CN105579683A - 用于低等级合成气的点火系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种用于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机的点火器系统，其中每个汽缸包括至少一个点火器。该点火器系统可以包括：通过受限直径孔连接到发动机的主汽缸的燃烧室，其中稀燃燃料混合物通过发动机的正常压缩冲程被引入燃烧室内；将富氢气体喷射到燃烧室内以形成氢气和空气的混合物的氢气阀，所述混合物具有高于燃烧室内的氢气和空气的化学计量比的氢气浓度；以及将未燃烧热氢气喷射到主汽缸内以便启动点火的火花点火源。

Description

用于低等级合成气的点火系统
技术领域
本发明总体涉及点火应用，并且更具体地涉及用于高压缩的低等级合成气的点火系统。
背景技术
生物质(Biomass)是低成本且容易得到的能量源，其对于生成其他能量类型如电力或液体燃料是有用的。源于生物质的能量具有额外的优点，即其本质上是碳中性的并且当残余的加工过的碳被置于地下长期存储时其也可以是碳负性的。
生物质能量转化的普通中间产品是合成气，其由材料的高温部分燃烧产生。支持生物质气化的设备通常被称为气化器。合成气通常包含来自空气供应源的氮气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气以及氢气。一氧化碳和氢气组分是可燃烧的并且可以用于内燃发动机以旋转发电机来发电。
氢气通常由于其高火焰速度和非常宽的燃烧范围而被优选为主要燃烧气体。然而，氢气生产一般涉及水移反应(watershiftreaction)，其要求高温并且吸收大量的反应能量。例如由于通过气化部分燃烧区域的高材料流，高浓度的一氧化碳可以由以较低温度运行的气化器产生。这可以导致从生物质到可燃气体的更高的热转化效率，然而富一氧化碳合成气一般比富氢气体更难以在内燃发动机中燃烧。
内燃发动机效率由卡诺循环支配，其指定最大热效率由发动机压缩比控制。例如，空气节流火花点火发动机在部分载荷下可以具有仅35％的最大理论效率，然而处于20∶1压缩比的高压缩柴油机具有70％的极限效率。在实践中，发动机摩擦载荷、附件和系统热损失将现实世界发动机降低到其卡诺极限的一半。总之，柴油机比火花点火发动机更有效率。柴油机依赖于高十六烷燃料，当活塞接近其旋转弧的顶部(上止点或TDC)时，所述高十六烷燃料可以仅通过柴油机内的高压点燃。火花点火发动机在较低压缩比下依赖于高辛烷燃料。这种燃料要求高能量火花来点燃并且通常比处于高压下的高十六烷柴油燃料更缓慢地燃烧。一氧化碳和氢气都被评定为高辛烷燃料，但是氢气由于其小分子尺寸和高反应能而具有不寻常的高火焰速度。
发明内容
本发明的实施例涉及用于以高热效率燃烧高压缩发动机内的低等级富一氧化碳合成气的系统和过程。在一些实施例中，基本发动机可以包括在顶部装备有汽缸直接喷射器的常规高压缩柴油发动机，其中进气道系统被修改以允许低等级合成气主燃料源与柴油机的未节流空气供应混合。
本发明的实施例涉及用于燃烧低等级富一氧化碳合成气的装置，其包括：点火器系统，其被确定尺寸以装配在具有一个或多个汽缸的发动机的主发动机汽缸盖上，所述点火器系统包括直接喷射器、点火器壳体、火花塞以及点火器管，该点火器管被确定尺寸以允许装配在主发动机汽缸盖内。
尽管，在此提出的示例性实施例涉及使用单缸发动机，但是在此提出的点火器系统可以被应用于任何尺寸的发动机，例如包括1-16个汽缸、每个汽缸0.1到5升和任何功能压缩比的发动机。对于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机，每个汽缸可以装配一个点火器系统，其中每个汽缸具有至少一个点火器。
附图说明
图1是说明单缸发动机的主发动机汽缸盖上的点火器系统的透视图。
图2是图1的点火器系统的放大透视图，其特征在于显示了混合燃烧室的点火器壳体的透明视图。
图3是图1的点火器系统的剖视图，其示出了点火器管和内孔。
图4是下吸式(downdraft)气化器中的同轴气体转化器的剖视图。
图5是具有点火器管的可替换点火器系统的剖视图，其中该点火器管具有锥形孔。
具体实施方式
在以下段落中，本发明的实施例将参照附图以示例的方式详细地描述。在该通篇说明书中，所示的优选实施例和示例应该被认为是范例，而不是对本发明的限制。如本文所用，“本发明”是指本文所描述的发明的任何一个实施例以及任何等同物。而且，提及该通篇文件中的“本发明”的不同(多个)特征不意味着所有请求保护的实施例和方法必须包含所提及的(多个)特征。
参考图1-3，现在将描述以高热效率燃烧高压缩发动机内的低等级富一氧化碳合成气的点火系统和过程。特别地，图1是说明具有一个或多个汽缸的发动机的主汽缸的主发动机汽缸盖15上的点火器系统10的透视图。点火器系统10包括“汽油”直接喷射器25、点火器壳体30、火花塞35以及点火器管40。通过示例的方式，主发动机可以包括在顶部装备有汽缸直接喷射器25的常规高压缩柴油发动机。然后，主发动机的进气道系统被修改以允许低等级合成气主燃料源与柴油机的未节流空气供应混合。燃料与空气的混合比一般处于具有过量氧气的稀燃区域。这样的混合物一般不通过柴油机压缩点火的方式点燃。常规的柴油喷射器可以被节流降至10％-15％的燃料流量并且被用作引燃喷射以点燃主混合物。但是，合成气混合物一般将会在膨胀冲程中良好地燃烧，进而导致低系统效率和高排气温度，这进而可能对发动机造成损害。
图2是图1的点火器系统10的放大透视图，其特征在于是显示了壳体内的混合燃烧室50的点火器壳体30的透明视图。该腔室50包含高速高压入口阀25，例如图1中所示的现代汽油直接喷射器25。图3是图1中的点火器系统10的剖视图，其示出了点火器管40和该管内的内孔55。点火器管40在内孔55的远端处还包含一个或多个输出孔60。内孔55可以包括相对于燃烧室50的有效直径减小的直径孔。
进一步参考图1-3，原始柴油直接喷射器被替换为特别设计以用于高热效率地燃烧高压缩发动机内的低等级富一氧化碳合成气的点火器。点火器管40装配在正常喷射器主体的位置并且被点火器壳体30内的小混合燃烧室50覆盖。如上所述，该腔室50包含高速高压入口阀25，例如现代汽油直接喷射器25。与该喷射器25相对的是小(如8-10mm)细点(finepoint)火花塞35。
高压柴油机通常可以实现50巴的峰值压力，其对于正常的汽车火花塞来说太高以至于不能点燃。使用具有小间隙(如在0.02英寸范围内或更小)的细点火花塞可以确保点火火花将会行进通过火花塞间隙并且不会行进到陶瓷绝缘体的外侧。铱尖塞(iridiumtippedplug)由于其在小销直径下的高耐用性而可以被采用。在一些实施例中，点火源是一般在售后汽车性能市场中使用的高电压高频率电容性放电单元。高压入口阀25可以输入氢气或富氢合成气，所述氢气或富氢合成气可以根据一起提交的题为ACOAXIALGASIFIERFORENHANCEDHYDROGENPRODUCTIION的美国临时专利申请No.61/856228(其内容通过引用整体合并于此)中的陈述来生成。
图4是根据本发明的实施例的下吸式气化器100内的同轴气体转化器的剖视图。例如，下吸式气化器100可以包括下吸式反应器，例如由ThomasReed和AguaDas的HandbookofBiomassDowndraftGasifierEngineSystems(生物质下吸式气化器发动机系统手册)(其内容通过引用整体合并于此)中所述的下吸式反应器。这种气化器100可以如图4所示被修改以包含同轴气体转化器，该同轴气体转化器包括生物炭(biochar)入口阀110、同轴炭管120以及生物炭和灰烬出口阀130。
进一步参考图4，当用生物质或其他含碳材料操作时，下吸式气化器100使用多个空气入口射流140来在其缩小钟形区域160内创建热区150。薄壁碳管120从气化器100的顶部到其底部同轴地定位，并且其横截面基本是圆形的。该管120被填充有高度还原的生物炭，所述生物炭可以由主气化器100的主室155、其他气化器或其他炭制作设备产生。通过生物炭入口阀170的输入被计量，所述生物炭入口阀170可以包括常规阀门例如远程控制的球阀。炭首先落入所述管120内以在该管120内建立直立的炭柱，该炭柱延伸到主气化器155的空气入口喷嘴145上方。在主气化器155的正常操作条件下，从空气入口喷嘴145上方到缩小钟形区160的底部形成扩展的热区150。在一些实施例中，热区150的峰值大大超过800℃并且经常高达1200℃。
基于管120内的碳煤焦(carbonchar)的保持时间以及开喉直径与内管直径的比率，管120内的碳煤焦可以处于平衡温度。例如，对于21/2英寸直径的缩小钟形开口，合适的内管直径是3/4英寸。水蒸气可以在受控、需求的基础上被添加通过向下管180，该向下管180将蒸汽预热到局部温度。当该蒸汽通过碳时，发生转化成一氧化碳和氢气。该反应在800℃以上进行得相对迅速并且一般在800℃到1200℃操作范围内是可用的。在气化器100的最热区上方的中心管120内过剩的碳确保所有的中间二氧化碳都还原成一氧化碳。所产生的氢气和一氧化氮约50/50混合物向上经过管120通过额外的直立煤焦和开放空间到较冷的上部区域，然后通过输出管路185出去。如果输入的生物炭不是高度还原的，则额外的水蒸气和二氧化碳可能在管120的上部较冷区域内生成，从而劣化了输出。
根据本发明的一个实施例，点火器系统10的典型点火顺序包括：(i)将空气和低等级合成气通过四循环进气冲程吸入汽缸并且压缩到在汽缸的顶部处的点火器管40和腔室50内；(ii)随着压力上升，一般上升到30巴区域，在TDC之前约20度处，将富氢气体引入腔室50；(iii)在10度或更小角度处，火花塞35被点火，点燃腔室50内的富氢混合气并且使其顺着点火器管40点火，一般以超音速进行；(iv)这种热的快速燃烧的气体与处于TDC的活塞的顶部处的小压缩气体包(packet)反应，引起横穿其体积的同时点燃；(v)在TDC附近所产生的快速燃烧提供优化的压力尖峰以便以高热效率向下驱动活塞；以及(vi)排气冲程清除腔室50和点火器管40，以使它们准备好下一次点火事件。
进一步参考图1-3，火花塞一般不能够在严酷的高压缩柴油机环境中继续使用。因此，火花塞35被放置在由点火器管40的孔55部分地保护的位置。发动机也以稀燃模式进行操作，该稀燃模式将峰值汽缸压力充分地限制在典型柴油机峰值载荷以下。
根据一些实施例，富氢气体阀25在点火事件期间被关闭以最小化阀座处的碳累积。
在一些实施例中，点火器管40的长度、直径以及几何结构随着较短的大直径孔管在一个宽的范围内变化，因此提供最迅速的点燃。在一些实施例中，采用更长且更窄的孔管来提供更好的火花塞和喷射器阀隔离与保护。
为了超音速操作，点火器管40的内孔配置将高度依赖于发动机设计。特别地，使点火器主体与内部汽缸容积之间分开所必需的点火器管40的长度、汽缸排气量、活塞腔几何结构、发动机设计功率水平范围、设计RPM以及预期主燃料混合物都具有影响。
在更多的实施例中，燃烧室和点火器管内孔被配置为使得燃烧室50内的爆炸事件导致氢气以相对于主汽缸内的局部音速的超音速速度喷射到主汽缸内。
在本文描述的发明的实施例中，喷射阀必须被热管理以维持寿命。此外，火花塞间隙和火花持续时间必须被管理以防止热点火。通常，点火器管40区域应该运行得比备用喷射器的相应区域更热以维持燃烧能量，而点火器的顶部应该保持冷却以维持耐久性并且防止提前点火热点。
每个汽缸发动机的500立方厘米在TDC处以20∶1的压缩塌缩到25立方厘米的燃烧容积。对于商用10mm火花塞和小型汽油直接喷射器，最小容积上部混合燃烧室50是约0.8厘米×0.8厘米×0.4厘米，或仅为主燃烧容积的1％，因此只会最小地影响发动机的压缩比。但是，商用柴油机喷射器有10厘米长或更长。假设0.25厘米孔点火器管40将会使压缩比劣化额外的2％并且由于通过长管孔55的气体流动而可能显著地增加马达泵送损失。由于这些原因，最优的是将混合燃烧室50尽可能深地定位在发动机盖内，即尽可能靠近主燃烧区。但是，喷射器尖端和火花塞间隙都需要被保护以免于主汽缸内的虚假大燃烧事件。因此，经由点火器管孔的一些隔离是期望的。短孔长度本质上在主燃烧室和点火室之间创建了限制法兰。如果该法兰壁太薄，则其将会过热并且腐蚀。对于500立方厘米的汽缸，如果采用水冷铝质盖，则根据发动机载荷/使用模式，4mm厚度是可接受的。
基本操作原理
根据HydrogenStorageTechnologies(氢气存储技术)，2012Wiley-VCH，在标准条件下氢气在空气中燃烧的范围从4％到75％。相比之下，甲烷在空气中燃烧的范围从5％到15％。在某些条件下，氢气可以爆炸。在标准条件下该爆炸范围是18％到59％。在50巴下，即高压缩柴油机在TDC处的典型压力下，爆炸范围在室温下是5.5％到74％。随着温度上升，爆炸范围也会增加，例如在700°K(即典型峰值温度)下，在TDC处燃烧之前的爆炸范围是2％到86％。
根据Hysafe.org(其为关于氢气安全的国际协会)，在热空气中的典型汽车点火温度是大约950°K。这比小型柴油机中TDC处的提前点火高约250℃。氢气仅要求0.2mJ的输入能量用于点火，这比典型的碳氢化合物低很多。空气中的分层燃烧速度仅为约3米每秒，但是爆炸速度的范围是从1500米每秒到2150米每秒(声速在标准条件下是343米每秒)。在标准条件下最优爆炸单元尺寸是15mm直径。在该尺寸之上和之下并且随着混合比从化学计量29.5％向上或向下移动，对爆炸的敏感性降低。
超音速操作的验证
根据图2和图5，具有图1中的火花塞和汽油直接喷射器25的点火器壳体30被配置有15mm直径的椭圆混合燃烧室50。它被连接到8mm直径的内孔点火器管40，该内孔点火器管不停地被增压空气冲洗，从而管内压力稍微高于大气压。欧米伽DLX101-1K超高速压力传感器被定位在孔的侧壁内与点火器壳体30相距100mm和300mm处。整体管长度是350mm。氢气被以80巴供应至喷射器25。实验室功能发电机按序排好喷射器25的打开和火花塞35的点火以模拟典型1800RPM(60Hz)发电机上的操作。这些传感器具有1000psi的全量程额定值和1μs的上升时间。它们对外部力学冲击和声音非常不敏感。在第一传感器和第二传感器之间的传播延迟在稀点火极限下为大约250μs并且在高氢气浓度下为大约300μs。这可计算为812～676米每秒(2666～2221英尺每秒)。
关于与常规点火技术的发动机对比
具有发电机的三个YanmarLV-100V高压缩单缸0.435升柴油发动机按照以下所述进行配置。尽管这些示例涉及使用单缸发动机，但是本文所述的点火器系统10可以被应用于任何尺寸的发动机，诸如包括1-16个汽缸，每个汽缸0.1到5升以及任何功能压缩比。对于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机，每个汽缸可以被装配有点火器系统，其中每个汽缸有至少一个点火器。
发动机1：具有直接高压喷射和出厂常备的(factorystock)21∶1压缩比的常规出厂配置。这种发动机的进气系统被修改以接受小型下吸式气化器的输出和/或来自实验室汽缸的低压甲烷和/或氢气。
发动机2：出厂燃料喷射器被小直径铱尖火花塞替换。进气歧管被配置有标准的高流量气道喷射器。气道喷射器被供给来自实验室汽缸的氢气和/或甲烷。气道喷射器可以被设定好时间以与进气门同步打开，从而在进气冲程之间在进气系统内存在最少的残余氢气。火花塞修改稍微将压缩比减小至20∶1范围。
发动机3：装备有点火器系统10(例如，如图5所描绘)，其具有15mm的椭圆直径混合燃烧室50以及3.5mm直孔点火器管40。发动机的进气被修改以包含上述的两种进气系统。即，它可以接受来自小型下吸式气化器的混合空气流和/或来自实验室汽缸的甲烷和/或氢气。它也具有针对进气门测序的气道燃料喷射器25，从而其可以通过与发动机2相同类型的子系统由氢气和/或甲烷供应燃料。该发动机可以独自依靠点火器系统10来运行或者结合进气系统的任一组合来运行。由于点火器系统的死区容积(deadvolume)增加，所以发动机的压缩比为18.7∶1。
发动机1测试
发动机1被配置为常规的柴油引燃喷射系统。该发动机可以起动并且以柴油、生物柴油或植物油乳剂运行。如果可燃烧气体存在于进气系统中，则它们将提供额外的燃烧能量，从而发电机组的固定RPM限速器将使至直接喷射器的流量减速以维持输出频率。该发动机以大范围的氢气、甲烷和/或木质颗粒供给合成气运行一直到约15％的引燃喷射。由于不同气体混合物的不同燃烧速率，排气温度和系统效率针对机械引燃喷射系统的固定正时而变化。
发动机2测试
发动机2被配置有常规的火花点火和通常用在稀燃氢气和天然气发动机中的同步气道燃料喷射器。但是，它具有不寻常的高压缩比，即20∶1对典型的11∶1，并且其不对空气节流，这意味着其不能维持空气对燃料的化学计量比，除了在固定RPM操作的一个单独操作点处。但是，相比由于发动机中的空气节流的降低膨胀比所引起的真空泵送损失和卡诺效率劣化，没有空气节流的柴油机操作提供了显著的效率改进。发动机开始用氢气平稳地以900RPM运转并且可以运行到至少1800RPM。因为氢气在发动机的高压缩状况下一直到4％浓度以下都能点燃，并且以稀燃模式运行至化学计量29％比率，这种配置在一些应用中显现出是可用的，即使其不是空气节流的。但是，即使在少量的甲烷与氢气混合的情况下，发动机操作也会变得不稳定并且在任何有用的甲烷供给速率下都不会点火。一氧化碳比甲烷具有甚至更高的辛烷值和类似窄范围的可燃烧混合比。这种配置的发动机在较低的压缩比下且具有空气节流时变得更加实用，但是具有较低的理论卡诺极限效率。
发动机3测试
发动机3可以直接从单独的点火器系统闲置。在这种模式下的动力输出受限于小孔点火器管的低传导性。动力水平可以通过添加氢气穿过气道喷射器而增加，只要所述气道喷射器与进气门和进气冲程同步即可。由于进气中有剩余的氢气并且特别地由于在发动机的汽缸盖内构建的小型EGR返回气道，添加氢气穿过进气易于发生回火。来自小型下吸式气化器的富氢合成气也令人满意地以空气进气运行。当甲烷作为单一外部燃料被供应至具有原始点火器管几何结构的任一进气子系统时，该甲烷不会点燃。
根据Hysafe.org关于俄罗斯爆炸实验室试验的报告(俄罗斯是Hysafe的一个成员国)，在爆炸波阵面(wavefront)传播和通道几何结构之间存在复杂的相互作用。根据图5的放大的右侧，图5中的点火器管被替换为各种可替代的点火器管孔配置。已发现一种孔配置，其提供了关于氢气点火器系统的令人满意的操作，其中甲烷独自或与其他输入端口气体组合，同时维持了可接受的高压缩比。爆炸波阵面传播更容易通过大直径，但是，发动机不能在没有显著的压缩比损失的情况下容许大的直径通道。
发动机3以难以点燃的高辛烷主燃料操作的解释
图1和图5中的混合燃烧室用氢气和空气作为主燃料混合物来点燃，其中氢气远高于化学计量比，但在50巴且700°K的爆炸极限以下，即在29％和至少74％之间。因此，一旦腔室内所有的氧气都被消耗在高能反应中，现在还有相当过剩的氢气处于激发态。由于氢气的缘故，富氢主汽缸混合物具有非常低的点火阈值，所以即使点火器激发的氢气到主汽缸室的相当差的传导性也可能启动汽缸点火。但是，较高能量阈值主燃料混合物的点火要求针对点火器管长度和孔几何结构的仔细的设计考量。
发动机3的优化点火器管几何结构
根据图5，发现双锥形孔点火器管40’可提供令人满意的结果，其中宽范围的主燃料输入混合物包含纯甲烷。锥形A提供在椭圆形混合燃烧室50与点火器管40’之间的接口。锥体A的顶部8mm的孔在腔室耦接和劣化压缩比之间提供令人满意的折中。锥体B中3mm的出口孔(底部)被使用。市场上可购买的锥形销孔铰刀被用于设置锥体A和B，从而使得锥体A的深度为15mm并且锥体B的顶部孔为5.6mm。
点火器管一般考虑
通常，点火器管40必须将优化的爆炸室50耦接到常规的高压缩汽缸/活塞主室。汽缸盖水冷、阀门以及凸轮轴或摇臂几何结构限制如何密闭点火器壳体30才能成为主燃烧室。这进而限制了热氢气的传导。相反，如果将低等级生物合成气用作主燃料，则由于潜在的颗粒污染和焦化，氢气喷射器和火花塞35应该尤其与主室隔离。0.5升的每汽缸排气量在20∶1的压缩比下压缩到25立方厘米。5立方厘米容积的喷射器点火器管以及混合燃烧室将会充分劣化压缩比和卡诺极限效率。以在21.5∶1范围内的较高压缩比开始并且最小化点火器系统10的死区容积可以产生在18∶1到19∶1范围内的压缩比，该压缩比不会显著劣化理论效率。
本领域技术人员将认识到本发明可以用除了所述各实施例和优选实施例之外的实施例来实施，所述各实施例和优选实施例在本说明书中被陈述以便用于图示说明而没有限制意义，并且本发明仅由所附权利要求书限制。应注意，本说明书中论述的特定实施例也可以实践本发明。
虽然本发明的各个实施例已经在上文被描述，但是应该理解它们仅以示例的方式而非限制的方式展示。同样，各个附图可以描绘本发明的示例体系结构或其他配置，这么做是为了帮助理解本发明中所包含的特征和功能。本发明不局限于所图示说明的示例体系结构或配置，而是可以使用各种可替代的体系结构和配置来实施期望的特征。事实上，对于本领域技术人员来说，如何实施可替换功能、逻辑或物理分区以及配置以实施本发明的期望特征是显而易见的。同样，除了本文所述的那些之外，多个不同的结构模块名称可以被应用到各个分区。此外，关于流程图、操作描述以及方法权利要求，本文展示步骤的顺序不应要求按照相同的顺序来实施各个实施例以实现所述的功能，除非本文另有规定。
尽管根据各个示例实施例和实施方式在上文描述了本发明，但是应该理解的是，在一个或多个个别实施例中所描述的各个特征、方面以及功能不局限于对它们进行描述所用的特定实施例的适用性，而是相反它们可以被(独自地或以各种组合)应用于本发明的一个或多个其他实施例，不管这种实施例是否被描述并且也不管这种特征是否被展示为所描述实施例的一部分。因此，本发明的宽度和范围不应受限于任一上述示例实施例。
在该文件中使用的术语和短语以及其变体，除非另外明确指出，否则应被解释为是可扩充的，而不是限制性的。如前述的示例：术语“包含”应该被解读为“包含，但不限于”或类似表述的含义；术语“示例”被用于提供所论述的物品的示例实例，不是其穷尽性或限制性的列表；术语“一”或“一个”应被解读为“至少一个”、“一个或多个”或类似表述的含义；并且诸如“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”等形容词和类似含义的术语不应该被解释为将所描述的物品限制到给定的时间段或限制到给定时间可用的物品，而是相反地应该被解读为涵盖现在或在将来任何时间可用或已知的常规的、传统的、正常的或标准的技术。同样，当该文件提及对于本领域技术人员来说显而易见或已知的技术时，此类技术涵盖了现在或在将来任何时间对本领域技术人员来说显而易见或已知的那些技术。
用连词“和”关联的一组物品不应被解读为要求这些物品中的每个且所有物品都存在于该组中，而是应被解读为“和/或”，除非另外明确指出。类似地，用连词“或”关联的一组物品不应该被解读为要求在该组中互相排斥，而是应该被解读为“和/或”，除非另外明确地指出。而且，尽管本发明中的物品、元件或组件可能用单数形式描述或声明，但是可以认为复数形式也在本文的范围内，除非明确陈述了对单数形式的限制。
宽泛的词语和短语如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似术语在一些实例中的存在不应被解读为意味着在可能缺乏这种宽泛术语的实例中预期或要求较窄的情况。术语“模块”的使用不暗示被描述或声明为模块的一部分的组件或功能都被配置在共同封装件内。实际上，模块中各个组件中的任一个或所有组件(无论是控制逻辑还是其他组件)都可以被组合在单个封装件内或分开地维持并且可以进一步横跨多个位置分布。
此外，本文提出的各个实施例用示例方框图、流程图和其他图示来描述。在阅读该文件之后对本领域技术人员来说显而易见的是，所图示说明的实施例和它们的各种替换例可以被实施而不局限于所图示说明的示例。例如，方框图和它们的附属描述不应被解释为要求特定的体系结构或配置。

Claims (19)

1.一种用于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机的点火器系统，所述汽缸包含每个汽缸至少一个点火器，所述点火器系统包括：
燃烧室，其通过受限直径孔连接到所述发动机的主汽缸，其中稀燃燃料混合物通过所述发动机的所述正常压缩冲程被引入所述燃烧室内；
氢气阀，其将富氢气体喷射到所述燃烧室内以形成氢气和空气的混合物，所述混合物具有高于所述燃烧室内的氢气和空气的化学计量比的氢气浓度；以及
火花点火源，其将未燃烧热氢气喷射到所述主汽缸内以便启动点火。
2.根据权利要求1所述的点火器系统，其中所述氢气阀在上止点之前将所述富氢气体喷射到所述燃烧室内。
3.根据权利要求1所述的点火器系统，其中所述火花点火源在上止点之前、上止点处或上止点之后点燃所述混合物。
4.根据权利要求1所述的点火器系统，其中产生的燃烧事件将过量的未燃烧热氢气排入所述主汽缸内，由此启动汽缸点火。
5.根据权利要求1所述的点火器系统，其中所述燃烧室的内孔和所述点火器管的所述内孔被配置为使得所述燃烧室内的爆炸事件导致氢气以相对于所述主汽缸内的局部音速的超音速速度喷射到所述主汽缸内。
6.根据权利要求1所述的点火器系统，其中所述受限直径孔包含相对于所述燃烧室的内孔的有效直径的直径。
7.根据权利要求1所述的点火器系统，其中所述受限直径孔包含双锥形物。
8.根据权利要求1所述的点火器系统，其中所述氢气阀在所述火花点火源的点燃期间被关闭。
9.一种用于具有一个或多个汽缸的往复式活塞内燃发动机的点火器系统，所述汽缸包含每个汽缸至少一个点火器，所述点火器系统包括：
点火器管，其具有内孔，所述内孔具有受限的直径；
燃烧室，其通过所述点火器管连接到所述发动机的主汽缸，其中空气通过所述发动机的正常压缩冲程被引入所述燃烧室内；
氢气阀，其将富氢气体喷射到所述燃烧室内以形成氢气和空气的混合物；以及
火花点火源，其在上止点之前、上止点处或上止点之后点燃所述混合物。
10.根据权利要求8所述的点火器系统，其中所述点火器管包含相对于所述燃烧室的有效直径的减小直径孔。
11.根据权利要求9所述的点火器系统，其中稀燃燃料混合物也通过所述发动机的所述正常压缩冲程被引入所述燃烧室内。
12.根据权利要求10所述的点火器系统，其中所述氢气阀在上止点之前将所述富氢气体喷射到所述燃烧室内。
13.根据权利要求11所述的点火器系统，其中所述燃烧室内的氢气/空气比高于在压力和温度的局部条件下的化学计量氢气/空气比。
14.根据权利要求8所述的点火器系统，其中所述火花点火源在上止点之前、上止点处或上止点之后点燃所述混合物。
15.根据权利要求13所述的点火器系统，其中产生的燃烧事件将过量的未燃烧热氢气排入所述主汽缸内，由此启动汽缸点火。
16.根据权利要求8所述的点火器系统，其中所述燃烧室的内孔和所述点火器管的所述内孔被配置为使得所述燃烧室内的爆炸事件导致氢气以相对于所述主汽缸内的局部音速的超音速速度喷射到所述主汽缸内。
17.根据权利要求8所述的点火器系统，其中所述受限直径孔包含相对于所述燃烧室的内孔的有效直径的直径。
18.根据权利要求8所述的点火器系统，其中所述受限直径孔包含双锥形物。
19.根据权利要求8所述的点火器系统，其中所述氢气阀在所述火花点火源的点燃期间被关闭。
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