正排量自由基注射系统的制造方法与工艺

正排量自由基注射系统相关申请案的交叉参考本申请案主张2010年11月11日提交的标题为“正排量自由基注射系统（PositiveDisplacementRadicalInjectionSystem）”的第12/944,675号美国非临时专利申请案的优先权，该专利申请案以全文引用的方式并入本文中。

背景技术：
此部分旨在向读者介绍可能涉及本发明各方面的技术的各方面，这些方面在下文中有所描述和/或主张。此论述据信有助于向读者提供背景信息以促进对本发明的各个方面的更好理解。因此，应了解，应鉴于此而阅读这些陈述，而非作为对现有技术的认可。自诞生之日起，内燃机便成为日常生活的重要部分。内燃机现应用广泛，从机动车辆到各种机械。为了操作内燃机，燃料和空气被混合并且点燃以发生化学反应，从而将化学能转化为有用的机械能。该燃烧过程会产生不良副产品，例如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx），以及非甲烷烃（NMHC）。当燃烧过程未能完全燃烧掉混合物中的所有燃料时会产生这些不良副产品，以及/或者燃烧过程耗时太长也会使这些不良副产品形成。由于政府机构的相关限制趋于严格，而各个公司又持续地宣扬其正面的环境影响，就出现了制造更有效率的发动机的需要，这类发动机所产生的不良排放物较少。附图说明参考附图阅读以下具体实施方式后，将更好地理解本发明的各个特征、方面和优点，在附图中，在所有图中类似符号表示类似部分，其中：图1为示例性自由基注射系统的示意图；图2为根据一个实施例的自由基在内燃机中燃烧的过程的流程图；图3为根据一个实施例的曲线图，其示出了自由基注射系统关于活塞位置的时刻；图4为带有自由基注射装置的二冲程发动机的一个实施例的截面图；图5为图4中的发动机中的自由基注射装置的一个实施例的截面图；图6为图5中的自由基注射装置的一个实施例的透视图；图7为自由基注射系统的一个实施例的示意图；图8为自由基注射系统的一个实施例的示意图；图9为自由基注射系统的一个实施例的示意图；图10为自由基注射系统的一个实施例的示意图；图11为自由基注射系统的一个实施例的示意图；以及图12A和图12B为自由基注射系统的一个实施例的示意图，其示出了发动机循环。具体实施方式下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。这些所描述的实施例仅为本发明的示例性实施例。另外，为提供对这些示例性实施例的简明描述，说明书中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何此类实际实施方案的开发过程中，如任何工程或设计规划中，必须作出大量针对具体实施方案的决策来实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束条件，这些约束条件可能会随着不同的实施方案而变化。此外，应了解，此开发尝试可能较复杂且耗时，但对于得到本发明益处的一般技术人员来说仍然将是设计、制作和制造的常规任务。如下文所论述，所论述的实施例提供了一种自由基注射系统，该自由基注射系统将自由基注射到燃烧室中以点燃燃料空气混合物。自由基可以为气体形式或液体形式。在某些实施例中，自由基注射系统可以包括用于注射自由基的一个或多个正排量装置。例如，正排量装置可以包括活塞、螺线管、薄膜，或其他合适机构。或者，自由基注射系统可以包括增压的自由基源，所述自由基通过阀的操作而被注射到燃烧室中。自由基在适当时刻被注射以触发点燃，由此触发燃烧室中的燃烧。图1为具有耦接到燃烧室14的自由基注射系统12的系统10的一个实施例的示意图，其中自由基注射系统12经配置以注射自由基以在燃烧室14中触发点燃。在某些实施例中，自由基可以包括气态过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。在其他实施例中，过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合可以与水组合以形成液态自由基。如所示，自由基注射系统12包括控制器19，所述控制器耦接到自由基入口或供应口16、燃料入口或供应口18，和空气入口或供应口20。如下文详细论述，控制器19经配置以通过入口16来控制自由基注射的量和时刻并且控制燃料注射到和空气供应到燃烧室14的量和时刻。在某些实施例中，自由基入口16包括正排量装置，例如活塞、隔膜、螺线管，或另一合适装置。作为另一实例，正排量装置可以包括旋转泵、往复泵、齿轮泵、螺杆泵（progressingcavitypump）、蠕动泵。一些示例性旋转泵可以包括转子（lobe）、外齿轮、内齿轮、螺栓、梭心转子、柔性叶片或滑动叶片、螺旋形扭曲的叶根，或液环真空泵。一些示例性往复泵包括活塞泵和隔膜泵。无论正排量装置的类型为何种，自由基入口16可以正排量地迫使自由基进入燃烧室14中以触发来自燃料入口18和空气入口20的燃料空气混合物的点燃。如所示，燃烧室14包括活塞22，该活塞设置在气缸24中，例如燃烧机中的活塞气缸总成。例如，燃烧室14可以是汽油机或柴油机中许多燃烧室中的一者。随着活塞22在气缸24内上行，活塞22便压缩燃烧体积26，所述燃烧体积含有来自入口18和20的空气以及最终的燃料。例如，随着活塞靠近上止点位置，在活塞22的上行冲程中，燃料入口18可以一次或多次地注射燃料。从这方面来看，燃料空气混合物由于被活塞22压缩而处于高压和高温。在上止点附近或之后的某时刻，控制器19经配置以将来自自由基入口16的自由基注射到燃烧体积26中以点燃燃料空气混合物。燃料空气混合物、高压、高温和自由基一起使自由基快速点燃燃料空气混合物。例如，自由基入口16可以将自由基的一个或多个流或分散流注射到燃烧体积26中，从而通过自由基点燃（即，无火花）而快速点燃燃料空气混合物。应注意，用自由基诱发的点燃和燃烧尤其比常规点燃机制（例如，火花点燃或压缩点燃）更快，并且用自由基诱发的点燃和燃烧的快速性质会大大减少废气排放。图2为在燃烧系统中用自由基诱发的燃烧的过程38的一个实施例的流程图。过程38包括将空气引入燃烧室中（块40），以及对燃烧室中的空气进行压缩（块42）。例如，图1中的燃烧室14可以通过活塞22在气缸24中的上行冲程来压缩空气。在适当时刻，过程38将燃料引入燃烧室中（块44）以在燃烧室内实现燃料空气的混合。例如，燃料引入可以发生在活塞22的上止点位置之前的活塞22的上行冲程中。在随后的时刻，过程38可以将自由基引入燃烧室中（块46）。例如，自由基引入可以发生在活塞22的上止点位置附近处、上止点位置处，或上止点位置之后。当注射自由基时，过程38借助于自由基而快速触发燃烧室中燃料空气混合物的点燃（块48）。尽管在本实施例中燃料引入发生在自由基引入之前，但是其他实施例会考虑自由基引入发生在燃料引入之前。在又一些实施例中，燃料引入和自由基引入可以同时发生。在图2的过程38中，自由基可以由正排量装置、加压自由基的外部源，或另一合适源来注射。同样，自由基可以包括过氧化物、乙醛、单原子氢，或其任意组合。高压和高温存在时，自由基用于更均匀且完全地快速点燃整个燃烧室中的燃料空气混合物。自由基可以用分布在整个燃烧室中的许多小型火花塞来类比，以便提供多个分布式点燃点以改善燃烧过程。相应地，可能需要在整个燃烧室中提供均匀的自由基注射。自由基提供了更完全且均匀的燃烧，并且以更快速的方式提供。结果是，与常规的点燃系统相比，用自由基诱发的燃烧可以大大提高效率，其不良废气排放更少（例如，更少的氮氧化物，或NOx）。通过使用自由基，可以实现燃料/空气混合物的快速点燃和较低燃烧温度。这两种情况不利于NOx的产生。此外，一氧化碳的产生减少，因为在较低的燃料/空气比下发生了更完全和均匀的燃烧。图3为关于图1中燃烧室14中活塞22位置的注射空气、燃料和自由基的定时方案50的一个实施例的曲线图。如所示，定时方案50包括活塞定时曲线52、空气定时曲线54、燃料定时曲线56、自由基定时曲线58，以及燃烧定时曲线60。一般而言，曲线54、56、58和60可以按照时间轴62所指示的顺序发生，但是可以在活塞位置轴64所指示的活塞22的周期内在时间上彼此重叠。如活塞定时曲线52所示，活塞22从下止点（BDC）位置上行到上止点（TDC）位置，随后返回到BDC位置。在活塞22的该周期内，在向TDC位置的上行压缩冲程中燃烧体积26收缩，随后在向BDC位置的下行动力冲程（或燃烧）中膨胀。在压缩冲程中，定时方案50可以如空气定时曲线54所指示向燃烧室提供空气，随后如燃料定时曲线56所指示向燃烧室提供燃料。在某些实施例中，燃料定时曲线56可以包括单个注射时刻或多个注射时刻，例如引燃燃料注射和主燃料注射。在TDC位置处、TDC位置附近或TDC位置之后，定时方案50可以如自由基定时曲线58所指示向燃烧室提供自由基。在所示的实施例中，自由基定时曲线58至少出现在活塞的TDC位置的略微靠后，这至少部分是因为由自由基诱发的快速点燃和燃烧。在一些实施例中，可以在TDC位置之前或之后约0至25、0至20、0至15或0至10度之间注射自由基。例如，可以在TDC位置之后至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10度注射自由基。定时方案50又包括燃烧定时曲线60，该曲线基本上与自由基定时曲线58重叠。同样，自由基在燃烧室中快速点燃燃料空气混合物，因此所示的燃烧定时曲线60开始于自由基定时曲线58开始处或略微靠后。尽管在本实施例中自由基在TDC位置处或附近注射，但是应理解自由基可以在BDC位置或两者之间的任意位置处注射。类似于自由基注射，燃料注射也可以相对于活塞位置而变化。在何时以及当活塞位置在何处时将自由基和燃料注射到气缸中的问题上，视特定设计而定。图4为并入自由基注射装置82的二冲程发动机80的一个实施例的截面图，所述自由基注射装置经配置以提供用自由基诱发的点燃和燃烧。在所示实施例中，发动机80包括燃料注射器84、气缸86、头88，以及活塞总成90。所示的气缸86大体以中心轴92为中心并且包括内侧壁94、外侧壁9...