从喷嘴部分的径向流出可以倾向于在收集器中最循环。一个循环阱可以帮助减少到达喷嘴收集器接口的这种再循环。

当阀座角度减少时，流可以改善，因此一个小的阀座角度可以是有利的。然而阀座角度也可以帮助将阀定位在中心以及阀座，因此在用于流动的阀座角度和用于定位中心的阀座角度之间需要折中。

图29显示了一个过程的流程图2900，其说明了方法的特征，至少其中一些特征符合当前主题的实施例。在2902，来自燃烧室的排气的出口径向流被排气口的空间所接收，该排气口关于发动机的燃烧室径向地布置。在2904，通过空间的外部表面朝向燃烧室反射回来的排气全被空间的下表面的流动重定向特征接收。在2906，被反射的排气的流动方向被流动重定向特征所重定向，从而使持续流动流出燃烧室而不会被反射的排气所干扰。

预先混合燃料和排气

可以用来代替或附加于正如上面所讨论的将水注入至燃烧室124的另一个实施例中，从先前的发动机循环回收的排气可以用来预处理燃料发动机，以确保适当的点火定时。这种方法对HCCI发动机可能是有用的，并且可能在其他发动机配置一样适用。排气重用可以通过定时开启和关闭进气阀和排气阀，以将排气限制在燃烧室中，从而燃料可以直接到喷射至被限制的排气。然而，这种方法会导致通过发动机的适当气流的中断。

与一个或多个实施例相符合地，由包括空气和燃料的混合物燃烧产生的热排气能够从离开燃烧室124的一个排气端口104转移到添加燃料的排气再循环歧管3002，例如通过燃料端口3004并与排气混合。通过这种方式，由燃料排气化学过程引起的化学反应可以在反应物被引入燃烧室124之前开始。预混结合排气和燃料的混合物可以引入一个进气歧管3006，它可以与空气混合，然后被拖进燃烧室124。

此外，排气和燃料的预混合的燃烧所经历的更多的温度，燃料混合排气的量，在传送至燃烧室124之前燃料-排气混合物所经历的停留时间，传送至多汽缸发动机的每一个燃烧室124的排气和燃料的预混合燃烧的量，可以根据当前油门设定、发动机温度、负载，等等的需要被控制和/或改变。能够调制的各气缸的燃料排气混合物的流量的一个或多个控制阀，可允许汽缸调整整个发动机和理想操作区域的可控制的HCCI操作。

在进一步的实施例中，水可以被添加进如上所述的燃料排气混合物中。水和燃料可在排气中反应以形成甲基自由基(CHx)、一氧化碳(CO)、氢气(H₂)，以及基于其注入燃烧室而有助于燃料燃烧的反应组分。这些组分可以提高混合物的可燃性，和分子组分如一氧化碳和氢气的存在可以提高排气吸收能量用以在发动机的动力冲程中恢复的能力。水可以任选地通过冷却从排气流中恢复(例如，使用图8中所示的冷凝系统810产生来自燃烧室124排出的排气中的至少一些的水蒸气)。可选地或此外，水注入到排气回流歧管3002和/或进气歧管3006可以从一辅助容器(例如，安装在车辆上的除燃料箱之外的容器)提供。

图31示出了说明方法特征的流程图3100，其中至少一些特征与本发明的实施例相一致。在3102中，来自内燃机的在先循环的排气和在排气歧管中的燃料的混合物被创建，以及在3104中，该混合物被引导到内燃机的进气歧管，并进入燃烧体积以用于新循环中的燃烧。在3106中，空气被加入到混合物中(无论是在进气歧管中或是在燃烧室中)。在3110中，将混合物压缩，至少部分在的通过第一方向的活塞运动由压缩比减少燃烧体积。在3112中，点燃并燃烧燃烧混合物以形成排气混合物，该混合物中包括水蒸气和其他燃烧产物。燃烧产生燃烧体积内的峰值燃烧温度，该峰值燃烧温度由于一定量的排气小于一个预定义的最大峰值温度。燃烧包括由膨胀比通过在与第一方向相反的第二方向上的活塞运动膨胀燃烧体积。在3114中，排气混合物从燃烧体积排出。

延迟的点火定时

在第一实施例中，内燃机可由延迟或滞后的点火定时操作。可变压缩比与可变阀定时结合的使用可不同的功率电平优化发动机效率。然而，由于所涉及的压迫力，可变压缩结构可能复杂且昂贵。例如，上止点附近的高峰值汽缸压力可产生低扭矩，因为当这些压迫力高时机轴杆臂是非常小的。当气压高时环摩擦高以及环在边界润滑状态而不是流体力学状态中运动。

燃料空气混合物可以通过高温度和压力条件下无自动点火循环。然而，当这样的混合物在燃烧室中燃烧时，最后的气体燃烧，其已经在一段较长的时间经受更高压力和温度，可倾向于以更密切类似于爆炸而不是有序燃料消耗的方式由在先的火焰先缘一次全部点燃。以这种方式的小量燃料的炸药爆炸可能会导致发动机严重损坏。

发动机的压缩比通常受限于所使用的燃料的辛烷值和燃烧室的设计。一般来说，发动机以一个尽可能达到的高压缩比设计，而不会造成燃料处于活塞位置的上死点几度内的峰值室压。典型的用于汽油发动机的压缩比可以相似于约为10∶1。

例如，如果发动机设计为压缩比是15∶1，并且火花延迟直到活塞经过接近10∶1的压缩比的燃烧室体积附近的上死点中心，然后自动点火属性可以是相似于更典型的低压缩比。然而，在点火延迟的例子中的活塞已经过物理的上死点位置，在机轴上的杠杆作用可以显著改善。此外，因为活塞已经以一速度向下移动至孔，该速度可以使环达到足够高的流体动力学速度，当出现高的燃烧峰值压力时，环摩擦可以相对于传统的的方法被减少。此外，由于活塞已经在膨胀方向上移动作为点火事件发生，末端气体的爆震阻力也可以被改善，因为燃烧室体积在燃烧过程中增加以使得燃烧完成前压力和温度被降低。这一优势可以由化学变化抵消，该化学变化可能会发生在最初的过度压缩相位的燃料，从而提高了自动点火的可能性。一种或多种方法，如在共同拥有的和共同未决的国际专利申请PCT/US2011/027775中描述的，其公开内容通过引用方式被完整合并于此，该一种或多种方法可选地发生在所需燃烧事件之前被应用以尽量减少完整时间和热传递至燃料。

使用与本文中所描述的方法相一致的一个或多个特征，一种具有有效的10∶1的压缩比和在正常阀定时的10∶1的膨胀比的发动机可以具有限制质量流量的阀定时，以10∶1的压缩比和15∶1的膨胀比进行操作。点火定时可以被提前至更加正常的条件以实现这样的效果。

当前方面的实施例也可以纳入相移可变压缩比设计中。在对置活塞发动机中，其中两个活塞共用一个汽缸并且两个活塞是不同相的，例如在第一、在先活塞先于第二、在后活塞达到上死点中心，当在后活塞接近上死点时点燃空气燃料混合物也是可取的。由于在先活塞已经远离上死点中心位置当在后活塞到达上死点位置时，点火发生在达到燃烧室的最小体积以及燃烧室体积开始增加时。当在后活塞接近上死点中心时，空气-燃料混合物可在点火之前经历过度压缩和部分膨胀。

分别显示在图32A和图32B中的作为膨胀比(y轴)和进气阀关闭(IVC)的特征的制动效率和制动平均有效压力(BMEP)的图表3200和3202显示相对于在相同BMEP的更常规的对称10∶1比例，14∶1的压缩比(CR)至膨胀比(ER)中对称地操作发动机的大约1％效率效益。

当压力及被改进的扭矩由于当点火时的更有利的杆角度而很高时，来自与在此所述的特征相一致的方法的效益用于固定几何形状的发动机可以被来自由于环速度的减少的摩擦实现。在图33A、图33B、图33C和图33D图中的表3200、3302、3304和3306分别示出近似最佳的BMEP斜面效率、在开始点火(SOI)处的近似最佳的BMEP斜面、近似最佳BMEP斜面相移以及在进气阀关闭处的近似最佳BMEP斜面之间的关系，示出了包括在此所述的一个或多个特征的实施例的可能的优点。在对置活塞发动机中，当在后活塞位于上死点中心并且在先活塞已到达上死点中心并开始缩回时，额外的好处可以包括定时点火的能力。这种配置可以提供额外的在限制机轴之间动力传递上的扭矩反转中以及在限制功率量至在后机轴从而减少由于功率传递至在先活塞造成的损失中的好处。具有可变阀定时的发动机额外的好处可包括：以减少的膨胀比获得更高的质量流量的能力，以使得更高的功率输出(高功率密度)成为可能。相同的扭矩反转和损失问题也应用于对置活塞发动机。完全可变发动机的优点可以与固定发动机相似。热损失也可以使用如本发明所述的方法得到改善。峰值温度和压力下的停留时间被减少。活塞以更快的速率在峰值压力和温度条件下向下移动，从而在同一机轴速度时，在峰值压力的时间将减少。

柴油发动机的燃料预热

在另一个实施例中，加热的柴油注入器提供。在燃烧过程中，柴油燃料液滴蒸发足够缓慢，从稍后在燃烧过程中的液相中蒸发的燃料分子可以在某些情况下在燃烧之前经历一个或多个化学变化。这种变化可能会导致来自这些化学改变的残留化合物的粗劣或不完全氧化的颗粒物的形成。此外，燃料燃烧的速度可以至少部分是由燃料蒸发速度限制。更快的蒸发可导致更快的燃烧，这可能会导致更好的效率。

在本发明的实施例中，燃料可以在被注入燃烧室之前被加热。通过在传递热能至燃烧室之前将足够热能加入液态燃料，当液态燃料进入燃烧室时，其已经在燃烧室的压力下的燃料沸点以上。由于注入压力可以远高于燃烧室压力并且在燃料处于这一压力时可以增加热量，所以燃料在传递到燃烧室之前可保持在液相中。

为了限制液态燃料在升高温度下可能经历的潜在的不必需的化学反应的过程，在注入器组件的加热区最小化燃料的停留时间是可取的。尽管接触时间很短，为了确保有足够的能量传递给燃油温度提升到所需的点，非常高的瞬时功率输送到燃料可以是必需的。

在一些实施例中，加热的能量可以通过电阻加热输送至注入器系统中的液态燃料中。例如，注入器喷嘴区域可以包括一个或多个内置的电绝缘区域以使得至少有两个或更多个电极可与彼此电隔离。这些电极可以靠近注入器喷嘴以使得燃料从加热区的行程中失去极少热量并传递到燃烧室。电极可以连接到电源，在某些情况下电源仅在注入之前或刚好在注入时开启以使得仅被注入的燃料被加热到高温。加热电极在注入结束时可再次被关闭。用于空昂电能转化为热能的电阻可以是传统的金属或半导体电阻器，燃料本身，或一些其它的用于将电能转化为热能设备或方法。

在一个实施例中，的柴油发动机的柴油注入器的阀针可以作为第一电极以及柴油注入器的喷射孔或喷嘴可以作为第二电极。当阀针被抬离其阀座时，电能可以被供给。然后电气路径可以从阀针通过燃料至喷嘴。这样的方法可以有利地仅对燃料加热以及在关闭后的系统中或在换挡时从高功率转换到零功率时保持热燃料是没有问题的。

注入的燃料加热的技术并不限于柴油应用，也适用于在端口注入的应用中低沸点燃料或以正常燃料的冷启动。该方法也有利于火花点火式直接注入。这种技术也可以用于注入除柴油以外的燃料至压缩点火循环。

二冲程非对称发动机

在另一个实施例中，二冲程非对称发动机被提供。常规的二冲程发动机通常只有一个活塞在气缸内，并具有端口以允许排气排出和新鲜的空气进入，由于两个端口都由一个单活塞控制，排气口首先打开并最后关闭，以允许将过量的新鲜空气流出排气口。此外，他们不限于对称的压缩和膨胀冲程。

对置活塞发动机可允许由一个活塞控制进气口并由其他活塞控制排气口。通常情况下，这些发动机具有略微移相的机轴，以使得排气口首先打开以允许高压热气体吹进排气管和传递动力至排气柱。然后，进气口可以打开以减少在汽缸内的压力并能够用新鲜充量清除排气。从历史上看，这样的柴油发动机已经过度清洗而不会浪费未燃烧的燃料进入排气。

当排气口关闭且和进气口仍然打开的时候是开放的，这样的非对称端口配置可以结合连接第二活塞至机轴的拉杆致动方法以达到能够增压气缸的目的。

在一些例子中，这种新的设计可以包括一个对置活塞二冲程，其中机轴相位和进气口及排气口的高度被调整以使得有效压缩比小于有效膨胀冲程。

在一个实施例中，排气口的高度可以是在活塞上的大约0.1英寸高的下死点处，进气口可以是在进气活塞上约0.35英寸下死点处，每个活塞的冲程可近似2英寸，机轴的相位可以是这样的排气领先进气机轴约50度。在这个近似的例子中，排气口先打开，然后进气，然后排气关闭，然后在一些新鲜充量被推回到进气之后，进气口关闭。从那一点至最小体积，变化大约为10∶1。然而，从最小到排气口打开时的体积变化为约15∶1。这种配置可以允许更多功在它们被吹出到排气之前被从热气体中提取。

如果膨胀被限制到一个比例，该比例维持气缸压力是排气岐管中的压力的约2倍以上，气体可以被加速到其最大速度，其传递动力至排气柱。这种动力可以导致排气在进气口打开时保持远离汽缸流动。进气充量可以由减少的压力被拉进，如果排气系统被正确调整。否则，进气可以由任意数量的不同类型的空气泵压迫。(例如，作为在传统发动机、增压器、涡轮增压器、叶片泵等等中的机轴)。

此发动机可以是有不具有明确阀传动的优势，同时仍然能够有不对称压缩和膨胀冲程的高效率。这样的发动机可以为柴油燃烧配置，或为如上所述火花点火燃烧配置。要产生最高的效率，可以使用汽油直喷从而只有空气用于清洗。排气口被关闭后，燃料可以被注入。以这种方式，燃料被推回进气歧管可能不成问题，因为这种燃料只是带回在下一个循环。燃料流率可以基于净空气流入，因此，下一次注入的尺寸可考虑已经在空气中的燃料。如果出现燃料存在未燃烧排气的一些问题，注入可被定时在较晚以便在空气中将不会有燃料被推回到进气歧管。

正如图34中所示的图表3400，压缩比冲量在进气口关闭时可见，所看到的膨胀比与所述排气口打开的比率一样。

此相对的活塞的方法还允许为一个低的热损失设计使用相同的优化孔/冲程比。最佳比例可以不同于具有相同一般的大小的四冲程发动机，因为这么多的活塞移动发生在端口打开时。摩擦特性也可以不同因为没有阀传动摩擦。然而，明确的泵可以是必需的。活塞同样经过端口移动一个额外的距离。比上述增压版本低的功率密度可以被使用。这样的配置可以提供不对称的优点。此外，孔/行程比可以被优化以获得更低的热损失的。

如本文所描述的配置还可以允许一个简化的设计用于在活塞在内转到时使气缸转动。这将允许设计相对速度以使得活塞环即使在活塞换向时可被保持骑在油膜上。

使用套筒阀作为进气口，例如，如图20所示可缩短清洗路径长度和允许较短的端口，从而更多汽缸填充并为每个冲程提供动力。套筒阀可以在每一循环中被致动并以上面所述的进气口相同的方式使用：在打开排气口以及排气压力放气后并保持打开足够长的时间以使得一些进气空气被推回到进气道。套筒浮阀可以关闭以提供所需的压缩比，其通常小于膨胀比。

这样的配置的额外的好处是，现在两个排气口可用于增加放气时可用的面积。此外使用这种配置就不再需要有机轴移相。进气流的定时不需要依赖于机轴位置，从而使可变阀定时也可以伴随可变压缩。

上述说明中的实施例并不代表所有与在此描述的发明一致的实施例。相反，它们仅是一些与所述发明相关方面相一致的一些例子。虽然一些变化在此被详细描述，但是其它的修改或增补亦为可能。特别地，进一步的特征和/或变化可以在除了所述的例子中被提供。例如，上述实施例可以应用于公开的特征和/或组合的不同组合和子组合及上述公开的一些进一步特征的子组合。另外，在此描述的和在附图中描述的逻辑流程并不必须要求所显示的特定顺序或连续次序以得到所需结果。所附申请专利范围可以包括其它具体示例或实施例。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种系统，包括：

管状管道，用于引导来自于排气源中的排气，所述管状管道包括大致垂直于所述管状管道中排气流动方向的管道横截面流动区域；

设置在所述管状管道的区段中的复数个通道，所述复数个通道中的每一个通道具有通道长度和通道横截面流动区域，以及至少一些所述的复数个通道具有不同的通道长度和不同的通道横截面流动区域，所述复数个通道中的每一个通道的所述通道长度和所述通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述复数个通道中的每一个通道的排气产生大致上相等的流动速率；以及

设置在所述复数个通道下游的收集室，以接收由所述复数个通道所排出的排气，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过所述复数个通道中的每一个通道的出口面呈现大致上相当的压力。

2.一种系统，包括：

管状导管，引导产生于排气源的排气，所述管状导管包括大致垂直于所述管状导管内的排气流动方向的管道横截面流动区域；

复数个通道，设置在所述管状导的一区段中，所述复数个通道中的每一个具有通道长度和通道横截面流动区域，所述复数个通道中的每一个的所述通道长度和所述通道截面流动区域被配成对，以为流经所述复数个通道中的每一个通道的排气产生大致上相等的流动速率；

收集室，设置在所述复数个通道下游，以接收排出所述复数个通道的排气，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致上相当的压力；以及

复数个第二通道，位于所述收集室的下游的所述管状管道中的第二区段，每一个第二通道具有第二通道长度和第二通道横截面流动区域，每一个第二通道的所述第二通道长度和所述第二通道截面流动区域被配成对，用以为流经每一个所述第二通道的排气产生大致上相等的第二流动速率。

3.如权利要求1至2中任一权利要求所述的系统，其中一个或多个通道的至少部分的内表面包括具有催化材料的涂层。

4.一种系统，包括：

管状导管，引导产生于排气源的排气，所述管状导管包括大致垂直于所述管状导管内的排气流动方向的管道横截面流动区域；

复数个通道，设置在所述管状导的一区段中，所述复数个通道中的每一个具有通道长度和通道横截面流动区域，所述复数个通道中的每一个通道的所述通道长度和所述通道截面流动区域被配成对，以为流经所述复数个通道的所述每一个的排气产生大致上相等的流动速率，所述复数个通道中的一个或多个通道的至少部分的内表面可选地包括包含催化材料的涂层；

收集室，设置在所述复数个通道下游，以接收排出所述复数个通道的排气，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过所述复数个通道中的每一个通道的出口面呈现大致上相当的压力

5.如权利要求3至4中任一权利要求所述的系统，如权利要求3所述的系统，其中所述催化涂层催化至少一个反应，所述反应转化至少一个在排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的系统，其中一个或多个通道至少部分的内表面具有经粗化处理的表面，以相对于未经处理的表面提供增加的表面积。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的系统，其中所述复数个通道包括金属片，所述金属片经滚轧以适合安装在所述管道横截面流动区域中，所述金属片包括复数个不同长度的槽纹，当所述金属片被滚轧以安装在所述管道横截面流动区域内时，所述槽纹形成所述复数个通道。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述金属片具有大致上三角形状，包括第一边缘、第二边缘和第三边缘，其中，每一个槽纹的轴系大致上平行于所述第一边缘，并且其中所述金属片系沿着轧制轴被滚轧，所述轧制轴至少大致地垂直于所述第一边缘。

9.一种方法，包括：

引导来自于排气源的排气通道通过管状管道，所述管状管道包括大致上垂直于所述管状管道中的排气流动方向的管道横截面流动区域；

使排气流过复数个通道，所述通道设置在所述管状管道的区段中，所述复数个通道中的每一个通道具有通道长度和通道横截面流动区域，以及至少一些所述的复数个通道具有不同的通道长度和不同的通道横截面流动区域，所述复数个通道中的每一通道的所述通道长度和所述通道横截面流动区域被配成对，用以为流经所述复数个通道的排气产生大致上相等的流动速率；以及

在收集室中接收排气，所述收集室设置在所述复数个通道下游，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过所述复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致相当的压力。

10.一种方法，包括：

引导来自于排气源的排气通道通过管状管道，所述管状管道包括大致上垂直于所述管状管道中的排气流动方向的管道横截面流动区域；

使排气流过复数个通道，所述通道设置在所述管状管道的区段中，所述复数个通道中的每一个通道具有通道长度和通道横截面流动区域，每一通道中的所述通道长度和所述通道横截面流动区域被配成对，用以为流经所述复数个通道的排气产生大致上相等的流动速率；以及

在收集室中接收排气，所述收集室设置在所述复数个通道下游，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过所述复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致相当的压力；以及使排气流过复数个第二通道，位于所述收集室的下游的所述管状管道中的第二区段，每一个第二通道具有第二通道长度和第二通道横截面流动区域，每一个第二通道的所述第二通道长度和所述第二通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述第二通道的排气产生大致上相等的第二流动速率。

11.如权利要求9至10中任一权利要求所述的方法，进一步包括：催化一反应，所述反应转化至少一个在所述排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物，所述催化步骤包括用催化材料接触排气，所述催化材料至少部分涂覆于一个或多个通道的内表面。

12.一种方法，包括：

引导来自于排气源的排气通道通过管状管道，所述管状管道包括大致上垂直于所述管状管道中的排气流动方向的管道横截面流动区域；

使所述排气流过复数个通道，所述通道设置在所述管状管道的区段中，所述复数个通道中的每一个通道具有通道长度和通道横截面流动区域，所述通道长度和所述通道横截面流动区域被配成对，用以为流经所述复数个通道中的每一个通道的所述排气产生大致上相等的流动速率；

包括催化一反应，所述反应转化至少一个在排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物，所述催化包括用催化材料接触所述排气，所述催化材料至少部分涂覆于所述复数个通道的一个或多个通道的内表面；以及

在收集室中接收所述排气，所述收集室设置在所述复数个通道下游，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的所述排气穿过所述复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致相当的压力。

13.如权利要求11至12中任一权利要求所述的方法，其中一个或多个通道至少部分的内表面具有经粗化处理的表面，以相对于未经处理的表面提供增加的表面积。

14.如权利要求9至13中任一权利要求所述的方法，其中所述复数个通道包括金属片，所述金属片经滚轧以安装在所述管道横截面流动区域中，所述金属片包括复数个不同长度的槽纹，当所述金属片被滚轧以安装在所述管道横截面流动区域内时，所述槽纹形成所述复数个通道。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述金属片具有大致上的三角形状，包括第一边缘、第二边缘和第三边缘，其中，每一个槽纹的轴系大致上平行于所述第一边缘，并且其中所述金属片系沿着轧制轴被滚轧，所述轧制轴至少大致地垂直于所述第一边缘。

16.一种方法，包括：

形成通道阵列，所述通道阵列包括复数个通道，所述复数个通道具有通道横截面流动区域分布和通道长度，所述复数个通道中的每一通道的所述通道长度和所述通道截面流动区域被配成对，用以为流经通道的排气产生大致上相等的流动速率；

为了引导来自于一排气源的排气，定位所述通道阵列以使得所述通道阵列至少部分地填充管状管道的管道横截面流动区域；以及

连接位于所述通道阵列下游的收集室，以接收流出所述复数个通道的排气，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得收集容积内的所述排气穿过所述复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致相当的压力。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：形成位于所述收集室的下游的所述管状管道中的第二区段中的复数个第二通道，每一个第二通道具有第二通道长度和第二通道横截面流动区域，每一个第二通道的所述第二通道长度和所述第二通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述第二通道的排气产生大致上相等的第二流动速率。

18.如权利要求16至17中任一权利要求所述的方法，进一步包括：用包括具有催化材料的涂层，涂覆一个或多个通道的至少部分的内表面。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述催化材料催化至少一反应，所述反应转化至少一个在所述排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物。

20.如权利要求16至19中任一权利要求所述的方法，进一步包括：粗化一个或多个通道的至少部分的内表面，所述粗化步骤相比于未经处理的通道表面，增加至少部分所述内表面的粗糙度。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述粗化步骤包括将表面粗化处理应用于至少部分的所述内表面。

22.如权利要求16至21中任一权利要求所述的方法，其中形成所述复数个通道包括在大致上呈三角形状的金属片上建造复数个槽纹，所述金属片包括第一边缘、第二边缘和第三边缘，所述复数个槽纹以一距离被间隔，所述距离与所述第二和所述第三边缘的间的距离成正比，且所述复数个槽纹具有形成所述复数个通道的不同长度，当所述金属片沿着轧制轴被滚轧时，所述轧制轴至少大致地垂直于所述第一边缘以适合于所述管道横截面流动区域中。

Claims (50)

1.一种系统，包括：

管状管道，用于引导来自于排气源中的排气，所述管状管道包括大致垂直于所述管状管道中排气流动方向的管道横截面流动区域；

设置在所述管状管道的区段中的复数个通道，所述复数个通道中的每一个通道具有通道长度和通道横截面流动区域，所述复数个通道中的每一个通道的所述通道长度和所述通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述管状管道的排气产生大致上相等的流动速率；以及

设置在所述复数个通道下游的收集室，以接收由所述复数个通道所排出的排气，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过所述复数个通道中的每一个通道的出口面呈现大致上相当的压力。

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括复数个第二通道，位于所述收集室的下游的所述管状管道中的第二区段，每一个第二通道具有第二通道长度和第二通道横截面流动区域，每一个第二通道的所述第二通道长度和所述第二通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述第二通道的排气产生大致上相等的第二流动速率。

3.如权利要求1至2中任一权利要求所述的系统，其中一个或多个通道的至少部分的内表面包括具有催化材料的涂层。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的系统，其中所述催化涂层催化至少一个反应，所述反应转化至少一个在所述排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的系统，其中一个或多个通道至少部分的内表面具有经粗化处理的表面，以相对于未经处理的表面提供增加的表面积。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的系统，其中所述复数个通道包括金属片，所述金属片经滚轧以适合安装在所述管道横截面流动区域中，所述金属片包括复数个不同长度的槽纹，当所述金属片被滚轧以安装在所述管道横截面流动区域内时，所述槽纹形成所述复数个通道。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述金属片具有大致上三角形状，包括第一边缘、第二边缘和第三边缘，其中，每一个槽纹的轴系大致上平行于所述第一边缘，并且其中所述金属片系沿着轧制轴被滚轧，所述轧制轴至少大致地垂直于所述第一边缘。

8.一种方法，包括：

引导来自于排气源的排气通道通过管状管道，所述管状管道包括大致上垂直于所述管状管道中的排气流动方向的管道横截面流动区域；

使排气流过复数个通道，所述通道设置在所述管状管道的区段中，所述复数个通道中的每一个通道具有通道长度和通道横截面流动区域，所述复数个通道中的每一通道的所述通道长度和所述通道横截面流动区域被配成对，用以为流经所述复数个通道的排气产生大致上相等的流动速率；以及

在收集室中接收排气，所述收集室设置在所述复数个通道下游，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得所述收集容积内的排气穿过所述复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致相当的压力。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：使排气流过复数个第二通道，位于所述收集室的下游的所述管状管道中的第二区段，每一个第二通道具有第二通道长度和第二通道横截面流动区域，每一个第二通道的所述第二通道长度和所述第二通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述第二通道的排气产生大致上相等的第二流动速率。

10.如权利要求8至9中任一权利要求所述的方法，进一步包括：催化一反应，所述反应转化至少一个在所述排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物，所述催化步骤包括用催化材料接触排气，所述催化材料至少部分涂覆于一个或多个通道的内表面。

11.如权利要求8至10中任一权利要求所述的方法，其中一个或多个通道至少部分的内表面具有经粗化处理的表面，以相对于未经处理的表面提供增加的表面积。

12.如权利要求8至10中任一权利要求所述的方法，其中所述复数个通道包括金属片，所述金属片经滚轧以安装在所述管道横截面流动区域中，所述金属片包括复数个不同长度的槽纹，当所述金属片被滚轧以安装在所述管道横截面流动区域内时，所述槽纹形成所述复数个通道。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述金属片具有大致上的三角形状，包括第一边缘、第二边缘和第三边缘，其中，每一个槽纹的轴系大致上平行于所述第一边缘，并且其中所述金属片系沿着轧制轴被滚轧，所述轧制轴至少大致地垂直于所述第一边缘。

14.一种方法，包括：

形成通道阵列，所述通道阵列包括复数个通道，所述复数个通道具有通道横截面流动区域分布和通道长度，每一通道的所述通道长度和所述通道截面流动区域被配成对，用以为流经通道的排气产生大致上相等的流动速率；

为了引导来自于一排气源的排气，定位所述通道阵列以使得所述通道阵列至少部分地填充管状管道的管道横截面流动区域；以及

连接位于所述通道阵列下游的收集室，以接收流出所述复数个通道的排气，所述收集室具有足够大的收集容积，以使得收集容积内的排气穿过所述复数个通道的每一个通道的出口面呈现大致上相当的压力。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：形成位于所述收集室的下游的所述管状管道中的第二区段中的复数个第二通道，每一个第二通道具有第二通道长度和第二通道横截面流动区域，每一个第二通道的所述第二通道长度和所述第二通道截面流动区域被配成对，用以为流经所述第二通道的排气产生大致上相等的第二流动速率。

16.如权利要求14至15中任一权利要求所述的方法，进一步包括：用包括具有催化材料的涂层，涂覆一个或多个通道的至少部分的内表面。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述催化材料催化至少一反应，所述反应转化至少一个在所述排气中的燃烧副产品为至少一个目标化合物。

18.如权利要求14至17中任一权利要求所述的方法，进一步包括：粗化一个或多个通道的至少部分的内表面，所述粗化步骤相比于未经处理的通道表面，增加至少部分所述内表面的粗糙度。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述粗化步骤包括将表面粗化处理应用于至少部分的所述内表面。

20.如权利要求14至19中任一权利要求所述的方法，其中形成所述复数个通道包括在大致上呈三角形状的金属片上建造复数个槽纹，所述金属片包括第一边缘、第二边缘和第三边缘，所述复数个槽纹以一距离被间隔，所述距离与所述第二和所述第三边缘的间的距离成正比，且所述复数个槽纹具有形成所述复数个通道的不同长度，当所述金属片沿着轧制轴被滚轧时，所述轧制轴至少大致地垂直于所述第一边缘以适合于所述管道横截面流动区域中。

21.一种方法，包括：

创建燃烧混合物，所述燃烧混合物包括内燃机内的燃烧体积中的一定量的空气、一定量的燃料和一定量的水；

压缩所述燃烧混合物，所述压缩包括以所述压缩比减少所述燃烧体积，所述减少所述燃烧体积包括在第一方向上的活塞运动；

点火并燃烧所述燃烧混合物以形成排气混合物，所述排气混合物包括水蒸气和其它燃烧产物，所述燃烧产生所述燃烧体积内的峰值燃烧温度，由于所述一定量的水，所述峰值燃烧温度小于预定义的最大峰值燃烧温度，所述燃烧包括以膨胀比膨胀所述燃烧体积，所述膨胀包括在与所述第一方向相反的第二方向上的活塞运动；以及

从所述燃烧体积中排出所述排气混合物。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述一定量的水是所述一定量的燃料的大约2倍或更多。

23.如权利要求21至22中任一权利要求所述的方法，其中所述压缩比大约是10∶1或更大。

24.如权利要求21至23中任一权利要求所述的方法，进一步包括在所述点火之后以及所述排气之前将额外量的水注入至所述燃烧室。

25.如权利要求21至24中任一权利要求所述的方法，其中所述额外量的水是在所述一定量的燃料的大约3倍至4倍的范围内。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述注入的额外量的水包括增加的燃烧体积中的压力至约1400psi或更大。

27.如权利要求21至26中任一权利要求所述的方法，其中所述膨胀比在约35∶1的范围内。

28.如权利要求21至27中任一权利要求所述的方法，进一步包括从排气流中冷凝液相水，所述冷凝包括使排气通过冷凝器系统，所述冷凝器系统能够将所述排气流中至少一些的所述水蒸气转化为液相。

29.如权利要求21至28中任一权利要求所述的方法，其中所述燃烧室包括至少一个内表面所述至少一个内表面包括催化材料涂层，所述催化材料涂层包括催化材料粒子以促进在所述废气混合物的形成过程中的烃类和一氧化碳中的至少一种的更完全的燃烧。

30.如权利要求21至29中任一权利要求所述的方法，其中所述预定义的阈值温度在氮氧化物的形成温度之下。

31.如权利要求21至30中任一权利要求所述的方法，其中所述燃烧混合物的所述创建包括将空气和空气-燃料混合物中的至少一种通过进气阀控制的进气口传送至所述燃烧体积。

32.如权利要求31所述的方法，所述燃烧混合物的所述创建进一步包括关闭所述进气阀，然后将水直接注入所述燃烧体积。

33.一种方法，包括：

在均质充量压缩点火发动机的燃烧室中点燃燃烧混合物，所述点火包括在靠近火焰前缘控制特征的所需物理位置处引起点火；

指引所述点燃的燃烧混合物的火焰前缘沿着所述燃烧室内的优选路径，所述指引包括引导具有所述火焰前缘控制特征的火焰前缘引起所需的燃烧持续时间。

34.如权利要求33所述的方法，进一步包括通过在表面上使用可变的绝缘层改变活塞头的表面温度以引起所述点火发生在所述所需的物理位置。

35.如权利要求33至34中任一权利要求所述的方法，其中所述火焰前缘控制特征包括形成于活塞头上的肩部，所述肩部引导所述火焰前缘围绕至少一部分的所述活塞的圆周。

36.如权利要求33至35中任一权利要求所述的方法，其中所述所需的点火位置包括火花塞。

37.一种系统，包括：

位于内燃机的燃烧室内的火焰前缘控制特征；

所需的点火位置位于所述燃烧室内，所述所需的点火位置具有足够的热能以点燃燃料-空气混合物，所述所需的点火位置靠近所述燃烧室内的所述火焰前缘控制特征，以使得经由所述所需点火位置的所述燃烧室中的所述燃烧混合物的点火引起被点燃的燃烧混合物的火焰前缘沿着所述燃烧室内的优选路径，并伴随着火焰前缘控制特征以造成所需的燃烧持续时间。

38.如权利要求37所述的系统，进一步包括在所述燃烧室内的活塞头，所述活塞头包括可变的绝缘层以引起所述点火发生在所述所需的物理位置。

39.如权利要求37至38中任一权利要求所述的系统，其中所述火焰前缘控制特征包括形成于活塞头上的肩部，所述肩部引导所述火焰前缘围绕至少一部分的所述活塞的圆周。

40.如权利要求37至39中任一权利要求所述的系统，其中所述所需点火位置可选地包括火花塞。

41.一种方法，包括：

打开进气口，进气口输送包括空气或空气和燃料的流体至内燃机的燃烧室以用于当前发动机循环中的燃烧，所述打开包括移动第一套筒阀离开第一关闭位置；

关闭来自在先发动机循环的排气混合物经过的排气口，所述排气混合物被从所述燃烧室移除；

以第一覆盖特征暂时覆盖所述燃烧室的第一侧上的至少一部分的所述进气口，所述第一覆盖特征在所述第一套筒阀的第一圆周内移动的第一活塞上，以及以第二覆盖特征暂时覆盖与燃烧室的第一侧相反的第二侧上的至少一部分的排气口，所述第二覆盖特征在所述第二套筒阀的第二圆周内移动的第二活塞上，所述覆盖要求流体经过至少部分的所述燃烧室的直径以在所述关闭完成之前退出所述燃烧室。

42.一种系统，包括：

进气口，用于输送包括空气和/或燃料的流体至内燃机的燃烧室；

第一套筒阀，可操作地离开第一关闭位置以打开所述进气口以输送流体用于当前发动机循环的燃烧；

排气口，配置为从所述燃烧室中移除来自在先发动机循环的排气混合物；

第二套筒阀，可操作地移向第一关闭位置以关闭所述排气口，于在先循环结束处的所述排气口的所述关闭不会在所述进气口开始打开之前完成；

在所述第一套筒阀的第一圆周内移动的第一活塞，所述第一活塞包括第一覆盖特征，所述第一覆盖特征暂时覆盖所述燃烧室的第一侧上的至少一部分的所述进气口；

在所述第二套筒阀的第二圆周内移动的第二活塞，所述第二活塞包括第二覆盖特征，所述第二覆盖特征暂时覆盖与所述燃烧室的所述第一侧相反的第二侧上的至少一部分的所述排气口，以使得需要的流体经过至少部分的所述燃烧室的直径以在所述关闭完成之前退出所述燃烧室。

43.一种方法，包括：

创建来自内燃机的在先循环的排气和在排气歧管中的燃料的混合物；

引导所述混合物至内燃机的进气歧管并进入燃烧体积以用于新循环中的燃烧；

加入空气到所述混合物；

压缩所述混合物，所述压缩包括由压缩比减少所述燃烧体积，所述减少所述燃烧体积包括在第一方向上的活塞运动；

点燃并燃烧所述燃烧混合物以形成排气混合物，所述混合物中包括水蒸气和其他燃烧产物，所述燃烧产生所述燃烧体积内的峰值燃烧温度，所述峰值燃烧温度由于一定量的排气而小于预定义的最大峰值温度，所述燃烧包括由膨胀比膨胀所述燃烧体积，所述膨胀包括在与所述第一方向相反的第二方向上的所述活塞运动；

从所述燃烧体积中排出所述排气混合物。

44.如权利要求43所述的方法，进一步包括允许初始反应发生在所述混合物中，以准备用于在均质充量压缩模式中燃烧的所述混合物。

45.如权利要求43至44中任一权利要求所述的方法，其中所述添加空气发生在进气歧管中。

46.如权利要求43至45中任一权利要求所述的方法，进一步包括在所述混合物中添加一定量的液态水。

47.如权利要求46所述的方法，其中所述添加一定量的水包括关闭来自所述进气歧管的进气阀，然后将水直接注入到所述燃烧体积中所述混合物中。

48.如权利要求43至47中任一权利要求所述的方法，进一步包括冷凝来自所述排气流的液相水，所述冷凝包括通过冷凝器系统流经所述排气混合物，所述冷凝器系统将所述排气流中至少一些所述水蒸气转换为所述液相。

49.如权利要求43至48中任一权利要求所述的方法，其中所述燃烧室包括至少一个内表面，所述至少一个内表面可包括催化材料涂层，所述催化材料涂层包括催化材料粒子，以促进在所述排气混合物的形成过程中的烃类和一氧化碳中的至少一种的更完全的燃烧。

50.如权利要求43至49中任一权利要求所述的方法，其中预定义的阈值温度在氮氧化物的形成温度之下。

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