CN1233314A - 电磁辐射点火 - Google Patents

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Abstract

一种点火系统(1),它包括向燃烧室(2)中喷入燃料(10)的燃料雾化装置(6)。一个电磁辐射发生器(8)和发射电磁辐射(11)的发射器(12)相连。电磁辐射(11)照射燃料(10),使燃料(10)电离并燃烧。可在燃烧室中形成一个磁场,以增强燃烧室中燃料的原子电离。

Description

电磁辐射点火
本发明涉及一种点火系统。技术领域
本发明的点火系统可用于任何适于为工具及其它设备或者其它目的或活动提供驱动力的发动机。
背景技术
现代内燃机利用早期蒸汽机的基本组成部分，例如曲轴、活塞、燃烧室、汽缸盖及发动机本体。与早期的主要区别在于，利用矿物烃类燃料或液化天然气代替蒸汽作为能源。过去对内燃机的改进，导致多汽缸及具有非常先进组件的更为小型发动机的出现。
由于可得到烃类燃料及其它形式的能量，例如液化天然气及甲醇，因此现代车辆发动机不使用蒸汽能量。烃类燃料广泛应用于当代的汽车、卡车、拖拉机、发电机、摩托车、喷气发动机及其它应用中，并已被证明是比蒸汽更为有效、更经济的能源。
使用蒸汽作为能源，需要加热大量的水来产生动能。用锅炉把水加热成蒸汽要用大量木柴或煤。
使用蒸汽发动机的一个缺点是需要大量的水，特别需要在车辆上，即传统的蒸汽机车上携带大量的水。另外，需要存储及携带大量的煤或木柴，以便提供热能把水转变成蒸汽。蒸汽发动机非常可靠，但是维护及操作工作肮脏。为了产生蒸汽，需要不断地给锅炉加添燃料以产生热。此外，由于现代汽车不能容纳在老式蒸汽发动机中所使用的传统燃料，因此，蒸汽发动机不能用在现代汽车中。
使用木柴及煤之类燃料的另一个缺点是再补给燃料时，距合适的煤矿及木柴贮藏地的距离通常较远。此外，另一个缺点是锅炉易于因火花或过热而引起失火。还有一个缺点是蒸汽发动机锅炉要排出烟，需要使用那些不能用在现代车辆中的烟囱或烟筒。
正是由于上述原因，人们认为蒸汽发动机效率低、笨重、操作维护不方便。
从遍及全球的加油站给汽车供给矿物燃料，要比在蒸汽机机车上装载几吨重的木柴或煤更为容易。使用烃类燃料或液化天然气的车辆通常更为可靠，更易于操作及维护。
经过发明首批使用石油及煤油混合物的烃类发动机(现称为狄塞尔柴油机)的Daimler,Otto及Benz的工作，出现了使用矿物燃料的现代车辆发动机。这种烃类混合燃料，当和贫氧混合物一起在最小压缩比为12∶1的情况下被压缩时，这种燃料在没有火花塞的情况下，在燃烧室内自行爆燃。压缩比低于12∶1时，柴油和氧的混合物不会自行爆燃，燃烧室内不会发生燃烧。为了便于爆燃，并使马力值及转矩最大，通常柴油机在高达34∶1的压缩比下工作。柴油机仍然是运输及其它工业应用中最为有效的发动机之一，并且不依赖于引燃的电点火源。
石油的其它轻型混合物，例如加铅汽油，及近几年的无铅汽油的出现促进了汽车工业。汽油发动机广泛应用于运输以及其它工业和娱乐用途。Bosch电点火系统的发明使汽油发动机的出现成为可能。
因此，现代的汽车点火系统通常包括来自12伏直流铅-酸电池的电输入电流，线圈，电容器，装有的铜电极的转子和一组尖端断电器。转子和尖端断电器包容在配电器组件中，配电器组件在配电器盖下被良好绝缘。被绝缘的高压电导线从配电器组件引出，连接到通常由金属和陶瓷材料制成的火花塞。陶瓷芯对整个陶瓷芯内部并进入火花塞基座中的铜芯或金属芯进行电绝缘。火花塞基座有一个拧入发动机气缸头的带螺纹的金属短轴。火花塞通常具有一个约0.6～1.5毫米宽的空气隙，以便当高电压经过高压电导线传到火花塞电极时，在燃烧室内跨越空气隙产生火花。配电器组件和凸轮轴连接，为电子点火系统提供计时。
常规的火花塞通常具有一个位于电极和金属基座之间的空气隙，或者具有产生多个火花的多个空气隙。某些常规的火花塞的电极上，没有构成空气隙的金属条。这些火花塞是依赖于火花塞的金属基座上电极产生的高电压火花，金属基座通过发动机气缸头接地。
除柴油机之外，所有的汽油发动机都使用电点火系统。高电压电流被传给火花塞。燃烧室内含有贫燃料空气混合物。当活塞接近、或者位于上死点时，贫燃料空气混合物处于高压下。这时火花塞点燃贫燃料空气混合物。电点火系统中的直流电压通常为30,000～40,000伏。但是，一些生产商供应的电点火系统中的直流电压值超过这些值，例如高达70,000伏，或者低于这些值，例如低到20,000伏。
使用常规的点火系统及常规火花塞的一个缺点是高电压会很快损坏火花塞。因此需要频繁地更换火花塞。
此外，常规火花塞的另一个缺点是随着燃烧的和未燃烧的矿物燃料造成碳沉积的加厚，火花塞常常被堵塞。当碳沉积物在火花塞上积累时，由于碳电导率的缘故，电火花受到影响。有时甚至不能产生火花，从而不会接着产生正常的燃烧。这就意味着需要将未燃烧的矿物燃料从发动机排气系统排出，这样，便会造成环境污染。
通常，火花塞的不正常放电使发动机不空转，运转不平稳。若对火花塞不做适时恰当的维护，由于碳的积累和一种被称为发动机上釉的现象，会使内燃机逐步损坏。另外，燃料效率降低，汽车变得缓慢，导致速度及功率性能的损失。
使用矿物燃料及液体天然气作能源的最大缺点可能是使现代汽车发动机效率很低。现代汽车汽油发动机的效率只有30～40％，进入燃烧室内的大多数燃料不能完全燃烧，转化为热或能量。未燃烧的燃料经排气系统从发动机燃烧室被排入大气，从而造成空气污染。
使用矿物烃类燃料及天然气作为能源的另一个缺点是它们价格高，随着地球石油资源的减少，它们的价格持续逐步升高。矿物燃料的供应储备有限，随着石油储备不断消耗，价格将会上涨。
此外，矿物燃料的使用加剧了地球的空气污染，世界上的许多环境保护组织越来越关注臭氧层及温室效应。由政府提高矿物燃料的进口关税，对矿物燃料征税，和对消费者提高矿物燃料的价格，有助于减少燃料消耗。
显然，需要一种价格便宜，并且容易再补充的清洁能源。或者通过制造代用的运输工具或制造效率更高的发动机作为动力工具，或许可以实现所期望的效果。
本发明的概要
本发明的第一个内容是，提供了一种点火系统，它包括向燃烧室喷入燃料的燃料雾化装置，电磁辐射发生器以及和电磁辐射发生器连接的发射器，其中，由所述的电磁辐射发生器产生的电磁辐射照射燃料，使燃料加热、电离并燃烧。
本发明的第二个内容是，提供了一种点火方法，它包括向燃烧室中喷入燃料，产生电磁辐射，以及用产生的电磁辐射照射喷入的燃料，使燃料电离并燃烧。
电磁辐射最好和燃料的共振频率匹配。
最好在燃烧室内形成一个磁场，以便增强燃料的原子电离和选定原子的原子核磁化。这样，将增强燃料原子的离解。
这个磁场可在燃烧室附近设置一个或多个磁体形成。例如，可以在燃烧室的壳体，气缸头上提供一个或多个磁体，形成一个磁场。磁体可以放在燃烧室里面，也可以放在燃烧室外面。如果磁体放在燃烧室内，则磁体应能够承受燃烧过程中燃烧室内产生的高温高压。磁体是可拆卸地，例如通过螺钉，保持在气缸头中。
在气缸头(限制燃烧室)内的燃烧室中往复运动的活塞也可安装一个或多个磁体。可在活塞上配备磁体来替代在气缸头中设置的磁体，或者除了在气缸头中设置磁体外，再在活塞上配备磁体。
在活塞及气缸头上均配置磁体的构造中，在活塞的上冲程中及在上死点附近，活塞及气缸头上的磁体的两个相同的极互相排斥，进一步促进了燃烧室中燃料的电离。
发射器最好设有一个内置式磁体，以便在发射器附近及燃烧室内诱发磁通量密度，从而增强燃料原子电离和原子的原子核磁化。不过，也可使用没有磁性部件的发射器。
磁体可以是任何适合类型的磁体，包括陶瓷磁体、稀土磁体和直流电流磁体。
本发明的点火系统及方法中使用磁体，可使燃料的磁性原子共振，从而增强了燃烧过程。
所产生的磁场的磁通量密度约为0.05～2.0泰斯拉。
最好使用陶瓷磁体，这是因为陶瓷磁体通常对热具有很好的吸收，并且不容易失去它们的磁通量密度能力。
电磁辐射发生器产生的电磁辐射频率的对应波长，最好可被容纳在燃烧室的尺寸内。
最好是，电磁辐射发生器能产生加热和电离燃料的共振磁性频率电磁辐射。
电磁辐射发生器最好产生具有脉冲波形或连续波形的电磁辐射。
电磁辐射发生器最好产生频率为100MHz～100GHz的电磁辐射。
电磁辐射发生器产生的电磁辐射的最佳频率是1420MHz，只要燃烧室的尺寸能够容纳这种频率的电磁辐射的波长。
电磁辐射发生器可以是产生微波辐射的微波发生器，例如磁控管或速调管。
电磁辐射发生器的能量输出最好约为200～10,000瓦。不过，也可使用较低或较高能量输出的电磁辐射发生器。
采用的频率最好和燃烧室的尺寸匹配，以便确保这些频率的对应波长能够和燃烧室大小相适应，而不会在燃烧室内形成驻波。
本发明的点火系统和方法中使用的燃料可以是能够由电磁辐射电离并点燃的任何物质。
本发明的点火系统和方法中，包括使用水作为燃料、使用常规的烃类燃料、乙醇、可燃气体、其它富氢化合物以及它们的任何组合物作为燃料。这些燃料可包括增强燃烧的添加物。添加物可包括糖、环己氨基磺酸钙、可燃气体及化学添加物。用水作燃料时，除了上面列举的以外，添加物还可包括烃类燃料或乙酸衍生物。
燃料雾化装置以雾滴的形式喷射燃料，燃料雾滴便于快速热吸收，并且能够使燃料在呼吸、压缩以及点火循环中完全充满燃烧室。一般来说，喷射燃料雾滴的平均直径最高约为1,000微米，但是直径大一点的也可以用。不过较好的是燃料雾滴平均直径最高约为100微米。最好是燃料雾滴的平均直径为1～5微米。
燃料最好在高压下从燃料雾化装置中喷射出。这发生在呼吸循环过程中。
以平均直径较小的雾滴形式喷射燃料意味着雾滴的表面积与体积比较大，从而增强对电磁辐射的吸收，使燃料快速加热和膨胀。
可使用喷射泵系统来提供高压，燃料在高压下喷射。或者使用泵来实现这一目的。可在从燃料储箱通向燃料雾化喷嘴的燃料输送管中设置喷射泵系统或泵。较方便的做法是可在刚好位于燃料进入燃料雾化装置前的气缸头外部设置喷射泵系统或泵。燃料在约为50～250巴的压强下喷射。
电磁辐射发生器可直接和发射器连接。另外，电磁辐射发生器也可通过波导器件(例如：一个或多个绝缘或屏蔽同轴电缆，屏蔽的光纤电缆或其它波导管)之类的连接装置和发射器连接。
电磁辐射由发射器直接射入燃烧室中，燃料由燃料雾化装置直接喷入燃烧室中。
另一方面，可以设置预燃烧室，发射器把电磁辐射发射入预燃烧室中，燃料雾化装置把燃料喷入预燃烧室内，使燃料在预燃烧室中被电离及磁化。可按照在燃烧室内产生磁场的类似方法，在预燃烧室中产生一个磁场。为此，至少在预燃烧室内安装一个磁体，以形成磁场。预燃烧室和燃烧室连通，这样，电磁辐射及燃料能够从预燃烧室进入燃烧室。
电磁辐射发生器产生的电磁辐射，最好由发射器在点火系统燃烧循环的预置时间以短促脉冲的形式发射。
最好提供计时装置，并使之产生矩形选通脉冲，使发射器在预置时间发射电磁辐射。在燃烧室内设有一个往复式活塞，预置时间对应于往复式活塞的预定位置。燃烧室内燃料的燃烧使往复式活塞移动，并按照通常的方式使发动机曲轴旋转。但是，在其它类型的发动机中，活塞由类似的组件代替。例如在转缸式发动机中，使用转子代替往复式活塞。
最好设置计时装置，使发射器在往复式活塞到达上死点之前，例如上死点之前约18°开始，直到往复式活塞完成下冲程之前或之时，发射电磁辐射，从而增强燃料在燃烧室内的加热及基本完全电离。这样，发射器在往复式活塞到达上死点之前，到往复式活塞通过上死点后，完成活塞下冲程之前或之时的中间时发射电磁辐射。
为了在内燃机的呼吸循环中吸入空气，设有进气装置。同样，为了从燃烧室排出燃烧产物，设置了排气装置。进气装置最好包括一个用于吸入空气的单向阀。
最好安装一个减压装置，以便当燃烧室内的压强超过预定的水平时，启动减压装置，避免燃烧室内过量增压。
在燃烧室中设置有往复式活塞的情况下，往复式活塞最好至少具有一个凹腔，以便增强电磁辐射沿不同方向反射离开活塞。在不采用往复式活塞的其它类型发动机中，可以在类似于往复式活塞的组件上设置凹腔。
最好是，燃料雾化装置喷射的燃料穿过磁场。为了使选定的原子，例如氢和氧，在某些频率下核磁共振，这样的安排是必要的。
最好把燃料雾化装置和发射器布置成彼此偏斜相对。更好的是使燃料雾化装置和发射器彼此偏斜约90°。这样，将确保原子光谱(或燃料原子)将受到拉莫(Larmor)旋进。核磁共振将引起原子(例如氢)的精细结构，这是由原子的原子核自旋之间的耦合引起的线状分离，它增强了用于燃烧的原子的离解。
最好好安装加热塞，以便为燃料提供附加热。
电磁辐射发生器的初始启动能量由外部电源，例如同汽车使用的常规点火系统中类似的电池提供。电压可利用倍压器及三倍器升压。初始启动后，由交流发电机按照和汽车中使用的常规点火系统中的交流发电机的操作相类似的方式，为电磁辐射发生器提供进一步的能量输入。
除了用在新制造的发动机中之外，本发明的点火系统还可作为一种改进系统装在现有发动机中。因此，现有发动机的现有进气歧管及进气阀适用于本发明的点火系统。另一方面，燃料雾化装置可以直接安装在现有发动机的发动机气缸头中，从而也就不需要设有常规内燃机中的常规空气-燃料入口，例如汽化器。
本发明的点火系统可应用于各种内燃机，不论是活塞式还是非活塞式发动机中，例如转缸式发动机、涡轮机、其它推力发动机及火箭推进系统。
附图的简要说明
以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
图1为根据本发明的一个内容的点火系统的第一实施例示意图；
图2为根据本发明的一个内容的点火系统的第二实施例示意图；
图3为与电磁发生器连接的发射器的一个实施例示意图；
图4为图1和图2中所示实施例的活塞示意图。
实现本发明的最佳方式
图1示出了根据本发明的一个内容的点火系统1，该点火系统1和具有往复式活塞4的发动机燃烧室2一起使用。燃烧室2自身构成发动机(图中未示出)的一部分。
点火系统1包括一个燃料雾化喷嘴6和一个电磁辐射发生器8。燃料雾化喷嘴6喷射燃料10。燃料10被引入燃烧室2中。电磁辐射发生器8产生的电磁辐射可由发射器12发射出去，辐射燃料10。
燃料雾化喷嘴6把燃料10喷入燃烧室2中。发射器12能够把电磁辐射11射入燃烧室2中。
磁体18被固定在容纳燃烧室2的汽缸头20上。磁体18被配置成使燃料雾化喷嘴6喷出的燃料10通过磁体18形成磁场。
磁体18可以是磁通量密度约为0.6-2.0泰斯拉的稀土永磁体。但是也可使用其它磁通量密度。
燃料10通过燃料输送管22，从燃料箱(图中未示出)送到燃料雾化喷嘴6。
燃料10在高压下通过喷射泵系统21被泵送。喷射泵系统21类似于柴油机的喷射系统。应当明白，喷射泵系统21可以是常规类型的。燃料雾化喷嘴6可构成喷射泵系统21的一部分。
为了在燃料10燃烧过程中，控制需要的能量值，计量高压下通过喷射泵系统21引入燃烧室2的燃料10，是很重要的。所需要的燃料10的体积由发动机燃烧室2的大小及要求的马力(千瓦)功率值确定。要使用点火系统1的发动机输出加速，或提高速度，可用常规的汽油或柴油机所用的类似方法，通过燃料雾化喷嘴6向燃烧室2中增加燃料10。
燃料10以细雾或雾翳状从燃料雾化喷嘴6喷出。一般地说，雾滴越细微，则燃料10的爆燃越好，燃烧效率更高。
燃料雾化喷嘴6的输出口很小，能够向燃烧室2中喷入非常少量的液滴尺寸较小的燃料雾。若喷入过量的燃料雾会导致剧烈的爆燃，会对发动机部件产生不可恢复的损害。燃料雾或雾滴的平均直径一般情况下可以达到1,000微米或更大。
较好的是燃料雾或雾滴的平均直径达到100微米。
最好，燃料雾或雾滴的平均直径为1-5微米。
燃料雾或雾滴的尺寸小，便于实现化学计量混合物，快速热吸收，并且能够在发动机呼吸、压缩及点火循环中实现燃烧室2的完全饱和。
在发动机上使用喷射泵系统不可行或不可能的情况下，可以使用小型的直流电驱动高压低容量液流泵，能获得满意的结果。
燃料雾化喷嘴6可用钢或其它金属，包括合金和非合金金属制成，只要这些金属能够承受在邻近燃烧室2的位置中产生的热和压力。
发射器12直接和电磁辐射发生器8连接。
另一种做法是，发射器12可通过一条高压绝缘电缆和电磁辐射发生器8连接，这种绝缘电缆可以是同轴电缆或光纤电缆。在图3中示出了这种备选方案。
最好是，在电磁辐射发生器8和燃烧室2非常接近的情况下，使用高压绝缘电缆23，因为电磁辐射发生器8和燃烧室2紧邻，会使电磁辐射发生器8过度地受到从燃烧室2发出来的热辐射。这种过量的热辐射，可能对电磁辐射发生器8的性能造成不利的影响。这种高压绝缘电缆23可以是同轴电缆或光纤电缆，并且和金属外套25良好绝缘，以防止电磁辐射从中逸出。从电磁辐射发生器8接到发射器12的电缆23的连接点，也被牢固固定并绝缘，以防止电磁辐射泄漏。电缆23和发射器12之间的连接点也由帽罩25绝缘。
图3中所示的发射器12具有类似于常规火花塞的结构。它具有陶瓷芯绝缘体27，带螺纹的短轴29及(六角形)螺母31。发射器12还具有用于和电缆23连接，发射电磁辐射11的电极33。在发射器12有一个由轴套39(见图3)所表示的内置式磁体的情况下，磁体39产生的磁场在图3中以41标示。另一种做法是，轴套39也可以是非磁性的，这种情况下，它是金属绝缘体。
发射器12也可使用其它的各种具体方案。
为了防止干扰，电磁辐射发生器8被绝缘。例如，当电磁辐射发生器8被用作产生微波的磁控电子管时，需要对它进行绝缘，防止无线电干扰。
燃料雾化喷嘴6和发射器12彼此偏斜相对安装。如图1所示，它们之间的偏斜角约为90度。
为了在点火系统1的呼吸循环中吸入空气，装有一个进气阀24。进气阀24使空气进入用于化学计量混合物及燃料10燃烧的燃烧室2中。进气阀24可以是一种吸入空气的单向阀。
装有一个从燃烧室2排出燃烧产物的排气阀26。
另外，还装有一个减压阀(图中未示出)，当燃烧室2中的内部压强超过选定水平时，开动减压阀，避免燃烧室2中过高加压。
电磁辐射发生器8和电子计时器28连接。电子计时器28使用矩形选通脉冲代替衰减正弦波，从而，在燃烧室2中的活塞4的预定位置上，精确地调整进入燃烧室2的电磁辐射的短促脉冲。
最好设定电子计时器28，使得发射器12从活塞4到达上死点之前约18°开始，到活塞4完成下冲程之前或完成下冲程时发射电磁辐射11，从而增强加热，并且，充分完成燃料10在燃烧室2中的电离及燃烧。
飞轮30固定在远离活塞4的活塞臂32的端部。导线45连接在飞轮30和电子计时器28之间。这样，使得适当的信号能够从飞轮30送到电子计时器28，从而，控制电磁辐射发生器8产生的、并由发射器12发射的电磁辐射11的短促脉冲的持续时间。
在活塞4限定燃烧室2的表面上设有凹腔34。凹腔34增强了电磁辐射11从活塞4向不同方向的反射。
活塞4具有一系列密封燃烧室2内壁38的活塞环36。
动力源46向电磁辐射发生器8提供初始启动能量输入。
另外，还设有交流发电机37，以便在初始启动后，交流发电机37能够为电磁辐射发生器8的运转提供电力。
图2所示为本发明的第二实施例点火系统100。除了电磁辐射发生器8，发射器12及燃料雾化喷嘴6的布置，及提供了预燃烧室50之外，点火系统100的其余部分均与点火系统1相同。因此，在下面对第二实施例点火系统100的说明中，仍用在第一实施例点火系统1中使用的附图标示符号。由于这些部件相同，也按照相同的方式操作。
预燃烧室50与燃烧室2连通。
发射器12向预燃烧室50中发射电磁辐射发生器8产生的电磁辐射11。另外，燃料雾化喷嘴6把燃料10喷入预燃烧室50中。为了在预燃烧室50中产生磁场，装有磁体52。
燃料在预燃烧室中被电离，并被磁化，并从预燃烧室50经过连通口54进入燃烧室2。
在其它方面，点火系统100与点火系统1相同。
尽管不想束缚于任何关于点火系统操作及本发明方法的特定理论，下面仍将说明点火系统1和100的操作方式，包括点火系统1和100操作的基础理论。下面的说明还包括在燃料为水的情况下，对点火系统1和100的操作的具体说明。
开始，用动力源46启动电磁辐射发生器8。然后，由交流发电机37提供电力。在装有点火系统1或100的发动机的呼吸循环过程中，燃料10在高压下以细雾或雾滴的形式被喷入燃烧室2或预燃烧室50中。燃料雾滴的大的表面积/体积比增强了化学计量混合和对发射器12发射的电磁辐射的吸收，使燃料10快速加热和膨胀。在燃料为水的情况下，这种快速加热和膨胀形成高于水汽化临界点的超过热蒸汽。
在呼吸循环中，空气通过入气阀24进入燃烧室2。当加热时，空气中的惰性气体可提供弹性。
电磁辐射10(应为11-译注)由发射器12以短促脉冲的形式发射，借助从飞轮30传给计时器28的信号调整短促脉冲，使其和活塞4及飞轮30的运动同步，计时器28随后控制电磁辐射发生器8的运作。最好是，发射器12刚好在活塞4到达上死点之前，例如上死点之前18°时发射电磁辐射11，并且，持续到活塞4完成下冲程之前或完成下冲程时，从而完成电离、加热及燃烧循环。
使燃料雾化喷嘴6的操作和电磁辐射发生器8及发射器12的操作同步，以便在发射器12发射电磁辐射11的同时，向燃烧室2或预燃烧室50中喷入燃料10。
发射器12发射的电磁辐射11不能够穿透或者逸出燃烧室2或预燃烧室50的室壁，被封闭在室内，导致在燃烧室2或预燃烧室50中产生强烈的电弧放电现象，另外还引起极强的照明。夹杂的燃料雾状分子吸收从燃烧室2或预燃烧室50内被持续四处反射的电磁辐射11的能量。
压缩冲程中，电磁辐射使燃料10加热、电离和核磁共振。这将导致细小的雾状燃料颗粒快速分解，并分离为燃料10的组成原子。在燃料为水的情况下，水被分解为水分子的两个氢原子及一个氧原子。这将在水滴被磁化，饱和电磁辐射11产生的能量，并且在100℃(水的沸点)以上不能够吸收足够的热之后发生的。由于燃烧室内由位于或接近上死点的活塞4引起的压力差别的增大，水将在沸点100℃以上继续吸收额外的热量。但是，在有电磁辐射11的情况下，水蒸汽将变成超过热水蒸汽，并且借助拉莫(Larmor)旋进运动离解成氢原子和氧原子。
在燃料为水的情况下，离解的氧原子将为氢原子提供用于燃烧的氧。但是，入气阀24也将为化学计量燃烧过程引入空气，从而，向燃烧室2或预燃烧室50中引入惰性气体。
燃烧室2中的磁场(由点火系统1中的磁体18，和点火系统100中的磁体52产生的)增强了燃料10的原子核磁化及燃烧。由于旋磁运动，以及在相应频率下原子旋进和原子弛豫的电磁辐射引起的扰动而产生的燃料原子同位素，将使高自旋温度原子在燃烧过程中放出它们获得的内能。
发射器12在如前所述范围内发射的电磁辐射11，包括氢及燃料中的其它原子，例如氧的共振频率。不论燃料是水、烃类燃料、乙醇或者其它富氢物质，例如糖，情况都是这样。
在燃料为水的情况下，共振频率最好为1420MHz，该频率对应于氢的核磁共振频率。在1420MHz下，通过核磁共振，氢原子被激发，将打破它们的价键，并和水分子中的那个氧原子分离。
不同的原子在不同的频率下共振，因此，其它频率也可用作共振频率。磁场强度也会影响使原子核磁化和原子共振的频率。
这样，在存在磁场(如前所述)的情况下，燃烧室2或预燃烧室50中燃料10的原子电离和原子核磁化，使燃料10在活塞4的压缩冲程中过热、电离、离解和燃烧，引起爆炸迫使活塞4向下运动(如图1和2中所示)，并使发动机曲轴43旋转。发射器12在活塞4的整个下冲程中，或者在其部分下冲程中，持续发射电磁辐射11，增强了燃料10的加热、完全电离和燃烧。发射器12只在活塞4的部分下冲程中发射电磁辐射11，为燃料原子提供了在排气循环开始之前放出它们获得的内能的机会。
当活塞从其下冲程的端部向上返回到上死点时，再重复上述循环。
在活塞4再次到达其上冲程位置之前，最后的排放物已通过排气阀26排出，在上冲程位置上，发射器12发射电磁辐射11，燃料雾化喷嘴6喷入燃料10，燃烧循环再次开始。
在燃料10为水的情况下，排放物主要是蒸汽和压力(以及由水的任何添加物引起的任何排放物)。这样，排放物将非常干净，不存在常规烃类燃料产生的通常含量的有毒烃类副产物。
通过进气阀24吸入燃烧室2的空气具有两个主要效果。首先，空气中的氧将为燃料的燃烧过程提供化学计量燃料-空气混合物。其次，在呼吸循环中，吸入燃烧室2中的诸如氮、氩之类的惰性气体(为空气的一部分)而不燃烧，但是，当惰性气体受热时将发生膨胀，有助于为向下驱动活塞4提供弹力。关于这一点，在使用矿物燃料或液化气燃料时，这些气体在本发明的点火系统1和100中起着同样的作用。
通常，汽油燃烧的化学计量比为14～16份空气比1份汽油。在本发明中使用水作为燃料的情况下，氢燃烧的化学计量比为8份氧比1份氢。
在使用水作为燃料的情况下，水可以是淡水、蒸馏水、过滤后的盐水、过滤后的半咸水、过滤后的再处理或过滤后的再循环废水，但是，并不限于上面例举的类型。
使用共振频率电磁辐射，尤其是在有磁场的情况下使用共振频率电磁辐射，使得燃料中的氢原子获得高的自旋温度，产生共振而与燃料中的其它原子分离。
工业应用性
本发明的点火系统和常规的点火系统相比具有许多优点。下面将说明其中的部分优点。
不论燃料是水、烃类、乙醇、可燃气体还是富氢化合物，本发明的点火系统都能使燃料更有效地燃烧。本发明的点火系统的许多应用均可减少使用烃类作为燃料时所产生的有毒排放物的数量。
用水作燃料还具有其它优点。例如，排出物中不会含有有毒成分(除了可能由加入水燃料中的少量添加物引起的有毒成分之外)。用水作燃料时，排出成分是蒸汽和压力。蒸汽是在当发射器停止发射电磁辐射时，氢原子和氧原子重新结合形成水时产生的。这发生在活塞的上冲程过程中。排出的蒸汽可收集、冷凝(用一个冷凝器)，并返回燃料箱中，供点火系统再使用。这样，就不需要给点火系统输送大量燃料储备。另外，由于水在室温下不会燃烧，因此，使用水作为燃料比使用烃类安全。由于车辆、飞机及船舶可携带显著减少的燃料储备，因此这些优点特别适合于运输、航空及航海业。此外，常规车辆、飞机及船舶中使用烃类燃料，在碰撞及其它事故中存在燃料爆炸及起火的危险。使用水作为燃料，则可消除这些潜在的危险。
使用水作为燃料带来的其它优点包括消除燃烧室中的碳沉积。这样，发动机寿命更长，服务寿命更长。
本发明的点火系统的其它优点对本领域技术人员来说是显而易见的。
对本领域技术人员来说，显而易见的修改及变更均在本发明权利保护范围之内。

Claims (76)

1．一种点火系统，其特征在于：它包括向燃烧室喷入燃料的燃料雾化装置，电磁辐射发生器以及和电磁辐射发生器连接的发射器，其中，所述的电磁辐射发生器产生的电磁辐射由所述的发射器发射，并照射所述的燃料，使所述的燃料加热、电离并燃烧。
2．根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于：有一个或多个磁场，以增强原子电离，并使所述燃料的选定原子的原子核磁化。
3．根据权利要求2所述的点火系统，其特征在于：在所述的燃烧室壳体上至少装有一个磁体，以产生所述的磁场。
4．根据权利要求2或3所述的点火系统，其特征在于：在所述的燃烧室中设置的活塞头上至少装有一个磁体。
5．根据权利要求2至4中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的发射器至少装有一个磁体。
6．根据权利要求3至5中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的磁体是陶瓷磁体。
7．根据权利要求3至6中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的磁体是稀土磁体。
8．根据权利要求3至7中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的磁体是直流电流磁体。
9．根据权利要求3至8中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的磁场产生约为0.05～2.0泰斯拉的磁通量密度。
10．根据权利要求1至9中所述的任何一种点火系统，其特征在于；所述的电磁辐射发生器，产生使所述的燃烧室中的所述燃料电离的共振频率电磁辐射。
11．根据权利要求1至10中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器产生加热和电离所述燃料的共振磁性频率电磁辐射。
12．根据权利要求1至11中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器产生频率约为100MHz～100GHz的电磁辐射。
13．根据权利要求12所述的点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射具有约为1420MHz的频率。
14．根据权利要求1至13中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器的能量输出约为200～10,000瓦。
15．根据权利要求1至14中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器有一个磁控管或速调管。
16．根据权利要求1至15中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器直接和所述的发射器连接。
17．根据权利要求1至16中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的发射器通过波导器件和所述的电磁辐射发生器连接。
18．根据权利要求1至17中所述的任何一种点火系统，其特征在于：由所述的电磁辐射发生器产生的所述的电磁辐射，是由所述的发射器在点火系统燃烧循环的预设时间以短促脉冲的形式发射。
19．根据权利要求18所述的点火系统，其特征在于：装有计时装置，并使其产生矩形选通脉冲，从而使所述的发射器在所述的预设时间发射所述的电磁辐射。
20．根据权利要求18或19所述的点火系统，其特征在于：在所述的燃烧室内装有一个往复式活塞，以及对应于所述的往复式活塞的预定位置设定的预设时间。
21．根据权利要求20所述的点火系统，其特征在于：所述的计时装置的安置，使所述的发射器从所述的往复式活塞到达上死点之前约18°，到达所述的往复式活塞完成下冲程之前或之时，发射所述的电磁辐射，从而增强所述的燃料在所述燃烧室内的基本完全电离。
22．根据权利要求1至21中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的发射器直接向所述的燃烧室中发射所述的电磁辐射，所述的燃料雾化装置直接向所述的燃烧室中喷入所述燃料。
23．根据权利要求1至21中所述的任何一种点火系统，其特征在于：装有预燃烧室，所述的发射器把所述的电磁辐射射入所述的预燃烧室中，所述的燃料雾化装置把所述的燃料喷入所述的预燃烧室内，使所述的燃料在所述的预燃烧室中被加热和电离。
24．根据权利要求23所述的点火系统，其特征在于：在所述的预燃烧室中至少产生一个磁场。
25根据权利要求24所述的点火系统，其特征在于：所述的预燃烧室至少有一个磁体，以产生所述的磁场。
26．根据权利要求23至25中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的预燃烧室和所述的燃烧室连通，从而使所述的电磁辐射和所述的燃料能够从所述的预燃烧室进入所述燃烧室。
27．根据权利要求1至26中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料雾化装置以燃料雾滴的形式喷射燃料。
28．根据权利要求27所述的点火系统，其特征在于：所述的燃料雾滴具有约高达1,000微米的平均直径。
29．根据权利要求28所述的点火系统，其特征在于：所述的燃料雾滴具有约高达100微米的平均直径。
30．根据权利要求28或29所述的点火系统，其特征在于：所述的燃料雾滴的平均直径约为1～5微米。
31．根据权利要求1至30中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料在高压下，从所述的燃料雾化装置喷射。
32．根据权利要求31所述的点火系统，其特征在于：装有燃料喷射泵，使所述的燃料在高压下喷射。
33．根据权利要求31所述的点火系统，其特征在于：装有泵，使所述的燃料在高压下喷射。
34．根据权利要求31至33中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料在约50～250巴的压强下喷射。
35．根据权利要求1至34中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料包括水，水分子被加热，并分解为氢原子和氧原子，氢原子随后被电离并燃烧。
36．根据权利要求1至34中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料包括烃类化合物，所述的烃类化合物的分子被加热，并分解为组成原子，随后氢原子被电离并燃烧。
37．根据权利要求35或36所述的点火系统，其特征在于：所述的燃料包括增强燃烧的添加物。
38．根据权利要求37所述的点火系统，其特征在于：所述的添加物选自烃类燃料、乙醇、糖、环己氨基磺酸钙、可燃气体和化学添加物。
39．根据权利要求1至38中所述的任何一种点火系统，其特征在于：设有在所述的点火系统的呼吸循环时吸入空气的进气装置。
40．根据权利要求39所述的点火系统，其特征在于：所述的进气装置包括空气吸入的单向阀。
41．根据权利要求1至40中所述的任何一种点火系统，其特征在于：设有从所述的燃烧室排出燃烧产物的排气装置。
42．根据权利要求1至41中所述的任何一种点火系统，其特征在于：装有减压装置，当所述的燃烧室内的压强超过了预定水平时，启动所述的减压装置，避免所述的燃烧室内过量增压。
43．根据权利要求1至42中所述的任何一种点火系统，其特征在于：在所述的燃烧室内设有至少有一个凹腔的往复式活塞，所述的凹腔用于增强所述的电磁辐射沿不同方向反射离开所述的活塞。
44．根据权利要求1至43中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料雾化装置，沿着约90°角度穿过所述磁场的方向喷射所述燃料。
45．根据权利要求1至44中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的燃料雾化装置和所述的发射器是彼此偏斜相对配置的。
46．根据权利要求45所述的点火系统，其特征在于：所述的燃料雾化装置和所述的发射器彼此偏斜约90°。
47．根据权利要求1至46中所述的任何一种点火系统，其特征在于：装有加热塞，为所述的燃料提供附加加热。
48．根据权利要求1至47中所述的任何一种点火系统，其特征在于：装有为所述的电磁辐射发生器提供初始启动能量输入的电源。
49．根据权利要求1至48中所述的任何一种点火系统，其特征在于：装有在初始启动后向所述的电磁辐射发生器提供能量输入的交流发电装置。
50．根据权利要求1至49中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的点火系统作为改进系统安装在现有的发动机中。
51．一种点火方法，它包括向燃烧室中喷入燃料，产生电磁辐射，并用所述的电磁辐射照射所述燃料，使所述燃料加热、电离并燃烧。
52．根据权利要求51所述的方法，其特征在于：提供了一个或多个磁场，以增强原子电离，并使所述燃料的选定原子的原子核磁化。
53．根据权利要求52所述的方法，其特征在于：所述的磁场产生约为0.05～2.0泰斯拉的磁通量密度。
54．根据权利要求51至53中所述的任何一种方法，其特征在于：产生的电磁辐射的频率约为100MHz～100GHz。
55．根据权利要求54所述的方法，其特征在于：所述的电磁辐射的频率约为1420MHz。
56．根据权利要求51至55中所述的任何一种方法，其特征在于：在燃烧循环的预设时间以短促脉冲的形式发射所述的电磁辐射。
57．根据权利要求56所述的方法，其特征在于：从燃烧室中的往复式活塞到达上死点之前约18°开始，到所述的活塞完成下冲程之前或之时，发射所述的电磁辐射，从而增强所述燃料的基本完全电离。
58．根据权利要求51至57中所述的任何一种方法，其特征在于：所述的电磁辐射直接射入所述的燃烧室，所述燃料被直接喷入所述燃烧室。
59．根据权利要求1(似应为51-译注)至58中所述的任何一种方法，其特征在于：所述的电磁辐射射入预燃烧室，所述燃料被喷入所述的预燃烧室，使所述燃料在所述的预燃烧室中被加热和电离。
60．根据权利要求1(似应为51-译注)至59中所述的任何一种方法，其特征在于：所述燃料以雾滴的形式喷入。
61．根据权利要求60所述的方法，其特征在于：所述的雾滴具有约高达1,000微米的平均直径。
62．根据权利要求61所述的方法，其特征在于：所述的雾滴具有约高达100微米的平均直径。
63．根据权利要求62所述的方法，其特征在于：所述的雾滴的平均直径约为1～5微米。
64．根据权利要求51至63中所述的任何一种方法，其特征在于：在高压下喷射所述燃料。
65．根据权利要求64所述的方法，其特征在于：在约为50～250巴的压强下喷射所述燃料。
66．根据权利要求51至65中所述的任何一种方法，其特征在于：所述燃料被分解为其组成原子，并且随后被电离和燃料。
67．根据权利要求51至66中所述的任何一种方法，其特征在于：向燃料中加入添加物以增强燃烧。
68．根据权利要求51至67中所述的任何一种方法，其特征在于：在呼吸循环中，空气被吸入燃烧室中。
69．根据权利要求51至68中所述的任何一种方法，其特征在于：燃烧产物被从所述的燃烧室中排出。
70．根据权利要求51至69中所述的任何一种方法，其特征在于：如果燃烧室内的压强超过预定水平，释放所述的燃烧室中的压强，避免在所述的燃烧室中过量增压。
71．根据权利要求51至70中所述的任何一种方法，其特征在于：沿着约90°角度穿过所述磁场的方向喷射所述燃料。
72．根据权利要求51至71中所述的任何一种方法，其特征在于：所述的电磁辐射和所述燃料喷射以彼此偏斜相对的方式相对引入。
73．根据权利要求72所述的方法，其特征在于：所述的电磁辐射和所述燃料喷射彼此偏斜约90°引入。
74．根据权利要求1至50中所述的任何一种点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器产生具有脉冲波形的电磁辐射。
75．根据权利要求1至50中所述的任何一种或74所述的点火系统，其特征在于：所述的电磁辐射发生器产生具有连续波形的电磁辐射。
76．根据权利要求1至50中所述的任何一种或74或75所述的点火系统，其特征在于：所述燃料包括能够被电磁辐射电离和点燃的一种物质或多种物质。
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