燃烧环境诊断的制作方法

本申请要求美国临时专利申请61/994,332(公开于2014年5月16日)的优先权，该申请在此合并作为参考。
技术领域：
本技术涉及到电力点燃可燃物领域，具体到诊断内燃室的状况的适用和方法。背景现有的技术中至少有两种基本方法去点燃可燃混合物。包含机动车点火是通过压缩和火花点燃。如今很多引擎适用火花点燃，消耗着有限的石油。提高内燃机燃烧效率对环境和经济上有重大促进提升。火花点燃的内燃机提高热效率是通过更稀的空气燃油混合和通过在更密集和压力更大的操作实现。遗憾的是当空燃混合物更稀时，它也更难被点燃和燃烧。可靠的运作需要用到能量更大，面积更大的火花点火器，例如每个气缸用多个火花点火器或者轨塞点火器。随着能量更大的点火器被适用，他们整体的燃烧效率被降低因为更高的能力会减少火花塞的寿命。这需要改进。这些更高的能量也导致了污染物的形成以及降低引擎整体的效率。相对于传统的直流电火花，射频(RF)等离子点燃源能提供另一种途径，打开了更有效，更稀更干净燃烧的大门，有助于提升经济效益和环境保护。一种生成等离子的方法是使用一个RF射频源和电磁驻波去生成电晕放电等离子。现有技术使用RF射频振荡器和放大器在理想的频率下生成RF射频能量。RF射频振荡器和放大器可以使用半导体式的或者电子管式的，这在现有技术中很常见。RF射频振荡器和放大器链接到四分之一波长同轴空腔谐振器，就能在空腔中产生RF射频驻波且频率取决于RF振荡器和空腔的谐振频率。通过让四分之一波长同轴空腔谐振器的输入端电路短路并让另一端电路开路，RF射频能量在空腔中通过谐振提升从而在开路端产生电晕放电等离子。电晕放电等离子可以被用作去点燃可燃物，尤其是在内燃机的燃烧室中。总结以下每个总结自然段描述一种非限制性举例说明发明能如何被运用到构造或者元件的组合，具体描述在下面公开。每个总结自然段的一种或多种元件可以与其他总结自然段的一种或多种元件相组合利用。一个仪器用来点燃可燃混合物包含一个同轴空腔谐振器被设定用来产生等离子放射；一个射频功率源连接到同轴空腔谐振器；一个直流电源连接到同轴空腔谐振器；一个燃烧过程回馈模块设定通过测量同轴空腔谐振器的一种特性来感应燃烧环境的状况；以及一个控制器设定为以燃烧过程回馈模块反应的燃烧过程回馈信息为参考之一来调节同轴空腔谐振器的运作。该仪器可以进一步包含一个内燃机引擎并且燃烧环境是内燃机引擎的气缸。在每个燃烧循环中，该控制器设定为以燃烧过程回馈模块反应的燃烧过程回馈信息为参考之一来调节同轴空腔谐振器的运作。该仪器可以进一步包含一辆由内燃机引擎驱动的机动交通工具。该机动交通工具可以为机动车，其拥有底盘来支撑内燃机引擎，变速箱由内燃机引擎驱动，由变速箱驱动的驱动轴，至少两个驱动车轮操作上连接到驱动轴，一个转向装置，至少两个转向轮子操作上连接到转向装置，并且底盘衔接上车身。一个仪器包含同轴空腔谐振器；一个射频功率源连接到同轴空腔谐振器；一个直流电源连接到同轴空腔谐振器；一个燃烧过程回馈模块设定通过测量同轴空腔谐振器的一种特性来感应燃烧环境的状况；以及一个控制器设定为以运作回馈模块的运作回馈信息为参考之一来调节燃烧环境的可燃混合物的点燃。该仪器可以进一步包含一个内燃机引擎并且燃烧环境为内燃机引擎的气缸。该仪器可以进一步包含一个机动交通工具且由内燃机引擎驱动。该机动交通工具可以为机动车，其拥有底盘来支撑内燃机引擎，变速箱由内燃机引擎驱动，由变速箱驱动的驱动轴，至少两个驱动车轮操作上连接到驱动轴，一个转向装置，至少两个转向轮子操作上连接到转向装置，并且底盘衔接上车身。一个仪器包含同轴空腔谐振器；一个射频功率源连接到同轴空腔谐振器；一个直流电源连接到同轴空腔谐振器；一个燃烧过程回馈模块设定通过测量同轴空腔谐振器的一种特性来感应燃烧环境的状况；以及一个控制器设定为以运作回馈模块的运作回馈信息为参考之一来调节燃烧环境的可燃混合物的点燃。该仪器可以进一步包含一个燃烧回馈模块被设定用来感应燃烧环境的状况。该控制器可以进一步被设定来根据燃烧回馈模块所反映的燃烧回馈信息作为参考之一来调节同轴空腔谐振器的运作。该仪器可以进一步包含一个机动交通工具且由内燃机引擎驱动。该机动交通工具可以为机动车，其拥有底盘来支撑内燃机引擎，变速箱由内燃机引擎驱动，由变速箱驱动的驱动轴，至少两个驱动车轮操作上连接到驱动轴，一个转向装置，至少两个转向轮子操作上连接到转向装置，并且底盘衔接上车身。一种方法，包含测量同轴空腔谐振器在燃烧环境中至少一项电压值和一项电流值；通过对比测量值和已知的可能状况状态，判断同轴空腔谐振器的一项状况；以及按照判断出的状况作为参考因素之一来调节同轴空腔谐振器的运作。该方法还可以进一步包含采用辅助感应器测量燃烧环境的状况作为参考之一来调节同轴空腔谐振器的运作。调节同轴空腔谐振器的运作可以由辅助感应器所测量的状况作为参考之一。绘图的简要描述以下为每份绘图提供了简要描述。具有相同参考标号的元件意味着其相同或功能上相似。为了方便，参考标号最左端数位的数字意味着该标号最早出现在哪个绘图上。图1是现有技术使用火花塞的点火系统的示意图。图2是现有技术使用同轴空腔谐振器作为点火系统的示意图。图3是同轴空腔谐振器组合通过多加的一个谐振器组合作为射频衰减器连接到直流电源作为例子的横断面视角图。图4是同轴空腔谐振器组合如何和内燃室一同运作以及控制器控制射频功率源和直流电源来供电给同轴空腔谐振器的示意图。图5是同轴空腔谐振器组合通过多加的一个谐振器组合作为射频衰减器连接到直流电源作为例子的横断面视角图。图6是温度对比频率的点列图。图7是压力对比频率的点列图。图8是温度、压力和频率的曲线图。图9是一套点列图。图10-13是等离子点燃系统的系统框图。图14-16是燃烧引擎的气缸的透视图。具体描述该书面描述是为了满足专利法律的规定以能够实现权利要求并且没有在权利要求书未提到之处设任何限定。任何一项或多项举例可以和任何其他一项或多项举例并用。现有技术使用的火花塞的电火系统参考图1中的示意图是现有技术点火系统100，一个电池102连接到电子点火控制系统104，其通过火花塞线连接到火花塞106。在常见的现有技术的点火系统100，例如在汽车中常见的，一个电池102向电子点火控制系统104提供电力。电子点火控制系统104决定了点火时机的恰当时间，并在恰当的时间通过火花塞线传送一下高压直流电脉冲到火花塞106的终端。高电压脉冲导致火花塞106终端释放一个火花，该火花塞放置在内燃室(没有显示)里。火花点燃内燃机中的内燃室里的可燃物，如汽油蒸汽，以完成点火程序。现有技术使用的同轴空腔谐振器的点火系统参考图2中的示意图是现有技术使用的同轴空腔谐振器点火系统200，一个电源202连接到射频(RF)振荡器204，该振荡器通过电子点火系统104到放大器206，放大器连接到同轴空腔谐振器208。列举的系统中的同轴空腔谐振器208在美国专利5,361,737(专利权人Smith等人)中描述道，该专利在此引用参考到这部分描述。同样引用参考到这部分描述中的还有美国专利发表2011/0146607和2011/0175691。同轴空腔谐振器也可以称为四分之一波长同轴空腔谐振器(QWCCR)。在现有技术下一个同轴空腔谐振器点火系统的举例，电源202向射频振荡器204供电。射频振荡器204产生射频信号所选用的信号是针对同轴空腔谐振器208的谐振频率。射频振荡器204传送射频信号到电子点火控制系统104，点火控制系统104决定了点火时机的恰当时间，并会在恰当的时机将射频信号转到放大器206以放大。放大器206放大射频信号以在同轴空腔谐振器208的中心导体的释放头产生足够的电力生成电晕放电等离子210以来点燃内燃机中内燃室中的可燃物。用来传送射频信号到QWCCR的部件组合可能在不同的现有技术举例中所有差别。QWCCR208通过用电场让气体混合物发生电击穿产生微波等离子。在一个举例中，现有技术QWCCR208包含了一个四分之一波长同轴空腔谐振器，其中电磁能量被耦合以产生驻波电磁场。射频振荡在750MHz和7.5GHz之间。同轴空腔谐振器208在长度1至10cm大概对应750MHz和7.5GHz之间的工作频率。在这个频率段产生频率的好处在于这样允许装载同轴空腔谐振器208的物体的几何大小大致与现有技术火花塞106一样大。同轴空腔谐振器同时使用射频功率源和直流电源的点火系统按照本发明，一个仪器可以进一步地被设定用多个谐振器组合在一起以通过合并来自射频功率源和直流电源的电压来生成等离子。此仪器300在图3中举例说明。在本举例中，仪器300是由两个四分之一波长同轴空腔谐振器耦合并组合在一起。更具体而言，在图3中展示的谐振器组合300包含了第一和第二谐振器310和312沿着纵向轴线315耦合在一起。在绘图中的举例，第一和第二谐振器310和312由共同外侧导体墙壁构造320定义。墙壁构造320包括了以轴315为中心的第一和第二圆柱状墙壁322和324。第一墙壁322由导体物质构成并包围以轴315为中心的第一圆柱状空腔325。该物质的厚度取决于其介电击穿强度。其需要足够强以来抑制电流从外部导体到内部导体。在这个举例中，第一圆柱状空腔325中填满了介电质物质326，其有着相对介电常数大致等于4(εr＝4)。在这个举例中，第一和第二谐振器310和312在与轴315垂直的连接平面332处彼此邻接。在其他举例中，连接平面332不需要与之垂直，可以设为任何能维持第一和第二谐振器310和312之间稳定电阻的幅度。第二圆柱状墙壁312由导体物质构建并包围以轴315为中心的第二空腔345。第二空腔345和第一空腔325同轴但更长。第二墙壁312为第二空腔345提供了末端347，末端347沿着纵向轴线347到第二空腔345的近端349。一个中心导体结构350在谐振器组合300的墙壁结构320内由介电质物质326支持。中心导体结构350包括了第一和第二中心导体352和354和轨道导体357和径向导体357。第一中心导体352沿着轴315伸入到第一空腔325。在绘制的举例中某第一中心导体352的近端360与第一空腔325的近端330相邻，其末端362与第一空腔325的末端349相邻。径向导体357从与第一中心导体352的末端362相邻处径向延伸穿过第一空腔325并向外延伸到孔339。第二中心导体354的近端370在第一中心导体的末端362处，其沿着轴315伸展到末端372作为电极头，电极头位置处在空腔345的末端347或与之身份接近。为了尽可能降低第一和第二谐振器310和312的电阻差异，圆柱状墙壁322和324的相对应厚度和对应的中心导体352和354定义取决于介电物质326的介电常数和第二空腔345种空气的介电常数。在绘制的举例中，第二中心导体354沿着轴315的长度大约是第一中心导体315沿着轴315的长度的二倍。但是，一定原因上根据介电物质326有着介电常数大约是4的情况下，两个中心导体的电长度大约是一致的。注：任何中心导体和外部导体间的空隙要么由介电物质要么空隙足够大以尽可能减小电弧。如图3所示，介电物质326填满了第一空腔325种第一中心导体的周围和径向导体357的周围。在绘制的举例中，直流电源390通过径向导体357在虚拟短路电路连接从而连接到中心导体结构350。一个射频控制部件，具体而言是射频频率消除谐振器组合391被放在径向导体357和直流电源390之间以限制射频电能到达直流电源390。射频频率消除谐振器组合是多加的一个谐振器组合391，该谐振器组合391有着中心导体392并第一和第二部分393和394的电长度相同，都是X(且与第一和第二中心导体352和354长度相同)。在一个理想的举例中，在图3的电工长度X等于一个四分之一波长或者λ/4，其中波长与射频功率的频率成反比。多加的这个谐振器组合391还有更短的外部导体墙壁395和更长的导体墙壁396。更短的外部导体墙壁395的第一和第二端在多加的这个谐振器组合391的对立两端。更长的导体墙壁396的第一和第二端也在多加的这个谐振器组合391的对立两端。更短的外部导体墙壁395的第一和第二端分别与对应的更长的导体墙壁396的第一和第二端对立在不同的两端。更短的外部导体墙壁395和更长的导体墙壁396的电长度差大约等于第一和第二部分393和394的电长度之合，也大约等于第一中心导体的电长度的二倍。更短的外部导体墙壁395和更长的导体墙壁396包围着填满了介电物质的空腔397。按照本举例的运作方式，沿着多加的谐振器组合391的外部导体流动的电流会主要沿着最短路线流动因此沿着更短的外部导体墙壁395流动。相对应而言，在多加的谐振器组合391的外部导体流动的电流的流动会比在多加的谐振器组合391的中心导体392流动的电流少两个四分之一波长。多加的谐振器组合391再空腔397中还有内部导电接地面398，位于中心导体392的第一部分和第二部分393和394中间。这种安排可以提供一个连接到直流电源390和径向导体357之间的频率取消电路。多加的谐振器组合391设定将射频能量的电压相对QWCCR组合300的接地面发生180度转变，这是由于更短的外部导体墙壁395和中心导体392电长度差。如图4所示，射频功率源401隔着第一中心导体352和QWCCR组合300耦合，其还连接到内燃机的缸402，其电极头372暴露在缸402的内燃室403中。在这个理想的举例中，控制器404和射频功率源401还有直流电源390联动，用来控制电压的输出。控制器404可包含任何合适的可编程序控制器或其他控制仪器，或者控制仪器的组合，以来编程或通过硬件或者软件或者一起的方式去设定来完成所描述的功能。当等离子在第二中心导体354的电极头372相邻处被生成时，控制器404引导射频功率源401来使射频能量的电压到第一中心导体发生电容耦合，从而造成虚拟短路发生在第一中心导体351的末端362。该虚拟短路还将射频提供的电压和第二中心导体354耦合。该射频电压本身不足以生成等离子，并由第一功率电压比率提供。控制器404还使直流电源390提供电压但该电压本身不足以生成等离子。该电压由第二功率电压比率提供且小于第一比率。射频和直流电的合并的电压是足够生成等离子的。这导致等离子从中心导体354的电极头372相邻处生成。合并电压多大由控制器404根据相对应的内燃室403的条件决定。在其他举例中，控制器404可被设定出不同模式以使能在电极头372产生等离子所需电压的51％出自直流电源390。在其他举例中，直流电提供的电压不限于从上述的虚拟短路提供，也可以由任何存在的虚拟短路附近提供，这有利于保障直流电的高电压尽可能减少对射频部件的电磁驻波的干扰也可以限制射频对直流电的干扰。在其他举例中，直流电源390或射频功率源401或两者一起都可以独自用属于自己的控制器将电压调整到足够在电极头372处生成等离子。一个或两者都可以有主电源。主电源可以调节直流电源390和射频功率源401各自的输出。在不同的举例中，控制器404可以放在直流电源390或射频功率源401或两者一起都可以放。同样控制器404也可以和安装在直流电源390或射频功率源401的内部构件里。射频功率源401和中心导体的耦合可以由多种方式实现：电感耦合(如电感馈电回路)，平行电容耦合(如平行板电容器)，或非平行电容耦合(如将电场放置在非零电压导体端的对立面)。该特定的耦组合式取决于耦合的方式和具体谐振空腔的结构。在其他举例中，射频频率消除谐振器组合391可以是任何一个部件、一系列部件，来隔断射频到达直流电源390，包含但不限于以下：一个电阻元件、一个集总电感元件、一个频率消除电路。在一些其他举例中，射频频率消除谐振器组合391可以与直流电源390放置在较近的距离，也可以放置QWCCR组合300较近的距离，也可以放置在直流电源390和QWCCR组合300之间。理想情况是让射频距离生成处越近越好以减少因散热导致的能力损失，并在组合中使用较高的品质因子。在其他举例中，本公开所展现的技术可以适用于仅有一个QWCCR的谐振组合或者有多个的。不管数量如何，相对而言使用直流电源在虚拟短路的(高压，低压)的电压结合射频功率源的(高压，低压)电压能建立一个对于生成等离子更有效的系统，适用于多种内燃环境并可以减少耗费的能量和提高内燃效率和综合引擎效率。和使用射频生成等离子而言，通过使用上述直流电的电压，可以用较小的电流或能量换取很大的电力潜能。按照本发明，一个仪器可以进一步被设定采用两个谐振器组合在一起以生成等离子，这是通过合并射频和直流电的电压，如图5所举例的仪器500。在这个举例中，仪器500包含第一和第二谐振器部分510和512沿着纵向轴515联动在一起。在绘制的举例中，第一和第二谐振器部分510和512由共同外部导体墙壁结构520定义。墙壁结构520以轴515为中心的第一和第二圆柱状墙壁522和524。第一墙壁522由导体物质构成并包围以轴355为中心的第一圆柱状空腔525。在这个举例中，第一圆柱状空腔525中填满了介电质物质526。第一墙壁522的环形边缘528定义第一空腔525的近端530。第二圆柱状墙壁524的近端与空腔525的末端532相邻。第二中心导体部分554有近端570与第一中心导体552的末端562相邻，并沿着轴515延伸到末端572作为电极头在末端547附近。孔579径向延伸到第一墙壁部分522，其中有径向导体577通过射频电线沿着轴515延伸连接到射频功率源401。径向导体577的距离轴515更近的端头连接到平行板电容器575，575和中心导体结构550耦合。575也和内部折叠射频591耦合。在绘制举例中，直流电源390通过直流电线连接到中心导体结构550的近端560。内部折叠射频591放置在第二谐振器部分512和直流电源390中间以限制射频电到达直流电源390。内部折叠射频衰减器591包括内部中心导体部分592，592有近端596和末端597。内部折叠射频衰减器591还包括外部中心导体部分593和过度中心导体部分594以连接内部中心导体部分592和外部593。外部中心导体部分593的近端大体和第一近端596在同一平面，末端大体和第一末端597在同一平面。在这个举例中，过度中心导体594位于第一末端597附近。外部中心导体593包围592。在这个举例中，外部中心导体593形似圆柱状的导体物质包围592的余下部分。592和593的纵向长度大致与等于平行板电容575的纵向长度。对于592和593，第一近端596到第一末端597电长度大致等于一个四分之一波长。第二中心导体554和第二圆柱状墙壁部分524的电长度都是一个四分之一波长。墙壁结构520包含了更短的外部导体墙壁595，其近端大体和第一近端596在同一平面。末端大体和第一末端597在同一平面。外部导体路线从520末端(基本和空腔545的末端547在同一平面)沿着595直到第一墙壁522的近端530。在这个举例中，外部导体路线的电长度有两个四分之一波长。一个内部导体路线从末端电极头572到第二中心导体部分554的近端570，沿着过度导体部分594，然后沿着外部导体部分593的末端到近端，然后沿着593的内部墙壁599从近端到末端，然后沿着592从末端到近端。在这个举例中，内部导体路线电长度为四个四分之一波长，或两个二分之一波长。内部和外部电长度的差别为半个波长。本结构提供射频控制部件连接在直流电源390和射频提供的电压之间。本举例采用内部折叠射频衰减器591并设定将射频能量的电压相对QWCCR组合500的接地面发生180度转变。所属领域的技术人员会懂得图5的特定QWCCR组合不限于是否采用射频衰减器591。在其他举例中，整个QWCCR组合可以被拉伸以至于让591放置到离末端572更远处并不在需要直接连接到平行板电容575，而是距中心导体的直接连接575出有一个四分之波长的距离。另一种方法是，整个QWCCR可以被压缩以使衰减器591的外部中心导体部分593同时纵向地延伸到平行板电容575也包围生成等离子部分的暴露的中心导体。这可以通过让过度中心导体594不仅在衰减器591的端头而还在中间以至于外部中心导体部分593可以向两边都能纵向延伸。这种构造的具体几何形状需要调整介电质的参数以保证电阻对应的上和180度消除。但这些任务都是工程中很明白的事情。在一个举例中，本发明的QWCCR和特定提供射频信号的组合的体积大致为火花塞106并连接到了内燃机的内燃室。具体而言，该举例在谐振器上运用微波放大器并在振荡器放大器组合中用谐振器作为频率决定元件。放大器/振荡器安装在火花塞最上面，在模块中有高电压供给并有诊断功能。这种举例可以令单独低电压直流电源来为模块供电并能有定时信号。在本描述中许多词汇可以指代一些位置，这些位置由于某些构造以及在某些条件下，电压部件可以被衡量为接近不存在。例如，电压短路可以指任何一处当电压部件可能接近不存在。相似的词汇也可以指其为接近零电压，例如虚拟短路电路，虚拟短路位置，零电压。通常所属领域的普通技术人员会将虚拟短路限定在当接近零电压是由于驻波过零。零电压更多是指当除了驻波过零以外其他原因导致位置电压接近零，如电压衰减或消除。更进一步而言，在本公开中，每一个这些词汇都可以指电压接近零的位置是不受定义限制的，唯一受限制取决于其背景，尤其是具体空间和所描述用到的应用的参数。诊断考虑和用途该同轴空腔谐振器可以作为天线并可以探测燃烧环境并根据压力、温度、电阻和其他事项，在生成电晕等离子之前、之中和之后的这些指标的改变作出反应。可以得到可用作诊断目的或控制目的信息并在四步循环引擎的每个阶段搜集到。同样地，这种信息也可以从二冲程引擎搜集到。读本文应该可以意识到各种谐振器都可以与下文介绍的系统的方法结合使用。为了方便描述，在此所列出具体例子指QWCCR。普通技术水平的人会意识到可以用其他谐振器取代QWCCR并也会意识到使用其他QWCCR要做出的小幅度调整。一个QWCCR可以用作上升放大设备来提升电场潜能。QWCCR可以暴露在除其内部同轴环境以外的其它环境。各种因素都可能影响QWCCR的运作和表现，包括设计标准和环境状况，如温度、压力、环境大气成分、电容、电感和电磁辐射的效果，以及其他因素。比如，燃烧环境的小幅度改变可能导致电阻和共鸣频率的测量值的改变。同样，谐振器运作的改变，例如频率或供能量的变化可能影响燃烧过程。以下所描述的系统可以用来判断内燃机引擎的燃烧环境的过程和运作状况。检测这些状况的能力，如过程中的温度和压力、活塞位置、气体成分和阻抗、以及等离子生成的量和次数、以及其他事项，可以使回馈和控制行为来令各种内燃机系统和程序的运作得到最有效化和可自定义化。频率、温度、和压力。一个基本物理理论结合了频率、传播速度和波长可以扩展到包括传播速度对比真空中光速。同时也可以扩展到通过不同中介的传播。f指代运作频率，v为波速度，λ为波长，εr和εθ分别为相对电容率和真空电容率，μrandμO分别为相对电容率和真空电容率，c0是真空中光速。上述公式的模型假设真空中中介的电容率和磁导率是固定不随时间改变的。针对于内燃机是不对的，因为压力和温度为随着时间和活塞在燃烧循环中缸内运作的不同位置而改变。电容率可以改正来包含随时间改变的压力和温度。εr为计算出来的电容率，ετN是气/汽在标准温度和压力下的电容率，θ和P分别为过程中温度和压力的，θN和PN为标准的温度和压力。在大多数情况下，气态燃油是不带磁的，或者在罕见情况下是常磁性的。在两种情况下，对μr的影响几乎接近为1所以可以忽略不计。该随时间改变模型可以取代进之前的公式以参考到过程中温度和压力的随着时间改变的频率。图6和图7分别展现出温度变化对运作频率(以固定压力PN)和压力对频率(以固定温度θN)。图8展现在燃烧环境的预计运作环境中一个表面的温度对压力，对频率。这些点列用εrN＝1.000576(氮气蒸汽的电容率，带电空气中的主要成分)和压力范围是根据当压缩比为γ＝1.3。按照这个图，可以看出温度和压力的直接持续的关系。一副数据表中的信息，如初始状况，可以用来追踪整个运作范围的燃烧过程。频率和功率当作为电压提升设备时，该QWCCR可以用一个特别的调制的射频输入信号在谐振器空腔中产生驻波。一个理想的临界匹配的谐振器，当反射和入射阻抗相等时，反射系数为0。在其他情况下，会有一定比例的入射信号被反射为失配。当r是反射系数，VR和V1分别是反射和入射信号的电压，zR和zI分别是反射和入射信号的阻抗。该QWCCR和其他谐振器空腔的阻抗取决于据电阻、电感和电容。每一项对比其他项的相对大小会取决负载为电感性、电容性还是纯电阻性。当Xc和XL分别为电感器和电容器，ω为角频率，f为工作频率，L和C分别为空腔的电感性和电容性。部件也可以进一步扩展来包括可以影响QWCCR的其他特性的贡献或效果，如材料、操作或环境特性。这些部件的阻抗可以包括电阻(R)，电感(XL)和电容(Xc)。R(ρ，α，θ)＝R0(ρ)·[1+α(θ(t)-θ0)]R和R0分别为计算得电阻和标准电阻。ρ为材料特定电阻，α为材料特定电阻系数，θ和θ0分别为过程温度和标准温度。XL(θ，P，t)＝ωL＝2πf(θ，P，t)L(t)当Xc和XL分别为电感器和电容器，ω为角频率，f为工作频率，L和C分别为空腔的电感性和电容性。而且，电晕等离子的产生可能影响QWCCR的电磁性质。谐振频率fr也依赖等离子生成，PF，，以及fr(0，P，t，PF)和Z(p，a，0，P，t，PF))。一种解读反射和入射阻抗的差是靠观察回流损失。回流损失描述了信号反射的幅度(以dB为单位)。在其中，回流损失为0dB意味着所有信号被反射，回流损失为-00dB意味没有信号反射。回流损失＝20logF适合测量回流损失的设备无法区分-60dR以下的信号。为方便描述，这视为从测量仪器中得出的最小回流损失。测量反射阻抗对入射阻抗的比例是驻波比例(SWR)，或测量反射电压对入射电压的比例是电压驻波比例(VSWR)。SWR和VSWR分别是驻波比例和电压驻波比例，F是反射系数，p是反射系数的幅度。SWR和VSWR在理想匹配的谐振器范围是(SWR＝1∶1)，一个完美不匹配的谐振器是(SWR＝1∶∞)。图9显示了正常化反射阻抗的反射系数、回流损失、和驻波比例的点列图。通过取代，可以找到SWR所依赖的。SWR和VSWR忽略任何阻抗的相位(P)。可以加入感应器来感应状况变化和搜集额外信息来描述谐振器的电感性或电容性。这些依赖可以改变QWCCR点火器的功率和改变一些运作状况。有些依赖在设计中被改变，有的在运作过程中被改变。表格1显示了每一个依赖影响特性。表格1QWCCR的设计和运作特性SWR和VSWR的值可以通过现有设备得出和记录。使QWCCR得到足够的能量并产生电晕等离子所需要的功率根据输入的功率(如，前向功率，Pf)以及谐振器中耦合的质量(如SWR)。因为功率与电压的平方有关，以下公式可以用来预测反射的功率Pr。SWR(fo)为在运作频率fo的驻波比例。Pr和Pf在运作频率fo分别是随时间变动的反射和直向功率。通过测量、调整、和纠正进入这个多项输入系统的数据，可以得出一个回馈和控制方案来运作内燃机引擎的点火系统并使其运作效率最大化。更重要的是，这些改变可以作为活塞在每个循环和不同位置在气缸中的运作的质量、燃烧状况和变化的指向标。回馈和控制上述指明的是控制内燃机燃烧过程中的过程和运作特性。利用这个数据，可以设计出一个回馈控制方案以试图让该系统的表现和输出最大化。美国专利5,361,737，在此作为合并参考，公开一种系统，其点火由QWCCR控制，由放大器提供功率，信号来自射频源。QWCCR的谐振由能量/功率整形器，如美国专利7,721,697所公开，在此作为合并参考。在图10和图11显示。控制方案所缺乏的是回馈部件，可以根据燃烧环境的每个循环的变化控制QWCCR的运作和表现。如上述，有多个情况可以影响到QWCCR的谐振和运作频率以及其效率。回馈控制系统可以利用燃烧环境的信息和电子点火控制来制造燃烧过程回馈信息。信息可以用来增加点火信息，因为涉及到点火控制的状态和燃烧环境的每个循环的变动。这些可以连接到运作回馈元素，即包括了射频放大器的状态和范围(如前向或反射功率，SWR/VSWR，定时等)然后信息会传入回“电子点火控制”并且用在下一个气缸点火循环。回馈方案使用上述的信息并还包括关于高电压直流电源的信息。高压电源控制可控制QWCCR提供直流电的定时和量。高压电源回馈能提供关于根据使用的直流电量判断有没有生成电晕等离子(具体检测电压和电流)。该信息也传入“运作回馈元素”来为“电子点火控制”提供进一步的信息。在功率源以外，也可以让耦合圈、传播线、循环器、电热偶、压力传感器等的可测量数据作为回馈元素传入“燃烧过程回馈”或“运作回馈控制”。电子控制单元(ECU)在这个分析中重点在于QWCCR以及可使用回馈数据来处理和提升点火控制。同样重要的是，在未来发展和使用点火控制引擎中，对于引擎环境的完全控制，即从进入气缸的空气和燃油，到二者的混合，最终再到对待燃烧所产生的扩张物。在本发明中以及导致本发明产生的以前发明中有两个关键元素。这两个元素至今无法在技术上获得但一直在发动机开发届被广泛讨论到。第一是缸内感应器，可用来诊断燃烧过程的每个循环，这里的QWCCR就可以提供该功能。大多诊断能力的最初值受限于化学计量空燃比状况。该限制基本说的是如果给了合适量燃料的氧气和合适的时间，所有燃料都可以被用尽。在现有引擎点火环境下，目得是最可能地接近这个完美的比例。如果混合物太富油则浪费燃料并增加额外的排气(增加油耗)，混合物太贫油则导致点火差，甚至导致气缸失火。处理这些贫油混合物需要本文所述那样的灵活的点火控制系统。需要一个系统可以来检测并改变在点火源处传送的能力、形态和时机，目前的科技是做不到的。第二个优势来源于第一个。因各本科技可以不受化学计量的限制来有效地燃烧空燃比，那么根据驾驶环境需求改变或调节燃料、空气的输入的功能就变为现实。在停车或匀速过程中可以大幅度节省燃料的使用，并且不牺牲需要功率时可以提供的功率。在驾驶过程中很大的部分时间，大的引擎可以在耗油方面看起来像小的，同时还具备当需要发力时所需要的功率。两个元素的结合允许ECU可以真正意义上成为一种能够感应司机需求的引擎控制单元并在气缸的每个循环提供的正确量的燃油和空气。它可以改变点火系统的能量和传输来使传播的功率最大化并且意味着污染控制能够进入下个阶段，这种能力目前我们还没有见到被人使用到。研究表明气缸空腔大小的变化，活塞的正常往复运动，会影响到QWCCR可测得电力特性。尽管对于廉价的引擎，这意味可以除掉曲轴角度传感器，但更难打败对于更高级的引擎使用的简单的电流传感器。重要的是在控制环境中的燃烧体积的任何大小、形状、大气环境都具有影响力。活塞的所在位置的知识作为背景和标准来衡量其他特性。因此，每一点活塞位置的变化，结合空气、燃料的注入以及点火过程，都以此为背景，并且可以从混合物中去掉，因为这是应有的标准。这一切意味着如果每个气缸都好好地被安装，则在每个活塞位置并且在每次气缸环境发生变化时(压力、温度变化，增加燃料和空气)，包括在燃烧过程中，会有可测量指标用来调节下一个气缸循环。如果感应器反应足够快的话，调节甚至可以在本循环就发生，当然前提是有能够及时可以改变空燃注射比例(显然几乎不可能)，同样前提还有点火源要反应足够快(我们的可以)。基本上QWCCR除了能够改变调节点火还可以做为完整的一套感应器。因为其任务循环显著地快于活塞的运动，因此有潜力来即时地持续调节气缸环境和燃烧过程。这是引擎行业一直想达到的最终目标。通过QWCCR，不仅能实现想要可以读取灵活的燃烧过程，还能达到想要能够在这灵活过程中做出改变。目前明显我们不知道每一个燃烧过程中变数的具体值，也不知道每个引擎的设计和适用方法。但现阶段并不需要知道这些。现在只需要知道我们可以测量出这些即时变化。一旦我们从各个引擎公司得到了数据，我们就可以生成查询表或者必要公式来进行整个过程的操作。出于这个原因，没有给出具体值。在不同适用情况下这些值会有所区别。过去一百年来现实就是这个情况。该QWCCR现在能给人们一个更先进的点火过程和诊断能力以来不断地提升动力系统的效率。描述如上述讨论到的，燃烧环境状况(温度、压力、大气成分等)和等离子点火设备的设计标准(电容性、电感性、电磁特征等)会成为影响运作和表现的因素。所有这些依赖因素会改变等离子点火器的输出，改变运作状况。图2显示了每个依赖针对哪个特性(过程或运作)。表格2-QWCCR的设计和运作特性介绍了一些基本特性后，接下来介绍系统在四冲程燃烧过程中介绍系统具体在每个阶段如何工作。下面图表格3显示四冲程引擎吸气、压缩、功率和排放阶段以及点火过程中的过程和运作特性的反应。这个过程和二冲程和转子引擎的过程有所区别，但燃烧过程基本一样。表格3过程特性温度大量增加增加无法测量大量减少减少压力大量增加增加无法测量大量减少小量运作特性本例子并不能阐释谐振器在任何燃烧环境下的不同状况中会有什么反应。本例子则是作为提纲，引导了过程和运作特性以及回馈过程之间互动关系。提出的微波等离子谐振器可以用作点火装置，因为能够增加电压然后形成电晕等例子，也可作为感应设备，因为其本质的谐振结构。但是因为等离子存在于封闭的可燃烧的环境中，其可能干扰谐振的电磁特性，所以谐振器在同一时间内只能作为点火设备或感应设备。因此上述表格会有“不可测量”写在里面。谐振器可以从感应设备在万分之一秒内转换为点火设备。应该提出比较理想还是让QWCCR只作为感应设备或者点火设备。这不意味点火过程中就没有可测量的数据。问题在于点火行为可能对于感应功能过于强大以至于信息的价值会下降。我们认为极有可能的是每一次点火器点火我们会得到一个不同的一串数据来阐释点火过程的效率。在此提出这是本科技中开发性质的一个层面。而且，本表格所列的在燃烧过程中的特性和反应可以也会进一步地扩展到加入一个回馈和控制方案，这就能提高这种内燃过程中的效率和输出。本公开所列出的特性以及其在燃烧过程中的反应，可以用来诊断过程、系统特性和气缸内状况。目前传统的直流电火花塞点燃系统不具备这种功能。四冲程引擎的QWCCR的感应和点火定时通过拥有燃烧气缸、缸内带有活塞、有入气阀门和排气阀们的内燃机引擎为例对四冲程燃烧过程进行简短讨论。这样的内燃机引擎可以用来驱动机动车，如轿车、卡车或者其他汽车或运输车。燃烧循环包括：(1)最初位置，(2)进气冲程，(3)压缩冲程，(4)点火，(5)动力冲程，和(6)排气冲程。在最初位置，活塞就在其最初位置为，位于上死点(TDC)。没有燃料和压缩。曲轴位置传感器和QWCCR会测到活塞位于上死点。在进气冲成时，活塞从上死点移动到下死点(BDC)，进气阀门打开吸入新鲜的带有氧气的空气以来燃烧。这个冲程受到环境带来的环境压力和温度导致压力和温度发生变化。这个变化会影响QWCCR的抗阻性从，而导致通过驻波比(SWR)和反射射频功率的量进行数量上的测量。在压缩冲程时，进气阀门关闭，活塞向上移动到上死点。这个压缩改变气缸内空气的密度，进而改变QWCCR的阻抗。这个变化能通过QWCCR的驻波比的变化感应到。随着气缸从下死点移动到上死点的一半时，燃料注射器注射压缩雾化燃料到内燃室。增加的燃料也会改变气缸内的密度和阻抗，这个变化能通过QWCCR检测到。QWCCR通过阻抗的功能可以监测压力、温度和其他运作特性的变化。测量的阻抗取决于驻波比、反射射频功率和直流电源的特性。燃烧过程的三个阶段可以称为QWCCR可测量的几个区域。QWCCR可以在活塞还距离上死点有少许距离时就点燃空燃混合物。在这个例子中，燃料的燃烧是个级联反应，并且为了能在下个阶段达到最大，点火要提早进行。点火阶段是第二个QWCCR可测量的区域。QWCCR作为感应器所测出的结果会与前个区域有差别，因为射频等离子会严重的干扰驻波比和其他测量数据。而且，该测量会在活塞进行压缩并且有雾化燃料在场，这时气缸也接近最大温度和压力。空燃混合物的点燃导致活塞向下运动到达下死点并把燃料的能量转为机械能量。通常称之为动力冲程，大部分动能在这个时间被传播。活塞再次从下死点运动到上死点，这次排气阀门打开。排气冲程将所有排气从气缸中排出，令整个过程可以重新开始。点燃阶段是QWCCR测量的第三个区域。这个区域与第一个比较相似，但区别在于现在气缸中有燃烧残留的部分。而且，由于排放过程将排放物排入排放系统，所以压力和温度对于阻抗的影响会更小。这个区域和第一区域的阻抗差异可以用来指导排放系统接下来如何处理剩下的排气和未用到的燃料。二冲程对比四冲程引擎二冲程引擎，也叫做二循环引擎，和四冲程引擎不同。不同之处在于冲程的数量只有一半(或者每个循环有两倍的点火数量)。为了达到这个，四冲程的阶段(2)和阶段(5)在二冲程引擎中合并到一起。同样，四冲程引擎的阶段(3)和阶段(6)在二冲程引擎合并到一起，活塞的运动和额外的储液腔用来吸入和排气。驻波比和测量方法的描述在射频系统中，驻波比可以用于测量射频从功率源通过传送中介传播到最终目的地(称谓负载)的效率。驻波比通常和天线系统(传出或接收)相关，因为QWCCR可以作射频发射，这些理论也适用在这里。之所以可以用这种测量方法是因为天线的阻抗不能直接在运行时测量出来。反而是通过直列驻波表来测量负载输入或被反射的驻波比。发射器通常被调解以适用某些状况。通常50欧姆和75欧姆是阻抗匹配的标准。当电子通过中介被传播，它们喜欢沿着最少阻力和受最少改变的路线移动。如果能量源，传播路线和负载全部链接到50欧姆的阻抗，则不会有反射电子(能量)。改变能够造成反射。驻波比测量这种反射，并可以被用作判断阻抗改变了多少的工具。绘图中举的例子本权利要求能包括到的众多例子中一部分。本发明更多的例子可能进一步用到上述描述到现有技术例子的一种或多种方能达到更多可以利用本发明的应用。申请人意图本专利的限制只受权利要求所限。当前第1页1 2 3