JP2015135116A - Fuel injector and method for operating fuel injector - Google Patents

Fuel injector and method for operating fuel injector Download PDF

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イー.マクアリスター ロイ
Roy E Mcalister
イー.マクアリスター ロイ
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injector realizing efficient injection, ignition and complete combustion of various kinds of fuel.SOLUTION: A fuel injector of this invention comprises a main body having a base part opposite to a nozzle part, in which the base part receives fuel at a main body and the nozzle part can be positioned while being adjacent to a combustion chamber; a casing storing a force generating unit at the base part and at the same time including a fuel inlet for receiving fuel from a fuel source and a fuel outlet enabling fuel to be discharged out; and a fuel passage connected to the fuel outlet like fluid flowing manner and extending in a longitudinal direction through the main body from the base part up to the nozzle part. The first valve is arranged near the force generating unit and can be moved in response to a starting from the force generating unit to move between a closed position and an opened position in order to enable the fuel to pass through the fuel passage. In addition, the second valve is arranged at the nozzle part and this valve can be moved between the closed position and the opened position in the fuel passage in response to a prescribed fuel pressure in order to inject fuel into the combustion chamber.

Description

関連出願への相互参照
本出願は、2009年8月27日に出願されたOXYGENATED FUEL PRODUCTIONと題する米国特許仮出願第61/237,425号、2009年8月27日に出願されたMULTIFUEL MULTIBURSTと題する米国特許仮出願第61/237,466号、2009年8月27日に出願されたFULL SPECTRUM ENERGYと題する米国特許仮出願第61/237,479号、2009年10月19日に出願されたMULTIFUEL STORAGE, METERING AND IGNITION SYSTEMと題する米国特許出願第12/581,825号、2009年12月7日に出願されたINTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREと題する米国特許出願第12/653,085号、2009年12月7日に出願されたINTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREと題するPCT出願第PCT/US09/67044号、2010年2月13日に出願されたFULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCEと題する米国特許仮出願第61/304,403号、及び2010年3月9日に出願されたSYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING HIGH VOLTAGE RF SHIELDING, FOR EXAMPLE, FOR USE WITH A FUEL INJECTORと題する米国特許仮出願第61/312,100号に基づく優先権及びその利益を主張するものである。これらの出願の各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application includes US Provisional Application No. 61 / 237,425 entitled OXYGENATED FUEL PRODUCTION filed on August 27, 2009, and MULTIFUL MULTIBURST US Provisional Patent Application No. 61 / 237,466, filed August 27, 2009, US Patent Provisional Application 61 / 237,479, filed FULL SPECTRUM ENERGY, filed on October 19, 2009 US patent application Ser. No. 12 / 581,825 entitled MULTIFUL STORAGE, METERING AND IGNITION SYSTEM, INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS filed on Dec. 7, 2009 US Patent Application No. 12 / 653,085 entitled AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE, INTEGRATED FUEL INJECTRUS AND IGSOFTED OF US 9 filed on Dec. 7, 2009 US Patent Application No. 61 / 304,403, filed February 13, 2010, FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE, and SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING, filed March 9, 2010 HIGH VOLTAGE RF SHIELDIN , FOR The EXAMPLE, which claims priority to and the benefit based on FOR USE WITH A FUEL INJECTOR entitled U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 312,100. Each of these applications is incorporated herein by reference in its entirety.

以下の開示は、一般に、種々の燃料を貯蔵する、噴射する、及び点火するための一体化された燃料噴射器及び点火器並びに関連する構成要素に関する。   The following disclosure relates generally to integrated fuel injectors and igniters and related components for storing, injecting, and igniting various fuels.

再生可能資源は、電気、水素、アルコール燃料、及びメタンのような種々の形態の必要とされる代用エネルギーを生産するための間欠的なものである。太陽エネルギーは日中の事象であり、日中濃度は、季節によって及び気象条件と共に変化する。ほとんどの地域において、風力エネルギーは、間欠的なものであり、大きさが非常に変化する。落水資源は、季節によって変化し、長期にわたった干ばつ(extended draughts)の影響を受けやすい。地球の大陸のほとんどにおいて、バイオマスは、季節変動し、干ばつの影響を受けやすい。必要とされるまで運動エネルギー、燃料、及び/又は電気を蓄える実用的な方法が欠如しているために、世界中で、水力発電所、風力発電基地、バイオマス変換、及び太陽集熱器によって送達できるかもしれないかなりのエネルギーが無駄にされる。   Renewable resources are intermittent to produce various forms of required substitute energy such as electricity, hydrogen, alcohol fuel, and methane. Solar energy is a daytime event, and daytime concentrations vary from season to season and with weather conditions. In most areas, wind energy is intermittent and varies greatly in size. Falling water resources vary from season to season and are susceptible to extended droughts. In most of the Earth's continents, biomass is seasonal and subject to drought. Delivered worldwide by hydropower plants, wind farms, biomass conversions, and solar collectors due to the lack of practical ways to store kinetic energy, fuel, and / or electricity until needed A considerable amount of energy that could be wasted.

世界人口とエネルギーに対する需要は、生産できるよりも多くの石油を要求する点にまで増大した。増加する人口及びエネルギー集約型の物品及びサービスへの増加する依存性の需要が加速する一方で、将来の生産率は低下するであろう。これは、化石枯渇速度を速め続けるであろう。都市部は、化石燃料の使用によって引き起こされるスモッグに悩まされる。燃料目的でないエタン、プロパン、及びブタンのような天然ガス液を含む天然ガスの利用は、主として熱可塑性及び熱硬化性ポリマーから作製される包装、布、敷物、塗料、及び器具のような用途で指数関数的に増加した。   The global population and demand for energy has increased to demand more oil than it can produce. While demand for increasing dependency on increasing population and energy-intensive goods and services will accelerate, future production rates will decline. This will continue to increase the fossil depletion rate. Urban areas suffer from smog caused by the use of fossil fuels. The use of natural gas, including natural gas liquids such as ethane, propane, and butane for non-fuel purposes, is mainly used in applications such as packaging, fabrics, rugs, paints, and appliances made from thermoplastic and thermosetting polymers. Increased exponentially.

石炭は、比較的低い水素対炭素比を有する。石油は、より高い水素対炭素比を有し、天然ガスは、化石炭化水素のうち最も高い水素対炭素比を有する。石油を代表的な溶媒として用いることで、化石炭化水素の地球全体の燃焼率(burn rate)は、今や一日当たり2億バレルの石油に相当する量を超えている。   Coal has a relatively low hydrogen to carbon ratio. Petroleum has a higher hydrogen-to-carbon ratio, and natural gas has the highest hydrogen-to-carbon ratio of fossilized coal. By using petroleum as a typical solvent, the global burn rate of hydrocharified coal now exceeds the equivalent of 200 million barrels of oil per day.

世界的な石油生産は、高まる需要を満たすために着実に増加したが、石油の発見率は、生産に追いつくことができていない。石油のピーク生産が起こり、ほとんどすべての既知の埋蔵地での石油生産率は、着実に低下している。ピーク生産の後に、世界経済は、すべてのエネルギー集約型の及び石油化学ベースの製品の膨張(膨張)を経験している。残っている化石燃料資源に関する争いと、破壊機械に給油し及び油を差すための石油の利用が、第一次世界大戦、第二次世界大戦、及びそれ以降のすべての戦争に拍車をかけた。日に2億バレルの石油に相当する量の化石燃料を置き換えるには、再生可能エネルギーの生産、分配、貯蔵、及び利用のための事実上すべての実用的手法の開発が必要である。   Global oil production has steadily increased to meet growing demand, but the oil discovery rate has not caught up with production. Oil peak production occurs, and oil production rates in almost all known reserves are steadily declining. After peak production, the world economy has experienced the expansion (expansion) of all energy intensive and petrochemical based products. The struggle for remaining fossil fuel resources and the use of oil to refuel and refuel destruction machinery has spurred all wars in World War I, World War II, and beyond. . Replacing an amount of fossil fuel equivalent to 200 million barrels of oil a day requires the development of virtually all practical methods for the production, distribution, storage and use of renewable energy.

化石燃料の生産及び燃焼によって引き起こされる空気と水の汚染は、今やすべての大都市圏と共に、漁場、農場、森林を蝕んでいる。漁場及び農場の土壌の水銀及び他の重金属汚染は、ますます石炭燃焼に追随する。より強力なハリケーン及びトルネード、激しい暴風雨、及び森林及び大都市圏への落雷による火事損失の増加を含む地球の気象の変化は、化石燃料の燃焼によって放出された大気中の温室効果ガスの蓄積と密接に関連している。大気中での温室効果ガスの太陽エネルギーの集熱が増加すれば、地球大気機関によって、海洋水のより多くの蒸発、氷河及び極氷冠の融解、並びに改善された所有物(improved properties)及び天然資源の大きな損失を引き起こすその後の極端な天候事象を含む、より多くの仕事がなされる。   Air and water pollution caused by fossil fuel production and combustion is now eroding fishing grounds, farms and forests, as well as all metropolitan areas. Mercury and other heavy metal contamination of fishing grounds and farm soils increasingly follow coal combustion. Global meteorological changes, including stronger hurricanes and tornadoes, heavy storms, and increased fire losses from lightning strikes to forests and metropolitan areas, contribute to the accumulation of atmospheric greenhouse gases released by fossil fuel combustion. Closely related. As solar energy collection of greenhouse gases in the atmosphere increases, the Earth Atmosphere Engine will allow more evaporation of ocean water, melting of glaciers and polar ice caps, and improved properties and More work is done, including subsequent extreme weather events that cause large losses of natural resources.

ガソリン及びディーゼル燃料に加えて又はその代わりに、水素、発生炉ガス、及びメタンのようなより高い水素対炭素比の燃料、アルコール燃料、並びに種々の他の代替燃料を含む混合燃料の選択肢を使用する、以前の試みは、難しい問題に様々に直面し、解決することに失敗し、これらの試みは、高価であり、信頼できない結果をもたらし、且つ以下の事象を含むエンジン劣化又は損傷を頻繁に引き起こした。   Use mixed fuel options including, in addition to or instead of gasoline and diesel fuels, hydrogen, generator gas, and higher hydrogen-to-carbon fuels such as methane, alcohol fuels, and various other alternative fuels The previous attempts faced various difficulties and failed to solve, and these attempts were expensive, resulted in unreliable results, and frequently caused engine degradation or damage including the following events: Caused.

(1)エンジン圧縮比及び容認可能な動力(power)生産のためのより高価な、より強い、及びより重いピストン、連接棒、クランク軸、ベアリング、はずみ車、エンジンブロック、及び支持構造体、したがってより重いサスペンション・スプリング、ショック・アブソーバ、スタータ、バッテリなどに対する対応する要件を増加させる、より多大な装備重量。   (1) More expensive, stronger, and heavier pistons, connecting rods, crankshafts, bearings, flywheels, engine blocks, and support structures for engine compression ratio and acceptable power production, and more Greater equipment weight that increases corresponding requirements for heavy suspension springs, shock absorbers, starters, batteries, etc.

(2)弁の摩耗及び弁座のへこみを防ぐ、より高価な弁、硬化された弁座、及び機械工場設備に対する要件。   (2) Requirements for more expensive valves, hardened valve seats, and machine shop equipment that prevent valve wear and seat dents.

(3)体積あたりの低減した燃料エネルギーに起因する電力損失及び運転性を回復するために過給し、且つ妥協した容積効率及び熱効率を克服する要件。   (3) Requirements to supercharge to recover power loss and operability due to reduced fuel energy per volume and overcome compromised volumetric and thermal efficiency.

(4)蒸気圧並びにオクタン価及びセタン価を含む燃料品質の変化に対する極めて精密な濾過及び非常に小さい許容誤差を伴う多段気体燃料圧力調整。   (4) Multistage gaseous fuel pressure regulation with very precise filtration and very small tolerances to changes in fuel quality including vapor pressure and octane and cetane numbers.

(5)気体燃料圧力調整器の凍結を防ぐためのエンジン冷却液熱交換器。   (5) Engine coolant heat exchanger for preventing freezing of the gaseous fuel pressure regulator.

(6)高価な且つかさばるソレノイドにより作動されるタンク遮断弁(TSOV)及び圧力逃がし弁(PRD)システム。   (6) Tank shutoff valve (TSOV) and pressure relief valve (PRD) system operated by expensive and bulky solenoids.

(7)著しくより大きい流量計測システム。   (7) A significantly larger flow measurement system.

(8)無駄な時点及びバックトルクを生じる時点での燃料のドリブル後送達。   (8) Delivery after fuel dribbling at a wasteful time and when a back torque is generated.

(9)燃費を低下させ且つエンジン又は排気系の損傷を引き起こす、排気ストロークのような害になる時点での燃料のドリブル後送達。   (9) Post-dribbling delivery of fuel at the point of detrimental effects such as exhaust strokes that reduce fuel consumption and cause engine or exhaust system damage.

(10)プレデトネーション及び燃焼ノックに起因するエンジン劣化又は故障。   (10) Engine deterioration or failure due to predetonation and combustion knock.

(11)燃料の粘度、蒸気圧、オクタン又はセタン価、及び燃焼速度を厳密に制御するのに失敗することに起因するエンジンのヘジテーション又は損傷。   (11) Engine hesitation or damage due to failure to strictly control fuel viscosity, vapor pressure, octane or cetane number, and combustion rate.

(12)燃料ウォッシング(fuel washing)、気化、並びにシリンダ壁及びリング又はロータシール上の潤滑膜の焼き付きに起因するエンジン劣化又は故障。   (12) Engine deterioration or failure due to fuel washing, vaporization, and seizure of the lubricant film on the cylinder wall and ring or rotor seal.

(13)燃焼中に窒素酸化物の生成を防ぐのに失敗すること。   (13) Failure to prevent the formation of nitrogen oxides during combustion.

(14)不完全燃焼に起因する粒子の生成を防ぐのに失敗すること。   (14) Failure to prevent the generation of particles due to incomplete combustion.

(15)上側シリンダ領域における潤滑剤のエアロゾル生成に起因する汚染を防ぐのに失敗すること。   (15) Failure to prevent contamination due to lubricant aerosol formation in the upper cylinder region.

(16)摩擦の結果として生じたピストン、シリンダ壁、及び弁の過熱の増加、及び劣化を防ぐのに失敗すること。   (16) Failure to prevent increased piston piston, cylinder wall and valve overheating and degradation resulting from friction.

(17)吸込みマニホルド及び空気清浄器構成要素における損傷を与える逆火を克服するのに失敗すること。   (17) Failure to overcome damaging flashback in suction manifold and air purifier components.

(18)排気系における損傷を与える燃焼及び/又は爆発を克服するのに失敗すること。   (18) Failure to overcome damaging combustion and / or explosion in the exhaust system.

(19)排気系構成要素の過熱を克服するのに失敗すること。   (19) Failure to overcome overheating of exhaust system components.

(20)燃料ベーパーロックと、結果として生じるエンジンのヘジテーション又は故障を克服するのに失敗すること。   (20) Failure to overcome fuel vapor lock and resulting engine hesitation or failure.

さらに、低いエネルギー密度の燃料に対して特別な燃料貯蔵タンクが要求される。ガソリン、プロパン、天然ガス、及び水素に対して設計される貯蔵タンクは、各燃料の広く変化する化学及び物理的特性に合うように別々にされる。車両が使用してもよい各種の燃料に対して別個の燃料タンクが要求される。各燃料選択に対するこの専用タンク手法は、かなりのスペースをとり、重量を付加し、付加的なばね及びショック・アブソーバ機能を要求し、重心及び推力軸を変化させ、且つ非常に高価である。   In addition, special fuel storage tanks are required for low energy density fuels. Storage tanks designed for gasoline, propane, natural gas, and hydrogen are separated to suit the widely changing chemical and physical characteristics of each fuel. Separate fuel tanks are required for the various fuels that the vehicle may use. This dedicated tank approach for each fuel selection takes considerable space, adds weight, requires additional spring and shock absorber functions, changes the center of gravity and thrust axis, and is very expensive.

従来の手法において、ガソリン、メタノール、エタノール、プロパン、エタン、ブタン水素、又はメタンのような代替燃料の選択をエンジンの中に計量することは、1つ又は複数のガスの気化器、スロットル本体燃料噴射器、又は定時ポート燃料噴射器によって達成されてもよい。膨張する気体燃料分子が吸気体積の多くの割合を占めるため、従来の手法の各々によって受ける電力損失は変化する。したがって、低減した吸気流入により、より少ない燃料が燃焼される可能性があり、より低い電力が引き出される。   In conventional approaches, metering alternative fuel choices such as gasoline, methanol, ethanol, propane, ethane, butane hydrogen, or methane into the engine is one or more gas carburetors, throttle body fuels. It may be achieved by an injector, or a timed port fuel injector. Since the expanding gaseous fuel molecules occupy a large proportion of the intake volume, the power loss experienced by each of the conventional approaches varies. Thus, the reduced intake inflow can cause less fuel to burn and draw lower power.

標準温度及び圧力(STP)では、気体水素は、等しい燃焼エネルギーの送達に関して液体ガソリンの2,800倍大きい体積を占める。気体メタンは、等しい燃焼エネルギーを送達するのに液体ガソリンの約900倍大きい体積を要求する。   At standard temperature and pressure (STP), gaseous hydrogen occupies a volume 2,800 times greater than liquid gasoline for equal combustion energy delivery. Gaseous methane requires about 900 times larger volume than liquid gasoline to deliver equal combustion energy.

こうした大きい体積の気体水素又はメタンを吸気サイクルで吸込みマニホルドの真空を通して、吸込み弁(単数又は複数)を通して、及びシリンダの真空の中に流れるように配置すること、及びガソリン性能に適合するのに必要とされる熱を放出するべく完全燃焼をサポートするのに十分なだけの空気と共にそうすることは、十分に対処されていない途方もない課題である。より大排気量のエンジンを用いることによって或る程度の動力回復(power restoration)が利用可能な場合がある。別の手法は、より一層高い圧縮比及び/又は吸気系の過給のための高価な、より重い、より複雑な、及びあまり信頼性のない構成要素を要求する。しかしながら、これらの手法は、基本エンジン設計が剛性及び強度のための適切な構造的区域を提供しない限り、エンジン寿命を短くし、より一層高い元費用及び/又はメンテナンス費用をもたらす。   Arranged to flow such large volumes of gaseous hydrogen or methane through the suction manifold vacuum, through the suction valve (s) and into the cylinder vacuum in the intake cycle, and to meet gasoline performance Doing so with enough air to support complete combustion to release the assumed heat is a tremendous challenge that has not been adequately addressed. Some power restoration may be available by using a larger displacement engine. Another approach requires expensive, heavier, more complex, and less reliable components for higher compression ratios and / or intake system supercharging. However, these approaches reduce engine life and result in higher original and / or maintenance costs unless the basic engine design provides adequate structural area for stiffness and strength.

ガソリンで作動するように設計されるエンジンは、非効率的であることが知れわたっている。大体において、これは吸気サイクルのスロットル状態の間に燃焼室に入る均一混合気を形成するためにガソリンが空気と混合されることによる。この均一給気は、次いで、上死点(TDC)付近の状態に圧縮され、火花点火される。均一給気燃焼により、4,500°Fから5,500°F(2,482℃〜3,037℃)の燃焼ガスからロータリーエンジンのシリンダヘッド、シリンダ壁、及びピストン又は対応する構成要素に直ちに熱移動することになる。潤滑剤の保護膜は、燃えて又は蒸発して、汚染を引き起すエミッションをもたらし、シリンダ及びピストンリングは、潤滑の欠如による摩耗に悩まされる。熱としてのエネルギー損失を強いる均一給気燃焼はまた、液体及び/又は空気冷却系によって160°F〜240°F(71℃〜115℃)の比較的低い温度に維持されるより低温の燃焼室表面に伝達される。   Engines that are designed to run on gasoline are known to be inefficient. For the most part, this is due to the gasoline being mixed with air to form a homogeneous mixture that enters the combustion chamber during throttle conditions in the intake cycle. This uniform charge is then compressed to a state near top dead center (TDC) and sparked. With uniform charge combustion, combustion gas from 4,500 ° F. to 5,500 ° F. (2,482 ° C. to 3,037 ° C.) is immediately applied to the rotary engine cylinder head, cylinder walls, and pistons or corresponding components. It will heat transfer. Lubricant protective films burn or evaporate resulting in contamination causing cylinders and piston rings to suffer from wear due to lack of lubrication. Uniform charge combustion, which imposes energy loss as heat, is also a cooler combustion chamber maintained at a relatively low temperature of 160 ° F. to 240 ° F. (71 ° C. to 115 ° C.) by a liquid and / or air cooling system. Transmitted to the surface.

ガソリンの代わりに均一給気燃料として水素又はメタンを利用することは、ガソリンエンジンではよくある実質的なエネルギーの無駄に適応するのに十分なだけの燃料貯蔵を提供するために高価な課題を提示する。ディーゼル燃料の代わりにこうしたもっときれいに燃焼する及び潜在的により豊富な気体燃料に置換えることは、より一層難しい。ディーゼル燃料は、ガソリンよりも大きい体積あたりのエネルギー価を有する。水素、発生炉ガス、メタン、プロパン、ブタンのような気体燃料、及びエタノール又はメタノールのようなアルコール燃料は、適正なセタン価が欠如しており、且つ効率的なディーゼルエンジン作動のために要求される場合の圧縮空気を迅速に点火しないので、付加的な難しさが生じる。ディーゼル燃料噴射器は、ディーゼル石油によって提供される潤滑保護膜と共に作動するように設計される。さらに、ディーゼル燃料噴射器は、等しい発熱量を送達するのに要求される水素の体積よりも約3,000倍小さい(STPで)比較的少量の燃料のみを循環的に通す。   The use of hydrogen or methane as a uniform charge fuel instead of gasoline presents an expensive challenge to provide enough fuel storage to accommodate the substantial energy waste common in gasoline engines To do. It is even more difficult to burn these cleaners and replace them with potentially richer gaseous fuels instead of diesel fuel. Diesel fuel has a higher energy value per volume than gasoline. Hydrogen, generator gas, gaseous fuels such as methane, propane, butane, and alcohol fuels such as ethanol or methanol lack the proper cetane number and are required for efficient diesel engine operation. The compressed air is not ignited quickly, so additional difficulties arise. Diesel fuel injectors are designed to work with a lubricating protective film provided by diesel oil. Furthermore, diesel fuel injectors only cyclically pass a relatively small amount of fuel that is about 3,000 times smaller (at STP) than the volume of hydrogen required to deliver an equal calorific value.

ごく最近のエンジンは、最小装備重量と、ピーク燃焼温度を制限することによって窒素酸化物の生成を減少させるために空気と燃料との均一給気混合物での試みにおける実質的に過剰酸素当量比での作動とのために設計される。最小装備重量を達成するために、より小さいシリンダ及びより高いピストン速度が用いられる。より高比率の(higher−ratio)トランスミッション及び/又は差動歯車を通じた推進のために、より高いエンジン速度が、要求されるシャフト速度に減速される。   Most recent engines have a minimum excess weight and a substantially excess oxygen equivalent ratio in attempts with a homogeneous charge mixture of air and fuel to reduce nitrogen oxide production by limiting peak combustion temperatures. Designed for with operating. Smaller cylinders and higher piston speeds are used to achieve minimum equipment weight. Higher engine speeds are reduced to the required shaft speeds for propulsion through higher-ratio transmissions and / or differential gears.

過剰酸素当量比での作動は、より多くの空気流入を要求し、燃焼室ヘッドは、2ないし3つの吸込み弁と2ないし3つの排気弁とをしばしば有する。これは、ヘッド領域に直接シリンダ燃料噴射器又はスパークプラグのための非常に小さい余地を残す。オーバーヘッドカム軸によるより高速の弁の作動は、さらに複雑(複雑な)であり、直接シリンダ燃料噴射器及びスパークプラグのために利用可能なスペースを減少させる。設計者は、弁と弁の操作者のためにピストンの上で利用可能なスペースの事実上すべてを使用し、ガソリン点火のためのスパークプラグ又は圧縮点火エンジンのためのディーゼル噴射器を割り込ませるための余地をかろうじて残した。   Operation with an excess oxygen equivalent ratio requires more air inflow and the combustion chamber head often has 2 to 3 intake valves and 2 to 3 exhaust valves. This leaves very little room for cylinder fuel injectors or spark plugs directly in the head area. Faster valve actuation with an overhead camshaft is more complex, reducing the space available for direct cylinder fuel injectors and spark plugs. Designers use virtually all of the space available on the piston for the valve and the valve operator to interrupt the spark plug for gasoline ignition or diesel injector for compression ignition engine I barely left the room.

したがって、ガソリンエンジンのスパークプラグ又はディーゼルエンジンの燃料噴射器よりも断面の大きいあらゆる導管によって、そのすべてがガソリン又はディーゼル燃料よりも体積あたり低い発熱量を有する水素、メタン、プロパン、ブタン、エタノール、又はメタノールのような代替燃料による等しいエネルギーを送達することは極めて難しい。スパークプラグ又はディーゼル燃料噴射器のために利用可能な面積が極めて小さいという問題は、燃焼室からヘッド及び関係する構成要素に熱を伝達する3から6つまでの弁からのより大きいヒートゲインに起因するヘッドにおけるより大きい熱負荷によって悪化する。スペースと熱負荷の問題のさらなる悪化は、高速作動でのカム摩擦、弁ばね、及びバルブリフタによる狭苦しいヘッド領域におけるより多くの発熱に起因する。   Thus, any conduit that has a larger cross-section than a gasoline engine spark plug or diesel engine fuel injector, all of which have a lower heating value per volume than gasoline or diesel fuel, hydrogen, methane, propane, butane, ethanol, or Delivering equal energy with alternative fuels such as methanol is extremely difficult. The problem of very small area available for spark plugs or diesel fuel injectors is due to the greater heat gain from 3 to 6 valves that transfer heat from the combustion chamber to the head and related components. Deteriorated by the greater thermal load on the head Further exacerbations of space and heat load problems are due to more heat generation in the tight head area due to cam friction at high speed operation, valve springs, and valve lifters.

多くの方法で、ピストンエンジンは、動作因(agents)を変化させてきており、産業革命を通じて本質的なエネルギー変換を提供した。今日、より高いピストン速度をもつより小さいエンジンにおける、客車及び軽トラック車両の燃料効率を改善する新しい試みと共に、セタン価で格付けされるディーゼル燃料を用いる圧縮点火内燃ピストンエンジンが、農業、鉱業、鉄道及び海上重運搬、並びに静止パワー系(stationary power system)のための機器のほとんどに動力を与えている。火花点火によるより低圧縮の内燃ピストンエンジンは、製造するのにあまり高価でなく、人口増加している9億人の乗客及び軽トラック車両の大部分に動力を与えるために、オクタン価で格付けされる燃料を使用する。   In many ways, piston engines have changed their agents and provided essential energy conversion through the industrial revolution. Today, compression-ignited internal combustion piston engines using diesel fuel rated by cetane number, along with new attempts to improve passenger and light truck fuel efficiency in smaller engines with higher piston speeds, are used in agriculture, mining, railways. And powers most of the equipment for marine heavy haulage and stationary power systems. The lower compression internal combustion piston engine with spark ignition is less expensive to manufacture and is rated at octane to power the majority of the growing population of 900 million passengers and light truck vehicles Use fuel.

従来の内燃機関でのオクタン価及びセタン価で格付けされる炭化水素燃料用途は、未燃炭化水素、微粒子、窒素酸化物、一酸化炭素、及び二酸化炭素のような容認できないレベルの汚染を引き起すエミッションを生じる。   Hydrocarbon fuel applications rated by octane and cetane numbers in conventional internal combustion engines are emissions that cause unacceptable levels of pollution such as unburned hydrocarbons, particulates, nitrogen oxides, carbon monoxide, and carbon dioxide Produce.

従来の火花点火は、高電圧であるが空気と燃料の混合気の低エネルギーのイオン化からなる。12:1又はそれ以下の圧縮比で作動するスパークプラグを装備する自然吸気エンジンでは、従来の火花エネルギーの大きさは約0.05〜0.15ジュールが典型的である。こうしたイオン化を生じるのに適切な電圧は、火花ギャップにおけるより高い周囲圧力と共に増加されなければならない。より高い電圧を要求する要因は、より希薄な空燃比、点火のために必要な場合にはより広い火花ギャップ、効果的な圧縮比の増加、過給、及び空気を燃焼室に流入させるためのインピーダンスの量の減少を含む。従来の火花点火系は、16:1〜22:1の圧縮比をもつディーゼルエンジンのようなエンジンにおける火花点火を信頼できる状態で提供するのに適切な電圧発生を提供するのに失敗し、且つパワー生産の増加及び燃費の改善の目的で過給されるスロットルレスエンジンのための適切な電圧を提供するのにしばしば失敗する。   Conventional spark ignition consists of high voltage but low energy ionization of a mixture of air and fuel. In naturally aspirated engines equipped with spark plugs operating at a compression ratio of 12: 1 or less, the conventional spark energy magnitude is typically about 0.05 to 0.15 Joules. The appropriate voltage to cause such ionization must be increased with higher ambient pressure in the spark gap. Factors that require higher voltage are a leaner air / fuel ratio, a wider spark gap when needed for ignition, an effective compression ratio increase, supercharging, and air flow into the combustion chamber. Includes a reduction in the amount of impedance. Conventional spark ignition systems fail to provide adequate voltage generation to reliably provide spark ignition in engines such as diesel engines having a compression ratio of 16: 1 to 22: 1, and It often fails to provide adequate voltage for a throttleless engine that is supercharged for the purpose of increasing power production and improving fuel economy.

火花ギャップで適切な電圧を提供するのに失敗することは、ほとんどの場合、スパークプラグ磁器及びスパークプラグ・ケーブルのような点火システム構成要素の不適切な絶縁耐力に起因する。   Failure to provide the proper voltage at the spark gap is most often due to inadequate dielectric strength of ignition system components such as spark plug porcelain and spark plug cables.

本質的に燃焼室の壁で従来のスパークプラグに印加される高電圧は、ピストン、シリンダ壁、シリンダヘッド、及び弁を含む燃焼室のすべての表面での又はその付近での空気−燃料均一混合気の燃焼の熱損失を引き起こす。こうした熱損失は、エンジンの効率を低下させ、酸化、侵食、熱疲労、熱膨張に起因する増加した摩擦、歪み、そり、及び過熱した又は酸化した潤滑膜の存続性の損失に起因する摩耗をし易い燃焼室構成要素を劣化させる場合がある。   The high voltage applied to the conventional spark plug at essentially the combustion chamber wall is a uniform air-fuel mixture at or near all surfaces of the combustion chamber including the piston, cylinder wall, cylinder head, and valves. Causes heat loss of qi combustion. These heat losses reduce engine efficiency and increase wear due to oxidation, erosion, thermal fatigue, increased friction due to thermal expansion, strain, warpage, and surviving loss of overheated or oxidized lubricating films. The combustion chamber components that are prone to failure may be degraded.

燃焼室の表面での火花が空気−燃料均一混合気の持続的燃焼をもたらす場合であっても、火炎移動速度が燃焼完了の限界を定める。燃焼室表面に奪われる熱の量が多くなると、燃焼プロセスを完了するのに失敗する度合いがより多くなる。この望ましくない状況は、排気中の炭化水素蒸気、炭化水素微粒子、及び一酸化炭素のような未燃燃料の濃度の増加の問題と結び付けられる。   Even if a spark at the surface of the combustion chamber results in sustained combustion of the homogeneous air-fuel mixture, the flame transfer rate sets the limit for completion of combustion. As the amount of heat deprived by the combustion chamber surface increases, the degree of failure to complete the combustion process increases. This undesirable situation is linked to the problem of increased concentrations of unburned fuel such as hydrocarbon vapor, hydrocarbon particulates, and carbon monoxide in the exhaust.

空燃比を制御して、より高い燃料効率のためのより希薄な燃焼状態を提供する試み、及びピーク燃焼温度を低下させて、できれば窒素酸化物の生成を低減させる試みは、多くの付加的な問題を引き起こす。例えば、より希薄な空燃比は、理論混合気又は燃料リッチな混合気よりもゆっくり燃える。そのうえ、よりゆっくりとした燃焼は、エンジンの2−ないし4−ストローク作動を完了するのにより多くの時間を要求し、したがってエンジン設計の比出力(specific power)ポテンシャルを低下させる。ガソリン又はディーゼル燃料の置換えとしての天然ガスを採用するにあたって、天然ガスはガソリンよりもかなりゆっくり燃焼することと、天然ガスはディーゼル燃料と置換えられる場合に圧縮点火を容易にしないという事実を認識しなければならない。   Attempts to control air / fuel ratios to provide leaner combustion conditions for higher fuel efficiency, and to reduce peak combustion temperatures and, if possible, reduce nitrogen oxide production, are many additional Cause problems. For example, a leaner air / fuel ratio burns more slowly than a stoichiometric or fuel rich mixture. In addition, slower combustion requires more time to complete the 2- to 4-stroke operation of the engine, thus reducing the specific power potential of the engine design. In adopting natural gas as a replacement for gasoline or diesel fuel, one must be aware of the fact that natural gas burns much more slowly than gasoline and that natural gas does not facilitate compression ignition when replaced with diesel fuel. I must.

加えて、現代のエンジンは、高電圧、コロナ放電の循環的印加、及びショック、振動、並びに高温及び低温への急速な熱サイクルに起因して積み重なる劣化に耐えなければならない構成要素を保護するのに十分なだけの絶縁耐力及び耐久性を有する以前の電気絶縁構成要素と共に燃焼室にアクセスするにはあまりにも小さすぎるスペースを提供する。そのうえ、均一な層状給気の燃焼のための以前の手法は、オクタン又はセタン依存に関係する制限を克服するのに失敗し、且つより高い熱効率を可能にするために害になる時点又は適切な燃焼速度での燃料ドリブリングの制御を提供するのに失敗し、それらは燃焼により生じる窒素酸化物を防ぐのに失敗する。   In addition, modern engines protect components that must withstand cumulative degradation due to high voltage, cyclic application of corona discharge, and shock, vibration, and rapid thermal cycling to high and low temperatures. Provides a space that is too small to access the combustion chamber along with previous electrical insulation components having sufficient dielectric strength and durability. Moreover, previous approaches for uniform stratified charge combustion fail to overcome the limitations associated with octane or cetane dependence and are detrimental to enable higher thermal efficiency or appropriate Failure to provide control of fuel dribbling at the burning rate, they fail to prevent nitrogen oxides produced by combustion.

より低い装備重量及びより多くの空気流入と共に混合燃料の利用に対する要望を満たすために、燃焼室の中へのスロットルを絞られない(unthrottled)空気流入を可能にして、気体の、もっときれいに燃焼する、且つあまり高価でない燃料を直接噴射し、且つガソリン及びディーゼル(ペトロール)燃料の代用として層状給気燃焼を提供することが最終的には重要である。しかしながら、この要望は、こうした大きく異なる燃料密度、蒸気圧、及び粘度の信頼できる計量を提供して、次いで、その後の点火及び燃焼イベント完了の精密なタイミングを保証するという極めて難しい問題に直面する。ポジティブ点火を達成するために、スパーク電極の間の比較的小さいギャップの中に火花点火可能な空気−燃料混合を提供することが必要である。   In order to meet the need for mixed fuel utilization with lower equipment weight and more air inflow, it allows an unintroduced air inflow into the combustion chamber to burn gas more cleanly Finally, it is important to directly inject less expensive fuel and provide stratified charge combustion as a substitute for gasoline and diesel (petrol) fuel. However, this desire faces the extremely difficult problem of providing reliable metering of these very different fuel densities, vapor pressures, and viscosities, and then ensuring the precise timing of subsequent ignition and combustion event completion. In order to achieve positive ignition, it is necessary to provide a spark-ignitable air-fuel mixture in a relatively small gap between the spark electrodes.

層状給気を生産する試みにおいて、個別の燃料噴射器によって各燃焼室に燃料が送達される場合、燃焼室表面からから火花ギャップの中への燃料のモーメント・スワーリング(momentum swirling)、跳飛、又は跳ね返りのような入念な措置がとられなければならないが、これらの手法は、層状給気概念が犠牲にされる際に燃焼室表面への妥協的な熱損失を常に引き起こす。燃料が燃焼室から或る距離で計量弁によって制御される場合、意図された出力トルクとは反対のトルクを生じる時点を含む無駄な又は損害を与える時点で燃料の「アフター・ドリブル」が起こるであろう。どちらの手法も、幾らかの少量の燃料が所望の点火の正確な時点で火花ギャップの中の火花点火可能な空気−燃料混合気に送達されるようにするために、燃料の多くを冷却されたシリンダ壁に対して必然的に「ウォッシュ」又は衝突させる。これは、結果として、熱損失、シリンダ−壁潤滑の損失、シリンダ及びピストンの摩擦により生じる熱変形、及びエンジンの非膨張性構成要素への膨張するガスによる仕事生産からの熱損失に起因する熱効率の損失をもたらす。   In an attempt to produce stratified charge, when fuel is delivered to each combustion chamber by a separate fuel injector, fuel moment swirling, jumping from the combustion chamber surface into the spark gap Careful measures such as rebound or rebound must be taken, but these approaches always cause a compromise heat loss to the combustion chamber surface when the stratified charge concept is sacrificed. If the fuel is controlled by a metering valve at a distance from the combustion chamber, fuel “after dribbling” will occur at any point in time that is useless or damaging, including the time when it produces torque opposite to its intended output torque. I will. Both approaches allow much of the fuel to be cooled so that some small amount of fuel is delivered to the spark-ignitable air-fuel mixture in the spark gap at the exact point in the desired ignition. Inevitably "washed" or collided against the cylinder wall. This results in thermal efficiency due to heat loss, loss of cylinder-wall lubrication, thermal deformation caused by cylinder and piston friction, and heat loss from work production due to expanding gas to non-expandable components of the engine. Cause losses.

燃焼室に入る空気のスワールを生じる、及びスワールする空気内により低密度の燃料を入れる試みは、2つの害になる特徴に悩まされる。スワールの誘起は、燃焼室の中への空気の流れに対するインピーダンスを引き起こし、したがって、燃焼室に入る空気の量を減少させて、低減した容積効率をもたらす。点火後に、燃焼生成物は、燃焼室表面へのスワール・モーメントによって迅速に搬送され、不利な熱損失が加速される。   Attempts to create a swirl of air entering the combustion chamber and to put lower density fuel into the swirling air suffer from two detrimental features. Swirl induction causes an impedance to the flow of air into the combustion chamber, thus reducing the amount of air entering the combustion chamber, resulting in reduced volumetric efficiency. After ignition, the combustion products are quickly transported by the swirl moment to the combustion chamber surface, and adverse heat loss is accelerated.

ガソリン、天然ガス、プロパン、アルコール燃料、発生炉ガス、及び水素のような燃料の選択肢の間で切り替える能力のような混合燃料機能を内燃機関に提供する過去の試みは、極めて複雑且つ非常に妥協的となることが証明されている。過去の手法は、すべての燃料を離調し、且つ特定の燃料特徴に対する最適化技術を打ち消すという妥協をもたらした。こうした試みは、動作不良となりがちであり、非常に高価な構成要素及び制御を要求することが証明されている。これらの難しさは、こうした燃料の大きく異なる特定のエネルギー価、広範な蒸気圧、及び粘度、及び気体燃料と液体燃料との間の他の物理的特性の差異によって悪化する。さらに、メタンは、挙げられた燃料のうち最も遅く燃え、一方、水素は、他の所望の燃料の選択肢のいずれよりも約7〜10倍速く燃えるので、点火タイミングの即座の再発生が必要とされる。   Past attempts to provide internal combustion engines with mixed fuel functions such as the ability to switch between fuel options such as gasoline, natural gas, propane, alcohol fuel, generator gas, and hydrogen are extremely complex and very compromised Proven to be Past approaches have resulted in a compromise of detuning all fuels and negating optimization techniques for specific fuel characteristics. Such attempts are prone to malfunction and have proven to require very expensive components and controls. These difficulties are exacerbated by the very different specific energy values, wide range of vapor pressures, and viscosities of these fuels, and other physical property differences between gaseous and liquid fuels. In addition, methane burns the slowest of the fuels listed, while hydrogen burns approximately 7-10 times faster than any of the other desired fuel options, thus requiring an immediate regeneration of ignition timing. Is done.

同じ燃料物質の低温液体又はスラッシュと圧縮ガス燃料貯蔵との間で付加的な問題に直面する。例証すると、液体水素は、大気圧で−420°F(−252℃)で貯蔵され、保護されていない送達ライン、圧力調整器、及び噴射器に大気中の水蒸気を凝結させ及び凍結させ、大気中の湿気への露出の結果として氷による損傷を受けさせる。低温メタンは、氷の生成及び損傷の類似の問題に直面する。同様に、これらの超低温流体はまた、通常は計量オリフィス、特に小さいオリフィスの動作不良及び詰まりを引き起こす。   Additional problems are encountered between cryogenic liquids or slushes of the same fuel material and compressed gas fuel storage. Illustratively, liquid hydrogen is stored at -420 ° F. (−252 ° C.) at atmospheric pressure, causing unprotected delivery lines, pressure regulators, and injectors to condense and freeze atmospheric water vapor, Damage by ice as a result of exposure to moisture inside. Low temperature methane faces similar problems of ice formation and damage. Similarly, these cryogenic fluids also typically cause metering orifices, particularly small orifices, to malfunction and become clogged.

残っている解決されなければならない非常に難しい問題は、エネルギー生産要件を満たすために、低温(水素又はメタン)又は周囲温度(プロパン又はブタン)で、及びアイドル又はこうした燃料の蒸気を用いて低いパワーレベルで、及びこうした燃料の液体送達を用いて高いパワーレベルで、どのようにすれば車両に濃厚な液体燃料を迅速に燃料補給できるか?である。   The remaining very difficult problems to be solved are low power (low hydrogen or methane) or ambient temperature (propane or butane) and low power using idle or such fuel vapors to meet energy production requirements. How can a vehicle be rapidly refilled with rich liquid fuel at a level and at high power levels using liquid delivery of such fuels? It is.

大気圧では、低温の液体水素又はメタンの噴射は、気体水素又はメタンの非常に大体積の送達に比べて非常に小体積の濃厚な液体の正確な計量を必要とする。さらに、燃焼室に送達される具体的な混合燃料選択物に関係なく、燃料と空気との層状給気混合気を正確に生産する、点火する、及び燃焼することが急務である。   At atmospheric pressure, the injection of cold liquid hydrogen or methane requires an accurate metering of a very small volume of concentrated liquid compared to a very large volume delivery of gaseous hydrogen or methane. Furthermore, there is an urgent need to accurately produce, ignite, and burn a fuel and air stratified charge mixture regardless of the specific fuel mix delivery delivered to the combustion chamber.

各燃料選択物での最も高い熱効率、最も高い機械的効率、最も高い容積効率、及び最も長いエンジン寿命を含む本質的な目標の達成は、燃料送達タイミング、燃焼室浸透、及び流入する燃料による分布のパターンの正確な制御、及び空気利用を最適化するための精密点火タイミング、及び燃焼プロセスを仕事を生じる膨張性媒体で絶縁する余剰空気のメンテナンスを要求する。   Achieving essential goals including the highest thermal efficiency, highest mechanical efficiency, highest volumetric efficiency, and longest engine life for each fuel selection is fuel delivery timing, combustion chamber penetration, and distribution due to incoming fuel Requires precise control of the pattern, precision ignition timing to optimize air utilization, and maintenance of excess air that insulates the combustion process with an inflatable medium that produces work.

世界経済のエネルギー需要を持続可能に満たすために、事実上あらゆる公知の手段によってメタン及び水素の生産、輸送、及び貯蔵を改善することが必要である。256℃での1ガロンの低温液体メタンは、1ガロンのガソリンの約28%にも満たない89,000BTU/galのエネルギー密度を提供する。−252℃での液体水素は、たったの約29,700BTU/galを提供し、すなわちガソリンの76%にも満たない。   In order to meet the global economy's energy demands sustainably, it is necessary to improve the production, transport and storage of methane and hydrogen by virtually any known means. One gallon of cold liquid methane at 256 ° C. provides an energy density of 89,000 BTU / gal, less than about 28% of one gallon of gasoline. Liquid hydrogen at -252 ° C provides only about 29,700 BTU / gal, ie less than 76% of gasoline.

火花点火式のエンジンのガソリンの代わりに、メタン、水素、又はメタンと水素との混合物を低温液体又は圧縮ガスとして交換可能に用いることが長い間望まれている。しかし、この目標は満足に達成されておらず、結果として、メタン及び多くの形態の再生可能な水素の価格がガソリンよりもずっと低いにもかかわらず、自動車の圧倒的大多数がペトロール専用のままである。同様に、圧縮点火式のエンジンのディーゼル燃料の代わりに、メタン、水素、又はメタンと水素との混合物を低温液体及び/又は圧縮ガスとして交換可能に用いることが長い間の目標であるが、この目標は、より一層実現が難しいことが分かり、ほとんどのディーゼルエンジンが、汚染を引き起す且つより高価なディーゼル燃料専用のままである。   It has long been desirable to use methane, hydrogen, or a mixture of methane and hydrogen interchangeably as a cryogenic liquid or compressed gas, instead of gasoline in spark ignition engines. However, this goal has not been met satisfactorily, and as a result, the vast majority of cars remain dedicated to petrol, despite the prices of methane and many forms of renewable hydrogen being much lower than gasoline. It is. Similarly, it has long been a goal to use methane, hydrogen, or a mixture of methane and hydrogen interchangeably as a cryogenic liquid and / or compressed gas instead of diesel fuel in compression ignition engines. The goal has proven to be even more difficult to realize, and most diesel engines remain dedicated to diesel fuel that causes pollution and is more expensive.

本開示の実施形態に従って構成される一体化された燃料噴射器/点火器の略側断面図である。1 is a schematic cross-sectional side view of an integrated fuel injector / igniter configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成されるシステムの側面図である。1 is a side view of a system configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。FIG. 4 illustrates several exemplary fuel stratified burst patterns that can be injected by an injector configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。FIG. 4 illustrates several exemplary fuel stratified burst patterns that can be injected by an injector configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。FIG. 4 illustrates several exemplary fuel stratified burst patterns that can be injected by an injector configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。FIG. 4 illustrates several exemplary fuel stratified burst patterns that can be injected by an injector configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面図である。1 is a longitudinal cross-sectional view of an embodiment component assembly operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される図4の構成要素組立体の端面図である。FIG. 5 is an end view of the component assembly of FIG. 4 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面図である。1 is a longitudinal cross-sectional view of an embodiment component assembly operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される図6の構成要素組立体の端面図である。FIG. 7 is an end view of the component assembly of FIG. 6 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成されるユニット弁組立体を示す図である。FIG. 3 illustrates a unit valve assembly configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成されるユニット弁組立体を示す図である。FIG. 3 illustrates a unit valve assembly configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態の概略的燃料制御回路のレイアウトを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic fuel control circuit layout according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面図である。1 is a longitudinal cross-sectional view of an embodiment component assembly operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される図10の構成要素組立体の端面図である。FIG. 11 is an end view of the component assembly of FIG. 10 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の原理に従って作動される本開示の噴射器の実施形態を例証する図ある。FIG. 6 illustrates an embodiment of an injector of the present disclosure that is operated in accordance with the principles of the present disclosure. 図10に示された平らな管の拡大端面図である。FIG. 11 is an enlarged end view of the flat tube shown in FIG. 10. 本開示の実施形態に従って作動されるシステムの或る構成要素の断面図を含む略図である。1 is a schematic including a cross-sectional view of certain components of a system operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。FIG. 3 illustrates the operation of the present disclosure when provided in accordance with the principles of the present disclosure. 本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。FIG. 3 illustrates the operation of the present disclosure when provided in accordance with the principles of the present disclosure. 本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。FIG. 3 illustrates the operation of the present disclosure when provided in accordance with the principles of the present disclosure. 本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。FIG. 3 illustrates the operation of the present disclosure when provided in accordance with the principles of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される噴射器の部分側断面図である。FIG. 3 is a partial side cross-sectional view of an injector configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に従って構成される絶縁体又は誘電性本体の側面図である。2 is a side view of an insulator or dielectric body configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 図17Aの線17B−17Bに実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 17B is a side cross-sectional view taken substantially along line 17B-17B of FIG. 17A. 本開示の別の実施形態に従って構成される絶縁体又は誘電性本体を例証する図16の線18−18に実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional side view taken substantially along line 18-18 of FIG. 16 illustrating an insulator or dielectric body configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示の別の実施形態に従って構成される絶縁体又は誘電性本体を例証する図16の線18−18に実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional side view taken substantially along line 18-18 of FIG. 16 illustrating an insulator or dielectric body configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体又は誘電性本体を形成するためのシステムの略図である。6 is a schematic diagram of a system for forming an insulator or dielectric body with compressive stress in a desired zone according to another embodiment of the present disclosure. 本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体又は誘電性本体を形成するためのシステムの略図である。6 is a schematic diagram of a system for forming an insulator or dielectric body with compressive stress in a desired zone according to another embodiment of the present disclosure. 本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with a further embodiment of the present disclosure. 本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with a further embodiment of the present disclosure. アクチュエータを位置合わせするための本開示の実施形態に従って構成されるトラス管位置合わせ組立体の側面図である。FIG. 6 is a side view of a truss tube alignment assembly configured in accordance with an embodiment of the present disclosure for aligning actuators. 図22Aの線22B−22Bに実質的に沿って見た断面正面図である。FIG. 22B is a cross-sectional front view taken substantially along line 22B-22B in FIG. 22A. アクチュエータを位置合わせするための本開示の別の実施形態に従って構成される位置合わせトラス組立体の側面図である。6 is a side view of an alignment truss assembly configured in accordance with another embodiment of the present disclosure for aligning actuators. FIG. 図22Cの線22D−22Dに実質的に沿って見た断面正面図である。FIG. 22D is a cross-sectional front view taken substantially along line 22D-22D in FIG. 22C. 本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の部分側断面図である。6 is a partial cross-sectional side view of an injector configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with a further embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。FIG. 3 illustrates several representative injectors of an ignition and flow regulator or cover configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。FIG. 3 illustrates several representative injectors of an ignition and flow regulator or cover configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。FIG. 3 illustrates several representative injectors of an ignition and flow regulator or cover configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。FIG. 3 illustrates several representative injectors of an ignition and flow regulator or cover configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。FIG. 3 illustrates several representative injectors of an ignition and flow regulator or cover configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。FIG. 3 illustrates several representative injectors of an ignition and flow regulator or cover configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の等角図である。2 is an isometric view of a check valve configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の背面図である。2 is a rear view of a check valve configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の図25Bの線25C−25Cに実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 26 is a side cross-sectional view of a check valve configured in accordance with an embodiment of the present disclosure, taken substantially along line 25C-25C in FIG. 25B. 本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view of an injector configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. 点火及び流量調整装置を例証する図26Aの噴射器の正面図である。FIG. 26B is a front view of the injector of FIG. 26A illustrating an ignition and flow regulator. 本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。6 is a side cross-sectional view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. FIG. 図27Aの噴射器の幾つかの燃焼特性の略グラフ図である。FIG. 27B is a schematic graph of some combustion characteristics of the injector of FIG. 27A. 本開示の他の実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示の他の実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示の他の実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火装置及び流量調整装置の正面図である。1 is a front view of an ignition device and a flow rate adjustment device configured according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される点火装置及び流量調整装置の正面図である。1 is a front view of an ignition device and a flow rate adjustment device configured according to an embodiment of the present disclosure. 本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with a further embodiment of the present disclosure. 本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view of an injector configured in accordance with a further embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の側断面図である。2 is a side cross-sectional view of a check valve configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の背面図である。2 is a rear view of a check valve configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される弁座の側断面図である。2 is a side cross-sectional view of a valve seat configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される弁座の背面図である。2 is a rear view of a valve seat configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される弁座の正面図である。2 is a front view of a valve seat configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。6 is a side cross-sectional view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置を例証する図35Aの噴射器の正面図である。FIG. 35B is a front view of the injector of FIG. 35A illustrating an ignition and flow regulator configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の断面部分側面図である。6 is a partial cross-sectional side view of an injector configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置を例証する図36Aの噴射器の正面図である。FIG. 36B is a front view of the injector of FIG. 36A illustrating an ignition and flow regulator configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. 本開示の別の実施形態に従って構成されるシステムの略側断面図である。2 is a schematic cross-sectional side view of a system configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view of an injector configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. 図38Aの噴射器の弁組立体の拡大詳細図である。FIG. 38B is an enlarged detail view of the injector valve assembly of FIG. 38A. 図38Aの線38C−38Cに実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 38B is a side cross-sectional view taken substantially along line 38C-38C of FIG. 38A. 図38Aの線38D−38Dに実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 38B is a side cross-sectional view taken substantially along line 38D-38D of FIG. 38A. 図38Aの線38E−38Eに実質的に沿って見た側断面図である。FIG. 38B is a side cross-sectional view taken substantially along line 38E-38E in FIG. 38A. 図38Aの線38F−38Fに実質的に沿って見た力発生器の実施形態の側断面図である。FIG. 38B is a cross-sectional side view of the embodiment of the force generator viewed substantially along line 38F-38F of FIG. 38A. 本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view of an injector configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. 図40Aの噴射器のバイアス部材の平面図である。FIG. 40B is a plan view of a bias member of the injector of FIG. 40A. 本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の部分側断面図である。FIG. 6 is a partial side cross-sectional view of an injector configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. 本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view of an injector configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure.

本出願は、2008年1月7日に出願されたMULTIFUEL STORAGE, METERING, AND IGNITION SYSTEMと題する米国特許出願第12/006,774号(現在は米国特許第7,628,137号)の主題のその全体を参照により本明細書に組み込む。本出願は、以下の米国特許出願、すなわち、2010年7月21日に本出願と同時に出願されたFUEL INJECTOR ACTUATOR ASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE(代理人整理番号69545−8032US)、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS WITH CONDUCTIVE CABLE ASSEMBLIES(代理人整理番号69545−8033US)、SHAPING A FUEL CHARGE IN A COMBUSTION CHAMBER WITH MULTIPLE DRIVERS AND/OR IONIZATION CONTROL(代理人整理番号69545−8034US)、CERAMIC INSULATOR AND METHODS OF USE AND MANUFACTURE THEREOF(代理人整理番号69545−8036US)、METHOD AND SYSTEM OF THERMOCHEMICAL REGENERATION TO PROVIDE OXYGENATED FUEL, FOR EXAMPLE, WITH FUEL−COOLED FUEL INJECTORS(代理人整理番号69545−8037US)、及びMETHODS AND SYSTEMS FOR REDUCING THE FORMATION OF OXIDES OF NITROGEN DURING COMBUSTION IN ENGINES(代理人整理番号69545−8038US)の各々の主題のそれらの全体を参照により本明細書に組み込む。   This application is the subject of US patent application Ser. No. 12 / 006,774 (currently US Pat. No. 7,628,137), filed Jan. 7, 2008, entitled MULTIFUL STORE, METERING, AND IGNITION SYSTEM. Which is incorporated herein by reference in its entirety. This application includes the following US patent applications: FUEL INJECTOR ACTUATOR ASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE (Attorney Docket No. 69545-8032US), INTERGRATED AND IGNITERS WITH CONDUCTIVE CABLE ASSEMBLIES (Representative reference number 69545-8033US), SHAPING A FUEL CHARGE IN A COMBUSTION CHAMBER WITH MULTIPION DRIONS95 8034US), CERAMIC INSULATOR AND METHODS OF USE AND MANUFACTURE THERUETO (deputy reference number 69545-8036US), METHOD AND SYSTEM OF THEFLOW FELF ), And METHODS AND SYSTEMS FOR REDUCING THE FORMATION OF OXIDES OF NITRROGEN DURING COMBUSTION IN ENGINES (attorney reference number 69545) Incorporated herein by reference in their entirety in each of the subject 8038US).

A.概要
本開示は、複数の燃料と共に用いられ且つ一体化された点火器を含むように構成される燃料噴射器を提供するためのデバイス、システム、及び方法を説明する。本開示は、内燃機関と共に用いられる一体化された燃料噴射及び点火装置、並びに関連するシステム、組立体、構成要素、及びこれに関する方法をさらに説明する。例えば、以下で説明される実施形態のうちの幾つかは、一般に、燃焼室の状態に基づいて種々の燃料の噴射及び燃焼を最適化することができる適合可能な燃料噴射器/点火器に向けられる。本開示の種々の実施形態の十分な理解を提供するために、或る詳細が以下の説明に及び図1〜図42に記載される。しかしながら、本開示の種々の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、燃焼システムの内燃機関、噴射器、点火器、及び/又は他の態様としばしば関連付けられる周知の構造体及びシステムを説明する他の詳細は以下に記載されない。したがって、以下に記載される詳細のうちの幾つかは、当該技術分野の当業者が開示された実施形態を作製し及び用いることを可能にするのに十分な様式で以下の実施形態を説明するために提供されることが理解されるであろう。以下で説明される詳細及び利点のうちの幾つかは、しかしながら、本開示の或る実施形態を実施するのに必要ではない場合がある。
A. SUMMARY The present disclosure describes devices, systems, and methods for providing a fuel injector that is used with a plurality of fuels and that is configured to include an integrated igniter. The present disclosure further describes an integrated fuel injection and ignition device for use with an internal combustion engine, and associated systems, assemblies, components, and methods related thereto. For example, some of the embodiments described below are generally directed to adaptable fuel injectors / igniters that can optimize the injection and combustion of various fuels based on combustion chamber conditions. It is done. Certain details are set forth in the following description and in FIGS. 1-42 to provide a thorough understanding of various embodiments of the present disclosure. However, well-known structures often associated with internal combustion engines, injectors, igniters, and / or other aspects of the combustion system to avoid unnecessarily obscuring the description of the various embodiments of the present disclosure. Other details describing the body and system are not described below. Accordingly, some of the details described below describe the following embodiments in a manner sufficient to enable one of ordinary skill in the art to make and use the disclosed embodiments. It will be understood that this is provided. Some of the details and advantages described below may, however, not be necessary to implement certain embodiments of the present disclosure.

図面に示された詳細、寸法、角度、形状、及び他の機能部の多くは、本開示の特定の実施形態の単なる例証である。したがって、他の実施形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の詳細、寸法、角度、及び機能部を有することができる。加えて、以下で説明される詳細のうちの幾つかを無しにして、本開示のさらなる実施形態を実施できることが、当該技術分野の当業者には分かるであろう。   Many of the details, dimensions, angles, shapes, and other features shown in the drawings are merely illustrative of specific embodiments of the present disclosure. Accordingly, other embodiments can have other details, dimensions, angles, and features without departing from the spirit or scope of the present disclosure. In addition, those skilled in the art will appreciate that further embodiments of the present disclosure may be practiced without some of the details described below.

本明細書の全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」という言及は、実施形態と組み合わせて説明される特定の機能部、構造体、又は特徴が本開示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して種々の場所での「一実施形態において」又は「実施形態において」というフレーズの出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を言及するわけでない。そのうえ、特定の機能部、構造体、又は特徴は、あらゆる適切な様式で1つ又は複数の実施形態において組み合わされてもよい。本明細書で提供される見出しは、便宜のためだけのものであって、特許請求される開示の範囲又は意味を説明するものではない。   Throughout this specification, reference to “one embodiment” or “an embodiment” includes a particular feature, structure, or feature described in combination with the embodiment in at least one embodiment of the disclosure. Means that Thus, the appearances of the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment. Moreover, the particular functional units, structures, or features may be combined in one or more embodiments in any suitable manner. The headings provided herein are for convenience only and do not explain the scope or meaning of the claimed disclosure.

一体化された燃料噴射器/点火器
図1は、本開示の実施形態に従って構成される一体化された燃料噴射器/点火器110(「噴射器110」)の略側断面図である。図1で例証される噴射器110は、燃焼室104に異なる燃料を噴射し、且つ燃焼特性、及び燃焼室104の中の状態に基づいて燃料噴射又はバーストのパターン及び/又は周波数を適応して調整するように構成される。以下で詳細に説明するように、噴射器110は、急速点火及び完全燃焼のために噴射される燃料を最適化することができる。燃料を噴射することに加えて、噴射器110は、噴射される燃料を点火するように構成される1つ又は複数の一体化された点火機能部を含む。従って、噴射器110は、従来の内燃機関を複数の異なる燃料で作動することができるように変換するのに使用することができる。例証される噴射器110の機能部のうちの幾つかが例証する目的で概略的に示されるが、これらの概略的に例証される機能部のうちの幾つかが、本開示の実施形態の種々の機能部を参照して以下で詳細に説明される。したがって、図1の噴射器の概略的に例証される構成要素の位置、サイズ、配向などは、本開示を制限することを意図されない。
Integrated Fuel Injector / Ignition Device FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of an integrated fuel injector / igniter 110 (“injector 110”) configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. The injector 110 illustrated in FIG. 1 injects different fuels into the combustion chamber 104 and adapts the fuel injection or burst pattern and / or frequency based on combustion characteristics and conditions within the combustion chamber 104. Configured to adjust. As described in detail below, the injector 110 can optimize the injected fuel for rapid ignition and complete combustion. In addition to injecting fuel, the injector 110 includes one or more integrated ignition functions configured to ignite the injected fuel. Thus, the injector 110 can be used to convert a conventional internal combustion engine to operate with a plurality of different fuels. Although some of the functional parts of the illustrated injector 110 are shown schematically for purposes of illustration, some of these schematically illustrated functional parts are various in the embodiments of the present disclosure. This will be described in detail below with reference to the functional part. Accordingly, the position, size, orientation, etc. of the schematically illustrated components of the injector of FIG. 1 are not intended to limit the present disclosure.

例証される実施形態において、噴射器110は、ベース部114とノズル部118との間に延びる中間部116を有する本体112を含む。ノズル部118は、エンジンヘッド107のポートを通して燃焼室104との境界面におけるノズル部118の端119の位置に少なくとも部分的に延びる。噴射器110は、本体112を通してベース部114からノズル部118に延びる通路又はチャネル123をさらに含む。チャネル123は、本体112を通して燃料が流れることを可能にするように構成される。チャネル123はまた、アクチュエータ122、並びに計装構成要素及び/又はエネルギー源構成要素のような他の構成要素が噴射器110の本体112を通過することを可能にするように構成される。特定の実施形態において、アクチュエータ122は、ノズル部118の端部119によって支えられる流量制御装置又はバルブ120に作動関係で結合される第1の端部を有するケーブル又はロッドとすることができる。従って、フローバルブ120は、燃焼室104との境界面の近傍に位置決めされる。図1には図示されないが、或る実施形態において、噴射器110は、燃焼室104の近傍に並びに本体112上の他の場所に位置決めされる、1つよりも多いフローバルブ、並びに1つ又は複数の逆止め弁を含むことができる。   In the illustrated embodiment, the injector 110 includes a body 112 having an intermediate portion 116 that extends between a base portion 114 and a nozzle portion 118. The nozzle portion 118 extends at least partially through the port of the engine head 107 to the position of the end 119 of the nozzle portion 118 at the interface with the combustion chamber 104. The injector 110 further includes a passage or channel 123 that extends through the body 112 from the base portion 114 to the nozzle portion 118. Channel 123 is configured to allow fuel to flow through body 112. Channel 123 is also configured to allow actuator 122 and other components, such as instrumentation components and / or energy source components, to pass through body 112 of injector 110. In certain embodiments, the actuator 122 can be a cable or rod having a first end operatively coupled to a flow control device or valve 120 supported by the end 119 of the nozzle portion 118. Therefore, the flow valve 120 is positioned in the vicinity of the interface with the combustion chamber 104. Although not shown in FIG. 1, in some embodiments, the injector 110 is positioned in the vicinity of the combustion chamber 104 and elsewhere on the body 112, and more than one flow valve and one or A plurality of check valves can be included.

例証される実施形態の別の特徴によれば、アクチュエータ122はまた、ドライバ124に作動関係で結合される第2の端部を含む。第2の端部は、コントローラ又はプロセッサ126にさらに結合することができる。本開示の種々の実施形態を参照して以下で詳細に説明するように、コントローラ126及び/又はドライバ124は、燃焼室104の中に燃料を噴射するためにフローバルブ120を介してアクチュエータ122を迅速且つ正確に作動させるように構成される。例えば、特定の実施形態において、フローバルブ120は、外向きに(例えば、燃焼室104の方に)動くことができ、他の実施形態において、フローバルブ120は、燃料を計量し及び噴射を制御するために内向きに(例えば、燃焼室104から離れる方に)動くことができる。そのうえ、特定の実施形態において、ドライバ124は、フローバルブ120を閉位置又は着座位置に保持するためにアクチュエータ122に張力をかけることができ、且つドライバ124は、フローバルブ120に燃料を噴射させるためにアクチュエータ122を弛緩させることができ、逆もまた同様である。ドライバ124は、噴射される燃料バーストの所望の周波数及びパターンを達成するために、コントローラ並びに他の力を誘起する構成要素(例えば、音響構成要素、電磁気構成要素、及び/又は圧電構成要素)に応答するものとすることができる。   According to another feature of the illustrated embodiment, the actuator 122 also includes a second end that is operatively coupled to the driver 124. The second end can be further coupled to a controller or processor 126. As described in detail below with reference to various embodiments of the present disclosure, the controller 126 and / or the driver 124 may move the actuator 122 through the flow valve 120 to inject fuel into the combustion chamber 104. Configured to operate quickly and accurately. For example, in certain embodiments, the flow valve 120 can move outward (eg, toward the combustion chamber 104), and in other embodiments, the flow valve 120 meters fuel and controls injection. To move inwardly (eg, away from the combustion chamber 104). Moreover, in certain embodiments, the driver 124 can tension the actuator 122 to hold the flow valve 120 in the closed or seated position, and the driver 124 can cause the flow valve 120 to inject fuel. The actuator 122 can be relaxed on the other hand, and vice versa. The driver 124 may provide controller and other force-inducing components (eg, acoustic components, electromagnetic components, and / or piezoelectric components) to achieve the desired frequency and pattern of injected fuel bursts. Can be responsive.

特定の実施形態において、アクチュエータ122は、燃焼室の特性及び状態を検出するために1つ又は複数の一体化された感知構成要素及び/又は伝送構成要素を含むことができる。例えば、アクチュエータ122は、光ファイバ・ケーブル、ロッド又はケーブル内で一体化される絶縁されたトランスデューサから形成することができ、又は、燃焼室のデータを検出し且つ通信する他のセンサを含むことができる。図1には図示されないが、他の実施形態において、及び以下で詳細に説明されるように、噴射器110は、噴射器110上の種々の位置にある他のセンサ又は監視装置を含むことができる。例えば、燃焼データを1つ又は複数のコントローラに通信するために、本体112は、本体112の材料の中に一体化される光ファイバを含むことができ、又は本体112自体の材料を用いることができる。加えて、フローバルブ120は、噴射器110と関連付けられた1つ又は複数のコントローラに燃焼データを伝送するために、感知し又はセンサに搬送するように構成することができる。このデータは、無線、配線、光、又は他の伝送媒体を介して伝送することができる。こうしたフィードバックは、例えば、燃料送達圧、燃料噴射開始タイミング、複数の層化された又は層状給気を生じるための燃料噴射持続時間、1つの、複数の、又は連続したプラズマの点火又は容量放電のタイミングなどを含む燃料噴射因子及び特徴を最適化するための極めて迅速且つ適応的な調整を可能にする。   In certain embodiments, the actuator 122 can include one or more integrated sensing and / or transmission components to detect combustion chamber characteristics and conditions. For example, the actuator 122 may be formed from a fiber optic cable, rod, or an insulated transducer integrated within the cable, or may include other sensors that detect and communicate combustion chamber data. it can. Although not shown in FIG. 1, in other embodiments and as described in detail below, the injector 110 may include other sensors or monitoring devices at various locations on the injector 110. it can. For example, to communicate combustion data to one or more controllers, the body 112 can include an optical fiber that is integrated into the material of the body 112, or the material of the body 112 itself can be used. it can. In addition, the flow valve 120 can be configured to sense or convey to a sensor for transmission of combustion data to one or more controllers associated with the injector 110. This data can be transmitted via radio, wiring, light, or other transmission medium. Such feedback may include, for example, fuel delivery pressure, fuel injection start timing, fuel injection duration to produce multiple stratified or stratified charge, single, multiple, or continuous plasma ignition or capacitive discharge. Allows very quick and adaptive adjustments to optimize fuel injection factors and features, including timing and the like.

コントローラ126、ドライバ124、及び/又はアクチュエータ126によるこうしたフィードバックと適応的な調整はまた、パワー生産、燃費、及び窒素酸化物を含む汚染を引き起すエミッションの最小化又は排除のような結果の最適化を可能にする。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2006/0238068号は、噴射器110及び本明細書で説明される他の噴射器の超音波トランスデューサを始動するのに適したドライバを説明する。   Such feedback and adaptive adjustment by controller 126, driver 124, and / or actuator 126 may also optimize results such as power production, fuel consumption, and minimizing or eliminating emissions that cause contamination including nitrogen oxides. Enable. U.S. Patent Application Publication No. 2006/0238068, which is incorporated herein by reference in its entirety, provides drivers suitable for starting the ultrasonic transducers of injector 110 and other injectors described herein. explain.

噴射器110はまた、エンジンヘッド107に隣接する端部119によって支えられる点火及び流量調整装置又はカバー121(図1に破線で示される)を随意的に含むことができる。カバー121は、フローバルブ120を少なくとも部分的に包囲し、又は取り囲む。カバー121は、センサ又は他の監視構成要素のような噴射器110の或る構成要素を保護するように構成されてもよい。カバー121はまた、噴射される燃料の点火のための触媒、触媒担体、及び/又は第1の電極として作用することができる。そのうえ、カバー121は、噴射される燃料の形状、パターン、及び/又は相に影響を及ぼすように構成することができる。フローバルブ120はまた、噴射される燃料のこれらの特性に影響を及ぼすように構成することができる。例えば、或る実施形態において、カバー121及び/又はフローバルブ120は、これらの構成要素を通過して流れる燃料の突然のガス化をもたらすように構成することができる。より詳細には、カバー121及び/又はフローバルブ120は、迅速に流入する液体燃料又は液体及び固体燃料の混合物からガス又は蒸気を生じる鋭い縁部、触媒、又は他の機能部を有する表面を含むことができる。フローバルブ120の作動の加速及び/又は周波数はまた、噴射される燃料を突然にガス化することができる。作動時には、この突然のガス化は、ノズル部118から発せられる蒸気又はガスをより迅速に且つ完全に燃焼させる。そのうえ、この突然のガス化は、過熱する液体燃料及びプラズマ又は発射される燃料バーストの音響的勢いとの種々の組合せで用いられてもよい。またさらなる実施形態において、フローバルブ120の作動の周波数は、噴射される燃料の形状及び/又はパターンに有益に影響を及ぼすためにプラズマ発射を誘起することができる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第672、636号(米国特許第4,122,816号)は、噴射器110及び本明細書で説明される他の噴射器によるプラズマ発射を始動するのに適したドライバを説明する。   The injector 110 can also optionally include an ignition and flow regulator or cover 121 (shown in phantom in FIG. 1) supported by an end 119 adjacent to the engine head 107. Cover 121 at least partially surrounds or surrounds flow valve 120. Cover 121 may be configured to protect certain components of injector 110, such as sensors or other monitoring components. The cover 121 can also act as a catalyst, a catalyst support, and / or a first electrode for ignition of the injected fuel. Moreover, the cover 121 can be configured to affect the shape, pattern, and / or phase of the injected fuel. The flow valve 120 can also be configured to affect these characteristics of the injected fuel. For example, in certain embodiments, the cover 121 and / or the flow valve 120 can be configured to provide a sudden gasification of fuel flowing through these components. More particularly, the cover 121 and / or the flow valve 120 includes a surface having sharp edges, a catalyst, or other feature that produces gas or vapor from a rapidly flowing liquid fuel or mixture of liquid and solid fuel. be able to. The acceleration and / or frequency of operation of the flow valve 120 can also suddenly gasify the injected fuel. In operation, this sudden gasification causes the vapor or gas emanating from the nozzle portion 118 to burn more quickly and completely. Moreover, this sudden gasification may be used in various combinations with superheated liquid fuel and the acoustic momentum of the plasma or fired fuel burst. In still further embodiments, the frequency of operation of the flow valve 120 can induce plasma firing to beneficially affect the shape and / or pattern of injected fuel. U.S. Patent Application Publication No. 672,636 (U.S. Pat. No. 4,122,816), which is hereby incorporated by reference in its entirety, is a plasma produced by injector 110 and other injectors described herein. A suitable driver for initiating firing is described.

例証される実施形態の別の態様によれば、及び以下で詳細に説明されるように、本体112の少なくとも一部は、未精製の燃料又は低いエネルギー密度の燃料を含む異なる燃料を燃焼させるために高エネルギー点火を可能にするのに適した、1つ又は複数の誘電体材料117から作製される。これらの誘電体材料117は、点火のための火花又はプラズマの生産、分離、及び/又は送達に対する高電圧の十分な電気絶縁を提供することができる。特定の実施形態において、本体112は、単一の誘電体材料117から作製することができる。他の実施形態において、しかしながら、本体112は、2つ又はそれ以上の誘電体材料を含むことができる。例えば、少なくとも中間部116のセグメントは、第1の絶縁耐力を有する第1の誘電体材料から作製することができ、少なくともノズル部118のセグメントは、第1の絶縁耐力よりも大きい第2の絶縁耐力を有する誘電体材料から作製することができる。比較的強い第2の絶縁耐力により、第2の誘電体は、噴射器110を熱的及び機械的ショック、ファウリング、電圧トラッキングなどから保護することができる。適切な誘電体材料、並びに本体112上のこれらの材料の場所の例は、以下で詳細に説明される。   According to another aspect of the illustrated embodiment, and as described in detail below, at least a portion of the body 112 is for burning different fuels, including unrefined fuels or low energy density fuels. Made of one or more dielectric materials 117 suitable for enabling high energy ignition. These dielectric materials 117 can provide high voltage sufficient electrical insulation for the production, separation, and / or delivery of sparks or plasma for ignition. In certain embodiments, the body 112 can be made from a single dielectric material 117. In other embodiments, however, the body 112 can include two or more dielectric materials. For example, at least the segment of the middle portion 116 can be made of a first dielectric material having a first dielectric strength, and at least the segment of the nozzle portion 118 has a second insulation greater than the first dielectric strength. It can be made from a dielectric material having proof stress. Due to the relatively strong second dielectric strength, the second dielectric can protect the injector 110 from thermal and mechanical shock, fouling, voltage tracking, and the like. Examples of suitable dielectric materials as well as the location of these materials on the body 112 are described in detail below.

誘電体材料に加えて、噴射器110はまた、点火イベントを発生させて噴射される燃料を燃焼させるために電源又は高電圧源に結合することができる。第1の電極は、噴射器110を通して延びる1つ又は複数の導体を介して電源(例えば、容量放電、誘導、又は圧電システムのような電圧発生源)に結合することができる。ノズル部118、フローバルブ120、及び/又はカバー121の領域は、エンジンヘッド107の対応する第2の電極と共に、点火イベント(例えば、燃焼を迅速に誘起し、推進し、及び完了させる超音波の適用と併せて、火花、プラズマ、圧縮点火作動、高エネルギー容量放電、延長された誘導により生じる火花、及び/又は直流又は高周波プラズマ)を発生させるために、第1の電極として動作することができる。以下で詳細に説明するように、第1の電極は、耐久性と長い耐用年数のために構成することができる。本開示のまたさらなる実施形態において、噴射器110は、燃焼室源からのエネルギーの変換を提供し、及び/又は燃焼イベントによって生じたエネルギーから噴射器110の1つ又は複数の構成要素を駆動するために熱化学再生を介して廃熱又はエネルギーを回収するように構成することができる。   In addition to the dielectric material, the injector 110 can also be coupled to a power source or high voltage source to generate an ignition event and burn the injected fuel. The first electrode can be coupled to a power source (eg, a voltage source such as a capacitive discharge, induction, or piezoelectric system) via one or more conductors extending through the injector 110. The area of the nozzle portion 118, the flow valve 120, and / or the cover 121, along with the corresponding second electrode of the engine head 107, can generate an ignition event (e.g., an ultrasonic wave that quickly induces, drives, and completes combustion). In conjunction with application, it can act as a first electrode to generate a spark, plasma, compression ignition operation, high energy capacity discharge, spark caused by extended induction, and / or direct current or radio frequency plasma) . As will be described in detail below, the first electrode can be configured for durability and long service life. In still further embodiments of the present disclosure, the injector 110 provides conversion of energy from the combustion chamber source and / or drives one or more components of the injector 110 from energy generated by the combustion event. Therefore, it can be configured to recover waste heat or energy via thermochemical regeneration.

噴射/点火システム
図2は、本開示の実施形態に従って構成される燃料噴射器210を有する内燃システム200の一部の環境を例証する側面図である。例証される実施形態において、概略的に例証される噴射器210は、内燃機関204の燃焼室202に異なる燃料を噴射し及び点火するように構成される1つのタイプの噴射器の単なる例証である。図2に示すように、燃焼室202は、噴射器210及び弁を含むヘッド部と、可動ピストン201と、シリンダ203の内面との間に形成される。他の実施形態において、しかしながら、噴射器210は、多くのタイプの回転燃焼機関と共に、種々のベーン、軸方向及び半径方向ピストン・エキスパンダを含む、他のタイプの燃焼室及び/又はエネルギー伝達装置を伴う他の環境で用いることができる。以下でかなり詳細に説明するように、噴射器210は、燃焼室202の中での異なる燃料の噴射及び点火を可能にするだけでなく、噴射器210が異なる燃焼条件又は要件に従ってこれらの異なる燃料を適応して噴射できる及び点火できるようにする、幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器210は、未精製の燃料又は低いエネルギー密度の燃料を含む異なる燃料タイプを燃焼させるために高エネルギー点火を可能にするように構成される1つ又は複数の絶縁材料を含む。これらの絶縁材料はまた、例えば、高電圧、疲労、衝撃、酸化、及び侵食劣化を含む、異なる燃料タイプを燃焼させるのに要求される厳しい条件に耐えるように構成される。
Injection / Ignition System FIG. 2 is a side view illustrating the environment of a portion of an internal combustion system 200 having a fuel injector 210 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the injector 210 schematically illustrated is merely illustrative of one type of injector configured to inject and ignite different fuels into the combustion chamber 202 of the internal combustion engine 204. . As shown in FIG. 2, the combustion chamber 202 is formed between the head portion including the injector 210 and the valve, the movable piston 201, and the inner surface of the cylinder 203. In other embodiments, however, the injector 210, along with many types of rotary combustion engines, includes other types of combustion chambers and / or energy transfer devices, including various vanes, axial and radial piston expanders. Can be used in other environments involving. As will be described in greater detail below, the injector 210 not only allows for the injection and ignition of different fuels in the combustion chamber 202, but the injector 210 also provides these different fuels according to different combustion conditions or requirements. It includes several functional parts that can be injected and ignited adaptively. For example, the injector 210 includes one or more insulating materials configured to allow high energy ignition to burn different fuel types including unrefined fuel or low energy density fuel. These insulating materials are also configured to withstand the harsh conditions required to burn different fuel types including, for example, high voltage, fatigue, impact, oxidation, and erosion degradation.

例証される実施形態の別の態様によれば、噴射器210は、燃焼室202における種々の燃焼特性(例えば、燃焼プロセス、燃焼室202、エンジン204などの特性)を感知するための計装をさらに含むことができる。これらの感知される条件に応答して、噴射器210は、燃料効率及び電力生産の増加、並びにエンジン及び/又は車両寿命を延ばすためにノイズ、エンジンノック、熱損失、及び/又は振動の減少を達成するように、燃料噴射及び点火特徴を適応して最適化することができる。そのうえ、噴射器210はまた、噴射される燃料の特定の流動パターン又はスプレー・パターン205、並びにその位相を達成するように燃焼室202の中に燃料を噴射する、作動構成要素を含む。例えば、噴射器210は、燃焼室202の境界面の近傍に位置決めされる1つ又は複数の弁を含むことができる。噴射器210の作動構成要素は、少なくとも以下の特徴、すなわち、燃料噴射開始及び終了のタイミング、繰り返される燃料噴射の周波数及び持続時間、及び/又は点火イベントのタイミング及び選択を制御するために正確な弁の高周波作動を提供する。   In accordance with another aspect of the illustrated embodiment, the injector 210 is instrumented to sense various combustion characteristics in the combustion chamber 202 (eg, characteristics of the combustion process, combustion chamber 202, engine 204, etc.). Further can be included. In response to these sensed conditions, the injector 210 increases fuel efficiency and power production, and reduces noise, engine knock, heat loss, and / or vibration to extend engine and / or vehicle life. The fuel injection and ignition characteristics can be adaptively optimized to achieve. In addition, the injector 210 also includes actuating components that inject fuel into the combustion chamber 202 to achieve a specific flow pattern or spray pattern 205 of fuel to be injected, as well as its phase. For example, the injector 210 can include one or more valves positioned near the interface of the combustion chamber 202. The operating components of the injector 210 are accurate to control at least the following features: timing of fuel injection start and end, frequency and duration of repeated fuel injections, and / or timing and selection of ignition events. Provides high frequency actuation of the valve.

図3A〜図3Dは、本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射される可能性がある幾つかの燃料バースト・パターン305(第1のパターン305a〜第4のパターン305dとして個々に識別される)を例証する。当該技術分野の当業者であれば分かるように、例証されるパターン305は、本開示の幾つかの実施形態のうちの単なる代表的なものである。したがって、本開示は、図3A〜図3Dに示されたパターン305に限定されず、他の実施形態において、噴射器は、例証されるパターン305とは異なるバースト・パターンを分与することがある。図3A〜図3Dで例証されるパターン305は異なる形状及び構成を有するが、これらのパターン305は、一連の燃料層307を有するという特徴を共有する。対応するパターン305の個々の層307は、噴射される燃料の比較的大きい表面対体積比の利点を提供する。これらの大きい表面対体積比は、燃料給気のより高い燃焼率(combustion rate)を提供すると共に、燃料給気を絶縁し及びその完全燃焼を加速するのを支援する。こうした速い且つ完全な燃焼は、より遅く燃える燃料給気を上回る幾つかの利点を提供する。例えば、より遅く燃える燃料給気より早期の点火を必要とし、燃焼室表面への多大な熱損失を引き起こし、より早期の点火からのより早期の圧力上昇を克服するために、より多くのバックワーク(back work)又は出力トルク損失をもたらす。こうした以前の燃焼作動はまた、汚染を引き起すエミッション(例えば、炭素リッチの炭化水素微粒子、窒素酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、急冷された又は未燃の炭化水素など)、並びに燃焼室のピストン、リング、シリンダ壁、弁、及び他の構成要素の害になる加熱及び摩耗によって苦しめられる。   3A-3D are individually identified as several fuel burst patterns 305 (first pattern 305a-fourth pattern 305d) that may be injected by an injector configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. Is). As will be appreciated by those skilled in the art, the illustrated pattern 305 is merely representative of some embodiments of the present disclosure. Thus, the present disclosure is not limited to the pattern 305 shown in FIGS. 3A-3D, and in other embodiments, the injector may dispense a burst pattern that is different from the illustrated pattern 305. . Although the patterns 305 illustrated in FIGS. 3A-3D have different shapes and configurations, these patterns 305 share the feature of having a series of fuel layers 307. The corresponding individual layer 307 of the pattern 305 provides the advantage of a relatively large surface to volume ratio of the injected fuel. These large surface-to-volume ratios provide a higher combustion rate of the fuel charge and help isolate the fuel charge and accelerate its complete combustion. Such fast and complete combustion offers several advantages over the slower burning fuel charge. For example, more backwork is required to require earlier ignition than a slower burning fuel charge, causing significant heat loss to the combustion chamber surface and overcoming earlier pressure rise from earlier ignition. (Back work) or output torque loss. These previous combustion operations also cause emissions that cause pollution (eg, carbon-rich hydrocarbon particulates, nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, quenched or unburned hydrocarbons, etc.), as well as combustion chamber It is plagued by heating and wear that harms pistons, rings, cylinder walls, valves, and other components.

したがって、本開示に係るシステム及び噴射器は、従来の噴射器、グロープラグ、又はスパークプラグ(例えば、ディーゼル燃料噴射器、ガソリン用のスパークプラグなど)と置き換えできる可能性を提供し、いろいろな場所で入手することができる下水、生ごみ、並びにcrop廃棄物及び動物の排泄物から生産される水素、メタン、及び種々の高価でないアルコール燃料のような多様な再生可能燃料で全定格出力を発生する。これらの再生可能燃料は、精製される化石燃料に比べておよそ3,000倍低いエネルギー密度を有する場合があるが、本開示のシステム及び噴射器は、効率的なエネルギー生産のためにこれらの再生可能燃料を噴射し及び点火することができる。   Thus, the systems and injectors according to the present disclosure offer the possibility of replacing conventional injectors, glow plugs, or spark plugs (eg, diesel fuel injectors, spark plugs for gasoline, etc.) at various locations. Produces full rated output with a variety of renewable fuels such as hydrogen, methane, and various inexpensive alcohol fuels produced from sewage, garbage, and crop waste and animal waste available at . Although these renewable fuels may have an energy density that is approximately 3,000 times lower than the fossil fuel being refined, the systems and injectors of the present disclosure provide these renewables for efficient energy production. Possible fuel can be injected and ignited.

混合燃料噴射を提供するためのシステム
図4は、本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面である。図5は、本開示の実施形態に従って構成される図4の構成要素組立体の端面図である。図4に示された例証となる実施形態の態様によれば、噴射器3028は、オリジナルの燃料物質又は説明されたプロセスから結果として生じる水素で特徴付けられる燃料種の交換可能な利用を可能にする。これは、ペトロール液体、プロパン、エタン、ブタン、アルコール燃料、低温スラッシュ、同じ燃料又は本開示の熱化学再生反応によって生産される新しい燃料種の液体形態、蒸気形態、又は気体形態を含む。
System for Providing Mixed Fuel Injection FIG. 4 is a longitudinal cross-section of an embodiment component assembly operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 5 is an end view of the component assembly of FIG. 4 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. In accordance with aspects of the illustrative embodiment shown in FIG. 4, the injector 3028 enables interchangeable utilization of fuel species characterized by the original fuel material or hydrogen resulting from the described process. To do. This includes petrol liquid, propane, ethane, butane, alcohol fuel, cold slush, the same fuel or liquid form, vapor form, or gaseous form of the same fuel or new fuel species produced by the thermochemical regeneration reaction of the present disclosure.

図4に示すように、噴射器3028は、熱交換器3036からの一次燃料で温められたタンクからの一次燃料、熱交換器3036からの気化された一次燃料、反応器3036からの新たに生産された燃料種、熱交換器からの燃料と組み合わされた反応器3036からの温められた燃料を含む燃料種、並びに燃焼室の中への燃料送達率及び浸透、点火のために選択された時点での局所的及び全体的な空気−燃料混合気、燃料燃焼率、並びにこれらの変数の多くの他の組合せ及び順列を含む変数を最適化するために調節可能な圧力調整器を制御することによる噴射器3028に送達するための圧力の選択を含む条件の利用のための弁として図4に示された種々の弁による流れの選択を含む提供された回路を通じて最適な燃料の選択を可能にする。燃料噴射器3028の構成は、本開示の多くの代替的な最適化目標を達成するために、適応的な燃料噴射、燃料浸透パターン、空気利用、点火、及び燃焼制御のための機能を改善する。   As shown in FIG. 4, injector 3028 produces primary fuel from a tank warmed with primary fuel from heat exchanger 3036, vaporized primary fuel from heat exchanger 3036, and freshly produced from reactor 3036. Selected fuel type, fuel type including warmed fuel from reactor 3036 combined with fuel from heat exchanger, and fuel delivery rate and penetration into the combustion chamber, selected for ignition By controlling adjustable pressure regulators to optimize variables including local and global air-fuel mixtures, fuel burn rates, and many other combinations and permutations of these variables Allows optimal fuel selection through the provided circuit including flow selection by the various valves shown in FIG. 4 as a valve for utilization of conditions including selection of pressure for delivery to injector 3028 . The configuration of the fuel injector 3028 improves functions for adaptive fuel injection, fuel penetration patterns, air utilization, ignition, and combustion control to achieve many alternative optimization goals of the present disclosure. .

図4は、システムの図に示された燃料噴射及びポジティブ(positive)点火システムのソレノイドにより始動される異種(varieties)のうちの1つの例示的な実施形態3028を示す。実施形態の態様によれば、噴射器3028は、−254℃(−425°F)での固体及び液体水素のスラッシュ水素混合物、150℃(302)°F以上の温度での改質メタノールから周囲温度でのディーゼル及びガソリン液体に至るまでの高温の水素及び一酸化炭素を含む、温度、粘度、及び密度が大きく変化する燃料の精密体積噴射及び点火を提供する。エンジンの効率的な作動によるこうした燃料からの部分又は全定格出力を提供するのに要求される膨大な範囲の体積は、意図された最適な噴射タイミングの前又は後の噴射器ドリブルがすべてない、エンジンサイクル毎の迅速な繰り返しで、正確な時点での、精密体積の送達の適応的なタイミング及びポジティブにタイミングが計られた点火を要求する。こうしたドリブルの回避は極めて難しく、排気サイクル及び/又はバックワークの間の燃料損失、及び/又は排気期間、吸込み期間、又は早期圧縮期間の間の不慮の燃料送達及び問題のある燃料送達による熱損失を回避するのに重要である。   FIG. 4 shows one exemplary embodiment 3028 of the variants initiated by the fuel injection and positive ignition system solenoids shown in the system diagram. According to an embodiment aspect, the injector 3028 is a mixture of solid and liquid hydrogen slush hydrogen at −254 ° C. (−425 ° F.), reformed methanol at a temperature of 150 ° C. (302) ° F. or higher. Providing precision volume injection and ignition of fuels that vary greatly in temperature, viscosity, and density, including hot hydrogen and carbon monoxide down to diesel and gasoline liquids at temperature. The vast range of volumes required to provide a partial or full rated output from such fuel due to the efficient operation of the engine is completely free of injector dribbling before or after the intended optimal injection timing, Rapid repeats every engine cycle require adaptive timing of precise volume delivery at precise time points and positively timed ignition. Avoiding such dribbling is extremely difficult, fuel loss during the exhaust cycle and / or backwork, and / or heat loss due to accidental fuel delivery and problematic fuel delivery during the exhaust, intake, or early compression periods Is important to avoid.

特定の実施形態において、燃料ドリブルの減少は、流量制御弁3074と、図示のように絶縁された巻線3046、軟磁性コア3045、電機子3048、及びばね3036からなるソレノイド弁オペレータのような弁アクチュエータとの間の分離距離を提供することによって達成される。極めて緊密なスペース制限を満たすために及び現代のエンジンのエンジン弁群及びカム軸内に提供される「温水だめ」状態でそうするために、噴射器3028の下部は、電圧絶縁ウェル3066よりも下の部分3076及び3086において通常のスパークプラグと同じねじ部、リーチ、及び本体直径寸法をもつように構成される。同様に、低蒸気圧ディーゼル燃料から水素及び/又は水素で特徴付けられる燃料に至るまで特性が変化する燃料の精密火花点火及び層状給気提供の本質的な機能を組み入れながら、ディーゼル燃料噴射器をすべて交換するための小さい噴射器区域が提供される。   In certain embodiments, the reduction in fuel dribbling is achieved by a flow control valve 3074 and a valve such as a solenoid valve operator comprising the insulated winding 3046, soft magnetic core 3045, armature 3048, and spring 3036 as shown. This is accomplished by providing a separation distance from the actuator. In order to meet very tight space limitations and to do so in the “warm-up” conditions provided in the engine valve and camshafts of modern engines, the lower portion of the injector 3028 is below the voltage isolation well 3066. The portions 3076 and 3086 are configured to have the same thread, reach, and body diameter dimensions as a normal spark plug. Similarly, diesel fuel injectors are incorporated, incorporating the essential functions of precision spark ignition and stratified charge delivery of fuels whose properties vary from low vapor pressure diesel fuels to hydrogen and / or fuels characterized by hydrogen. A small injector area to replace everything is provided.

図4に示された実施形態において、噴射器の構成は、火花点火のためにウェル3066内の導体3068に高電圧が印加されること、したがって、図4及び図5に示すように導電ノズル3070及び燃焼室との境界面におけるねじ部3086内の電荷蓄積機能部3085の両端にわたるイオン化電圧の発生を可能にする。特定の実施形態において、流量制御弁3074は、図示のようにソレノイド・オペレータ組立体のドライバ又は電機子3048の力によって動かされる、高強度の絶縁体ケーブル又は光伝導ファイバ・ケーブル3060によって持ち上げられる。一実施形態の態様によれば、ケーブル3060は、直径0.04mm(0.015インチ)であり、IR波長、可視波長、及び/又はUV波長の放射を効果的に伝送するファイバの選択物を含む、高強度のライトパイプファイバの束で形成される。   In the embodiment shown in FIG. 4, the injector configuration is such that a high voltage is applied to the conductor 3068 in the well 3066 for spark ignition, and thus a conductive nozzle 3070 as shown in FIGS. And the generation of an ionization voltage across the charge storage function 3085 in the thread 3086 at the interface with the combustion chamber. In certain embodiments, the flow control valve 3074 is lifted by a high strength insulator cable or photoconductive fiber cable 3060 that is moved by the force of a solenoid operator assembly driver or armature 3048 as shown. According to an aspect of one embodiment, the cable 3060 is 0.04 mm (0.015 inch) in diameter and has a selection of fibers that effectively transmit radiation at IR, visible, and / or UV wavelengths. It is formed of a bundle of high strength light pipe fibers.

例証される実施形態の1つの特徴によれば、この束は、保護収縮管の中に収められ、若しくは熱可塑性又は熱硬化性バインダで組み立てられて、流量制御弁3074及び燃焼室の圧力、温度、及び燃焼パターン状態をIR光データ、可視光データ、及び/又はUV光データで絶えず報告するデータ収集構成要素のための非常に高強度の、可撓性の、及び極めて絶縁性のアクチュエータを形成する。さらなる実施形態によれば、光ファイバ・ファブリー・ペロ干渉計、又はマイクロファブリー・ペロ・キャビティベースのセンサ、若しくは側面研磨光ファイバによって燃焼圧データを提供するために、燃焼室境界面3083でケーブル3060のための保護レンズ又はコーティングが提供される。作動時には、燃焼室境界面に又はこれに実質的に隣接して位置決めされたケーブル3060の端からの圧力データが、示されるライトパイプ束によって伝送され、これは、例えば、摩耗及び熱劣化から保護することができる。本開示の態様によれば、適切なレンズ保護材料は、耐熱超合金及び/又はKantholに加えて、ダイヤモンド、サファイア、石英、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、及び/又は他のセラミックスを含むがこれらに限定されない。   According to one feature of the illustrated embodiment, the bundle is housed in a protective shrink tube or assembled with a thermoplastic or thermoset binder to provide pressure, temperature for the flow control valve 3074 and the combustion chamber. , And forms a very high strength, flexible, and highly insulating actuator for data collection components that constantly report burn pattern conditions with IR, visible, and / or UV light data To do. According to a further embodiment, a cable 3060 at the combustion chamber interface 3083 to provide combustion pressure data with a fiber optic Fabry-Perot interferometer, or a microfabry Perot cavity-based sensor, or a side-polished optical fiber. A protective lens or coating for is provided. In operation, pressure data from the end of the cable 3060 positioned at or substantially adjacent to the combustion chamber interface is transmitted by the illustrated light pipe bundle, which protects against wear and thermal degradation, for example. can do. According to aspects of the present disclosure, suitable lens protection materials include, but are not limited to, diamond, sapphire, quartz, magnesium oxide, silicon carbide, and / or other ceramics in addition to the heat resistant superalloy and / or Kanthol. Not.

図6は、本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面である。図7は、本開示の実施形態に従って構成される図6の構成要素組立体の端面図である。したがって、図6に示された噴射器の代替的な実施形態で例証されるように、噴射器3029は、透明な誘電絶縁体3072を含む。絶縁体3072は、燃焼室の圧力条件に対応する応力センサ3062Dへの変化する歪み信号と共に、燃焼室から光電センサ3062Pへの放射周波数のライトパイプ伝送を提供する。   FIG. 6 is a longitudinal cross-section of an embodiment component assembly operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. 7 is an end view of the component assembly of FIG. 6 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. Accordingly, the injector 3029 includes a transparent dielectric insulator 3072, as illustrated in the alternative embodiment of the injector shown in FIG. Insulator 3072 provides a light pipe transmission of radiation frequency from the combustion chamber to the photoelectric sensor 3062P, along with a changing strain signal to the stress sensor 3062D corresponding to the pressure conditions in the combustion chamber.

さらなる実施形態によれば、組み込みコントローラ3062は、効率、パワー生産、作動の円滑さ、フェイルセーフ措置、及びエンジン構成要素の寿命におけるさらなる改善として、好ましくは、アナログの又はデジタル化された燃料送達イベント及び火花点火イベントを生じるためにセンサ3062D及び3062Pから信号を受信する。特定の実施形態において、コントローラ3062は、所望のエンジン作動パラメータを最適化するのに必要な調整を判定するために、センサの指示を記録して各シリンダのトルク発生の間の時間を判定して適応的な燃料噴射及び火花点火タイミング並びに流量データの関数としての正のエンジン加速及び負のエンジン加速を導出する。したがって、コントローラ3062は、図4、図5、図6、図7、図9、図11、及び図13に示すように噴射器3028、3029、又は3029’のような噴射器による作動の種々の選択を含む図14(後述)のシステムを制御するために、マスター・コンピュータとして働く。   According to further embodiments, the embedded controller 3062 is preferably an analog or digitized fuel delivery event as a further improvement in efficiency, power production, smoothness of operation, fail-safe measures, and engine component life. And signals from sensors 3062D and 3062P to generate a spark ignition event. In certain embodiments, the controller 3062 records sensor indications to determine the time between each cylinder's torque generation in order to determine the adjustments necessary to optimize the desired engine operating parameters. Deriving positive and negative engine acceleration as a function of adaptive fuel injection and spark ignition timing and flow data. Accordingly, the controller 3062 may be configured to perform various operations of an injector such as an injector 3028, 3029, or 3029 ′ as shown in FIGS. 4, 5, 6, 7, 9, 11, and 13. Acts as a master computer to control the system of FIG. 14 (described below) including selection.

特定の実施形態において、図6及び図7に示すように実質的に透明な逆止め弁3084によって流量制御弁3074よりも下の光ファイバ束又はケーブル3060の保護が提供される。一実施形態によれば、例示的な速く閉まる逆止め弁は、透明な本体内に封入された強磁性要素からなる。この機能の組合せは、図示のように透明なディスク内の強磁性ディスク又は透明なボール内の強磁性ボールを含む種々の幾何学的形状によって提供されてもよい。作動時には、こうした幾何学的形状は、逆止め弁3084が通常閉位置に磁気的に強制されて図示のように流量制御弁3074及びケーブル3060の端に非常に近くなることを可能にする。燃料の流れを提供するために流量制御弁3074が持ち上げられるときに、図12及び図14(後述)に示すように燃焼室の空気の中への燃料の非常に高い表面対体積浸透を与えるために、燃料が磁気弁座3090を通して逆止め弁3084を通過してスロット3088を通して流れることを可能にする交差するスロット3088内にこれを囲い込むウェル・ボア内の開位置に逆止め弁3084が強制される。したがって、ケーブル3060は、逆止め弁3084を通過する放射周波数を受信し及び伝送することによって燃焼室のイベントを監視し続ける。本開示の態様によれば、逆止め弁3084の透明部に適した材料は、関心あるモニタリング周波数に対してトランスペアレントなサファイア、石英、高温ポリマー、及びセラミックスを含む。   In certain embodiments, a substantially transparent check valve 3084 as shown in FIGS. 6 and 7 provides protection of the fiber optic bundle or cable 3060 below the flow control valve 3074. According to one embodiment, an exemplary fast closing check valve consists of a ferromagnetic element enclosed within a transparent body. This combination of functions may be provided by various geometric shapes including a ferromagnetic disk in a transparent disk or a ferromagnetic ball in a transparent ball as shown. In operation, these geometries allow the check valve 3084 to be magnetically forced to the normally closed position and be very close to the end of the flow control valve 3074 and cable 3060 as shown. When the flow control valve 3074 is lifted to provide fuel flow, to provide a very high surface-to-volume penetration of fuel into the combustion chamber air as shown in FIGS. The check valve 3084 is forced into an open position in the well bore that encloses it in an intersecting slot 3088 that allows fuel to flow through the magnetic valve seat 3090 through the check valve 3084 and through the slot 3088. Is done. Accordingly, cable 3060 continues to monitor combustion chamber events by receiving and transmitting the radiation frequency passing through check valve 3084. In accordance with aspects of this disclosure, suitable materials for the transparent portion of check valve 3084 include sapphire, quartz, high temperature polymers, and ceramics that are transparent to the monitoring frequency of interest.

一般に、最小の燃料消費で最大のトルクを生じることが望ましい。窒素酸化物エミッションが好ましくない混雑した街の通りのようなエリアでは、適応的な燃料噴射及び点火タイミングは、ピーク燃焼温度が2,200℃(4,000°F)に達するのを許すことなく最大トルクを提供する。ピーク燃焼温度を判定する1つの例示的な方法は、小直径の光ファイバ・ケーブル3060又はより大きい透明な絶縁体3072を使用する火炎温度検出器によるものである。絶縁体3072は、高温ポリマーの燃焼室面上のサファイア、又はダイヤモンド−コーティングのような耐熱コーティング及び耐摩耗コーティングで、若しくは図示のようにコントローラ3062のセンサ3062Dへの燃焼によって生じる放射のライトパイプ伝送を含む噴射器3028内の組み合わされた機能のための石英、サファイア、又はガラスから製造されてもよい。さらに、図4及び図5を参照すると、コントローラ3062及び/又は3043は、各燃焼室の中のセンサ3062Dからの信号を監視して、一酸化窒素の生成を防ぐために燃料噴射及び/又は火花点火タイミングを適応して調整する。   In general, it is desirable to produce maximum torque with minimum fuel consumption. In areas such as crowded city streets where NOx emissions are undesirable, adaptive fuel injection and ignition timing allows peak combustion temperatures to not reach 2,200 ° C (4,000 ° F) Provides maximum torque. One exemplary method of determining the peak combustion temperature is by a flame temperature detector using a small diameter fiber optic cable 3060 or a larger transparent insulator 3072. Insulator 3072 is a light pipe transmission of radiation produced by sapphire or high temperature wear and wear coatings such as diamond-coating on the high temperature polymer combustion chamber surface or by burning to sensor 3062D of controller 3062 as shown. May be manufactured from quartz, sapphire, or glass for combined functions in an injector 3028 including: 4 and 5, the controller 3062 and / or 3043 monitors the signal from the sensor 3062D in each combustion chamber to prevent fuel injection and / or spark ignition to prevent the production of nitric oxide. Adjust the timing adaptively.

したがって、現代のエンジンの燃焼室との境界面から緊密に間隔をおいて配置された弁及び弁オペレータよりも上の場所までの事実上あらゆる距離は、最も最適なスパークプラグ又はディーゼル燃料噴射器の場所で一体の火花点火と共に、絶縁ケーブル3060によって通常閉鎖される流量制御弁3074によって伝達される燃料制御力によって提供することができる。本開示の一体化された点火を伴う燃料噴射器の構成は、オクタン、セタン、粘度、温度、又は燃料エネルギー密度価に関係なくあまり高価でない燃料を含む非常に多種多様の燃料の選択肢の高効率層状給気燃焼のための精密燃料噴射タイミング及び適応的なスパーク点火を提供するために、噴射器がスパークプラグ又はディーゼル燃料噴射器と置き換わることを可能にする。以前は作動が特定のオクタン価又はセタン価をもつ燃料に制限されていたエンジンが、本開示によってより低コストで環境にはるかに有益な燃料でより効率的な長続きする作動に変わる。加えて、パイロット燃料送達及び点火システムとして又は火花点火のみのシステムとして噴射器3028、3029、又は3029’を作動して、エンジンを気化又は吸込みマニホルド燃料噴射システムによって送達されるガソリンでの元の作動に戻すことが可能である。同様に、噴射器3028、3029、又は3029’をこれらの種々の燃料計量及び点火の組合せに従ってディーゼル燃料又は火花点火される代替燃料で作動するように構成することが可能である。   Thus, virtually any distance from the interface to the combustion chamber of modern engines to a closely spaced valve and location above the valve operator is the most optimal spark plug or diesel fuel injector With an integral spark ignition in place, it can be provided by a fuel control force transmitted by a flow control valve 3074 normally closed by an insulated cable 3060. The fuel injector configuration with integrated ignition of the present disclosure is highly efficient for a very wide variety of fuel options including less expensive fuel regardless of octane, cetane, viscosity, temperature, or fuel energy density value In order to provide precise fuel injection timing and adaptive spark ignition for stratified charge combustion, it allows the injector to replace a spark plug or diesel fuel injector. Engines that previously limited operation to fuels with a specific octane or cetane number will be converted by this disclosure to a more cost effective and long lasting operation with fuels that are much more environmentally beneficial. In addition, operating the injector 3028, 3029, or 3029 ′ as a pilot fuel delivery and ignition system or as a spark ignition only system, original operation with gasoline delivered by a vaporization or suction manifold fuel injection system It is possible to return to Similarly, the injector 3028, 3029, or 3029 'can be configured to operate with diesel fuel or an alternative fuel that is spark ignited according to these various fuel metering and ignition combinations.

本開示のさらなる態様によれば、燃費、特定のパワー生産の最大化、燃焼室シリンダ上の潤滑膜メンテナンスの保証、及び/又はノイズの最小化のような目的のために燃料噴射タイミング及び火花点火タイミングを適応して制御しながら、窒素酸化物の生成の防止が提供される。或る実施形態において、図5、図7、及び図11に示すようにスロット3088の中央を通して燃焼室のイベントを見るために、流量制御弁3074を通してケーブル3060を燃料分布ノズルの燃焼室面に又はその付近に固定して延ばすことが好ましい。代替的な実施形態において、ケーブル3060は、好ましくは、ケーブル3060を持ち上げ、したがって突然に流量制御弁3074を持ち上げ始める前に、電機子3048が移動し且つモーメントを発生し始めることを可能にする、ループのような1つ又は複数の自由動たわみ部を接片ストップ・ボール3035よりも上に形成することができ、且つ、図示のように燃焼室からセンサ3040に放射波長を送達するために、軟磁性コア3045を固定して通る。本開示の実施形態によれば、センサ3040は、分離していてもよいし、又は図示のようにコントローラ3043に一体化されてもよい。一実施形態において、光電センサシステムは、図示のようにエンジンの燃焼室の中の圧力及び/又は放射検出の関数としての燃焼イベント、膨張イベント、排気イベント、吸込みイベント、燃料噴射イベント、及び点火イベントを含む燃焼室の状態の包括的監視を提供する。したがって、図4及び図6を参照すると、センサ3040及び/又はセンサ3062D及び/又はセンサ3062Pからの温度信号及び対応する圧力信号が、燃料が燃焼される際の温度及びその温度での時間を、燃焼室の圧力、ピストン位置と、及び燃焼生成物の化学的性質と即座に相互に関係付けられる。   According to further aspects of the present disclosure, fuel injection timing and spark ignition for purposes such as fuel economy, maximizing specific power production, ensuring lubricant film maintenance on the combustion chamber cylinder, and / or minimizing noise. Prevention of the formation of nitrogen oxides is provided while adaptively controlling the timing. In some embodiments, to view combustion chamber events through the center of the slot 3088 as shown in FIGS. 5, 7, and 11, a cable 3060 through the flow control valve 3074 to the combustion chamber surface of the fuel distribution nozzle or It is preferable to fix and extend in the vicinity. In an alternative embodiment, the cable 3060 preferably allows the armature 3048 to move and begin generating moments before lifting the cable 3060 and thus suddenly beginning to lift the flow control valve 3074. One or more free-running flexures, such as loops, can be formed above the contact stop ball 3035, and to deliver radiation wavelengths from the combustion chamber to the sensor 3040 as shown, The soft magnetic core 3045 is fixedly passed. According to embodiments of the present disclosure, sensor 3040 may be separate or may be integrated with controller 3043 as shown. In one embodiment, the photoelectric sensor system includes a combustion event, an expansion event, an exhaust event, a suction event, a fuel injection event, and an ignition event as a function of pressure and / or radiation detection in the combustion chamber of the engine as shown. Provides comprehensive monitoring of combustion chamber conditions including 4 and 6, therefore, the temperature signal from sensor 3040 and / or sensor 3062D and / or sensor 3062P and the corresponding pressure signal indicate the temperature at which the fuel is burned and the time at that temperature. It is immediately interrelated with combustion chamber pressure, piston position, and combustion product chemistry.

こうした相互の関係付けは、エンジンを米国特許第6,015,065号、第6,446,597号、第6,503,584号、第5,343,699号、及び第5,394,852号、並びに同時係属出願第60/551,219号で開示された技術によって組み合わされたピストン位置、燃焼室の圧力のデータ・コレクション、及び図示のように光ファイバ束/ライトパイプ組立体/ケーブル3060によってセンサ3040に提供される場合の燃焼室放射データで作動させることによって直ちに達成される。もたらされる相互の関係付け機能は、したがって、ケーブル3060によってセンサ3040に送達される放射信号及びピストン位置データが、燃費、パワー生産の最大化、窒素酸化物の回避、熱損失の回避などのような種々のエンジン機能を適応して最適化するのに必要な燃焼室の圧力、温度、及び燃焼状態のパターンを示すことを可能にする。その後、ケーブル3060及びセンサ3040によってコントローラ3043に提供されるデータは、非常に費用効果のある噴射器でエンジン機能の迅速且つ適応的な制御を可能にすることができる。   These interrelationships make the engine US Pat. Nos. 6,015,065, 6,446,597, 6,503,584, 5,343,699, and 5,394,852. And the piston position, combustion chamber pressure data collection combined by the technique disclosed in copending application 60 / 551,219, and fiber optic bundle / light pipe assembly / cable 3060 as shown. Is achieved immediately by operating on the combustion chamber radiation data as provided to sensor 3040. The resulting interrelation function is thus that the radiation signal and piston position data delivered to the sensor 3040 by the cable 3060 is such as fuel economy, maximized power production, avoidance of nitrogen oxides, avoidance of heat loss, etc. It makes it possible to show the pattern of combustion chamber pressure, temperature and combustion conditions required to adapt and optimize various engine functions. Thereafter, the data provided to controller 3043 by cable 3060 and sensor 3040 can allow for rapid and adaptive control of engine function with a very cost effective injector.

したがって、一実施形態によれば、より包括的に適応的な噴射システムは、当該技術分野では公知のように及び/又は参照により本明細書に含まれる先に参照した特許及び同時係属出願で開示されるように、センサ3040とケーブル3060との両方を1つ又は複数の圧力センサと共に組み入れることができる。このような場合、燃費及びパワー生産管理の適応的な改善のためにエンジンの回転加速度を監視することが好ましい。エンジン加速は、したがって、クランク軸又はカム軸タイミング、分配器タイミング、ギア歯タイミング、又はピストン速度検出を含む多くの技術によって監視されてもよい。燃料種の選択、燃料種の温度、燃料噴射タイミング、噴射圧力、噴射繰返し率、点火タイミング、及び燃焼室温度マッピングを含む制御される変数の関数としてのエンジン加速は、従来の又はあまり高価でない燃料でエンジン性能、燃費、エミッション制御、及びンジン寿命の注目に値する改善を可能にする。   Thus, according to one embodiment, a more comprehensive adaptive injection system is disclosed in previously referenced patents and co-pending applications as known in the art and / or included herein by reference. As can be seen, both sensor 3040 and cable 3060 can be incorporated with one or more pressure sensors. In such a case, it is preferable to monitor the rotational acceleration of the engine in order to adaptively improve fuel consumption and power production management. Engine acceleration may thus be monitored by a number of techniques including crankshaft or camshaft timing, distributor timing, gear tooth timing, or piston speed detection. Engine acceleration as a function of controlled variables, including fuel type selection, fuel type temperature, fuel injection timing, injection pressure, injection repetition rate, ignition timing, and combustion chamber temperature mapping, conventional or less expensive fuel Enables remarkable improvements in engine performance, fuel economy, emissions control, and engine life.

本開示の態様にしたがって、遠隔の弁オペレータ3048と、燃焼室境界面に又はこれに実質的に隣接して位置決めされる流量制御弁3074とのこの新しい組合せによって、大きく変化する燃料粘度、発熱量、及び蒸気圧の燃焼を最適化する、適応的なタイミングでの火花プラズマ点火の発生が提供される。この構成は、流量制御弁3074と燃焼室との間に存在するすきま容積が小さい又は存在しないため、事実上、ドリブルの前又はドリブルの後の害をなくすものである。流量制御弁3074を燃焼室境界面に位置付けることによって、普通は回り道して(circuitously)燃料を送達するチャネルによって引き起こされる、燃料の流れのインピーダンスが回避される。特定の実施形態において、流量制御弁3074は、適切な機械ばねによって、又はばね3036によってかかる力の関数としてのケーブル又はロッド3060上の圧縮力によって、若しくはこうした閉鎖アクションの組合せを含む弁座3090への磁気ばね引力によって、通常閉状態に付勢することができる。   In accordance with aspects of the present disclosure, this new combination of remote valve operator 3048 and flow control valve 3074 positioned at or substantially adjacent to the combustion chamber interface greatly varies fuel viscosity, heating value. And generation of spark plasma ignition with adaptive timing that optimizes the combustion of the vapor pressure. This configuration effectively eliminates the harm before or after dribbling because the clearance volume between the flow control valve 3074 and the combustion chamber is small or absent. By positioning the flow control valve 3074 at the combustion chamber interface, the fuel flow impedance normally caused by the channel delivering the fuel in a circuitous manner is avoided. In certain embodiments, the flow control valve 3074 is provided by a suitable mechanical spring or by a compressive force on the cable or rod 3060 as a function of the force applied by the spring 3036 or to a valve seat 3090 that includes a combination of such closing actions. The magnetic spring attractive force can normally be biased to the closed state.

本開示の態様によれば、圧力許容性能は、ケーブル3060上の或る場所に固定されるボール3035に衝突した後の、ボール3035を突然に持ち上げ又は変位させるように設計される電機子ドライバ3048の、自由加速を提供することによって達成される。特定の実施形態において、ドライバ3048は、図示のように電磁磁極片の方に固定のケーブル3060を越えて比較的自由に動く。かなりのモーメントが得られた後で、ドライバ3048は、示されるばねウェル内のボール3035に突き当たる。例証される実施形態において、ボール3035は、図示のようにばね3036内のケーブル3060に取り付けられる。したがって、作動時には、直動式ソレノイド弁によって発生される可能性があるよりもかなり大きい、この衝撃による力の突然の適用が、比較的より小さい慣性の、通常閉鎖される流量制御弁3074を、弁座3090の中の通路の上側弁座から突然に持ち上げることになる。   In accordance with aspects of the present disclosure, pressure tolerance performance is achieved by an armature driver 3048 that is designed to suddenly lift or displace the ball 3035 after impacting a ball 3035 that is fixed in place on the cable 3060. Achieved by providing free acceleration. In certain embodiments, the driver 3048 moves relatively freely over a cable 3060 that is fixed toward the electromagnetic pole piece as shown. After a significant moment is obtained, the driver 3048 strikes the ball 3035 in the spring well shown. In the illustrated embodiment, ball 3035 is attached to cable 3060 in spring 3036 as shown. Thus, in operation, the sudden application of force due to this impact, which is significantly greater than can be generated by a direct acting solenoid valve, results in a relatively closed inertia, normally closed flow control valve 3074. It will suddenly lift from the upper valve seat of the passage in the valve seat 3090.

この実施形態は、流量制御弁3074のための任意の適切な弁座を使用してもよいが、しかしながら、小型エンジンの燃焼室での用途のためには、図示のように流量制御弁3074を通常閉状態に付勢するために内部に又は弁座3090として永久磁石を組み入れることが好ましい。電機子3048による流量制御弁3074のこうした突然の衝突始動は、所望の燃料送達率を保証するのに必要な場合がある燃料の温度、粘度、スラッシュ結晶の存在、又は適用圧力に関係なく、燃料の保証された精密流れを可能にする。SmCo及びNdFeBのような永久磁石は、205℃(401°F)までの作動温度で所望の磁気力を直ちに提供し、流量制御弁3074が磁気弁座3090上の通常閉位置に付勢されることを保証し、したがって、すきま容積及びアフター・ドリブルを事実上なくすものである。   This embodiment may use any suitable valve seat for the flow control valve 3074; however, for use in a small engine combustion chamber, the flow control valve 3074 is shown as shown. It is preferred to incorporate a permanent magnet internally or as a valve seat 3090 to bias it to the normally closed state. Such a sudden collision start of the flow control valve 3074 by the armature 3048 causes the fuel to become independent of the fuel temperature, viscosity, presence of slash crystals, or applied pressure that may be necessary to ensure the desired fuel delivery rate. Allows for guaranteed precision flow of. Permanent magnets such as SmCo and NdFeB immediately provide the desired magnetic force at operating temperatures up to 205 ° C. (401 ° F.) and the flow control valve 3074 is biased to a normally closed position on the magnetic valve seat 3090. And therefore virtually eliminates clearance volume and after dribbling.

例証となる比較において、絶縁体3064のボア内での導電ノズル3070への送達のために流量制御弁3074が電機子3048と共に組み入れられることになる場合、示されるすきま容積の中で一時的に休止する燃料のアフター・ドリブルは、エンジンサイクルの所望の時点での意図された燃料送達と同じ容積となる可能性がある。こうしたアフター・ドリブルの流れは、膨張の最終段階の間又は排気ストロークの間となる可能性があり、したがって保護シリンダ壁の潤滑の火炎衝撃損失、不必要なピストン加熱、膨張差に起因する増加した摩擦、及び排気系構成要素の過熱を引き起こしながら、ほとんどの場合、完全にではないとしても、廃棄される(wasted)。これは、オクタン価、蒸気圧、又は体積あたりの特定の燃料エネルギーに関係なく使用されるべき従来の又はより低コストの燃料の交換可能な利用を可能にするための極めて重要な開示である。   In an illustrative comparison, if a flow control valve 3074 is to be incorporated with the armature 3048 for delivery to the conductive nozzle 3070 within the bore of the insulator 3064, it will temporarily pause in the indicated clearance volume. The fuel after dribbling can be the same volume as the intended fuel delivery at the desired point in the engine cycle. Such after-dribble flow can be during the final stage of expansion or during the exhaust stroke and thus increased due to flame shock loss of lubrication of the protective cylinder wall, unnecessary piston heating, and differential expansion In most cases, if not complete, it is wasted, causing friction and overheating of exhaust system components. This is a very important disclosure to allow interchangeable use of conventional or lower cost fuels to be used regardless of octane number, vapor pressure, or specific fuel energy per volume.

さらに、従来の弁作動システムは、ドライバ3048のケーブル3060に対する、したがって流量制御弁3074に対する突然の衝突によって提供される場合の700気圧以上に比べて約7気圧の圧力低下に制限されるであろう。アップルソース又はコテージチーズと比較できるほどの法外に扱いにくいテクスチャ及び粘度をもつ低温のスラッシュ燃料が、比較的大きい通路を通して通常閉鎖される流量制御弁3074に直ちに送達され、これは、弁座3090の大直径オリフィス上に休止する。大きい慣性電磁石電機子3048の突然の衝突の後の迅速な加速が、誘電ケーブル3060を通して非常に大きい持ち上げ力を伝達し、弁座3090の大きいオリフィスから流量制御弁3074を突然に且つ確かに持ち上げて、存在する場合には通常閉鎖される逆止め弁3084を開き、燃料スラッシュ混合物を燃焼室の中に噴出する。同じ保証された送達は、間欠的に提供される場合があるような400°F(204℃)以上の温度での水素及び他の非常に低粘度の燃料を含む任意の相又は相の混合物中の燃料のアフター・ドリブルなしに提供される。   Furthermore, the conventional valve actuation system would be limited to a pressure drop of about 7 atmospheres compared to over 700 atmospheres when provided by a sudden impact on the cable 3060 of the driver 3048 and thus on the flow control valve 3074. . Cold slush fuel, with a texture and viscosity that is prohibitively cumbersome compared to applesauce or cottage cheese, is immediately delivered to a flow control valve 3074 that is normally closed through a relatively large passageway, which is a valve seat 3090. Rest on a large diameter orifice. Rapid acceleration after a sudden impact of the large inertial armature 3048 transmits a very large lifting force through the dielectric cable 3060, causing the flow control valve 3074 to suddenly and reliably lift from the large orifice of the valve seat 3090. If present, the check valve 3084, which is normally closed, is opened and the fuel slush mixture is injected into the combustion chamber. The same guaranteed delivery is in any phase or mixture of phases containing hydrogen and other very low viscosity fuels at temperatures above 400 ° F. (204 ° C.) as may be provided intermittently Provided without any after-driving of fuel.

本開示の態様によれば、燃料密度が、低温エンジン始動時の液体ガソリン又は低温の水素の密度であるかどうか、及び、次いで、エンジン暖機運転の際に液体燃料を気体燃料に変換するための熱を提供するのに100分の1又は1000分の1の密度となるかどうかに関係なく、不利なアフター・ドリブルなしに燃焼室に入る燃料の精密計量及び点火が提供される。これは、車両オペレータがタンク3404(図14に示される)に補給するのに最も望ましい且つ利用可能な燃料を選ぶことを可能にする。その後、図14に示された熱交換器(単数又は複数)によってエンジン排熱が回収され、噴射器は、水素で特徴付けられる層状給気燃焼の利点を提供するために、エンジン廃熱の利用によって選択される燃料の最も望ましい最適化を提供する。非常に寒冷の気候では、及び二酸化炭素エミッションを最小にするために、反応器3036に豊富なエンジン熱が利用可能であるときにはソレノイド弁を通して伝達することによって、水素又は水素で特徴付けられるガスをアキュムレータの中に伝達し及び貯蔵することが好ましい。作動時には、低温エンジン始動時に、弁が開かれ、水素又は水素で特徴付けられる燃料が弁を通して圧力調整器に及び噴射器(単数又は複数)3028に流れて、エンジンの極めて速い、非常に高効率の、且つクリーンな始動を提供する。   According to aspects of the present disclosure, whether the fuel density is the density of liquid gasoline or cold hydrogen at cold engine start-up, and then to convert liquid fuel to gaseous fuel during engine warm-up operation Regardless of whether it is one hundredth or one thousandth the density to provide the heat, precise metering and ignition of the fuel entering the combustion chamber without adverse after dribbling is provided. This allows the vehicle operator to select the most desirable and available fuel to refill tank 3404 (shown in FIG. 14). The engine exhaust heat is then recovered by the heat exchanger (s) shown in FIG. 14 and the injector uses the engine waste heat to provide the benefits of stratified charge combustion characterized by hydrogen. Provides the most desirable optimization of the fuel selected by. In very cold climates and to minimize carbon dioxide emissions, accumulator hydrogen or a gas characterized by hydrogen is transferred to the reactor 3036 through a solenoid valve when abundant engine heat is available. It is preferable to transmit and store in. In operation, at low temperature engine start, the valve is opened and hydrogen or fuel characterized by hydrogen flows through the valve to the pressure regulator and to the injector (s) 3028, making the engine very fast and very efficient Providing a clean start.

図8A及び図8Bは、本開示の実施形態に従って構成されるユニット弁組立体である。再生可能燃料を使用する機会を提供し、海洋、農業、鉱業、建設、並びに鉄道及びトラックによる重牽引(heavy hauling)用途での大型エンジンの効率及び寿命を改善することは本質的であるが、本来はディーゼル燃料用に設計された大型エンジンにおいて十分な気体燃料エネルギーを送達することは極めて難しい。図8A及び図8Bは、エンジンの各シリンダへの大量の比較的低いエネルギー密度の加圧された燃料供給の制御された送達を可能にするためのユニット弁3100の部分断面を示す。本開示の態様によれば、ユニット弁3100は、従来の燃料よりも高い熱効率で実質的に層状の給気燃焼剤(combustant)として噴射器と併せて大型エンジンにおいて非常に低いエネルギー密度の燃料が使用されることを可能にするのに特に有益である。ユニット弁3100はまた、各吸気サイクルの間に燃焼室の中に誘起される空気の量を増加させることによって変換されたエンジンの容積効率を大いに改善するために、こうした燃料が部分的に使用されることを可能にする。   8A and 8B are unit valve assemblies configured in accordance with embodiments of the present disclosure. While providing the opportunity to use renewable fuels and improving the efficiency and life of large engines in marine, agricultural, mining, construction, and heavy hauling applications by rail and truck, It is extremely difficult to deliver sufficient gaseous fuel energy in a large engine originally designed for diesel fuel. FIGS. 8A and 8B show a partial cross section of a unit valve 3100 to allow controlled delivery of a large volume of relatively low energy density pressurized fuel supply to each cylinder of the engine. In accordance with aspects of the present disclosure, the unit valve 3100 provides a fuel with very low energy density in large engines in conjunction with an injector as a substantially stratified charge combustion combustant with higher thermal efficiency than conventional fuels. It is particularly beneficial to allow it to be used. Unit valve 3100 also uses such fuel in part to greatly improve the volumetric efficiency of the converted engine by increasing the amount of air induced into the combustion chamber during each intake cycle. Makes it possible to

作動時には、加圧された燃料が入口取付具3102を通して示される弁チャンバに供給され、そこでばね3104がボール3106のような弁を図示のように弁座3108上の閉位置に付勢する。高速エンジン用途において、又はスラッシュ燃料中の固体が堆積する傾向があるため、ばね3104が好ましくない場合、ボール3106の迅速な閉鎖を支援するために弁座3108を永久磁石の磁極として提供することが好ましい。燃焼室への燃料送達が望まれるときに、プッシュ・ロッド3112がボール3106を強制して弁座3108から持ち上げ、燃料が燃焼室への送達のためにボール3106の周りに及び示される通路を通して取付具3110に流れるのを許される。特定の実施形態において、プッシュ・ロッド3112は、3122に示されたボア内にぴったりと適合する(closely fitting)ことによって、又はシール3114のようなエラストマー・シールによってシールされる。プッシュ・ロッド3112の始動は、任意の適切な方法又は方法の組合せによるものとすることができる。   In operation, pressurized fuel is supplied through the inlet fitting 3102 to the valve chamber shown, where a spring 3104 biases a valve, such as a ball 3106, to a closed position on the valve seat 3108 as shown. In high speed engine applications, or when the spring 3104 is undesirable due to the tendency of solids in slush fuel to accumulate, the valve seat 3108 may be provided as a permanent magnet pole to assist in the rapid closure of the ball 3106. preferable. When fuel delivery to the combustion chamber is desired, push rod 3112 forces ball 3106 to lift from valve seat 3108 and the fuel is mounted around ball 3106 and through the passage shown for delivery to the combustion chamber. It is allowed to flow to the tool 3110. In certain embodiments, push rod 3112 is sealed by a close fitting within the bore shown at 3122 or by an elastomeric seal such as seal 3114. Activation of push rod 3112 may be by any suitable method or combination of methods.

一実施形態によれば、燃料の流れの適切な制御は、スチールキャップ3128内の環状巻線3126を通した電流の通過から結果として生じるソレノイド・アクションによって提供することができ、ソレノイド・プランジャ3116は、図示のようにプッシュ・ロッド3112に接続された状態で軸方向に動く。特定の実施形態において、プランジャ3116は、好ましくは、軟磁性の強磁性材料である。プランジャ3116は、図示のようにユニット弁3100の強磁性磁極片3122上に恒久的に位置するようにねじ込まれる、締まりばめされる、適切な接着剤で定位置に係止される、かしめられる、又は編組(braised)される、好ましくはニトロン(Nitronic)合金のような自動注油の又は低摩擦合金、又は恒久的に注油される(lubricated)粉末冶金含油ベアリングである、スリーブ・ベアリング3124によって、直線運動にガイドされる。   According to one embodiment, proper control of fuel flow can be provided by a solenoid action resulting from the passage of current through the annular winding 3126 in the steel cap 3128, where the solenoid plunger 3116 is As shown, it moves axially while connected to push rod 3112. In certain embodiments, the plunger 3116 is preferably a soft magnetic ferromagnetic material. The plunger 3116 is screwed into a permanent position on the ferromagnetic pole piece 3122 of the unit valve 3100 as shown, clamped, locked in place with a suitable adhesive, or crimped. Or by a sleeve bearing 3124, which is a self-lubricated or low-friction alloy, such as a Nitronic alloy, or a lubricated powder metallurgical oil-impregnated bearing. Guided by linear motion.

他の実施形態において、バルブ・ボール3106はまた、プッシュ・ロッド3112がボール3106に突然に突き当ることになるのに先立って自由に動くことを許された後でかなり高い開く力を提供する前にプランジャ3116がかなりのモーメントを得ることを許される、衝動アクションによって開かれてもよい。この実施形態において、ボール3106の方への加速の開始時にプランジャ3116がニュートラル位置にあるときに、ボール3106が突然に衝突される前にかなりのモーメントが発生されることを可能にするために、ボール3106とプッシュ・ロッド3112の端との間に十分な「休止(at rest)」クリアランスを提供することが好ましい。   In other embodiments, the valve ball 3106 may also provide a fairly high opening force after the push rod 3112 is allowed to move freely prior to suddenly hitting the ball 3106. The plunger 3116 may be opened by an impulse action that is allowed to obtain a significant moment. In this embodiment, when the plunger 3116 is in the neutral position at the start of acceleration toward the ball 3106, a significant moment can be generated before the ball 3106 is suddenly impacted. It is preferable to provide sufficient “at rest” clearance between the ball 3106 and the end of the push rod 3112.

プッシュ・ロッド3112、したがってボール3106の間欠的作動に対する代替的方法は、空気入口弁(単数又は複数)及び/又はエンジンのパワー・ストロークを制御する同じ周波数で作動する回転式ソレノイド又は機械で駆動されるカムの変位によるものである。こうした機械的始動は、ボール3106に対する唯一の変位源として、又はプッシュ・プル又は回転式ソレノイドと併せて使用することができる。作動時には、クレビス3118がボール・ベアリング組立体3120を保持し、ローラ又は減摩ベアリング組立体のアウターレースが適切なカムの上で回転して、ボール3106の方へのプランジャ3116及びプッシュ・ロッド3112の直線運動を引き起こす。所望の場合に燃料の流れを発生させるためにボール3106に突き当たった後で、ボール3106とプランジャ3116は、図示のように磁気弁座及び/又はばね3104及び3105によってニュートラル位置に戻る。   An alternative to intermittent actuation of push rod 3112, and hence ball 3106, is driven by a rotary solenoid or machine that operates at the same frequency that controls the air inlet valve (s) and / or engine power stroke. This is due to the cam displacement. Such mechanical starting can be used as the only source of displacement for the ball 3106 or in conjunction with a push-pull or rotary solenoid. In operation, the clevis 3118 holds the ball bearing assembly 3120 and the outer race of the roller or anti-friction bearing assembly rotates on the appropriate cam to move the plunger 3116 and push rod 3112 toward the ball 3106. Cause a linear motion. After striking the ball 3106 to generate fuel flow if desired, the ball 3106 and plunger 3116 are returned to the neutral position by magnetic valve seats and / or springs 3104 and 3105 as shown.

ユニット弁3100の適切な作動は、図8A及び図9に示すようにカム軸3120の通過後に燃料の流れ期間を続行するために、圧電により作動されるブレーキ(図示せず)による又はプランジャ3116に適用される電磁石3126の始動による「開保持(hold−open)」機能をもつ、ボール・ベアリング組立体3120のカムの変位によるものであってもよいことが同様に考慮される。これは、ボール3106のような可動弁要素が、ソレノイド、カム・オペレータ、及びソレノイドとカム・オペレータとの組合せを含む適切な機構で強制されるプランジャ3112によって変位される、流体フローバルブ機能を提供し、弁要素3106は、こうしたソレノイド、圧電ブレーキ、及び/又はソレノイド機構と圧電機構との組合せによって流体の流れを可能にする位置に時折保持される。   Appropriate actuation of the unit valve 3100 is by a piezoelectrically actuated brake (not shown) or on the plunger 3116 to continue the fuel flow period after passing the camshaft 3120 as shown in FIGS. 8A and 9. It is similarly contemplated that it may be due to the displacement of the cam of the ball bearing assembly 3120 with a “hold-open” function upon activation of the applied electromagnet 3126. This provides a fluid flow valve function in which a movable valve element, such as a ball 3106, is displaced by a plunger 3112 that is forced by a suitable mechanism including a solenoid, a cam operator, and a combination of solenoid and cam operator. However, the valve element 3106 is sometimes held in a position that allows fluid flow by such solenoids, piezoelectric brakes, and / or combinations of solenoid and piezoelectric mechanisms.

ユニット弁3100からの燃料の流れは、エンジンの吸込み弁ポートに、適切な直接シリンダ燃料噴射器に、及び/又は図4、図5、図6、図7図10、及び図11にかなり詳細に示される実施形態の選択された組合せを有する噴射器に送達されてもよい。大排気量エンジンのような幾つかの用途において、すべての3つの入口点に燃料を送達することが望ましい。吸込みポート又は弁が開かれている間に、加圧された燃料が定時噴射によって燃焼室の入口弁ポートに送達される場合には、燃焼室の中のより高い空気密度を発生させるために燃料モーメントを付与して空気ポンピングを引き起こすことによって、増加した空気取入口及び容積効率が達成される。   The flow of fuel from the unit valve 3100 is fairly detailed in the engine intake valve port, in a suitable direct cylinder fuel injector, and / or in FIGS. 4, 5, 6, 7, 10, and 11. It may be delivered to an injector having a selected combination of the embodiments shown. In some applications, such as large displacement engines, it is desirable to deliver fuel to all three entry points. If pressurized fuel is delivered to the combustion chamber inlet valve port by punctual injection while the suction port or valve is open, the fuel is generated to generate a higher air density in the combustion chamber. By applying a moment to cause air pumping, increased air intake and volumetric efficiency is achieved.

このような場合、燃料は、空気速度をかなり上回る速度で送達され、したがって、燃焼室の中への空気の加速を誘起する。この利点は、燃焼室に入る燃料の量を火花点火によって燃焼を開始する又は持続するであろう量よりも少なくなるように制御することによって構成(compounded)することができる。こうした希薄な燃料−空気混合気は、しかしながら、図4、図5、図6、図7図10、及び図11の噴射器の実施形態による燃料噴射及び点火によって直ちに点火することができ、これは、ポート燃料噴射によって発生する希薄な燃料−空気混合気の中に燃料を燃焼させることによって、保証された点火及び迅速な浸透を提供する。   In such cases, fuel is delivered at a rate well above the air velocity, thus inducing acceleration of the air into the combustion chamber. This advantage can be compounded by controlling the amount of fuel entering the combustion chamber to be less than the amount that would initiate or sustain combustion by spark ignition. Such lean fuel-air mixtures can, however, be ignited immediately by fuel injection and ignition according to the injector embodiments of FIGS. 4, 5, 6, 7, 10, and 11. Combustion of fuel into the lean fuel-air mixture generated by port fuel injection provides guaranteed ignition and rapid penetration.

付加的なパワーは、噴射器によって開始される燃焼に燃料を追加する分離直接燃料噴射器を通じて、直接シリンダ噴射によって提供されてもよい。噴射器/点火器によって開始され及び制御される、1つ又は複数の個別の直接シリンダ噴射器から燃焼パターンへの直接噴射は、過剰空気内の迅速且つ完全な燃焼を保証し、燃焼室表面から燃料がスワールし、跳飛し、及び/又は跳ね返り、次いで、火花点火源の周りの表面上又はその付近で燃焼することを要求する個別の直接噴射及び火花点火構成要素と普通は関連付けられる熱損失を回避する。   Additional power may be provided by direct cylinder injection through a separate direct fuel injector that adds fuel to the combustion initiated by the injector. Direct injection from one or more individual direct cylinder injectors into the combustion pattern, initiated and controlled by the injector / igniter, ensures rapid and complete combustion in excess air and from the combustion chamber surface Heat loss normally associated with individual direct injection and spark ignition components that require the fuel to swirl, jump and / or bounce and then burn on or near the surface around the spark ignition source To avoid.

より大型のエンジン用途では、高速エンジン作動に対して、及び環状巻線3126における電流要件及び発熱を最小にすることが望ましい場合に、メカニカル・カムにより始動される動きをプランジャ3116及びボール3112のソレノイド作動と組み合わせることが特に望ましい。これは、プランジャ3116の主要な動きが、図9のカム軸3212のようなカムシャフトによって提供されることを可能にする。エンジンのアイドル作動にとって適切な燃料送達のためのカム・アクションによってボール3106の最初の弁アクションが確立された後で、環状巻線3126の中に比較的小さい電流の流れを生み出す結果としてプランジャ3116を止め部3122と接触した状態に保持し続けることにより「保持時間」を増加することによって、増加した燃料送達及びパワー生産が提供される。したがって、図8A、図8B、図9、及び図12に示すようにカム・アクションによるボール3106の急速な開放後のソレノイド・アクションによってプランジャ3116の保持時間を引き延ばすことによって、保証された弁作動及び増加したパワーの正確な制御が提供される。   In larger engine applications, the plunger 3116 and ball 3112 solenoids are actuated by mechanical cams for high speed engine operation and when it is desirable to minimize current requirements and heat generation in the annular winding 3126. It is particularly desirable to combine with actuation. This allows the primary movement of the plunger 3116 to be provided by a camshaft, such as the camshaft 3212 of FIG. After the initial valve action of the ball 3106 has been established by a cam action for fuel delivery appropriate for engine idle operation, the plunger 3116 is produced as a result of producing a relatively small current flow in the annular winding 3126. By increasing the “holding time” by keeping it in contact with the stop 3122, increased fuel delivery and power production is provided. Therefore, as shown in FIGS. 8A, 8B, 9, and 12, the valve operation is ensured by extending the holding time of the plunger 3116 by solenoid action after rapid opening of the ball 3106 by cam action. Accurate control of increased power is provided.

本開示の態様によれば、図9の概略的な燃料制御回路レイアウトに示すような実施形態3200の配置ユニット弁による燃料の正確に定時送達を伴う、複数の燃焼室を備えたエンジンが提供される。この例証となる事例において、6つのユニット弁(3100)がハウジング3202内に等角度間隔で配置される。ハウジング3202は、マニホルド3204を通して各ユニット弁入口3206に加圧された燃料を提供する。カム軸3212上に示されるカムは、各プッシュ・ロッド組立体3210を間欠的に始動して、入口3206から、燃料を所望の吸込み弁ポート及び/又は燃焼室に直接に又は図6、図7、及び図10に示すように噴射器/点火器を通して送達する、図8Bの3110に対応する出口3208への燃料の正確な流れを提供する。特定の実施形態において、ハウジング3202は、図示のようにコントローラ3220によって提供される適応的な最適化アルゴリズムに応答して火花及び噴射進出を提供するために、好ましくはカム軸3212に対する角度位置に関して適応して調整される。   According to aspects of the present disclosure, there is provided an engine with multiple combustion chambers with precisely timed delivery of fuel by the placement unit valve of embodiment 3200 as shown in the schematic fuel control circuit layout of FIG. The In this illustrative case, six unit valves (3100) are arranged in the housing 3202 at equiangular intervals. Housing 3202 provides pressurized fuel to each unit valve inlet 3206 through manifold 3204. The cam shown on the camshaft 3212 intermittently starts each push rod assembly 3210 to direct fuel from the inlet 3206 directly to the desired intake valve port and / or combustion chamber, or FIGS. , And delivering through the injector / igniter as shown in FIG. 10 provides an accurate flow of fuel to the outlet 3208 corresponding to 3110 in FIG. 8B. In certain embodiments, the housing 3202 is preferably adaptive with respect to angular position relative to the camshaft 3212 to provide spark and injection advance in response to an adaptive optimization algorithm provided by the controller 3220 as shown. Adjusted.

特定の実施形態において、コントローラ3220及び関連する構成要素は、効率、パワー生産、作動の円滑さ、フェイルセーフ措置、及びエンジン構成要素の寿命におけるさらなる改善として、好ましくは、各燃焼室の燃料送達イベント及び火花点火イベントの適応的な最適化を提供することができる。コントローラ3220は、所望のエンジン作動結果を最適化するのに必要な調整を判定するために、センサの指示を記録して各シリンダのトルク発生の間の時間を判定して適応的な燃料噴射及び火花点火データの関数としての正のエンジン加速及び負のエンジン加速を導出する。   In certain embodiments, the controller 3220 and associated components preferably provide fuel delivery events for each combustion chamber as further improvements in efficiency, power production, operational smoothness, fail-safe measures, and engine component life. And adaptive optimization of spark ignition events can be provided. The controller 3220 records sensor indications to determine the time between each cylinder's torque generation to determine the necessary adjustments to optimize the desired engine operating results, and adaptive fuel injection and Deriving positive and negative engine acceleration as a function of spark ignition data.

一般に、最小の燃料消費で最大のトルクを生じることが望ましい。しかしながら、窒素酸化物エミッションが好ましくない混雑した街の通りのようなエリアでは、適応的な燃料噴射及び点火タイミングは、ピーク燃焼温度が2,200℃(4,000°F)に達するのを許すことなく最大トルクを提供する。これは、示される開示の実施形態によって達成される。   In general, it is desirable to produce maximum torque with minimum fuel consumption. However, in areas such as crowded city streets where nitrogen oxide emissions are undesirable, adaptive fuel injection and ignition timing allows peak combustion temperatures to reach 2,200 ° C (4,000 ° F). Provides maximum torque without. This is accomplished by the disclosed embodiments shown.

ピーク燃焼温度の判定は、好ましくは、図10に示すように小直径の光ファイバ・ケーブル又はより大きい透明な絶縁体3072を使用する火炎温度検出器によって提供される。特定の実施形態において、絶縁体3072は、高温ポリマーの燃焼室面上のサファイア、又はダイヤモンド−コーティングのような耐熱コーティング及び耐摩耗コーティングで、若しくは図示のようにコントローラ3043のセンサ3062D及び/又は3432への燃焼によって生じる放射のライトパイプ伝送を含む噴射器内の組み合わされた機能のための石英、サファイア、又はガラスから製造される。コントローラ3043は、例えば、各燃焼室の中のセンサ3062Dからの無線信号を監視して、一酸化窒素又は他の窒素酸化物の生成を防ぐために燃料噴射及び/又は火花点火タイミングを適応して調整する。   The determination of the peak combustion temperature is preferably provided by a flame temperature detector using a small diameter fiber optic cable or a larger transparent insulator 3072 as shown in FIG. In certain embodiments, the insulator 3072 is sapphire on the high temperature polymer combustion chamber surface, or a heat and wear resistant coating such as a diamond-coating, or as shown, sensors 3062D and / or 3432 of the controller 3043. Manufactured from quartz, sapphire, or glass for combined functions in the injector including light pipe transmission of radiation produced by combustion. The controller 3043, for example, monitors the wireless signal from the sensor 3062D in each combustion chamber to adaptively adjust fuel injection and / or spark ignition timing to prevent the formation of nitric oxide or other nitrogen oxides. To do.

特定の実施形態において、リード3068、ノズル3070、並びに計装3062D及び3062Pに隣接するコントローラ3062を保護し及びシールする、高電圧リード3068のためのライトパイプ3072を通して提供される穴3064を通して、キャスト又は射出成形ポリマー絶縁体を提供し、図示のように絶縁ウェル3066を形成することが好ましい。他の実施形態において、これと同じ絶縁体を用いて、コントローラ3062への電気接続を保護するために、ウェル3050と隣接するがウェル3050の下にあり且つウェル3050から回転された場所に、ウェル3050と類似した別の絶縁ウェル3066を形成することが好ましい。   In certain embodiments, the cast 30 Preferably, an injection molded polymer insulator is provided and an insulating well 3066 is formed as shown. In other embodiments, this same insulator is used to protect the electrical connection to the controller 3062 in a location adjacent to the well 3050 but below the well 3050 and rotated from the well 3050. Preferably, another insulating well 3066 similar to 3050 is formed.

或る高速エンジンの実施形態において、及び単一のロータ又は単一のシリンダ用途において、燃焼室のイベントの光学的監視を提供するために、図10に示すようにソリッドステート・コントローラ3062を使用することが好ましい場合がある。燃焼室の圧力に比例して信号を生じるためのセンサ3062Dと類似した又は隣接する位置におけるコントローラ3062の面に、1つ又は複数の圧力センサ(単数又は複数)3062Pを組み入れることも好ましい。特定の実施形態において、圧力センサ3062Pは、燃焼室の中の吸込みイベント、圧縮イベント、パワーイベント、及び排気イベントを監視し及び比較し、図示のように燃料噴射及び点火タイミングの適応的な制御のための比較の基準を提供する。   In some high speed engine embodiments and in single rotor or single cylinder applications, a solid state controller 3062 is used as shown in FIG. 10 to provide optical monitoring of combustion chamber events. It may be preferable. It is also preferred to incorporate one or more pressure sensor (s) 3062P in the face of controller 3062 at a location similar or adjacent to sensor 3062D for generating a signal proportional to the pressure in the combustion chamber. In certain embodiments, the pressure sensor 3062P monitors and compares intake, compression, power, and exhaust events in the combustion chamber and provides adaptive control of fuel injection and ignition timing as shown. Provides a reference for comparison.

一実施形態によれば、燃料計量及び点火管理を提供するための1つのオプションは、エンジンのアイドル作動に対する図9に示されたカム軸3212による「タイムオン(time−on)」持続時間を提供することである。特定の実施形態において、カムの場所は、3112のようなプッシュ・ロッドの利用を通じて、及び/又は新しいエンジン設計の特別な幾何学的形状と共に後付け用途を満たすのに必要とされる場合のさらなる適応のためにロッカーアームによって、弁構成要素3106から遠隔とすることができる。回転するカム軸3212の最初の通過後の増加した燃料送達時間のための環状巻線3126を通した低電力電流の通過により、プランジャ3116、プッシュ・ロッド3112、及びボール3106の「保持」時間が増加することによって、増加したエンジン速度及びパワー生産が提供される。これは、フルレンジの所望のエンジン速度及びパワーを生産するために、組み合わされた機械式及び電気機械式システムを提供する。   According to one embodiment, one option for providing fuel metering and ignition management provides a “time-on” duration with camshaft 3212 shown in FIG. 9 for engine idle operation. It is to be. In certain embodiments, the cam location is further adapted through the use of push rods such as 3112 and / or when needed to meet retrofit applications with special geometries of new engine designs. Can be remote from the valve component 3106 by a rocker arm. The passage of low power current through the annular winding 3126 for increased fuel delivery time after the first pass of the rotating camshaft 3212 causes the “hold” time of the plunger 3116, push rod 3112, and ball 3106. Increasing provides increased engine speed and power production. This provides a combined mechanical and electromechanical system to produce a full range of desired engine speed and power.

本開示によれば、点火は、ホール効果、圧電結晶変形、光学的(photo−optic)抵抗、磁気抵抗、若しくはカム軸3212又はギア歯のカウントのような他の同期性のイベントを検出する他の近接センサを含む、多くのイニシエータによって、或いは光発電機、磁気発電機、容量性発電機、誘導性発電機、磁石発電機、又はプランジャ3116がブッシング3124及び環状巻線3126内で動くときに生じる幾つかの他の電気信号の変化を用いることによって、トリガされてもよい。このプランジャの動き信号が生成された後で、適応的な燃料噴射及び火花タイミングを提供して、増加したパワー生産、増加した燃費、減少した一酸化窒素生成から選択される1つ又は複数の所望の結果を最適化するため、及び最小のスタータ・エネルギーでのエンジン始動を容易にするため、又はエンジンの回転方向を反転させてトランスミッションにおいてギアを反転させる必要をなくすために、電子コンピュータ3072又は3220若しくは3062のような個別のエンジンコンピュータを使用することが好ましい。   According to the present disclosure, ignition detects Hall effect, piezoelectric crystal deformation, photo-optic resistance, magnetoresistance, or other synchronous events such as camshaft 3212 or gear tooth counts. Including many proximity sensors, or when a photogenerator, magnetic generator, capacitive generator, inductive generator, magnet generator, or plunger 3116 moves within the bushing 3124 and the annular winding 3126 It may be triggered by using several other electrical signal changes that occur. After this plunger motion signal is generated, one or more desired selected from increased power production, increased fuel consumption, reduced nitric oxide production, providing adaptive fuel injection and spark timing. Electronic computer 3072 or 3220 to optimize the results and to facilitate engine start with minimal starter energy or to eliminate the need to reverse the direction of engine rotation and reverse gear in the transmission Alternatively, it is preferable to use a separate engine computer such as 3062.

本開示は、燃料の計量を制御する弁が燃焼室から或る距離にあるときに起こる、燃料浪費の問題を克服する。この問題は、制御弁が閉じた後で燃料が流れ続けることを可能にし、結果として、パワー・ストロークにおいて最も有益となる最適な時間間隔で燃料が燃えることができないときに燃料の送達をもたらす。排気ストローク中にこうした燃料が無駄にドリブルされ続ける場合、これは特に無駄であり、エンジンと排気系の劣化を招く。ドリブルと、燃料を最適に使用することができなかったときのアフター・フロー(after−flow)なしに、十分な体積の気体燃料を送達するこの難しい問題を克服するために、本開示によって送達される燃料を受け入れる図14のシステム及び/又はオンサイト・エンジン又は輸送用途に動力を与える内燃機関の燃焼室の中に燃料を迅速且つ正確に運ぶ最後の送達点として、噴射器3028又は3029又は3029を使用することが好ましい。   The present disclosure overcomes the fuel waste problem that occurs when the valve that controls fuel metering is at a distance from the combustion chamber. This problem allows the fuel to continue to flow after the control valve is closed, resulting in fuel delivery when the fuel cannot be burned at the optimal time interval that is most beneficial in the power stroke. This is especially wasteful if such fuel continues to be drunk drastically during the exhaust stroke, leading to deterioration of the engine and exhaust system. Delivered and delivered by the present disclosure to overcome this difficult problem of delivering a sufficient volume of gaseous fuel without after-flow when the fuel could not be used optimally Injector 3028 or 3029 or 3029 as the final delivery point for quickly and accurately delivering fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine that powers the system and / or on-site engine or transportation application receiving Is preferably used.

燃焼されるべき燃料は、図10に示すように入口3042を通して適切な圧力取付具によって噴射器に送達される。変換されたディーゼル又は火花点火エンジンの燃焼室に燃料を送達することが望ましいときには、ソレノイド・オペレータ組立体3043、3044、3046、3048、及び3054が用いられる。強磁性ドライバ3048は、絶縁ウェル3050内のリード3052に印加される電圧が絶縁された導体3046の環状巻線の中に電流を生じさせるときに発生する電磁力に応答して動き、ドライバ3048は図示のようにソレノイド・コア磁極片3045の方に動く。   The fuel to be combusted is delivered to the injector by a suitable pressure fitting through inlet 3042, as shown in FIG. Solenoid operator assemblies 3043, 3044, 3046, 3048, and 3054 are used when it is desirable to deliver fuel to the combustion chamber of a converted diesel or spark ignition engine. The ferromagnetic driver 3048 moves in response to electromagnetic forces generated when the voltage applied to the lead 3052 in the insulating well 3050 causes a current in the annular winding of the insulated conductor 3046, and the driver 3048 It moves toward the solenoid core pole piece 3045 as shown.

ドライバ3048は、図示のように電磁磁極片の方に固定の誘電ファイバ・ケーブル3060を瞬時に越えて比較的自由に動く。かなりのモーメントが得られた後で、ドライバ3048は、示されるばねウェル内のボール3035に突き当たる。ボール3035は、図示のようにばね3036内の誘電ファイバ・ケーブル3060に取り付けられる。この直動式ソレノイド弁によって発生される可能性があるよりもかなり大きい、モーメント伝達による力の突然の適用が、比較的より小さい慣性の通常閉鎖される弁構成要素3074を図10に示すように弁座3090の中の通路の上側弁座から突然に持ち上げることになる。   The driver 3048 moves relatively freely over a dielectric fiber cable 3060 that is fixed toward the electromagnetic pole piece as shown. After a significant moment is obtained, the driver 3048 strikes the ball 3035 in the spring well shown. Ball 3035 is attached to dielectric fiber cable 3060 in spring 3036 as shown. As shown in FIG. 10, a normally closed valve component 3074 of relatively less inertia is applied by the sudden application of force due to moment transmission, which is much greater than can be generated by this direct acting solenoid valve. It will suddenly lift from the upper valve seat of the passage in the valve seat 3090.

図10は、本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面である。図11は、本開示の実施形態に従って構成される図10の構成要素組立体の3094の端面図である。図12は、本開示の原理に従って作動される本開示の噴射器の実施形態の例証である。図13は、図10に示された平らな管の拡大端面図である。混合燃料噴射器3029’の別の実施形態によれば、燃料噴射のための所望の時点で選択された燃料が薄板ばね管3094に送達され、この管は普通は平坦であり、これに流入する燃料によって膨らんで、図10及び図11に示すように燃焼室の中への非常に低いインピーダンスの流れのための丸い管を提供する。燃焼室の中へのこうした前方の燃料の流れの終了後に、薄板ばね管3094は、本質的に「ゼロのすきま容積」の閉位置につぶれて、燃焼室からの加圧されたガスの流れに対する逆止め弁として効果的に働く。光ファイバ束3060は、図示のように平坦な管3094を通過してスロット3088の中心に収束することによって燃焼室のイベントを見るために磁気弁座3090よりも下で流量制御弁3074’を通して延び、又は別の方法では、所望の層状給気燃焼を生じるのに燃料を分配するためのウェルとして働くであろう所望の角度で提供される穴の一族の中心穴を通して3096として延びる(この代替的な図は、具体的に例証されない)。   FIG. 10 is a longitudinal cross-section of an embodiment component assembly operated in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 11 is an end view of 3094 of the component assembly of FIG. 10 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 12 is an illustration of an embodiment of the disclosed injector operated in accordance with the principles of the present disclosure. FIG. 13 is an enlarged end view of the flat tube shown in FIG. According to another embodiment of the mixed fuel injector 3029 ′, the fuel selected at the desired time for fuel injection is delivered to the leaf spring tube 3094, which is normally flat and flows into it. Inflated with fuel, it provides a round tube for very low impedance flow into the combustion chamber as shown in FIGS. After completion of such forward fuel flow into the combustion chamber, the leaf spring tube 3094 collapses to a closed position of essentially “zero clearance volume” for the pressurized gas flow from the combustion chamber. Works effectively as a check valve. Fiber optic bundle 3060 extends through flow control valve 3074 'below magnetic valve seat 3090 to view combustion chamber events by converging through the flat tube 3094 and converging to the center of slot 3088 as shown. Or alternatively, as 3096 through a central hole of a clan of holes provided at a desired angle that will serve as a well for distributing fuel to produce the desired stratified charge combustion (this alternative These figures are not specifically illustrated).

図10は、燃料噴射イベント間の燃焼室のガスの流れに対する逆止め弁を効果的に与えるために、燃料噴射イベント間で平坦である、薄板ばね管3094の平らな断面を示す。図13は、通常閉鎖される逆止め弁及び燃焼室への燃料の送達のための自由流れチャネルとして交互に働く、平らな及び燃料で膨らんだ丸い管の断面の拡大された端面図を示す。薄板ばね管3094の材料選択物として良好に働く適切なエラストマーは、−251℃から215℃まで(−420°F〜+420°F)の広範囲の運転温度にわたってPTFE、ETFE、PFA、PEEK、及びFEPを含む。こうした平坦/円形管は、燃料が伝送される際に通路3092の限界よりも多く又は少なく弾力的に膨らみ、燃料送達インターバルの間は平らな材料に対して利用可能なスペースに収縮し及び応従することが意図される。したがって、図13に示された平らな形状は、通路3092の寸法及び幾何学的形状に従うために半月形構成、ねじられた構成、湾曲構成及び/又は波形構成をとってもよい。相乗的な利点は、ばね管3094の長寿命を保証するために、図14に示すように熱交換からの燃料通過による管3094の冷却を含む。   FIG. 10 shows a flat cross section of a leaf spring tube 3094 that is flat between fuel injection events to effectively provide a check valve for combustion chamber gas flow during the fuel injection event. FIG. 13 shows an enlarged end view of a cross-section of a flat tube that is inflated with a normally closed check valve and a round tube that is alternately inflated as a free flow channel for delivery of fuel to the combustion chamber. Suitable elastomers that work well as material choices for the leaf spring tube 3094 are PTFE, ETFE, PFA, PEEK, and FEP over a wide range of operating temperatures from -251 ° C to 215 ° C (-420 ° F to + 420 ° F). including. Such flat / circular tubes bulge elastically more or less than the limit of the passage 3092 when fuel is transmitted, shrinking and conforming to available space for flat material during the fuel delivery interval. Is intended to be. Accordingly, the flat shape shown in FIG. 13 may take a meniscus configuration, a twisted configuration, a curved configuration and / or a corrugated configuration to conform to the dimensions and geometry of the passage 3092. Synergistic advantages include cooling of the tube 3094 by passing fuel from the heat exchange, as shown in FIG. 14, to ensure a long life of the spring tube 3094.

作動時には、燃料送達バーストの後で薄板ばね管3094がつぶれる際に、燃焼ガスは、スロット3088及び3089を内方に通過して、図13の端面図に示すようにノズル3072のボア3092と平らな管との間に残ったスペースを満たす。断熱機関用途及び超高性能のエンジンでは、これは、平坦な管への、したがって平坦な管に循環的に通される燃料への熱伝達を提供する。こうした目的のために、濃厚な低温又は超低温燃料の送達を温めることが特に有利である。この独自の配置はまた、噴射器組立体の上側領域の冷却を提供し、その後、燃焼室における噴射及び点火の直前に蒸気圧を増加させ及び/又は相変化を起こさせるために、燃料に熱を伝達する。したがって、ばね管3094は、図示のように広く変化する燃料選択物及び条件での有益な作動のための循環熱交換器としてさらに働くことができる。   In operation, as the leaf spring tube 3094 collapses after a fuel delivery burst, the combustion gases pass inwardly through slots 3088 and 3089, flat with the bore 3092 of the nozzle 3072 as shown in the end view of FIG. Fill the remaining space between the pipes. In adiabatic engine applications and ultra-high performance engines, this provides heat transfer to the flat tube and thus to the fuel that is circulated through the flat tube. For these purposes, it is particularly advantageous to warm the delivery of rich cold or cryogenic fuels. This unique arrangement also provides cooling of the upper region of the injector assembly and then heats the fuel to increase vapor pressure and / or cause a phase change just prior to injection and ignition in the combustion chamber. To communicate. Thus, the spring tube 3094 can further serve as a circulating heat exchanger for beneficial operation with widely varying fuel selections and conditions as shown.

メタノール、エタノール、ディーゼル燃料、若しくはガソリンのような低蒸気圧の液体でのコールドスタート及び作動を提供することが必要な場合には、噴射器3028又は3029は、流量制御弁3074の非常に速く繰り返される開閉サイクルを提供して、並外れて高い表面対体積特徴をもつ新しいタイプの燃料送達を提供する。非常に低い慣性のケーブル又はロッド3060及びボール3074に対する電機子3048の衝突開放アクションによって達成される、流量制御弁を0.0002秒間開及び0.0001秒間閉のようなデューティサイクルで作動することによって、燃料は、図4及び図5に示すように3088及び3089といったスロットから、図2、図3A、図3B、図3C、及び図3Dに示すように一連の層状の(rarified)及びより濃厚なパターン化された波として噴射される。これは、保証された火花点火、その後の、アイドルでの約0.001秒からエンジンの加速中の約0.012秒の全噴射期間の間に結果としてもたらされる薄い、高い表面対体積の燃料フィルムの優れた燃焼率を提供する。スロット3088から噴射される燃料のこうしたパターン化された平坦なフィルム波は、別個の燃料噴射器とスパークプラグとの組合せによって必要とされる場合に燃焼室表面から跳ね返る又は跳飛ぶことによって均一給気−燃料混合気又は妥協した層状給気−燃料混合気を生じるために、従来の手法で可能であるよりもかなり後での噴射と、保証された点火を可能にする。   When it is necessary to provide cold start and operation with a low vapor pressure liquid such as methanol, ethanol, diesel fuel, or gasoline, the injector 3028 or 3029 repeats very quickly for the flow control valve 3074. Providing a new type of fuel delivery with exceptionally high surface-to-volume characteristics. By operating the flow control valve with a duty cycle such as 0.0002 seconds open and 0.0001 seconds closed, achieved by a very low inertia cable or rod 3060 and ball 3074 collision release action. From the slots 3088 and 3089 as shown in FIGS. 4 and 5, the fuel is a series of stratified and thicker as shown in FIGS. 2, 3A, 3B, 3C, and 3D. Injected as a patterned wave. This results in a thin, high surface-to-volume fuel resulting from guaranteed spark ignition, followed by a total injection period of about 0.001 seconds at idle to about 0.012 seconds during engine acceleration. Provides an excellent burn rate of the film. Such a patterned flat film wave of fuel injected from slot 3088 provides a uniform charge by bouncing off or jumping off the combustion chamber surface as required by a separate fuel injector and spark plug combination. -Fuel mixture or compromised stratified charge-To produce a fuel mixture, it allows for later injection and guaranteed ignition than is possible with conventional approaches.

噴射される燃料の各波との火花点火の適応的なタイミングは、ピーク燃焼温度のはるかに大きな制御を提供する。作動時には、これは、燃料フィルムを燃やすために最初に燃料リッチな燃焼をし、その後、層状給気燃焼を取り囲む過剰空気中への膨張する炎の前線による遷移が起こり、2,204℃(4,000°F)のピーク燃焼温度を超えずに完全燃焼を保証する、はるかに空気リッチな燃焼が生じ、したがって窒素酸化物の生成を回避することを可能にする。   The adaptive timing of spark ignition with each wave of injected fuel provides much greater control of the peak combustion temperature. In operation, this first causes a fuel rich combustion to burn the fuel film, followed by a transition due to the expanding flame front into excess air surrounding the stratified charge combustion, resulting in 2,204 ° C. (4 A much more air-rich combustion that ensures complete combustion without exceeding the peak combustion temperature of 1,000,000 F), thus making it possible to avoid the formation of nitrogen oxides.

開示された実施形態の組合せは、1つ又は複数の燃料物質を容器の中に貯蔵するステップと、こうした燃料及び/又はこうした燃料の熱、熱化学、又は電気化学誘導体をエンジンの燃焼室の境界面で流量制御弁3074から3048のような弁オペレータを実質的に分離するデバイスに伝達し、エンジンの燃焼室の中への意図せぬ時点での燃料ドリブルを実質的になくすために絶縁ケーブルによってこうした燃料又はこうした燃料の誘導体を制御するステップとを含む、エネルギー変換のための方法体系及び保証されたプロセスを提供する。この組合せは、燃料のエネルギー密度、粘度、又はオクタン又はセタン数に関係なく事実上あらゆる気体、蒸気、液体、又はスラッシュ燃料の効率的な利用を可能にする。燃焼室における弁3074上の又は弁3074を通した十分な電圧電位(voltage potential)の発生は、エンジン作動を最適化するために適応して正確な時点で流入する燃料のプラズマ又は火花点火を提供する。   A combination of the disclosed embodiments comprises storing one or more fuel materials in a container and the fuel, and / or the thermal, thermochemical, or electrochemical derivatives of such fuel at the engine combustion chamber boundary. By means of an insulated cable in order to communicate the valve operator, such as flow control valves 3074 to 3048, to a substantially isolating device and substantially eliminate fuel dribbling at unintentional points into the combustion chamber of the engine. And providing a process and a guaranteed process for energy conversion comprising controlling such fuels or derivatives of such fuels. This combination allows for efficient use of virtually any gas, vapor, liquid, or slush fuel regardless of the energy density, viscosity, or octane or cetane number of the fuel. The generation of sufficient voltage potential on or through valve 3074 in the combustion chamber provides plasma or spark ignition of fuel flowing in at the correct time to adapt to optimize engine operation. To do.

本開示の態様によれば、エネルギー変換のための混合燃料噴射及び点火システムは、移動エンジン作動及び固定エンジン作動に適用可能である。ハイブリッド車両用途及び分配されるエネルギー用途は、こうした用途の特に価値のある例である。エンジン3430からの最大出力が望まれる場合には、タンク3404から入手可能であれば水素、又は実施形態236によって生産され、次いで実施形態3426によって及び/又はタンク3404からのより低温の供給原料と混合することによって冷却される水素で特徴付けられる燃料を用いること、及びエンジン30における圧縮ストローク中に層状給気噴射を提供し、スロットルを絞られない空気チャージを冷却し、圧縮仕事に起因するバックワークを減らし、その後、適応的な火花点火タイミングで水素又は水素で特徴付けられる燃料を迅速に燃焼して、ブレーキ平均有効圧力(BMEP)を最大にすることが好ましい。   According to aspects of the present disclosure, the mixed fuel injection and ignition system for energy conversion is applicable to mobile engine operation and stationary engine operation. Hybrid vehicle applications and distributed energy applications are particularly valuable examples of such applications. If maximum output from engine 3430 is desired, hydrogen produced from tank 3404, or produced by embodiment 236, then mixed with embodiment 3426 and / or cooler feedstock from tank 3404. Using a fuel characterized by hydrogen cooled and providing stratified charge injection during the compression stroke in the engine 30 to cool the non-throttle air charge and backwork due to compression work It is preferable to quickly burn hydrogen or hydrogen-characterized fuel with adaptive spark ignition timing to maximize the brake mean effective pressure (BMEP).

窒素酸化物の最少化が望まれる場合には、水素又は水素で特徴付けられる燃料を使用し、2,204℃(4,000°F)のピーク燃焼室温度を超えることなく最も高いBMEPを生じるために噴射タイミング及び点火タイミングを適応して調整することが好ましい。最も静かな作動を生じることが望ましい場合には、排気マニホルドの近くの及び排気管の近くの3417のような1つ又は複数の音響センサで作動ノイズを監視し、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングをヒトに聞こえる音響波長における最小のノイズに適応して調整することが好ましい。最大のエンジン寿命を生じることが望ましい場合には、燃料噴射タイミング及び点火タイミングを燃焼室表面への最小限の量の熱伝達で最も高いBMEPを生じるように適応して調整することが好ましい。   Where nitrogen oxide minimization is desired, hydrogen or a fuel characterized by hydrogen is used, yielding the highest BMEP without exceeding the peak combustion chamber temperature of 2,204 ° C. (4,000 ° F.) Therefore, it is preferable to adjust the injection timing and the ignition timing adaptively. If it is desired to produce the quietest operation, one or more acoustic sensors such as 3417 near the exhaust manifold and near the exhaust pipe are monitored for operational noise to determine fuel injection timing and ignition timing. It is preferable to adjust to the minimum noise at the acoustic wavelength audible to humans. Where it is desired to produce the maximum engine life, it is preferable to adaptively adjust the fuel injection timing and ignition timing to produce the highest BMEP with a minimal amount of heat transfer to the combustion chamber surface.

図12は、上側絶縁部3340に位置し、且つ燃焼室の非常に近くに位置する燃料流量制御弁から電気的に分離される、適切な燃料弁オペレータと共に、実施形態3028、3029、又は3029’に関して開示されたように作動する特徴的なエンジンブロック及びヘッド構成要素の及び噴射器3328の部分図を示し、この場合、層状給気燃料噴射パターン3326は、図示された燃焼室の幾何学的形状に適応するために図示のように非対称である。こうした非対称の燃料浸透パターンは、好ましくは、図4、図5、図6、図7、及び図10に示されたスロット3088及び3089の部分におけるより広いギャップのような適切により大きい燃料送達通路を作成することによってもたらされ、図示のように適切な燃料浸透線のパターン3326で燃焼室に入る燃料のより多くの浸透を引き起こして、燃焼剤(combustant)及び燃焼を取り巻く過剰の空気絶縁体としての最適化された空気利用を提供し、図示のように、ピストン、吸気弁又は排気弁3322を含むヘッドの構成要素、又は通路の中の冷却液を含むエンジンブロックへの熱損失を最小にする。   FIG. 12 is an embodiment 3028, 3029, or 3029 ′ with a suitable fuel valve operator located in the upper insulation 3340 and electrically isolated from the fuel flow control valve located very close to the combustion chamber. FIG. 6 shows a partial view of a characteristic engine block and head component and injector 3328 that operates as disclosed with respect to, where the stratified charge fuel injection pattern 3326 is shown in the illustrated combustion chamber geometry. Is asymmetric as shown to accommodate Such an asymmetric fuel permeation pattern preferably provides a suitably larger fuel delivery passage, such as a wider gap in the portions of slots 3088 and 3089 shown in FIGS. 4, 5, 6, 7, and 10. As shown in the figure, as a surplus air insulator surrounding the combustant and combustion, causing more permeation of fuel entering the combustion chamber with the appropriate fuel permeation line pattern 3326 as shown. Providing optimized air utilization and minimizing heat loss to the components of the head, including the piston, intake valve or exhaust valve 3322, or engine block containing coolant in the passage, as shown. .

医療用途、工業用途、化学合成用途、及び農業用途のために窒素酸化物の生成を最大にすることが望ましい場合には、燃焼室の中で生成される窒素酸化物を迅速に生産し及び急冷するために、層状給気の燃焼温度を最大にすること、及び高いピストン速度で作動することが好ましい。これは、発電用途、推進用途、及び/又は他の軸動力用途のための原動力を効率よく生産しながら、所望の化学種の組み合わされた生産を可能にする。図4、図6、図8、図9、図10、及び図12に関して開示される場合の作動を組み合わせるシステムは、これらの新規な開発及び利点を提供するのに特に効果的である。   When it is desirable to maximize the production of nitrogen oxides for medical, industrial, chemical synthesis, and agricultural applications, quickly produce and quench the nitrogen oxides produced in the combustion chamber To do so, it is preferable to maximize the combustion temperature of the stratified charge and to operate at a high piston speed. This allows for combined production of the desired chemical species while efficiently producing the motive force for power generation applications, propulsion applications, and / or other shaft power applications. Systems that combine operation as disclosed with respect to FIGS. 4, 6, 8, 9, 10, and 12 are particularly effective in providing these new developments and advantages.

図14は、本開示の実施形態に従って構成されるシステム3402の或る構成要素の断面図を含む略図である。より詳細には、図14は、大きく変化する温度、エネルギー密度、蒸気圧、燃焼速度、及び空気利用要件の燃料の選択物が安全に貯蔵され、燃焼室の中に交換可能に噴射され、点火される、システム3402を示す。システム3402は、ガス及び/又は液体の蒸気をより一層低温の蒸気、液体、又は固体と同じくらい高密度に貯蔵するのに必要とされる場合の7,000気圧以上の試験圧力及び3,000気圧以上の循環作動圧力に耐えるために繊維強化材で十分に覆われる、不浸透性の及び化学的に適合する燃料閉じ込めライナ3406を有する燃料貯蔵タンク3404を含むことができる。   FIG. 14 is a diagram that includes a cross-sectional view of certain components of a system 3402 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. More specifically, FIG. 14 shows that fuel selections of greatly changing temperature, energy density, vapor pressure, combustion rate, and air utilization requirements are safely stored, injected interchangeably into the combustion chamber, and ignited. Shows a system 3402. The system 3402 has a test pressure above 7,000 atmospheres and 3,000 as required to store gas and / or liquid vapors as densely as cooler vapors, liquids, or solids. A fuel storage tank 3404 having an impervious and chemically compatible fuel containment liner 3406 that is sufficiently covered with fiber reinforcement to withstand circulating operating pressures above atmospheric pressure can be included.

図14にさらに示されるように、レギュレータ3412は、制御弁3439を通して燃料電池3437に燃料を送達することができる。一実施形態によれば、燃料電池3437は、水のような供給原料から水素を生み出すために可逆的であってもよく、低温機種及び高温機種、並びに電解質型によって特徴付けられるものを含む、任意の適切な型であってもよい。この実施形態によれば、タンク3404の中に貯蔵される燃料は、従来の改質作動によってこうした好ましい燃料種を提供するシステムによって提供することができるよりも高効率の燃料電池3437における用途にさらに適した燃料種に変換することができる。本開示のこうした構成要素と作動との組合せは、したがって、より高い作動効率及び機能を達成する際の極めて効率的なハイブリッド化及び利便性を提供する。   As further shown in FIG. 14, the regulator 3412 can deliver fuel to the fuel cell 3437 through a control valve 3439. According to one embodiment, fuel cell 3437 may be reversible to produce hydrogen from a feedstock such as water, including those characterized by low and high temperature models, and electrolyte types. May be of any suitable type. According to this embodiment, the fuel stored in tank 3404 can be further used in a more efficient fuel cell 3437 than can be provided by a system that provides such preferred fuel species by conventional reforming operations. It can be converted to a suitable fuel type. Such a combination of components and operation of the present disclosure thus provides a highly efficient hybridization and convenience in achieving higher operating efficiency and functionality.

一実施形態によれば、タンク3404は、種々の弁、例えば、図14に示すように充填ポート3410、第1の4方弁3411、及び第2の4方弁3414を通して燃料を流すことによって迅速に充填することができる。反射誘電体層3416とシール層3418は、図示のように3406における貯蔵との間の熱伝達を最小にしながら貯蔵システム3406及び3408の支持及び保護を提供するように設計される、圧力組立体3406及び3408の断熱及び支持を提供する。実施形態の態様によれば、誘電体層3416とシール層3418は、反射金属で被覆することができる。例えば、ガラス又はポリマーのこれらの透明なフィルムは、放射エネルギーの反射及び低減した熱伝導率を提供するために、片側をアルミニウム又は銀のような反射金属で非常に薄く被覆することができる。代替的な実施形態において、交互する層に対して選択された材料の間の屈折率の差異により、誘電体材料自体が反射を提供することができる。   According to one embodiment, the tank 3404 is quickly driven by flowing fuel through various valves, for example, a fill port 3410, a first four-way valve 3411, and a second four-way valve 3414 as shown in FIG. Can be filled. The reflective dielectric layer 3416 and the sealing layer 3418 are designed to provide support and protection for the storage systems 3406 and 3408 while minimizing heat transfer between storage at 3406 as shown. And 3408 thermal insulation and support. According to an aspect of an embodiment, the dielectric layer 3416 and the seal layer 3418 can be coated with a reflective metal. For example, these transparent films of glass or polymer can be coated very thinly with a reflective metal such as aluminum or silver to provide radiant energy reflection and reduced thermal conductivity. In an alternative embodiment, the dielectric material itself can provide reflection due to the refractive index difference between the selected materials for alternating layers.

さらなる態様によれば、組立体3406及び3408の中に貯蔵される最も低温の燃料の実質的な利用に必要な時間の長さを考慮することができる。例えば、熱伝導経路の有効長さ及び選択される絶縁体3416の反射層の数は、3418のシールされる表面での湿気、凝縮、及び氷の生成を最小にする又は防ぐのに十分な熱ブロッキングを提供することができる。したがって、低温の固体、液体、及び蒸気が周囲温度で非常に大きいエネルギー密度容量をもつ加圧された流体となるので、タンク3404は、圧力貯蔵の容認可能な発生を提供することができる。同様に、タンクが周囲条件に温められたときに起こる圧力発生に関する懸念なしに、組立体3404の中に、流体、例えば、低温エタン及びプロパンを充填することができる。   According to a further aspect, the length of time required for substantial utilization of the coldest fuel stored in assemblies 3406 and 3408 can be considered. For example, the effective length of the heat transfer path and the number of reflective layers of insulator 3416 selected may be sufficient to minimize or prevent moisture, condensation, and ice formation on the 3418 sealed surface. Blocking can be provided. Thus, tank 3404 can provide an acceptable occurrence of pressure storage because cold solids, liquids, and vapors become pressurized fluids with very large energy density capacities at ambient temperatures. Similarly, fluids such as cold ethane and propane can be filled into the assembly 3404 without concern about the pressure generation that occurs when the tank is warmed to ambient conditions.

さらなる態様によれば、タンク3404はまた、低温の液体水素内のスラッシュとしての超低温水素固体、及び低温の液体水素又はメタン内のスラッシュとしての超低温メタン固体のような固体の、安全な貯蔵を提供することができる。こうした固体を溶融し、液体を生成し、及びこうした液体をその後加熱して蒸気を生成することは、絶縁システム3416及びシール層3418によって表面3418上での氷を防止し、且つ表面構成要素への損傷が防止されながら、組立体3406及び3408の安全な閉じ込め機能の中で上手くいく。   According to a further aspect, tank 3404 also provides safe storage of solids such as cryogenic hydrogen solids as slushes in cold liquid hydrogen and cryogenic methane solids as cryogenic liquid hydrogen or slushes in methane. can do. Melting such solids, producing liquids, and subsequently heating such liquids to produce vapor prevents ice on surface 3418 by insulation system 3416 and seal layer 3418, and to surface components. It works well in the safe containment function of assemblies 3406 and 3408 while being prevented from being damaged.

さらなる態様によれば、タンク3404の中に伝達し且つタンク3404内に貯蔵するのに適した流体燃料は、低温の水素及び/又はメタンを含む。作動時には、タンク3404にエタン、プロパン、ブタン、メタノール、又はエタノールを充填し及び貯蔵することが便利な場合がある。加えて、ガソリン又はきれいなディーゼル燃料もまた、低温の燃料を補給する前にエタノール又はメタノールの少なくとも2つのタンクと共にタンク3404の適切な硬化後(curing)にタンク3404の中に貯蔵することができる。したがって、汚染防止、範囲、及び燃料費目標を満たすのに最も望ましい燃料の便利な貯蔵が提供される。本開示の態様によれば、空気清浄能力を提供するために都市部では水素の利用が考慮され、一方、水素と一酸化炭素、メタノール、エタノール、エタン、又はプロパンとの再生可能な発生炉ガス混合物の交換可能な使用が適応される。これは、農業従事者及び起業家によって種々の燃料を生産し及び分配する機会を提供し、及び競争を容易にし、且つより長距離能力及び/又はより低コストの燃料の貯蔵を望む自動車運転者及びコージェネレータ(co−generator)のニーズを満たす。   According to a further aspect, a fluid fuel suitable for transmission into and storage in the tank 3404 includes cold hydrogen and / or methane. In operation, it may be convenient to fill and store tank 3404 with ethane, propane, butane, methanol, or ethanol. In addition, gasoline or clean diesel fuel can also be stored in tank 3404 after proper curing of tank 3404 with at least two tanks of ethanol or methanol before refilling with cold fuel. Thus, convenient storage of the most desirable fuel to meet pollution prevention, coverage, and fuel cost targets is provided. According to aspects of the present disclosure, the use of hydrogen is considered in urban areas to provide air cleaning capabilities, while renewable generator gas of hydrogen and carbon monoxide, methanol, ethanol, ethane, or propane. Exchangeable use of the mixture is indicated. This provides an opportunity for farmers and entrepreneurs to produce and distribute various fuels and facilitates competition, and motorists who desire longer range capability and / or lower cost fuel storage And meeting the needs of co-generators.

図14に示すように、弁3414を開/閉することによって、タンク3404からの燃料送達が、図示のように所望の流路に従ってストレーナ3420を通してタンクの底部からとなり、又はストレーナ3422を通してタンクの頂部からとなる場合がある。タンク閉じ込め組立体3406及び3408がひどい扱いを受ける場合には、ライナ3406と一体の補強部3408内の燃料選択物の閉じ込めが維持される。本開示の態様によれば、誘電体層3416及びシール層3418のスーパージャケット組立体は、放射性、伝導性、及び対流性熱伝達を最小にし、放射を反射することによって炎の等級(fire rating)を増加させ、すべての形態のヒートゲインに対して断熱し、及び従来のタンクよりも一層長い時間にわたって熱を放散する。   As shown in FIG. 14, by opening / closing valve 3414, fuel delivery from tank 3404 is from the bottom of the tank through strainer 3420 or through the strainer 3422 according to the desired flow path as shown. It may be from. If tank containment assemblies 3406 and 3408 are subjected to poor handling, containment of fuel selection within reinforcement 3408 integral with liner 3406 is maintained. In accordance with aspects of the present disclosure, the superjacket assembly of dielectric layer 3416 and seal layer 3418 minimizes radiative, conductive, and convective heat transfer, and fire rating by reflecting radiation. , Insulate against all forms of heat gain, and dissipate heat for a longer time than conventional tanks.

付加的な実施形態によれば、炎への露出が延長される事例では、組立体3406及び3408の温度又は貯蔵圧力は、最終的には逃がしを必要とするところにまで高まる可能性がある。温度及び/又は圧力が最大の許容可能な貯蔵の適切な割合に高まったところで、図示のように、組み込み圧力センサ3431と温度センサ3433が、無線、光ファイバ、又はワイヤ接続によって「ブラック−ボックス」コントローラ3432に情報を報告して、4方弁3414に信号を送ってエンジン3430に付加的な燃料を送ることを最優先させる。エンジン3430がその時点で作動していない場合、その状態がコントローラ3432によって問い合わせされて、負荷有り又は無しで稼働することが安全且つ望ましいかどうかを判定する。作動時には、エンジン3430は、タンク組立体3404内の超過加圧又は超過温度条件を防ぐのに十分な燃料消費率で作動するように始動する及び/又はシフトすることができる。   According to additional embodiments, in cases where exposure to the flame is extended, the temperature or storage pressure of assemblies 3406 and 3408 may eventually increase to where relief is required. Where the temperature and / or pressure has increased to the appropriate percentage of maximum allowable storage, as shown, the embedded pressure sensor 3431 and temperature sensor 3433 are “black-boxed” by wireless, fiber optic, or wire connection. Reporting information to the controller 3432, giving a priority to sending additional fuel to the engine 3430 by sending a signal to the four-way valve 3414. If engine 3430 is not currently running, its state is queried by controller 3432 to determine if it is safe and desirable to run with or without load. In operation, the engine 3430 can be started and / or shifted to operate at a fuel consumption rate sufficient to prevent overpressurization or overtemperature conditions in the tank assembly 3404.

図14に示すように、システム3402は、エンジン3430の非常に迅速な自動始動を容易にするために噴射器装置3428を含み、好ましい正常高効率作動モードとは対照的に、均一給気燃焼とかなりのバックワークを生じる噴射及び点火タイミングで低い燃料効率を提供することができる。この実施形態の態様によれば、燃料は、熱効率を最適化するために適応して調整される燃料噴射及び点火タイミングでのより高効率の層状給気作動でよりも一層迅速に消費することができる。本開示によれば、噴射器装置3428はまた、エンジン3430への空気制限(スロットルを絞られた空気流入「throttled air entry」)の異常な適用で吸込み真空(intake vacuum)を生じる間のエンジン作動を容易にし、且つこれは、燃料送達システムが大きく圧力を低下させて、沸騰すること、又はタンク3404に対する長期の炎インピンジメント(fire impingement)に起因する非常に大きいヒートゲインを除去するのに必要な場合にタンク3404に対する吸引を提供して蒸発燃料冷却を強制することを可能にする。炎への露出中に圧力を逃がすための大気への燃料のダンピングではなく、こうしたタンク3404からの燃料の有用な適用モードは、エンジン出力を水ポンピング用途に送達して、タンクを冷却し及び火を消す又は火から逃げるために推進を提供することができるので、非常に好ましい。この危険を乗り切る資源の安全管理モードは、固定の発電所及び緊急対応車両、特に森林及び建築物消火設備に適用可能である。   As shown in FIG. 14, the system 3402 includes an injector device 3428 to facilitate a very rapid automatic start of the engine 3430, and in contrast to the preferred normal high efficiency mode of operation, uniform charge combustion and Low fuel efficiency can be provided with injection and ignition timing that results in significant backwork. According to aspects of this embodiment, fuel may be consumed more quickly than with more efficient stratified charge operation with fuel injection and ignition timing adjusted adaptively to optimize thermal efficiency. it can. In accordance with the present disclosure, the injector device 3428 also provides engine operation while creating an intake vacuum with an abnormal application of air restriction (throttle air entry) to the engine 3430. And this is necessary for the fuel delivery system to greatly reduce pressure and boil, or to remove very large heat gains due to long-term flame impingement on the tank 3404 In some cases, suction to the tank 3404 can be provided to force evaporative fuel cooling. Rather than dumping fuel to the atmosphere to relieve pressure during exposure to flame, a useful mode of application of fuel from such tank 3404 is to deliver engine power to water pumping applications to cool the tank and fire. It is highly preferred because it can provide propulsion to extinguish or escape from fire. The resource safety management mode to overcome this danger is applicable to stationary power plants and emergency response vehicles, especially forest and building fire extinguishing equipment.

こうしたフェイルセーフ措置が、タンク3404の中の超過加圧又は超過温度条件を防ぐのに十分ではない場合、付加的な燃料が弁3414内の圧力逃がし措置によって図示のように安全スタック3434を通して空気中に捨てられる。安全スタック3434は、好ましくは、煙突又は車両の排気管のような高温ガスを却下するように設計される安全ゾーン3465であり、したがって、あらゆる人又は財産への害を防ぐ。   If such fail-safe measures are not sufficient to prevent over-pressurization or over-temperature conditions in tank 3404, additional fuel may be introduced into the air through safety stack 3434 as shown by the pressure relief measures in valve 3414. Thrown away. The safety stack 3434 is preferably a safety zone 3465 designed to reject hot gases such as chimneys or vehicle exhaust pipes, thus preventing harm to any person or property.

図14を参照してさらに示されるように、回転機器によって生じた熱を除去し、且つ風損及び摩擦損失を低減する目的で、発電機及びエンジン3430のような機器を回転するためのカバーガスとして処理された燃料を供給するためにレギュレータ又は類似のレギュレータによって提供される場合に、アキュムレータ3419からの水素を使用することが好ましい。こうした水素の純度は重要ではなく、かなりの量のメタン、一酸化炭素などが回転機器に害を及ぼさずに存在している場合があり、こうした使用によって効率とエネルギー変換能力の非常に実質的な改善が提供されることが見出されている。したがって、水素を含有する又は水のような水素を含有する化合物と反応して水素を生じる事実上あらゆる一次燃料を、水素冷却、及び発電機の風損の低減、並びに内燃機関の改善された効率及びより多くの安全性のために、本開示の実施形態によって変換することができる。図14の実施形態は、3028、3029、3100、3200、及び3029’と共に、低いエネルギー密度の水素が、燃料電池3437及びエンジン3430のための優れた熱伝達剤として及び好ましい燃料として使用されることを可能にする。   As further shown with reference to FIG. 14, a cover gas for rotating equipment such as generators and engines 3430 to remove heat generated by the rotating equipment and reduce wind and friction losses. It is preferred to use hydrogen from accumulator 3419 when provided by a regulator or similar regulator to supply the treated fuel as. The purity of these hydrogens is not important, and significant amounts of methane, carbon monoxide, etc. may be present without harming the rotating machinery, and such use is very substantial in efficiency and energy conversion capacity. It has been found that improvements are provided. Thus, virtually any primary fuel that reacts with hydrogen-containing or hydrogen-containing compounds such as water to produce hydrogen, hydrogen cooling, and reduced generator windage loss, and improved internal combustion engine efficiency And for more safety, it can be transformed by embodiments of the present disclosure. The embodiment of FIG. 14 shows that, together with 3028, 3029, 3100, 3200, and 3029 ′, low energy density hydrogen is used as an excellent heat transfer agent for fuel cells 3437 and engines 3430 and as the preferred fuel. Enable.

特に重要な用途は、回転する発電機の巻線の作動温度を低下させて、より効率的な作動及びより高いエネルギー変換能力を可能にするために、こうした水素を使用することである。こうした回転機器を通した通路によって温められた後で、水素は、次いで、ピストンエンジンのクランクケースに、次いで、こうしたエンジンの噴射器及び/又は弁組立体3200に送って、エンジンの中で燃料として使用することができる。これは、コジェネレーション用途の効率を改善し、且つ結果として得られるシステムの能力を増加させる。ピストンエンジンのクランクケース3455に水素雰囲気を充填することは、クランクケースの中に不慮の点火を後押しする空気と水素との可燃性の混合物が確実に存在できないようにすることによって、作動上の安全性を改善する。このより低粘度の雰囲気は、エンジンの相対運動構成要素からの風損及び摩擦損失を相乗的に減少させる。これはまた、クランクケースの中で生じる酸素と油膜及び液滴との間の不利な酸化反応をなくすことによって、潤滑油の寿命を大いに改善する。水の蒸発温度を上回るクランクケースの中の乾燥した水素雰囲気のメンテナンスによって、水の除去と、電解水の存在に起因するベアリング及びリング・シールなどの腐食の回避との、さらなる利点が達成される。   A particularly important application is the use of such hydrogen to lower the operating temperature of the rotating generator windings to allow more efficient operation and higher energy conversion capabilities. After being warmed by the passage through such rotating equipment, the hydrogen is then sent to the crankcase of the piston engine and then to the injector and / or valve assembly 3200 of such an engine as fuel in the engine. Can be used. This improves the efficiency of cogeneration applications and increases the capacity of the resulting system. Filling the crankcase 3455 of the piston engine with a hydrogen atmosphere is an operational safety by ensuring that there is no flammable mixture of air and hydrogen in the crankcase to boost accidental ignition. Improve sex. This lower viscosity atmosphere synergistically reduces wind and friction losses from the relative motion components of the engine. This also greatly improves the life of the lubricating oil by eliminating the adverse oxidation reaction between oxygen and oil slicks and droplets occurring in the crankcase. Maintenance of a dry hydrogen atmosphere in the crankcase above the water evaporation temperature provides further benefits of water removal and avoiding corrosion such as bearings and ring seals due to the presence of electrolyzed water .

クランクケースで生じる水の除去と併せて、こうした水素の加湿は、特にハイブリッド化用途において、3437のような燃料電池のプロトン交換膜(PEM)のメンテナンスに非常に有利である。これは、日変化、季節天候により生じるニーズ、又は生産要件に起因する、変化する需要を満たすために、示されるエンジン−発電機をこうした燃料電池作動と組み合わせることによって、燃料電池3437による数キロワットの出力からメガワット容量までの需要にわたる、図14の実施形態に基づくシステムの極めて融通性のある且つ効率的な作動を可能にする。   Combined with the removal of water that occurs in the crankcase, this hydrogen humidification is very advantageous for the maintenance of proton exchange membranes (PEMs) of fuel cells such as 3437, especially in hybrid applications. This is achieved by combining the shown engine-generator with such fuel cell operation to meet the changing demands due to diurnal, seasonal weather needs, or production requirements, resulting in several kilowatts of fuel cell 3437. Enables highly flexible and efficient operation of the system according to the embodiment of FIG. 14 across demands from output to megawatt capacity.

正常作動では、タンク3404の中の低温燃料選択物での低温エンジン始動条件において、燃料蒸気が、貯蔵タンク3404の頂部から取り込まれ、ストレーナ3422、多方切替弁(multiway valve)3414を通して、並びに噴射及び点火のための噴射器装置3428への絶縁された導管3425を経由して、パワー・ストロークにあるエンジン3430のすべての燃焼室の中で、層状給気燃焼及び余剰空気の突然の加熱を生じる。タンク3404の頂部における蒸気供給によって持続可能な燃料比率で提供されるよりも多くの出力が必要とされる場合には、液体燃料は、燃料タンク3404の底部から取り込まれ、ストレーナ3420を通して、噴射器装置3428に送達される。本開示の態様によれば、エンジンが温められた後で、排気熱を熱交換器3436の中の液体燃料を加圧し及び気化するのに用いることができる。またさらなる態様によれば、熱交換器3436は、液体、蒸気、又は気体の燃料成分から新しい燃料種を生じるための1つ又は複数の適切な触媒を組み入れてもよい。   In normal operation, fuel vapor is taken from the top of the storage tank 3404 and through a strainer 3422, a multiway valve 3414, and injection and injection at cold engine start conditions with a cold fuel selection in the tank 3404. Stratified charge combustion and sudden heating of excess air occur in all combustion chambers of the engine 3430 in power stroke via an insulated conduit 3425 to an injector device 3428 for ignition. If more power is required than is provided by the steam supply at the top of tank 3404 at a sustainable fuel ratio, liquid fuel is drawn from the bottom of fuel tank 3404 and through the strainer 3420 to the injector. Delivered to device 3428. According to aspects of the present disclosure, the exhaust heat can be used to pressurize and vaporize the liquid fuel in the heat exchanger 3436 after the engine is warmed. According to yet further aspects, the heat exchanger 3436 may incorporate one or more suitable catalysts for generating new fuel species from liquid, vapor, or gaseous fuel components.

本開示によれば、タンク3404の中に貯蔵される燃料の化学的性質に応じて、熱交換器3436は、エンジン3430の作動を改善するために種々の水素で特徴付けられる燃料を生産することができる。例えば、ウェット・メタノールは、式1に示すように熱を加えることによって気化し及び解離して水素と一酸化炭素を生じることができる。
2CH3OH+H2O+熱→5H2+CO+CO2 式1
In accordance with the present disclosure, depending on the fuel chemistry stored in tank 3404, heat exchanger 3436 produces fuel characterized by various hydrogens to improve the operation of engine 3430. Can do. For example, wet methanol can be vaporized and dissociated by applying heat as shown in Equation 1 to produce hydrogen and carbon monoxide.
2CH3OH + H2O + heat → 5H2 + CO + CO2 Formula 1

式2で例証されるように、熱により、及び/又は水のような酸素供与体を加えることにより、高価でないウェット・エタノールの吸熱改質を提供することができる。
C2H5OH+H2O+熱→4H2+2CO 式2
As illustrated in Equation 2, heat and / or the addition of an oxygen donor such as water can provide an endothermic modification of wet ethanol that is less expensive.
C2H5OH + H2O + heat → 4H2 + 2CO Formula 2

したがって、本実施形態は、分解蒸留によって、一酸化炭素と水素の合成、及び/又は発酵及び蒸留によって生じる場合の多量の水が、アルコールと混合されたままであることを許容することによって、より一層低コストの生産方法からのバイオマス・アルコールの利用を可能にする。作動時には、ドライ・アルコールよりもウェット・アルコールを生産する方が、より少ないエネルギーと資本設備を必要とするので、これは、より好ましいエネルギー経済を可能にする。理論に縛られることなく、本明細書で開示されるプロセス及びシステムは、水素及び一酸化炭素燃料誘導体を吸熱により生み出し、且つドライ・アルコールの供給原料よりも25%以上多くの燃焼エネルギーを放出するために、エンジンからの廃熱の利用をさらに容易にする。付加的な利点は、水素によって提供される、より速く且つもっときれいに燃焼する特徴から導出される。したがって、スロットルを絞られない空気中の層状給気としてこうした水素で特徴付けられる誘導体燃料を計量し及び点火するために噴射器装置3428を利用することによって、ドライ・アルコール(単数又は複数)の均一給気燃焼に比べて40%以上の全体的な燃料効率の改善が達成される。   Thus, this embodiment is further enhanced by allowing cracking distillation to synthesize carbon monoxide and hydrogen and / or large amounts of water as produced by fermentation and distillation to remain mixed with the alcohol. Enables the use of biomass alcohol from low-cost production methods. In operation, this allows for a more favorable energy economy because producing wet alcohol rather than dry alcohol requires less energy and capital equipment. Without being bound by theory, the processes and systems disclosed herein produce hydrogen and carbon monoxide fuel derivatives by endotherm and release 25% more combustion energy than dry alcohol feedstock. Therefore, utilization of waste heat from the engine is further facilitated. Additional benefits are derived from the faster and cleaner burning characteristics provided by hydrogen. Accordingly, by utilizing the injector device 3428 to meter and ignite such hydrogen-derived derivative fuel as a stratified charge in the air that is not throttled, the uniformity of the dry alcohol (s) An overall fuel efficiency improvement of over 40% is achieved compared to charge air combustion.

またさらなる実施形態によれば、式1及び式2に示された吸熱反応のための水は、補助水貯蔵タンク3409によって、及び/又は排気流から水を集め、補助タンク3409に加えることによって、又は水と、必要であれば溶融安定剤を、タンク3404の中に貯蔵される燃料と予混合することによって、及び/又は空気流路3423の中の大気から熱交換器3426の表面上に凝縮する水を集めることによって供給することができる。図14に示すように、ポンプ3415は、化学量論的改質反応を満たすために、弁3411及び逆止め弁3407を通した燃料比率に比例した比率での逆止め弁3407を通した熱交換反応器3436への水の送達を提供する。   According to yet further embodiments, the water for the endothermic reaction shown in Equations 1 and 2 is collected by the auxiliary water storage tank 3409 and / or by collecting water from the exhaust stream and adding it to the auxiliary tank 3409. Or condensing water and, if necessary, melt stabilizer, with the fuel stored in tank 3404 and / or from the atmosphere in air flow path 3423 onto the surface of heat exchanger 3426. Can be supplied by collecting water to do. As shown in FIG. 14, the pump 3415 exchanges heat through the check valve 3407 at a rate proportional to the fuel ratio through the valve 3411 and check valve 3407 to satisfy the stoichiometric reforming reaction. Provides delivery of water to reactor 3436.

エタノール、メタノール、イソプロパノールなどのようなアルコール燃料は、化学量論的割合で水に溶けることができ、式1及び式2によって概して例証され要約されるように、吸熱改質で、より多くの水素を生じる。これは、例えば、農場で及び他の小規模のビジネスによって、より一層低コストの燃料が有利に使用されることを可能にする。費用の節減は、水を除去する精製エネルギーの減少及び遠方の精製所からの輸送を含むがこれらに限定されない。   Alcohol fuels, such as ethanol, methanol, isopropanol, etc., can be dissolved in water in stoichiometric proportions, and more hydrogen with endothermic reforming, as generally illustrated and summarized by Equations 1 and 2. Produce. This allows even lower cost fuels to be used advantageously, for example, on farms and by other small businesses. Cost savings include, but are not limited to, reduced purification energy to remove water and transport from distant refineries.

任意の炭化水素、水素、又は水素で特徴付けられる燃料をエンジン3430の中で燃やすことで、エンジンの排気中に水が産出される。本開示の態様によれば、こうした排気流の水の大部分を、例えば、排気ガスを露点よりも低く冷却した後で液体ストリッパ3405にて回収することができる。一実施形態によれば、向流熱交換器/反応器3436は、式1及び式2によって特徴付けられる吸熱反応に必要な、すべてではないがほとんどの熱を提供し、且つそうすることで排気を劇的に冷却する。提供される向流流量及び面積に応じて、排気ガスは、燃料貯蔵温度の付近に冷却することができる。これは水の凝縮を直ちに提供し、多くの付加的な新しい実施形態において、本出願を適用する開示は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる米国特許第6,756,140号、第6,155,212号、第6,015,065号、第6,446,597号、第6,503,584号、第5,343,699号、及び第5,394,852号、並びに同時係属の特許仮出願60/551,219に基づく優先権を主張するあらゆる特許非仮出願で開示されるように、ハイブリッド化されたエンジン、電解槽、可逆燃料電池と組み合わせて、及び/又は水を集めるために、燃料を貯蔵するためのプロセス、及び/又は排気熱を利用してボトミングサイクルに動力を与えるためのプロセスと組み合わされる。   Burning any hydrocarbon, hydrogen, or fuel characterized by hydrogen in the engine 3430 produces water in the engine exhaust. According to aspects of the present disclosure, most of the water in such an exhaust stream can be recovered by the liquid stripper 3405 after the exhaust gas has been cooled below the dew point, for example. According to one embodiment, the countercurrent heat exchanger / reactor 3436 provides most if not all of the heat required for the endothermic reaction characterized by Equations 1 and 2, and in doing so exhausts Cool down dramatically. Depending on the countercurrent flow rate and area provided, the exhaust gas can be cooled to near the fuel storage temperature. This provides immediate condensation of water, and in many additional new embodiments, the disclosure applying this application is described in US Pat. No. 6,756,140, which is hereby incorporated by reference in its entirety. 6,155,212, 6,015,065, 6,446,597, 6,503,584, 5,343,699, and 5,394,852, and In combination with hybridized engines, electrolyzers, reversible fuel cells and / or water, as disclosed in any non-provisional patent application claiming priority under copending provisional patent application 60 / 551,219 Combined with a process for storing fuel and / or a process for powering the bottoming cycle utilizing exhaust heat.

反応器3436における吸熱改質反応のための十分な熱が利用可能ではない又は所望の温度が達成されない場合には、ポンプ3403は、図14に示すように反応器3436に酸素リッチな排気ガスを提供することができる。この実施形態に係るポンプの使用は、水素と共に一酸化炭素及び/又は二酸化炭素を生じる存在する酸素と燃料種との間の発熱反応と、付加的な熱の放出によっててこ入れされる吸熱改質反応との組合せを容易にする。反応器3436内の反応生成物の従来の使用では、これは、窒素のような好ましくない副産物を提供することになるが、噴射器装置3428は、上死点で又はこの付近で、若しくはエンジン3430の容積又は熱効率を妥協しないパワー・ストローク時間及び条件の間に、燃焼室の中に大きい気体体積を噴射し及び迅速に送達することができる。   If sufficient heat for the endothermic reforming reaction in reactor 3436 is not available or the desired temperature is not achieved, pump 3403 provides oxygen-rich exhaust gas to reactor 3436 as shown in FIG. Can be provided. The use of the pump according to this embodiment includes an exothermic reaction between the present oxygen and the fuel species that produces carbon monoxide and / or carbon dioxide with hydrogen and an endothermic reforming reaction leveraged by the release of additional heat. Easy to combine with. In conventional use of reaction products in reactor 3436, this will provide undesirable by-products such as nitrogen, but injector device 3428 may be at or near top dead center or engine 3430. A large gas volume can be injected and rapidly delivered into the combustion chamber during power stroke times and conditions that do not compromise the volume or thermal efficiency of the combustion chamber.

したがって、水素を含有する燃料は、低温のスラッシュ、低温の液体、加圧された低温蒸気、吸着された物質、周囲温度の超臨界流体、及び周囲温度の流体を含む群から選択される条件でタンク3404によって貯蔵され、エンジンの排気からの熱を加えることによって、高温蒸気、新しい化学種、及び新しい化学種と高温蒸気との混合物を含む群から選択される高温度の物質に変換され、エンジンの燃焼室の中に噴射され、及び点火される。好ましくは図示のように反応器3436のより高温のゾーンでの水素を含有する燃料との水素を生じる吸熱反応に入れる目的で集められるかなりの水の凝縮を引き起こすのに十分なだけの熱が、エンジン3430の排気ガスから除去されてもよい。式3は、メタンのような炭化水素燃料の燃焼による熱と水の生成を示す。
CH4+3O2→CO2+2H2O 式3
Thus, the hydrogen-containing fuel is subject to conditions selected from the group comprising a low temperature slush, a low temperature liquid, a pressurized low temperature vapor, an adsorbed material, an ambient temperature supercritical fluid, and an ambient temperature fluid. Stored in tank 3404 and converted to high temperature material selected from the group comprising high temperature steam, new chemical species, and mixtures of new chemical species and high temperature steam by applying heat from the engine exhaust Are injected into the combustion chamber and ignited. Preferably enough heat to cause condensation of significant water collected for the purpose of entering an endothermic reaction that produces hydrogen with the hydrogen-containing fuel in the higher temperature zone of reactor 3436 as shown. It may be removed from the exhaust gas of engine 3430. Equation 3 shows the production of heat and water from the combustion of a hydrocarbon fuel such as methane.
CH4 + 3O2 → CO2 + 2H2O Formula 3

式4は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン、ガソリン、ディーゼル燃料、及び他のより重い燃料分子のような炭化水素を水で改質して水素と一酸化炭素との混合物を生成するための一般的プロセスを示す
CxHy+XH2O+熱→(0.5Y+X)H2+XCO 式4
Equation 4 is for reforming hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, octane, gasoline, diesel fuel, and other heavier fuel molecules with water to produce a mixture of hydrogen and carbon monoxide. CxHy + XH2O + heat representing (0.5Y + X) H2 + XCO

式3、5、及び6は、メタンのような炭化水素の燃焼によって生じる水の量が、メタンをより望ましい水素で特徴付けられる燃料に改質するのに必要な水よりも2ないしは3倍多いことを例証する。
CH4+H2O+熱→3H2+CO 式5
Equations 3, 5, and 6 show that the amount of water produced by combustion of hydrocarbons such as methane is two to three times greater than the water required to reform methane to a fuel characterized by more desirable hydrogen. Illustrate that.
CH4 + H2O + heat → 3H2 + CO Formula 5

式6は、メタンのような炭化水素を改質すること、及び式5の結果として得られた燃料種を燃やして、反応器3436における改質反応のためのより多くの水を生じると共に、燃焼室のパワー・ストロークにおいてより多くの膨張ガスを生じることの利点を例証する。
3H2+CO+2O2→3H2O+CO2 式6
Equation 6 reforms hydrocarbons such as methane and burns the resulting fuel species of Equation 5 to produce more water for the reforming reaction in reactor 3436 and combustion Illustrates the benefits of producing more inflation gas in the chamber power stroke.
3H2 + CO + 2O2 → 3H2O + CO2 Formula 6

したがって、メタンを水で改質して発生炉ガス(水素及び一酸化炭素)を生み出し及び燃焼させることは、より多くの燃焼エネルギーと、反応器3436におけるメタンの吸熱改質に必要な場合の約3倍多い生産水を提供する。したがって、熱交換器3426の中で凝縮された水と共に、本開示の車両又は固定用途によって沢山の水を集めることができる。反応器3436の中で用いられる水の重量のほとんどが、エンジン3430の中で空気からの酸素と水素又は水素で特徴付けられる燃料との燃焼によって得られるので、水を集めることは装備重量を減少させる。したがって、各グラムの水素が8グラムの大気中酸素と化合して、エンジン3430の排気から9グラムの収集可能な水を提供する。   Thus, reforming methane with water to produce and burn generator gas (hydrogen and carbon monoxide) requires more combustion energy and about the amount of heat required for endothermic reforming of methane in reactor 3436. Provides three times more production water. Thus, along with the water condensed in heat exchanger 3426, much water can be collected by the vehicle or stationary application of the present disclosure. Collecting water reduces equipment weight because most of the weight of water used in reactor 3436 is obtained by combustion of oxygen from the air and fuel characterized by hydrogen or hydrogen in engine 3430. Let Thus, each gram of hydrogen combines with 8 grams of atmospheric oxygen to provide 9 grams of collectable water from engine 3430 exhaust.

またさらなる実施形態によれば、エンジン3430からの熱交換によって利用可能な高温又は低温で、又はタンク3404からの燃料を冷却して、熱交換器3436における触媒によりサポートされる反応を含む反応と共にハイブリッド車両における再生作動及び/又は負荷平準化作動をサポートするために、1つ又は複数の電気分解プロセスの作動のために適切な純水を供給することができる。この実施形態は、本明細書で説明される相乗的な組合せによって提供される、改善された総合エネルギー利用効率をもたらし、こうした純水の沢山の供給が、かさばる且つメンテナンスを要する逆浸透、蒸留システム、又は他の高価な且つエネルギーを費やす機器を必要としないので、さらに注目すべきである。   According to yet further embodiments, the hybrids with reactions including reactions supported by the catalyst in the heat exchanger 3436 at a high or low temperature available by heat exchange from the engine 3430 or cooling the fuel from the tank 3404. In order to support regenerative operation and / or load leveling operation in the vehicle, suitable pure water can be supplied for operation of one or more electrolysis processes. This embodiment provides the improved overall energy utilization efficiency provided by the synergistic combination described herein, and such a large supply of pure water is bulky and requires maintenance reverse osmosis, distillation system It should be further noted that no other expensive and energy consuming equipment is required.

生産される水素で特徴付けられる燃料によって、以下の利点を含む多くの他の利点が提供される。   The fuel characterized by the hydrogen produced provides many other advantages, including the following:

水素は、メタン及び類似の炭化水素よりも7〜10倍速く燃え、これは、点火タイミングが当初の炭化水素種でのタイミングよりもかなり後になることを可能にし、実質的なバックワーク及び圧縮の初期段階の間に点火を随伴するであろう熱損失を回避する。   Hydrogen burns 7 to 10 times faster than methane and similar hydrocarbons, which allows the ignition timing to be well behind the timing with the original hydrocarbon species, resulting in substantial backwork and compression. Avoid heat losses that would accompany ignition during the initial phase.

吸熱改質反応によって生じる水素及び一酸化炭素は、当初の炭化水素よりも燃焼中に25%までのより多くの熱を放出する。これは、当初の炭化水素からの水素と一酸化炭素の生成における吸熱性の熱の熱力学的投資に起因する。これは、図示のように排気系からのより高品質の熱と共に、エンジンの水ジャケット又は空気冷却系からの廃熱を用いるのに特に有益な方法である。   Hydrogen and carbon monoxide produced by the endothermic reforming reactions release up to 25% more heat during combustion than the original hydrocarbon. This is due to the thermodynamic investment of endothermic heat in the production of hydrogen and carbon monoxide from the original hydrocarbon. This is a particularly beneficial method for using waste heat from the engine water jacket or air cooling system, as well as higher quality heat from the exhaust system as shown.

水素は非常にきれいに燃え、極めて急速な燃焼伝搬を保証し、且つ改質反応を通過して水素で特徴付けられる燃料混合物の付加的な成分となるあらゆる炭化水素の過剰空気内の完全燃焼を保証する。   Hydrogen burns very cleanly, guarantees very rapid combustion propagation, and ensures complete combustion in excess air of any hydrocarbon that passes through the reforming reaction and becomes an additional component of the fuel mixture characterized by hydrogen To do.

噴射器装置3428によって送達される水蒸気が存在する状態での水素及び/又は他の燃料種の迅速な燃焼は、燃焼室の中の層状給気の絶縁された膨張及び仕事生産のためにこうした蒸気を迅速に加熱して、水蒸気を膨張させる予混合方法に比べてはるかに高い作動効率を提供する。   The rapid combustion of hydrogen and / or other fuel species in the presence of water vapor delivered by the injector device 3428 is responsible for the isolated expansion and work production of the stratified charge in the combustion chamber. Is heated rapidly to provide much higher operating efficiency compared to premixing methods that expand water vapor.

燃焼による水蒸気の生産と並んでの水蒸気の迅速な加熱は、燃焼生成物のピーク温度を低下させることによって及びこうした反応性水蒸気と窒素酸化物との相乗的な反応によって、窒素酸化物を大いに減少させて、排気ガス中の窒素酸化物の正味の発生及び存在を大いに減少させる。   Rapid heating of water vapor along with the production of water vapor by combustion greatly reduces nitrogen oxides by lowering the peak temperature of the combustion products and by the synergistic reaction of these reactive water vapors with nitrogen oxides This greatly reduces the net generation and presence of nitrogen oxides in the exhaust gas.

噴射器装置3428によって独自に確立される場合の水素で特徴付けられる燃料酸化の迅速な燃焼による迅速な点火及び加熱は、すべての燃料成分を完全に酸化させ、且つ排気流中の窒素酸化物を減少させる、有益な相乗的な反応のための燃焼室の中でのより多くの時間を提供する。   Rapid ignition and heating by rapid combustion of fuel oxidation, characterized by hydrogen when uniquely established by injector device 3428, completely oxidizes all fuel components and removes nitrogen oxides in the exhaust stream. Provides more time in the combustion chamber for a beneficial, synergistic reaction that reduces.

図15A〜図15Dは、噴射器装置3428の上部内の圧電又は電磁電機子に関して一般に開示されるような弁作動オペレータによる層状給気燃焼結果を順次に例証し、弁作動オペレータは、図示のように燃焼室との境界面に位置する流量制御弁3584から電気的に分離されるが機械的にリンクされる。この場合、流量制御構成要素3584は、燃焼室の方に変位されて噴射される燃料を採り入れる移動可能な流量制御弁として働き、且つ上方に通常閉位置に動かされて燃焼ガス圧力に対する逆止め弁として働く。エンジンヘッド又はブロックへのねじ接地(threaded ground)と図示のように構成要素3584の絶縁された流量制御弁組立体との間に電圧電位を印加することによってプラズマ放電が発生される際に、噴射される燃料の点火が起こる。   15A-15D sequentially illustrate the results of stratified charge combustion by a valve actuation operator as generally disclosed with respect to piezoelectric or electromagnetic armatures in the upper portion of the injector device 3428, where the valve actuation operator is Is electrically isolated from the flow control valve 3584 located at the interface with the combustion chamber, but is mechanically linked. In this case, the flow control component 3584 acts as a movable flow control valve that takes in fuel that is displaced towards the combustion chamber and is injected, and is moved upward to a normally closed position to check the combustion gas pressure. Work as. Injection when a plasma discharge is generated by applying a voltage potential between a threaded ground to the engine head or block and the insulated flow control valve assembly of component 3584 as shown. Ignition of the fuel that occurs.

一体化された燃料噴射器/点火器の誘電体機能部
図16は、本開示の実施形態に従って構成される噴射器410の部分側断面図である。図16に示された噴射器410は、本開示の幾つかの実施形態に従って用いることができる誘電体材料の幾つかの機能部を例証する。例証される噴射器410は、図1〜図3Dを参照して上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が少なくとも概して類似していることがある幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器410は、中間部416から延びるノズル部418を有する本体412を含む。ノズル部418は、エンジンヘッド407における開口部又は入口ポート409の中に延びる。ディーゼルエンジンのような多くのエンジンは、非常に小直径の(例えば、およそ7.09mm又は0.279インチの直径の)入口ポート409を有する。こうした小さいスペースは、本開示によって考慮される燃料種(例えば、ディーゼル燃料よりもおよそ3,000倍エネルギー密度が低い燃料)の火花点火又はプラズマ点火に適した絶縁を提供することの難しさを与える。しかしながら、以下で詳細に説明されるように、本開示の噴射器は、非常に小さいスペースでの点火イベント(例えば、火花又はプラズマ)の生産、分離、及び/又は送達のために必要とされる高電圧(例えば、60,000ボルト)を生産する点火ワイヤに適した電気絶縁を提供することができる誘電体又は絶縁材料を備えた本体412を有する。これらの誘電体又は絶縁材料はまた、燃焼によって生産される高温及び高圧ガスへの周期的露出に起因する酸化又は他の劣化に対する安定性及び保護のために構成される。そのうえ、以下で詳細に説明するように、これらの誘電体材料は、燃焼室からトランスデューサ、計装、フィルタ、増幅器、コントローラ、及び/又はコンピュータのようなセンサへの光通信経路又は電気通信経路を一体化するように構成することができる。そのうえ、絶縁材料は、シール位置で本体412の金属ベース部414にろう付けする又は拡散接合することができる。
Integrated fuel injector / igniter dielectric function unit 16 are partial side cross-sectional diagram of a injector 410 in accordance with embodiments of the present disclosure. The injector 410 shown in FIG. 16 illustrates several features of a dielectric material that can be used in accordance with some embodiments of the present disclosure. The illustrated injector 410 includes several features that may be at least generally similar in structure and function to the corresponding features of the injector described above with reference to FIGS. 1-3D. . For example, the injector 410 includes a body 412 having a nozzle portion 418 extending from the intermediate portion 416. The nozzle portion 418 extends into an opening or inlet port 409 in the engine head 407. Many engines, such as diesel engines, have a very small diameter inlet port 409 (eg, approximately 7.09 mm or 0.279 inch diameter). Such a small space presents difficulties in providing insulation suitable for spark or plasma ignition of the fuel species contemplated by the present disclosure (eg, fuel that is approximately 3,000 times lower in energy density than diesel fuel). . However, as described in detail below, the injectors of the present disclosure are required for the production, separation, and / or delivery of ignition events (eg, sparks or plasma) in a very small space It has a body 412 with a dielectric or insulating material that can provide electrical insulation suitable for ignition wires producing high voltages (eg, 60,000 volts). These dielectric or insulating materials are also configured for stability and protection against oxidation or other degradation due to periodic exposure to high temperature and high pressure gases produced by combustion. Moreover, as described in detail below, these dielectric materials provide an optical or electrical communication path from the combustion chamber to sensors such as transducers, instrumentation, filters, amplifiers, controllers, and / or computers. It can be configured to be integrated. Moreover, the insulating material can be brazed or diffusion bonded to the metal base 414 of the body 412 at the seal location.

渦巻き状に巻かれた誘電体機能部
図16で例証される噴射器410の本体412の一実施形態によれば、噴射器410の中間部416及び/又はノズル部418を備える誘電体材料が図17A及び図17Bで例証される。より詳細には、図17Aは、絶縁体又は誘電性本体512の側面図であり、図17Bは、図17Aの線17B−17Bに実質的に沿って見た側断面図である。図17Aで例証される本体512は概して円筒形の形状を有するが、他の実施形態において、本体512は、例えば、本体512から燃焼室境界面531の方に延びるノズル部を含む、他の形状を含むことができる。図17A及び図17Bを共に参照すると、例証される実施形態において、誘電性本体512は、渦巻き状の又は巻かれたベース層528からなる。特定の実施形態において、ベース層528は、人工又は天然マイカ(例えば、ピンホールのないマイカ紙)とすることができる。他の実施形態において、しかしながら、ベース層528は、比較的薄い材料と関連付けられる適切な絶縁耐力を提供するのに適した他の材料からなることができる。例証される実施形態において、ベース層528の側部の一方又は両方が、比較的薄い誘電体コーティング層530で覆われる。コーティング層530は、Teflon NXT、Dyneon TFM、パリレンHT、ポリエーテルスルホン、及び/又はポリエーテルエーテルケトンのような高温、高純度ポリマーから作製することができる。他の実施形態において、しかしながら、コーティング層530は、ベース層528を適切にシーリングするのに適した他の材料から作製することができる。
Spiral Dielectric Function Part According to one embodiment of the body 412 of the injector 410 illustrated in FIG. 16, the dielectric material comprising the intermediate part 416 and / or the nozzle part 418 of the injector 410 is illustrated. Illustrated in 17A and FIG. 17B. More particularly, FIG. 17A is a side view of an insulator or dielectric body 512, and FIG. 17B is a cross-sectional side view taken substantially along line 17B-17B of FIG. 17A. Although the body 512 illustrated in FIG. 17A has a generally cylindrical shape, in other embodiments, the body 512 includes other nozzle shapes that include, for example, a nozzle portion that extends from the body 512 toward the combustion chamber interface 531. Can be included. With reference to FIGS. 17A and 17B together, in the illustrated embodiment, the dielectric body 512 comprises a spiral or wound base layer 528. In certain embodiments, the base layer 528 can be artificial or natural mica (eg, pinhole free mica paper). In other embodiments, however, the base layer 528 can be made of other materials suitable to provide adequate dielectric strength associated with relatively thin materials. In the illustrated embodiment, one or both sides of the base layer 528 are covered with a relatively thin dielectric coating layer 530. The coating layer 530 can be made from a high temperature, high purity polymer such as Teflon NXT, Dyneon TFM, Parylene HT, polyethersulfone, and / or polyetheretherketone. In other embodiments, however, the coating layer 530 can be made from other materials suitable for properly sealing the base layer 528.

ベース層528とコーティング層530は、渦巻き形状に緊密に巻いて管を形成することができ、これにより、組み合わされたベース層528及びコーティング層530のシートの連続的な層を提供する。特定の実施形態において、これらの層は、巻かれた構成に適切な接着剤(例えば、セラミック・セメント)で結合することができる。他の実施形態において、本体512が緊密に巻かれた管形状にラップされることを可能にするために、これらの層に、ポリマー、ガラス、ヒュームド・シリカ、又は他の適切な材料を含浸することができる。そのうえ、本体512のシート又は層は、異種のフィルムの連続的な適用によって分離することができる。例えば、本体512の層の間の分離フィルムは、パリレン上にパリレンC上にパリレンN、HTフィルム層、及び/又はポリエチレン、又は他の適切な分離材料のような薄い窒化ホウ素、ポリエーテルスルホン、又はポリオレフィンなどの他の材料選択肢の塗布によって分離される層を含むことができる。こうしたフィルム分離はまた、例えば、単結晶サファイア・ファイバを含む温度又は圧力計装ファイバによって達成されてもよい。こうしたファイバは、レーザ加熱されるペデスタル成長技術によって生産されてもよく、その後、ファイバからこうしたファイバを取り囲む潜在的に吸収性のフィルムの中にエネルギーが漏れるのを防ぐために、全フッ素置換されたエチレンプロピレン(FEP)又は類似の屈折率値をもつ他の材料で被覆されてもよい。   Base layer 528 and coating layer 530 can be tightly wound into a spiral shape to form a tube, thereby providing a continuous layer of sheets of combined base layer 528 and coating layer 530. In certain embodiments, these layers can be bonded with an adhesive (eg, ceramic cement) suitable for the rolled configuration. In other embodiments, these layers are impregnated with polymer, glass, fumed silica, or other suitable material to allow the body 512 to be wrapped into a tightly wound tube shape. be able to. Moreover, the sheets or layers of the body 512 can be separated by successive applications of dissimilar films. For example, the separation film between the layers of the body 512 may be a thin boron nitride, polyethersulfone, such as Parylene N on Parylene C, Parylene N on the Parylene C, HT film layer, and / or polyethylene, or other suitable separation material, Or it can include layers separated by application of other material options such as polyolefins. Such film separation may also be achieved by temperature or pressure instrumented fibers including, for example, single crystal sapphire fibers. Such fibers may be produced by laser-heated pedestal growth techniques, after which perfluorinated ethylene is used to prevent energy from leaking from the fiber into the potentially absorbing film surrounding the fiber. It may be coated with propylene (FEP) or other materials with similar refractive index values.

コーティング層530が比較的薄いフィルム(例えば、0.1〜0.3mm)で塗布されるとき、コーティング層530は、−30℃(例えば、−22°F)から約230℃(例えば、450°F)までのおよそ2.0〜4.0KVolts/0.001インチの絶縁耐力を提供することができる。発明者は、より大きい厚さを有するコーティング層530は、点火イベントのために必要とされる電圧を提供するのに十分なだけの絶縁を提供しない場合があることを見出した。より詳細には、以下の表1に示すように、より大きい厚さをもつコーティング層は、絶縁耐力を著しく減少させた。これらの減少された絶縁耐力は、燃焼室で点火イベント(例えば、火花又はプラズマ)を生じることが望ましいときに、絶縁性本体512の通弧及び漏電電流を十分に防止しない場合がある。例えば、典型的なディーゼル又は過給エンジンのような高い圧縮圧をもつ多くのエンジンでは、点火イベント(例えば、火花又はプラズマ)を開始するのに要求される電圧は、およそ60,000ボルト以上である。従来の絶縁体で作製されるたったの0.040インチ以上の有効壁厚をもつ管状絶縁体を含む従来の誘電性本体は、たったの500ボルト/0.001インチだけを提供する場合があり、こうした要求される電圧を十分に収容するのに失敗するであろう。   When the coating layer 530 is applied with a relatively thin film (e.g., 0.1-0.3 mm), the coating layer 530 may be -30 <0> C (e.g., -22 [deg.] F) to about 230 <0> C (e.g., 450 [deg.]). A dielectric strength of approximately 2.0 to 4.0 KVolts / 0.001 inches up to F) can be provided. The inventor has found that a coating layer 530 having a greater thickness may not provide enough insulation to provide the voltage required for an ignition event. More specifically, as shown in Table 1 below, the coating layer with the greater thickness significantly reduced the dielectric strength. These reduced dielectric strengths may not adequately prevent the arcing and leakage currents of the insulating body 512 when it is desirable to generate an ignition event (eg, spark or plasma) in the combustion chamber. For example, in many engines with high compression pressure, such as typical diesel or supercharged engines, the voltage required to initiate an ignition event (eg, spark or plasma) is approximately 60,000 volts or higher. is there. A conventional dielectric body comprising a tubular insulator with an effective wall thickness of only 0.040 inches or more made of conventional insulators may provide only 500 volts / 0.001 inches; It will fail to fully accommodate these required voltages.

Figure 2015135116
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図17A及び図17Bで例証される絶縁体本体512の実施形態は、−30℃(例えば、−22°F)からおよそ450℃(例えば、840°F)までの範囲の温度でおよそ3,000ボルト/0.001インチの絶縁耐力を提供することができる。そのうえ、コーティング層530はまた、燃焼ガス及び/又は他の汚染物質が本体512に入るのを防ぐために、ベース層528へのシーラントとして働くことができる。コーティング層530はまた、本体512を通して延びる光通信体のための本体512を通した光透過効率を改善するのに十分なだけ異なる屈折率を提供することができる。   The embodiment of insulator body 512 illustrated in FIGS. 17A and 17B is approximately 3,000 at temperatures ranging from −30 ° C. (eg, −22 ° F.) to approximately 450 ° C. (eg, 840 ° F.). Dielectric strength of volt / 0.001 inch can be provided. Moreover, the coating layer 530 can also serve as a sealant to the base layer 528 to prevent combustion gases and / or other contaminants from entering the body 512. The coating layer 530 can also provide a refractive index that is sufficiently different to improve light transmission efficiency through the body 512 for an optical communication body that extends through the body 512.

例証される実施形態の別の特徴によれば、本体512は、ベース層528のシート又は層の間で本体512を通して長手方向に延びる複数の通信体532を含む。特定の実施形態において、通信体532は、高電圧火花点火ワイヤ又はケーブルのような導体とすることができる。これらの点火ワイヤは、酸化アルミニウムで絶縁され又は被覆されて、これによりワイヤ上にアルミナを提供する、金属ワイヤから作製することができる。通信体532は、対応するベース層528の間で本体512を通して長手方向に延びるので、通信体532は、本体512を通して半径方向外向きに延びる如何なるチャージにも関与しない。したがって、通信体532は、本体512の誘電特性に影響を及ぼさない又は他の方法で劣化させない。点火のための電圧を送達することに加えて、或る実施形態において、通信体532はまた、燃料噴射のためのフローバルブを駆動するのに1つ又は複数のアクチュエータ及び/又はコントローラに作動関係で結合することができる。   According to another feature of the illustrated embodiment, the body 512 includes a plurality of communication bodies 532 that extend longitudinally through the body 512 between sheets or layers of the base layer 528. In certain embodiments, the communication body 532 may be a conductor such as a high voltage spark ignition wire or cable. These ignition wires can be made from metal wires that are insulated or coated with aluminum oxide, thereby providing alumina on the wires. Since the communication body 532 extends longitudinally through the body 512 between the corresponding base layers 528, the communication body 532 does not participate in any charge extending radially outward through the body 512. Thus, the communication body 532 does not affect or otherwise degrade the dielectric properties of the body 512. In addition to delivering a voltage for ignition, in certain embodiments, the communication body 532 is also operatively associated with one or more actuators and / or controllers to drive a flow valve for fuel injection. Can be combined.

他の実施形態において、通信体532は、燃焼室から1つ又は複数のトランスデューサ、増幅器、コントローラ、フィルタ、計装コンピュータなどに燃焼データを伝送するように構成することができる。例えば、通信体532は、石英、フッ化アルミニウム、ZBLANフッ化物、ガラス、及び/又はポリマー、及び/又は噴射器を通してデータを伝送するのに適した他の材料のような光学層又はファイバから形成される、光ファイバ又は他の通信体とすることができる。他の実施形態において、通信体532は、ジルコニウム、バリウム、ランタン、アルミニウム、及びフッ化ナトリウム(ZBLAN)、並びにセラミック又はガラス管のような適切な伝送材料から作製することができる。   In other embodiments, the communicator 532 may be configured to transmit combustion data from the combustion chamber to one or more transducers, amplifiers, controllers, filters, instrumentation computers, and the like. For example, the communication body 532 is formed from an optical layer or fiber such as quartz, aluminum fluoride, ZBLAN fluoride, glass, and / or polymer, and / or other materials suitable for transmitting data through the injector. Optical fiber or other communication body. In other embodiments, the communication body 532 can be made from zirconium, barium, lanthanum, aluminum, and sodium fluoride (ZBLAN) and suitable transmission materials such as ceramic or glass tubes.

誘電体機能部の粒子配向
図16を再び参照すると、図16で例証される噴射器410の別の実施形態によれば、本体412の誘電体材料(例えば、中間部416及び/又はノズル部418)は、本開示と関連付けられる高電圧に耐えることが可能な所望の誘電特性を達成するために、特定の粒子配向を有するように構成されてもよい。例えば、粒構造は、管状の本体412の周りに周方向に配列され、並びに層化されて、これにより表面下張力によって平衡を保たれる外面での圧縮力を生成する、結晶化された粒を含むことができる。より詳細には、図18A及び図18Bは、本開示の別の実施形態に従って構成される、図16の線18−18に実質的に沿って見た誘電性本体612の側断面図である。最初に図18Aを参照すると、本体612は、石英、サファイア、ガラスマトリクス、及び/又は他の適切なセラミックスのような高い絶縁耐力を有するセラミック材料で作製することができる。
Particle Orientation of Dielectric Functionality Referring again to FIG. 16, according to another embodiment of the injector 410 illustrated in FIG. 16, the dielectric material of the body 412 (eg, the intermediate portion 416 and / or the nozzle portion 418). ) May be configured to have a particular grain orientation to achieve the desired dielectric properties capable of withstanding the high voltages associated with this disclosure. For example, the grain structure is circumferentially arranged around the tubular body 412 as well as layered, thereby producing crystallized grains that produce a compressive force on the outer surface that is balanced by subsurface tension. Can be included. More specifically, FIGS. 18A and 18B are cross-sectional side views of a dielectric body 612, taken along line 18-18 of FIG. 16, configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. Referring initially to FIG. 18A, the body 612 can be made of a ceramic material having high dielectric strength, such as quartz, sapphire, glass matrix, and / or other suitable ceramics.

例証される実施形態に示されるように、本体612は、概して同じ方向に配向される結晶粒634を含む。例えば、粒634は、個々の各粒634が本体612の周りに概して周方向に延びる方向に位置合わせされるその縦軸を有する状態で配向される。粒634がこの配向で層化された状態で、本体612は、本体612の事実上あらゆる厚さにおいて優れた絶縁耐力を提供する。これは、層化された長い平坦な粒が本体612から半径方向外向きに良好な導電経路を提供しないためである。   As shown in the illustrated embodiment, the body 612 includes grains 634 that are generally oriented in the same direction. For example, the grains 634 are oriented with their respective longitudinal axes aligned in a direction extending generally circumferentially around the body 612. With the grains 634 layered in this orientation, the body 612 provides excellent dielectric strength at virtually any thickness of the body 612. This is because the layered long flat grains do not provide a good conductive path radially outward from the body 612.

図18Bは、本体612の特定の区域における圧縮力を例証する。より詳細には、図18Bで例証される実施形態によれば、本体612は、本体612の外面637及び内面638に隣接する1つ又は複数の圧縮区域635(すなわち、粒634の配向に従う圧縮力を含む区域)において少なくとも部分的に粒634を配置するように処理されている。本体612はまた、圧縮区域635の間の粒634の非圧縮区域636を含む。非圧縮区域636は、本体612の中間部において平衡を保たれている引張力を提供する。特定の実施形態において、圧縮区域635の各々は、圧縮力を達成するために体積あたりより多くの粒634を含むことができる。他の実施形態において、圧縮区域635の各々は、局所的にアモルファス構造を保持するように影響を及ぼされている、又は非圧縮区域636の粒634よりも低い充填効率を有するアモルファス構造又は結晶格子の生産によって修正されている粒634を含むことができる。またさらなる実施形態において、外面637及び内面638は、表面が本体612の非圧縮区域636よりも低い充填効率を有するように、表面の中への1つ又は複数の物質のイオン注入、表面層のスパッタ、及び/又は拡散の結果として圧縮状態となることができる。図18Bで例証される実施形態において、本体612の外面637及び内面638における圧縮区域635は、より高い異方性の絶縁耐力を提供する。   FIG. 18B illustrates the compressive force in a particular area of the body 612. More specifically, according to the embodiment illustrated in FIG. 18B, the body 612 may include one or more compression zones 635 adjacent to the outer surface 637 and the inner surface 638 of the body 612 (ie, compressive force according to the orientation of the grains 634). In the area containing the particles 634). The body 612 also includes uncompressed areas 636 of grains 634 between the compressed areas 635. The uncompressed zone 636 provides a tensile force that is balanced in the middle of the body 612. In certain embodiments, each of the compression zones 635 can include more grains 634 per volume to achieve the compression force. In other embodiments, each of the compressed areas 635 is affected to retain an amorphous structure locally or has an amorphous structure or crystal lattice that has a lower packing efficiency than the grains 634 of the uncompressed areas 636. Can include grains 634 that have been modified by production. In still further embodiments, the outer surface 637 and the inner surface 638 may be ion implanted with one or more substances into the surface, such that the surface has a lower packing efficiency than the uncompressed area 636 of the body 612. As a result of sputtering and / or diffusion, it can be in a compressed state. In the embodiment illustrated in FIG. 18B, the compression zone 635 on the outer surface 637 and the inner surface 638 of the body 612 provides a higher anisotropic dielectric strength.

図18Bで例証される実施形態の1つの利点は、この圧縮区域635と非圧縮区域636における充填効率の差異の結果として、圧縮における表面が、圧縮された状態となり、著しくより耐久性が増し、破損又は劣化に耐えるものとなることである。例えば、こうした圧縮力の発生は、本体612の中に導電経路を形成して、これにより本体612の絶縁耐力を低下させることがある、物質(例えば、溶解される物質に伴う水のような電解質、炭素リッチな材料など)の侵入を少なくとも部分的に防ぐ。こうした圧縮力の発生はまた、各燃焼イベントに伴って急速に変化する温度、圧力、化学分解物(chemical degradant)、及び衝撃力への露出からの熱的ショック及び/又は機械的ショックからの本体612の劣化を少なくとも部分的に防ぐ。例えば、図18Bで例証される実施形態は、本体612の持続した電圧閉じ込め、点荷重(point loading)を含む高い荷重力(loading power)並びに低い又は高いサイクル疲労力に起因する破損に対する増加した強度のために具体的に構成される。   One advantage of the embodiment illustrated in FIG. 18B is that, as a result of this difference in filling efficiency in the compression zone 635 and the non-compression zone 636, the surface in compression becomes compressed, significantly more durable, It is to withstand damage or deterioration. For example, the generation of such a compressive force can form a conductive path in the body 612, thereby reducing the dielectric strength of the body 612, such as an electrolyte such as water associated with the dissolved material. , At least partially prevent intrusion, such as carbon-rich materials). The generation of such compressive forces is also the body from thermal and / or mechanical shock from exposure to temperature, pressure, chemical degradants, and impact forces that change rapidly with each combustion event. At least partially prevent 612 degradation. For example, the embodiment illustrated in FIG. 18B provides increased strength against failure due to sustained voltage confinement of body 612, high loading power including point loading, and low or high cycle fatigue forces. Specifically configured for.

圧縮区域635と組み合わされた配向される結晶粒634の別の利点は、この粒634の構成が、本体612の両端間に確立される電圧を収容するための最大絶縁耐力を提供することである。例えば、この構成は、1mm又は0.040インチ厚よりも大きい断面において2.4KV/.001インチまでの注目に値する絶縁耐力の改善を提供する。これらは、たったのおよそ1.0〜1.3KV/0.001インチの絶縁耐力をもつ、こうした新しい粒の特徴のない同じセラミック組成物に比べて、著しく高い値である。   Another advantage of the oriented grain 634 combined with the compression zone 635 is that this grain 634 configuration provides maximum dielectric strength to accommodate the voltage established across the body 612. . For example, this configuration is 2.4 KV / .0 in cross sections greater than 1 mm or 0.040 inch thick. Provides remarkable dielectric strength improvement up to 001 inches. These are significantly higher than the same ceramic composition without these new grain features, having a dielectric strength of only approximately 1.0-1.3 KV / 0.001 inch.

圧縮表面機能部を備えた上記で説明された絶縁体を生産するための幾つかのプロセスが以下で詳細に説明される。一実施形態において、例えば、本開示の実施形態に従って構成される絶縁体は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第3,689,293号によって開示された材料から作製することができる。例えば、絶縁体は、重量比で以下の成分を含む材料から作製することができる。25〜60%のSiO2、15〜35%のR23(ここで、R23は3〜15%のB23及び5〜25%のAl23である)、4〜25%のMgO+0〜7%のLi2O(ここで、MgO+Li2Oの合計は約6〜25%の間である)、2〜20%のR2O(ここで、R2Oは、0〜15%のNa2O、0〜15%のK2O、0〜15%のRb2O)、0〜15%のRb2O、及び0〜20%のCs2O、及び4〜20%のF)である。より詳細には、一実施形態において、例証となる配合物は、43.9%のSiO2、13.8%のMgO、15.7%のAl23、10.7%のK2O、8.1%のB23、及び7.9%のFからなる。他の実施形態において、しかしながら、本開示の実施形態に従って構成される絶縁体は、より多くの又はより少ない割合のこれらの成分の材料、並びに異なる材料から作製することができる。 Several processes for producing the above-described insulator with a compression surface feature are described in detail below. In one embodiment, for example, an insulator constructed in accordance with an embodiment of the present disclosure may be made from the materials disclosed by US Pat. No. 3,689,293, which is hereby incorporated by reference in its entirety. it can. For example, the insulator can be made of a material containing the following components by weight. 25% to 60% of SiO 2, 15 to 35% of the R 2 O 3 (wherein, R 2 O 3 is 3 to 15 percent of B 2 O 3 and 5-25% of Al 2 O 3), 4 ˜25% MgO + 0-7% Li 2 O (where the sum of MgO + Li 2 O is between about 6-25%), 2-20% R 2 O (where R 2 O is 0-15% of Na 2 O, 0 to 15% of K 2 O, 0-15% of Rb 2 O), 0-15% of Rb 2 O, and 0-20% of Cs 2 O, and 4 20% F). More specifically, in one embodiment, an exemplary formulation is 43.9% SiO 2 , 13.8% MgO, 15.7% Al 2 O 3 , 10.7% K 2 O. , 8.1% B 2 O 3 , and 7.9% F. In other embodiments, however, insulators constructed in accordance with embodiments of the present disclosure can be made from a greater or lesser percentage of these component materials, as well as different materials.

本開示の一実施形態によれば、絶縁体を構成する成分は、ボールミルされ、絶縁体を形成する構成成分の配合物に対して不透過性となり及び反応しないように作製されている適切な閉じたるつぼの中で溶かされる。成分は、溶かされる配合物の十分な混合を保証する期間にわたっておよそ1,400℃(例えば、2,550°F)に保たれる。溶かされたものが、次いで、冷却され、バインダ、潤滑剤、及び着火助剤(firing aid)を含む群から選択されてもよい添加剤と共に再びボールミルされる。成分は、次いで、例えば管を含む種々の所望の形状に押出され、変態温度を上回る約800℃(1,470°F)に或る時間にわたって加熱される。変態温度を上回る加熱は、フルオロマイカ(fluoromica)結晶の核生成を刺激する。押出された成分は、次いで、さらに加熱し、約850〜1,100℃(1,560〜2,010°F)で加圧成形し又は押出しすることができる。この二次加熱は、結果として得られる製品の好ましい方向への絶縁耐力を最大化するために上記で一般に説明されたような形状となるように形成される結晶をもたらす。   According to one embodiment of the present disclosure, the components that make up the insulator are ball milled and properly closed that are made impermeable and non-reactive to the blend of components that form the insulator. Melted in a crucible. The ingredients are maintained at approximately 1,400 ° C. (eg, 2,550 ° F.) for a period that ensures thorough mixing of the dissolved formulation. The melt is then cooled and ball milled again with an additive that may be selected from the group including binders, lubricants, and firing aids. The components are then extruded into various desired shapes including, for example, tubes, and heated to about 800 ° C. (1,470 ° F.) above the transformation temperature for a period of time. Heating above the transformation temperature stimulates nucleation of fluoromica crystals. The extruded component can then be further heated and pressed or extruded at about 850-1,100 ° C. (1,560-2,010 ° F.). This secondary heating results in crystals that are formed to have a shape as generally described above to maximize the dielectric strength in the preferred direction of the resulting product.

例えば、K2Mg5Si8204の組成を含むマイカガラスを含むこうした材料の結晶化は、粒の体積充填効率が増加し、対応する密度が増加する際に、発熱性の放熱を生じる。核生成、発熱性の放熱率、結晶化の特徴付け、及び結晶化温度のような変態活動は、絶縁体のフッ素含有量及び又はB23含有量の関数である。したがって、これらの変数の制御による絶縁体の処理は、歩留まり、引張強度、疲労強度、及び/又は絶縁耐力における改善を可能にすると共に、絶縁体の耐薬品性を増加させる。 For example, the crystallization of such materials, including mica glass containing the composition of K 2 Mg 5 Si 8 O 20 F 4 , increases the volume filling efficiency of the grains and reduces the exothermic heat dissipation as the corresponding density increases. Arise. Transformation activities such as nucleation, exothermic heat dissipation rate, crystallization characterization, and crystallization temperature are a function of the fluorine content and / or B 2 O 3 content of the insulator. Thus, the treatment of the insulator by controlling these variables allows for improvements in yield, tensile strength, fatigue strength, and / or dielectric strength, and increases the chemical resistance of the insulator.

これは、こうした熱間鍛造又は押出しを達成するのに用いられるマンドレルに応従することによって生じる内径のような所望の機能部をより多く又はより少なく取り囲むように形成され及び層化される104Bと併せて示される代表的な個体群(population)に良く見られる細長い及び/又は配向される結晶粒を生じるために前駆体の管をより小直径の又はより肉厚の薄い管に押出すことを含む方向付けられる鍛造(directed forming)によって設計され及び達成される場合があるように、最大絶縁耐力の重要な新しい異方性の結果を提供する。   This is 104B formed and layered so as to surround more or less of the desired functionality, such as the inner diameter produced by conforming to the mandrel used to accomplish such hot forging or extrusion. Extruding the precursor tube into smaller diameter or thinner tubes to produce elongated and / or oriented grains commonly found in representative populations shown together. It provides an important new anisotropy result of maximum dielectric strength, as may be designed and achieved by directed forming including.

別の実施形態によれば、例証される実施形態に従って粒634を少なくとも部分的に配向する及び/又は圧縮する方法は、成形され及び熱処理された製品の基体における平衡が保たれている引張応力に対して圧縮応力をかけるようになることが望まれる表面へのB23及び/又はフッ素の添加によって達成されてもよい。B23、フッ素、又は類似の作用剤のこうした添加は、半導体の中の所望の場所に添加され及び拡散されるドーパントと類似した方法で達成されてもよい。これらの作用剤はまた、スパッタリング、蒸着、塗装、及び/又はめっき(washing)によって適用される構成要素配合物の富化された配合物として適用することができる。そのうえ、これらの作用剤は、反応物の提供及び凝縮反応によって生じてもよい。 According to another embodiment, a method of at least partially orienting and / or compressing the grains 634 in accordance with the illustrated embodiment provides a tensile stress that is balanced in the substrate of the molded and heat treated product. Alternatively, it may be achieved by the addition of B 2 O 3 and / or fluorine to the surface where it is desired to become compressive stressed. Such addition of B 2 O 3 , fluorine, or similar agents may be accomplished in a manner similar to dopants that are added and diffused at desired locations in the semiconductor. These agents can also be applied as an enriched formulation of component formulations applied by sputtering, vapor deposition, painting, and / or plating. In addition, these agents may arise from the provision of reactants and condensation reactions.

圧縮荷重をかけられるようになることが望まれる表面で又は表面付近での材料の増加したB23及び/又はフッ素含有量は、フルオロマイカ結晶のより迅速な核生成を引き起こす。この核生成により、より多数のより小さい結晶が、配合物の非圧縮基体区域と比較して拡散−添加される材料と競争することになる。このプロセスは、したがって、フルオロマイカ結晶の付加的な核生成を生じるB23、フッ素、及び/又は他の作用剤での富化を受けた表面により近い圧縮区域よりも非圧縮基体区域においてより高い充填効率を提供する。結果として、望ましい表面圧縮予荷重は、点火イベント及び化学薬品に対して構成要素を強化する。 The increased B 2 O 3 and / or fluorine content of the material at or near the surface where it is desired to be able to be subjected to compressive loading causes more rapid nucleation of fluoromica crystals. This nucleation results in a larger number of smaller crystals competing with the diffusion-added material as compared to the uncompressed substrate area of the formulation. This process, therefore, in the uncompressed substrate zone rather than the compressed zone closer to the surface enriched with B 2 O 3 , fluorine, and / or other agents that results in additional nucleation of fluoromica crystals. Provides higher filling efficiency. As a result, the desired surface compression preload strengthens the component against ignition events and chemicals.

対応する基体における引張力によって平衡を保たれる圧縮力を生じる又は強化する別の方法は、圧縮状態におかれるべき対象区域を加熱することを含む。対象区域は、結晶がアモルファス構造として分解するのに十分なだけ加熱することができる。基体は、次いで、アモルファス構造の大部分を十分に保持するために急冷することができる。関係する構成要素のタイプに応じて、こうした加熱は炉の中で行われてもよい。こうした加熱はまた、抵抗加熱又は誘導加熱源からの放射によって、並びに電子ビーム又はレーザによって行われてもよい。このプロセスの別案は、所望の圧縮応力を発生させるために、熱処理し、及び/又は部分的に溶液化された(solutioned)区域に結晶化核生成及び成長刺激剤(例えば、B23及び/又はフッ素)を添加して再結晶化を迅速に提供することによって、増加した数のより小さい結晶又は粒を提供することである。 Another method of producing or strengthening a compression force that is balanced by a tensile force in the corresponding substrate involves heating the area of interest to be placed in compression. The area of interest can be heated enough to allow the crystals to decompose as an amorphous structure. The substrate can then be quenched to fully retain most of the amorphous structure. Depending on the type of component involved, such heating may be performed in a furnace. Such heating may also be done by resistance heating or radiation from an induction heating source, as well as by an electron beam or laser. Alternatives to this process include heat treatment and / or crystallization nucleation and growth stimulants (eg, B 2 O 3 ) in the partially solutioned area to generate the desired compressive stress. And / or fluorine) to provide recrystallization quickly to provide an increased number of smaller crystals or grains.

図19Aは、本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体を形成するための溶融及び押出しを含むプロセスを実施するためのシステム700aを概略的に例証する。より詳細には、例証される実施形態において、システム700aは、耐火性金属、セラミック、又はパイロリティックグラファイト材料から作製することができるるつぼ740aを含む。るつぼ740aは、白金又は白金族バリア・コーティングの薄い選択物のような適切なコンバージョン・コーティング、若しくは不透過性の及び反応しないライナを含むことができる。るつぼ740aは、上記で一般に説明されたようなレシピのチャージ741a(例えば、およそ25〜60%のSiO2、15〜35%のR23(ここで、R23は3〜15%のB23及び5〜25%のAl23である)、4〜25%のMgO+0〜7%のLi2O(ここで、MgO+Li2Oの合計は約6〜25%の間である)、2〜20%のR2O(ここで、R2Oは、0〜15%のNa2O、0〜15%のK2O、0〜15%のRb2O)、0〜15%のRb2O、及び0〜20%のCs2O、及び4〜20%のF)、又はK2Mg5Si8204のおおよその組成をもつ材料のようなマイカガラスを生産するのに適した処方を含有するチャージをロードされる。 FIG. 19A schematically illustrates a system 700a for performing a process that includes melting and extruding to form an insulator with compressive stress in a desired zone according to another embodiment of the present disclosure. More particularly, in the illustrated embodiment, system 700a includes a crucible 740a that can be made from a refractory metal, ceramic, or pyrolytic graphite material. The crucible 740a can include a suitable conversion coating, such as platinum or a thin selection of platinum group barrier coatings, or an impermeable and non-reactive liner. The crucible 740a is charged with a recipe 741a as generally described above (eg, approximately 25-60% SiO 2 , 15-35% R 2 O 3, where R 2 O 3 is 3-15% B 2 O 3 and 5 to 25 percent of Al 2 O 3) of at 4-25% of MgO + 0 to 7% of the Li 2 O (wherein the sum of MgO + Li 2 O is between about 6-25% 2-20% R 2 O (wherein R 2 O is 0-15% Na 2 O, 0-15% K 2 O, 0-15% Rb 2 O), 0-20% Mica glass such as a material having an approximate composition of 15% Rb 2 O and 0-20% Cs 2 O and 4-20% F), or K 2 Mg 5 Si 8 O 20 F 4. Loaded with a charge containing a formulation suitable for production.

るつぼは、保護雰囲気中でチャージ741aを加熱し及び溶融することができる。例えば、るつぼ740aは、例えば、抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザ加熱、誘導加熱、及び/又はこうしたエネルギー変換技術によって加熱されるソースからの放射による加熱を含む任意の適切な加熱プロセスを介してチャージ741aを加熱することができる。実質的に均一なチャージ741aを生産する適切な混合及び溶融後に、カバー又はキャップ742aがるつぼ740aの中のチャージ741aに圧力をかける。ガス源743aもまた、R23キャップ742aによってシールされるるつぼ740aの中に不活性ガス及び/又はプロセスガスを適用することができる。圧力調整器744aは、るつぼ740aの中の圧力を調整して、溶融されたチャージ741aをダイ組立体745aの中に流し込むことができる。ダイ組立体745aは、管の形状にされた誘電性本体を形成するように構成される。ダイ組立体745aは、雄マンドレル747aを受け入れる雌スリーブ746aを含む。ダイ組立体745aはまた、1つ又は複数の剛性付与するスパイダー・フィン748aを含む。形成された管は、ダイ組立体745aを通して第1のゾーン749aに流れ、そこで、形成された管が冷却されて、アモルファス材料として固化され、フルオロマイカ結晶の核生成を始める。ダイ組立体745aは、次いで、管を第2のゾーン750aに進めて、フルオロマイカ結晶の結晶化をさらに容易にするために管の壁厚を減少することによって、さらなる精製を受けさせる。 The crucible can heat and melt the charge 741a in a protective atmosphere. For example, the crucible 740a can be charged via any suitable heating process including, for example, resistance heating, electron beam heating, laser heating, induction heating, and / or heating by radiation from a source heated by such energy conversion techniques. 741a can be heated. After proper mixing and melting to produce a substantially uniform charge 741a, a cover or cap 742a applies pressure to the charge 741a in the crucible 740a. The gas source 743a can also apply an inert gas and / or process gas into the crucible 740a sealed by the R 2 O 3 cap 742a. The pressure regulator 744a can regulate the pressure in the crucible 740a to flow the molten charge 741a into the die assembly 745a. The die assembly 745a is configured to form a dielectric body shaped into a tube. The die assembly 745a includes a female sleeve 746a that receives a male mandrel 747a. The die assembly 745a also includes one or more stiffening spider fins 748a. The formed tube flows through the die assembly 745a to the first zone 749a, where the formed tube is cooled and solidified as an amorphous material and begins nucleating fluoromica crystals. The die assembly 745a then undergoes further purification by advancing the tube to the second zone 750a and reducing the wall thickness of the tube to further facilitate crystallization of the fluoromica crystals.

図19Bは、本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体を形成するための溶融及び押出しを同じく含むプロセスを実施するためのシステム700bを概略的に例証する。より詳細には、例証される実施形態において、システム700bは、耐火性金属、セラミック、又はパイロリティックグラファイト材料から作製することができるるつぼ740bを含む。るつぼ740bは、白金又は白金族バリア・コーティングの薄い選択物のような適切なコンバージョン・コーティング、若しくは不透過性の及び反応しないライナを含むことができる。るつぼ740bは、上記で一般に説明されたようなレシピのチャージ741b(例えば、およそ25〜60%のSiO2、15〜35%のR23(ここで、R23は3〜15%のB23及び5〜25%のAl23である)、4〜25%のMgO+0〜7%のLi2O(ここで、MgO+Li2Oの合計は約6〜25%の間である)、2〜20%のR2O(ここで、R2Oは、0〜15%のNa2O、0〜15%のK2O、0〜15%のRb2O)、0〜15%のRb2O、及び0〜20%のCs2O、及び4〜20%のF)、又はK2Mg5Si8204のおおよその組成をもつ材料のようなマイカガラスを生産するのに適した処方を含有するチャージをロードされる。 FIG. 19B schematically illustrates a system 700b for performing a process that also includes melting and extruding to form an insulator with compressive stress in a desired zone according to another embodiment of the present disclosure. More particularly, in the illustrated embodiment, system 700b includes a crucible 740b that can be made from a refractory metal, ceramic, or pyrolytic graphite material. The crucible 740b can include a suitable conversion coating, such as platinum or a thin selection of platinum group barrier coatings, or an impermeable and non-reactive liner. The crucible 740b is charged with a recipe 741b as generally described above (eg, approximately 25-60% SiO 2 , 15-35% R 2 O 3, where R 2 O 3 is 3-15% B 2 O 3 and 5 to 25 percent of Al 2 O 3) of at 4-25% of MgO + 0 to 7% of the Li 2 O (wherein the sum of MgO + Li 2 O is between about 6-25% 2-20% R 2 O (wherein R 2 O is 0-15% Na 2 O, 0-15% K 2 O, 0-15% Rb 2 O), 0-20% Mica glass such as a material having an approximate composition of 15% Rb 2 O and 0-20% Cs 2 O and 4-20% F), or K 2 Mg 5 Si 8 O 20 F 4. Loaded with a charge containing a formulation suitable for production.

システム700bはまた、反射組立体743bとヒータ744bとを含んでいるカバー又はキャップ742bを含む。システム700bは、真空中又はるつぼ740bとカバー742bとの間に不活性ガスを伴うような保護雰囲気中でチャージ741bを加熱し及び溶融することができる。例えば、システム700bは、るつぼヒータ745b、カバーヒータ744bを介して、及び/又は例えば、抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザ加熱、誘導加熱、及び/又はこうしたエネルギー変換技術によって加熱されるソースからの放射による加熱を含む任意の適切な加熱プロセスを介してチャージ741bを加熱することができる。実質的に均一なチャージ741bを生産する適切な混合及び溶融後に、カバー742bがるつぼ740bの中のチャージ741bに圧力をかける。ガス源746bもまた、シール境界面747bでカバー742bによってシールされるるつぼ740bの中に不活性ガス及び/又はプロセスガスを適用することができる。圧力調整器は、るつぼ740bの中の圧力を調整して、溶融されたチャージ741bをダイ組立体749bの中に流し込むことができる。ダイ組立体749bは、管の形状にされた誘電性本体を形成するように構成される。ダイ組立体749bは、雄マンドレル751bを受け入れる雌スリーブ750bを含む。ダイ組立体749bはまた、1つ又は複数の剛性付与するスパイダー・フィン752bを含むことができる。形成された管701bは、ダイ組立体749bを通して第1のゾーン753bに流れ、そこで、形成された管701bが冷却されて、アモルファス材料として固化され、フルオロマイカ結晶の核生成を始める。   System 700b also includes a cover or cap 742b that includes a reflective assembly 743b and a heater 744b. System 700b can heat and melt charge 741b in a vacuum or in a protective atmosphere with an inert gas between crucible 740b and cover 742b. For example, system 700b may emit radiation from crucible heater 745b, cover heater 744b and / or from a source heated by, for example, resistance heating, electron beam heating, laser heating, induction heating, and / or such energy conversion techniques. Charge 741b can be heated via any suitable heating process, including heating by. After proper mixing and melting to produce a substantially uniform charge 741b, cover 742b applies pressure to charge 741b in crucible 740b. The gas source 746b can also apply an inert gas and / or process gas into the crucible 740b that is sealed by the cover 742b at the seal interface 747b. The pressure regulator can regulate the pressure in the crucible 740b to flow the molten charge 741b into the die assembly 749b. Die assembly 749b is configured to form a dielectric body shaped into a tube. Die assembly 749b includes a female sleeve 750b that receives male mandrel 751b. Die assembly 749b may also include one or more stiffening spider fins 752b. The formed tube 701b flows through the die assembly 749b to the first zone 753b where the formed tube 701b is cooled and solidified as an amorphous material and begins nucleating fluoromica crystals.

結晶化された(nucleated)フルオロマイカガラスで形成された管701bを含むダイ組立体749bの少なくとも一部が、次いで、第2のダイ組立体と位置合わせされた位置702bに回転され又は他の方法で動かされる。シリンダ755bが、形成された管701bを第1のゾーン756bから第2のゾーン757に付勢する。第2のゾーン757において、第2のダイ組立体は、形成された管701bを再加熱して、結晶成長をさらに精製されるように加速し、上記で説明された好ましく配向された粒子の生産を続けることができる。形成された管701bは、次いで、第3のゾーン758bに進められ、さらなる粒子精製及び配向付けを受ける。第3のゾーン758bの選択された接触領域は、例えば、AlF3、MgF2及び/又はB23を含む粒子核生成促進剤が時折振りかけられ又は混ぜ合わされてもよい。第3のゾーン758bにおいて、形成された管701bは、フルオロマイカ結晶の結晶化をより一層容易にするために、したがって、上記で説明された領域における引張力との平衡を保ちつつ上記で説明された粒子構造に従って領域における所望の圧縮力を発生させるために、形成された管701bの壁厚の減少によってさらに精製される。その後、圧縮応力がかかった及び不透過性の表面によって生成される、並外れて高い物理的力及び絶縁耐力を含む、形成された管701bを、形成された管701bを動かすためのコンベヤ759b上に堆積することができる。 At least a portion of die assembly 749b including tube 701b formed of crystallized fluoromica glass is then rotated to position 702b aligned with the second die assembly or otherwise. It is moved by. A cylinder 755b biases the formed tube 701b from the first zone 756b to the second zone 757. In the second zone 757, the second die assembly reheats the formed tube 701b to accelerate the crystal growth to be further purified, producing the preferably oriented particles described above. Can continue. The formed tube 701b is then advanced to the third zone 758b for further particle purification and orientation. The selected contact region of the third zone 758b may be sprinkled or mixed occasionally with a particle nucleation promoter including, for example, AlF 3 , MgF 2 and / or B 2 O 3 . In the third zone 758b, the formed tube 701b is described above to make it easier to crystallize the fluoromica crystal, and thus balance with the tensile force in the region described above. Further refinement is achieved by reducing the wall thickness of the formed tube 701b to generate the desired compressive force in the region according to the grain structure. Thereafter, the formed tube 701b, which includes the exceptionally high physical and dielectric strength generated by the compressively stressed and impermeable surface, is placed on the conveyor 759b for moving the formed tube 701b. Can be deposited.

これらの改善された誘電特性をもつ絶縁性の管を生産するための代替的システム及び方法は、所望の形状、圧粉成形、及び焼結プロセスを開発するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第5,863,326号で開示されるように圧力勾配を使用する場合がある。さらに、システム及び方法は、多結晶の材料をはるかに高い絶縁耐力をもつ本質的に単結晶の材料に変換するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第5,549,746号で開示される単結晶変換プロセス、並びに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第3,608,050号で開示される成形プロセスを含むことができる。本開示の実施形態によれば、ほんのおよそ0.3〜0.4KV/0.001インチの絶縁耐力をもつ多結晶の材料(例えば、アルミナ)の、単結晶材料への変換は、少なくともおよそ1.2〜1.4KV/0.001インチの絶縁耐力を達成することができる。この改善された絶縁耐力は、本開示に係る噴射器が、例えば、燃焼室への非常に小さいポートをもつ高圧縮比ディーゼルエンジン、並びに高過給式(high−boost supercharged)及びターボチャージ式エンジンを伴う用途を含む、種々の用途で用いられることを可能にする。   Alternative systems and methods for producing insulating tubes with these improved dielectric properties are hereby incorporated by reference in their entirety to develop the desired shape, compaction, and sintering process. A pressure gradient may be used as disclosed in US Pat. No. 5,863,326, incorporated herein. Further, the system and method is described in US Pat. No. 5,549, which is hereby incorporated by reference in its entirety to convert polycrystalline material into an essentially single crystal material with much higher dielectric strength. 746, as well as the molding process disclosed in US Pat. No. 3,608,050, which is hereby incorporated by reference in its entirety. According to embodiments of the present disclosure, conversion of a polycrystalline material (eg, alumina) having a dielectric strength of only approximately 0.3-0.4 KV / 0.001 inch to a single crystal material is at least approximately 1 A dielectric strength of 2 to 1.4 KV / 0.001 inch can be achieved. This improved dielectric strength allows the injector according to the present disclosure to be used in, for example, high compression ratio diesel engines with very small ports to the combustion chamber, as well as high-boost supercharged and turbocharged engines. It can be used in various applications, including applications involving.

高い絶縁耐力をもつ絶縁体を形成するための本開示のまた別の実施形態によれば、絶縁体は、表2で例証される組成物のいずれかから形成することができる。より詳細には、表2は、本開示の幾つかの実施形態に係る酸化物に基づくおおよその重量百分率の組成物の例証となる式の選択肢を提供する。   According to yet another embodiment of the present disclosure for forming an insulator with high dielectric strength, the insulator can be formed from any of the compositions illustrated in Table 2. More specifically, Table 2 provides formula options that are illustrative of approximate weight percentage compositions based on oxides according to some embodiments of the present disclosure.

Figure 2015135116
Figure 2015135116

表2で例証される材料のような最終酸化物組成物パーセンテージを提供することになる、選択された物質前駆体は、均一溶液を提供するために、ボールミルし、覆いをしたるつぼの中でおよそ1300〜1400℃でおよそ4時間にわたって溶融させることができる。溶融物を、次いで、管を形成するためにキャストし、次いで、これをおよそ500〜600℃でアニールしてもよい。管を、次いで、およそ750℃でおよそ4時間にわたってさらに熱処理し、次いで、B23のような核生成刺激剤を振りかけてもよい。管を、次いで、核生成を刺激し、且つ所望の結晶配向をもたらすために、およそ1100〜1250℃で再成形してもよい。これらの管はまた、少なくともおよそ2.0〜2.7KV/0.001インチの絶縁耐力を提供するために、およそ4時間にわたってさらに熱処理してもよい。 The selected substance precursor, which will provide the final oxide composition percentage, such as the material illustrated in Table 2, is approximately ball milled and covered in a covered crucible to provide a homogeneous solution. It can be melted at 1300-1400 ° C. for approximately 4 hours. The melt may then be cast to form a tube, which may then be annealed at approximately 500-600 ° C. The tube may then be further heat treated at approximately 750 ° C. for approximately 4 hours and then sprinkled with a nucleation stimulant such as B 2 O 3 . The tube may then be reshaped at approximately 1100-1250 ° C. to stimulate nucleation and provide the desired crystal orientation. These tubes may also be further heat treated for approximately 4 hours to provide a dielectric strength of at least approximately 2.0-2.7 KV / 0.001 inch.

またさらなる実施形態において、均一溶液を、ボールミルし、良好な管表面をもたらすために、周囲温度での押出しのための適切なバインダ及び潤滑添加剤を加えてもよい。結果として得られた管を、次いで、少なくともおよそ1.9〜2.5KV/.001インチの絶縁耐力と改善された物理的強度を提供するために、B23のような核生成刺激剤を含有するフィルムで被覆し、熱処理してもよい。例えば、押出された管の「真円度」又は管の外形を含む、管の適切な寸法を保持する能力に応じて、類似の高い誘電特性及び物理的強度特性を提供するために、より短い時間にわたってより高い熱処理温度が提供されてもよい。 In still further embodiments, suitable binders and lubricating additives for extrusion at ambient temperature may be added to ball mill the homogeneous solution and provide a good tube surface. The resulting tube is then at least approximately 1.9 to 2.5 KV /. To provide a 001 inch dielectric strength and improved physical strength, it may be coated with a film containing a nucleation stimulant such as B 2 O 3 and heat treated. Depending on the ability to retain the appropriate dimensions of the tube, including, for example, the “roundness” of the extruded tube or the outer shape of the tube, it is shorter to provide similar high dielectric and physical strength properties. Higher heat treatment temperatures may be provided over time.

上記で説明された誘電体材料を生産するためのシステム及び方法の実施形態は、材料の種々の組合せの絶縁耐力の改善を容易にし、これにより低いエネルギー密度の燃料を燃焼するのに要求される高電圧の閉じ込めの非常に難しい問題を解決する。例えば、高い絶縁耐力の材料を備える噴射器は、極めて堅牢とすることができ、固体、液体、及び蒸気の低温の混合物から過熱ディーゼル燃料、並びに他のタイプの燃料に至るまで変化する燃料で作動可能である。   Embodiments of the system and method for producing dielectric materials described above facilitate the improvement of dielectric strength of various combinations of materials, and thereby are required to burn low energy density fuels. Solve the very difficult problem of high voltage confinement. For example, injectors with high dielectric strength materials can be extremely robust and operate with fuels that vary from cold mixtures of solids, liquids and vapors to superheated diesel fuels and other types of fuels Is possible.

燃料噴射器及び関連する構成要素
本明細書で説明される噴射器のいずれかは、上記で説明された誘電体材料のいずれかを含むように構成することができる。例えば、図20は、上記で説明された特性を有する誘電絶縁体を組み入れる本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器810の側断面図である。例証される噴射器810は、図1を参照して上記で説明された噴射器110の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、図20に示すように、噴射器810は、ベース部814とノズル部818との間に延びる中間部816を有する本体812を含む。ノズル部818は、ノズル部818の端が燃焼室804との境界面に位置するようにエンジンヘッド807を少なくとも部分的に通して延びる。本体812は、燃料が噴射器810を通して流れるように、その一部を通して延びるチャネル863をさらに含む。他の構成要素もまた、チャネル863を通ることができる。例えば、噴射器810は、コントローラ又はプロセッサ826に作動関係で結合されるアクチュエータ822をさらに含む。アクチュエータ822はまた、弁又はクランプ部材860に結合される。アクチュエータ822は、ベース部814におけるドライバ824からノズル部818におけるフローバルブ820までチャネル863を通して延びる。特定の実施形態において、アクチュエータ822は、例えば、無線トランスデューサ・ノードと共に、光ファイバ、電気信号ファイバ、及び/又は音響通信ファイバを含む、ケーブル又はロッド組立体とすることができる。以下で詳細に説明されるように、アクチュエータ822は、フローバルブ820を作動させて、燃焼室804の中に複数の燃料バーストを迅速に導入させるように構成される。アクチュエータ822はまた、燃焼特性を検出し、及び/又はコントローラ826に送信することができる。
Fuel Injector and Related Components Any of the injectors described herein can be configured to include any of the dielectric materials described above. For example, FIG. 20 is a cross-sectional side view of an injector 810 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure that incorporates a dielectric insulator having the characteristics described above. The illustrated injector 810 includes several features that are generally similar in structure and function to the corresponding features of the injector 110 described above with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 20, the injector 810 includes a body 812 having an intermediate portion 816 extending between a base portion 814 and a nozzle portion 818. The nozzle portion 818 extends at least partially through the engine head 807 such that the end of the nozzle portion 818 is located at the interface with the combustion chamber 804. The body 812 further includes a channel 863 extending through a portion thereof so that fuel flows through the injector 810. Other components can also pass through channel 863. For example, the injector 810 further includes an actuator 822 operatively coupled to the controller or processor 826. Actuator 822 is also coupled to valve or clamp member 860. Actuator 822 extends through channel 863 from driver 824 in base portion 814 to flow valve 820 in nozzle portion 818. In certain embodiments, the actuator 822 can be a cable or rod assembly that includes, for example, an optical fiber, an electrical signal fiber, and / or an acoustic communication fiber along with a wireless transducer node. As described in detail below, the actuator 822 is configured to actuate the flow valve 820 to rapidly introduce multiple fuel bursts into the combustion chamber 804. Actuator 822 can also detect and / or send combustion characteristics to controller 826.

例証される実施形態の1つの特徴によれば、アクチュエータ822は、閉位置において対応する弁座872に接触してとどまる状態でフローバルブ820を保持する。より詳細には、ベース部814は、1つ又は複数の力発生器861(概略的に示される)を含む。力発生器861は、電磁力発生器、圧電力発生器、又は他の適切なタイプの力発生器とすることができる。力発生器861は、ドライバ824を動かす力を生じるように構成される。ドライバ824は、クランプ部材860をアクチュエータ822と共に動かすためにクランプ部材860と接触する。例えば、力発生器861は、クランプ部材860を引っ張り、且つアクチュエータ822に張力をかけるために、ドライバ824に対して作用する力を生じることができる。張力をかけられたアクチュエータ822は、フローバルブ820を閉位置にある弁座872に保持する。力発生器861がドライバ824に対して作用する力を生じないとき、アクチュエータ822が弛緩され、これによりフローバルブ820が燃焼室804の中に燃料を導入できるようになる。   According to one feature of the illustrated embodiment, the actuator 822 holds the flow valve 820 while remaining in contact with the corresponding valve seat 872 in the closed position. More particularly, the base portion 814 includes one or more force generators 861 (shown schematically). The force generator 861 can be an electromagnetic force generator, a piezoelectric power generator, or other suitable type of force generator. The force generator 861 is configured to generate a force that moves the driver 824. Driver 824 contacts clamp member 860 to move clamp member 860 with actuator 822. For example, force generator 861 can generate a force that acts on driver 824 to pull clamp member 860 and tension actuator 822. The tensioned actuator 822 holds the flow valve 820 on the valve seat 872 in the closed position. When the force generator 861 does not produce a force acting on the driver 824, the actuator 822 is relaxed, which allows the flow valve 820 to introduce fuel into the combustion chamber 804.

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ノズル部818は、フローバルブ820の作動及び位置決めを容易にする幾つかの引き付けることができる構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態において、フローバルブ820は、第1の強磁性材料から作製することができ、又は他の方法で(例えば、フローバルブ820の一部のめっきを介して)第1の強磁性材料を組み入れることができる。ノズル部818は、第1の強磁性材料に引き付けられる対応する第2の強磁性材料を支えることができる。例えば、弁座872は第2の強磁性材料を組み入れることができる。このように、これらの引き付けることができる構成要素は、フローバルブ820を弁座872の中央に配置するのを助けるとともに、フローバルブ820の迅速な作動を容易にすることができる。他の実施形態において、フローバルブ820を弁座872の少なくとも部分的に中央に配置するために、アクチュエータ822は、1つ又は複数のセンターライン・ベアリング(図示せず)を通ることができる。   According to yet another feature of the illustrated embodiment, the nozzle portion 818 can include a number of attractable components that facilitate operation and positioning of the flow valve 820. For example, in one embodiment, the flow valve 820 can be made from a first ferromagnetic material, or otherwise (eg, via plating of a portion of the flow valve 820) the first ferromagnetic material. Material can be incorporated. The nozzle portion 818 can support a corresponding second ferromagnetic material that is attracted to the first ferromagnetic material. For example, the valve seat 872 can incorporate a second ferromagnetic material. In this manner, these attractable components can help place the flow valve 820 in the center of the valve seat 872 and facilitate rapid operation of the flow valve 820. In other embodiments, the actuator 822 can pass through one or more centerline bearings (not shown) to center the flow valve 820 at least partially in the valve seat 872.

噴射器810のこれらの引き付けることができる構成要素(例えば、フローバルブ820と関連付けられる磁気構成要素)を作動させるためにエネルギーを提供することで、フローバルブ820の閉鎖を促進するとともに、フローバルブ820に対して作用する増加した閉鎖力を提供することができる。したがって、こうした構成は、フローバルブ820の極めて迅速な開放及び閉鎖サイクルタイムを可能にすることができる。フローバルブ820の一部に電気伝導性を提供する別の利点は、最初の火花又はプラズマ生成のための電圧の印加が、弁座872の表面付近を通る燃料をイオン化する可能性があることである。これはまた、完全点火及び燃焼をさらに促進するために、燃焼室804に隣接する燃料と空気をイオン化することができる。   Providing energy to actuate these attractable components of the injector 810 (eg, magnetic components associated with the flow valve 820) facilitates closing of the flow valve 820 and provides flow valve 820. Can provide an increased closing force acting against. Thus, such a configuration can allow very rapid opening and closing cycle times of the flow valve 820. Another advantage of providing electrical conductivity to a portion of the flow valve 820 is that application of a voltage for initial spark or plasma generation may ionize fuel passing near the surface of the valve seat 872. is there. This can also ionize the fuel and air adjacent to the combustion chamber 804 to further promote full ignition and combustion.

例証される実施形態において、ベース部814はまた、伝熱フィン(例えば螺旋フィン)のような熱伝達機能部865を含む。ベース部814はまた、熱伝達機能部865の周りを流れることができる冷却液を導入するための第1の取付具862a、並びに、冷却液がベース部814を出ることを可能にする第2の取付具862bを含む。噴射器のこうした冷却は、膨張すると急速に冷える燃料のような低温燃料が用いられるときに凝縮及び/又は氷が生成するのを少なくとも部分的に防ぐことができる。しかしながら、高温燃料が用いられるときには、こうした熱交換は、燃焼室への通路内に収容された燃料の蒸気圧を局所的に減少させ又は維持し、且つ望ましくない時点でのドリブリングを防ぐのに使用されてもよい。   In the illustrated embodiment, the base portion 814 also includes a heat transfer feature 865, such as a heat transfer fin (eg, a helical fin). The base portion 814 also has a first fitting 862a for introducing coolant that can flow around the heat transfer feature 865, and a second that allows the coolant to exit the base portion 814. Includes a fixture 862b. Such cooling of the injector can at least partially prevent condensation and / or ice formation when low temperature fuel is used, such as fuel that cools rapidly upon expansion. However, when high temperature fuels are used, such heat exchange can be used to locally reduce or maintain the vapor pressure of the fuel contained in the passage to the combustion chamber and to prevent dribbling at undesired times. May be.

例証される実施形態の別の特徴によれば、フローバルブ820は、燃焼室804のイベントを監視するための計装876を支えるように構成することができる。例えば、フローバルブ820は、石英又はサファイアのような概して透明な材料から作製されたボール弁とすることができる。特定の実施形態において、ボール弁820は、ボール弁820の内部に計装876(例えば、センサ、トランスデューサなど)を支えることができる。一実施形態において、例えば、エンジンヘッド807の面と概して平行な平面内でボール弁820を切断することによって、ボール弁820の中にキャビティを形成することができる。このように、ボール弁820は、ベース部877並びにレンズ部878に分けることができる。計装876を受け入れるために、ベース部877の中に円錐形キャビティのようなキャビティを形成することができる。次いで、ボール弁820の概して球形の形状を保持するために、ベース部877にレンズ部878を再び取り付ける(例えば接着する)ことができる。このように、ボール弁820は、計装876を燃焼室804の境界面に隣接して配置する。したがって、計装876は、例えば、圧力、温度、動きのデータを含む燃焼データを計測し及び通信することができる。他の実施形態において、フローバルブ820は、計装876を保護する処理面を含むことができる。例えば、フローバルブ820の面は、ダイヤモンド状めっき、サファイア、光学的に透明な六方晶の窒化ホウ素、BN−AlN複合材、酸窒化アルミニウム(Al23O27N5スピネルを含むAlON)、アルミン酸マグネシウムスピネル、及び/又は他の適切な保護材料のような比較的不活性な物質を堆積することによって保護されてもよい。   According to another feature of the illustrated embodiment, the flow valve 820 can be configured to support an instrumentation 876 for monitoring an event in the combustion chamber 804. For example, the flow valve 820 can be a ball valve made from a generally transparent material such as quartz or sapphire. In certain embodiments, the ball valve 820 can support an instrumentation 876 (eg, sensor, transducer, etc.) within the ball valve 820. In one embodiment, a cavity may be formed in the ball valve 820, for example, by cutting the ball valve 820 in a plane generally parallel to the plane of the engine head 807. As described above, the ball valve 820 can be divided into the base portion 877 and the lens portion 878. A cavity, such as a conical cavity, can be formed in the base portion 877 to receive the instrumentation 876. The lens portion 878 can then be reattached (eg, glued) to the base portion 877 to retain the generally spherical shape of the ball valve 820. Thus, the ball valve 820 places the instrumentation 876 adjacent to the interface of the combustion chamber 804. Thus, the instrumentation 876 can measure and communicate combustion data including, for example, pressure, temperature, and motion data. In other embodiments, the flow valve 820 can include a processing surface that protects the instrumentation 876. For example, the surface of the flow valve 820 can be diamond-like plating, sapphire, optically clear hexagonal boron nitride, BN-AlN composite, aluminum oxynitride (AlON including Al23O27N5 spinel), magnesium aluminate spinel, and / or Alternatively, it may be protected by depositing a relatively inert material such as other suitable protective materials.

図20に示すように、本体812は、中間部816からノズル部818に延びる導電めっき874を含む。導電めっき874は、導電体又はケーブル864に結合される。ケーブル864はまた、噴射器810にエネルギーを送達するのに適した圧電、誘導性、容量性、又は高電圧回路のような発電機に結合することができる。導電めっき874は、ノズル部818にエネルギーを送達するように構成される。例えば、弁座872における導電めっき874は、エンジンヘッド807の対応する導電部と共に点火イベント(例えば、火花又はプラズマ)を発生させる第1の電極として作用することができる。   As shown in FIG. 20, the main body 812 includes a conductive plating 874 extending from the intermediate portion 816 to the nozzle portion 818. Conductive plating 874 is coupled to a conductor or cable 864. Cable 864 can also be coupled to a generator, such as a piezoelectric, inductive, capacitive, or high voltage circuit, suitable for delivering energy to injector 810. The conductive plating 874 is configured to deliver energy to the nozzle portion 818. For example, the conductive plating 874 in the valve seat 872 can act as a first electrode that generates an ignition event (eg, spark or plasma) with a corresponding conductive portion of the engine head 807.

例証される実施形態の別の特徴によれば、ノズル部818は、火花侵食(spark erosion)に耐える材料からなる外部スリーブ868を含むことができる。スリーブ868はまた、導電めっき874(例えば、ノズル部818の電極)との間で伝達されるスパーク堆積された材料に耐えることができる。そのうえ、ノズル部818は、熱及び燃焼室を劣化させる他の因子から噴射器810を少なくとも部分的に保護するように構成される強化されたヒート・ダム又は保護部866をさらに含むことができる。保護部866はまた、燃焼室804の中の温度、熱的及び機械的ショック、及び/又は圧力イベントのような燃焼パラメータを計測し又は監視するための1つ又は複数のトランスデューサ又はセンサを含むことができる。   According to another feature of the illustrated embodiment, the nozzle portion 818 can include an outer sleeve 868 made of a material that is resistant to spark erosion. The sleeve 868 can also withstand spark deposited material transferred to and from the conductive plating 874 (eg, the electrode of the nozzle portion 818). In addition, the nozzle portion 818 can further include an enhanced heat dam or protector 866 configured to at least partially protect the injector 810 from heat and other factors that degrade the combustion chamber. The protector 866 also includes one or more transducers or sensors for measuring or monitoring combustion parameters such as temperature, thermal and mechanical shocks, and / or pressure events in the combustion chamber 804. Can do.

同じく図20に示されるように、中間部816とノズル部818は、上記で説明された実施形態に従って構成することができる誘電絶縁体を含む。より詳細には。例証される実施形態において、中間部816は、第2の絶縁体817bを少なくとも部分的に取り囲む第1の絶縁体817aを含む。第2の絶縁体817bは、中間部816からノズル部818に延びる。したがって、少なくとも第2の絶縁体817bのセグメントは、燃焼室804に隣接して配置される。一実施形態において、第2の絶縁体817bは、第1の絶縁体817aよりも大きい絶縁耐力を有することができる。このように、第2の絶縁体817bは、燃焼室804の近傍の厳しい燃焼条件に耐えるように構成することができる。他の実施形態において、しかしながら、噴射器810は、単一の材料から作製された絶縁体を含むことができる。   As also shown in FIG. 20, the intermediate portion 816 and the nozzle portion 818 include a dielectric insulator that can be configured in accordance with the embodiments described above. More details. In the illustrated embodiment, the intermediate portion 816 includes a first insulator 817a that at least partially surrounds the second insulator 817b. The second insulator 817 b extends from the intermediate part 816 to the nozzle part 818. Accordingly, at least the segment of the second insulator 817b is disposed adjacent to the combustion chamber 804. In one embodiment, the second insulator 817b can have a greater dielectric strength than the first insulator 817a. In this manner, the second insulator 817b can be configured to withstand severe combustion conditions in the vicinity of the combustion chamber 804. In other embodiments, however, the injector 810 can include an insulator made from a single material.

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ノズル部818における第2の絶縁体817bの少なくとも一部は、燃焼室804から離間することができる。これは、ノズル部818のエンジンヘッド807(例えば、第2の電極)と導電めっき874(例えば、第1の電極)との間に空気スペース870のギャップ又は体積を形成する。噴射器810は、燃料噴射イベントの前にスペース870の中でイオン化空気のプラズマを生成することができる。このイオン化空気のプラズマ発射は、プラズマに入る燃料の燃焼を加速することができる。そのうえ、このプラズマ発射は、所定の燃焼室特徴に従って迅速に燃焼する燃料の形状に影響を及ぼすことができる。同様に、噴射器810はまた、高エネルギープラズマを生じるために燃料の構成要素をイオン化することができ、これはまた、燃焼する燃料の分布パターンの形状に影響を及ぼす又は変化させることができる。   According to yet another feature of the illustrated embodiment, at least a portion of the second insulator 817 b in the nozzle portion 818 can be spaced from the combustion chamber 804. This creates a gap or volume of the air space 870 between the engine head 807 (eg, second electrode) of the nozzle portion 818 and the conductive plating 874 (eg, first electrode). The injector 810 can generate a plasma of ionized air in the space 870 prior to the fuel injection event. This plasma firing of ionized air can accelerate the combustion of fuel entering the plasma. In addition, this plasma firing can affect the shape of the rapidly burning fuel according to the predetermined combustion chamber characteristics. Similarly, the injector 810 can also ionize fuel components to produce a high energy plasma, which can also affect or change the shape of the burning fuel distribution pattern.

噴射器810は、噴射される燃料のスーパーキャビテーション又は突然のガス化をもたらすことによって、噴射される燃料の燃焼及び分布の特性をさらに調整することができる。より詳細には、本開示のさらなる実施形態を参照して以下で詳細に説明されるように、フローバルブ820及び/又は弁座872は、これらの構成要素を通過して流れる燃料の突然のガス化をもたらすような状態に形成することができる。例えば、フローバルブ820は、弁座872と接触するフローバルブの一部に1つ又は複数の鋭い縁をもつ段差を有してもよい。そのうえ、フローバルブ820の開放及び閉鎖の周波数はまた、噴射される燃料の突然のガス化を誘起することができる。この突然のガス化は、迅速に流入する液体燃料、又は液体燃料成分と固体燃料成分との混合物から、ガス又は蒸気を生じる。例えば、この突然のガス化は、液体燃料がフローバルブ820の表面の周りに送られて燃焼室に入る際に、蒸気を生じることができる。燃料の突然のガス化は、噴射される燃料が、ガス化されない燃料よりも一層迅速に且つ完全に燃焼できるようにする。そのうえ、噴射される燃料の突然のガス化は、例えば、従来の噴射される燃料パターンの概して円錐形のパターンとは大きく異なる突き出た楕円(projected ellipsoid)を含む、異なる燃料噴射パターン又は形状を生じることができる。またさらなる実施形態において、噴射される燃料の突然のガス化は、種々の他の燃料点火及び燃焼強化技術と共に使用されてもよい。例えば、突然のガス化は、液体燃料の過熱、プラズマ、及び/又は発射される燃料バーストの音響的勢い(acoustical impetus)と組み合わせることができる。これらの強化された燃料バーストの点火は、液体燃料成分の触媒点火と比べたときに、はるかに少ない触媒並びに触媒面積を要求する。   The injector 810 can further adjust the combustion and distribution characteristics of the injected fuel by providing super cavitation or sudden gasification of the injected fuel. More particularly, as will be described in detail below with reference to further embodiments of the present disclosure, the flow valve 820 and / or the valve seat 872 may have a sudden gas of fuel flowing through these components. It can be formed in such a state as to bring about chemical conversion. For example, the flow valve 820 may have a step with one or more sharp edges in the portion of the flow valve that contacts the valve seat 872. Moreover, the frequency of opening and closing the flow valve 820 can also induce a sudden gasification of the injected fuel. This sudden gasification produces gas or vapor from rapidly flowing liquid fuel or a mixture of liquid and solid fuel components. For example, this sudden gasification can produce steam as the liquid fuel is sent around the surface of the flow valve 820 and enters the combustion chamber. Sudden gasification of the fuel allows the injected fuel to burn more quickly and completely than non-gasified fuel. Moreover, sudden gasification of the injected fuel results in different fuel injection patterns or shapes including, for example, projected ellipsoids that differ significantly from the generally conical pattern of conventional injected fuel patterns. be able to. In still further embodiments, sudden gasification of injected fuel may be used with various other fuel ignition and combustion enhancement techniques. For example, sudden gasification can be combined with liquid fuel overheating, plasma, and / or acoustic impetus of a fired fuel burst. These enhanced fuel burst ignitions require much less catalyst as well as catalyst area when compared to catalytic ignition of liquid fuel components.

図21は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器910の側断面図である。噴射器910は、上記で説明された噴射器と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器910は、上記で説明された特性を含む1つ又は複数の高電圧誘電絶縁体917(第1の絶縁体917a及び第2の絶縁体917bとして個々に識別される)を含む。第2の絶縁体917bは、燃焼室904に隣接するノズル部918を少なくとも部分的に取り囲む。したがって、第2の絶縁体917bは、第1の絶縁体917bよりも大きい絶縁耐力を有することができる。第2の絶縁体917bはまた、ノズル部918での厳しい作動条件に耐えるために、(例えば、圧縮応力をかけられた外面により)より大きい機械的強度を有することができる。   FIG. 21 is a cross-sectional side view of an injector 910 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The injector 910 includes several features that are generally similar in structure and function to the injectors described above. For example, the injector 910 includes one or more high voltage dielectric insulators 917 (identified individually as a first insulator 917a and a second insulator 917b) that include the characteristics described above. The second insulator 917 b at least partially surrounds the nozzle portion 918 adjacent to the combustion chamber 904. Accordingly, the second insulator 917b can have a higher dielectric strength than the first insulator 917b. The second insulator 917b can also have greater mechanical strength (eg, due to a compressive stressed outer surface) to withstand harsh operating conditions at the nozzle portion 918.

噴射器910はまた、ベース部914とノズル部918との間に延びる中間部916を有する本体912を含む。ノズル部918は、ノズル部918の端が燃焼室904との境界面に位置するようにエンジンヘッド907を少なくとも部分的に通して延びる。本体912は、燃料が噴射器910を通して流れるように、その一部を通して延びるチャネル963をさらに含む。他の構成要素もまた、チャネル963を通ることができる。例えば、噴射器910は、コントローラ又はプロセッサ926に作動関係で結合されるアクチュエータ922をさらに含む。アクチュエータ922はまた、ベース部914におけるドライバ924に作動関係で結合される。適切なドライバに関するさらなる詳細は、図23を参照して以下で説明される。図21で例証される実施形態において、アクチュエータ922は、ドライバ924からノズル部918におけるフローバルブ920までチャネル963を通して延びる。特定の実施形態において、アクチュエータ922は、例えば、無線トランスデューサ・ノードと共に、光ファイバ、電気信号ファイバ、及び/又は音響通信ファイバを含む、ケーブル又はロッド組立体とすることができる。アクチュエータ922は、フローバルブ920を作動させて、燃焼室904の中に複数の燃料バーストを迅速に導入させるように構成される。アクチュエータ922はまた、燃焼特性を検出し、及び/又はコントローラ926に送信することができる。フローバルブ920が閉位置にあるとき、フローバルブ920は弁座972に接触してとどまる。   The injector 910 also includes a body 912 having an intermediate portion 916 that extends between the base portion 914 and the nozzle portion 918. The nozzle portion 918 extends at least partially through the engine head 907 such that the end of the nozzle portion 918 is located at the interface with the combustion chamber 904. The body 912 further includes a channel 963 extending through a portion thereof so that fuel flows through the injector 910. Other components can also pass through channel 963. For example, the injector 910 further includes an actuator 922 that is operatively coupled to a controller or processor 926. Actuator 922 is also operatively coupled to driver 924 in base portion 914. Further details regarding suitable drivers are described below with reference to FIG. In the embodiment illustrated in FIG. 21, actuator 922 extends through channel 963 from driver 924 to flow valve 920 in nozzle portion 918. In certain embodiments, the actuator 922 can be a cable or rod assembly including, for example, an optical fiber, an electrical signal fiber, and / or an acoustic communication fiber along with a wireless transducer node. Actuator 922 is configured to actuate flow valve 920 to rapidly introduce multiple fuel bursts into combustion chamber 904. Actuator 922 can also detect and / or send combustion characteristics to controller 926. When the flow valve 920 is in the closed position, the flow valve 920 remains in contact with the valve seat 972.

ベース部914は、噴射器910の中に燃料を導入するための燃料入口ポート902を含む。特定の実施形態において、入口ポート902は、燃料が噴射器910に入る際に漏れるかどうかを監視するように構成される漏れ検出機能部を含んでもよい。例えば、入口ポート902、又は噴射器910の他の部分は、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる同時係属の米国特許出願第10/236,820号及び第09/716,664号で開示されるように「タートルテール(tattletale)」燃料監視措置を含むことができる。   Base portion 914 includes a fuel inlet port 902 for introducing fuel into injector 910. In certain embodiments, the inlet port 902 may include a leak detection feature that is configured to monitor whether fuel leaks as it enters the injector 910. For example, the inlet port 902, or other portion of the injector 910, may be co-pending US patent application Ser. Nos. 10 / 236,820 and 09 / 716,664, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. Can include a “tailletale” fuel monitoring measure.

ベース部914はまた、同軸ボビン932の周りの磁気巻線961の磁極構成要素903を含む。ボビン932は、ドライバ924の一方向の動きのためのリニア・ベアリングとして働くことができる内径表面933を含む。磁極構成要素903は、それらの間の燃料漏れを防ぐためにボビン932に対してシールすることができる。例えば、磁極構成要素903は、1つ又は複数の溝と対応するOリング930とを含むことができる。そのうえ、ボビン932は、同じくそれらの間の燃料漏れを防ぐために絶縁体917に対してシールすることができる。例えば、絶縁体917は、1つ又は複数の溝と対応するOリング938とを含むことができる。   Base portion 914 also includes a magnetic pole component 903 of magnetic winding 961 around coaxial bobbin 932. Bobbin 932 includes an inner diameter surface 933 that can serve as a linear bearing for unidirectional movement of driver 924. The pole components 903 can be sealed to the bobbin 932 to prevent fuel leakage between them. For example, the pole component 903 can include one or more grooves and a corresponding O-ring 930. Moreover, the bobbins 932 can also be sealed to the insulator 917 to prevent fuel leakage between them. For example, the insulator 917 can include one or more grooves and a corresponding O-ring 938.

噴射器910は、金属合金ケース924及び導電めっき又はスリーブ974に接続するための絶縁体917を通してエネルギー(例えば、スパーク、プラズマ、交流プラズマ、抵抗加熱などの定時発生のための高電圧)を送達するための、エネルギー・ポート964をさらに含む。導電スリーブ974は、燃焼室904の中で点火イベントを生じるためにノズル部918にエネルギーを伝導する。より詳細には、導電スリーブ974は、ノズル部918によって支えられる第1の電極又はカバー部921にエネルギーを伝導する。カバー部921は、フローバルブ920を少なくとも部分的に覆う、点火及び燃料流量調整装置とすることができる。エンジンヘッド907の一部は、点火イベントのためにカバー921と対応して第2の電極として作用することができる。   The injector 910 delivers energy (eg, high voltage for on-time generation such as spark, plasma, AC plasma, resistance heating, etc.) through an insulator 917 to connect to the metal alloy case 924 and conductive plating or sleeve 974. An energy port 964 is further included. The conductive sleeve 974 conducts energy to the nozzle portion 918 to generate an ignition event in the combustion chamber 904. More specifically, the conductive sleeve 974 conducts energy to the first electrode or cover portion 921 supported by the nozzle portion 918. The cover portion 921 can be an ignition and fuel flow regulator that at least partially covers the flow valve 920. A portion of the engine head 907 can act as a second electrode corresponding to the cover 921 for an ignition event.

他の実施形態において、ドライバ924の下流の部分に位置する圧電又は磁歪ドライバ934に動力を与えることを介して、点火イベントのためのエネルギーを提供することができる。そのうえ、燃焼室904に入るのに極めて制限的な領域をもつ用途では、絶縁体917(例えば、上記で説明されたように渦巻き状に巻かれた層化された絶縁体)の中の導体を介してノズル部918の導電めっき974及び/又はカバー部921に高い電圧が送達されてもよい。この実施形態において、導体は、電圧発生源に結合されるように絶縁体917からベース部914を通して延びることができる。より詳細には、導体は、磁極構成要素903の第1のポート906及び第2のポート908を通してベース部914を出ることができる。本開示のソレノイド組立体の作動のための電力を提供する及び/又は電力を調整する(例えば、火花又はプラズマ発生)のに適したシステムは、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,122,816号及び第7,349,193号で開示される。   In other embodiments, energy for an ignition event can be provided via powering a piezoelectric or magnetostrictive driver 934 located downstream of the driver 924. Moreover, for applications that have a very restricted area for entering the combustion chamber 904, conductors in the insulator 917 (eg, a layered insulator wound in a spiral as described above) may be used. A high voltage may be delivered to the conductive plating 974 and / or the cover portion 921 of the nozzle portion 918. In this embodiment, the conductor can extend from the insulator 917 through the base portion 914 to be coupled to a voltage source. More particularly, the conductor can exit the base portion 914 through the first port 906 and the second port 908 of the pole component 903. Systems suitable for providing power and / or regulating power (eg, spark or plasma generation) for operation of the disclosed solenoid assemblies are each hereby incorporated by reference in their entirety. U.S. Pat. Nos. 4,122,816 and 7,349,193.

本開示の別の実施形態によれば、噴射器910のノズル部918は、燃焼室904からの熱伝達を制限するように構成されるヒート・ダム又は保護部966を含む。そのうえ、ベース部914は、熱伝達機能部965(例えば、伝熱フィン)を含むことができる。噴射器910は、熱伝達機能部965の周りに流れる伝熱流体を収容することができる。伝熱流体は、およそ70〜120℃(160〜250°F)の適切なサーモスタット温度のような比較的一定の温度に維持することができる。従って、低温燃料(cold fuel)(例えば、低温の燃料(cryogenic fuel))が噴射器910を通して流れるときに大気中の水分から霜又は氷が生成するのを防ぐために、熱伝達機能部965の周りに流れる伝熱流体は、噴射器910の作動温度を維持することができる。   According to another embodiment of the present disclosure, the nozzle portion 918 of the injector 910 includes a heat dam or protector 966 that is configured to limit heat transfer from the combustion chamber 904. Moreover, the base portion 914 can include a heat transfer function portion 965 (eg, heat transfer fins). The injector 910 can accommodate a heat transfer fluid that flows around the heat transfer function unit 965. The heat transfer fluid may be maintained at a relatively constant temperature, such as a suitable thermostat temperature of approximately 70-120 ° C (160-250 ° F). Accordingly, around the heat transfer function 965 to prevent the formation of frost or ice from atmospheric moisture when cold fuel (eg, cryogenic fuel) flows through the injector 910. The heat transfer fluid flowing to the can maintain the operating temperature of the injector 910.

噴射器910は、適切な空気圧入力、油圧入力、圧電入力、及び/又は電気機械式入力に応答して、燃焼室904の中に燃料を噴射するように構成される。例えば、電気機械式又は電磁作動を考えると、磁気巻線961に印加される電流が、ドライバ924に面する軟磁性材料に磁極を生み出す。この磁気力は、ドライバ924の移動を誘起し、これによりアクチュエータ922に張力をかけて、フローバルブ920を弁座972と接触させて閉位置に保持する。電流が反転されるか又はもはや印加されないとき、ドライバ924は、アクチュエータ922に張力をかけず、これにより燃料がフローバルブ920を通過して流れることを可能にする。   The injector 910 is configured to inject fuel into the combustion chamber 904 in response to an appropriate pneumatic input, hydraulic input, piezoelectric input, and / or electromechanical input. For example, considering electromechanical or electromagnetic actuation, the current applied to the magnetic winding 961 creates a magnetic pole in the soft magnetic material facing the driver 924. This magnetic force induces movement of the driver 924, thereby applying tension to the actuator 922 and bringing the flow valve 920 into contact with the valve seat 972 and holding it in the closed position. When current is reversed or no longer applied, driver 924 does not tension actuator 922, thereby allowing fuel to flow through flow valve 920.

特定の実施形態において、噴射器910は、燃料の迅速なバーストを噴射するときにアクチュエータ922の望ましくない移動及び/又は残留する動きをなくすように構成される。噴射器910はまた、光ファイバ計装のような計装を含むことができるアクチュエータ922の中心線位置合わせを保証するように構成することができる。例えば、噴射器は、アクチュエータ922を位置合わせするための本体912のチャネル963の中に位置決めされる1つ又は複数の構成要素又は組立体を含むことができる。より詳細には、図22Aは、アクチュエータを位置合わせするための本開示の実施形態に従って構成されるオープントラス管組立体1080の側面図である。図22Bは、図22Aの線22B−22Bに実質的に沿って見たトラス組立体1080の断面正面図である。図22A及び図22Bを共に参照すると、例証される実施形態において、トラス組立体1080は、アクチュエータ922を取り囲む多くの編まれたファイバ1082を含む。ファイバ1082は、光ファイバ、電気ファイバ、計装トランスデューサ、及び/又は強化ファイバを含むことができる。これらのファイバ1082は、トラス組立体1080が噴射器の中のアクチュエータ922と位置合わせされるようにアクチュエータ922の周りに編む又はコイル状にすることができる。1082の外側ファイバに適した材料は、グラファイト、ダイヤモンド被覆されたグラファイト、ファイバーグラス、フィラメント、又はファイバセラミックス、ポリエーテルエーテルケトン(polyetheretherkeytone)、及び種々の適切なフルオロポリマーを含むことができる。これらの材料は、アクチュエータ922がトラス組立体1080の中で軸方向に動くことを可能にするために所望の断面係数及び低摩擦特性を提供するように構成することができる。例えば、特定の実施形態において、トラス管組立体1080の内径は、例えば、硫化モリブデン、ダイヤモンド状炭素、窒化ホウ素、又は種々の適切なポリマーを含む減摩コーティングで超仕上げされ及び/又は被覆されてもよい。これらの表面処理は、摩擦低減、侵食保護、熱伝達、及び他の減摩目的を達成するために種々の組合せで使用されてもよい。アクチュエータ922を位置合わせすることに加えて、トラス組立体1080はまた、作動中のアクチュエータの共振リンギング(resonant ringing)、ホイッピング(whipping)、又は軸方向の跳躍(springing)を防ぐ。   In certain embodiments, the injector 910 is configured to eliminate undesirable movement and / or residual movement of the actuator 922 when injecting a quick burst of fuel. The injector 910 can also be configured to ensure centerline alignment of the actuator 922, which can include instrumentation such as fiber optic instrumentation. For example, the injector can include one or more components or assemblies that are positioned in the channel 963 of the body 912 for aligning the actuator 922. More particularly, FIG. 22A is a side view of an open truss tube assembly 1080 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure for aligning actuators. 22B is a cross-sectional front view of truss assembly 1080 viewed substantially along line 22B-22B of FIG. 22A. Referring to FIGS. 22A and 22B together, in the illustrated embodiment, the truss assembly 1080 includes a number of braided fibers 1082 that surround the actuator 922. The fiber 1082 can include optical fibers, electrical fibers, instrumentation transducers, and / or reinforcing fibers. These fibers 1082 can be knitted or coiled around the actuator 922 so that the truss assembly 1080 is aligned with the actuator 922 in the injector. Suitable materials for the 1082 outer fiber can include graphite, diamond-coated graphite, fiberglass, filaments, or fiber ceramics, polyetheretherketone, and various suitable fluoropolymers. These materials can be configured to provide desired section modulus and low friction properties to allow the actuator 922 to move axially within the truss assembly 1080. For example, in certain embodiments, the inner diameter of truss tube assembly 1080 is superfinished and / or coated with an anti-friction coating comprising, for example, molybdenum sulfide, diamond-like carbon, boron nitride, or various suitable polymers. Also good. These surface treatments may be used in various combinations to achieve friction reduction, erosion protection, heat transfer, and other anti-friction purposes. In addition to aligning the actuator 922, the truss assembly 1080 also prevents resonant ringing, whipping, or axial springing of the actuator during operation.

図22Cは、アクチュエータ922を位置合わせし、且つ望ましくない共振リンギング、ホイッピング、又は軸方向の跳躍を防ぐための、本開示の別の実施形態に従って構成されるトラス組立体1081の側面図である。図22Dは、図22Cの線22D−22Dに実質的に沿って見た断面正面図である。図22C及び図22Dを共に参照すると、トラス組立体1081は、連続して及びアクチュエータ922を取り巻く構成で配置された、複数のつる巻きばね(helical spring)又はバイアス部材1083を含む。したがって、作動時には、個々のばね1083の周波数が互いに打ち消し合い、これによりアクチュエータ922を安定化させる。   FIG. 22C is a side view of a truss assembly 1081 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure to align the actuator 922 and prevent unwanted resonant ringing, whipping, or axial jumping. 22D is a cross-sectional front view taken substantially along line 22D-22D in FIG. 22C. Referring to FIGS. 22C and 22D together, the truss assembly 1081 includes a plurality of helical springs or biasing members 1083 arranged in series and in a configuration surrounding the actuator 922. Thus, in operation, the frequencies of the individual springs 1083 cancel each other, thereby stabilizing the actuator 922.

図22Eは、アクチュエータ1022を位置合わせするためのガイド部材1090を含む、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器1010の部分側断面図である。より詳細には、例証される噴射器1010は、本明細書で開示された他の噴射器と構造及び機能が概して類似した機能部を有することができる。例えば、図22Eで例証される噴射器1010は、ドライバ1024とフローバルブ1020との間で本体1012を通して延びるアクチュエータ1022を含む。例証される実施形態において、しかしながら、ガイド部材1090は、ドライバ1024から下流の場所でアクチュエータ1022を少なくとも部分的に取り囲む。ガイド部材1090は、アクチュエータ1022を支持し、且つアクチュエータ1022の望ましくない共振リンギング、ホイッピング、及び/又は軸方向の跳躍を防ぐ。例証される実施形態において、ガイド部材1090は、ドライバ1024に隣接する第1の部分1091と、フローバルブ1020に隣接する第2の部分1092とを含む。第1の部分1091はアクチュエータ1022を取り囲む第1の内径を有し、第2の部分1092はアクチュエータ1022を取り囲む第2の内径を有する。図22Eに示すように、第2の内径は第1の内径よりも小さく、これにより、噴射器のノズル部の中でフローバルブ1020に隣接するアクチュエータ1029をより密接して支持する。そのうえ、特定の実施形態において、ガイド部材1090は、燃料バーストに対する勢いを発生させるために用いることができる圧電装置、音響装置、及び/又は磁気電気装置を組み入れることができる。ガイド部材1090はまた、燃焼室の状態を検出し及び通信するための計装、トランスデューサ、及び/又はセンサを組み入れることができる。   FIG. 22E is a partial cross-sectional side view of an injector 1010 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure including a guide member 1090 for aligning the actuator 1022. More particularly, the illustrated injector 1010 can have functionalities that are generally similar in structure and function to other injectors disclosed herein. For example, the injector 1010 illustrated in FIG. 22E includes an actuator 1022 that extends through the body 1012 between the driver 1024 and the flow valve 1020. In the illustrated embodiment, however, guide member 1090 at least partially surrounds actuator 1022 at a location downstream from driver 1024. Guide member 1090 supports actuator 1022 and prevents undesirable resonant ringing, whipping and / or axial jumping of actuator 1022. In the illustrated embodiment, guide member 1090 includes a first portion 1091 adjacent to driver 1024 and a second portion 1092 adjacent to flow valve 1020. The first portion 1091 has a first inner diameter that surrounds the actuator 1022, and the second portion 1092 has a second inner diameter that surrounds the actuator 1022. As shown in FIG. 22E, the second inner diameter is smaller than the first inner diameter, thereby more closely supporting the actuator 1029 adjacent to the flow valve 1020 within the nozzle portion of the injector. Moreover, in certain embodiments, the guide member 1090 can incorporate a piezoelectric device, an acoustic device, and / or a magnetoelectric device that can be used to generate momentum against the fuel burst. Guide member 1090 may also incorporate instrumentation, transducers, and / or sensors to detect and communicate combustion chamber conditions.

図23は、本開示の別の実施形態に従って構成されるドライバ1124の側断面図である。ドライバ1124は、上記で説明されたドライバと構造及び機能が概して類似した機能部を含む。例証される実施形態において、ドライバは、アクチュエータに結合されると共に、燃料がそれを通して流れることを可能にするように構成される。より詳細には、ドライバ1124は、第2の端部1142とは反対側の第1の端部1140を有する本体1138を含む。本体1138はまた、それを通して延びるチャネル1144を含む。チャネル1144は、本体1138の第2の端部1142で多くのより小さいチャネル又は通路に分岐する。例えば、第2の端部1142は、燃料がドライバ1124を通して流れる及び出ることを可能にするために燃料流路1146(第1の燃料流路1146a及び第2の燃料の流路1146bとして個々に識別される)を含む。第2の端部1142はまた、アクチュエータを受け入れるように構成されるアクチュエータ通路1148を含む。   FIG. 23 is a cross-sectional side view of a driver 1124 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. Driver 1124 includes functional units that are generally similar in structure and function to the drivers described above. In the illustrated embodiment, the driver is coupled to the actuator and is configured to allow fuel to flow therethrough. More particularly, the driver 1124 includes a body 1138 having a first end 1140 opposite the second end 1142. The body 1138 also includes a channel 1144 extending therethrough. Channel 1144 branches into a number of smaller channels or passages at second end 1142 of body 1138. For example, the second end 1142 may be individually identified as a fuel flow path 1146 (first fuel flow path 1146a and second fuel flow path 1146b to allow fuel to flow through and out of the driver 1124. Included). Second end 1142 also includes an actuator passage 1148 configured to receive an actuator.

特定の実施形態において、ドライバ1124は、噴射器から燃料を噴射するために力を提供するように構成することができる。例えば、ドライバ1124は、燃料噴射バーストを修正し又は強化するために音響的力を提供することができる。一実施形態において、ドライバ1124は、コンポジット化された強磁性材料から作製することができる。他の実施形態において、ドライバ1124は、音響的勢いを生じるためにラミネートされた磁歪トランスデューサ材料又は圧電材料を備えることができる。ドライバ1124におけるこうした機能を提供するのに適した方法は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第5,980,251号で説明されるように、所望の材料のラミネーションを含む。そのうえ、こうした所望の音響的勢いを生み出すのに適した圧電方法は、Valpey Fisher Corporationによって提供される以下の教材、すなわち、Quartz Crystal Oscillator Training Seminar、Jim Socki著、Crystal Engineering、2000年11月、で提供される。 In certain embodiments, the driver 1124 can be configured to provide force to inject fuel from the injector. For example, the driver 1124 can provide an acoustic force to correct or enhance the fuel injection burst. In one embodiment, driver 1124 can be made from a composite ferromagnetic material. In other embodiments, the driver 1124 can comprise a magnetostrictive transducer material or a piezoelectric material laminated to produce an acoustic momentum. Suitable methods for providing such functionality in the driver 1124 include, for example, lamination of the desired material as described in US Pat. No. 5,980,251, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Including. Moreover, a suitable piezoelectric method for generating such desired acoustic momentum is the following material provided by Valpey Fisher Corporation: Quartz Crystal Oscillator Training Seminar , Jim Socci, Crystal Engineering, 2000, 11th. Provided.

図21を再び参照すると、噴射器910は、フローバルブ920を少なくとも部分的にカバーする、ノズル部918によって支えられる点火及び流量調整装置又はカバー921を含む。カバー921は、カバー921をエンジンヘッドの対応する第2の電極と共に点火イベントを発生させる第1の電極とすることができるように、1つ又は複数の導電構成要素を含む。カバー921は、燃焼特性を監視し及び/又は検出するように構成される噴射器910の構成要素を保護するように構成することができる。カバー921はまた、噴射される燃料の形状、パターン、及び/又は相に影響を及ぼすように構成することができる。例えば、カバー921は、上記で説明されたように噴射される燃料の突然のガス化を誘起するように構成することができる。   Referring again to FIG. 21, the injector 910 includes an ignition and flow regulator or cover 921 supported by a nozzle portion 918 that at least partially covers the flow valve 920. The cover 921 includes one or more conductive components so that the cover 921 can be a first electrode that generates an ignition event with a corresponding second electrode of the engine head. The cover 921 can be configured to protect components of the injector 910 that are configured to monitor and / or detect combustion characteristics. The cover 921 can also be configured to affect the shape, pattern, and / or phase of the injected fuel. For example, the cover 921 can be configured to induce a sudden gasification of the injected fuel as described above.

カバー921のさらなる詳細は、図24Aを参照して説明される。より詳細には、図24Aは、本開示の実施形態に従って構成される第1のカバー1221aの正面図である。例証される実施形態において、第1のカバー1221aは、第1のカバー1221aを通して燃焼室の中への所望の燃料浸透及び燃料流量を生じるために、複数のスロット及び穴を含む。第1のカバー1221aはまた、燃焼室に対するスパーク、プラズマ、触媒、又は熱面点火のための点火器として作用する。第1のカバー1221aの穴及びスロットは、燃焼特性を監視するための燃焼室への部分的露出を提供する。より詳細には、第1のカバー1221aは、複数の半径方向に延びる第1のスロット1223と第2のスロット1227とを含む。図24Aに示すように、第1のスロット1223は、第2のスロット1227に比べてより短い長さ及びより大きい厚さを有する。第1のカバー1221aはまた、スロットの間でカバーの周りに輪状に間隔をおいて配置された複数の第1の穴1225と、カバーの中央部における第2の穴1229とを含む。第1のカバー1221aの、並びに本明細書で説明される他のカバーにおけるスロット及び/又は穴は、所望の燃料流量及び燃焼率を達成するために燃焼室面に関して直角又は非直角に設定することができる。   Further details of the cover 921 are described with reference to FIG. 24A. More specifically, FIG. 24A is a front view of a first cover 1221a configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the first cover 1221a includes a plurality of slots and holes to produce the desired fuel penetration and fuel flow through the first cover 1221a into the combustion chamber. The first cover 1221a also acts as a spark, plasma, catalyst, or hot surface igniter for the combustion chamber. The holes and slots in the first cover 1221a provide partial exposure to the combustion chamber for monitoring combustion characteristics. More specifically, the first cover 1221 a includes a plurality of radially extending first slots 1223 and second slots 1227. As shown in FIG. 24A, the first slot 1223 has a shorter length and a greater thickness than the second slot 1227. The first cover 1221a also includes a plurality of first holes 1225 spaced annularly around the cover between the slots and a second hole 1229 in the center of the cover. Slots and / or holes in the first cover 1221a, and in other covers described herein, should be set perpendicular or non-perpendicular with respect to the combustion chamber surface to achieve the desired fuel flow rate and combustion rate. Can do.

図24Aの第1のカバー1221aは、1つの例証となるパターン又はスロット及び穴を表すが、他の実施形態は、所望の噴射特性及び点火特性のために構成される異なるパターンを含むことができる。例えば、図24Bは、多くの鋭い縁部を含む本開示の別の実施形態に従って構成される第2の点火及び流量調整装置又はカバー1221bの側面図であり、図24Cはその側面図である。図24B及び図24Cを共に参照すると、第2のカバー1221bは、第2のカバー1221bの中央部から半径方向外向きに延びる複数のスロット1223を含む。スロット1223は、底面1224から延びる電極部1231の間に形成される。電極部1231は、さらにエンジンヘッドの対応する電極部と共に(even with)点火を生み出すように構成される。第2のカバー1221bはまた、第2のカバー1221bの中央部に穴1229を含む。したがって、穴1229を通して、並びに電極部1231と底面1224との間のギャップ1233を通して、燃焼特性を監視することができる。   The first cover 1221a of FIG. 24A represents one illustrative pattern or slot and hole, but other embodiments can include different patterns configured for the desired injection and ignition characteristics. . For example, FIG. 24B is a side view of a second ignition and flow regulator or cover 1221b configured in accordance with another embodiment of the present disclosure that includes a number of sharp edges, and FIG. 24C is a side view thereof. Referring to FIGS. 24B and 24C together, the second cover 1221b includes a plurality of slots 1223 extending radially outward from the central portion of the second cover 1221b. The slot 1223 is formed between the electrode portions 1231 extending from the bottom surface 1224. The electrode portion 1231 is further configured to create an ignition with a corresponding electrode portion of the engine head. The second cover 1221b also includes a hole 1229 in the center of the second cover 1221b. Accordingly, combustion characteristics can be monitored through the hole 1229 and through the gap 1233 between the electrode portion 1231 and the bottom surface 1224.

幾つかの場合には、点火イベントのためにスパーク、プラズマ、熱面、及び/又は触媒点火を組み合わせることが望ましい場合がある。触媒点火のために、例えば、電極部1231及び/又は点火点1232は、白金族金属又は白金黒のような触媒を含むことができる。熱面点火のために、電極部1231及び/又は点火点1232は、火花又はプラズマ侵食及び輸送の結果として堆積される針状構造を含む堆積物を含むことができる。こうした堆積物は、点火点1232に隣接して生じるプラズマの発生のために電圧極性を時折反転させること及び/又は交流を使用することによって、電極部1231の間で動かされる場合がある。   In some cases it may be desirable to combine spark, plasma, hot surface, and / or catalytic ignition for an ignition event. For catalyst ignition, for example, the electrode portion 1231 and / or the ignition point 1232 can include a catalyst such as a platinum group metal or platinum black. For hot surface ignition, the electrode portion 1231 and / or the ignition point 1232 can include deposits including needle-like structures that are deposited as a result of sparks or plasma erosion and transport. Such deposits may be moved between the electrode portions 1231 by occasionally reversing the voltage polarity and / or using alternating current for the generation of plasma that occurs adjacent to the ignition point 1232.

例証される実施形態の1つの利点は、第2のカバー1221bが、燃焼特性を監視するのに用いられるセンサ又はトランスデューサに対する保護を提供できることである。別の利点は、電極部1231の間に延びるスロット1223が多くの点火発生点1232を生み出す又は点火を開始するために熱面として作用することである。第2のカバー1221bは多くの点火点1232を有するので、第2のカバー1221bは、延長された使用(extended use)に特に合う。例えば、点火点1232のうちの1つが詰まった又は他の方法で劣化した若しくは作動不能となった場合であっても、第2のカバー1221bは、点火をもたらすのに依然として多くの他の点火点1232を有する。   One advantage of the illustrated embodiment is that the second cover 1221b can provide protection for sensors or transducers used to monitor combustion characteristics. Another advantage is that the slot 1223 extending between the electrode portions 1231 creates a number of ignition points 1232 or acts as a hot surface to initiate ignition. Since the second cover 1221b has a number of ignition points 1232, the second cover 1221b is particularly suited for extended use. For example, even if one of the ignition points 1232 is clogged or otherwise degraded or rendered inoperable, the second cover 1221b still has many other ignition points to provide ignition. 1232.

図24Dは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される第3のカバー1221cの等角図であり、図24Eは正面図であり、及び図24Fは、図24Eの線24F−24Fに実質的に沿って見た側断面図である。例証される実施形態において、第3のカバー1221cは、ベース部1224から離間された第1の表面1226を含む。穴1229は、第1の表面1226の中央部を通して延び、複数のスロット1223は、第1の表面1226とベース部1224との間で第3のカバー1221cを通して延びる。上記で説明された実施形態と同様に、穴1229とスロット1223は、噴射器によって支えられる計装が燃焼特性を監視することを可能にする。例証される実施形態において、スロット1223は、第1の表面1226からおよそ45度の角度で第3のカバー1221cを通して延びる。他の実施形態において、しかしながら、スロット1223は、第3のカバー1221cにより大きい又は小さい角度をもって形成することができる。第3のカバー1221cは、ベース部1224を通して延びる通路1237をさらに含み、それを通して燃料が第3のカバー1221cを通り抜ける。   24D is an isometric view of a third cover 1221c configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure, FIG. 24E is a front view, and FIG. 24F is substantially in line 24F-24F of FIG. 24E. It is the sectional side view seen along. In the illustrated embodiment, the third cover 1221 c includes a first surface 1226 that is spaced from the base portion 1224. The hole 1229 extends through the center of the first surface 1226, and the plurality of slots 1223 extend through the third cover 1221c between the first surface 1226 and the base portion 1224. Similar to the embodiments described above, the holes 1229 and slots 1223 allow the instrumentation supported by the injector to monitor combustion characteristics. In the illustrated embodiment, the slot 1223 extends from the first surface 1226 through the third cover 1221c at an angle of approximately 45 degrees. In other embodiments, however, the slot 1223 can be formed in the third cover 1221c with a larger or smaller angle. The third cover 1221c further includes a passage 1237 extending through the base portion 1224, through which fuel passes through the third cover 1221c.

図21を再び参照すると、幾つかの用途において、燃焼室904の中で発生した燃焼圧が噴射器910に入るのを防ぐために、ノズル部918に機械逆止め弁を有することが望ましい場合がある。したがって、特定の実施形態において、ノズル部918は、ノズル部918によって支えられるベアリング・ガイド943と位置合わせされる機械逆止め弁を含むことができる。図25A〜図25Cは、本開示の一実施形態に従って構成されるこうした逆止め弁1345を例証する。より詳細には、図25Aは逆止め弁1345の等角図であり、図25Bは背面図であり、図25Cは、図25Bの線25C−25Cに実質的に沿って見た側断面図である。図25A〜図25Cを共に参照すると、例証される実施形態において、逆止め弁1345は、ベース部1347から延びる突出部1351を含む。突出部1351は、対応する噴射器のノズル部の中に少なくとも部分的に受け入れられるように構成される。逆止め弁1345は、ベース部1347から突出部1351に延びる流れ面1353を含む。突出部1351において、流れ面1353は、インペラ・フィン又はスロット1349を含む。逆止め弁1345は、燃焼室に面するように構成される燃焼面1357をさらに含む。開口部又はスロット1355は、燃焼面1357から逆止め弁1345の中に延びる。開口部1355は、図21のベアリング・ガイド943を少なくとも部分的に受け入れることができる。   Referring again to FIG. 21, in some applications, it may be desirable to have a mechanical check valve in the nozzle portion 918 to prevent combustion pressure generated in the combustion chamber 904 from entering the injector 910. . Thus, in certain embodiments, the nozzle portion 918 can include a mechanical check valve that is aligned with a bearing guide 943 supported by the nozzle portion 918. FIGS. 25A-25C illustrate such a check valve 1345 configured in accordance with one embodiment of the present disclosure. More specifically, FIG. 25A is an isometric view of check valve 1345, FIG. 25B is a rear view, and FIG. 25C is a side cross-sectional view taken substantially along line 25C-25C in FIG. 25B. is there. Referring to FIGS. 25A-25C together, in the illustrated embodiment, the check valve 1345 includes a protrusion 1351 extending from the base portion 1347. The protrusion 1351 is configured to be received at least partially within the nozzle portion of the corresponding injector. The check valve 1345 includes a flow surface 1353 that extends from the base 1347 to the protrusion 1351. In the protrusion 1351, the flow surface 1353 includes impeller fins or slots 1349. Check valve 1345 further includes a combustion surface 1357 configured to face the combustion chamber. An opening or slot 1355 extends from the combustion surface 1357 into the check valve 1345. The opening 1355 can at least partially receive the bearing guide 943 of FIG.

作動時には、逆止め弁1345は、電磁石によって又は弁座内に組み入れられる永久磁石によって提供されるような燃焼室の圧力、機械ばね、及び/又は磁気力によって閉位置の方に付勢されてもよい。対応する弁座を通した所与の燃料の流れの正圧が逆止め弁1345を開いて、燃料が流れること、これにより燃焼室の中に噴射されることを可能にする。この流れは、燃料が燃焼室の中に流れる際に逆止め弁1345を開位置に保持するために、コアンダ効果を生み出すことができる。特定の実施形態において、逆止め弁1345のコアンダ効果位置決めに対応する流速と圧力との関係性(例えば、それに従って送達される燃料と燃焼室の圧力との間の比を含む)が監視されてもよい。この情報は、水素及び一酸化炭素のような熱化学再生の生成物をさらに含む付加的な順列と共に又は付加的な順列なしにそれらの多くの順列を含む、液体、過熱液体、又は蒸気として送達されてもよいガソリン、ディーゼル、アンモニア、プロパン、アルコール燃料、及び種々の他の燃料のような燃料に有用である可能性がある。   In operation, the check valve 1345 may be biased toward the closed position by combustion chamber pressure, mechanical springs, and / or magnetic forces as provided by an electromagnet or by a permanent magnet incorporated within the valve seat. Good. The positive pressure of a given fuel flow through the corresponding valve seat opens the check valve 1345, allowing the fuel to flow and thereby be injected into the combustion chamber. This flow can create a Coanda effect to hold the check valve 1345 in the open position as the fuel flows into the combustion chamber. In certain embodiments, the relationship between flow rate and pressure corresponding to the Coanda effect positioning of check valve 1345 (including, for example, the ratio between the fuel delivered accordingly and the pressure in the combustion chamber) is monitored. Also good. This information is delivered as a liquid, superheated liquid, or vapor, including many permutations with or without additional permutations that further include products of thermochemical regeneration such as hydrogen and carbon monoxide It may be useful for fuels such as gasoline, diesel, ammonia, propane, alcohol fuel, and various other fuels that may be used.

例証される実施形態の1つの特徴によれば、逆止め弁1345は、燃料の燃焼を強化するために交互ゾーンにおいて燃料の濃厚な流れを生じるように構成される。例えば、螺旋インペラ・フィン又はスロット1349は、交互ゾーンにおいてより濃厚な燃料の流れも生じながら、逆止め弁1345に角速度を付与する目的で働く。この設計機能部は、強化された混合率の結果として燃料のより迅速な燃焼を容易にするのに用いられてもよい。この設計機能部はまた、角運動量をもって燃焼室に入った又は燃焼室の幾何学的形状によってスワールを有するように誘起されている空気又は別のオキシダントの中に燃料が推進される際に、向流流路(counter flow path)に従って噴射される燃料を衝突させるため、並びに、直交流路(cross flow path)に従って剪断混合を生じさせるために使用されてもよい。したがって、逆止め弁1345は、噴射される燃料に時計回りの動き又は反時計回りの動きのための角運動量を提供して、燃焼室表面への熱伝達を最小化すると共に、熱放出プロセスの望ましい加速を生じるように構成されてもよい。   According to one feature of the illustrated embodiment, the check valve 1345 is configured to produce a rich flow of fuel in alternating zones to enhance fuel combustion. For example, the helical impeller fins or slots 1349 serve to provide an angular velocity to the check valve 1345 while also producing a richer fuel flow in alternating zones. This design feature may be used to facilitate faster combustion of fuel as a result of enhanced mixing ratio. This design feature also works when fuel is propelled into air or another oxidant that has entered the combustion chamber with angular momentum or is induced to have a swirl by the combustion chamber geometry. It may be used to impinge fuel injected along a counter flow path as well as to cause shear mixing according to a cross flow path. Accordingly, the check valve 1345 provides the injected fuel with an angular momentum for clockwise or counterclockwise movement to minimize heat transfer to the combustion chamber surface and reduce the heat release process. It may be configured to produce the desired acceleration.

次に図26Aに移ると、図26Aは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器1410の側断面図である。噴射器1410は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器1410は、比較的小さいディーゼルエンジンにおけるエンジンヘッド1407の非常に小さいポート内に嵌め込む(fit)するのに特に合う。例えば、噴射器1410は、ベース部1414とノズル部1418との間に延びる中間部1416を含む。例証される実施形態において、噴射器1410は、ドライバ電機子1424と共に電磁回路の一部として強磁性合金ケース1402を使用する。ドライバ1424は、普通は中間部1416におけるドライバ1424の下流の第1の磁気又は機械バイアス部材又はばね1435に接触してとどまる。ドライバはまた、普通は中間部1416のカウンタボア1433の中のドライバ1424の上流の第2のバイアス部材1413に接触してとどまることができる。ソレノイド巻線に印加される電流が、ドライバ1424を噴射器1410の縦軸に沿って直線的に動かす。ケース1402はまた、上記で詳細に説明される絶縁体のいずれかを含むことができる高い絶縁耐力のセラミック絶縁体1417を収容し及び保護する。絶縁体1417は、ノズル部1418に点火エネルギーを送達する目的で伝導管又はめっき1408を絶縁する。例えば、ケーブル1438は、燃焼室1404の境界面で点火部材又はカバー1421に点火エネルギーを伝導するめっき1408に点火エネルギーを供給することができる。   Turning now to FIG. 26A, FIG. 26A is a cross-sectional side view of an injector 1410 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. The injector 1410 includes several functional parts that are generally similar in structure and function to the corresponding functional parts of the injector described above. For example, the injector 1410 is particularly suited to fit within a very small port of the engine head 1407 in a relatively small diesel engine. For example, the injector 1410 includes an intermediate portion 1416 that extends between the base portion 1414 and the nozzle portion 1418. In the illustrated embodiment, the injector 1410 uses a ferromagnetic alloy case 1402 as part of an electromagnetic circuit with a driver armature 1424. Driver 1424 normally remains in contact with a first magnetic or mechanical biasing member or spring 1435 at intermediate portion 1416 downstream of driver 1424. The driver can also stay in contact with the second biasing member 1413, usually upstream of the driver 1424 in the counter bore 1433 of the intermediate portion 1416. The current applied to the solenoid winding moves the driver 1424 linearly along the longitudinal axis of the injector 1410. Case 1402 also houses and protects a high dielectric strength ceramic insulator 1417, which can include any of the insulators described in detail above. The insulator 1417 insulates the conductive tube or plating 1408 for the purpose of delivering ignition energy to the nozzle portion 1418. For example, the cable 1438 may supply ignition energy to the plating 1408 that conducts ignition energy to the ignition member or cover 1421 at the interface of the combustion chamber 1404.

図26Bは、点火部材1421を例証する噴射器1410の正面図である。図26A及び図26Bを共に参照すると、点火部材1421は、スパーク、プラズマ、熱面及び/又は触媒刺激のような点火イベントを生み出すための複数の半径方向の点火点1412を含む。点火点1412に加えて、点火部材1421は、上記で説明されたように燃焼室1404の中に燃料を投入するための複数の孔を含む。噴射器1410の使用に要求されるスペースを最小にするための付加的な機能部は、ベース部1414からノズル部1418に延びる燃料送達通路1442によって提供されてもよい。マルチシリンダ・エンジンでは、燃料送達通路1442は、適切な燃料分配器マニホルドへの1つ又は複数の可撓性送達導管に結合することができる。   FIG. 26B is a front view of an injector 1410 illustrating the ignition member 1421. Referring to FIGS. 26A and 26B together, the ignition member 1421 includes a plurality of radial ignition points 1412 for generating ignition events such as spark, plasma, hot surface and / or catalyst stimulation. In addition to the ignition point 1412, the ignition member 1421 includes a plurality of holes for injecting fuel into the combustion chamber 1404 as described above. Additional features to minimize the space required for use of the injector 1410 may be provided by a fuel delivery passage 1442 that extends from the base portion 1414 to the nozzle portion 1418. In a multi-cylinder engine, the fuel delivery passage 1442 can be coupled to one or more flexible delivery conduits to a suitable fuel distributor manifold.

作動時には、電磁巻線に印加される電流が、ドライバ1424を巻線1411及び磁極片1441の方に引き付けて、加圧された燃料を噴射器1410の中に引き込む。ドライバ1424は、アクチュエータ1422を保護し且つ接続してクランプするポリエーテルエーテルケトン(polyetheretherkeytone)のような高い物理的強度及び絶縁耐力のポリマーシースの一部であってもよい止めクランプ1460に突き当たる。アクチュエータ1422は、ノズル部1418の中のフローバルブ1420に結合される。フローバルブ1420は、弁座1425の中に受け入れられる。特定の実施形態において、アクチュエータ1422は、導管又は光ファイバの種々のストランドの群を組み入れるロッド又はケーブルを含むことができる。そのうえ、フローバルブ1420と弁座は強磁性とすることができる。ノズル部1418は、同じく強磁性とすることができる逆止め弁1458をさらに含む。逆止め弁1458は、中空ベアリング管1426を通して延び、燃焼室1404での圧力測定のためのアクセスと、温度及び動きの描写(delineation)のための包括的ビューを提供する。これは、ピストン速度及び加速の判定のためのピストンの動き、吸込み期間、圧縮期間、噴射期間、点火期間、火炎伝播期間、パワー期間、及び排気期間における燃焼室の圧力、並びに、ピストン、シリンダ壁、弁、及びヘッド表面を含む燃焼室構成要素の温度と共に燃焼温度を含む、燃焼室の状態及びイベントの監視を提供する。光ファイバ・フィラメント及び他の計装通信構成要素(例えば、電気伝導性計装ファイバの複数の層化された絶縁体を含む)は、磁極片1441の燃料送達通路1432を通して延びる。   In operation, current applied to the electromagnetic winding attracts driver 1424 toward winding 1411 and pole piece 1441 and draws pressurized fuel into injector 1410. The driver 1424 strikes a stop clamp 1460 that may be part of a high physical strength and dielectric strength polymer sheath, such as polyetheretherketone, that protects and connects and clamps the actuator 1422. Actuator 1422 is coupled to flow valve 1420 in nozzle portion 1418. The flow valve 1420 is received in the valve seat 1425. In certain embodiments, the actuator 1422 can include rods or cables that incorporate groups of various strands of conduits or optical fibers. In addition, the flow valve 1420 and the valve seat can be ferromagnetic. The nozzle portion 1418 further includes a check valve 1458 that can also be ferromagnetic. Check valve 1458 extends through hollow bearing tube 1426 and provides access for pressure measurement in combustion chamber 1404 and a comprehensive view for temperature and motion delineation. This includes piston movement, suction period, compression period, injection period, ignition period, flame propagation period, power period, and exhaust period pressure for determining piston speed and acceleration, and piston, cylinder wall Provides combustion chamber condition and event monitoring, including combustion temperature as well as combustion chamber component temperatures including valves and head surfaces. Fiber optic filaments and other instrumentation communication components (eg, including multiple layered insulators of electrically conductive instrumentation fibers) extend through the fuel delivery passages 1432 of the pole pieces 1441.

図26A及び図26Bに示すように、燃焼室1404へのアクセスを提供するエンジンヘッド1407のポートでの噴射器1410の直径を最小にするために、ケーシング1402とエネルギー供給ケーブル1438とを含む噴射器1410の全径が最小にされる。そのうえ、アクチュエータ1422は、噴射器1410を通して内部で送ることができる。アクチュエータ1422からの通信ファイバは、シールを通して出口を通してベース部1414を出ることができ、外部コントローラ、プロセッサ、又はメモリに結合される。同様に、絶縁されたケーブル1440は、例えば、ドライバ1424を含む1つ又は複数の圧電又は磁歪デバイスを駆動する電力を送達するために、ベース部1414を通して送られてもよい。   An injector that includes a casing 1402 and an energy supply cable 1438 to minimize the diameter of the injector 1410 at the port of the engine head 1407 that provides access to the combustion chamber 1404, as shown in FIGS. 26A and 26B. The total diameter of 1410 is minimized. Moreover, the actuator 1422 can be routed internally through the injector 1410. Communication fibers from the actuator 1422 can exit the base 1414 through the outlet through the seal and are coupled to an external controller, processor, or memory. Similarly, an insulated cable 1440 may be routed through the base portion 1414 to deliver power that drives one or more piezoelectric or magnetostrictive devices including, for example, a driver 1424.

幾つかの用途において、逆止め弁1458は、図25A〜図25Cを参照して上記で説明された逆止め弁1345と概して類似したインペラ・フィン又はスロットを有するように構成することができる。これらのインペラ・フィン又はスロットは、交互ゾーンにおいてより濃厚な燃料の流れを生じるために、燃料に角速度を付与することができ、これによりノズル部1418から放出されるタイプの燃料バースト又はパターンを強化することができる。この設計機能部は、強化された混合率の結果として燃料のより迅速な燃焼を容易にするため、角運動量をもって燃焼室に入った又は燃焼室の幾何学的形状によってスワールを有するように誘起されている空気又は別のオキシダントの中に燃料が推進される際に、向流流路に従って衝突させるため、及び/又は直交流路に従って剪断混合を生じさせるために用いられてもよい。したがって、逆止め弁1458は、燃料の時計回りの動き又は反時計回りの動きのための角運動量を提供して、燃焼室表面への熱伝達を最小化すると共に、熱放出プロセスの望ましい加速を生じるように構成されてもよい。   In some applications, the check valve 1458 can be configured to have an impeller fin or slot that is generally similar to the check valve 1345 described above with reference to FIGS. 25A-25C. These impeller fins or slots can impart an angular velocity to the fuel to produce a richer fuel flow in alternating zones, thereby enhancing the type of fuel burst or pattern emitted from the nozzle section 1418 can do. This design feature is induced to enter the combustion chamber with angular momentum or have a swirl by the combustion chamber geometry to facilitate faster combustion of the fuel as a result of the enhanced mixing ratio. It may be used to impinge according to the countercurrent flow path and / or cause shear mixing according to the orthogonal flow path as the fuel is propelled into the air or another oxidant. Thus, the check valve 1458 provides angular momentum for the clockwise or counterclockwise movement of the fuel to minimize heat transfer to the combustion chamber surface and to provide the desired acceleration of the heat release process. It may be configured to occur.

次に図27Aを参照すると、図27Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器1500の側断面図である。例証される噴射器1500は、燃料のはるかに速い且つより完全な燃焼を提供するために、高又は低圧縮比作動でのエンジンに用いるのに特に適している。これらの燃料は、例えば、温度、1つ又は複数の混合された相、粘度、エネルギー密度、並びに従来の作動の標準よりもはるかに低いオクタン価及びセタン価を含むオクタン価及びセタン価を含む、燃料特徴の事実上あらゆる組合せを含有することができる。例証される実施形態において、噴射器1500は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器1500は、ベース部1580とノズル部1584との間に延びる中間部1582を含む。噴射器はまた、ドライバ1515から燃料フローバルブ1524に延びるアクチュエータ1518を含む。   Referring now to FIG. 27A, FIG. 27A is a cross-sectional side view of an injector 1500 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The illustrated injector 1500 is particularly suitable for use in engines with high or low compression ratio operation to provide much faster and more complete combustion of fuel. These fuels include, for example, temperature, one or more mixed phases, viscosity, energy density, and octane and cetane numbers, including octane and cetane numbers that are much lower than conventional operating standards. Virtually any combination of these can be included. In the illustrated embodiment, the injector 1500 includes several features that are generally similar in structure and function to the corresponding features of the injector described above. For example, the injector 1500 includes an intermediate portion 1582 that extends between the base portion 1580 and the nozzle portion 1584. The injector also includes an actuator 1518 that extends from the driver 1515 to the fuel flow valve 1524.

例証される実施形態において、火花点火によって燃焼されない任意の燃料(エネルギー作物、動物性脂肪、及び又は他の有機廃棄物から作製されたディーゼル燃料など)を、入口ポート1502を通して噴射器1500に送達することができる。燃料は、噴射器1500の幾つかの構成要素に沿った燃料流路に沿って流れることができる。例えば、燃料は、ベース部1580の中で、適切に強化された計装信号ケーブル1504、ばね保持キャップ1506、圧縮ばね1508、随意的な磁石1514、ドライバ1515、及び随意的な圧縮ばね1516を通過して流れることができる。燃料経路は、ノズル部1584に送達されるように、中間部の中で、高絶縁耐力の絶縁体1530の通路153を通して、導電めっき又は管1522のボアの中に延びる。例証される実施形態において、ノズル部1584は、通常閉鎖されるフローバルブ1524によってシールされる燃焼室1550との境界面に弁座を含む。或る用途において、めっき又は管1522は、フローバルブ1524との間の電気伝導を保証する目的で燃焼室の近傍のゾーン1517内で高い絶縁耐力の材料1520で被覆され又はめっきされてもよい。他の用途では、管コーティング1520は、火花及びプラズマ点火プロセスにおける回路構成要素として働くために必要とされる場合があるように、高い導電性又は火花侵食に対する高い抵抗性のあるものであってもよい。   In the illustrated embodiment, any fuel that is not burned by spark ignition (such as diesel fuel made from energy crops, animal fat, and / or other organic waste) is delivered to the injector 1500 through the inlet port 1502. be able to. Fuel can flow along the fuel flow path along several components of the injector 1500. For example, fuel passes through appropriately reinforced instrumentation signal cable 1504, spring retaining cap 1506, compression spring 1508, optional magnet 1514, driver 1515, and optional compression spring 1516 in base 1580. And can flow. The fuel path extends through the passage 153 of the high dielectric strength insulator 1530 and into the bore of the conductive plating or tube 1522 in the intermediate portion for delivery to the nozzle portion 1584. In the illustrated embodiment, the nozzle portion 1584 includes a valve seat at the interface with the combustion chamber 1550 that is sealed by the normally closed flow valve 1524. In some applications, the plating or tube 1522 may be coated or plated with a high dielectric strength material 1520 in a zone 1517 near the combustion chamber for the purpose of ensuring electrical conduction to and from the flow valve 1524. In other applications, the tube coating 1520 may be highly conductive or highly resistant to spark erosion, as may be required to serve as a circuit component in spark and plasma ignition processes. Good.

したがって、用途に応じて、めっき又は管構成要素1522は、誘電絶縁体1530のボア上の導電めっき、又は、フローバルブ1524との境界面で特化された弁シーリングを提供する導電金属、セラミック、ポリマー、又は複合材であってもよい。このめっき又は管構成要素1522は、アクチュエータ1518及びドライバ1515と共に、噴射器1500が非常に小さい外径を有することを可能にする。この構成はまた、噴射器が1つ又は複数のオーバーヘッドカム軸及び弁オペレータを伴うゾーンを通して到達するのに必要とされる場合に比較的長いものとなることを可能にする。   Thus, depending on the application, the plating or tube component 1522 may be a conductive metal, ceramic, providing conductive plating on the bore of the dielectric insulator 1530 or specialized valve sealing at the interface with the flow valve 1524. It may be a polymer or a composite material. This plating or tube component 1522, together with the actuator 1518 and driver 1515, allows the injector 1500 to have a very small outer diameter. This configuration also allows the injector to be relatively long if needed to reach through a zone with one or more overhead camshafts and valve operators.

バイアス部材又は推力生成部材への言及は、必要に応じて引張り又は推力を生じるように構成することができる、ばね(例えば、螺旋巻線(helical winding)、円錐巻線、平坦な及び湾曲した板ばね、又は重ね板ばね、楕円ばね、ねじりばね、及び種々の円盤ばね、成形円盤ばねのような機械ばね形態を含む)、磁石、及び/又は圧電構成要素を含むことができる。多くの用途において、こうした選択肢からの組合せは、所望の作動速度、共振同調(resonant tuning)を提供する、及び/又は望ましくない特徴を抑えるのに効果的である。   References to biasing members or thrust generating members can be configured to produce tension or thrust as needed, such as springs (eg, helical windings, conical windings, flat and curved plates Springs, or stacked leaf springs, elliptical springs, torsion springs and various disk springs, including mechanical spring forms such as shaped disk springs), magnets, and / or piezoelectric components. In many applications, the combination from these options is effective to provide the desired operating speed, resonant tuning, and / or suppress undesirable features.

例証される実施形態において、通常閉鎖されるフローバルブ1524は、圧縮ばね1508及びばねキャップ1506によって提供される場合のアクチュエータ1518上の張力によって、めっき又は管1522の弁座1521と接触して閉じた状態に付勢される。これらのばねは、フローバルブ1524に閉鎖張力をかける目的でアクチュエータ1518の一方向移動を機械的に制限するために、アクチュエータ1518に取り付けることができる。そのうえ、フローバルブ1524は、鋭い環状機能部を備えていてもよく、又はこれは、周方向に互いから間隔をおいて配置された鋭い点火点を有してもよい。導電ケース1510は、ソレノイド巻線1519及びドライバ1515のための磁気回路の一部として働くことができる。ケース1510はまた、燃焼室の境界面に延びる多機能の構成要素として働くことができる。燃焼室との境界面で、ケース1510はまた、半径方向内向きに方向付けられた鋭い点又は環状同軸機能部のような内部点火機能部1528を含むことができる。そのうえ、ベース部1580で、噴射器は、燃料をベース部1580内にシールするために、1つ又は複数の溝及びOリング・シール1537、若しくはウレタン又はエポキシのような接着剤化合物を含むことができる。   In the illustrated embodiment, the normally closed flow valve 1524 closed in contact with the plated or tube 1522 valve seat 1521 due to tension on the actuator 1518 when provided by the compression spring 1508 and spring cap 1506. Energized to the state. These springs can be attached to the actuator 1518 to mechanically limit the unidirectional movement of the actuator 1518 for the purpose of applying a closing tension to the flow valve 1524. Moreover, the flow valve 1524 may comprise a sharp annular feature, or it may have sharp ignition points spaced from each other in the circumferential direction. Conductive case 1510 can serve as part of a magnetic circuit for solenoid winding 1519 and driver 1515. Case 1510 can also serve as a multifunctional component that extends to the interface of the combustion chamber. At the interface with the combustion chamber, the case 1510 can also include an internal ignition feature 1528 such as a sharp point or an annular coaxial feature oriented radially inward. Moreover, at the base 1580, the injector may include one or more grooves and O-ring seals 1537, or an adhesive compound such as urethane or epoxy, to seal fuel into the base 1580. it can.

作動時には、噴射器1500は、入口ポート1502を通して加圧された燃料を受け入れることができる。燃料は、通常閉鎖されるフローバルブ1524に流れ、その後、ドライバ1515を動かすための圧電又はソレノイド装置のような適切な力発生器によるフローバルブ1524の始動によって、燃焼室に採り込まれる。ドライバ1515は、ばね1508によってかけられる張力とは反対に働く力をもたらし、したがって燃料がノズル部1584から燃焼室の中にバーストすることを可能にする。点火機能部1528とめっき又は管1522との間のギャップ、及び/又はフローバルブ1524と点火機能部1528との間のギャップの中に電流の高いアンペア数のパルスを送達するためのあらゆる数の措置が提供されてもよい。例えば、絶縁されたケーブル1532は、アクチュエータ1518の上の導電めっき又はファイバに取り付けられる可動導体ケーブル1533にこうした電流を送達し、これによりフローバルブ1524に電流を伝導することができる。   In operation, the injector 1500 can receive pressurized fuel through the inlet port 1502. Fuel flows to the normally closed flow valve 1524 and is then taken into the combustion chamber by starting the flow valve 1524 with a suitable force generator such as a piezoelectric or solenoid device to move the driver 1515. The driver 1515 provides a force that acts opposite to the tension exerted by the spring 1508, thus allowing fuel to burst from the nozzle portion 1584 into the combustion chamber. Any number of measures for delivering high current amperage pulses in the gap between the ignition function 1528 and the plating or tube 1522 and / or the gap between the flow valve 1524 and the ignition function 1528 May be provided. For example, the insulated cable 1532 can deliver such current to a conductive conductor 1553 attached to a conductive plating or fiber over the actuator 1518, thereby conducting the current to the flow valve 1524.

こうした作動は、一連の燃料流入バーストを生じるために、共振同調周波数(resonant tuned frequency)を含む高周波で繰返されてもよい。これらの繰返されるバーストは、各燃料バーストに対する圧電力又は磁歪力から音響的勢いの発揮が付随して起こってもよい。これらの勢いの力は、ドライバ1515の多機能の実施形態によって生じる力を含んでもよい。例えば、点火は、フローバルブ1524とケーシング1522の最も近位の環状部1511との間の1つ又は複数の環状ギャップの中の空気の1つ又は複数のイオン化によって適用することができる。こうしたイオン化された空気は、フローバルブ1524の外部への開放によって燃料が噴射される際に燃焼室1550の中にバーストする燃料の確実な点火を提供するために、環状ゾーン1517から引き続き送達されてもよい。   Such operation may be repeated at a high frequency, including a resonant tuned frequency, to produce a series of fuel inflow bursts. These repeated bursts may be accompanied by the production of acoustic momentum from the piezoelectric or magnetostrictive force for each fuel burst. These momentum forces may include the forces generated by the multifunctional embodiment of driver 1515. For example, ignition can be applied by one or more ionizations of air in one or more annular gaps between the flow valve 1524 and the most proximal annular portion 1511 of the casing 1522. Such ionized air is subsequently delivered from the annular zone 1517 to provide a reliable ignition of the fuel that bursts into the combustion chamber 1550 when the fuel is injected by opening the flow valve 1524 to the outside. Also good.

フローバルブ1524と環状部1511の点火機能部1528との間に最初に存在する比較的小さいギャップの中での火花発生は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第4,122,816号で開示されるように容量放電をトリガし、500アンペアよりも上まで急増する可能性があるプラズマ電流を生じて、弁1524の外方への動きに追従して超音速で燃焼室の中に打ち出され且つ加速され、燃焼プロセスの極めて迅速な完了のために層状給気燃料バーストに衝突し及び勢いを与える、新たに生起するプラズマをもたらす。この発射される点火及び加速される燃焼プロセスは、各燃料噴射バーストと共に適応して繰返されてもよく、又は1つよりも多い連続的な燃料噴射バーストの発射される迅速な点火に対して適応して発生されてもよい。   Spark generation in a relatively small gap that initially exists between the flow valve 1524 and the ignition feature 1528 of the annulus 1511 is described in U.S. Pat. No. 4,122, which is hereby incorporated by reference in its entirety. No. 816, triggers a capacitive discharge and produces a plasma current that can increase rapidly above 500 amps, following the outward movement of valve 1524 at supersonic speeds in the combustion chamber. It is launched and accelerated, resulting in a newly generated plasma that impacts and provides momentum to the stratified charge fuel burst for a very rapid completion of the combustion process. This fired ignition and accelerated combustion process may be adaptively repeated with each fuel injection burst, or adapted for fired quick ignition of more than one continuous fuel injection burst. May be generated.

幾つかの用途において、プラズマの生成は、トリガすることによって定時にされてもよく、且つ鋭い又は尖った表面又は点火機能部1524及び1528の間のギャップに入るイオン化された燃料分子から形成されてもよい。フローバルブ1524が外向きに開き続けるので、イオン化された燃料分子のプラズマは、各燃料バーストの燃焼の極めて迅速な完了を保証するために、超音速で燃焼室の中に推し進められる。この発射される点火プロセスは、各燃料噴射バーストと共に適応して調整され及び繰返されてもよく、又は噴射される燃料の1つよりも多い連続的なバーストの発射される迅速な点火に対して適応して発生されてもよい。発明者は、特に驚くことであり、注目すべきことに、この迅速な点火及び燃焼プロセスの適応的な適用から、結果として、事実上すべてのピストン速度で、燃料価のカロリー当たりはるかに高いトルクが発生することを見出した。   In some applications, plasma generation may be timed by triggering and formed from ionized fuel molecules that enter a sharp or pointed surface or gap between ignition features 1524 and 1528. Also good. As the flow valve 1524 continues to open outward, the plasma of ionized fuel molecules is forced into the combustion chamber at supersonic speeds to ensure a very rapid completion of combustion for each fuel burst. This fired ignition process may be adaptively adjusted and repeated with each fuel injection burst, or for fired rapid ignition of more than one continuous burst of fuel being injected. It may be generated adaptively. The inventors are particularly surprised and noteworthy that, from the adaptive application of this rapid ignition and combustion process, the result is a much higher torque per calorie of fuel value at virtually all piston speeds. Found that occurs.

このプラズマ推力の当然の利点は、より一層迅速な燃料噴射、点火、及び燃焼プロセス完了が起こるので、圧縮期の間の熱損失を減少させるために、燃料噴射を上死点で又は上死点の後で始めてもよいことである。したがって、エンジンがより一層スムーズにまわり、相対運動構成要素の寸法変化を誘起する熱損失に起因する摩擦と、特にシリンダ壁及びリング上の潤滑膜の劣化に起因する摩擦が減少される。結果として、シリンダ及びリングの寿命が延長され、熱損失が減少され、燃料効率が増加され、及びメンテナンス費用が減少される。   The natural advantage of this plasma thrust is that the fuel injection is at top dead center or at top dead center in order to reduce heat loss during the compression phase as more rapid fuel injection, ignition, and combustion processes occur. That you may start after. Thus, the engine runs more smoothly, reducing friction due to heat losses that induce dimensional changes of the relative motion components, and in particular friction due to degradation of the lubricating film on the cylinder walls and rings. As a result, cylinder and ring life is extended, heat loss is reduced, fuel efficiency is increased, and maintenance costs are reduced.

図27Bは、図27Aの噴射器、並びに本開示の実施形態に従って構成される他の噴射器の幾つかの燃焼特性の略グラフ図である。図27Bに示すように、ディーゼル燃料の圧縮点火(特定のセタン価を要求する)は、圧縮ストロークの早期での高圧燃料の噴射開始を必要とする。ディーゼル液体を小さい液滴に剪断するため、及び圧縮加熱された空気の中に液滴を十分なだけ遠くに推進し及び浸透させ、液体燃料を気化するのに十分な熱を得て付加的な高温空気の中に浸透を続け、気化した燃料の大きい分子を燃焼プロセスを始動できる小さい分子にクラックするために、高圧が必要とされる。空気が十分に加熱されていない場合、及び/又は液滴が十分に小さくない場合、及び/又はピストン速度が低すぎる又は高すぎる場合、ディーゼル燃料は急冷ゾーンに浸透することになり、熱がピストン、シリンダ壁、及びヘッド構成要素のような燃焼室表面に失われることになり、未燃の粒子及び炭化水素が、その一部は可視黒煙として及び別の部分はヒト及び動物の肺及び心血管系に特に害になるより小さい粒子として、放出されることになる。   FIG. 27B is a schematic graph of some combustion characteristics of the injector of FIG. 27A, as well as other injectors configured in accordance with embodiments of the present disclosure. As shown in FIG. 27B, compression ignition of diesel fuel (which requires a specific cetane number) requires the start of high pressure fuel injection early in the compression stroke. For shearing diesel liquid into small droplets and for propelling and penetrating the droplets far enough into the compressed heated air, gaining enough heat to vaporize the liquid fuel and additional High pressure is required to continue to penetrate into the hot air and crack large molecules of vaporized fuel into small molecules that can start the combustion process. If the air is not sufficiently heated, and / or if the droplets are not small enough, and / or if the piston speed is too low or too high, the diesel fuel will penetrate the quenching zone and heat will flow into the piston. , Cylinder walls, and head components will be lost to combustion chamber surfaces, with unburned particles and hydrocarbons, some as visible black smoke and another in human and animal lungs and hearts. It will be released as smaller particles that are particularly harmful to the vasculature.

ディーゼル曲線1596は、TDC前の圧力発生の一部を示す。この圧力上昇部分(TDC前)は「バックワーク」であり、噴射の早期の開始(earlier initiation of injection)及び燃焼イベントの始動に対して、より大きい。ピストン速度がより高ければ、気化、クラッキング、及び燃焼イベントを完了するために噴射の開始及び燃焼の始動がより早まるはずである。燃焼サイクル毎のディーゼル燃料噴射の各期間において、高温余剰空気によって最も絶縁される燃料の部分が、迅速に気化し、クラックし、及び急に燃焼して、窒素酸化物の生成の閾値である2,200℃(4,000°F)を超える温度に達する。   Diesel curve 1596 shows part of the pressure generation before TDC. This pressure rise portion (before TDC) is “back work” and is greater for early initiation of injection and firing of combustion events. The higher the piston speed, the faster the start of injection and the start of combustion should be to complete vaporization, cracking, and combustion events. During each period of diesel fuel injection per combustion cycle, the portion of the fuel that is most isolated by the hot surplus air quickly vaporizes, cracks, and burns rapidly, which is the threshold for the production of nitrogen oxides 2 Reaching temperatures in excess of 200 ° C. (4,000 ° F.).

相対的に、本開示に従って構成される一体化された燃料噴射器/点火器に係る作動は、曲線1598によって示されるように、すべてのピストン速度及び作動条件ではるかに速く燃焼を開始し及び完了し、且つ圧力曲線の下のより一層大きい仕事域(work area)を提供して(すべてではないがほとんどはパワー・ストローク上でトルクxrpmとして)、ディーゼル作動に比べて燃料効率及び馬力を改善する。燃料は、より大きい通路を通して(圧縮−点火又はTDC後でよりもかなり後で)迅速に噴射されて、より早く完全燃焼することができる。これは、窒素酸化物の生成、重要なエンジン構成要素の過圧、又は発生する絶縁オキシダントの浸透に起因する熱の損失のような不利な結果を生じる入口空気温度、大気圧、又は燃料の種類(特に燃焼特徴を含む)のあらゆる場面の条件に対して、マルチバースト−混合燃料作動は、十分なプラズマエネルギー及び又はガス生成(スーパーキャビテーション)を適応して提供して、小さい剪断オリフィスを通したディーゼル型高圧噴射と、高温空気を通して広大な距離を浸透して気化し、及び燃料を燃焼するために燃料をクラックする、対応する燃料に対する必要性をなくすことができるためである。加えて、本明細書で開示される噴射器は、ピーク燃焼温度が2,200℃(4,000°F)に近づく、又は燃焼ゾーンが余剰空気絶縁エンベロープ(insulation envelope)を越え、急冷領域に近づくあらゆる瞬間に、燃料の複数の噴射をやめることができる。その後、作動の各サイクルに対する所望の仕事生産を達成するために、1つ又は複数の付加的な燃料噴射が再開されてもよい。そのうえ、本明細書で開示される噴射器は、ピストン、連接棒、ベアリング、又はクランク軸への損傷を避けるため、及び又はラジカル又は種々の窒素酸化物のような化合物の圧力により誘起される不利な生成を避けるために、ピーク燃焼圧が予め設定された最大に近づくあらゆる瞬間に、燃料の複数の噴射をオフにすることができる。   In comparison, operation with an integrated fuel injector / igniter constructed in accordance with the present disclosure begins and completes combustion much faster at all piston speeds and operating conditions, as shown by curve 1598. And provide a larger work area under the pressure curve (most but not all as torque x rpm on the power stroke) to improve fuel efficiency and horsepower compared to diesel operation . The fuel can be injected quickly through a larger passage (much later than after compression-ignition or TDC) and burned more quickly. This is because the inlet air temperature, atmospheric pressure, or fuel type that produces adverse consequences such as nitrogen oxide formation, overpressure of critical engine components, or heat loss due to the penetration of the generated insulating oxidant For all scene conditions (especially including combustion characteristics), multi-burst-mixed fuel operation adaptively provides sufficient plasma energy and / or gas generation (super cavitation) through a small shear orifice This is because it eliminates the need for diesel-type high pressure injection and the corresponding fuel that penetrates and vaporizes over large distances through hot air and cracks the fuel to burn the fuel. In addition, the injectors disclosed herein have peak combustion temperatures approaching 2,200 ° C. (4,000 ° F.), or the combustion zone exceeds the excess air insulation envelope and enters the quench region. At every approaching moment, multiple injections of fuel can be stopped. Thereafter, one or more additional fuel injections may be resumed to achieve the desired work production for each cycle of operation. Moreover, the injector disclosed herein avoids damage to pistons, connecting rods, bearings, or crankshafts, and / or disadvantages induced by the pressure of compounds such as radicals or various nitrogen oxides. In order to avoid excessive production, multiple injections of fuel can be turned off at every moment when the peak combustion pressure approaches a preset maximum.

発射される迅速な点火及び燃焼プロセスは、負荷要件を瞬時に満たすのに必要なだけ多くのマルチシリンダ・エンジンのシリンダの作動を含むかなり大きいターンダウン比にわたってスムーズな作動を容易にする。例えば、発射される迅速な点火は、トルク又は増加したエンジン速度に対するオペレータの要求(すなわちクルーズ・コントロール要求)へのはるかに速い且つより効率的な応答を含む。これは、熱損失の減少と共に、より長いシリンダ及びリング寿命の利点をさらに伸ばして、燃料効率の劇的な改善と、汚染を引き起すエミッションの減少及び減少されたメンテナンス費用を提供する。   The fired rapid ignition and combustion process facilitates smooth operation over a fairly large turndown ratio including the operation of as many multi-cylinder engine cylinders as needed to meet load requirements instantaneously. For example, a quick ignition that is fired includes a much faster and more efficient response to operator demand for torque or increased engine speed (ie, cruise control demand). This further extends the benefits of longer cylinder and ring life with reduced heat loss, providing dramatic improvements in fuel efficiency, reduced emissions and reduced maintenance costs that cause contamination.

汚染を引き起すエミッションの問題は、高温エンジン定常状態作動の触媒補正プロセスが利用可能ではない「ストップ・アンド・ゴー」及び「コールドスタート」のエンジン及び触媒反応器条件から結果として生じる。しかしながら、発射される迅速な点火及び燃焼プロセスの別の利点は、例えば、低温エンジン又は「ストップ・アンド・ゴー」にあるエンジンを含むすべてのエンジン温度で、排気がよりきれいなことである。したがって、これらの問題のある条件において、デューティサイクルは、低減された又は無くされたスタータモータ又は従来のエンジンが要求する始動エネルギーの消費に対する要件と共に始動されてもよい。発射される迅速な点火及び燃焼プロセスをパワー・ストロークにある各シリンダに施行することは、エンジンを始動するための比較的大きい電力消費に対する従来の要件なしに始動を提供する。従来の作動は、エンジンをクランキングして、ピストンに吸込みストロークを通して往復運動させて、吸気系に真空を生じ、その中に均一混合気を生じることを望んで燃料が加えられ、その任意の部分は火花点火されるはずであり、且つさらにクランキングしてカム軸を回転させ、吸気系に上手くいけば生じているより多くの又はより少ない均一給気が燃焼室に伝達される際の吸込み弁の開放作動及び排気弁の閉鎖作動を提供することを要求する。上死点状態を通してバックワークプロセスを支えるために、より多くの又はより少ない均一混合気を圧縮する付加的なクランキング、及び均一混合気の点火の場合に発生される圧力に対するさらなるクランキングが達成される。燃焼ガスの中に残る場合があるどんなエネルギーであっても、エンジンの始動を持続するのにパワー・ストロークにおけるポジティブな仕事生産を提供するために用いられる。   Contamination-related emissions problems result from "stop and go" and "cold start" engine and catalyst reactor conditions where the catalyst correction process for high temperature engine steady state operation is not available. However, another advantage of the fired rapid ignition and combustion process is that the exhaust is cleaner at all engine temperatures, including, for example, cold engines or engines that are "stop and go". Thus, in these problematic conditions, the duty cycle may be started with a requirement for reduced or eliminated starter motor or consumption of starting energy required by conventional engines. Implementing a fired quick ignition and combustion process on each cylinder in the power stroke provides start-up without the traditional requirement for relatively high power consumption to start the engine. Conventional operation cranks the engine and causes the piston to reciprocate through the suction stroke, creating a vacuum in the intake system and adding fuel in the hope of producing a homogeneous mixture therein, any part of it Should be spark-ignited, and further cranked to rotate the camshaft, and if it works well for the intake system, more or less uniform intake air is being transferred to the combustion chamber It is required to provide the opening operation of the exhaust valve and the closing operation of the exhaust valve. Additional cranking to compress more or less homogeneous mixture to support the back work process through top dead center conditions, and further cranking against pressure generated in case of homogeneous mixture ignition is achieved Is done. Any energy that may remain in the combustion gas is used to provide positive work production on the power stroke to sustain engine start-up.

同様に、パワー・ストロークにある各シリンダにおいて発射される迅速な点火及び燃焼プロセスを含むように本開示に従って変換されるディーゼル圧縮点火エンジンは、エンジンを始動するための比較的大きい電力消費に対する従来の要件なしに始動を提供する。従来のディーゼルエンジンの圧縮−点火作動は、エンジンをクランキングして、ピストンに吸込みストロークを通して往復運動させて、吸気系に空気を伝達し、さらにクランキングしてカム軸を回転させ、吸気系からの空気が燃焼室に伝達される際に吸込み弁の開放作動及び排気弁の閉鎖作動を提供し、及び付加的にクランキングして空気を気化され且つクラックされることになるさらなるクランキングの結果として高圧で噴射されるディーゼル燃料をもたらすのに十分な温度に圧縮し、それがより高温の空気と混合される際に蒸発及びクラッキング・プロセスを受ける燃料の点火を上手くいけば発生させ、さらにクランキングして上死点状態を通してバックワークプロセスを支え、エンジンの始動を持続するのにパワー・ストロークにおける十分にポジティブな仕事生産を達成するために燃焼ガスの中に残る場合があるどんなエネルギーをも提供することを要求する。   Similarly, a diesel compression ignition engine that is converted in accordance with the present disclosure to include a quick ignition and combustion process that is fired at each cylinder in the power stroke is conventional for relatively high power consumption to start the engine. Provides startup without requirements. The compression-ignition operation of a conventional diesel engine involves cranking the engine, causing the piston to reciprocate through the suction stroke, transmitting air to the intake system, and further cranking to rotate the camshaft. Provides additional opening of the intake valve and closing of the exhaust valve as additional air is transferred to the combustion chamber, and results in further cranking that additionally causes the air to be vaporized and cracked Compressed to a temperature sufficient to yield a diesel fuel that is injected at high pressure, and when it is mixed with the hotter air, it will generate a fuel that undergoes the evaporation and cracking process and produces a good ignition. Ranking and supporting the back work process through top dead center conditions and keeping the engine running in the power stroke Sufficiently requesting also provide any energy that may remain in the combustion gases to achieve a positive work production.

図27Aを再び参照すると、計装及び信号ケーブル1504は、ばねキャップ1506と燃料弁1524の中の取り付け又は機械ストローク止め部との間の中間区域1518に追加の補強を有してもよい。こうした補強は、非常に長い耐用年数にわたって安定した作動を保証するために適切な引張強度、疲労強度、及び絶縁耐力を提供するのに機械ストローク止めカラー1512に対してドライバ1515による作動力を発揮するための措置を含むことができる。燃焼室境界面における計装ケーブル1526は、弁1524の燃焼室境界面における動き、温度、及び圧力のような特性を有してもよい。この計装はまた、噴射器1500内に位置するマイクロプロセッサ1539に、及び又は遠隔に又はケース1510の外部に位置する別のマイクロプロセッサ又はコンピュータ1540に無線通信を提供してもよい。   Referring again to FIG. 27A, the instrumentation and signal cable 1504 may have additional reinforcement in the intermediate area 1518 between the spring cap 1506 and the mounting or mechanical stroke stop in the fuel valve 1524. Such reinforcement exerts the actuation force by the driver 1515 against the mechanical stroke collar 1512 to provide adequate tensile strength, fatigue strength, and dielectric strength to ensure stable operation over a very long service life. Measures can be included. The instrumentation cable 1526 at the combustion chamber interface may have characteristics such as movement, temperature, and pressure at the combustion chamber interface of the valve 1524. This instrumentation may also provide wireless communication to the microprocessor 1539 located within the injector 1500 and / or to another microprocessor or computer 1540 located remotely or external to the case 1510.

赤外周波数、可視周波数、及び紫外周波数を含む燃焼室の気体、プラズマ、及び固体表面からの熱データは、圧力及び加速度データと共に処理され、無線ノードをアクチュエータ1518内の透過型及び/又は導電性ファイバと共に統合することによって伝送されてもよい。例えば、アクチュエータ1518は、マイクロプロセッサ1539に通信するためのトランスデューサのような適切な計装を含むことができる、及び/又はケーブル1504による適切なシールを通して遠隔のマイクロプロセッサ又はコンピュータ1540に延長することによる。   Thermal data from combustion chamber gases, plasmas, and solid surfaces, including infrared, visible, and ultraviolet frequencies, are processed along with pressure and acceleration data to make wireless nodes transmissive and / or conductive in actuator 1518. It may be transmitted by integrating with the fiber. For example, the actuator 1518 can include suitable instrumentation such as a transducer for communicating to the microprocessor 1539 and / or by extending to a remote microprocessor or computer 1540 through a suitable seal with a cable 1504. .

キロヘルツからギガヘルツの周波数で作動する可能性があるセンサノードに動力を与えるために、光電、熱電、電磁気、電気、及び圧電発電機のような適切なエネルギー変換デバイス又はデバイスの組合せが使用されてもよい。こうした作動は、TinyOS、U.C.Berkeleyで開発された無線センサネットワークのためのフリー及びオープン・ソース構成要素ベースのオペレーティング・システム及びプラットフォームのようなシステムによって容易にされてもよい。こうした作動は、特定のイベントが起こった後のリレー、システム出力、及び又は警報の容易な作動を開始し及び助けるのに使用されてもよい。これは、ノズル部1584の中の計装によって、若しくは機能的に結合される又は透明な絶縁体1530を通して伝送される圧力及び光学データを含む可能性があるトランスデューサ及び信号分析器1535によって、或いは絶縁体1530を通したファイバ又は経路によって検出されてもよいイベントを含む。   Appropriate energy conversion devices or combinations of devices such as photoelectric, thermoelectric, electromagnetic, electrical, and piezoelectric generators may be used to power sensor nodes that may operate at frequencies from kilohertz to gigahertz Good. Such operation is described in TinyOS, U.S. Pat. C. It may be facilitated by systems such as free and open source component based operating systems and platforms for wireless sensor networks developed at Berkeley. Such actuation may be used to initiate and help easy activation of relays, system outputs, and alarms after certain events occur. This may be done by instrumentation in nozzle section 1584, or by transducer and signal analyzer 1535, which may include pressure and optical data that are functionally coupled or transmitted through transparent insulator 1530, or isolated. Includes events that may be detected by a fiber or path through the body 1530.

これらの組合せは、非常に小さい寸法を有する構成要素による高エネルギープラズマ発生を可能にするために、組み立てられた構成要素の適切な機械的強度及び絶縁耐力を容易にする。プラズマ発射を誘起するため、並びに用いられてもよい比較的精製されていない及び高価でない燃料からの灰及び残留堆積物によるファウリングを防ぐために動かされる多機能弁を提供することが特に助けになる。こうした利点はまた、燃焼により生じる圧力の阻止を提供すると共に、燃焼室境界面における燃料制御を提供して、望ましくない時点での燃料ドリップ又はドリブルをなくす、本明細書で説明されるフローバルブと逆止め弁との相乗的な組合せによって提供されてもよい。   These combinations facilitate the appropriate mechanical strength and dielectric strength of the assembled component to allow high energy plasma generation by components having very small dimensions. It is particularly helpful to provide a multifunctional valve that is moved to induce plasma firing and to prevent fouling by ash and residual deposits from relatively unrefined and less expensive fuel that may be used. . These advantages also provide for the suppression of pressure caused by combustion and provide fuel control at the combustion chamber interface to eliminate fuel drip or dribbling at undesired points and the flow valve described herein. It may be provided by a synergistic combination with a check valve.

計装処理を容易にするさらなる利点は、燃焼プロセス及び/又は燃焼のピーク温度を制御する目的で、動きの検出及び燃焼プロセスの描写、並びに好ましい熱シグニチャ(thermal signature)を提供する薬剤を燃料に添加することによって提供されてもよい。作動時には、比較的微量のこうした添加剤が、加熱され、イオン化され、又はイオン消失された後に或る既知の周波数でフォトンを放出する、混和剤又はコロイド状の懸濁液として送達される。細粒にされた又は他の方法で活性化された遷移金属は、(that)貯蔵され、及び本開示の燃料貯蔵実施形態に係る吸熱反応によって提供される一酸化炭素と、すなわち点火及び燃焼プロセス・イベントの放射性指標として働くための添加剤の別の族として使用されてもよいカルボニルを形成するために、組み合わされてもよい。別の方法では、マンガン又は鉄のような1つ又は複数の選択された遷移金属カルボニルは、使用される燃料選択物への継続的な又は時折の添加に対して調製され及び貯蔵されてもよい。例証すると、マンガン、鉄、ニッケル、ホウ素、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、又はケイ素を提供するこうした有機又は無機物質の1つ又は複数の添加剤は、こうした動きの特徴付け及び温度又はプロセス速度(process rate)の描写の目的での別個のエミッション・シグニチャをもつ典型的な薬剤である。こうした添加剤は、燃焼プロセスの種々の反応物及び生成物の点火プロセスの動と共に温度を検出するトランスデューサを校正するために、貯蔵タンクから継続的に又は時折提供されてもよい。こうした特性は、温度(窒素酸化物が生成される温度を避けることを含む)、燃焼プロセス・ステップ、及び燃焼プロセス速度を判定するために検出及び分析システムによって用いられる。これらの結果は、二酸化炭素、窒素酸化物、及び微粒子エミッションの減少のような利点の累積記録(cumulative tallies)と共に燃料効率の改善の包括的記録を生み出すために使用されてもよい。   A further advantage of facilitating instrumentation is the ability to fuel a chemical that provides motion detection and delineation of the combustion process, as well as a favorable thermal signature, for the purpose of controlling the combustion process and / or peak temperature of the combustion. It may be provided by adding. In operation, relatively small amounts of these additives are delivered as admixtures or colloidal suspensions that release photons at some known frequency after being heated, ionized, or deionized. The granulated or otherwise activated transition metal is stored in that and is provided by an endothermic reaction according to the fuel storage embodiments of the present disclosure, i.e., ignition and combustion processes. May be combined to form a carbonyl that may be used as another family of additives to serve as a radioactive indicator of the event. Alternatively, one or more selected transition metal carbonyls such as manganese or iron may be prepared and stored for continuous or occasional addition to the fuel selection used. . Illustratively, one or more additives of these organic or inorganic materials that provide manganese, iron, nickel, boron, sodium, potassium, lithium, calcium, or silicon can be used to characterize such movement and temperature or process rate ( A typical drug with a separate emission signature for the purpose of depiction of the process rate. Such additives may be provided continuously or occasionally from a storage tank to calibrate a transducer that detects temperature in conjunction with the firing of the various reactants and products of the combustion process. These characteristics are used by the detection and analysis system to determine temperature (including avoiding the temperature at which nitrogen oxides are produced), combustion process steps, and combustion process rates. These results may be used to produce a comprehensive record of improved fuel efficiency along with cumulative records of benefits such as reduced carbon dioxide, nitrogen oxides, and particulate emissions.

図28は、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器1600を例証する。より詳細には、図28は、図27Aを参照して説明される噴射器1500、並びに本明細書で説明される他の噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む、噴射器1600の側断面図である。したがって、噴射器1600のこれらの類似の機能部は、図28を参照して説明されないであろう。図28で例証される実施形態において、しかしながら、噴射器は、少なくとも以下のこと、すなわち、1)例えば、ガス、蒸気、及び液体のような流体の温度、燃焼プロセス、圧力、動きを含む、並びにピストン又はロータの位置、速度、及び加速度と共に、燃焼室の中の状態及びイベントを監視すること、2)燃料噴射の開始、燃料噴射の完了、あらゆる燃料噴射の連続的な開始の間の遅延の調整を、並びに対応して最適化された点火プロセスの選択及びタイミングと共に、適応して最適化する目的で監視された条件に応答して電子トランスデューサ、プロセッサ、コンピュータ、及びコントローラ(例えば、図27Aを参照して上記で説明されたプロセッサ1535及び1539)を作動させること、3)対応するフローバルブ及び/又は逆止め弁に対して力を及ぼす弁オペレータ及びドライバの始動及び動力付与、4)適応して最適化された点火システムの機能の始動及び動力付与、のためのエネルギー変換プロセスのうちの幾つか又はほとんどを提供するように構成される。   FIG. 28 illustrates an injector 1600 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. More specifically, FIG. 28 illustrates how many of the structures and functions are generally similar to the corresponding features of the injector 1500 described with reference to FIG. 27A and other injectors described herein. It is a sectional side view of the injector 1600 including such a functional part. Accordingly, these similar functional parts of the injector 1600 will not be described with reference to FIG. In the embodiment illustrated in FIG. 28, however, the injector includes at least: 1) the temperature, combustion process, pressure, movement of fluids such as, for example, gases, vapors, and liquids, and Monitor conditions and events in the combustion chamber, along with piston or rotor position, speed, and acceleration, 2) start of fuel injection, completion of fuel injection, delay between successive start of every fuel injection Electronic transducers, processors, computers, and controllers (e.g., FIG. 27A) in response to conditions monitored for the purpose of adaptively optimizing adjustments, as well as the selection and timing of correspondingly optimized ignition processes. Activating processors 1535 and 1539) described above with reference to 3) corresponding flow valves and / or Some of the energy conversion processes for starting and powering the valve operator and driver that exerts a force on the check valve, and 4) starting and powering the adaptively optimized ignition system function or Configured to provide the most.

電子コントローラとの間の信号伝導又は無線通信と共にこれらの目的のための動力の熱電による発生は、燃焼プロセスと周囲空気温度で又はそれ以下で流入する燃料のようなより低い温度との間の温度差を通じて伝達されるエネルギーの一部の利用によって提供されてもよい。例えば、燃焼プロセスからの放射を捕らえ、且つ必要な高温を生じるために、半導体熱電発電機1620のような選択物を含む1つ又は複数の装置が噴射器1600によって支えられてもよい。対応するより低い温度は、伝導管1622を通して流れる燃料によって確立されてもよい。適切な熱電フィルム及び回路は、Perpetua Power Source Technologies,Inc.、4314 SW Research Way、Corvallis、Oregon97333(例えば、http://www.perpetuapower.com/ products.htm参照)のような供給元から入手可能である。そのうえ、これらの目的のための無線センサノードは、Microchip、Atmel、及びTexas Instrumentsのような供給元から入手可能である。   The thermoelectric generation of power for these purposes along with signal conduction or wireless communication with the electronic controller is a temperature between the combustion process and lower temperatures such as fuel flowing at or below ambient air temperature. It may be provided by the use of part of the energy transmitted through the difference. For example, one or more devices including a selection, such as a semiconductor thermoelectric generator 1620, may be supported by the injector 1600 to capture radiation from the combustion process and produce the necessary high temperature. A corresponding lower temperature may be established by the fuel flowing through the conduction tube 1622. Suitable thermoelectric films and circuits are available from Perpetua Power Source Technologies, Inc. 4314 SW Research Way, Corvallis, Oregon 97333 (see, for example, http://www.perpetupower.com/products.htm). Moreover, wireless sensor nodes for these purposes are available from sources such as Microchip, Atmel, and Texas Instruments.

別の実施形態に係るパワー発生又は発電機は、熱電発電機1620に隣接して配置されてもよいし又は熱電発電機1620と一体にされてもよい、光電発電機1625を含むことができる。従って、光電発電機1625は、燃焼室から放出された放射を電気に変換することができる。光電発電機1625は、燃焼室の中の温度又は他の燃焼特性及びイベントを計測するための計装トランスデューサとしてさらに働くことができる。光電発電機1625は、噴射器1600のノズル部を通した燃料通路の中で近くを通る燃料への熱伝達によって冷却されてもよい。ノズル部を通して流れる燃料への確実な熱伝達のために、光電発電機1625、並びに熱電発電機1620の低温側は、伝導管1622に熱を送達する銀、銅、アルミニウム、酸化ベリリウム、又はダイヤモンドのような高伝導性材料上に設置され又はこれと接合されてもよい。   The power generation or generator according to another embodiment can include a photoelectric generator 1625 that can be disposed adjacent to or integrated with the thermoelectric generator 1620. Therefore, the photoelectric generator 1625 can convert the radiation emitted from the combustion chamber into electricity. The photovoltaic generator 1625 can further serve as an instrumented transducer for measuring temperature or other combustion characteristics and events in the combustion chamber. Photovoltaic generator 1625 may be cooled by heat transfer to fuel passing nearby in a fuel passage through the nozzle portion of injector 1600. For reliable heat transfer to the fuel flowing through the nozzle section, the photovoltaic generator 1625, as well as the cold side of the thermoelectric generator 1620, is made of silver, copper, aluminum, beryllium oxide, or diamond that delivers heat to the conductive tube 1622. It may be placed on or bonded to such a highly conductive material.

噴射器1600と共に組み入れられてもよい他のパワー発生サブシステムは、振動により駆動されるエレクトレット及び電磁発電機を含む。噴射器1600の絶縁体1630の一部としての1つ又は複数の圧電デバイス1631によって若干より大きいエネルギーが発生させられてもよい。圧電デバイス1631は、燃焼室の中に噴射される燃料を点火するスパーク又はプラズマを発生させるために使用することができる。こうした圧電プロセスによるスパーク発生は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第4,122,816号で一般に開示されるように、高電流プラズマの放電をトリガするのに使用されてもよい。噴射器1600の一体の構成要素として、圧電デバイス1631は、機械的に応力がかかることになる圧電デバイス1631を提供するために絶縁体1630の比較的より低弾性率の材料選択物内に保持することによって、燃焼室の中のイベントによってかかる力を受け取るために設置されてもよい。   Other power generation subsystems that may be incorporated with the injector 1600 include electrets and electromagnetic generators driven by vibration. Somewhat greater energy may be generated by one or more piezoelectric devices 1631 as part of the insulator 1630 of the injector 1600. Piezoelectric device 1631 can be used to generate a spark or plasma that ignites the fuel injected into the combustion chamber. Such piezoelectric process sparking may be used to trigger the discharge of a high current plasma, as generally disclosed in US Pat. No. 4,122,816, which is incorporated herein by reference in its entirety. Good. As an integral component of the injector 1600, the piezoelectric device 1631 is held within a relatively lower modulus material selection of the insulator 1630 to provide a mechanically stressed piezoelectric device 1631. And may be installed to receive forces applied by events in the combustion chamber.

したがって、圧電デバイス1631は、圧力トランスデューサとして及び発電機として働いてもよい。例えば、これは、燃焼室の中の圧縮及び/又は燃焼圧によって圧縮される際に生じる歪みを変換することができ、フローバルブ1624と点火機能部1628との間の火花ギャップに接続されてもよい電気的にオープン・システムとして最初に働く。ギャップの中で降伏電圧が生じる際に火花ギャップの中でフラッシオーバが生じる。幾つかの作動モードにおいて、フラッシオーバを生じるこうした降伏は、こうした点火のタイミングがギャップを通した燃料の通過と合うように、降伏電圧を減少させる燃料への添加剤によって刺激されてもよい。こうした目的のための燃料への添加剤は、十分に加熱され、イオン化され、及び/又はイオン消失された後に所望の放射エミッションを生じるための前に説明した添加剤からの選択物を含んでもよい。   Thus, the piezoelectric device 1631 may act as a pressure transducer and as a generator. For example, it can convert the distortion that occurs when compressed by the compression and / or combustion pressure in the combustion chamber, even if connected to a spark gap between the flow valve 1624 and the ignition function 1628. First works as a good electrically open system. A flashover occurs in the spark gap when a breakdown voltage occurs in the gap. In some modes of operation, such breakdown that causes flashover may be stimulated by an additive to the fuel that reduces the breakdown voltage so that the timing of such ignition matches the passage of fuel through the gap. Additives to the fuel for such purposes may include a selection from the previously described additives to produce the desired radiated emissions after being sufficiently heated, ionized and / or deionized. .

幾つかの用途において、燃焼によって力がかかる結果として生じる圧電デバイス1631からの付加的なエネルギーは、高電圧ケーブル1632を通して別のシリンダとして働く別個の噴射器に印加されてもよい。この付加的なエネルギーはまた、圧電又はソレノイド弁オペレータ、アクチュエータ、及び/又はドライバを駆動することのような他の目的のために供給することができる。このような用途において、エネルギーを調節する、保存する、及び切換えるのに適した回路は、以下の参考文献に示されるように、変圧器、コンデンサ、ダイオード、及びスイッチを含んでもよく、パワー発生と共に力及び圧力を測定するための圧電センサデバイスに関するアプリケーション・ガイドは「Piezoelectric Ceramics, Properties and Applications」、J.W.Waanders著、N.V.Phillips出版、1991年4月、並びにwww.morganelectroceramics.com/pzbook.htmlで公開される情報であり、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる。 In some applications, additional energy from the piezoelectric device 1631 resulting from the force applied by combustion may be applied through a high voltage cable 1632 to a separate injector that acts as another cylinder. This additional energy can also be supplied for other purposes such as driving piezoelectric or solenoid valve operators, actuators, and / or drivers. In such applications, suitable circuits for regulating, storing, and switching energy may include transformers, capacitors, diodes, and switches, as shown in the following references, along with power generation. Application guides for piezoelectric sensor devices for measuring force and pressure are described in “Piezoelectric Ceramics, Properties and Applications”, J. Am. W. By Waanders, N.C. V. Phillips Publishing, April 1991, and www. morganelectroceramics. com / pzbook. Information published in html , each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

したがって、図28で例証される噴射器1600は、エンジンの各シリンダに、作動の各サイクル中に、1つ又は複数の連続的な燃料噴射イベントにおける燃料送達の適応して最適化されたタイミングを提供する可能性がある。噴射器1600はまた、ピーク燃焼温度の制御と共に、圧電放電、誘導放電、容量放電、及びプラズマ発射から選択された点火システムの最適化されたタイミング及び適応的な利用を提供することができる。例証される噴射器1600は、燃料源への適切な接続のみを要求する独立型の適応して最適化された燃料噴射及び点火システムとしてそれを行ってもよい。他の実施形態において、噴射器1600は、性能を改善するために、双方向の人工知能の適用を含む他の類似の噴射器と呼応して作動してもよい。例証される噴射器1600はまた、温度及び圧力トランスデューサを検出するため、点火イベントに動力を与えるため、及び/又はマイクロプロセッサ又はコンピュータを作動するために、燃料制御弁又は計装に動力を与えるなどの目的で、電気エネルギーを1つ又は複数の他の噴射器に分配してもよい。   Thus, the injector 1600 illustrated in FIG. 28 provides each cylinder of the engine with an adaptively optimized timing of fuel delivery in one or more consecutive fuel injection events during each cycle of operation. There is a possibility to provide. The injector 1600 can also provide optimized timing and adaptive utilization of an ignition system selected from piezoelectric discharge, inductive discharge, capacitive discharge, and plasma firing, along with control of the peak combustion temperature. The illustrated injector 1600 may do so as a stand-alone, adaptively optimized fuel injection and ignition system that requires only proper connection to a fuel source. In other embodiments, the injector 1600 may operate in conjunction with other similar injectors including bi-directional artificial intelligence applications to improve performance. The illustrated injector 1600 also powers a fuel control valve or instrumentation to detect temperature and pressure transducers, power an ignition event, and / or operate a microprocessor or computer, etc. For this purpose, electrical energy may be distributed to one or more other injectors.

作動時には、本明細書で開示された実施形態の多くの組合せは、事実上あらゆる燃料選択物の効率的な利用を可能にする。例証すると、特に、例えば、図27Aを参照して説明される噴射器1500を含む、本明細書で開示される噴射器によって容易にされる容量放電プロセスに関して開示される発射される迅速な点火及び燃焼プロセスの適用によるきれいな排気の生成を最初に保証することによって低温エンジンを直ちに始動するために、低温エンジンを始動するのに普通は用いることができない低セタンの植物性又は動物性脂肪、留出物、パラフィン、又はワセリンのような大分子量の構成要素を含む可能性がある燃料選択物が、本実施形態と共に用いられてもよい。以下の式7で要約されるように熱化学再生プロセスを駆動して水素を生産するのに十分に温かい冷却液及び/又は排気流体をエンジンが生じた後では、きれいな燃焼を保証するのに必要とされるエネルギーが大いに減少し、点火のためのエネルギー消費を大いに減少させるために図28の噴射器1600に含まれる圧電発電機1631又は熱電発電機1620による点火が使用されてもよい。
HxCy+yH2O+熱→yCO+{y+0.5(x)}H2 式7
In operation, many combinations of the embodiments disclosed herein allow for efficient use of virtually any fuel selection. Illustratively, the fired rapid ignition disclosed with respect to the capacitive discharge process facilitated by the injectors disclosed herein, including, for example, the injector 1500 described with reference to FIG. Low cetane vegetable or animal fat, distillate that cannot normally be used to start a cold engine to start the cold engine immediately by first ensuring the production of clean exhaust by application of the combustion process Fuel choices that may include large molecular weight components such as food, paraffin or petrolatum may be used with this embodiment. Necessary to ensure clean combustion after the engine has produced coolant and / or exhaust fluid that is warm enough to drive the thermochemical regeneration process to produce hydrogen as summarized in Equation 7 below. Ignition by the piezoelectric generator 1631 or thermoelectric generator 1620 included in the injector 1600 of FIG. 28 may be used to greatly reduce the energy taken up and greatly reduce the energy consumption for ignition.
HxCy + yH 2 O + heat → yCO + {y + 0.5 (x)} H 2 formula 7

同様に、式8によって要約されるように、圧電発電機1631又は熱電発電機1620によって発生した比較的低エネルギーの火花プラズマによる確実な点火を可能にするのに十分な水素を反応生成物中に生じるために、こうした炭化水素の部分酸化が使用されてもよい。
HxCy+0.5yO2→熱+yCO+0.5(x)H2 式8
Similarly, as summarized by Equation 8, sufficient hydrogen in the reaction product to allow reliable ignition by the relatively low energy spark plasma generated by piezoelectric generator 1631 or thermoelectric generator 1620. In order to produce such partial oxidation of hydrocarbons may be used.
HxCy + 0.5yO 2 → heat + yCO + 0.5 (x) H 2 formula 8

式8によって要約されるプロセスによって生じた熱は、式7に示すように吸熱プロセスで使用されてもよい。   The heat generated by the process summarized by Equation 8 may be used in an endothermic process as shown in Equation 7.

図29は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器1700の側断面図である。例証される実施形態は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器1700は、ベース部1701とノズル部1705との間に延びる中間部1703を含む。噴射器1700はまた、ソレノイドの強磁性磁極としても働き、且つベース部1701の環状ゾーン1710の中の絶縁された巻線を含む、管取付具1704を含む。噴射器1700はまた、ドライバ1714を止めカラー1716に対して強制する磁気回路パス1708を含む。止めカラー1716は、アクチュエータ1718に結合され、これはまた、ノズル部1705によって支えられるフローバルブ1738に結合される。ドライバ1714がアクチュエータ1718に張力をかける際に、アクチュエータ1718はフローバルブ1738を閉位置に保持する。本明細書で開示される噴射器の他の実施形態と同様に、例証される噴射器1700は、噴射器1700の始動構成要素に適用される適切な空気圧、油圧、圧電、及び/又は電気機械プロセスの1つ又は複数の適用から結果として生じる燃料制御、計量、及び噴射機能のために構成される。従って、噴射器1710は、広範囲の種類の燃料の交換可能な利用に合っている。そのうえ、噴射器1700はまた、比較的平坦なトルク曲線を要求する広いターンダウン比を有するエンジンと共に用いるために構成される。   FIG. 29 is a cross-sectional side view of an injector 1700 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The illustrated embodiment includes several features that are generally similar in structure and function to the corresponding features of the injector described above. For example, the injector 1700 includes an intermediate portion 1703 that extends between the base portion 1701 and the nozzle portion 1705. The injector 1700 also includes a tube fitting 1704 that also acts as a ferromagnetic magnetic pole for the solenoid and includes an insulated winding in the annular zone 1710 of the base 1701. The injector 1700 also includes a magnetic circuit path 1708 that stops the driver 1714 and forces it against the collar 1716. Stop collar 1716 is coupled to actuator 1718, which is also coupled to a flow valve 1738 that is supported by nozzle portion 1705. Actuator 1718 holds flow valve 1738 in the closed position as driver 1714 applies tension to actuator 1718. Similar to other embodiments of the injector disclosed herein, the illustrated injector 1700 is a suitable pneumatic, hydraulic, piezoelectric, and / or electric machine that is applied to the starting components of the injector 1700. Configured for fuel control, metering, and injection functions resulting from one or more applications of the process. Thus, the injector 1710 is suitable for interchangeable use of a wide variety of fuel types. Moreover, the injector 1700 is also configured for use with an engine having a wide turndown ratio that requires a relatively flat torque curve.

作動時には、巻線1710を通して電流を与えることで、フローバルブ1738を閉じる。より詳細には、巻線1710の中に電流を与えることで、ドライバ1714を磁極片1704の方に強制し、これがアクチュエータ1718に張力をかける。フローバルブ1738は、アクチュエータ1718における張力を緩めることによって適応して開くことができる。ドライバ1714がアクチュエータ1718に張力をかけないときに、バイアス部材1722は、ドライバ1714を磁極片1704から遠ざかる方に付勢することができる。適切なバイアス部材1722の例は、リング型の永久磁石又は電磁石ばねの適切な選択物と共に機械ばねを含む。バイアス部材1722は、ドライバ1714から下流の噴射器1700の中間部1703に位置することができる。ドライバ1714が磁極片1704の方にバイアスされるときに、ドライバ1714が磁極片1704から最も遠方の場所にあるときよりもドライバ1714を動かすのにより一層低いソレノイド力が必要とされる。   In operation, the flow valve 1738 is closed by applying a current through the winding 1710. More particularly, applying current in winding 1710 forces driver 1714 toward pole piece 1704, which tensions actuator 1718. The flow valve 1738 can be adaptively opened by releasing the tension in the actuator 1718. When the driver 1714 does not apply tension to the actuator 1718, the biasing member 1722 can bias the driver 1714 away from the pole piece 1704. Examples of suitable biasing members 1722 include mechanical springs with a suitable selection of ring-type permanent magnets or electromagnetic springs. The biasing member 1722 can be located in the middle portion 1703 of the injector 1700 downstream from the driver 1714. When driver 1714 is biased toward pole piece 1704, a lower solenoid force is required to move driver 1714 than when driver 1714 is furthest away from pole piece 1704.

ドライバ1714が磁極片1704の方にバイアスされるときに、選択された「保持」周波数に従ってパルス電流を生じるためにコイル巻線1710の中に電圧を印加することができる。コイル1710の中の電流がパルス化される度に、逆起電力(CEMF)が生じる。充電回路1705(概略的に示される)は、図示された位置に位置する場合があるコンデンサ1712の充電を提供するために、CEMFを印加してもよい。この目的に対して種々の回路が適する場合がある。回路1705は、噴射器1700内、噴射器1700の表面上、又は他の適切な場所に位置する場合があり、参照によりその各々の全体が本明細書に組み込まれる米国特許第4,122,816号及び第7,349,193号で開示される原理の適切な用途を提供する1つ又は複数の集積回路を含んでもよい。出力は、アクチュエータ1718上の導電ファイバ又は導電コーティング(明快にする目的で図示されない)に及び/又は電気ケーブル1707によって接続されてもよい。   When driver 1714 is biased toward pole piece 1704, a voltage can be applied in coil winding 1710 to produce a pulsed current according to a selected “hold” frequency. Each time the current in coil 1710 is pulsed, a back electromotive force (CEMF) is generated. Charging circuit 1705 (shown schematically) may apply CEMF to provide charging of capacitor 1712, which may be located at the location shown. Various circuits may be suitable for this purpose. The circuit 1705 may be located in the injector 1700, on the surface of the injector 1700, or at any other suitable location, U.S. Pat. No. 4,122,816, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. And one or more integrated circuits that provide suitable use of the principles disclosed in US Pat. No. 7,349,193. The output may be connected to a conductive fiber or conductive coating (not shown for clarity) on the actuator 1718 and / or by an electrical cable 1707.

燃焼室のオキシダント1740の中への燃料噴射イベントがマイクロコントローラ1706によって適応して最適化される適切な時点で、コイル1710に印加される電圧が中断され、コンデンサ1712にCEMFが印加されてもよく、これは燃料点火要件を最適化するのに適応して適した電流を送達するために切換えられる。上で述べたように、これらの燃料噴射要件は、燃焼室境界面1736でトランスデューサによって生じる光学及び圧力情報を含む燃焼室のデータの分析によって、及び/又はこのデータを無線ノード若しくはアクチュエータ1718の中に組み入れられてもよい光透過性又は電気伝導性ファイバによって伝送するセンサ1709及び/又はコントローラ1706によって判定されてもよい。   At the appropriate time when a fuel injection event into combustion chamber oxidant 1740 is adaptively optimized by microcontroller 1706, the voltage applied to coil 1710 may be interrupted and CEMF may be applied to capacitor 1712. This is switched to deliver a suitable current adapted to optimize fuel ignition requirements. As noted above, these fuel injection requirements are determined by analysis of combustion chamber data, including optical and pressure information generated by the transducer at the combustion chamber interface 1736, and / or in the wireless node or actuator 1718. May be determined by a sensor 1709 and / or controller 1706 that transmits by a light transmissive or electrically conductive fiber that may be incorporated into the

低温燃料、低温エンジン、加速、温エンジン巡航(warm engine cruise)、又はストップ・アンド・ゴー用途では、適応して判定された大きさの十分に高いアンペア数の電流及び電圧を含む、適応して最適化された電流が、フローバルブ1738の鋭いリムにおける導電ゾーン及び/又はゾーン1725における管1738の鋭いリムにおける導電ゾーンの間のイオン化を引き起こすために、上記で説明されたように1つ又は複数の適切な導体を通して送達されてもよい。1つ又は複数の燃料噴射バーストに対するさらなる勢いのために、前に開示したように音響信号が印加されてもよい。したがって、こうした鋭い導体ゾーンの間のゾーンに入る燃料は、燃焼プロセスを非常に迅速に完了するために、イオン化された燃料構成要素が押し進められるイオン化されていない燃料成分と共にオキシダント1740の中に吹き込まれる際に、イオン化され及び典型的に音速を超える速度に迅速に加速される。   For cold fuel, cold engine, acceleration, warm engine cruise, or stop-and-go applications, including adaptively determined magnitude of sufficiently high amperage current and voltage One or more of the optimized currents as described above to cause ionization between the conductive zone in the sharp rim of flow valve 1738 and / or the conductive zone in the sharp rim of tube 1738 in zone 1725 May be delivered through any suitable conductor. For further momentum over one or more fuel injection bursts, an acoustic signal may be applied as previously disclosed. Thus, the fuel that enters the zone between these sharp conductor zones is blown into the oxidant 1740 along with the non-ionized fuel component that the ionized fuel components are driven to complete the combustion process very quickly. In the process, it is ionized and rapidly accelerated to a speed typically exceeding the speed of sound.

この新しい技術は、普通は水素よりも7〜12倍遅い燃焼速度を有する可能性がある、非常に低温で又はゆっくり燃える燃料の選択物が、従来の水素燃焼速度に近づく又はこれを超えることを可能にする。この新しい技術が水素又は水素と炭化水素との混合物に適用される場合には、なお一層速い燃焼完了が起こる。これらの利点は、サイクル周波数限界(N)を増加させると共にブレーキ平均有効圧力(P)を改善するために、熱損失及びバックワーク損失を低減することによって提供される作動効率の改善を可能にすることによって、意外に高い特定の電力定格を発生することができる非常に小さいエンジンに適用されてもよい。したがって、以下の式9に示すように、熱機関の作動のためのブレーキ平均有効圧力(P)及びサイクル周波数(N)の増加によってパワー生産(HP)が増加される。
HP=PLAN 式9
式中、HPは送達されるパワーであり、
Lは、ストローク長さであり、
Aは、BMEP適用領域であり、
Nは、サイクル完了周波数(RPMのような)である。
This new technology allows a selection of very cold or slowly burning fuels that may have a burning rate that is usually 7-12 times slower than hydrogen to approach or exceed the conventional hydrogen burning rate. to enable. If this new technique is applied to hydrogen or a mixture of hydrogen and hydrocarbons, even faster combustion completion occurs. These advantages allow for improved operating efficiency provided by reducing heat and backwork losses to increase cycle frequency limit (N) and improve brake mean effective pressure (P). By way of example, it may be applied to a very small engine that can generate a surprisingly high specific power rating. Therefore, as shown in Equation 9 below, power production (HP) is increased by increasing the brake mean effective pressure (P) and cycle frequency (N) for operation of the heat engine.
HP = PLAN Formula 9
Where HP is the power delivered,
L is the stroke length,
A is the BMEP application area,
N is the cycle completion frequency (such as RPM).

本明細書で開示される新しい高強度の誘電体材料の実施形態はまた、医療努力をサポートするために純粋及び又は安全な水及び滅菌された機器と共に冷蔵貯蔵及び氷生産を含む緊急援助及び災害救済の目的でのエンジン−発電機−熱交換器の種々の組合せ及び適用によって熱及びパワーを提供するのに長期にわたって貯蔵することができる種々の炭化水素での新しいプロセスを可能にする。低蒸気圧及び又は粘稠燃料物質は、迅速に流れる、及び層状の又は層化された給気燃焼プロセスを迅速に完了する高い表面対体積比をもつ燃料噴射バーストを生じるのに十分な蒸気圧及び減少された粘度を発生させるために加熱されてもよい。例証すると、パラフィンの大きいブロック、圧縮されたセルロース、安定化された動物性又は植物性脂肪、タール、ポリエチレンを含む種々のポリマー、蒸留残滓、規格外ディーゼル油、並びに他の長鎖炭化水素アルカン、芳香族、及びシクロアルカンが、災害対策に適した領域に貯蔵されてもよい。長期貯蔵の利点を与えるこれらの例証となる燃料の選択物は、従来の燃料気化又は噴射システムによって使用することはできない。しかしながら、本実施形態は、熱交換器3436、3426(図14)の熱機関からの高温冷却液又は排気流を利用するための措置を含む、噴射し及びプラズマ発射点火した後で非常に速く燃焼を完了するための本明細書で開示される噴射器による直接噴射を提供するために、加熱されて、例えばおよそ150〜425℃(300〜800°F)の間の適切な温度を生じることになる、こうした燃料を提供する。   The new high strength dielectric material embodiments disclosed herein also include emergency assistance and disasters including refrigerated storage and ice production with pure and / or safe water and sterilized equipment to support medical efforts. Various combinations and applications of engine-generator-heat exchangers for rescue purposes enable new processes with various hydrocarbons that can be stored over time to provide heat and power. The low vapor pressure and / or viscous fuel material is sufficient to produce a fuel injection burst with a high surface-to-volume ratio that flows quickly and completes a stratified or stratified charge air combustion process. And may be heated to produce a reduced viscosity. Illustratively, large blocks of paraffin, compressed cellulose, stabilized animal or vegetable fats, tars, various polymers including polyethylene, distillation residues, non-standard diesel oils, and other long chain hydrocarbon alkanes, Aromatics and cycloalkanes may be stored in areas suitable for disaster management. These illustrative fuel choices that provide long-term storage benefits cannot be used by conventional fuel vaporization or injection systems. However, this embodiment burns very quickly after injection and plasma firing ignition, including measures for utilizing high temperature coolant or exhaust flow from the heat engine of heat exchangers 3436, 3426 (FIG. 14). To provide a direct injection with the injector disclosed herein to complete a suitable temperature, for example, between about 150-425 ° C. (300-800 ° F.) Provide such fuel.

作動時には、こうした予熱され加熱された液体燃料は、蒸気圧を局所的に減少させ、したがって本明細書で開示される噴射器の実施形態によって要求される力を減少させて、こうした燃料を収容し、したがって望ましくない時点でのドリブリングを防ぐ目的で、周囲空気への熱交換によって、又は熱交換器デバイスを通過する冷却液によって幾らか冷却されてもよい。閉じ込めのさらなる保証は、本明細書で開示される逆止め弁のような1つよりも多い弁を提供することによって使用される特定の燃料に応じて必要に応じて達成されてもよい。   In operation, these preheated and heated liquid fuels contain such fuels by locally reducing the vapor pressure and thus reducing the force required by the injector embodiments disclosed herein. Thus, in order to prevent dribbling at undesired points, it may be somewhat cooled by heat exchange to ambient air or by coolant passing through the heat exchanger device. Further assurance of containment may be achieved as needed depending on the particular fuel used by providing more than one valve, such as the check valve disclosed herein.

しかしながら、非常に小さいエンジン及び台頭しつつある高速ディーゼルエンジン設計は、燃焼室に入れるために一体化された燃料噴射器/点火器に対して利用可能なスペースが非常に小さいため、難しい問題をもたらす。最適化されたプロセス作動は、特に、燃焼室境界面に延びる噴射器ノズル部1705の直径を制限する非常に小さいアクセスポートを有するエンジンに対して可能にされてもよい。ヒート・ダム又は保護部1728は、ノズル部1705での金属ジャケットによる補強なしに延びることを要求される高い機械的強度、疲労強度、及び絶縁耐力を提供することができる。絶縁体1730を取り囲むノズル部1705の近傍のエンジンの金属合金による電気伝導は、導電ゾーン1734を通して続いてもよく、これは、適切な金属めっき、ノズル部1730の端上にろう付けされる金属合金チップ、又は定位置にかしめられ、したがって図示のように管状絶縁体1730に取り付けられるメタルフォームからなってもよい。これらの方法の各々は、開発中の新しいエンジン設計を含む種々のエンジンのスペース要件を満たす用途を有してもよい。   However, very small engines and emerging high speed diesel engine designs pose difficult problems due to the very small space available for an integrated fuel injector / igniter to enter the combustion chamber . Optimized process operation may be enabled especially for engines with very small access ports that limit the diameter of the injector nozzle portion 1705 that extends to the combustion chamber interface. The heat dam or protector 1728 can provide high mechanical strength, fatigue strength, and dielectric strength that are required to extend without reinforcement by a metal jacket at the nozzle portion 1705. Electrical conduction by the engine metal alloy in the vicinity of the nozzle portion 1705 that surrounds the insulator 1730 may continue through the conductive zone 1734, which is a suitable metal plating, a metal alloy that is brazed onto the end of the nozzle portion 1730. It may consist of a chip or metal foam that is crimped in place and thus attached to the tubular insulator 1730 as shown. Each of these methods may have applications that meet various engine space requirements, including new engine designs under development.

図29で例証されるように及び本開示の他の実施形態を参照すると、スペース節約機能部及び高速作動能力を使用する噴射器の実施形態は、燃焼室へのエンジンポートのリップに押しつけられるように組立体を保護部1727でしっかりと係止する軸方向のクランプ又は枝分かれ重ね板ばね(forked leaf spring)(図示せず)を含む種々の適切な配置によって定位置に保持されてもよい。したがって、保護機能部1727は、ヒート・ダムとして働いてもよく、さらに、組立体をしっかりと定位置に保持するのに便利な機能部を提供する。例えば、圧縮可能な又はエラストマーの環状シール又は円錐形にテーパした圧縮シールを含む、燃焼室への種々の適切なシールが使用されてもよい。   As illustrated in FIG. 29 and with reference to other embodiments of the present disclosure, an embodiment of an injector that uses space saving features and high speed operating capability is adapted to be pressed against the lip of the engine port to the combustion chamber. The assembly may be held in place by a variety of suitable arrangements including an axial clamp or a forked leaf spring (not shown) that securely locks the assembly with a guard 1727. Thus, the protective feature 1727 may serve as a heat dam and further provides a convenient feature to hold the assembly firmly in place. Various suitable seals to the combustion chamber may be used including, for example, compressible or elastomeric annular seals or conically tapered compression seals.

本開示に係る1つよりも多い噴射器が、超大型エンジンの燃焼室の中の燃料噴射及び/又は点火のために使用されることになる場合、及びこうした噴射器を比較的小さい入口ポートを必要とする戦略的な場所に配置することが望ましい場合、噴射器の燃料フローバルブは、図30Aに示すように構成することができる。より詳細には、図30Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される流量制御弁1850を例証する噴射器の断面部分側面図である。一実施形態において、例証されるフローバルブ1850は、図29を参照して上記で説明された噴射器1700と共に、及び/又は本明細書で説明される噴射器の他の実施形態と共に用いることができる。図30Aに示すように、燃料制御弁1850のより大直径の部分は、ケーブル組立体又はアクチュエータ1818によって弁座1852に接触して閉じた状態に保たれてもよい。アクチュエータ1818は、弁1850に取り付ける(例えば、結合する(bonded)、圧着する(crimped)など)ことができる。適切なドライバ(例えば、図29で例証されるドライバ1714のような圧電又は電磁気ドライバ)は、弁1850を動かすためにアクチュエータ1818に張力をかける及び弛緩させることができる。そのうえ、弁1850は、ケージの内径内での一方向移動にガイドされ又は制限されてもよい。例えば、電極材料は、弁1850をガイドすることができる。他の実施形態において、弁1850はまた、弁1850に対する位置合わせを提供するためにガイドピン1856に沿って動くことができる。   If more than one injector according to the present disclosure is to be used for fuel injection and / or ignition in the combustion chamber of a very large engine, and such injectors have a relatively small inlet port If it is desirable to place it at the required strategic location, the injector fuel flow valve can be configured as shown in FIG. 30A. More specifically, FIG. 30A is a cross-sectional partial side view of an injector illustrating a flow control valve 1850 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. In one embodiment, the illustrated flow valve 1850 may be used with the injector 1700 described above with reference to FIG. 29 and / or with other embodiments of the injector described herein. it can. As shown in FIG. 30A, the larger diameter portion of the fuel control valve 1850 may be held closed by contacting the valve seat 1852 by a cable assembly or actuator 1818. Actuator 1818 may be attached to valve 1850 (eg, bonded, crimped, etc.). A suitable driver (eg, a piezoelectric or electromagnetic driver such as driver 1714 illustrated in FIG. 29) can tension and relax actuator 1818 to move valve 1850. Moreover, the valve 1850 may be guided or limited to unidirectional movement within the cage inner diameter. For example, the electrode material can guide the valve 1850. In other embodiments, the valve 1850 can also move along the guide pin 1856 to provide alignment with the valve 1850.

燃料制御弁1850は、例えば、赤外放射、可視放射、及び紫外放射、並びに燃焼室の中の圧力及び動きイベントを監視するためのフッ化物ガラス組成物、石英、サファイア、又はこうした材料の種々の複合材を含むポリマー組成物のような光学窓材料を含む、任意の適切な材料で作製されてもよい。燃料制御弁1850はまた、レンズ及びガイドピン1850によって受け取られる場合がある放射の所望の閉じ込めを生じるために、種々の材料でめっきし又は処理することができる。例えば、弁1850は、関心ある或る放射周波数を送達する及び又はフィルタするために、例えば、適切に保護されたサファイア、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、又はこうした材料の複合材を含むZBLANフッ化物ガラスを含む材料で被覆されてもよい。   The fuel control valve 1850 may be, for example, a fluoride glass composition, quartz, sapphire, or a variety of such materials for monitoring infrared, visible, and ultraviolet radiation, and pressure and motion events in the combustion chamber. It may be made of any suitable material, including optical window materials such as polymer compositions that include composites. The fuel control valve 1850 can also be plated or treated with a variety of materials to produce the desired confinement of radiation that may be received by the lens and guide pin 1850. For example, the valve 1850 may be a ZBLAN fluoride comprising, for example, appropriately protected sapphire, lithium fluoride, calcium fluoride, or a composite of such materials to deliver and / or filter certain emission frequencies of interest. You may coat | cover with the material containing glass.

作動時には、ケーブル又はアクチュエータ1818上の張力は、燃料が弁1850を通過して流れてフル定常流、噴射される燃料の1つ又は複数のバースト、又は適切な音響信号による勢いを受ける燃料噴射を生じるように、所望の値に低減され又は弛緩される。燃料圧によって及び/又は課される場合がある他の力によって弁1850を外向きに動かすことは、燃焼室のサイクルにつき1つ又は複数の燃料噴射を提供する。例証される実施形態はまた、永久磁石及び又は電磁石を含んでいてもよい弁座1852を含む。弁1850は、弁座1852に面する複数のチャネル又は通路コンタクト部1854を含む。弁1850のコンタクト部1854は、燃料噴射バーストのバースト周波数及び特徴の所望の変化を生じるために、強磁性であってもよく、又は弁座1852の中の永久磁石の磁極、又は弁座1852の中の電磁石の作動によって生じる磁極の選択物によって反発される場合がある永久磁石からなってもよい。   In operation, the tension on the cable or actuator 1818 causes the fuel to flow past the valve 1850 to cause full steady flow, one or more bursts of injected fuel, or fuel injection subject to momentum by an appropriate acoustic signal. As it occurs, it is reduced or relaxed to the desired value. Moving valve 1850 outwardly by fuel pressure and / or other forces that may be imposed provides one or more fuel injections per cycle of the combustion chamber. The illustrated embodiment also includes a valve seat 1852 that may include permanent magnets and / or electromagnets. The valve 1850 includes a plurality of channels or passage contacts 1854 that face the valve seat 1852. The contact 1854 of the valve 1850 may be ferromagnetic to produce the desired change in the burst frequency and characteristics of the fuel injection burst, or the permanent magnet pole in the valve seat 1852, or the valve seat 1852. It may consist of a permanent magnet that may be repelled by a selection of magnetic poles produced by the operation of an electromagnet therein.

特定の実施形態において、燃焼室の特性及び状態は、フローバルブ1850及び/又はガイドピン1856によって支えられるセンサによって検出し及び通信することができる。ガイドピン1856からの光信号、電気信号、及び/又は磁気信号は、屈曲するサブケーブル1855を通して、又は適切なトランスデューサ及び又は無線ノードへの通信に必要とされる場合のスペースを満たす気体、液体、ゲル、又はエラストマー材料のような透過型媒体を通して、アクチュエータ1818の中の対応する通信体又はファイバに伝送することができる。これは、燃焼室の中のイベントの所望の監視及び特徴付けを提供するために、フライ・アイ又は他の別のタイプの適切なレンズ1853がガイドピン1856によって支えられることを可能にする。情報は、したがって、窓材料又は通信ケーブル1855を通した伝送を含む、光学ピン組立体156を通して伝送することができる。この情報はまた、ノズル部によって支えられる第1の点火及び流量調整装置又はカバー1880のスロット1858又は開口部1858を通して弁1850の中の通信体1855で受信することができる。図30Bは、第1のカバー1880aを例証する正面図であり、これは、燃料が外向きに流れることを可能にすると共に、燃焼室の状態及び特性への露出を提供するように構成されるスロット1858及び開口部1857に対応する。アクチュエータ1818の中の適切なトランスデューサ、無線通信ノード、及び/又は適切な光又は電気伝導サブケーブルは、この情報を適応的な燃料噴射及び点火タイミング作動のために噴射器上に位置決めされるコントローラに通信することができる。   In certain embodiments, combustion chamber characteristics and conditions may be detected and communicated by sensors supported by flow valve 1850 and / or guide pin 1856. The optical, electrical, and / or magnetic signals from the guide pin 1856 may be used to fill a space when needed for communication to a flexible sub-cable 1855 or to a suitable transducer and / or wireless node, It can be transmitted through a transmissive medium such as a gel or elastomeric material to a corresponding communication body or fiber in the actuator 1818. This allows a fly eye or other type of other suitable lens 1853 to be supported by guide pins 1856 to provide the desired monitoring and characterization of events in the combustion chamber. Information can therefore be transmitted through the optical pin assembly 156, including transmission through window material or communication cable 1855. This information can also be received by the communication 1855 in the valve 1850 through the slot 1858 or opening 1858 of the first ignition and flow regulator or cover 1880 supported by the nozzle portion. FIG. 30B is a front view illustrating the first cover 1880a, which is configured to allow fuel to flow outward and provide exposure to combustion chamber conditions and characteristics. Corresponding to slot 1858 and opening 1857. Appropriate transducers, wireless communication nodes, and / or appropriate optical or electrical conduction sub-cables in actuator 1818 can pass this information to a controller positioned on the injector for adaptive fuel injection and ignition timing operation. Can communicate.

図30Cは、本開示の実施形態に従って構成される第2の点火及び燃料流量調整装置の正面図である。第2のカバー1880bは、ガイドピン1856へのアクセスを提供するために開口部1857を含む。第2のカバー1880bはスロット1859をさらに含む。図30B及び図30Cのカバー1880a及び1880bを共に参照すると、これらのカバーはまた、点火イベントのために用いることができる。例えば、点火は、イオン化された空気又はイオン化された燃料−空気混合気、又はイオン化された燃料をスロット1858、1859から、並びにエンジンヘッドのアクセスポートのリップ1860と対応するカバーの鋭いリム1857(図30B)又は鋭いリム1864(図30C)との間である環状ゾーン1862から押し進める(thrust)、熱面、触媒刺激、スパーク、プラズマ、又は高いピークエネルギーの容量放電プラズマのための配置から選択されてもよい。   FIG. 30C is a front view of a second ignition and fuel flow regulator configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. The second cover 1880 b includes an opening 1857 to provide access to the guide pin 1856. Second cover 1880b further includes slot 1859. Referring to the covers 1880a and 1880b of FIGS. 30B and 30C together, these covers can also be used for ignition events. For example, ignition may involve ionized air or an ionized fuel-air mixture, or ionized fuel from slots 1858, 1859, as well as the sharp rim 1857 of the cover corresponding to the lip 1860 of the engine head access port. 30B) or an annular zone 1862 between the sharp rim 1864 (FIG. 30C), selected from arrangements for hot surfaces, catalyst stimulation, sparks, plasma, or high peak energy capacitive discharge plasma Also good.

図31は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器1960の側断面図である。噴射器1960は、幾つかのスペース節約機能部を含む。例えば、噴射器1960は、噴射器1960のノズル部によって支えられるフローバルブ1950に結合されるケーブル又はアクチュエータ1968を含む。噴射器1960はまた、ケーブル1968を動かしてフローバルブ1950を始動するように構成される始動組立体1968を含む。より詳細には、始動組立体1959はまた、ケーブル1968を変位させるように構成されるアクチュエータ1962(第1のアクチュエータ1962a〜第3のアクチュエータ1962cとして個々に識別される)を含む。3つのアクチュエータ1962が図31で例証されるが、他の実施形態において、噴射器1960は、単一のアクチュエータ1962、2つのアクチュエータ1962、又は3つよりも多いアクチュエータ1962を含むことができる。アクチュエータ1962は、圧電構成要素、電気機械式構成要素、空気圧構成要素、油圧構成要素、又は他の適切な力発生構成要素とすることができる。   FIG. 31 is a cross-sectional side view of an injector 1960 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The injector 1960 includes a number of space saving features. For example, the injector 1960 includes a cable or actuator 1968 that is coupled to a flow valve 1950 that is supported by the nozzle portion of the injector 1960. The injector 1960 also includes a starter assembly 1968 configured to move the cable 1968 to start the flow valve 1950. More particularly, starter assembly 1959 also includes actuators 1962 (identified individually as first actuator 1962a through third actuator 1962c) configured to displace cable 1968. Although three actuators 1962 are illustrated in FIG. 31, in other embodiments, the injector 1960 can include a single actuator 1962, two actuators 1962, or more than three actuators 1962. Actuator 1962 can be a piezoelectric component, an electromechanical component, a pneumatic component, a hydraulic component, or other suitable force generating component.

始動組立体1959はまた、ケーブル1968のプッシュ、プル、及び/又はプッシュ及びプル変位を提供するために対応するアクチュエータ1962に及びケーブル1968に作動関係で結合されるコネクタ1958(第1のコネクタ1958a及び第2のコネクタ1958bとして個々に識別される)を含む。ケーブル1968は、噴射器1960に沿って軸方向にコネクタ1958の間で自由にスライドすることができる。始動組立体1959の別の機能部によれば、ケーブル1968の第1の端部は、噴射器1960のベース部1901で第1のガイド・ベアリング1976を通過することができる。ケーブル1968の第1の端部はまた、燃焼データをコントローラ1978に中継してコントローラが燃料噴射及び点火プロセスを適応して制御し及び最適化することを可能にするために、コントローラ1978に作動関係で結合される。ケーブル1968の第2の端部は、ケーブル1968をフローバルブ1950と位置合わせするために噴射器1960のノズル部1902でガイド・ベアリング1970を通して延びる。   The starter assembly 1959 also includes a connector 1958 (first connector 1958a and 1958a) that is operatively coupled to the cable 1968 and the cable 1968 to provide push, pull, and / or push and pull displacement of the cable 1968. Individually identified as second connector 1958b). The cable 1968 can slide freely between the connectors 1958 in the axial direction along the injector 1960. According to another feature of starter assembly 1959, the first end of cable 1968 can pass through first guide bearing 1976 at base portion 1901 of injector 1960. The first end of cable 1968 also has an operational relationship to controller 1978 to relay combustion data to controller 1978 to allow the controller to adaptively control and optimize the fuel injection and ignition process. Combined with A second end of cable 1968 extends through guide bearing 1970 at nozzle portion 1902 of injector 1960 to align cable 1968 with flow valve 1950.

作動時には、アクチュエータ1962は、フローバルブ1950の所望の度合いの動きをもたらすために、ケーブル1968を変位させて、ケーブル268Bに張力をかける又は弛緩させる。より詳細には、アクチュエータ1962は、コネクタにケーブル1968を噴射器1960の縦軸と概して垂直な方向に変位させる。   In operation, actuator 1962 displaces cable 1968 to tension or relax cable 268B to provide the desired degree of movement of flow valve 1950. More specifically, actuator 1962 displaces cable 1968 at the connector in a direction generally perpendicular to the longitudinal axis of injector 1960.

燃料、空気、又は燃料−空気混合気をイオン化することによって燃焼室境界面でプラズマの比較的大きい電流バーストを送達することが望ましい場合に、噴射器1960はまた、ノズル部1902にコンデンサ1974を含むことができる。コンデンサ1974は、適切な金属選択物、又は表1からの選択物のような適切な絶縁体によって分離されるグラフェン層、並びに表2からの選択物のような任意の調製物によって提供されてもよい多くの導電性層を含むように、円筒形であってもよい。コンデンサ1974は、適切な電源に結合することができる第1の絶縁されたケーブル1980を通した比較的小さい電流で充電されてもよい。コンデンサ1974はまた、その後、コンデンサ1974から伝導管又はめっき1984に延びるより大きい第2のケーブル1982を通して比較的高電流でより一層迅速に放電されてもよい。めっき1984は、上記で説明されたように点火特性及び伝播のための所望の鋭い縁部を含むことができる。   The injector 1960 also includes a capacitor 1974 in the nozzle portion 1902 when it is desirable to deliver a relatively large current burst of plasma at the combustion chamber interface by ionizing the fuel, air, or fuel-air mixture. be able to. Capacitor 1974 may be provided by a suitable metal selection, or a graphene layer separated by a suitable insulator such as the selection from Table 1, as well as any preparation such as the selection from Table 2. It may be cylindrical to include many good conductive layers. Capacitor 1974 may be charged with a relatively small current through a first isolated cable 1980 that can be coupled to a suitable power source. Capacitor 1974 may then be discharged more quickly at a relatively high current through a larger second cable 1982 extending from capacitor 1974 to a conductive tube or plating 1984. The plating 1984 can include desired sharp edges for ignition characteristics and propagation as described above.

図32は、フローバルブ2050の始動を迅速且つ正確に制御するための、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器2060の側断面図である。例証される噴射器2060は、本明細書で開示される他の噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。図32に示すように、噴射器2060は、フローバルブ2050に結合されるアクチュエータ又はケーブル2068を含む。噴射器2060はまた、ケーブル2068を噴射器2060に沿って軸方向に(例えば、第1の矢印2067の方向に)動かすための異なる始動組立体2070(第1の始動組立体2070a及び第2の始動組立体2070bとして個々に識別される)を含む。   FIG. 32 is a cross-sectional side view of an injector 2060 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure for quickly and accurately controlling the start of the flow valve 2050. FIG. The illustrated injector 2060 includes several features that are generally similar in structure and function to the corresponding features of other injectors disclosed herein. As shown in FIG. 32, the injector 2060 includes an actuator or cable 2068 coupled to the flow valve 2050. The injector 2060 also includes different starter assemblies 2070 (first starter assembly 2070a and second starter) for moving the cable 2068 axially along the injector 2060 (eg, in the direction of the first arrow 2067). Individually identified as starter assembly 2070b).

第1の始動組立体2070a(概略的に示される)は、ケーブル2068と接触する力発生部材2071を含む。力発生部材2071は、圧電構成要素、電気機械式構成要素、空気圧構成要素、油圧構成要素、又は他の適切な力発生構成要素とすることができる。力発生部材2071が通電され又は他の方法で始動されるときに、力発生部材2071は、噴射器2060の縦軸と概して垂直な方向に(例えば、第2の矢印2065の方向に)動く。したがって、力発生部材2071は、ケーブル2068の少なくとも一部を変位させてケーブル2068に張力をかける。力発生部材2071がもはや通電されない又は始動されないときに、ケーブル2068はもはや張力がかかっていない。したがって、第1の始動組立体2070aは、フローバルブ2050から非常に迅速且つ正確に燃料噴射バースト2003を提供することができる。   The first starter assembly 2070 a (shown schematically) includes a force generating member 2071 that contacts the cable 2068. The force generating member 2071 can be a piezoelectric component, an electromechanical component, a pneumatic component, a hydraulic component, or other suitable force generating component. When the force generating member 2071 is energized or otherwise started, the force generating member 2071 moves in a direction generally perpendicular to the longitudinal axis of the injector 2060 (eg, in the direction of the second arrow 2065). Accordingly, the force generation member 2071 applies a tension to the cable 2068 by displacing at least a part of the cable 2068. When the force generating member 2071 is no longer energized or started, the cable 2068 is no longer under tension. Thus, the first starter assembly 2070a can provide the fuel injection burst 2003 from the flow valve 2050 very quickly and accurately.

第2の始動組立体2070b(概略的に示される)は、ケーブル2068を噴射器2060内で軸方向に動かすためのラックアンドピニオン型の構成を含む。より詳細には、第2の始動組立体2070bは、ケーブル2068に結合されるラック又はスリーブ2072を含む。対応するピニオン又はギア2074は、スリーブ2072と係合する。作動時には、第2の始動組立体2070bは、ギア2074の回転運動をスリーブ2072、その結果、ケーブルの直線運動に移す。従って、第2の始動組立体2070bはまた、フローバルブ2050から放出される非常に迅速且つ正確な燃料噴射バースト2003を提供することができる。   The second starter assembly 2070b (shown schematically) includes a rack and pinion type configuration for moving the cable 2068 axially within the injector 2060. More particularly, the second starter assembly 2070 b includes a rack or sleeve 2072 that is coupled to the cable 2068. A corresponding pinion or gear 2074 engages the sleeve 2072. In operation, the second starter assembly 2070b transfers the rotational movement of the gear 2074 to the linear movement of the sleeve 2072 and consequently the cable. Thus, the second starter assembly 2070b can also provide a very quick and accurate fuel injection burst 2003 released from the flow valve 2050.

図33Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される外方に開くフローバルブ2150の側断面図であり、図33Bはその左側の図である。図34Aは、本開示の実施形態に従って構成される弁座2270の側断面図であり、図34Bはその左側の図であり、図34Cはその右側の図である。図33A〜図34Cを共に参照すると、フローバルブ2150は、燃焼室の境界面での燃料の流れを制御するために構成され、弁座2270は、バルブ2150を噴射器内に位置合わせするように構成される。例証された実施形態において、バルブ2150は、フランジ付きの第2の端部2152とは反対側の細長い第1の端部2153を含む。第1の端部2153は、上記で詳細に説明したようにケーブル又はアクチュエータに結合することができるキャビティ2156を含む。第2の端部2152は、第1の接触面2154を含む。   FIG. 33A is a cross-sectional side view of an outwardly opening flow valve 2150 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure, and FIG. 33B is a left side view thereof. 34A is a cross-sectional side view of a valve seat 2270 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure, FIG. 34B is a left side view thereof, and FIG. 34C is a right side view thereof. Referring to FIGS. 33A-34C together, the flow valve 2150 is configured to control fuel flow at the combustion chamber interface, and the valve seat 2270 aligns the valve 2150 within the injector. Composed. In the illustrated embodiment, the valve 2150 includes an elongated first end 2153 opposite the flanged second end 2152. The first end 2153 includes a cavity 2156 that can be coupled to a cable or actuator as described in detail above. The second end 2152 includes a first contact surface 2154.

弁座2270は、第2の端部2271とは反対側の第1の端部2273を含む。第1の端部2273は、燃料及び/又は計器が弁座2270を通過することを可能にするように構成された複数のチャネル又は通路2276を含む。チャネルは、弁座2270の第2の端部の単一の通路又はボア2272に組み合わされる。第2の端部2271はまた、第2の接触面2274を含む。弁座2270は、第1の端部2153を少なくとも部分的に受け入れるように構成される。より具体的には、中央チャネル又は通路2276は、バルブ2150の第1の端部2153を受け入れることができる。バルブ2250が弁座2270の閉位置に着座されるとき、バルブ2270の第1の接触面2154がバルブ2270の第2の接触面2274と接触し又は係合して、それらの間に燃料が流れるのを防ぐ。或る実施形態において、バルブ2150及び/又は弁座2270の表面は、これらの表面を通過して流れる燃料に影響を及ぼすように構成することができる。例えば、これらの構成要素は、上記で説明したように燃料の突然のガス化を誘起する鋭い縁部を含むことができる。さらに、これらの構成要素は、例えば、噴射される燃料のスワールする動きを誘起するために、螺旋形の溝のような燃料の流れに影響を及ぼす溝又はパターンを備えた表面を有することができる。図34A〜図34Cで例証される実施形態は、フローバルブ及び対応する弁座2270の1つの構成を示すが、他の弁及び弁座は他の構成及び機能部を含むことができることが当業者には分かるであろう。   The valve seat 2270 includes a first end 2273 opposite to the second end 2271. The first end 2273 includes a plurality of channels or passages 2276 that are configured to allow fuel and / or instruments to pass through the valve seat 2270. The channel is associated with a single passage or bore 2272 at the second end of the valve seat 2270. Second end 2271 also includes a second contact surface 2274. The valve seat 2270 is configured to at least partially receive the first end 2153. More specifically, the central channel or passage 2276 can receive the first end 2153 of the valve 2150. When the valve 2250 is seated in the closed position of the valve seat 2270, the first contact surface 2154 of the valve 2270 contacts or engages the second contact surface 2274 of the valve 2270 and fuel flows therebetween. To prevent. In some embodiments, the surfaces of valve 2150 and / or valve seat 2270 can be configured to affect fuel flowing through these surfaces. For example, these components can include sharp edges that induce sudden gasification of the fuel as described above. In addition, these components can have surfaces with grooves or patterns that affect fuel flow, such as spiral grooves, for example, to induce a swirling motion of the injected fuel. . Although the embodiment illustrated in FIGS. 34A-34C shows one configuration of a flow valve and corresponding valve seat 2270, those skilled in the art can appreciate that other valves and valve seats can include other configurations and features. Will understand.

図35Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器2300の断面側面図である。噴射器2300は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器2300は、ベース部2302とノズル部2306との間に延びる中間部2304を含む。ノズル部2306は、エンジンヘッド2303を通して燃焼室2301に延びる。噴射器2300はまた、誘電絶縁体2340を含む。   FIG. 35A is a cross-sectional side view of an injector 2300 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The injector 2300 includes several functional parts that are generally similar in structure and function to the corresponding functional parts of the injectors described above. For example, the injector 2300 includes an intermediate portion 2304 that extends between the base portion 2302 and the nozzle portion 2306. The nozzle portion 2306 extends to the combustion chamber 2301 through the engine head 2303. The injector 2300 also includes a dielectric insulator 2340.

例証される実施形態の1つの特徴によれば、誘電絶縁体2340は、異なる絶縁耐力をもつ2つ又はそれ以上の部分を含む。例えば、絶縁体2340は、噴射器2300の中間部2304に概して位置決めされる第1の誘電体部2342と、噴射器2300のノズル部2306における第2の誘電体部2344とを含むことができる。特定の実施形態において、第2の誘電体部2344は、燃焼室2301の近傍のノズル部2306の厳しい燃焼条件(例えば、圧力、熱的及び機械的ショック、ファウリングなど)に耐え、且つ絶縁体2340の劣化を防ぐ目的で、第1の誘電体部2342よりも高い絶縁耐力を有するように構成することができる。幾つかの実施形態において、これらの誘電体部は、異なる材料で作製することができる。他の実施形態において、しかしながら、第2の誘電体部2344は、第1の誘電体部2342と同じ材料から作製することができるが、しかしながら、第2の誘電体部2344は、第2の誘電体部2344の絶縁耐力を増加させるために(例えば、上記で解説されるように外面に圧縮荷重がかかっている状態で)シールする又は他の方法で処理することができる。第1の誘電体部2342及び第2の誘電体部2344は、例えば、表1に挙げられた材料を含む、上記で説明された誘電体材料及び/又はプロセスのいずれかから作製することができる。   According to one feature of the illustrated embodiment, the dielectric insulator 2340 includes two or more portions with different dielectric strengths. For example, the insulator 2340 can include a first dielectric portion 2342 that is generally positioned in the middle portion 2304 of the injector 2300 and a second dielectric portion 2344 in the nozzle portion 2306 of the injector 2300. In certain embodiments, the second dielectric portion 2344 withstands severe combustion conditions (eg, pressure, thermal and mechanical shock, fouling, etc.) of the nozzle portion 2306 in the vicinity of the combustion chamber 2301, and is an insulator. In order to prevent the deterioration of 2340, it can be configured to have a higher dielectric strength than the first dielectric portion 2342. In some embodiments, these dielectric portions can be made of different materials. In other embodiments, however, the second dielectric portion 2344 can be made from the same material as the first dielectric portion 2342, however, the second dielectric portion 2344 can be made of the second dielectric portion 2344. To increase the dielectric strength of the body 2344 (eg, with a compressive load on the outer surface as described above), it can be sealed or otherwise processed. The first dielectric portion 2342 and the second dielectric portion 2344 can be made from any of the dielectric materials and / or processes described above, including, for example, the materials listed in Table 1. .

例証される実施形態の別の態様によれば、第2の誘電体部2344は、ノズル部2306に沿ってはるばる燃焼室2301との境界面まで延びない。したがって、ノズル部2306は、エンジンブロック2303と噴射器2300の導電部2338との間に空隙2370を含み、これは点火のためにノズル部2306に電圧を送達する。ノズル部2306におけるこのギャップ2370は、ノズル部2306からプラズマを生じる容量放電のためのスペースを提供する。こうした放電はまた、第2の誘電体部2344上に汚染物質(例えば、石油)が堆積しないようにする又は少なくとも部分的に防ぐことができ、これにより、絶縁体2340のトラッキング又は他のタイプの劣化を回避する。   According to another aspect of the illustrated embodiment, the second dielectric portion 2344 does not extend along the nozzle portion 2306 to the interface with the combustion chamber 2301 throughout. Accordingly, the nozzle portion 2306 includes a gap 2370 between the engine block 2303 and the conductive portion 2338 of the injector 2300, which delivers voltage to the nozzle portion 2306 for ignition. This gap 2370 in the nozzle portion 2306 provides a space for capacitive discharge that generates plasma from the nozzle portion 2306. Such an electrical discharge can also prevent or at least partially prevent contaminants (eg, petroleum) from depositing on the second dielectric portion 2344, thereby tracking the insulator 2340 or other types. Avoid degradation.

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、噴射器2300は、噴射器2300のベース部2302に第2の逆止め弁2330及び逆止め弁座2332をさらに含むことができる。特定の実施形態において、逆止め弁2330と逆止め弁座2332は、互いに引き付けられる磁気部(例えば、永久磁石)を含むことができる。作動時には、逆止め弁2330にかかる力(例えば、逆止め弁座2332の引力を克服する電磁気又は他の適切な力)が、逆止め弁2330を逆止め弁座2332から遠ざかる方に動かして、燃料が噴射器2300を通して流れることを可能にする。逆止め弁2330は、逆止め弁2330に力がかからない限り閉位置にあるままなので、電力損失が起こる場合、逆止め弁2330は、燃料が噴射器2330の中に流れる又は漏れるのを防ぐことができる。   According to another feature of the illustrated embodiment, the injector 2300 can further include a second check valve 2330 and a check valve seat 2332 in the base portion 2302 of the injector 2300. In certain embodiments, the check valve 2330 and the check valve seat 2332 can include magnetic portions (eg, permanent magnets) that are attracted to each other. In operation, a force on the check valve 2330 (eg, an electromagnetic or other suitable force that overcomes the attractive force of the check valve seat 2332) moves the check valve 2330 away from the check valve seat 2332; Allows fuel to flow through the injector 2300. The check valve 2330 remains in the closed position as long as no force is applied to the check valve 2330 so that if power loss occurs, the check valve 2330 prevents fuel from flowing or leaking into the injector 2330. it can.

図35Bは、図35Aで例証される噴射器2300のノズル部2306におけるフローバルブ2350の実施形態を例証する正面図である。図35Bに示すように、弁2350は、燃料の流れを可能にし、及び/又はそれにより影響を及ぼすために、複数のスロット2358及び/又は開口部2357を含むことができる。これらのスロット2358及び開口部2357はまた、噴射器2300が弁2350を通して燃焼室の特性及び状態を感知できるようにすることができる。そのうえ、弁2350は、燃焼室の特性及び状態の監視を可能にするために、少なくとも部分的に石英又はサファイアのような透明な材料から作製することができる。   FIG. 35B is a front view illustrating an embodiment of a flow valve 2350 in the nozzle portion 2306 of the injector 2300 illustrated in FIG. 35A. As shown in FIG. 35B, the valve 2350 can include a plurality of slots 2358 and / or openings 2357 to allow and / or influence the flow of fuel. These slots 2358 and openings 2357 may also allow the injector 2300 to sense combustion chamber characteristics and conditions through the valve 2350. Moreover, the valve 2350 can be made at least partially from a transparent material such as quartz or sapphire to allow monitoring of the combustion chamber properties and conditions.

図36Aは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器2400のノズル部2402の断面部分側面図である。例証される実施形態において、噴射器2400は、ケーブル又はアクチュエータ2440を第1のフローバルブ2450に結合するコネクタ2442を含む。第1のバルブ2450は、第1のバルブが閉位置にあるときに弁座2452に接触してとどまる、内向きに開くフローバルブである。ノズル部2402はまた、第2のバルブ2460が閉位置にあるときに弁座2452に接触してとどまる第2の逆止め弁2460を含む。従って、ノズル部は、閉じた第1の弁2450と第2の弁2460との間の中間体積2456を含む。ノズル部2402はまた、点火及び流量調整装置又はカバー2470を含む。特定の実施形態において、ノズル部2402はまた、燃料の噴射に対する弁作動(valving)を制御するように構成される1つ又は複数のバイアス構成要素を含むことができる。これらのバイアス構成要素は、例えば、機械ばねのようなばね及び/又は永久磁石を含む磁石を含むことができる。より詳細には、第1のバルブは第1の磁気部2451を含むことができ、第2のバルブ2460は第2の磁気部2463を含むことができ、この各々は、弁座2452の対応する第3の磁気部2454の方に引き付けられ又はバイアスされる。そのうえ、カバー2470はまた、第4の磁気部2472を含むことができるが、しかしながら、第4の磁気部2472は、弁座2460とは反対側であるか、又はそうでなければ弁座2460から遠ざかる方にバイアスされる。例えば、弁座2460は、カバー2470の第4の磁気部2472から遠ざかる方にバイアスされる第5の磁気部2462を含むことができる。したがって、これらのバイアス部は、弁をそれらの閉位置に保持する一助とすることができる。これらのバイアス部は、これらの弁をそれらの閉位置により迅速に戻す回復力を少なくとも部分的に提供することによって、弁作動をさらに強化することができる。例証されるノズル部の構成要素(例えば、アクチュエータ2440、第1のバルブ2450、弁座2452、第2のバルブ2460、及び/又はカバー2470)は、燃焼室の状態及び/又は特性を監視し及び通信するための種々のセンサ及び/又は計装を含むことができる。   FIG. 36A is a cross-sectional partial side view of a nozzle portion 2402 of an injector 2400 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the injector 2400 includes a connector 2442 that couples a cable or actuator 2440 to the first flow valve 2450. The first valve 2450 is an inwardly opening flow valve that remains in contact with the valve seat 2452 when the first valve is in the closed position. The nozzle portion 2402 also includes a second check valve 2460 that remains in contact with the valve seat 2452 when the second valve 2460 is in the closed position. Thus, the nozzle portion includes an intermediate volume 2456 between the closed first valve 2450 and second valve 2460. The nozzle portion 2402 also includes an ignition and flow regulator or cover 2470. In certain embodiments, the nozzle portion 2402 can also include one or more biasing components configured to control valve actuation for fuel injection. These biasing components can include, for example, magnets including springs such as mechanical springs and / or permanent magnets. More particularly, the first valve can include a first magnetic portion 2451 and the second valve 2460 can include a second magnetic portion 2463, each of which corresponds to a valve seat 2452. It is attracted or biased towards the third magnetic part 2454. In addition, the cover 2470 can also include a fourth magnetic portion 2472, however, the fourth magnetic portion 2472 is opposite the valve seat 2460 or otherwise from the valve seat 2460. Biased away. For example, the valve seat 2460 can include a fifth magnetic portion 2462 that is biased away from the fourth magnetic portion 2472 of the cover 2470. Thus, these biasing portions can help keep the valves in their closed positions. These biasing portions can further enhance valve actuation by providing at least partially a restoring force that returns these valves more quickly to their closed position. The illustrated nozzle component (eg, actuator 2440, first valve 2450, valve seat 2452, second valve 2460, and / or cover 2470) monitors the condition and / or characteristics of the combustion chamber and Various sensors and / or instrumentation for communicating may be included.

作動時には、矢印2439で示される方向にアクチュエータ2440を動かすことで、第1のバルブ2450が動いて弁座2452から離れ、第1のバルブ2450が開く。第1のバルブ2450の開放は、燃料が第1の燃料経路2444aに沿って流れて中間体積2456に入ることを可能にする。燃料が中間体積2456に入る際に、燃料の圧力が第2の逆止め弁2460を開き、それゆえ燃料が第2の燃料経路2444bに沿って中間体積2456を出ることができるようになる。その後、燃料は、燃焼室に噴射されるようにカバー2470を通過して流れることができる。アクチュエータ2440がその元の位置に戻るときに、第1のバルブ2450が再び弁座2452と接触して閉じて燃料の流れを止める。中間体積2456の中の圧力が低下する際に、第2のバルブ2460が再び弁座2452と接触して閉じて、これによりノズル部2402からのあらゆる燃料のドリブルを防ぐ。したがって、アクチュエータ2440の迅速な始動は、ノズル部2402からの正確な燃料バーストを可能にする。   In operation, the actuator 2440 is moved in the direction indicated by the arrow 2439 to move the first valve 2450 away from the valve seat 2452 and open the first valve 2450. The opening of the first valve 2450 allows fuel to flow along the first fuel path 2444a and enter the intermediate volume 2456. As fuel enters the intermediate volume 2456, the pressure of the fuel opens the second check valve 2460, thus allowing the fuel to exit the intermediate volume 2456 along the second fuel path 2444b. Thereafter, the fuel can flow past the cover 2470 to be injected into the combustion chamber. When the actuator 2440 returns to its original position, the first valve 2450 again contacts the valve seat 2452 and closes to stop fuel flow. As the pressure in the intermediate volume 2456 drops, the second valve 2460 again contacts the valve seat 2452 and closes, thereby preventing any fuel dribbling from the nozzle portion 2402. Thus, a quick start of the actuator 2440 allows an accurate fuel burst from the nozzle portion 2402.

図36Bは、本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバー2470を例証する図36Aの噴射器の正面図である。例証されるカバー2470は、上記で詳細に説明されるように、燃料の流れと燃焼室の監視のためのスロット2474を含む。そのうえ、カバー2474は、エンジンヘッドでの点火を容易にするために複数の周方向に間隔をおいて配置された点火部2476を含むことができる。   36B is a front view of the injector of FIG. 36A illustrating an ignition and flow regulator or cover 2470 configured in accordance with an embodiment of the present disclosure. The illustrated cover 2470 includes a slot 2474 for fuel flow and combustion chamber monitoring, as described in detail above. In addition, the cover 2474 can include a plurality of circumferentially spaced igniters 2476 to facilitate ignition at the engine head.

図37は、本開示の別の実施形態に従って構成されるシステム2500の略側断面図である。例証される実施形態において、システム2500は、一体化された燃料噴射器/点火器2502(例えば、本開示の実施形態のいずれかに係る噴射器)と、燃焼室2506と、1つ又は複数のスロットルを絞られない(unthrottled)空気フローバルブ2510(第1のバルブ2510a及び第2のバルブ2510bとして個々に識別される)と、エネルギー伝達装置、すなわちピストン2504とを含む。上記で詳細に説明されるように、噴射器2502は、燃焼室2506の中に燃料2520の層化された又は層状給気を噴射するように構成される。例証される実施形態の一態様によれば、システム2500は、例えば空気のような豊富な又は過剰量のオキシダント2530中で燃料2520を噴射し及び点火するように構成される。より詳細には、システム2500は、燃焼イベントに先立って弁2510が燃焼室2506における周囲圧力又は正圧を維持するように構成される。例えば、システム2500は、燃料2520を点火するのに先立って燃焼室2506に真空が生じないように燃焼室への空気の流れにスロットルをかける又は他の方法で妨げることなく作動することができる。燃焼室2506における周囲圧力又は正圧に起因して、過剰オキシダントが、燃焼室(例えば、シリンダ壁、ピストン、エンジンヘッドなど)の表面に隣接する絶縁性障壁2530を形成する。   FIG. 37 is a schematic cross-sectional side view of a system 2500 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the system 2500 includes an integrated fuel injector / igniter 2502 (eg, an injector according to any of the embodiments of the present disclosure), a combustion chamber 2506, and one or more An unthrottled air flow valve 2510 (identified individually as a first valve 2510a and a second valve 2510b) and an energy transfer device or piston 2504 are included. As described in detail above, the injector 2502 is configured to inject a stratified or stratified charge of fuel 2520 into the combustion chamber 2506. According to one aspect of the illustrated embodiment, the system 2500 is configured to inject and ignite fuel 2520 in a rich or excess oxidant 2530, such as air. More particularly, system 2500 is configured such that valve 2510 maintains ambient or positive pressure in combustion chamber 2506 prior to a combustion event. For example, system 2500 can operate without throttling or otherwise interfering with the flow of air to the combustion chamber so that no vacuum is created in combustion chamber 2506 prior to igniting fuel 2520. Due to ambient or positive pressure in the combustion chamber 2506, excess oxidant forms an insulating barrier 2530 adjacent the surface of the combustion chamber (eg, cylinder wall, piston, engine head, etc.).

作動時には、噴射器2502は、過剰オキシダントが存在する状態で燃焼室2506の中に層化された又は層状燃料2520を噴射する。特定の実施形態において、ピストン2504が上死点位置にある又はこれを越えるときに噴射が起こることがある。しかしながら、他の実施形態において、噴射器2502は、ピストン2504が上死点に到達する前に燃料2520を噴射することがある。噴射器2502は、(例えば、燃料の突然のガス化、プラズマ発射される燃料、過冷却などを伴う、点火イベントの間で急速な複数の層化されたバーストを噴射することによって)上記で説明されたように層化された給気2520を適応して噴射するように構成されるので、燃料2520は、オキシダントの絶縁性障壁2530が存在する状態で迅速に点火し及び完全に燃焼するように構成される。従って、絶縁性障壁2530は、燃料2520が点火するときに燃料2520から与えられる熱から燃焼室2506の壁を遮蔽し、これにより、燃焼室2506の壁の熱損失を回避する。結果として、燃料2520の急速燃焼によって放出される熱が、燃焼室表面に損失として伝達されるのではなく、ピストン2504を駆動させる仕事に変換される。そのうえ、ピストン2504が上死点を越えた後で噴射器2502が燃料を噴射する及び/又は点火する実施形態では、ピストンが既に上死点にある又はこれを越えているため、バックワークに起因する如何なる損失もなしに、燃料2520の急速燃焼によって放出されるエネルギーのすべてが、ピストン2504を駆動させる仕事に変換される。他の実施形態において、しかしながら、噴射器2520は、ピストン2504が上死点にくる前に燃料を噴射することがある。   In operation, the injector 2502 injects stratified or stratified fuel 2520 into the combustion chamber 2506 in the presence of excess oxidant. In certain embodiments, injection may occur when piston 2504 is at or beyond the top dead center position. However, in other embodiments, the injector 2502 may inject fuel 2520 before the piston 2504 reaches top dead center. The injector 2502 is described above (eg, by injecting multiple stratified bursts rapidly during an ignition event, including sudden gasification of fuel, plasma fired fuel, supercooling, etc.). The fuel 2520 is ignited quickly and burns completely in the presence of the oxidant insulating barrier 2530, because it is configured to adaptively inject the stratified charge 2520 as is done. Composed. Accordingly, the insulating barrier 2530 shields the walls of the combustion chamber 2506 from the heat provided from the fuel 2520 when the fuel 2520 ignites, thereby avoiding heat loss of the walls of the combustion chamber 2506. As a result, the heat released by the rapid combustion of the fuel 2520 is not transferred as a loss to the combustion chamber surface but is converted to work that drives the piston 2504. Moreover, in embodiments where the injector 2502 injects fuel and / or ignites after the piston 2504 has exceeded top dead center, the piston is already at or above top dead center, resulting in back work. Without any loss, all of the energy released by the rapid combustion of the fuel 2520 is converted to work that drives the piston 2504. In other embodiments, however, the injector 2520 may inject fuel before the piston 2504 is at top dead center.

図38Aは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器3800の側断面図である。噴射器3800は、図1〜図37を参照して上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器3800は、第2の又はノズル部3802とは反対側の第1の又はベース部3804を含む。噴射器3800はまた、ベース部3802とノズル部3804との間に延びるスリーブ又は本体3808を含む。本体3808は、噴射器3800を通して長手方向に延びる誘電体部又は誘電本体絶縁体3810を取り囲む。本体絶縁体3810の材料及び/又は形成に関するさらなる詳細が以下で詳細に説明される。本体絶縁体3810は、長手方向にそれを通して中央に延びる導体開口部3812を含む。導体開口部3812は、電極又は導電体3814が噴射器3800を通してノズル部3804からベース部3802に延びることを可能にするように構成される。例えば、導体3814は、ノズル部3804のノズル先端における1つ又は複数の電極又は点火機能部3816に点火エネルギーを提供するために、電圧源のようなエネルギー源に結合することができる。導体3814はまた、その中で長手方向に延びる1つ又は複数の光監視ファイバ又は機能部3818を含むことができる。光監視機能部3818は、燃焼室の特性を検出し又は他の方法で感知し、これらの特性に関係するデータをコントローラ又はプロセッサに伝送するように構成される。   FIG. 38A is a cross-sectional side view of an injector 3800 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. The injector 3800 includes several functional parts that are generally similar in structure and function to the corresponding functional parts of the injector described above with reference to FIGS. For example, the injector 3800 includes a first or base portion 3804 opposite the second or nozzle portion 3802. The injector 3800 also includes a sleeve or body 3808 that extends between the base portion 3802 and the nozzle portion 3804. The body 3808 surrounds a dielectric portion or dielectric body insulator 3810 that extends longitudinally through the injector 3800. Further details regarding the material and / or formation of the body insulator 3810 are described in detail below. The body insulator 3810 includes a conductor opening 3812 extending centrally therethrough in the longitudinal direction. The conductor opening 3812 is configured to allow an electrode or conductor 3814 to extend from the nozzle portion 3804 to the base portion 3802 through the injector 3800. For example, conductor 3814 can be coupled to an energy source, such as a voltage source, to provide ignition energy to one or more electrodes or ignition function 3816 at the nozzle tip of nozzle portion 3804. The conductor 3814 can also include one or more optical monitoring fibers or features 3818 extending longitudinally therein. The light monitoring function 3818 is configured to detect or otherwise sense combustion chamber characteristics and transmit data related to these characteristics to a controller or processor.

ベース部3802はまた、導体3814を介してベース部3802に供給される高電圧を収容するように構成される誘電ベース部絶縁体3807を含む。例えば、ベース部絶縁体3807は、導体3814を受け入れるベース部3802の中でレシーバ3809を誘電的に絶縁することができる。ベース部絶縁体3807は、タップかけ、ろう付け、はんだ付けすること、又はエポキシのような接着剤を塗布すること、若しくは任意の他の適切なシール方法又は化合物によって、強磁性力発生器のハウジング又はケーシング3820に対してさらにシールすることができる。力発生器ケーシング3820へのベース部絶縁体3807の生産ラインろう付け又ははんだ付けが接触ゾーン3813で望まれる場合、3813の接触ゾーンは、マスクされるか又はそうでなければ酸化銅及び/又は酸化銀の局部的な水素還元によって金属化されてもよい。代替的に、接触ゾーン3813のゾーンは、例えば、スパッタリング又は蒸着を含む他の適切な技術によってめっきされてもよい。   Base portion 3802 also includes a dielectric base portion insulator 3807 configured to accommodate a high voltage supplied to base portion 3802 via conductor 3814. For example, the base insulator 3807 can dielectrically isolate the receiver 3809 in the base 3802 that receives the conductor 3814. The base insulator 3807 can be tapped, brazed, soldered, or coated with an adhesive such as epoxy, or any other suitable sealing method or compound, to the housing of the ferromagnetic force generator. Or it can be further sealed to the casing 3820. If production line brazing or soldering of base insulator 3807 to force generator casing 3820 is desired in contact zone 3813, the contact zone of 3813 is masked or otherwise copper oxide and / or oxidized. It may be metallized by local hydrogen reduction of silver. Alternatively, the zone of contact zone 3813 may be plated by other suitable techniques including, for example, sputtering or evaporation.

例証される実施形態のさらなる特徴によれば、ベース部3802は、力発生器ケーシング3820内に位置決めされる力発生器3806(例えば、適切な空気圧、油圧、電磁ソレノイド、圧電構成要素など)を含む。ケーシング3820は、燃料源からケーシング3820の中に燃料を受け入れるために燃料継手3826に接続される燃料入口3822を含む。ケーシング3820はまた、燃料が図38Bに詳細に示される弁組立体3828を介してケーシング3820を出ることを可能にする、燃料出口3824を含む。   According to further features of the illustrated embodiment, the base 3802 includes a force generator 3806 (eg, appropriate pneumatic, hydraulic, electromagnetic solenoid, piezoelectric component, etc.) positioned within a force generator casing 3820. . Casing 3820 includes a fuel inlet 3822 that is connected to a fuel coupling 3826 for receiving fuel from a fuel source into casing 3820. The casing 3820 also includes a fuel outlet 3824 that allows fuel to exit the casing 3820 via the valve assembly 3828 shown in detail in FIG. 38B.

より詳細には、図38Bは、噴射器3800の弁組立体3828の拡大詳細図である。図38A及び図38Bを共に参照すると、力発生器の燃料出口3824は、燃料が力発生器ケーシング3820から弁キャビティ3830の中に通過することを可能にする。弁キャビティ3830は、力発生器3806から誘起された力に応答して移動可能な強磁性弁のようなフローバルブ3832を包含する。弁3832はまた、弁3832を通して延びる1つ又は複数の弁燃料通路3834を含む。弁燃料通路3834は、燃料が弁3832を通して流れて燃料出口通路3836を介して弁キャビティ3830を出ることを可能にするように構成される。例証される実施形態において、弁燃料通路3834は、噴射器3800の縦軸に関する燃料出口通路の傾斜角と少なくともほぼ等しい噴射器3800の縦軸に対する傾斜角で弁3832を通して延びる。他の実施形態において、しかしながら、弁燃料通路3834と燃料出口通路3836は、縦軸に対する他の角度で延びることができる。燃料出口通路3836は、本体3808と絶縁体3810との間で絶縁体3810に沿って長手方向に延びる1つ又は複数の絶縁燃料流路3840にさらに結合される。絶縁燃料チャネル3840のさらなる機能部が以下で詳細に説明される。   More specifically, FIG. 38B is an enlarged detail view of the valve assembly 3828 of the injector 3800. Referring to FIGS. 38A and 38B together, the force generator fuel outlet 3824 allows fuel to pass from the force generator casing 3820 into the valve cavity 3830. The valve cavity 3830 includes a flow valve 3832 such as a ferromagnetic valve that is movable in response to a force induced from the force generator 3806. The valve 3832 also includes one or more valve fuel passages 3834 extending through the valve 3832. The valve fuel passage 3834 is configured to allow fuel to flow through the valve 3832 and exit the valve cavity 3830 via the fuel outlet passage 3836. In the illustrated embodiment, the valve fuel passage 3834 extends through the valve 3832 with an inclination angle relative to the longitudinal axis of the injector 3800 that is at least approximately equal to the inclination angle of the fuel outlet passage relative to the longitudinal axis of the injector 3800. In other embodiments, however, the valve fuel passage 3834 and the fuel outlet passage 3836 can extend at other angles with respect to the longitudinal axis. The fuel outlet passage 3836 is further coupled to one or more insulating fuel passages 3840 extending longitudinally along the insulator 3810 between the body 3808 and the insulator 3810. Further functional parts of the insulating fuel channel 3840 are described in detail below.

例証される実施形態の別の特徴によれば、弁組立体3828はまた、弁3832を第1の又は閉位置に引き付ける又は他の方法でバイアスする引き付け要素3838(例えば、磁石、永久磁石など)を含む。弁組立体3832はまた、弁3832を閉位置の方に付勢するバイアス部材3839(例えば、図38Bに概略的に示されるばね、コイル状にされた圧縮ばねなど)を随意的に含むことができる。   According to another feature of the illustrated embodiment, valve assembly 3828 also attracts element 3838 (eg, a magnet, permanent magnet, etc.) that attracts or otherwise biases valve 3832 to the first or closed position. including. The valve assembly 3832 also optionally includes a biasing member 3839 (eg, a spring schematically shown in FIG. 38B, a coiled compression spring, etc.) that biases the valve 3832 toward the closed position. it can.

弁組立体3828の作動中に、力発生器3806は、力を迅速に且つ繰返し発生させて弁3832を閉位置と第2の又は開位置との間で動かす。例証される実施形態において、例えば、弁3832は、燃料が燃料出口通路3836を介して燃料キャビティ3830を出るのを弁3832が防ぐように閉位置に示される。弁3832がベース部3802の方に動くことによって開く際に、燃料キャビティ3830の中の燃料は、弁3832の周りを進む又は弁燃料通路3834を介して弁3832を通過することができる。弁燃料通路3834を通過した後で、燃料は、絶縁燃料チャネル3840を介してノズル部3804に伝送されるように、燃料出口通路3836を介して燃料キャビティ3830を出ることができる。   During operation of valve assembly 3828, force generator 3806 generates force quickly and repeatedly to move valve 3832 between a closed position and a second or open position. In the illustrated embodiment, for example, the valve 3832 is shown in a closed position so that the valve 3832 prevents fuel from exiting the fuel cavity 3830 via the fuel outlet passage 3836. As the valve 3832 opens by moving toward the base 3802, fuel in the fuel cavity 3830 can travel around the valve 3832 or pass through the valve 3832 via the valve fuel passage 3834. After passing through the valve fuel passage 3834, the fuel can exit the fuel cavity 3830 via the fuel outlet passage 3836 so that the fuel is transmitted to the nozzle portion 3804 via the insulated fuel channel 3840.

ベース部3802で弁3832を作動させるためのソレノイド力発生器3806組立体が用いられる用途では(例えば、圧電、空気圧、油圧、又は機械的リンクではなく)、ソレノイド力発生器3806は、絶縁された巻線に24〜240VのDCを印加することによって、強磁性弁3832の極めて速い作動を誘起することができる。これは、力発生器3806を通して流れる燃料への熱伝達の結果として力発生器3806の構成要素の冷却を可能にするために、作動モードに応じて約3%〜21%のデューティサイクルで短時間で並外れて高い電流及び弁作動力を発達させる目的で働く。   In applications where a solenoid force generator 3806 assembly for actuating the valve 3832 at the base 3802 is used (eg, not piezoelectric, pneumatic, hydraulic, or mechanical link), the solenoid force generator 3806 is insulated. By applying 24 to 240V DC to the winding, a very fast actuation of the ferromagnetic valve 3832 can be induced. This is a short time with a duty cycle of about 3% to 21% depending on the mode of operation to allow cooling of the components of the force generator 3806 as a result of heat transfer to the fuel flowing through the force generator 3806. It works for the purpose of developing exceptionally high current and valve actuation force.

図38Aを再び参照すると、絶縁燃料チャネル3840は、絶縁体3810の外面に沿って噴射器3800を通して長手方向に延びる。したがって、絶縁燃料チャネルは、絶縁体3810と本体3808との間の噴射器3800を通した燃料の流れを容易にする。噴射器3800はまた、ノズル部3804における変形可能な又はエラストマー・スリーブ弁3842を含む。より詳細には、スリーブ弁3842は、絶縁体3810と本体3808との間に位置決めされるように絶縁体3810上に同軸方向に配置される。ノズル部3804において、本体3808は、燃焼室ポートの中のシール3844(例えば、Oリング又は類似のシール)まで延びるように構成される。スリーブ弁3842は、しかしながら、シール3844を越えて燃焼室の方に延びる。以下で詳細に説明されるように、エラストマー・スリーブ弁3842は、噴射器3800の中の十分な油圧又は圧力勾配に応答して燃料がノズル部3804を出ることを可能にする、変形可能な細長い弁として作用する。例えば、絶縁燃料チャネル3840は、絶縁燃料チャネル3840がノズル部3804に近づくにつれて、絶縁体3810に沿ってテーパする又は他の方法で小さくなる。絶縁燃料チャネル3840は、したがって、燃料をノズル部3804に送達するが、しかしながら、スリーブ弁3842は、弁組立体3828がスリーブ弁3842から上流に十分な圧力勾配をもたらして、スリーブ弁3842を少なくとも部分的に変形し、燃料を噴射するために絶縁体3810の周りに環状開口部をもたらすまで、絶縁体3810と接触してシールして燃料噴射を防ぐ。従って、噴射器3800、並びに本明細書で説明される幾つかの他の噴射器は、1つよりも多い燃料流量制御を有する利点を提供する。例証される実施形態において、例えば、弁組立体3828は、始動される力に応答する第1の又は一次燃料流量制御を提供し、スリーブ弁3842は、噴射器3800内の燃料圧(例えば、油圧により)に応答する二次流量制御を提供する。   Referring again to FIG. 38A, the insulating fuel channel 3840 extends longitudinally through the injector 3800 along the outer surface of the insulator 3810. Thus, the insulated fuel channel facilitates fuel flow through the injector 3800 between the insulator 3810 and the body 3808. The injector 3800 also includes a deformable or elastomeric sleeve valve 3842 in the nozzle portion 3804. More specifically, the sleeve valve 3842 is coaxially disposed on the insulator 3810 so as to be positioned between the insulator 3810 and the body 3808. In the nozzle portion 3804, the body 3808 is configured to extend to a seal 3844 (eg, an O-ring or similar seal) in the combustion chamber port. The sleeve valve 3842, however, extends beyond the seal 3844 toward the combustion chamber. As will be described in detail below, the elastomeric sleeve valve 3842 is a deformable elongate that allows fuel to exit the nozzle portion 3804 in response to sufficient hydraulic or pressure gradient in the injector 3800. Acts as a valve. For example, the insulating fuel channel 3840 tapers or otherwise decreases along the insulator 3810 as the insulating fuel channel 3840 approaches the nozzle portion 3804. Insulated fuel channel 3840 thus delivers fuel to nozzle portion 3804, however, sleeve valve 3842 provides sufficient pressure gradient upstream from sleeve valve 3842 so that valve assembly 3828 provides at least a portion of sleeve valve 3842. Until it deforms and provides an annular opening around the insulator 3810 to inject fuel to seal against the insulator 3810 to prevent fuel injection. Thus, the injector 3800, as well as some other injectors described herein, provide the advantage of having more than one fuel flow control. In the illustrated embodiment, for example, the valve assembly 3828 provides a first or primary fuel flow control in response to the actuated force, and the sleeve valve 3842 provides fuel pressure (eg, hydraulic pressure) within the injector 3800. To provide secondary flow control in response to

特定の実施形態において、スリーブ弁3842は、ポリアミド−イミド(Torlon)、又はKaptonとの熱硬化性複合材、ガラス繊維、及び/又はグラファイト強化材のような適切な高強度ポリマーから作製することができる。他の実施形態において、スリーブ弁3842は、金属製とすることができ、且つアルミニウム、チタン、合金鋼、又は他の適切な金属材料から作製することができる。そのうえ、ポートシール3844は、燃焼室の中で生じたガスに対して及び/又はエンジン潤滑剤に対してノズル部3804で本体3808をシールするために、FKM、Viton、又はフッ化ケイ素エラストマーのようなエラストマー材料で作製することができる。   In certain embodiments, the sleeve valve 3842 may be made from a suitable high-strength polymer such as polyamide-imide (Torlon) or thermosetting composite with Kapton, glass fiber, and / or graphite reinforcement. it can. In other embodiments, the sleeve valve 3842 can be made of metal and made from aluminum, titanium, alloy steel, or other suitable metallic material. In addition, the port seal 3844 may be like FKM, Viton, or silicon fluoride elastomer to seal the body 3808 with the nozzle portion 3804 against gas generated in the combustion chamber and / or against engine lubricant. Can be made of any elastomeric material.

図38C〜図38Eは、絶縁体3810に沿った種々の場所での噴射器3800の一連の側断面図である。より詳細には、図38Cは、図38Aの線38C−38Cに実質的に沿って見た噴射器3800の側断面図である。図38Cに示すように、ベース部3802の近傍の絶縁体3810に沿ったこの場所で、絶縁燃料チャネル3840は、絶縁体3810に関して比較的大きい。例えば、絶縁燃料チャネル3840は、本体3808の内面に隣接する絶縁体3810の外面に概して凹形の又は曲がった凹部を形成する。他の実施形態において、しかしながら、絶縁燃料チャネル3840は、例えば、湾曲した形状、直線の形状、及び/又は他の形状を含む他の断面外形又は形状を有することができる。例証される実施形態は、6つの絶縁燃料チャネル3840を含むが、他の実施形態において、絶縁体3810は、6つよりも多い又は少ない絶縁燃料チャネル3840を含むことができる。例証される実施形態の別の特徴によれば、導体3814は、絶縁体3810の導体開口部3812を通して延びる。そのうえ、光監視ファイバ又は機能部3818は、導体3814を通して長手方向に延びる。   38C-38E are a series of side cross-sectional views of the injector 3800 at various locations along the insulator 3810. More particularly, FIG. 38C is a cross-sectional side view of injector 3800 viewed substantially along line 38C-38C of FIG. 38A. As shown in FIG. 38C, the insulating fuel channel 3840 is relatively large with respect to the insulator 3810 at this location along the insulator 3810 in the vicinity of the base 3802. For example, the insulating fuel channel 3840 forms a generally concave or curved recess in the outer surface of the insulator 3810 adjacent to the inner surface of the body 3808. In other embodiments, however, the insulating fuel channel 3840 can have other cross-sectional profiles or shapes, including, for example, curved shapes, straight shapes, and / or other shapes. The illustrated embodiment includes six insulating fuel channels 3840, but in other embodiments, the insulator 3810 can include more or fewer than six insulating fuel channels 3840. According to another feature of the illustrated embodiment, the conductor 3814 extends through the conductor opening 3812 of the insulator 3810. In addition, the optical monitoring fiber or feature 3818 extends longitudinally through the conductor 3814.

次に図38Dを参照すると、図38Dは、図38Aの線38D−38Dに実質的に沿って見た側断面図である。絶縁体3810に沿ったこの概して中間の位置で、絶縁燃料チャネル3840は、縮小し又はテーパして、絶縁体3810の中に及び本体3808の内面に隣接して比較的より小さい凹部又はチャネルを形成する。例えば、図38Cで例証される個々の絶縁燃料チャネル3840のサイズと比べて、図38Dにおいて、個々の絶縁体チャネル3840は、より小さく、互いから離間される。   Referring now to FIG. 38D, which is a cross-sectional side view taken substantially along line 38D-38D of FIG. 38A. In this generally intermediate position along insulator 3810, insulating fuel channel 3840 shrinks or tapers to form a relatively smaller recess or channel in insulator 3810 and adjacent to the inner surface of body 3808. To do. For example, in FIG. 38D, the individual insulator channels 3840 are smaller and spaced from each other as compared to the size of the individual insulating fuel channels 3840 illustrated in FIG. 38C.

次に図38Eを参照すると、図38Eは、噴射器3800のノズル部3804における図38Aの線3E−3Eに実質的に沿って見た側断面図である。絶縁体3810に沿ったこの場所では、絶縁燃料チャネルは、もはや存在しない、又はよりベース部3802に近い絶縁体3810に沿った他の場所に比べて顕著に縮小する又はテーパする。そのうえ、絶縁体3810に沿ったこの場所では、エラストマー・スリーブ3842は、同軸方向に配置され、絶縁体の周りに(例えば、絶縁体3810と本体3808との間で)シールされる。したがって、図38Aを再び参照すると、絶縁体チャネル3840は、それらが絶縁体3810に沿ってノズル部3804の方に延びるのに伴ってテーパする又は縮小する。燃焼室の近傍のノズル部3804において、エラストマー・スリーブ弁3842は、通常閉鎖され、絶縁体3810の周りにシールされる。   Referring now to FIG. 38E, FIG. 38E is a cross-sectional side view of nozzle portion 3804 of injector 3800 viewed substantially along line 3E-3E of FIG. 38A. At this location along the insulator 3810, the insulated fuel channel no longer exists or is significantly reduced or tapered compared to other locations along the insulator 3810 that are closer to the base 3802. Moreover, at this location along the insulator 3810, the elastomeric sleeve 3842 is coaxially disposed and sealed around the insulator (eg, between the insulator 3810 and the body 3808). Thus, referring again to FIG. 38A, the insulator channels 3840 taper or shrink as they extend along the insulator 3810 toward the nozzle portion 3804. At the nozzle portion 3804 near the combustion chamber, the elastomeric sleeve valve 3842 is normally closed and sealed around the insulator 3810.

作動中に、燃料は、ベース部3802における弁組立体3828から絶縁燃料チャネル3840に送達される。絶縁燃料チャネル3840の中の燃料の加圧が、ノズル部3804におけるスリーブ弁3842を膨張させ又は変形させ、これにより、燃焼室の中に噴射される燃料を噴射するために絶縁体3810の周りに環状開口部をもたらす。燃料噴射イベントの後で、絶縁体チャネル3840の中の圧力が低下して、スリーブ弁3842が絶縁体の円筒部と接触して通常閉鎖される又はシールされる位置に戻ることを可能にする。   In operation, fuel is delivered from the valve assembly 3828 at the base 3802 to the insulated fuel channel 3840. The pressurization of fuel in the insulated fuel channel 3840 causes the sleeve valve 3842 in the nozzle portion 3804 to expand or deform, thereby causing the fuel to be injected into the combustion chamber around the insulator 3810. An annular opening is provided. After the fuel injection event, the pressure in the insulator channel 3840 drops, allowing the sleeve valve 3842 to contact the cylinder portion of the insulator and return to a normally closed or sealed position.

本開示の或る実施形態によれば、誘電本体絶縁体は、導電体3814と絶縁体3810の外面との間の1.8mm(0.071インチ)未満の厚さの区域においてメガヘルツ周波数までの直流で80,000ボルトを超える誘電閉じ込めを提供する。点火機能部3816の電極とエンジンヘッド・ボアとの間のイオン電流又はイオン振動を確立するために高周波電圧が印加される場合には、電極3814の外面上に銅又は銀の導電性層が塗布されてもよい。導電性層はまた、より大きい高周波伝導性を提供するために付加的なめっきによって増加されてもよい。代替的な実施形態において、しかしながら、抵抗損失を減らすために導体3814のコアの中の監視機能部3818(例えば、光ファイバ)の上にリッツ編組線が配置されてもよい。   In accordance with certain embodiments of the present disclosure, the dielectric body insulator is up to megahertz frequencies in an area less than 1.8 mm (0.071 inches) thick between the conductor 3814 and the outer surface of the insulator 3810. Provides dielectric confinement in excess of 80,000 volts at DC. When a high frequency voltage is applied to establish an ionic current or ion oscillation between the electrode of the ignition function 3816 and the engine head bore, a copper or silver conductive layer is applied on the outer surface of the electrode 3814. May be. The conductive layer may also be increased by additional plating to provide greater high frequency conductivity. In alternative embodiments, however, a litz braided wire may be placed over the monitoring feature 3818 (eg, optical fiber) in the core of the conductor 3814 to reduce resistive losses.

本体絶縁体3810及び/又はベース部絶縁体3807は、式1の重量百分率による以下のおおよその組成をもつガラス材料から作製することができる。これらの誘電体絶縁材料は、ボールミルし、白金、シリカ、マグネシア、又はアルミナ材料の選択肢のような適切なるつぼの中で溶融して、再加熱し並びに正味の形状及び寸法に近い部品に成形するのに適した塊に押出し、圧縮成形し、又はキャストすることができる。式1は、例えば、SiO2 24〜48%、MgO 12〜28%、Al23 9〜20%、Cr23 0.5〜6.5%、F 1〜9%、BaO 0〜14%、CuO 0〜5%、SrO 0〜11%、Ag2O 0〜3.5%、NiO 0〜1.5%、及びB23 0〜9%を含むことができる。別の実施形態において、材料が覆いをした白金、アルミナ、マグネシア、又はシリカるつぼの中で少なくともおよそ1350℃から1550℃までの間の温度で溶融されるときに、式2の重量百分率による代替的な適切な組成物を用いることができる。式2は、例えば、SiO2 31%、MgO 22%、Al23 17%、Cr23 2.2%、F 4.5%、BaO 13%、CuO 0.4%、SrO 9.5%、Ag2O 0.3%、及びNiO 0.1%を含むことができる。 The body insulator 3810 and / or the base insulator 3807 can be made from a glass material having the following approximate composition according to the weight percentage of Equation 1: These dielectric insulating materials are ball milled, melted in a suitable crucible such as a platinum, silica, magnesia, or alumina material option, reheated, and molded into a component close to the net shape and dimensions. Can be extruded, compacted or cast into a suitable mass. Equation 1, for example, SiO 2 24~48%, MgO 12~28 %, Al 2 O 3 9~20%, Cr 2 O 3 0.5~6.5%, F 1~9%, BaO 0~ 14%, 0~5% CuO, SrO 0~11%, Ag 2 O 0~3.5%, NiO 0~1.5%, and B 2 O 3 may include 0-9%. In another embodiment, the alternative by weight percentage of Formula 2 when the material is melted in a covered platinum, alumina, magnesia, or silica crucible at a temperature of at least between about 1350 ° C. and 1550 ° C. Any suitable composition can be used. Formula 2 is, for example, SiO 2 31%, MgO 22%, Al 2 O 3 17%, Cr 2 O 3 2.2%, F 4.5%, BaO 13%, CuO 0.4%, SrO 9. 5%, Ag 2 O 0.3%, and NiO 0.1%.

これらの絶縁材料の管状の外形は、溶融された材料から押出すことができ、又は約1050℃から1200℃までの間の温度で加熱成形(hot formed)されている冷却された材料とすることができる。管又は他の外形に熱間押出しする又は正味の形状及び寸法に近い部品に鍛造するのに必要な体積を提供するようにキャストされる塊を、ゆっくりと冷却することができる。こうした塊は、約1050℃から1250℃までの間のような加熱成形に適した温度に加熱され、所望の外形形状及び寸法に押出され、白金、モリブデン、又はグラファイトのような耐火性材料を含む適切なダイを通して生産されてもよい。中心ゾーンよりも結果として表面ゾーンにより多数の小結晶を生じさせ、したがって体積充填効率(volumetric packing efficiency)を低下させて、表面ゾーンに圧縮応力、及び中心ゾーンに引張応力を提供するために、押出された外形に、BN、B23、AlF3、B、AlB2、AlB12、又はAlNのような1つ又は複数の適切な結晶化核(crystallization nucleates)を振りかけることができる。そのうえ、こうした圧縮応力のさらなる発達は、押出される物品がこうした伸びを引き起こすより小さい断面を形成することを強制される際にダイによって誘起される変形及び引きずりによる外側層の結晶の伸びによって望まれる場合に生じる場合がある。他の実施形態において、表面ゾーンの近くに類似の圧縮応力を生じるために、例えば、B23又はBNのような適切な結晶化核が振りかけられている超合金又はグラファイト・モールド組立体の中で、より複雑な形状及び形態が圧縮成形又は圧縮形成されてもよい。 The tubular profile of these insulating materials should be a cooled material that can be extruded from a molten material or hot formed at a temperature between about 1050 ° C. and 1200 ° C. Can do. The mass that is cast to provide the necessary volume to hot extrude into a tube or other profile or to forge into a part close to the net shape and dimensions can be cooled slowly. Such a mass is heated to a temperature suitable for thermoforming, such as between about 1050 ° C. and 1250 ° C., extruded to the desired outer shape and dimensions, and includes a refractory material such as platinum, molybdenum, or graphite. It may be produced through a suitable die. As a result, the surface zone produces a larger number of small crystals than the central zone, thus reducing volume packing efficiency and providing compressive stress to the surface zone and tensile stress to the central zone. One or more suitable crystallizing nucleates, such as BN, B 2 O 3 , AlF 3 , B, AlB 2 , AlB 12 , or AlN, can be sprinkled on the formed contour. Moreover, further development of such compressive stress is desired by the die-induced deformation and dragging of the outer layer by dragging when the extruded article is forced to form a smaller cross-section that causes such elongation. May occur in some cases. In other embodiments, a superalloy or graphite mold assembly that has been sprinkled with suitable crystallization nuclei, such as B 2 O 3 or BN, to produce similar compressive stresses near the surface zone. Among them, more complex shapes and forms may be compression molded or compression formed.

従来の用途は、機械加工できる絶縁材料を生産するために化学式及び熱処理の組合せを所望した。本開示は、しかしながら、その反対を達成する。例えば、本開示の実施形態は、表面ゾーンが機械加工するには硬過ぎ、且つ圧縮応力をもつゾーンの間の又はこれに隣接する中心断面ゾーンの引張応力によって平衡を保たれる圧縮応力によって特徴付けられるので、機械加工することができない場合がある物品を最終的に生産する。こうした実施形態は、したがって、累進的な(progressive)チップ形成を可能にして機械加工性を提供するために切削工具が応力をかけるゾーンの近くで意図的にクラックを生じるように設計される材料を生産する固有の従来の材料問題を克服することができる。こうした特徴的なクラック形成は機械加工性を許すが、こうしたクラックの中へのエンジン潤滑剤、界面活性剤、手の脂、汗などを含む有機化合物のような、絶縁材料の中への物質の不利な侵入も本質的に許す。こうした有機物質は、最終的には脱水素化する又は他の方法で炭素供与体となる傾向があり、これはその後こうしたクラックの中に導入される種々の電解質と共に導電経路となって、機械加工できるセラミック物品の絶縁耐力を妥協させ、これにより最終的に電圧閉じ込めの失敗を引き起こす場合がある。   Conventional applications have desired a combination of chemical formula and heat treatment to produce an insulating material that can be machined. The present disclosure, however, accomplishes the opposite. For example, embodiments of the present disclosure are characterized by compressive stresses that are balanced by the tensile stress of a central cross-section zone between or adjacent to zones where the surface zones are too hard to machine and have compressive stresses. As it is attached, it will eventually produce an article that may not be machined. Such an embodiment would therefore be made of a material that is designed to intentionally crack near the zone where the cutting tool is stressed to allow progressive tip formation and provide machinability. The inherent material problems inherent to production can be overcome. These characteristic crack formations allow for machinability, but substances in the insulating material such as engine lubricants, surfactants, hand grease, sweat, etc. in these cracks. Inherently disadvantageous intrusions. These organic materials tend to eventually dehydrogenate or otherwise become carbon donors, which then become conductive pathways along with various electrolytes introduced into these cracks and are machined Compromises the dielectric strength of the possible ceramic article, which may ultimately cause voltage containment failure.

本開示のまた別の実施形態によれば、本体絶縁体3810及び/又はベース部絶縁体3807を形成するために、式3の重量百分率による別の適切な組成物を用いることができる。例えば、式3は、以下のおおよその重量百分率を有することができる:SiO2 30%、MgO 22%、Al23 18%、Cr23 3.2%、F 4.3%、BaO 12%、SrO 3.6%、CuO 4.9%、Ag2O 1.3%、及びNiO 0.1%。或る実施形態において、絶縁管が押出された後で、銅及び/又は銀と銅との合金の金属表面を生産するために酸化銅及び/又は酸化銀を減少させる水素をボアに通すことによって約650℃に冷却される。導電金属の適切な厚さの発達後に、絶縁管の内部内のゾーンの引張力によって平衡を保たれる圧縮応力を生じるために、誘導加熱される管からの放射のような適切なソースによって、又は余剰酸素−水素炎のような酸化炎によって、管の外面が加熱され、表面に適切な結晶化剤及び/又は微粉化剤(fineness agent)が施される。 According to yet another embodiment of the present disclosure, another suitable composition according to the weight percentage of Formula 3 can be used to form the body insulator 3810 and / or the base insulator 3807. For example, Equation 3 can have the following approximate weight percentages: SiO 2 30%, MgO 22%, Al 2 O 3 18%, Cr 2 O 3 3.2%, F 4.3%, BaO. 12%, SrO 3.6%, CuO 4.9%, Ag 2 O 1.3%, and NiO 0.1%. In certain embodiments, after the insulating tube has been extruded, by passing hydrogen through the bore that reduces copper oxide and / or silver oxide to produce a metal surface of copper and / or an alloy of silver and copper. Cool to about 650 ° C. After the development of the appropriate thickness of the conductive metal, by a suitable source, such as radiation from an induction heated tube, to produce a compressive stress that is balanced by the tensile force of the zone within the interior of the insulating tube, Alternatively, the outer surface of the tube is heated by an oxidative flame, such as a surplus oxygen-hydrogen flame, and a suitable crystallization and / or fines agent is applied to the surface.

ソレノイド巻線を備えた力発生器3806を含む実施形態では、こうした用途に適した銅マグネットワイヤの絶縁は、銅ワイヤ上のポリイミドワニス及びアルミニウムめっきを含むことができる。アルミニウムめっきは、酸化され又は部分的に酸化されてアルミナを生じることができる。こうしたアルミニウムめっき及び酸化はまた、ポリイミド、又はポリアミド−イミド、及び/又はパリレン絶縁フィルムと組み合わせて使用されてもよい。ベース部3802の強磁性構成要素は、したがって、力発生器3806における巻線によって生じた磁束を強磁性弁3832を通して導いて、弁3832の非常に速い動きを可能にすることができる。   In embodiments including a force generator 3806 with solenoid windings, copper magnet wire insulation suitable for such applications can include polyimide varnish and aluminum plating on the copper wire. Aluminum plating can be oxidized or partially oxidized to yield alumina. Such aluminum plating and oxidation may also be used in combination with polyimide, or polyamide-imide, and / or parylene insulating films. The ferromagnetic component of the base 3802 can thus guide the magnetic flux generated by the windings in the force generator 3806 through the ferromagnetic valve 3832 to allow for very fast movement of the valve 3832.

図38Fは、図38Aの線38F−38Fに実質的に沿って見た、本開示の別の実施形態に従って構成される力発生器3806の実施形態の側断面図である。図38Fで例証される実施形態において、力発生器3806は、複数の個々の力発生器又は弁オペレータ3850(第1の弁オペレータ3850a〜第4の弁オペレータ3850dとして概略的に示され、個々に識別される)を含む。各弁オペレータ3850は、弁組立体3828における弁3832のような対応する弁を選択的に始動するように構成される。したがって、4つの弁オペレータ3850を備えた図38Fの力発生器3806を含む実施形態において、弁組立体は、4つの対応するフローバルブを含むであろう。例証される実施形態において、力発生器3806はまた、弁オペレータ3850の各々を取り囲む燃料流動ゾーン又は領域3852を含む。燃料流動領域3852は、燃料が弁オペレータ3850の各々を通過して流れることを可能にし、これにより弁オペレータ3850を少なくとも部分的に冷却するように構成される。こうした構成は、力発生器3806の比較的大きい冷却の表面対体積比の利点を提供する。   38F is a cross-sectional side view of an embodiment of a force generator 3806 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure, taken substantially along line 38F-38F in FIG. 38A. In the embodiment illustrated in FIG. 38F, force generator 3806 includes a plurality of individual force generators or valve operators 3850 (shown schematically as first valve operator 3850a through fourth valve operator 3850d, individually Identified). Each valve operator 3850 is configured to selectively start a corresponding valve, such as valve 3832 in valve assembly 3828. Thus, in the embodiment including the force generator 3806 of FIG. 38F with four valve operators 3850, the valve assembly will include four corresponding flow valves. In the illustrated embodiment, force generator 3806 also includes a fuel flow zone or region 3852 that surrounds each of valve operators 3850. The fuel flow region 3852 is configured to allow fuel to flow through each of the valve operators 3850, thereby at least partially cooling the valve operator 3850. Such a configuration provides the advantage of the relatively large cooling surface to volume ratio of force generator 3806.

特定の実施形態において、弁オペレータ3850は、同時に又は異なる時点又は別個の時点で開くように構成することができる。例えば、単一の弁オペレータ3850は、アイドル又はより低パワー作動のような第1のエンジン作動状態で燃料が流れることを可能にするように用いることができ、2つの弁オペレータ3850は、巡航(cruising)又は中程度のパワー作動のような第2のエンジン作動状態で同時に用いることができ、3つ、4つ、又はそれ以上の弁オペレータ3850は、加速又はフルパワー作動のような第3のエンジン作動で同時に用いることができる。   In certain embodiments, the valve operator 3850 can be configured to open at the same time or at different or separate times. For example, a single valve operator 3850 can be used to allow fuel to flow in a first engine operating condition, such as idle or lower power operation, and two valve operators 3850 can be used for cruise ( three, four, or more valve operators 3850 can be used in a third engine operation such as acceleration or full power operation. Can be used simultaneously with engine operation.

図38A〜図38Fを参照して上記で説明された噴射器3800の種々の機能部及び対応する構成要素は、従来の燃料噴射器を上回る幾つかの利点を提供する。例えば、現代のディーゼルエンジンの燃焼室は、複雑で密に入り組んだ入口弁作動機構及び排気弁作動機構内に適合しなければならない「ペンシル」型直接燃料噴射器のための非常に小直径のポートを備えるように一般に設計される。燃焼室への流入のための典型的なディーゼル燃料噴射器のポート直径は、約8.4mm(0.331インチ)に制限される。こうした厳しいスペース制限に加えて、ほとんどの百万−マイル寿命要件に関して燃料噴射器組立体を115℃(240°F)を超える温度に加熱するために、弁カバー内のエンジンヘッド環境において高温の潤滑油が絶えず飛び散り、これは従来の空冷式ソレノイド弁設計の適用を阻む。   The various features and corresponding components of the injector 3800 described above with reference to FIGS. 38A-38F provide several advantages over conventional fuel injectors. For example, the combustion chamber of a modern diesel engine has a very small diameter port for a “pencil” type direct fuel injector that must fit within a complex and closely packed inlet and exhaust valve actuation mechanism Generally designed to have The typical diesel fuel injector port diameter for entry into the combustion chamber is limited to about 8.4 mm (0.331 inches). In addition to these stringent space limitations, high temperature lubrication in the engine head environment within the valve cover to heat the fuel injector assembly to over 115 ° C (240 ° F) for most million-mile life requirements. Oil splatters constantly, preventing the application of conventional air-cooled solenoid valve designs.

ディーゼルエンジン作動を粒子と水の除去に対する厳しい要件と共に圧縮点火及び狭いセタン価及び粘度のディーゼル燃料の使用を制限する要件を克服することが望ましい。取り替え費用がずっと少ないより豊富な燃料を選択できる可能性がある。従って、本開示の実施形態の1つの目的は、水、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、及び種々の微粒子のような不純物と共に、セタン価及び/又はオクタン価の幅広いバリエーションを有する、あまり高価でない燃料を使用することである。例えば、発酵によって同時生産される水及び二酸化炭素のような非燃料化合物から分離されなければならない純粋なエタノールを現在生産する従来のエタノール・プラントは、エタノール、水、及びメタノール又はブタノールの混合物のような有用な燃料の生産を2倍以上にすることができる。   It is desirable to overcome the requirements that limit diesel engine operation with compression ignition and the use of narrow cetane number and viscosity diesel fuel along with stringent requirements for particulate and water removal. You may be able to select a richer fuel with much lower replacement costs. Accordingly, one object of embodiments of the present disclosure is a less expensive fuel having a wide variation of cetane number and / or octane number, along with impurities such as water, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and various particulates. Is to use. For example, conventional ethanol plants that currently produce pure ethanol that must be separated from non-fuel compounds such as water and carbon dioxide that are co-produced by fermentation, such as a mixture of ethanol, water, and methanol or butanol. The production of useful fuel can be more than doubled.

噴射器3800及び本明細書で説明される他の噴射器は、少なくとも、1)水蒸気、二酸化炭素、及び窒素のような多量の非燃料物質と共に、埋立地ガス、嫌気性消化装置のメタン、並びに水素と他の燃料種の種々の混合物のような低コストの燃料の利用を可能にする、ディーゼル燃料噴射器よりも3000倍までのより多くの燃料流動能力、2)燃焼室の中に発射される際のこうした燃料のプラズマ点火、及び3)チューンアップ時のディーゼル燃料噴射器の交換、を提供し及び可能にすることによって、上述の難しさを克服することができる。   Injector 3800 and other injectors described herein include at least 1) landfill gas, anaerobic digester methane, along with large amounts of non-fuel materials such as water vapor, carbon dioxide, and nitrogen, and 3000 times more fuel flow capacity than diesel fuel injectors, allowing for the use of low cost fuels such as various mixtures of hydrogen and other fuel species, 2) fired into the combustion chamber By providing and enabling such a plasma ignition of the fuel and 3) replacement of the diesel fuel injector at tune-up, the above difficulties can be overcome.

図39は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器3900の横断面図である。噴射器3900は、図38A〜図38Fを参照して上記で説明された噴射器3800、並びに本明細書で説明される他の噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、図39で例証される噴射器は、ノズル部3804とは反対側のベース部3802を含む。ベース部3802は、を力発生器3806と対応する弁組立体3828と含み、ノズル部は、誘電本体絶縁体3810の一部の上に同軸方向に配置されたエラストマー・スリーブ弁3842を含む。そのうえ、本体絶縁体3810の導体開口部3812は、電極又は導電体3814が噴射器3900を通してノズル部3804からベース部3802に延びることを可能にする。   FIG. 39 is a cross-sectional view of an injector 3900 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The injector 3900 is generally similar in structure and function to the corresponding features of the injector 3800 described above with reference to FIGS. 38A-38F and other injectors described herein. Includes several functional parts. For example, the injector illustrated in FIG. 39 includes a base portion 3802 opposite the nozzle portion 3804. Base portion 3802 includes a force generator 3806 and corresponding valve assembly 3828, and the nozzle portion includes an elastomeric sleeve valve 3842 disposed coaxially over a portion of dielectric body insulator 3810. In addition, the conductor opening 3812 of the body insulator 3810 allows the electrode or conductor 3814 to extend from the nozzle portion 3804 to the base portion 3802 through the injector 3900.

導体3814はまた、その中で長手方向に延びる1つ又は複数の光監視ファイバ又は機能部3918を含む。光ファイバ3918は、ノズル部における燃焼室の特性を監視する又は他の方法で検出するように構成される。例証される実施形態において、しかしながら、光学監視機能部3918は、ベース部3802から出て、燃焼室のデータをコントローラ又はプロセッサ3901に中継する又は他の方法で伝送する。特定の実施形態において、プロセッサ3901は、噴射器3900によって支えることができる。他の実施形態において、しかしながら、プロセッサ3901は、噴射器3900から遠隔に位置することができる。そのうえ、光ファイバ3818は、配線又は無線接続を介して燃焼室のデータをプロセッサに伝送するように構成することができる。   The conductor 3814 also includes one or more optical monitoring fibers or features 3918 extending longitudinally therein. The optical fiber 3918 is configured to monitor or otherwise detect the characteristics of the combustion chamber at the nozzle section. In the illustrated embodiment, however, the optical monitoring function 3918 exits the base 3802 and relays or otherwise transmits combustion chamber data to the controller or processor 3901. In certain embodiments, processor 3901 can be supported by injector 3900. In other embodiments, however, the processor 3901 may be located remotely from the injector 3900. In addition, the optical fiber 3818 can be configured to transmit combustion chamber data to the processor via wiring or wireless connection.

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ベース部3802はまた、導体3814を介してベース部3802に供給される高電圧を収容するように構成される誘電ベース部絶縁体3907を含む。より詳細には、導体3814は、光ファイバ3818から分離されるベース部3802の中の延長部3913を含む。例証される実施形態に同じく示されるように、ベース部3802は、噴射器3900の縦軸に関して90度の角度で延びる入口燃料継手3926を含む。   According to yet another feature of the illustrated embodiment, the base portion 3802 also includes a dielectric base insulator 3907 that is configured to accommodate a high voltage supplied to the base portion 3802 via the conductor 3814. . More specifically, the conductor 3814 includes an extension 3913 in the base 3802 that is separated from the optical fiber 3818. As also shown in the illustrated embodiment, the base portion 3802 includes an inlet fuel coupling 3926 that extends at a 90 degree angle with respect to the longitudinal axis of the injector 3900.

図40Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器4000の側断面図である。噴射器4000は、図1〜図39を参照して上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器4000は、第2の又はノズル部4002とは反対側の第1の又はベース部4004を含む。噴射器4000はまた、ベース部4002とノズル部4004との間に延びるスリーブ又は本体4008を含む。本体4008は、噴射器4000を通して長手方向に延びる第1の誘電体部又は誘電本体絶縁体4009を取り囲み、第2の誘電体部又は誘電本体絶縁体4010内に同軸方向に配置される。第2の本体絶縁体4010は、噴射器4000に沿ってベース部4002からノズル部4004に長手方向に延びる燃料流路4011を形成するギャップによって、第1の本体絶縁体4009から半径方向外向きに離間される。   FIG. 40A is a cross-sectional side view of an injector 4000 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. The injector 4000 includes several functional parts that are generally similar in structure and function to the corresponding functional parts of the injector described above with reference to FIGS. For example, the injector 4000 includes a first or base portion 4004 opposite the second or nozzle portion 4002. The injector 4000 also includes a sleeve or body 4008 that extends between the base portion 4002 and the nozzle portion 4004. The body 4008 surrounds a first dielectric portion or dielectric body insulator 4009 that extends longitudinally through the injector 4000 and is disposed coaxially within the second dielectric portion or dielectric body insulator 4010. The second body insulator 4010 is radially outward from the first body insulator 4009 by a gap that forms a fuel flow path 4011 extending longitudinally from the base portion 4002 to the nozzle portion 4004 along the injector 4000. Spaced apart.

第1の本体絶縁体4009は、長手方向にそれを通して中央に延びる導体開口部4012を含む。導体開口部4012は、電極又は導電体4014が噴射器4000を通してノズル部4004からベース部4002に延びることを可能にするように構成される。例えば、導体4014は、ノズル部4004における1つ又は複数の電極又は点火機能部4016に点火エネルギーを提供するために、電圧源のようなエネルギー源に結合することができる。導体4014はまた、その中で長手方向に延びる1つ又は複数の光監視ファイバ又は機能部4018を含むことができる。光監視機能部4018は、燃焼室の特性を検出し又は他の方法で感知し、これらの特性に関係するデータをコントローラ又はプロセッサに伝送するように構成される。   The first body insulator 4009 includes a conductor opening 4012 extending centrally therethrough in the longitudinal direction. The conductor opening 4012 is configured to allow an electrode or conductor 4014 to extend from the nozzle portion 4004 to the base portion 4002 through the injector 4000. For example, the conductor 4014 can be coupled to an energy source, such as a voltage source, to provide ignition energy to one or more electrodes or ignition function 4016 in the nozzle portion 4004. The conductor 4014 can also include one or more optical monitoring fibers or features 4018 extending longitudinally therein. The light monitoring function 4018 is configured to detect or otherwise sense combustion chamber characteristics and transmit data related to these characteristics to a controller or processor.

例証される実施形態のさらなる特徴によれば、ベース部4002は、力発生器ケーシング4020内に位置決めされる力発生器4006(例えば、適切な空気圧、油圧、電磁ソレノイド、圧電構成要素など)を含む。ケーシング4020は、燃料源からケーシング4020の中に燃料を受け入れるために燃料継手4026に接続される燃料入口4022を含む。ケーシング4020はまた、燃料が弁組立体4028を介してケーシング4020を出ることを可能にするように構成される燃料出口4024を含む。より詳細には、弁組立体4028は、弁キャビティ4021の中に位置決めされる弁4032(例えば、強磁性弁)を含む。弁キャビティ4021は、燃料出口4024を介して力発生器ケーシング4020の内部に流体的に結合される。弁4032は、図40Aに示すように弁4032が通常閉位置にあるときに、燃料出口4024をシールし又は閉じる。   According to further features of the illustrated embodiment, the base portion 4002 includes a force generator 4006 (eg, appropriate pneumatic, hydraulic, electromagnetic solenoid, piezoelectric component, etc.) positioned within a force generator casing 4020. . The casing 4020 includes a fuel inlet 4022 that is connected to a fuel coupling 4026 for receiving fuel from the fuel source into the casing 4020. Casing 4020 also includes a fuel outlet 4024 configured to allow fuel to exit casing 4020 via valve assembly 4028. More particularly, valve assembly 4028 includes a valve 4032 (eg, a ferromagnetic valve) positioned within valve cavity 4021. The valve cavity 4021 is fluidly coupled to the interior of the force generator casing 4020 via a fuel outlet 4024. Valve 4032 seals or closes fuel outlet 4024 when valve 4032 is in the normally closed position as shown in FIG. 40A.

弁組立体4028はまた、弁キャビティ4021の中に位置決めされる固定強磁性磁極片又は磁極要素4033を含む。弁4032が閉位置にあるときに、弁4032は、キャビティ4030によって磁極片4033から離間される。弁4032を磁極片4033から遠ざかる方に閉位置の方に付勢するために、キャビティ4030の中の磁極片4033と弁4032との間にnon−強磁性ばね、円板ばねなどのようなバイアス部材4830を随意的に位置決めすることもできる。弁組立体4028は、弁4032を閉位置の方に引き付ける又は他の方法でバイアスする引き付け要素4038(例えば、磁石、永久磁石など)をさらに含む。より詳細には、例証される実施形態において、弁4032は、引き付け要素4038に隣接する概してテーパした、円錐形の、又は円錐台形の端部4037をもつ概して円筒形の本体を有する。従って、円錐形の端部4037は、弁4032の円筒部に関してより小さい断面寸法を有する。   The valve assembly 4028 also includes a fixed ferromagnetic pole piece or pole element 4033 positioned within the valve cavity 4021. When the valve 4032 is in the closed position, the valve 4032 is separated from the pole piece 4033 by the cavity 4030. A bias, such as a non-ferromagnetic spring, a disc spring, etc., between the pole piece 4033 in the cavity 4030 and the valve 4032 to bias the valve 4032 away from the pole piece 4033 toward the closed position. Member 4830 can optionally be positioned. The valve assembly 4028 further includes an attraction element 4038 (eg, a magnet, a permanent magnet, etc.) that attracts or otherwise biases the valve 4032 toward the closed position. More particularly, in the illustrated embodiment, the valve 4032 has a generally cylindrical body with a generally tapered, conical or frustoconical end 4037 adjacent to the attraction element 4038. Accordingly, the conical end 4037 has a smaller cross-sectional dimension with respect to the cylindrical portion of the valve 4032.

作動時には、力発生器4006に提供された電流が、磁極片4033を磁化して、弁4032を磁極片4033の方に開位置に(例えば、ノズル部4004から遠ざかる方向に)動かす。弁4032が弁キャビティ4021の中で閉位置から磁極片4033に隣接する開位置に動くときに、弁4032の円錐形の端部4037は、弁4032が燃料出口4024をもはやシールしない又は塞がないように、力発生器の燃料出口4024に隣接して配置される。従って、燃料は、第1の本体絶縁体4009と第2の本体絶縁体4010との間の燃料流路4011の中に送達するために力発生器4006から弁キャビティ4021の燃料スロット又はオリフィス4013の中に流れることができる。従って、弁4032が開位置の方に動く際に、弁4032は、燃料が弁キャビティ4021の燃料スロット4013を介して燃料出口4024から燃料流路に流れることを可能にする。弁4032が通常閉位置に(例えば、ノズル部4004に向かう方向に)戻ると、弁4032は、燃料出口4024をスライド可能にシールして、燃料の流れを止める。   In operation, the current provided to the force generator 4006 magnetizes the pole piece 4033 and moves the valve 4032 toward the pole piece 4033 to an open position (eg, away from the nozzle portion 4004). When the valve 4032 moves from the closed position within the valve cavity 4021 to the open position adjacent to the pole piece 4033, the conical end 4037 of the valve 4032 no longer seals or plugs the fuel outlet 4024. As such, it is positioned adjacent to the power generator fuel outlet 4024. Accordingly, fuel is delivered from the force generator 4006 to the fuel slot or orifice 4013 of the valve cavity 4021 for delivery into the fuel flow path 4011 between the first body insulator 4009 and the second body insulator 4010. Can flow in. Thus, as the valve 4032 moves toward the open position, the valve 4032 allows fuel to flow from the fuel outlet 4024 to the fuel flow path via the fuel slot 4013 of the valve cavity 4021. When the valve 4032 returns to the normally closed position (eg, in the direction toward the nozzle portion 4004), the valve 4032 slidably seals the fuel outlet 4024 to stop fuel flow.

したがって、ベース部4002における弁4032は、噴射器4000を通して長手方向に動く。例証される実施形態のさらなる特徴によれば、しかしながら、噴射器4000はまた、ノズル部4004における第2のバルブ4042を含むことができる。より詳細には、第2のバルブ4042は、ノズル部における第1の本体絶縁体4009及び第2の本体絶縁体4010の上に同軸方向に配置される、変形可能な又はエラストマーのスリーブ弁4042である。スリーブ弁4042のベース部は、第2の本体絶縁体4010に適切な接着剤、サーモポリマー、熱硬化性化合物、又は他の適切な接着剤で接着することができる。そのうえ、例証される実施形態において、スリーブ弁4042は、スリーブ弁4042を第2のエラストマー保持機能部4041で第2の本体絶縁体4010と接触して保持するように構成された端部4043を含む。従って、保持機能部4041は、第2の本体絶縁体4010と接触して弁スリーブを圧力をかけながら固定することができる。   Accordingly, the valve 4032 at the base 4002 moves longitudinally through the injector 4000. According to further features of the illustrated embodiment, however, the injector 4000 can also include a second valve 4042 in the nozzle portion 4004. More specifically, the second valve 4042 is a deformable or elastomeric sleeve valve 4042 disposed coaxially over the first body insulator 4009 and the second body insulator 4010 in the nozzle section. is there. The base of the sleeve valve 4042 can be adhered to the second body insulator 4010 with a suitable adhesive, thermopolymer, thermosetting compound, or other suitable adhesive. Moreover, in the illustrated embodiment, the sleeve valve 4042 includes an end 4043 configured to hold the sleeve valve 4042 in contact with the second body insulator 4010 with the second elastomer retention feature 4041. . Therefore, the holding function unit 4041 can contact the second body insulator 4010 and fix the valve sleeve while applying pressure.

加えて、弁スリーブ4042は、ノズル部の複数の出口又は噴射ポート4041の上に延びる。より詳細には、第2の本体絶縁体4010は、第1の本体絶縁体4009と第2の本体絶縁体4010との間の燃料流路4011に流体的に結合される複数の噴射ポート4041を含む。したがって、第1のバルブ4032を開き、長手方向にノズル部4004に延びる燃料流路4011の中に加圧された燃料を導入する際に、スリーブ弁4042は、噴射ポート4041の上で拡張して燃料がノズル部4004を出ることを可能にする。   In addition, the valve sleeve 4042 extends over a plurality of outlets or injection ports 4041 in the nozzle portion. More specifically, the second body insulator 4010 includes a plurality of injection ports 4041 that are fluidly coupled to a fuel flow path 4011 between the first body insulator 4009 and the second body insulator 4010. Including. Thus, when opening the first valve 4032 and introducing pressurized fuel into the fuel flow path 4011 extending longitudinally to the nozzle portion 4004, the sleeve valve 4042 expands above the injection port 4041. Allows fuel to exit nozzle portion 4004.

図40Bは、本開示の一実施形態に従って構成される図40Aのバイアス部材4039の平面図である。例証される実施形態において、バイアス部材4039は、バイアス部材4039を通して延びる1つ又は複数のチャネル4053によってバイアス部材の周辺部から分離される、バイアスされる中央部4051を有することができる。特定の実施形態において、バイアス部材4039は、0.1mm(0.004インチ)厚の非磁性ステンレス鋼シート素材から作製することができる。そのうえ、バイアス部材4039は、例証される幾何学的形態を達成するために、スタンプする又はフォトエッチングすることができる。バイアス部材4039は、中央部4051を持ち上げる中央部4051の中の所望のばね機能をもたらすために、さらに熱処理することができる。バイアス部材4039の非磁性の性質は、形成される可能性がある硬質磁気領域が引力を残し続けて弁4032の開時間を延長するのを防ぐために、約0.1mm(0.004インチ)のギャップを提供することによって図40Aの弁4032が通常閉位置に迅速に戻ることを可能にする。他の実施形態において、しかしながら、バイアス部材は、例えば、円錐ばね(cone spring)、ばね座金、コイル状にされた圧縮ばねなどを含む、別のタイプのバイアス部材とすることができる。そのうえ、またさらなる実施形態において、バイアス部材4039は、図40Aの弁組立体4028から省くことができる。   40B is a plan view of the biasing member 4039 of FIG. 40A configured in accordance with one embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the bias member 4039 can have a biased central portion 4051 that is separated from the periphery of the bias member by one or more channels 4053 extending through the bias member 4039. In certain embodiments, the bias member 4039 can be made from a non-magnetic stainless steel sheet stock that is 0.1 mm (0.004 inches) thick. Moreover, the bias member 4039 can be stamped or photoetched to achieve the illustrated geometry. The bias member 4039 can be further heat treated to provide the desired spring function within the central portion 4051 that lifts the central portion 4051. The non-magnetic nature of the biasing member 4039 is about 0.1 mm (0.004 inch) to prevent hard magnetic regions that may be formed from remaining attractive and prolonging the opening time of the valve 4032. Providing a gap allows the valve 4032 of FIG. 40A to quickly return to the normally closed position. In other embodiments, however, the biasing member can be another type of biasing member including, for example, a cone spring, a spring washer, a coiled compression spring, and the like. Moreover, in yet further embodiments, the bias member 4039 can be omitted from the valve assembly 4028 of FIG. 40A.

図41は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器4100の部分側断面図である。例証される実施形態において、噴射器4100は、図40Aを参照して上記で説明された弁組立体4028と構造及び機能が概して類似している弁組立体4128を有するベース部4102を含む。例えば、図41の弁組立体4128は、弁キャビティ4121の中に位置決めされる弁4132を含む。弁キャビティ4121は、力発生器の燃料出口4124と流体的に結合される。例証される実施形態において、しかしながら、燃料出口4124を取り囲む弁キャビティ4121の部分は、弁4132の円錐形又は円錐台形の端部に概して対応するテーパした形状を有する。より詳細には、弁4132の端部は、第2のテーパした、円錐形の、又は円錐台形の表面4139から延びる第1のテーパした、円錐形の、又は円錐台形の表面4138を含む。弁4132と接触する弁キャビティ4121の表面は、弁4132の第2のテーパした表面4139と同じ又は概して類似のテーパした、円錐形の、又は円錐台形の形状を有する。この実施形態の1つの利点は、テーパした又は円錐形の構成が、弁4132と弁4132と接触する弁キャビティ4121の表面との間の緩和された許容誤差を可能にすることである。   FIG. 41 is a partial cross-sectional side view of an injector 4100 configured in accordance with another embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the injector 4100 includes a base 4102 having a valve assembly 4128 that is generally similar in structure and function to the valve assembly 4028 described above with reference to FIG. 40A. For example, the valve assembly 4128 of FIG. 41 includes a valve 4132 positioned in the valve cavity 4121. The valve cavity 4121 is fluidly coupled to the force generator fuel outlet 4124. In the illustrated embodiment, however, the portion of the valve cavity 4121 that surrounds the fuel outlet 4124 has a tapered shape that generally corresponds to the conical or frustoconical end of the valve 4132. More particularly, the end of valve 4132 includes a first tapered, conical or frustoconical surface 4138 extending from a second tapered, conical or frustoconical surface 4139. The surface of the valve cavity 4121 that contacts the valve 4132 has a tapered, conical, or frustoconical shape that is the same or generally similar to the second tapered surface 4139 of the valve 4132. One advantage of this embodiment is that the tapered or conical configuration allows for relaxed tolerances between the valve 4132 and the surface of the valve cavity 4121 that contacts the valve 4132.

図42は、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器4200の側断面図である。噴射器4200は、本明細書で説明される噴射器、特に図28を参照して上記で説明された噴射器1600と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。図42で例証される実施形態において、例えば、噴射器4200は、ノズル部4204とは反対側のベース部4202を含む。アクチュエータ・ロッド又はケーブル4214は、長手方向の燃料通路4211内でベース部4202からノズル部4204に延びる。ケーブル4214は、ノズル部4204に位置決めされた外方に開くフローバルブ4224に結合される。ケーブル4214は、燃焼室のデータをコントローラ又はプロセッサに伝送するために、光ファイバ・ケーブルのような1つ又は複数の監視要素を含むことができる。ベース部の燃料入口4209は、燃料通路4211と流体的に結合される。   FIG. 42 is a cross-sectional side view of an injector 4200 configured in accordance with yet another embodiment of the present disclosure. The injector 4200 includes several features that are generally similar in structure and function to the injectors described herein, particularly the injector 1600 described above with reference to FIG. In the embodiment illustrated in FIG. 42, for example, the injector 4200 includes a base portion 4202 opposite the nozzle portion 4204. Actuator rod or cable 4214 extends from base portion 4202 to nozzle portion 4204 within longitudinal fuel passage 4211. Cable 4214 is coupled to an outwardly opening flow valve 4224 positioned in nozzle portion 4204. Cable 4214 may include one or more monitoring elements, such as fiber optic cables, for transmitting combustion chamber data to a controller or processor. The base fuel inlet 4209 is fluidly coupled to the fuel passage 4211.

ベース部4202はまた、ケーブル・ロック又はブレーキ4266のための作動力を提供する力発生器4206(例えば、適切な空気圧、油圧、電磁ソレノイド、圧電構成要素など)を含む。ケーブル・ブレーキ4266は、ケーブル4214と接触して圧迫力(constrictive force)又は半径方向の圧迫力を提供し、ケーブル4214を張力がかかった状態で保持し、且つ弁4244を閉位置に保つ。ベース部4202は、ケーブル・ブレーキ4266から下流でケーブル4214に結合される磁石又は永久磁石のような引き付け要素4270をさらに含む。引き付け要素4270は、ベース部4202に結合され、且つ引き付け要素4270とケーブル・ブレーキ4266との間に位置決めされる、固定強磁性ディスク4268の方に引き付けられる。したがって、引き付け要素4270はまた、ケーブル4214に張力をかけて、弁4224を閉位置に少なくとも部分的に保持する。   Base portion 4202 also includes a force generator 4206 (eg, appropriate pneumatic, hydraulic, electromagnetic solenoid, piezoelectric component, etc.) that provides an actuation force for a cable lock or brake 4266. The cable brake 4266 contacts the cable 4214 to provide a compressive force or radial compression force, holds the cable 4214 in tension, and keeps the valve 4244 in the closed position. Base 4202 further includes an attraction element 4270 such as a magnet or permanent magnet coupled to cable 4214 downstream from cable brake 4266. The attraction element 4270 is attracted toward a fixed ferromagnetic disk 4268 that is coupled to the base 4202 and positioned between the attraction element 4270 and the cable brake 4266. Accordingly, the attraction element 4270 also tensions the cable 4214 to at least partially hold the valve 4224 in the closed position.

例証される実施形態のさらなる態様によれば、ベース部4202はまた、ケーブル4214の軸方向の移動量に対する制限を提供するために、ケーブル・ブレーキ4266と接触するように構成されるケーブル4214に結合される第1の止め部材4264を含む。ベース部4202はまた、第1の止め部材4264から上流でケーブル4214に結合される第2の止め部材4260を含む。第1の止め部材4260は、バイアス部材4262(例えば、ばね、コイル状にされた圧縮ばね)と接触し、ケーブル4214にさらに張力をかけて、弁4224を閉位置に少なくとも部分的に保持する。   According to a further aspect of the illustrated embodiment, the base portion 4202 is also coupled to a cable 4214 configured to contact the cable brake 4266 to provide a limit on the amount of axial movement of the cable 4214. The first stop member 4264 is included. Base portion 4202 also includes a second stop member 4260 that is coupled to cable 4214 upstream from first stop member 4264. The first stop member 4260 contacts a biasing member 4262 (eg, spring, coiled compression spring) and further tensions the cable 4214 to hold the valve 4224 at least partially in the closed position.

作動時には、燃料入口4209を介して燃料通路4211の中に燃料が導入される。ケーブル・ブレーキ4266は、ケーブル4214を係止して、ケーブル4214と接触して圧迫力を提供することによって弁4224が開くのを防ぐ。燃料噴射が望まれるときに、力発生器4206は、ケーブル・ブレーキ4266を弛緩位置に始動する。ケーブル・ブレーキ4266が弛緩位置にあるとき、燃料通路4211の中の燃料からの圧力が、弁4244を開く。より詳細には、燃料通路4211の中の圧力勾配は、第2の止め部材4260及びバイアス部材4262、並びに引き付け要素4270及び強磁性ディスク4268によって提供されるケーブル4214における張力に打ち勝たなければならない。そのうえ、ケーブル4214の総移動は、第1の止め部4264がケーブル・ブレーキ4266と接触するので第1の止め部4264によって制限される。   In operation, fuel is introduced into the fuel passage 4211 via the fuel inlet 4209. Cable brake 4266 locks cable 4214 and prevents valve 4224 from opening by contacting cable 4214 and providing a compression force. When fuel injection is desired, force generator 4206 triggers cable brake 4266 to the relaxed position. When the cable brake 4266 is in the relaxed position, the pressure from the fuel in the fuel passage 4211 opens the valve 4244. More specifically, the pressure gradient in the fuel passage 4211 must overcome the tension in the cable 4214 provided by the second stop member 4260 and bias member 4262, as well as the attraction element 4270 and the ferromagnetic disk 4268. Moreover, the total movement of the cable 4214 is limited by the first stop 4264 because the first stop 4264 contacts the cable brake 4266.

図42で例証される噴射器4200の実施形態は、したがって、可変の圧力制御及び噴射イベントの増加した制御を提供する。例えば、ケーブル・ブレーキ4266は、ケーブル4214と接触して可変の制限的な力を提供して、弁4224を開くのに必要な圧力を調整することができる。そのうえ、第2の止め部材4260及び対応するバイアス部材4262は、単独で、又は引き付け要素4270及び対応する強磁性ディスク4268と組み合わせて、弁を開くのに必要な圧力をさらに選択的に制御することができる。本明細書で説明される他の実施形態と同様に、燃料噴射器4200はまた、1つ又は複数の監視される燃焼室の特性に応答して適応して制御することができる。   The embodiment of the injector 4200 illustrated in FIG. 42 thus provides variable pressure control and increased control of injection events. For example, the cable brake 4266 can contact the cable 4214 to provide a variable limiting force to regulate the pressure required to open the valve 4224. Moreover, the second stop member 4260 and corresponding biasing member 4262 alone or in combination with the attracting element 4270 and corresponding ferromagnetic disk 4268 can further selectively control the pressure required to open the valve. Can do. As with the other embodiments described herein, the fuel injector 4200 can also be adaptively controlled in response to the characteristics of one or more monitored combustion chambers.

本開示のさらなる実施形態によれば、上記で詳細に解説されるように、本開示の実施形態に従って構成される噴射器は、対応する噴射器のノズル部によって支えられる1つ又は複数の点火機能部又は電極を有することができる。こうした噴射器は、燃料分散パターン(fuel dispersal patter)を方向付ける又は制御するために、ノズル部におけるカバーをさらに有することができる。特定の実施形態において、例えば、こうしたノズル部及び対応するフローバルブ、電極、及びエンドキャップは、少なくとも以下の構成、すなわち、弁の外部に静止電極を伴う外方に開く燃料制御弁、弁の内部に静止電極を伴う外方に開く燃料流量制御弁、弁の外部に静止電極を伴う内向きに開く燃料流量制御弁、弁の内部に静止電極を伴う内向きに開く燃料流量制御弁、外向きに動く弁を伴う外向きに動く電極、内向きに動く弁を伴う内向きに動く電極などを有することができる。   According to further embodiments of the present disclosure, as described in detail above, an injector configured in accordance with embodiments of the present disclosure includes one or more ignition functions supported by the nozzle portion of the corresponding injector. Part or electrode. Such injectors can further include a cover at the nozzle portion to direct or control the fuel dispersal pattern. In certain embodiments, for example, such nozzle portions and corresponding flow valves, electrodes, and end caps have at least the following configurations: a fuel control valve that opens outwardly with a stationary electrode outside the valve, the interior of the valve A fuel flow control valve that opens outward with a stationary electrode, a fuel flow control valve that opens inward with a stationary electrode outside the valve, a fuel flow control valve that opens inward with a stationary electrode inside the valve, outward An outwardly moving electrode with an inwardly moving valve, an inwardly moving electrode with an inwardly moving valve, and the like.

そのうえ、特定の実施形態において、これらのノズル部(例えば、弁、電極、及び/又はキャップの組合せ)を備えた噴射器は、対応するノズル部から遠ざかる方に軸方向にプラズマを発射することができる。例えば、図24aを参照して上記で説明されたエンドキャップのようなエンドキャップ又は電極は、ノズル部から遠ざかる方に半径方向に又は軸方向に延びるプラズマ発生を少なくとも部分的に誘起することができる。より詳細には、燃料の軸方向移動に関しての構造構成要素を有するエンドキャップは、したがって、ノズル部から遠ざかる方に軸方向にプラズマを誘起することができる。プラズマをこれらの方向に、特にノズル部から軸方向に誘起することで、噴射される燃料のスワール運動を打ち消す又は他の方法で相殺する(account for)ことができる。そのうえ、こうしたプラズマ発生はまた、噴射器の燃料パターンのより良好な形状設定及び制御を提供する。   Moreover, in certain embodiments, an injector with these nozzle portions (e.g., a combination of valves, electrodes, and / or caps) may launch a plasma axially away from the corresponding nozzle portion. it can. For example, an end cap or electrode, such as the end cap described above with reference to FIG. 24a, can at least partially induce plasma generation extending radially or axially away from the nozzle portion. . More particularly, an end cap having structural components for axial movement of fuel can therefore induce a plasma in the axial direction away from the nozzle portion. By inducing the plasma in these directions, in particular axially from the nozzle part, the swirl movement of the injected fuel can be counteracted or otherwise accounted for. Moreover, such plasma generation also provides better shape setting and control of the injector fuel pattern.

さらなる実施形態
燃料を噴射するための燃料噴射器であり、燃料の流れを弁で調節するための手段によって燃料が噴射される、燃料噴射器と、燃料点火器であり、燃料噴射器と一体化される、燃料点火器と、を含む燃料噴射システムであって、燃料の流れを弁で調節するための手段が、開くための絶縁されたロッド手段、絶縁されたケーブル手段、及び絶縁された光ファイバ手段からなる群から選択された開くための手段によって時折開かれ、開くための手段によって必要とされる力が力発生手段によって提供され、燃料の流れを弁で調節するための手段と、燃料を噴射するための手段と、燃料を点火するための手段とが、燃料を燃焼するための手段との境界面で一体化される、燃料噴射システム。
Further embodiments a fuel injector for injecting fuel, wherein the fuel is injected by means for regulating the flow of fuel with a valve, a fuel injector and a fuel igniter, integrated with the fuel injector A fuel injection system comprising: a fuel igniter, wherein the means for regulating the flow of fuel with a valve is an insulated rod means for opening, an insulated cable means, and an insulated light Means for adjusting the fuel flow with a valve, the force generating means being provided with the force required by the means for opening, which is occasionally opened by means for opening selected from the group consisting of fiber means, and fuel A fuel injection system in which the means for injecting fuel and the means for igniting the fuel are integrated at the interface with the means for burning the fuel.

開くための手段がまた、燃焼から検出される情報の検出又は通信を制御手段に提供する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for opening also provides the control means with detection or communication of information detected from combustion.

制御するための手段が燃料噴射器手段と一体化される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for controlling is integrated with the fuel injector means.

力発生手段が電気機械式である、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the force generating means is electromechanical.

力発生手段が、ケーブル、ロッド、又は光ファイバ手段からなる群からの選択物に対して衝撃力を提供する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the force generating means provides an impact force against a selection from the group consisting of cable, rod, or fiber optic means.

燃料を点火するための手段が、スパーク、複数のスパーク、及びプラズマ手段からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for igniting the fuel is selected from the group consisting of a spark, a plurality of sparks, and a plasma means.

制御するための手段が燃料によって冷却される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for controlling is cooled by the fuel.

燃料が少なくとも力発生手段又は弁で調節するための手段を冷却する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel cools at least the means for adjusting the force generation means or the valve.

熱機関又は燃料電池のうちの少なくとも1つに燃料が噴射される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein fuel is injected into at least one of a heat engine or a fuel cell.

燃料が、燃料を貯蔵するための手段によって貯蔵され、燃料を貯蔵するための手段が、低温の液体、低温の固体及び液体、低温の固体、液体、蒸気、及び気体、非低温の液体、非低温の固体及び液体、並びに非低温の固体、液体、蒸気、及び気体からなる燃料を貯蔵するための群から選択される、本明細書に記載のシステム。   The fuel is stored by means for storing fuel, and means for storing the fuel includes cold liquids, cold solids and liquids, cold solids, liquids, vapors and gases, non-cold liquids, non A system as described herein, selected from the group for storing fuels consisting of cold solids and liquids and non-cold solids, liquids, vapors and gases.

燃料が、低温の液体燃料、低温の固体燃料、及び低温の気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is selected from the group consisting of a cold liquid fuel, a cold solid fuel, and a cold gaseous fuel.

燃料が、固体燃料、液体燃料、燃料蒸気、及び気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is selected from the group consisting of solid fuel, liquid fuel, fuel vapor, and gaseous fuel.

燃料が低温の燃料と非低温の燃料との混合物である、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is a mixture of cold and non-cold fuel.

層状給気燃焼モード、予混合燃焼モード、及び均一給気内の層状給気燃焼モードのうちの1つに従って燃料が送達され燃焼される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein fuel is delivered and combusted according to one of a stratified charge combustion mode, a premixed combustion mode, and a stratified charge combustion mode within a uniform charge.

弁で調節するための手段が、サファイア、石英、ガラス、及び高温ポリマーからなる群から選択された材料手段によって保護される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for regulating by the valve is protected by material means selected from the group consisting of sapphire, quartz, glass, and high temperature polymer.

燃料が、噴射器に供給される前に熱交換のための手段に通される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is passed through a means for heat exchange before being supplied to the injector.

点火するための手段が、容量放電、圧電電圧発生、誘導電圧発生からなる群から選択される手段を含む、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for igniting comprises means selected from the group consisting of capacitive discharge, piezoelectric voltage generation, induction voltage generation.

1つ又は複数の燃料物質を閉じ込め容器手段に貯蔵するステップと、エンジン手段の燃焼室手段の境界面に位置する流量制御弁手段から弁オペレータ手段を実質的に分離するデバイスに燃料及び又は燃料の誘導体を伝達して、エンジン手段の燃焼室手段の中への問題のある時点での燃料ドリブルをなくすために、絶縁ケーブル又はロッド手段によって燃料又は燃料の誘導体を制御するステップと、を含む、エネルギー変換のためのプロセス。   Storing one or more fuel materials in the containment vessel means and fuel and / or fuel to a device that substantially separates the valve operator means from the flow control valve means located at the interface of the combustion chamber means of the engine means. Controlling the fuel or fuel derivative by means of an insulated cable or rod means to deliver the derivative and eliminate fuel dribbling at the point of trouble into the combustion chamber means of the engine means. Process for conversion.

制御弁手段が、プラズマ放電手段を提供するために時折帯電される、本明細書に記載のプロセス。   A process as described herein, wherein the control valve means is occasionally charged to provide a plasma discharge means.

絶縁ケーブル又はロッド手段はまた、燃焼室手段からプロセスの制御手段に、検出される情報の検出及び又は通信を提供する、本明細書に記載のプロセス。   The process described herein, wherein the insulated cable or rod means also provides detection and / or communication of detected information from the combustion chamber means to the process control means.

燃料誘導体が、熱交換器、可逆燃料電池、及び触媒熱交換器からなる群から選択される手段によって生産される、本明細書に記載のプロセス。   A process as described herein, wherein the fuel derivative is produced by means selected from the group consisting of a heat exchanger, a reversible fuel cell, and a catalytic heat exchanger.

燃料又は燃料誘導体が、熱伝達手段として及び又はエネルギー変換のためのプロセスの相対運動構成要素手段の作動における損失を減らすために使用される水素を含む、本明細書に記載のプロセス。   The process as described herein, wherein the fuel or fuel derivative comprises hydrogen used as a heat transfer means and / or to reduce losses in the operation of the relative motion component means of the process for energy conversion.

相対運動構成要素手段が発電機である、本明細書に記載のプロセス。   A process as described herein, wherein the relative motion component means is a generator.

相対運動構成要素手段が熱機関である、本明細書に記載のプロセス。   A process as described herein, wherein the relative motion component means is a heat engine.

容器手段が低温の物質を断熱する、本明細書に記載のプロセス。   A process as described herein, wherein the container means insulates the cold material.

容器手段が、燃料及び又は燃料の誘導体の加圧されたインベントリを収容する、本明細書に記載のプロセス。   A process as described herein, wherein the container means contains a pressurized inventory of fuel and / or a derivative of the fuel.

燃料噴射を提供する時折の間欠的な流れが絶縁手段によって電気的に分離される弁手段と弁手段の始動手段によって制御され、始動手段が絶縁手段によって弁手段に力をかける、燃料噴射及び点火手段を一体化するためのシステム。   Fuel injection and ignition, wherein the intermittent intermittent flow providing the fuel injection is controlled by the valve means electrically separated by the insulating means and the starting means of the valve means, and the starting means exerts a force on the valve means by the insulating means A system for integrating means.

始動手段が絶縁ケーブル又はロッド手段からなる絶縁手段によって弁手段に力をかける、本明細書に記載のシステム。   A system as described herein, wherein the starting means applies force to the valve means by insulating means comprising an insulated cable or rod means.

ケーブル又はロッド手段がまた、燃焼室手段からシステムの作動の制御手段に検出される情報の検出及び又は通信を提供する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the cable or rod means also provides detection and / or communication of information detected from the combustion chamber means to the control means for operation of the system.

制御弁手段が、制御弁手段によって通ることを許された時折噴射される燃料を点火するためにプラズマ放電手段を提供するのに時折帯電される、本明細書に記載のシステム。   A system as described herein wherein the control valve means is occasionally charged to provide plasma discharge means to ignite the occasionally injected fuel allowed to pass by the control valve means.

移動可能な弁要素手段が、ソレノイド機構手段、カム機構手段、及びソレノイド機構手段とカム機構手段との組合せからなる群から選択された手段によって強制されるプランジャ手段によって変位され、弁要素手段が、ソレノイド機構手段、圧電機構手段、及びソレノイド機構手段と圧電機構手段との組合せから選択された手段によって流体の流れを可能にする位置に時折保持される、流体フローバルブ機能を提供するためのシステム。   The movable valve element means is displaced by plunger means forced by solenoid mechanism means, cam mechanism means, and means selected from the group consisting of a combination of solenoid mechanism means and cam mechanism means, wherein the valve element means is A system for providing a fluid flow valve function that is occasionally held in a position that allows fluid flow by means selected from solenoid mechanism means, piezoelectric mechanism means, and a combination of solenoid mechanism means and piezoelectric mechanism means.

空気の流入を加速し、且つエンジン手段の容積効率を増加させるために、流体の流れの少なくとも一部がエンジン手段に送達される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein at least a portion of the fluid flow is delivered to the engine means to accelerate the inflow of air and increase the volumetric efficiency of the engine means.

燃料噴射及び点火手段を一体化するためのシステムによって流体の流れの少なくとも一部がエンジン手段の燃焼室に送達され、燃料噴射を提供する間欠的な流れが、絶縁手段によって電気的に分離される弁手段と弁手段の始動手段によって制御され、始動手段が絶縁手段によって弁手段に力をかける、本明細書に記載のシステム。   A system for integrating fuel injection and ignition means delivers at least a portion of the fluid flow to the combustion chamber of the engine means, and the intermittent flow providing fuel injection is electrically separated by the insulating means. A system as described herein, controlled by a valve means and a starting means of the valve means, wherein the starting means applies a force to the valve means by an insulating means.

こうした作動が、燃料のオクタン、セタン、粘度、エネルギー含有密度、又は温度に関係なく種々の燃料の選択物の循環燃焼に対する適応して最大化されたブレーキ平均有効圧力を提供する、本明細書に記載のシステム。   Such operation provides an adaptively maximized brake mean effective pressure for cyclic combustion of various fuel selections regardless of fuel octane, cetane, viscosity, energy content density, or temperature. The described system.

エンジンから水素を含有する燃料及び又は化合物への熱の伝達による吸熱反応をサポートする熱交換器によって、水素を含有する燃料及び又は化合物が水素及び又は水素と他の流体成分との混合物に変換される、本明細書に記載のシステム。   A heat exchanger that supports the endothermic reaction by transferring heat from the engine to the hydrogen-containing fuel and / or compound converts the hydrogen-containing fuel and / or compound into hydrogen and / or a mixture of hydrogen and other fluid components. The system described herein.

水素が、回転機械の冷却、回転機械の風損の減少、水分を吸収する及び除去する媒体として、及び2つ又はそれ以上のハイブリッド化されたエネルギー変換用途のための燃料として、からなる群から選択される目的のために使用される、本明細書に記載のシステム。   Hydrogen from the group consisting of cooling of rotating machinery, reducing windage loss of rotating machinery, as a medium to absorb and remove moisture, and as a fuel for two or more hybrid energy conversion applications A system as described herein that is used for a selected purpose.

流体が、回転機械の冷却、回転機械の風損の減少、水分を吸収する及び除去する媒体として、及び2つ又はそれ以上のハイブリッド化されたエネルギー変換用途のための燃料として、からなる群から選択される目的のために使用される水素を含有する、本明細書に記載のシステム。   A fluid from the group consisting of cooling of rotating machinery, reducing windage loss of rotating machinery, as a medium to absorb and remove moisture, and as fuel for two or more hybrid energy conversion applications A system as described herein containing hydrogen used for a selected purpose.

マイクロプロセッサと、燃料を噴射するための燃料噴射器であり、弁要素を開くことによって燃料が噴射される、燃料噴射器と、燃料を点火するための手段であり、噴射器と一体化される、燃料を点火するための手段と、を含む燃料噴射システムであって、弁要素が、アクチュエータに接続されるケーブル又はロッドのうちの1つで開かれ、ケーブル又はロッドが、電気的に絶縁され且つマイクロプロセッサに燃焼データを通信するための光ファイバ要素をさらに備える、燃料噴射システム。   Microprocessor and fuel injector for injecting fuel, fuel injector by which the fuel is injected by opening the valve element, and means for igniting the fuel, integrated with the injector Means for igniting the fuel, wherein the valve element is opened with one of the cables or rods connected to the actuator, and the cables or rods are electrically insulated A fuel injection system further comprising an optical fiber element for communicating combustion data to the microprocessor.

燃料を点火するための手段が弁要素の近くに位置する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for igniting the fuel is located near the valve element.

アクチュエータが電気機械式アクチュエータである、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the actuator is an electromechanical actuator.

アクチュエータが、ケーブル又はロッドに対して衝撃力を提供する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the actuator provides an impact force to the cable or rod.

燃料を点火するための手段が、スパーク、複数のスパーク、又はプラズマ放電のうちの1つから選択される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the means for igniting the fuel is selected from one of a spark, a plurality of sparks, or a plasma discharge.

マイクロプロセッサが燃料噴射器の本体の中に位置する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the microprocessor is located within the body of the fuel injector.

マイクロプロセッサが、噴射器に燃料を供給するための導管の隣に位置し、導管を通過する燃料がマイクロプロセッサを冷却する、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein a microprocessor is located next to a conduit for supplying fuel to the injector, and fuel passing through the conduit cools the microprocessor.

弁要素又はアクチュエータのうちの少なくとも1つを冷却するのに燃料が用いられる、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein fuel is used to cool at least one of the valve element or the actuator.

熱機関又は燃料電池のうちの少なくとも1つに燃料が噴射される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein fuel is injected into at least one of a heat engine or a fuel cell.

燃料が低温燃料を貯蔵するのに適した燃料タンクの中に貯蔵される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is stored in a fuel tank suitable for storing low temperature fuel.

燃料が、低温の液体燃料、低温の固体燃料、及び低温の気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is selected from the group consisting of a cold liquid fuel, a cold solid fuel, and a cold gaseous fuel.

燃料が、固体燃料、液体燃料、及び気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is selected from the group consisting of a solid fuel, a liquid fuel, and a gaseous fuel.

燃料が低温燃料と非低温燃料との混合物である、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is a mixture of a low temperature fuel and a non-low temperature fuel.

層状給気燃焼モード、予混合燃焼モード、及び均一給気内の層状給気燃焼モードのうちの1つに従って燃料が送達され燃焼される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein fuel is delivered and combusted according to one of a stratified charge combustion mode, a premixed combustion mode, and a stratified charge combustion mode within a uniform charge.

弁要素が、サファイア、石英、ガラス、及び高温ポリマーの群のうちの1つから作製される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the valve element is made from one of the group of sapphire, quartz, glass, and high temperature polymer.

燃料が、噴射器に供給される前に熱交換器に通される、本明細書に記載のシステム。   The system as described herein, wherein the fuel is passed through a heat exchanger before being supplied to the injector.

オキシダントの流入(admission)、燃料噴射、点火、燃焼、及び仕事生産を循環的に達成するための手段を備えたエネルギー変換システムであって、オキシダントが、燃料噴射によって送達される燃料の完全燃焼に必要とされる量を超える量で流入され、燃料噴射が、各作動サイクルにおいて燃料の複数の送達が可能な手段によるものであり、点火及び燃焼が、温度、圧力、燃焼率、及び燃焼場所からなる群から選択される情報を判定するために監視され、情報が、選択された設定値を達成するのに失敗する温度、選択された設定値を超える温度、選択された設定値を超える圧力、選択された設定値を達成するのに失敗する燃焼率、選択された設定値を超える燃焼率、選択された設定値によって定義されるゾーンを越える場所での燃焼からなる群から選択された条件を防ぐ目的で、燃料噴射を開始し及び1つ又は複数の燃料送達後に燃料噴射を休止するためにコントローラ手段によって使用される、エネルギー変換システム。   An energy conversion system comprising means for cyclically achieving oxidant admission, fuel injection, ignition, combustion, and work production, wherein the oxidant is capable of complete combustion of fuel delivered by fuel injection. Injected in excess of the required amount, fuel injection is by means of multiple deliveries of fuel in each operating cycle, and ignition and combustion are from temperature, pressure, combustion rate, and combustion location Monitored to determine information selected from the group, the temperature at which the information fails to achieve the selected setpoint, the temperature above the selected setpoint, the pressure above the selected setpoint, The burn rate that fails to achieve the selected setpoint, the burn rate that exceeds the selected setpoint, and the location beyond the zone defined by the selected setpoint In order to prevent a condition selected from the group consisting of baked, used by the controller means to halt the fuel injection after the start the fuel injection and one or more fuel delivery, energy conversion system.

エネルギー変換を達成するための燃焼室の境界面に又は該境界面に実質的に隣接して位置決めされる弁手段によって燃料噴射が提供される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。   An energy conversion system as described herein, wherein fuel injection is provided by valve means positioned at or substantially adjacent to the interface of the combustion chamber to effect energy conversion.

エネルギー変換を達成するための燃焼室の境界面で又は実質的にその近傍で点火が提供される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。   An energy conversion system as described herein, wherein ignition is provided at or substantially near the interface of the combustion chamber to effect energy conversion.

燃料噴射を休止させる何らかのイベントの後で、エネルギー変換システムによって所望の大きさの仕事が達成されるまで1つ又は複数の燃料噴射が再開される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。   The energy conversion system as described herein, wherein after some event that suspends fuel injection, one or more fuel injections are resumed until a desired amount of work is achieved by the energy conversion system.

燃料噴射によって送達される燃料を完全燃焼するのに必要とされる量を超えるオキシダントが、燃焼イベントの各々を絶縁するエンベロープ(envelop)として維持される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。   The energy conversion system as described herein, wherein oxidant in excess of the amount required to completely burn the fuel delivered by fuel injection is maintained as an envelope that isolates each of the combustion events.

本開示の範囲から逸脱することなく種々の変化及び修正を加えることができることが分かるであろう。例えば、絶縁耐力は、代替的な材料及び処理手段を含むように変えられ又は変化されてもよい。アクチュエータとドライバは、燃料又は噴射器の使用に応じて変化してもよい。キャップは、燃料分布の形状及び一体性を保証するのに用いられてもよく、且つキャップは、異なる性能及び保護を提供するために、サイズ、設計、又は位置が変化してもよい。代替的に、噴射器は変化してもよく、例えば、電極、光学系、アクチュエータ、ノズル又は本体は、代替材料から作製されてもよく、又は、示され説明された構成の代替的な、且つ依然として本開示の精神内にある構成を含んでもよい。   It will be appreciated that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the disclosure. For example, the dielectric strength may be varied or changed to include alternative materials and processing means. Actuators and drivers may vary depending on the use of fuel or injectors. The cap may be used to ensure the shape and integrity of the fuel distribution, and the cap may vary in size, design, or position to provide different performance and protection. Alternatively, the injector may vary, for example, the electrodes, optics, actuators, nozzles or body may be made from alternative materials, or alternatively in the configuration shown and described, and Configurations that still remain within the spirit of the present disclosure may be included.

文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、説明及び請求項の全体を通して、「備える」、「備えている」などの言葉は、排他的な又は網羅的な意味ではなく包括的な意味で、つまり、「〜を含むがこれらに限定されない」の意味で解釈されるべきである。単数形又は複数形を用いる言葉はまた、それぞれ複数形又は単数形を含む。請求項が2つ又はそれ以上のアイテムのリストに関して「又は」という言葉を用いるとき、該言葉は以下の言葉の解釈のうちのすべて、すなわち、リストにおけるアイテムのいずれか、リストにおけるアイテムのすべて、及びリストにおけるアイテムの任意の組合せを包含する。   Throughout the description and claims, the words “comprising”, “comprising”, etc. mean an inclusive rather than an exclusive or exhaustive meaning, unless the context clearly indicates otherwise. That is, it should be interpreted in the meaning of "including but not limited to". Words using the singular or plural also include the plural or singular, respectively. When a claim uses the word “or” with respect to a list of two or more items, the words are all of the following interpretations of the words: any of the items in the list, all of the items in the list, And any combination of items in the list.

上記で説明された種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本明細書で言及される及び/又は出願データ用紙(Application data Sheet)に記載される米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許刊行物のすべては、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。本開示の態様は、本開示のまたさらなる実施形態を提供するために、種々の構成をもつ燃料噴射器及び点火装置、並びに種々の特許、出願、及び公開の概念を採用するように必要な場合に修正することができる。   The various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. All of the U.S. patents, U.S. patent application publications, U.S. patent applications, foreign patents, foreign patent applications, and non-patent publications mentioned herein and / or described in the Application Data Sheet are: Which are incorporated herein by reference in their entirety. Aspects of the present disclosure are required to employ various configurations of fuel injectors and igniters and various patents, applications, and published concepts to provide still further embodiments of the present disclosure. Can be corrected.

上記の詳細な説明に照らして、開示内容にこれらの及び他の変化を加えることができる。一般に、以下の請求項において、用いられる用語は、開示内容を明細書及び請求項で開示される具体的な実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、請求項に従って作動するすべてのシステム及び方法を含むように解釈されるべきである。したがって、本発明は、開示内容によって限定されないが、代わりに、その範囲は以下の請求項によって広く定められるべきである。   These and other changes can be made to the disclosure in light of the above detailed description. In general, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the disclosure to the specific embodiments disclosed in the specification and the claims, but all terms operating according to the claims. It should be construed to include systems and methods. Accordingly, the invention is not limited by the disclosure, but instead its scope should be broadly defined by the following claims.

Claims (17)

燃焼室の中に燃料を噴射し、且つ前記燃焼室の中の燃料を点火するように構成される燃料噴射器であって、
ノズル部とは反対側のベース部を有する本体であり、前記ベース部が前記本体の中に燃料を受け入れ、前記ノズル部が燃焼室に隣接して位置決め可能である、本体と、
力発生器を少なくとも部分的に収容する、前記ベース部におけるケーシングであり、燃料入口と燃料出口とを含み、前記燃料入口が燃料源から燃料を受け入れるように構成され、前記燃料出口が前記ケーシングを燃料が出ることを可能にするように構成される、ケーシングと、
前記ケーシングの前記燃料出口に流体的に結合される燃料通路であり、前記本体を通して前記ベース部から前記ノズル部まで長手方向に延びる、燃料通路と、
前記力発生器の近傍の第1のバルブであり、閉位置と開位置との間で動いて燃料を前記燃料出口から前記燃料通路の中に通すことを可能にするために、前記力発生器からの始動に応答して移動可能である、第1のバルブと、
前記ノズル部における第2のバルブであり、前記燃料通路の中の閉位置と開位置との間で動いて前記燃焼室の中に燃料を噴射するために、所定の燃料圧に応答して移動可能である、第2のバルブと、
を備える燃料噴射器。
A fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and ignite the fuel in the combustion chamber;
A main body having a base portion opposite to the nozzle portion, wherein the base portion receives fuel in the main body and the nozzle portion is positionable adjacent to a combustion chamber;
A casing in the base portion at least partially containing a force generator, including a fuel inlet and a fuel outlet, wherein the fuel inlet is configured to receive fuel from a fuel source, the fuel outlet including the casing. A casing configured to allow fuel to exit; and
A fuel passage fluidly coupled to the fuel outlet of the casing, the fuel passage extending longitudinally from the base portion to the nozzle portion through the body;
A first valve in the vicinity of the force generator, which moves between a closed position and an open position to allow fuel to pass from the fuel outlet into the fuel passage. A first valve movable in response to a start from
A second valve in the nozzle section that moves between a closed position and an open position in the fuel passage and moves in response to a predetermined fuel pressure to inject fuel into the combustion chamber A second valve that is possible;
A fuel injector comprising:
前記第1のバルブが強磁性弁であり、前記第2のバルブが変形可能なポリマー弁である、請求項1に記載の燃料噴射器。   The fuel injector of claim 1, wherein the first valve is a ferromagnetic valve and the second valve is a deformable polymer valve. 前記本体が縦軸を有し、前記第1のバルブが前記閉位置と前記開位置との間で前記縦軸と概して平行に動き、前記第2のバルブが前記閉位置と前記開位置との間で前記縦軸から概して半径方向外向きに動く、請求項1に記載の燃料噴射器。   The body has a longitudinal axis, the first valve moves generally parallel to the longitudinal axis between the closed position and the open position, and the second valve is between the closed position and the open position. The fuel injector of claim 1, wherein the fuel injector moves generally radially outward from the longitudinal axis therebetween. 前記本体を通して前記ベース部から前記ノズル部まで長手方向に延びる導体であり、点火エネルギー源に結合されるように構成される、導体と、
前記導体に作動可能に結合され、且つ燃料を点火するために前記燃焼室における点火イベントを発生させるように構成される、1つ又は複数の点火機能部と、
をさらに備える、請求項1に記載の燃料噴射器。
A conductor extending longitudinally through the body from the base portion to the nozzle portion and configured to be coupled to an ignition energy source;
One or more ignition functions operably coupled to the conductor and configured to generate an ignition event in the combustion chamber to ignite fuel;
The fuel injector according to claim 1, further comprising:
前記導体と同軸方向に配置され、且つ前記ベース部から前記ノズル部に延びる、1つ又は複数の監視要素をさらに備える、請求項4に記載の燃料噴射器。   The fuel injector of claim 4, further comprising one or more monitoring elements disposed coaxially with the conductor and extending from the base portion to the nozzle portion. 燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される燃料噴射器であって、
ノズル部とは反対側のベース部を有する本体と、
前記ノズル部によって支えられる弁であり、開位置と閉位置との間で移動可能である、弁と、
前記弁に作動可能に結合され、且つ前記弁から前記ベース部に延びる、アクチュエータであり、前記アクチュエータに少なくとも部分的に張力がかかるときに前記弁を前記閉位置に動かす、アクチュエータと、
前記アクチュエータと接触するように構成されるアクチュエータ・ブレーキであり、前記アクチュエータは第1の位置と第2の位置との間で移動可能であり、前記第1の位置において、前記アクチュエータ・ブレーキは、張力がかかっている前記アクチュエータを少なくとも部分的に移動不能にして前記弁を前記閉位置に保持するために前記アクチュエータ上に収縮力を提供し、前記第2の位置において、前記アクチュエータ・ブレーキは前記アクチュエータを解放する、アクチュエータ・ブレーキと、
を備える燃料噴射器。
A fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber,
A body having a base portion opposite to the nozzle portion;
A valve supported by the nozzle portion, movable between an open position and a closed position; and
An actuator operably coupled to the valve and extending from the valve to the base, the actuator moving the valve to the closed position when the actuator is at least partially tensioned;
An actuator brake configured to contact the actuator, wherein the actuator is movable between a first position and a second position, in which the actuator brake is Providing a contraction force on the actuator to at least partially immobilize the tensioned actuator to hold the valve in the closed position; in the second position, the actuator brake includes the Actuator brake to release the actuator,
A fuel injector comprising:
前記第1の位置と第2の位置との間の前記アクチュエータ・ブレーキの前記移動を誘起する力発生器をさらに備える、請求項6に記載の燃料噴射器。   The fuel injector of claim 6, further comprising a force generator that induces the movement of the actuator brake between the first position and a second position. 前記アクチュエータに結合される止め部をさらに備え、前記止め部が、前記弁が前記閉位置から前記開位置に動く距離を制限するために前記アクチュエータ・ブレーキと接触するように構成される、請求項6に記載の燃料噴射器。   A stop portion coupled to the actuator, the stop portion configured to contact the actuator brake to limit a distance the valve moves from the closed position to the open position. 6. The fuel injector according to 6. 前記アクチュエータに結合される止め部と、
前記止め部に隣接するバイアス部材であり、前記止め部を前記ノズル部から遠ざかる方に付勢して前記アクチュエータに張力をかけ、前記弁を前記閉位置に少なくとも部分的に保持する、バイアス部材と、
をさらに備える、請求項6に記載の燃料噴射器。
A stop coupled to the actuator;
A biasing member adjacent to the stop, biasing the stop away from the nozzle to apply tension to the actuator and at least partially hold the valve in the closed position; ,
The fuel injector according to claim 6, further comprising:
前記アクチュエータに結合される引き付け要素と、
前記ベース部に結合される固定強磁性ディスクと、
をさらに備え、前記引き付け要素が、前記ノズル部から遠ざかる方向に前記ディスクの方にバイアスされて、前記アクチュエータに張力をかけ、前記弁を前記閉位置に少なくとも部分的に保持する、請求項6に記載の燃料噴射器。
An attraction element coupled to the actuator;
A fixed ferromagnetic disk coupled to the base portion;
The attraction element is biased towards the disk away from the nozzle portion to tension the actuator and at least partially hold the valve in the closed position. The fuel injector as described.
燃焼室の中に燃料を噴射するために燃料噴射器を作動させる方法であって、
前記燃料噴射器のベース部の中に燃料を導入するステップと、
前記ベース部から燃料通路の中に燃料を流すために前記燃料噴射器の縦軸と概して平行な方向に第1のバルブを始動するステップであり、前記燃料通路が前記燃料噴射器の前記ベース部からノズル部に延びる、ステップと、
燃料を前記燃料通路から燃焼室の中に分与するために前記縦軸と概して非平行な方向に第2のバルブを始動するステップと、
を含む方法。
A method of operating a fuel injector to inject fuel into a combustion chamber,
Introducing fuel into the base of the fuel injector;
Starting a first valve in a direction generally parallel to a longitudinal axis of the fuel injector for flowing fuel from the base portion into a fuel passage, wherein the fuel passage is the base portion of the fuel injector. Extending from the nozzle part to the nozzle part,
Starting a second valve in a direction generally non-parallel to the longitudinal axis to dispense fuel from the fuel passage into a combustion chamber;
Including methods.
前記第1のバルブを始動するステップが、前記第1のバルブをソレノイド巻線で閉位置から開位置に動かすことを含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein starting the first valve comprises moving the first valve from a closed position to an open position with a solenoid winding. 前記第2のバルブを始動するステップが、前記燃料通路の中の所定の圧力に応答して前記第2のバルブを少なくとも部分的に変形することを含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein starting the second valve comprises at least partially deforming the second valve in response to a predetermined pressure in the fuel passage. 前記第2のバルブが、前記ノズル部上に同軸方向に配置されたスリーブ弁を備え、前記第2のバルブを始動するステップが、前記スリーブ弁の少なくとも一部を半径方向に拡張することを含む、請求項11に記載の方法。   The second valve includes a sleeve valve disposed coaxially on the nozzle portion, and starting the second valve includes expanding at least a portion of the sleeve valve in a radial direction. The method of claim 11. 前記第1のバルブを始動するステップが、前記第1のバルブを電磁気により始動することを含み、前記第2のバルブを始動するステップが、前記第2のバルブを油圧により始動することを含む、請求項11に記載の方法。   Starting the first valve includes starting the first valve electromagnetically, and starting the second valve includes starting the second valve hydraulically; The method of claim 11. 前記第2のバルブを始動するステップが、前記燃料通路の中の所定の圧力に応答して前記第2のバルブを自動的に始動することを含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein starting the second valve includes automatically starting the second valve in response to a predetermined pressure in the fuel passage. 前記ノズル部によって支えられる点火機能部で前記燃焼室の中の燃料を点火することをさらに含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, further comprising igniting fuel in the combustion chamber with an ignition function supported by the nozzle portion.
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