JP2023550712A - 車両上の外部センサ表面を迅速に綺麗にするためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

複数の急速排気弁を利用して、表面を迅速に清浄化するためのシステムと方法が提供される。当該システムは特に、車両の外面に取付けられたセンサの大きな又は円筒形の表面を清浄化するように構成される。当該システム及び方法は、加圧空気のドーズを表面上へ効率的に絞り出すために少なくとも１つのノズル及び少なくとも１つの電磁弁と共に構成された複数の急速排気弁の使用を企図する。【選択図】図１

Description

関連出願に対する相互参照
本出願は、２０２０年１１月１２日に出願され、「System and A Method for Rapidly Clearing an Exterior Sensor Surfaceon a Vehicle」と題する米国仮特許出願第６３／１１２８１２号の優先権および利益を主張しており、当該米国仮特許出願は、本明細書に全体として組み込まれる。

発明の分野
本開示は概して、車両の外面に沿って配置されたセンサ表面から沈降物またはデブリを効率的に除去する流体操作システム及び方法に関する。

背景
車両が動き回っている限り、利便性および安全性のために車両上の表面を清浄化する必要性がある。例えば、今日の自動車には、フロントガラス、リアガラス、ヘッドランプ、リアカメラ、フロントカメラ、及び汚れると有効に動作しない多数の追加センサが存在する。これらセンサは、車両の全体にわたって位置することができる。何十年にもわたって、清浄化のための主要なニーズは、フロントガラス、リアガラス及びヘッドランプに限られていた。

自律走行車（「ＡＶ」）の概念の始まりにより、全てのタイプのセンサを清浄化するための要求が増大した。係るセンサは、２～３例を挙げると、カメラ、赤外線、近接およびＬＩＤＡＲを含むことができる。また、それらは一般に、デブリでふさがれると、有効性が低下する。これを課題と捉えて、多くの自動車メーカは、多数のセンサ清浄化オプションを車両に追加し、乗員室の快適さからの要求に応じて、運転者がカメラに面する外面を清浄化することを可能にしている。一実施形態において、車載用コンピュータシステムは、清浄化が必要な時を判断し、独立した清浄化イベントをトリガする。これらセンサ清浄化の具現化形態のアーキテクチャ（構成）は、フロントガラスを清浄化することに類似し、幾つかの重要な差異を有する。第１に、ワイパーアームの形態で表面を機械的に清浄化しないことである。現在、洗浄液の均一な分配が、フロントガラスの用途におけるワイパーにより提供される機械的清浄化／分配の欠如に起因して、より高い優先度である。第２に、係るセンサ上で清浄化されるべき領域は、フロントガラスよりも数桁小さいことである。この現実性の結果は、必要とされる洗浄液が大幅に少ないということである。一般的なフロントガラスの清浄化ノズルは、約１０００ｍＬ／分で流れるが、匹敵するセンサ清浄化ノズルは一般に、３００ｍＬ／分未満である。更に、パッケージングは、埋め込まれたセンサが狭い（窮屈な）領域内にある際にかなり難題となり、光センサの場合、ノズルはセンサの視野内に存在することができず、或いは劣化したセンサ性能が結果として生じる。

米国特許出願公開第２０１４／００６０５８２号および米国特許出願公開第２０１７／００３６６５０号、及び米国特許第９９９２３８８号は、参照により全体として組み込まれ、これらの目的を解決するための様々な方法を明らかにする。しかしながら、幾つかの課題は、これら窮屈なパッケージの現実性および非標準的な車両体積が実現される際に生じる。場合によっては、圧縮空気が、自動車用センサの用途に関してデブリを吹き飛ばすために利用されている。幾つかのシステムは、デブリを除去するためにセンサ表面に加えるように空気源からノズルへの空気の分配を管理するために電磁弁を利用することが知られている。一例として、表面から液滴または他の汚染物質を除去するために独立体積の圧縮空気を表面上へ急速に排気するために、米国特許出願公開第２０２０／０２８２４１６号により教示されるような、一種の急速排気弁を組み込むことが知られている。しかしながら、本開示は、表面を清浄化するために、ノズルアセンブリから圧縮空気と液体の双方を分配するためのアセンブリを企図する。

これら知られた圧縮空気システムは、係るシステムが市場で受け入れられることに弊害をもたらす様々な要因により、制限される。例えば、沈降物の有効な除去に必要な高い率の空気消費量は、これら空気ドージングシステムがＬＩＤＡＲセンサ表面のようなより大きいセンサ表面を綺麗にするために複数のソレノイド又は大きいサイズの比較的高価なソレノイドを必要とするので、高価で手が出せない。また、比較的小さくてコスト効率を高くすることにより目立たないようにデブリを効果的に除去するためにタイミングが計られることができ、且つ大きな表面または湾曲した表面からデブリを除去することができる設計において、複数のノズルを組み込むための課題も存在する。

本開示の概要
一実施形態において、車両の外面に沿った表面を迅速に清浄化するためのシステムが開示され、当該システムは、少なくとも１つの排気弁であって、入口ポート、ドーズポート及び出口ポートと共にキャビティを画定するハウジングと、ドーズポートと連通するドーズチャンバと、キャビティ内に配置され、入口ポートと、ドーズポートと、出口ポートとの間で空気圧を選択的に連絡するように構成された弁部材とを含み、弁部材は、閉じた位置と開いた位置との間で偏倚するように構成され、キャビティは、開いた位置と閉じた位置との間での弁部材の選択的な偏倚により、加圧空気がドーズチャンバに貯蔵されること及び出口ポートを介して絞り出されるように制御されることを可能にするように、弁部材により別個の容積へ分割されている、少なくとも１つの排気弁と、排気弁からの出口ポートと連通し、清浄化されるべき表面上へ加圧空気を絞り出すように構成された少なくとも１つのノズルと、排気弁と連通する切換弁とを含み、切換弁は、加圧空気を少なくとも１つの排気弁へ選択的に導入し、弁部材を開いた位置と閉じた位置との間で選択的に偏倚させるように構成されている。単一の切換弁と加圧連絡する複数の排気弁が当該システムに設けられることができ、排気弁のそれぞれは、少なくとも１つのノズルと加圧連絡する。清浄化されるべき表面は、ほぼ円柱形状を有する場合があり、或いは湾曲している又は平坦である場合がある。清浄化されるべき表面のほぼ円柱形状は、約２５ｍｍから約１５０ｍｍまでの高さ、及び約５０ｍｍから約３００ｍｍの直径を含む場合がある。ドーズポートは、ハウジング内の連続的な別個の容積であるドーズチャンバに取付けられる場合があり、ドーズチャンバはハウジングのキャビティ内にある。代案として、ドーズポートは、ハウジングのキャビティの外側でハウジングに取付けられた別個の容積であるドーズチャンバに取付けられる場合がある。弁部材が閉じた位置にある際、加圧空気は、出口ポートから絞り出されることができないが、入口ポートとドーズポートとの間で連通連絡されることができ、弁部材が開いた位置にある際、加圧空気は、出口ポートを介してドーズポートから絞り出されることができ且つ前記入口ポートと連絡されない。排気弁は、加圧空気をドーズチャンバから出口ポートへ放出するために弁部材を急速に開くことを達成するように、切換弁を介して迅速にベントするように構成され得る。切換弁は、３／２電磁弁である場合があり、迅速にベントすることは、当該電磁弁を通じて達成されるようになっている。

一実施形態において、少なくとも１つの逆流止め弁は、弁部材が閉じた位置にあり且つ逆流止め弁が開いた位置にある際に、加圧空気源から前記少なくとも１つの排気弁のドーズチャンバへの圧力の迅速な移動を可能にするために、少なくとも１つのドーズチャンバと加圧空気源と連絡する場合がある。更に、少なくとも１つの逆流止め弁は、少なくとも１つのドーズチャンバ又は少なくとも１つのノズルと加圧液体源との間で連通して、前記ドーズチャンバ又は前記ノズルにおいて加圧空気と混合されることになる加圧液体の迅速な移動を可能にする場合がある。

一実施形態において、複数の排気弁は、互いに対して直列構成で構成される。複数の排気弁が、第１の排気弁、及びシステムの管またはルーメンを介して第１の排気弁に接続された少なくとも１つの後続の排気弁を含む場合があり、システムは、第１の逆流止め弁を更に含む場合があり、その第１の逆流止め弁は、少なくとも１つの後続の排気弁の少なくとも１つのドーズチャンバと切換弁との間で連通し、それにより第１の逆流止め弁は、切換弁が開いた際に、ドーズチャンバが加圧空気源により加圧空気で充填されることを可能にするように構成されている。第２の逆流止め弁が設けられる場合があり、その第２の逆流止め弁は、少なくとも１つの後続の排気弁の少なくとも１つの入口ポートと切換弁との間で連通し、それにより第２の逆流止め弁は、少なくとも１つのドーズチャンバが加圧空気で充填されることを可能にするために少なくとも１つの後続の排気弁の弁部材を閉じた位置に切り換えるように電磁弁が開いた際に、少なくとも１つの後続の排気弁への加圧空気を許容するように構成されている。

別の実施形態において、複数の排気弁は、互いに対してウォーターフォール構成に構成されている。ウォーターフォール構成は、第１の排気弁および少なくとも１つの後続の排気弁を含み、それにより第１の排気弁のドーズチャンバが後続の排気弁の入口ポートと流体連通し、加圧空気を前記後続の排気弁の前記入口ポートから第１の排気弁の前記ドーズチャンバへ送るように構成されている。この実施形態は、第１の排気弁のドーズチャンバと、切換弁と、第１の排気弁の前記入口ポートとの間で連通する第１の逆流止め弁と、少なくとも１つの後続の排気弁のドーズチャンバと、少なくとも１つの後続の排気弁の入口ポートとの間で連通する第２の逆流止め弁とを含む場合があり、第１及び第２の逆流止め弁により、ドーズチャンバは、切換弁が開いた際に空気源により加圧空気で充填されることが可能になる。ここで、切換弁が閉じられた際に、ドーズチャンバ内の圧力が、複数の排気弁の弁部材を開いた位置に偏倚させて、加圧空気を、ノズルを介して所望の表面に対して排気するように構成される。後続の排気弁内の加圧空気は、後続の排気弁の入口ポートから第１の排気弁のドーズチャンバに迅速に排気されるように構成される場合があり、第１の排気弁のドーズチャンバ内の加圧空気が出口ポートから迅速に排気されるように構成される。

別の実施形態において、システムは、表面を清浄化するために少なくとも１つのノズルから、複数の排気バースト又は複数のパルス状空気バーストを提供するように構成される。ここで、複数のパルス状空気バーストのそれぞれの間で、排気弁のドーズチャンバは、加圧空気で静圧まで充填され、次いで、加圧空気のみが、前記ドーズチャンバから部分的に排気され得る。システムは、以下の設計特徴、即ち、各パルス状空気バーストの平均質量流量が少なくとも約０．５ｇ／秒であること；ノズル流出速度が約５０ｍ／秒より大きいこと；システムのターゲットシステム推力が約０．０２５Ｎより大きいことの少なくとも１つを更に含む場合がある。別の実施形態において、システムは、以下の設計特徴、即ち、（ａ）少なくとも１つのノズルが断面積を有する少なくとも１つの出口を含み、その少なくとも１つの出口の断面積が切換弁の断面流路面積より大きいこと、（ｂ）少なくとも１つの管が前記排気弁と前記少なくとも１つのノズルとの間に接続され、その管は、当該管の断面積が少なくとも１つのノズルの少なくとも１つの出口の断面積の合計の約２倍であるような断面積を含むこと、（ｃ）排気弁の出口ポートが、排気弁と少なくとも１つのノズルとの間に接続された前記管の断面積より大きい断面積を有すること、（ｄ）ドーズチャンバ内の絶対圧力は、加圧空気が排気バースト間でドーズチャンバから排気されている際に周囲圧力の約２倍より下に低下しないこと、の少なくとも１つを更に含む。

一実施形態において、複数の急速排気弁および複数のノズルを利用して表面を迅速に清浄化する方法が提供され、その方法は、少なくとも１つの排気弁を設け、その排気弁は、入口ポート、ドーズポート及び出口ポートと共にキャビティを画定するハウジングと；ドーズポートと連通するドーズチャンバと；キャビティ内に配置され、入口ポートと、ドーズポートと、出口ポートとの間で空気圧を選択的に連絡するように構成された弁部材とを含み、弁部材は、閉じた位置と開いた位置との間で偏倚するように構成され、キャビティは、弁部材が開いた位置と閉じた位置との間で選択的に偏倚されるように構成されるように、弁部材により別個の容積へ分割されており；加圧空気を清浄化されるべき表面上へ絞り出すように構成された、複数の排気弁の少なくとも１つの出口ポートと連通する少なくとも１つのノズルを設け；少なくとも１つの排気弁と連通する切換弁を設け；表面を清浄化するために少なくとも１つのノズルから複数の排気バースト又は複数のパルス状空気バーストを提供するように、切り詰められたサイクル動作において前記排気弁を動作させるために、前記少なくとも１つの排気弁に加圧空気を選択的に導入するために及び弁部材を開いた位置と閉じた位置との間で選択的に偏倚させるために切換弁を制御することを含む。

本開示のこれら、並びに他の目的および利点は、添付図面に関連して本発明の現時点で好適な例示的実施形態に関する以下のより詳細な説明を参照することによって、より完全に理解および認識されるであろう。

Ａは、当該技術で知られている急速排気弁の模式図である。

図１のＢは、図１のＡの急速排気弁用の弁部材である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの一実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの一実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの別の実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの別の実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムにおいて使用するための、逆流止め弁を備える急速排気弁の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの別の実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの別の実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの別の実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの別の実施形態の模式図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムのノズルにより包囲される、沈降物を有する大きな円筒形センサの表面の画像である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムにより沈降物が除去された図１１Ａの表面の画像である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの一実施形態の画像である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの一実施形態の動作中の圧力対時間を示すグラフである。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの一実施形態の動作中の圧力対時間を示すグラフである。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムの一実施形態の動作中の弁のチャッタリングを示す圧力対時間を示すグラフである。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムで使用され得る低効率ノズルタイプの略斜視図である。

本開示による、表面を迅速に清浄化するためのシステムで使用され得る高効率ノズルタイプの略斜視図である。

詳細な説明
さて、本教示の例示的な実施形態に詳細に言及し、それらの例は添付図面に示される。理解されるべきは、他の実施形態が利用される場合があり、構造的および機能的変更が本教示の個々の範囲から逸脱せずに行われ得る。更に、様々な実施形態の特徴は、本教示の範囲から逸脱せずに組み合わせられ得る又は変更され得る。そのため、以下の説明は、単なる例示のために提示されており、例示された実施形態になされる場合があり且つ本教示の思想および範囲内に依然としてある様々な変更態様および変形態様をどんな方法であっても制限するべきでない。本開示において、特定の形状、材料、技術、及び構成などの何らかの識別は、提示された特定の例に関連しているか、又は係る形状、材料、技術、構成、及び寸法などの単なる一般的な説明である。

本開示の目的は、車両の外面に沿って配置されたセンサ表面から沈降物またはデブリを有効に且つ効率的に除去するための流体管理のシステム及び方法を提供することである。センサ表面、特に車両の外面に一般に取付けられたＬＩＤＡＲのようなより大きい表面から水滴を取り除くために必要な圧縮空気の量を低減することが望まれる。テストは、空気ドージングを行うために急速排気弁のシステムを利用することが自動車の後方確認カメラのような所与の小さい表面から液滴を取り除くために必要な空気塊を、シャー（shear:せん断）ノズルからの短いバーストの圧縮空気と対比して、低減できることを示した。しかしながら、デブリの大きな表面を取り除くために正確に動作させるように、急速排気弁（「ＱＥＶ」）のような、ドージングタイプの弁または排気弁のシステムを正確に構成するのは常に厄介であった。

更に、既知のシステムは、自動化を支援するために車両上で使用されることを企図されている特定のＬＩＤＡＲセンサに組み込まれた物のような大きな表面または円柱面を効果的に清浄化することができなかった。これら大きな又は円筒形（円柱形）のＬＩＤＡＲセンサ表面は、特定の車両の後方確認カメラで使用される物のようなカメラ又は他のセンサレンズ表面よりも一般的に大きい。係るＬＩＤＡＲセンサは、乗用車、トラック、ボート、ＵＡＶ、飛行機、或いは産業機器または農業機器で使用されることが企図されている。大きな形状の円柱面の一実施形態は、５５ｍｍの高さと１１５ｍｍの直径の表面を有するように測定され得る。しかしながら、表面の任意のサイズ及びタイプが本明細書で企図されているが、係るセンサ表面の高さと曲率は、適切に綺麗にするように具現化され得る清浄化システムのタイプに直接的に影響を及ぼす。特に、円柱形状の表面は、表面から沈降物またはデブリを除去するためにスプレーの十分な形状および／または部分的な重なりを有する扇状角度のスプレーを提供するように、係る表面の円柱形状の周りに間隔を置いて配置された複数のノズルにより良好に清浄化され得る。特に、開示されたシステムの実施形態は、平面、及び適度に湾曲したウィンドウなどのような僅かに湾曲した表面を含む、任意のタイプの表面を清浄化するように構成され得る。

効果的な清浄化システムの１つの係る設計パラメータは、システムのコストと複雑性を低減するために最小数の切換弁７０で達成され、それにより１つの切換弁毎に複数のノズル６０の使用を確立しながら、センサ表面８５（図３及び図５）を清浄化するためにできる限り最小の空気ドーズの使用を確立することである。切換弁は、電気機械的に制御される弁であることができ、この場合、切換弁の１つの一般的なタイプは、電磁（ソレノイド）弁である。多くのタイプの電磁弁は、ノズル及びＱＥＶに関連して法外に高価である。更に、本出願人は、電磁弁対ノズルの１：１の比率が競争に生き残れないシステムコストを発生させることを確認した。そのため、圧縮空気源を小型化し、効果的な清浄化に必要な電磁弁のサイズを低減し、及びそうでなければ、本明細書で説明されるように複数のノズルがシステムの単一の電磁弁により制御されることができない場合は、複数の電磁弁を使用することの必要性を取り除くという商業利益が存在する。

更に、圧縮空気の臨界速度（Ｖmin）が特定のサイズの液滴を移動させるのに必要であるという設計理論が存在する。生成されるノズル速度は、ノズルの幾何学的形状および供給される空気の関数である。ノズルから少し離れた所の速度は、所与のセンサ表面の液滴を取り除くためにＶminを超える必要がある。ＱＥＶは、体積および速度を含むスプレーの性能がノズルの構成により決定されないように、空気流を計量しながら供給する。係るシステムにおけるＱＥＶの適切な利用は、大きなノズル出口を有するノズルのような、様々なタイプのノズルの使用の設計を可能にする筈である。ＱＥＶにより、空気が、典型的なノズルの喉のような制限を用いずに迅速に流出することが可能になり、空気の高瞬間質量流量（Ｑinst）を達成するが、活性化毎に放出される全空気量は低い。高質量流量Ｑinstは、Ｖminをノズルから、より低いＱinstより遠くまで伝播する。より速いドーズ放出時間は、消費される空気の質量を増加せずにノズルから距離Ｙｍｍの所でより高いＱinst及び速度Ｖという結果になる筈であり、それは、より効果的に表面を綺麗にするという結果になる筈である。大きな扇状角度を有するノズルは、センサ表面毎に必要なノズルの数を低減するが、Ｖminが依然として達成され得る場合にのみ有効である。

本出願人は、説明された問題に対処し、本開示の清浄化システムの実施形態を見出すために、説明された設計理論を組み込んだ。図１のＡ及びＢは、本出願により企図されたＱＥＶの一実施形態を示す。ＱＥＶ１０は、第１のポート（入口）２０、第２のポート（ドーズ）３０、及び第３のポート（出口）４０と共に、キャビティ１４を画定するハウジング１２を含む。特に、第２のポート（ドーズ）３０は、ハウジング１２内で連続した別個の容積（volume：体積）であることができ、この場合、第２のポート及び関連したドーズは、ハウジングのキャビティ内にある場合がある、又は第２のポート（ドーズ）３０は、ドーズがそれに取付けられることを可能にするために（図２により示されるように）別個の装置である場合がある。弁部材５０は、第１のポート、第２のポート及び第３のポートの間で空気圧の操作可能に且つ選択的に連絡する状態で、キャビティ１４内に配置され得る。弁部材５０は、閉じた位置と開いた位置との間で偏倚することができる。閉じた位置において、加圧空気は、第３のポート（出口）４０から絞り出されることはできないが、第１のポート（入口）２０と第２のポート（ドーズ）３０との間で連通連絡され得る。開いた位置において、加圧空気は、キャビティ１４を介して第２のポート（ドーズ）３０から絞り出され、第３のポート（出口）４０からノズルへ絞り出され得るが、第１のポート（入口）２０と連通連絡することができない。キャビティ１４は、弁部材５０により別個の容積へ分割され得る。別個の容積は、弁部材５０におけるパイロット孔５２により加圧連絡の状態であることができる。図１のＡの実施形態において、ＱＥＶは、キャビティ１４内の第１の容積５３Ａと第２の容積５３Ｂとの間に、パイロット孔５２を備える弁部材５０を含む。一実施形態において、開いた位置と閉じた位置との間での弁部材の選択的なバイアスにより、加圧空気がＱＥＶ内へ入り、ドーズチャンバ３２内に貯蔵され、次いでセンサ表面から沈降物またはデブリを除去するために所望の制御された態様で出口４０及びノズル６０を介して絞り出されるように制御されることが可能になる。

別の言い方をすれば、加圧空気またはガスは、出口５０から絞り出されるのを阻止しながらドーズチャンバ３２へ送られるように、電磁弁からＱＥＶ圧力の入口２０へ加えられ得る。弁部材５０は、加圧空気が閉じた位置でドーズチャンバに貯蔵され、開いた位置で出口から迅速に排出されることを可能にするためにライン圧力に基づいて、開いた位置と閉じた位置との間で切り換わるこの機能を可能にするために特定の態様で形作られ得る。また、弁部材５０は、所望の方法で加圧空気の移動を支援するためのパイロット孔５２も含む場合がある。

図２は、加圧空気源８０、３／２電磁弁７０及びノズル６０と加圧連絡状態にあるＱＥＶ１０を含む清浄化システムの一実施形態の略線画図を示す。これら要素は、様々なサイズと長さであることができるホースにより、加圧連絡状態にある。しかしながら、この構成は、弁部材５０、次いでドージングチャンバ３２の急速な開口を達成し、加圧されたドーズを出口４０へ放出するために、ＱＥＶの制御側（第１のポート）が電磁弁７０を介して迅速にベントされるように構成されなればならないという点で設計の制限を有する。この迅速な制御ラインのベント能力により、係るシステムは、装置からの空気の高い流出速度および瞬間質量流量を達成することが可能になり、効果的に液滴を取り除くことにつながる。ＱＥＶの制御側での圧力切換は、ＱＥＶを、ドーズを充填するために圧縮空気源８０に接続するか、又はドーズをベントするために周囲空気に接続する３／２タイプの電磁弁でもって達成され得る。この構成は、ＱＥＶ毎に１つの電磁弁を用いることを必要とし、高いシステムコストを招く。

本出願人は、電磁弁がＱＥＶの全ての制御側およびそれらを接続する任意の管類を迅速に一度でベントするように十分な大きさになっている場合に、電磁弁毎に複数のＱＥＶを用いることが達成され得ることに気が付いた。この構成は、図３～図５により企図されており、表面８５を清浄化するために、大きな電磁弁（単数）を必要とするが、任意の数のＱＥＶ及びノズルを含むことができる。図６は、ＱＥＶの代替の構成を示し、当該構成において、少なくも１つの追加の逆流止め弁または逆止弁９０が当該システムへ導入され、開いた構成の際にドーズチャンバ３２から出口ポート４０への圧力の迅速な移動、及び閉じた位置にある際に加圧空気源からドージングチャンバ３２への圧力の迅速な移動の双方を可能にする。更に、弁部材５０のパイロット孔５２は、ドーズ３２から電磁弁７０のベントへの逆流を防止するために取り除かれる。

代案として、複数のＱＥＶは、後述されるように、複数のＱＥＶの迅速なベントを可能にするように設計される必要がない単一の小さな３－２電磁弁で効率的な機能を可能にするように構成され得る。この場合、本開示は、急速ＱＥＶ空気ドージングシステムのために構成された少なくとも２つの構成（「直列」及び「ウォーターフォール」）を企図する。

図７（「直列」）及び図８（「ウォーターフォール」）により企図された構成において、少なくとも１つの追加の逆流止め弁または逆止弁９０、１９０がシステムに導入されて、開いた構成の際にドーズチャンバ３２から出口ポート４０への圧力の迅速な移動、及び閉じた位置にある際に加圧空気源からドージングチャンバ３２への圧力の迅速な移動の双方を可能にする。双方の構成は、例えばＬＩＤＡＲセンサ表面８５を綺麗にするために、マルチノズルのセットアップが必要とされる際に効果的に動作するために制御側（第１のポート）を介して、ＱＥＶが迅速にベントすることを可能にし、そうでなければ、十分に急速にベントすることができるように非常に大きな電磁弁または複数のソレノイドを必要とする。また、これは、表面の所望の部分が各ノズルにより十分に綺麗にされるように、効率的かつ効果的に各ノズルスプレーのタイミングをとるために閉じた位置と開いた位置との間で弁部材５０の効率的かつ迅速な偏倚も可能にする。

一実施形態において、図７により企図されるように、第１のＱＥＶ１０Ａが後続のＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄをトリガするように、複数のＱＥＶ１０が直列に構成されることができ、その結果、トリガ／制御電磁（ソレノイド）弁７０は、それが迅速にベントすることを可能にするように設計される必要がないという点で比較的小さくすることができる。代わりに、迅速なベントは、第１のＱＥＶ１０Ａの使用により達成され、第１のＱＥＶ１０Ａにおいて、その出口ポート１０Ａが周囲環境に直接的に排気される。対照的に、後続のＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの出口ポート４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、互いに対して制御された時間で、関連したドーズチャンバ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄから所望の表面に特定の加圧空気をそれぞれ提供するようにノズル６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄと連通する。第１のＱＥＶ１０Ａは、ドーズチャンバを含まないが、その第２のポート３０Ａは、後続のＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの入口ポート２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと加圧連絡する。

図７により示されるような一実施形態において、第１の逆流止め弁９０Ａは、後続のＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのドーズチャンバ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、及びソレノイド７０と連通する。この逆流止め弁９０Ａにより、ドーズチャンバは、電磁弁７０が開いた際に、空気源８０により加圧空気で直接的に充填されることが可能になる。しかしながら、ひとたびドーズチャンバ３２が満杯になれば、加圧空気がソレノイド７０に戻るように導入されることが防止される。更に、第２の逆流止め弁９０Ｂは、後続のＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの入口ポート２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、並びに第１のＱＥＶ１０Ａからの第２のポート３０Ａ及び電磁弁７０と連通する。この場合、加圧空気は、各ＱＥＶの弁部材５０を閉じた位置に置くように電磁弁が開くように制御される際、システムへ導入され、ドーズチャンバが加圧空気で充填される。電磁弁７０が閉じられると、ドーズチャンバ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ内の圧力は、制御ライン側の圧力より大きくなり、弁部材５０を開の位置に偏倚させて、加圧空気を、ノズルを介して所望の表面に対して排気するように機能する。また、ＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ内の潜在的な加圧空気は、入口ポート２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄから、及び第１のＱＥＶ１０Ａの第２のポート３０Ａ及び出口ポート４０Ａを介して迅速に排気される。ＱＥＶ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄからのこの潜在的な加圧空気の迅速なベントは、出口を介したドーズチャンバからの加圧空気の所望の量と速度の流れを可能にし、表面から沈降物の所望の除去という結果になる。

別の言い方をすれば、第１のＱＥＶは、単一の電磁弁で幾つかの他のＱＥＶをトリガするためのリレーとして構成される。そうするために、複数のＱＥＶの制御側は、アクチュエータ、又はリレーとして作動しているＱＥＶのドーズポートに接続され得る。下流のＱＥＶのドーズ側および制御側は、一方向逆止弁と共に３－２電磁弁の出口に接続されるべきであり、当該一方向逆止弁により、圧縮空気は、ソレノイドポートが圧力に接続された際にドーズへ流れることが可能になるが、電磁（ソレノイド）弁がベント位置に切り換えられた際に空気がドーズから逆流できない。このように、ＱＥＶ全てのドーズは、電磁弁が圧力に接続された際に充填されるが、電磁弁が切り換えられた際に、リレーＱＥＶの制御側のみがベントされることを可能にされる。これにより、リレーＱＥＶは、開かれ、接続されたＱＥＶ全ての制御側からの圧力が雰囲気にベントされ、接続されたＱＥＶ全てが開かれることが可能になり、それらのドーズを目標（ターゲット）のセンサ表面上へベントすることが可能となる。当該利益は、リレーＱＥＶのベントポートのサイズがソレノイド制御オリフィスより遙かに大きくすることができる点であり、複数のＱＥＶからの大きな制御体積（volume：塊）が雰囲気に迅速にベントされることが可能になる。同じ体積（volume：量）が電磁弁を強制的に通り抜ける場合、当該流れは、押えられて、下流のＱＥＶが迅速に開くことを妨げ、下流ＱＥＶからの空気流出速度を制限する。代替の構成において、一方向逆止弁９０Ａ、９０Ｂ及びそれらの接続するホース類は、パイロット孔５２が弁部材５０に存在して、ソレノイド７０が空気源に接続された際に加圧空気がドーズ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを充填することを可能にする場合に、取り除かれ得る。また、任意の類似した一方向の又は実質的にバイアスを掛けられた流路を用いて、ドーズ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを充填することもできる。

別の実施形態において、図８により企図されるように、複数のＱＥＶ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃがウォーターフォールの構成で構成される。複数のＱＥＶ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、下流のＱＥＶのドーズチャンバ１３２Ａ、１３２Ｂ及び入口ポート１２０Ｂ、１２０Ｃが流体連絡するようにカスケード直列に構成されることができ、その結果、トリガ／制御電磁弁７０は、大量の空気を迅速にベントすることを可能にするように設計される必要がないという点で比較的小さくすることができる。代わりに、潜在的な加圧空気の迅速なベントは、入口ポート１２０Ｃをドーズチャンバ１３２Ｂへルーティングし、入口ポート１２０Ｂをドーズチャンバ１３２Ａへルーティングすることにより達成され、入口ポート１２０Ａは電磁弁７０にルーティングされる。ＱＥＶ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの出口ポート１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃは、ノズルと連絡して、関連したドーズチャンバ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃからの特定の加圧空気を、互いに対して制御された時間で所望の表面に提供する。

図８により示されたような実施形態において、第１の逆流止め弁１９０Ａの開いた側は、ドーズチャンバ１３２Ａ、電磁弁７０、入口ポート１２０Ｂ、及び第２の逆流止め弁１９０Ｂの閉じた側と連通する。第２の逆流止め弁１９０Ｂの開いた側は、ドーズチャンバ１３２Ｂ、入口ポート１２０Ｃ、及び第３の逆流止め弁１９０Ｃの閉じた側と連通する。第３の逆流止め弁１９０Ｃの開いた側は、ドーズチャンバ１３２Ｃと連通する。第１、第２及び第３の逆流止め弁１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃにより、ドーズチャンバは、電磁弁７０が開かれた際に、空気源８０により加圧空気で直接的に充填されることが可能になる。しかしながら、ひとたびドーズチャンバが満杯になれば、加圧空気が、ソレノイド７０に戻るように導入されることが防止される。この場合、加圧空気は、各ＱＥＶの弁部材５０を閉じた位置に置くように電磁弁が開くように制御される際、システムへ導入され、ドーズチャンバが加圧空気で充填される。電磁弁７０が閉じられると、ドーズチャンバ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ内の圧力は、制御ライン側の圧力より大きくなり、弁部材５０を開の位置に偏倚させて、加圧空気を、ノズルを介して所望の表面に対して排気するように機能する。また、ＱＥＶ１１０Ｃ内の潜在的な加圧空気は、入口ポート１２０Ｃからドーズチャンバ１３２Ｂへ迅速に排気され、ＱＥＶ１１０Ｂ内の潜在的な加圧空気は、入口ポート１２０Ｂからドーズチャンバ１３２Ａへ迅速に排気され、ＱＥＶ１１０Ａ内の潜在的な加圧空気は、入口ポート１２０Ａから電磁弁７０を介して迅速に排気される。ＱＥＶ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃからのこの潜在的な加圧空気の迅速なベントは、出口を介したドーズチャンバからの加圧空気の所望の量と速度の流れを可能にし、表面から沈降物の所望の除去という結果になる。

別の言い方をすれば、複数のＱＥＶがカスケード構成またはアバランシェ構成で接続され、この場合、各下流のＱＥＶの制御ポートは、先行するＱＥＶのドーズに接続される。第１のＱＥＶの制御側に接続された電磁弁をトリガすることにより、それが開かれてそのドーズをベントし、それにより次のＱＥＶの制御ポートが雰囲気圧力を被りかつ開かれ、それをベントして、列を成す次のＱＥＶが、カスケード接続の態様でベントされる。代案として、各ＱＥＶが１：１の関係で直列の単一の下流のＱＥＶに接続される代わりに、各ＱＥＶは、下流のＱＥＶのアバランシェ（雪崩）の活性化を生じさせるために、１：２又は１：Ｘの比率で複数の下流のＱＥＶに接続され得る。カスケード接続されたＱＥＶ構成のドーズを充填するために、ドーズは、圧縮空気が圧縮空気源からドーズへ流れることができるが、当該空気源に逆流することができないように、各連続したＱＥＶの一方向逆止弁の分離を有する並列圧力供給路を有するべきである。

本出願人は、チャッタリングにより、カスケード構成またはウォーターフォール構成で構成されたシステムに故障が生じる場合があることを確認した。これは、制御側とドーズ側の双方のベント速度が類似する際に、システムで生じる場合がある。チャッタリング故障を補償するために採用され得る幾つかの構造的ばらつきが存在する。一例において、システムのチェーンにおける連続したドーズチャンバは、逐次的に大きくなることができる。図９は、図８の構成に匹敵するウォーターフォール構成の実施形態を示すが、逐次的により大きな容積である連続したドーズチャンバを含む。この実施形態において、ドーズチャンバ１３２Ｃのサイズは、ドーズチャンバ１３２Ｂより大きく、ドーズチャンバ１３２Ｂのサイズは、ドーズチャンバ１３２Ａより大きい。この構成は、ドーズのベント時間を延長することができる。別の例において、ドーズチャンバ間の管類の接続が、加圧空気の貯蔵容積のサイズを増大するために、各後続のＱＥＶ間に追加の容積を含むことができる。例えば、電磁弁７０と第１のＱＥＶ１１０Ａとの間の管類は、約５ｍｌであることができ、第１のＱＥＶ１１０Ａと第２のＱＥＶ１１０Ｂとの間の管類は、約１０ｍｌであることができ、第２のＱＥＶ１１０Ｂと第３のＱＥＶ１１０Ｃとの間の管類は、約１５ｍｌであることができるなどである。この構成は、ドーズのベント時間を延長することができる。更に別の例において、連続したノズルは、ドーズのベント時間を延長するために、漸進的に小さくなる出口サイズを有するような大きさにされ得る。更に、各ＱＥＶは、ドーズのベント時間を更に延長するために、異なる数のノズルに連絡することもできる。例えば、第１のＱＥＶ１１０Ａは、その出口ポート１４０Ａから３つのノズルへ連絡することができ、第２のＱＥＶ１１０Ｂは、その出口ポート１４０Ｂから２つのノズルへ連絡することができ、第３のＱＥＶ１１０Ｃは、その出口ポート１４０Ｃから１つのノズルへ連絡することができる。

特に、後続のノズルのそれぞれからの圧縮空気の係る時間調整された絞り出しは、各絞り出し間の僅かな時間遅延が存在するので、きっちり同時に行われない。僅かな時間遅延は、必ずしも人間の目に見えて分からないが、迅速な連続において表面の所望の部分からデブリを効果的に除去する。後続のＱＥＶ出口とノズルとの間のパルスの持続時間は、主としてドーズサイズに依存し、そのパルス持続時間は、システムに使用されるより長いホースによって僅かに延長される。しかしながら、パルス時間の一実施形態は、各ノズルから約０．０３秒から約０．１８秒までの間で存在するように測定された。

図１０は、少なくとも１つのドーズチャンバ３２又は少なくとも１つのノズル６０において加圧空気と混合されることになる加圧液体の迅速な伝達を可能にするために、少なくとも１つのドーズチャンバ３２又は少なくとも１つのノズル６０と加圧液体源２００との間で連通する少なくとも１つの逆流止め弁１９０を更に含む別の実施形態を示す。特に、この湿式空気清浄化の特徴は、本明細書で開示されたシステムの代替の実施形態であることができる。ウォッシャー液のような液体は、ドーズチャンバ３２が減圧される間に、ドーズチャンバ３２とノズル６０へ、又はノズルへ注入され得る。次いで、加圧空気は、ＱＥＶ１０へ導入され、逆流止め弁１９０は、加圧空気が液体ホース又は液体源２００に入り込むことを防止する。電磁弁７０は、３／２バルブである場合があり、閉じた位置から開いた位置までの間で切り換わる際、システムの制御側のベントが生じ、液体がドーズチャンバ３２内に供給されることが可能になる。ひとたび加圧空気がドーズチャンバ内へ導入されて、液体と混合されれば、ＱＥＶは、空気と液体の双方を、ドーズチャンバからノズル６０を介して清浄化されるべき表面上へと放出（ベント）するように構成され得る。

沈降物の除去のような、表面の清浄化が図１１Ａ及び図１１Ｂにより示され、この場合、ほぼ円柱形状を有する大きなＬＩＤＡＲセンサ表面が、本開示のシステムと共に示される。ここで、２つのノズルが、清浄化されるべき表面の外側湾曲部に沿って配置される。図１１Ａは、表面上に沈降物を有する表面を示す。図１１Ｂは、円柱形状の表面の湾曲部の周囲に配置された異なる位置から及び２つのノズルから圧縮空気を絞り出すことにより沈降物が除去された表面を示す。清浄化されるべき、ほぼ円柱形状のＬＩＤＡＲ表面または他の表面は、約２５ｍｍから約１５０ｍｍまでの間の高さ、及び約５０ｍｍ～約３００ｍｍの直径を含む場合がある。

図１２は、様々なサイズのドーズチャンバ３２を有する、所望の清浄化の結果を確立するために使用されたテスト装置の図である。更に、開示された実施形態は、約４ｍＬから約４００ｍＬまでの間の容積を有するドーズチャンバを利用するために企図されている。実施形態の予備テストは、より高い流出速度がより大きいサイズのドーズに存在することを示し、この場合、３７．４ｍＬのドーズは、約２６０ｍ／秒の平均ノズル流出速度を提供することができる。一実施形態において、表面に沿った液滴位置において清浄化のための閾値速度は、約５ｍ／秒～約３０ｍ／秒であると考えられる。別の実施形態において、閾値速度の範囲は、約１５０ｍ／秒～約２５０ｍ／秒である場合がある。非常に低いノズル圧力でさえも、十分な流出速度が達成され得ることが観測された。

特に、出願人は、特定の効率性が本明細書で説明されたシステム内の均圧に関連して簡素化され得ることに気が付いた。より具体的には、システムは、表面を適切に清浄化するために、複数の排気バースト又はパルス状空気バーストを提供することにより周期的に機能することが必要とされ得る。係るパルス状空気バーストのサイクルは、表面が急速に清浄化されることを可能にするために、１秒から５秒までの間である（この範囲は、本明細書で企図された周期（サイクル）動作の任意の持続時間として制限されない）ような、極めて迅速に生じることができる。更に、各サイクルは、システムにおける複数のＱＥＶのそれぞれのドーズチャンバが、厳しい環境で表面の清浄化要件を満たすように、十分に充填され又は排気されることを必要とする。例えば、一実施形態において、係る表面の効果的な液滴清浄化は、（i）ノズル目標において、少なくとも約０．５ｇ／秒、又は好適には約１．０ｇ／秒の平均質量流量、（ii）目標表面において、約５０ｍ／秒、又は好適には約１５０ｍ／秒より大きいノズル流出速度、（iii）少なくとも約０．０２５Ｎ、又は好適には約０．１５Ｎより大きいターゲットシステム推力（推力は、質量流量×速度に等しく、トータルインパルスは、推力×パルス時間である）を必要とする場合がある。

ここで、説明されたシステムの実施形態は、以下の設計制約の少なくとも１つを含む場合があり、即ち、（i）ノズルの出口面積（領域）のそれぞれの総和（合計）がドーズの下流のシステムの制限部分の大部分であること、（ii）電磁弁の最小流路面積が、ノズルの出口面積のそれぞれの総和より少なくなる場合があること、（iii）ノズルをＱＥＶと接続する管６２又はルーメンの断面積は、その管部分によって与えられるノズル出口面積の総和の約２倍である最小寸法、好適にはノズル出口面積の総和の約５倍である寸法を有することが好ましいこと、及び（iv）ＱＥＶの弁部材と出口ポートとの間の空間５４（図１のＡ）の面積（領域）は、ＱＥＶをノズル（単数または複数）と接続する管６２の合わせられた断面積より大きい面積であるべきであることである。空間５４は、式[Ａ＝π×Ｄ×Ｈ]により示され得る。この式において、Ａは空間５４の面積であり、Ｄは、出口ポートの直径であり、Ｈは、弁部材５０が閉じた位置に配置されることになる出口ポートの表面から離れる距離である。

これら設計パラメータは、システム内の効率性を提供し、目標質量流量、及び予測さえる動作圧力、５０ｍ／秒未満、好適には約１０ｍ／秒未満である管内の加圧空気の速度を可能にする。更に、好適な効率的な構成に関して、ベント事象の最後でのドーズチャンバ内の残留絶対圧力は、周囲圧力の約２倍より大きくなるべきである（絶対値で２倍バールより大きい）。この特徴は、内部の低摩擦損失のために適切な高密度になるように、空気がＱＥＶとノズルとの間の管内に残留することを可能にするように構成される。

本出願人は、システムの動作中、ドーズ圧力が周囲圧力レベルまで下落する前に、推力量が目標レベル未満まで下落する場合があることに気が付いた。これは、空気が放出される際に時間と共に減少するシステム圧力とノズル速度に起因する。そのため、空気量は、「切り詰められたサイクル動作」において、システムの動作を制御することにより、一定に保たれ得る。ここで、ＱＥＶの排気サイクルは、推力量が目標レベルに達する又は目標レベル未満まで下落するほぼ同じ時間で生じるようにタイミングをとられるように制御され得る。これは、多少の空気圧力がドーズチャンバ内に、又はシステムの管類およびＱＥＶ内に残留することを可能にし、その結果、複数のドーズチャンバを再充填するための時間も低減されることができ、それによりシステムの効率的で迅速なサイクル（周期）動作が可能になる。また、これは、目標表面の清浄化に関連する性能要件を満たしながら又は超えながら、圧力平衡がシステム内に維持されることも可能にする。

「切り詰められたサイクル動作」は、図１３に示されたグラフに反映される。ここで、単一のノズル及び単一のＱＥＶにおけるシステム動作の単一サイクルに関する制御圧力、ノズル圧力、及びドーズ圧力を追跡する、圧力対時間のグラフが示される。ドーズチャンバが加圧空気で充填された際の制御ライン（入口ポート）とドーズチャンバの双方におけるシステムの静圧は、４５psiをほぼ上回るように示される。１．５秒のマークにおいて、電磁弁が充填からベントへ切り換わり、制御圧力が約４５psiを上回る静圧から減少し始める。この時、弁部材は、弁部材を横切る圧力の不均等に起因してＱＥＶ内で開くように切り換えられ、加圧空気がドーズチャンバから出口ポートへ及びノズルの方へ迅速に排気され始め、この場合、ノズル圧力は３５psiを上回るまで増加する。制御圧力とドーズ圧力の減少の間に僅かな遅延が存在し、この場合、ドーズ圧力も、ＱＥＶが開いた後に、４５psiを上回る静圧から減少し始める。ドーズ圧力とノズル圧力の圧力減少は、制御圧力が増加するまで、このサイクル段階にわたって同様に減少するように見える。制御圧力が増加する時間は、それが０psiに達する前であるが、０になる必要はない。特に、空気圧が制御ラインにおいて上昇することを可能にする充填位置に電磁弁が切り換えられる際に、制御圧力は増加し、それにより弁部材が閉じるように偏倚されて、空気圧源がドーズチャンバへ戻るように導入されることが可能になる。ここで、加圧空気が部分的にのみ排気され且つドーズチャンバから又はシステムの流体ライン内から完全に排気されない時に、制御ライン圧力を切り換えることが好ましい。このグラフは、Ｘ軸に沿って約１．４秒から約１．８秒まで測定された時間を表わす。特に、制御圧力がドーズ圧力より上に上昇する際、弁部材５０は、閉じた位置に切り換わる。

図１４は、本明細書で説明されたシステムの切り詰められたサイクルの周期動作を表わす圧力対時間の別のグラフを示す。係る動作は、重い沈降物（例えば、嵐または雪）を蒙っている表面に対して生じる場合があり、ドーズチャンバ内の空気圧を維持して、充填時間を短くし、且つシステムにより消費される空気を低減しながら、連続したサイクル動作をもたらす。ここで、５サイクル放出が表わされ、加圧空気の最初の排気は、静圧（４５psiをほぼ上回る）から生じる。しかしながら、本明細書で開示されるような切り詰められたサイクルは、車両の安全動作に必要とされ得る場合に表面の連続した清浄化を提供するために沈降物の事象の持続時間にわたって十分に連続して動作することができる。特に、「切り詰められた動作」は、後続のバースト、又は清浄化されるべき表面上へのドーズチャンバ／ノズルからの加圧空気の排出において生じる。実際には、このシステムのノズルは、５秒未満で加圧空気の５つのバースト又はパルスを絞り出すことができる。上述されたようなＱＥＶ、電磁弁、ノズル、逆流止め弁の構造およい構成は、切り詰められたサイクルの性能が、好結果になるように目標表面を清浄化する動作に必要な加圧空気の量を低減しながら、最小空間を必要とするシステムでもって短い時間量の間の係る清浄化に関する設計制約を満たすことを可能にするように機能する。更に、本明細書で説明されるような、構造および構成、並びにＱＥＶ内の圧力平衡の制御は、システム内で、チャッタリングのような動作エラーを低減するように作用する。

本出願人は、加圧空気源とドーズチャンバ内の圧力との間に大きな圧力差が存在する際に、ドーズチャンバの効率的な充填が最も迅速に生じることに気が付いた。後続のサイクルにおいてドーズチャンバを静圧まで完全に充填するための時間量を低減することにより（即ち、ドーズチャンバのみをより低いピークのドーズ圧力まで充填することにより）、清浄化の有効性の大部分を依然として維持しながら、より速いサイクル動作を可能にする。ここで、切り詰められた動作は、システムのサイクル動作中、加圧空気がドーズチャンバから完全に排気される前およびドーズチャンバに完全に充填される前に制御圧力を切り換えることによって使用される。開示されたシステムの以下の設計特徴の少なくとも１つが清浄化システムの切り詰められたサイクルを効率的に動作させることを支援し、それにより内部のエラーを低減することができる。係る設計特徴は、（ａ）少なくとも１つのノズルが断面積を有する少なくとも１つの出口を含み、その少なくとも１つの出口の断面積が切換弁の断面流路面積より大きいこと、（ｂ）少なくとも１つの管が排気弁と少なくとも１つのノズルとの間に接続され、その管は、管の断面積が少なくとも１つのノズルの少なくとも１つの出口の断面積の合計の約２倍であるような断面積を含むこと、（ｃ）排気弁の出口ポートが、排気弁と少なくとも１つのノズルとの間に接続された前記管の断面積より大きい断面積を有すること、及び／又は（ｄ）ドーズチャンバ内の絶対圧力は、加圧空気が排気バースト間でドーズチャンバから排気されている際に周囲圧力の約２倍より下に低下しないことである。特に、図１３において、ドーズ圧力は約２５psiまで低下し、図１４において、ドーズ圧力は、加圧空気がパルス間でシステムへ再導入される前に、２０psiから２５psiまでの間で低下する。特に、ＱＥＶ内のドーズ圧力は、迅速でエラーの無い動作を確実にするために、各パルス間で０psiまで低下しないことが望ましい。

一実施形態において、電磁弁は好適には、システム内のドーズチャンバ全てを約３００ミリ秒以内で及び好適には約２００ミリ秒以内で再充填することを可能にするような大きさになっている。これは、約３Ｈｚの目標サイクル速度を可能にする場合がある。更に、制御側の圧力変化の速度は、ドーズチャンバの圧力変化の速度より大きくするべきである。この関係により、ＱＥＶは、完全に開かれることが可能になり、システムの「チャッタリング」を防止することが可能になる。特定された設計制限は、任意の数のノズル及びＱＥＶを可能にするが、ドーズ容積に対する管の容積の割合によって制限される場合がある。

一例として、ドーズチャンバは、代替の実施形態として、パイロット弁である場合がある。更に、本出願人は、異なるノズル構成がシステムの効率性に影響を及ぼす場合があることを確認した。一実施形態において、シャー（shear:せん断）ノズル出口１６２Ｂを有する効率の悪いノズル１６０Ａ（シャーノズルのような）が利用され得る。図１６を参照。別の実施形態において、軸対称の収束－発散（converging-diverging：ＣＤ）ノズル構成を有するオリフィス出口１６２Ｂを含む効率の良いノズル１６０Ｂが利用され得る。図１７を参照。

一例として、「チャッタリング」は、システム内のＱＥＶの圧力平衡が動作中にアンバランスになる際に、システムにおいて生じる場合がある。圧力チャッタリングの様々な形態が測定され、少なくとも図１５において示されたグラフにより確認され得る。適切に平衡を確立するために加圧空気の連続的な充填／排気に間に合うように、ドーズチャンバが充填される又は排気されることを、ＱＥＶ内の平衡圧が可能にできない場合に、このチャッタリングが存在することを発見された。

本教示の実施形態は添付図面に示されて、上述の詳細な説明において説明されたが、理解されるべきは、本教示は、開示された実施形態だけに制限されるわけではなく、本明細書で説明された本教示は、以下の特許請求の範囲から逸脱せずに、多くの再構成、変形および代用を行うことができる。以下の特許請求の範囲は、全ての変形および代替が特許請求の範囲またはその等価物の範囲内に入る限り、係る全ての変形および代替を含むことが意図されている。

Claims (21)

1. 車両の外面に沿った表面を迅速に清浄化するためのシステムであって、
   少なくとも１つの排気弁であって、
   入口ポート、ドーズポート及び出口ポートと共にキャビティを画定するハウジングと、
   前記ドーズポートと連通するドーズチャンバと、
   前記キャビティ内に配置され、前記入口ポートと、前記ドーズポートと、前記出口ポートとの間で空気圧を選択的に連絡するように構成された弁部材とを含み、前記弁部材は、閉じた位置と開いた位置との間で偏倚するように構成され、前記キャビティは、前記開いた位置と前記閉じた位置との間での前記弁部材の選択的な偏倚により、加圧空気が前記ドーズチャンバに貯蔵されること及び前記出口ポートを介して絞り出されるように制御されることを可能にするように、前記弁部材により別個の容積へ分割されている、少なくとも１つの排気弁と、
   前記排気弁からの前記出口ポートと連通し、清浄化されるべき表面上へ加圧空気を絞り出すように構成された少なくとも１つのノズルと、
   前記排気弁と連通する切換弁とを含み、前記切換弁は、加圧空気を前記少なくとも１つの排気弁へ選択的に導入し、前記弁部材を前記開いた位置と前記閉じた位置との間で選択的に偏倚させるように構成されている、システム。
2. 単一の切換弁と加圧連絡する複数の排気弁を更に含み、前記排気弁のそれぞれは、少なくとも１つのノズルと加圧連絡する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記清浄化されるべき表面が、ほぼ円柱形状を有する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ほぼ円柱形状が、約２５ｍｍから約１５０ｍｍまでの高さ、及び約５０ｍｍから約３００ｍｍの直径を含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ドーズポートは、前記ハウジング内の連続的な別個の容積であるドーズチャンバに取付けられ、前記ドーズチャンバが前記ハウジングの前記キャビティ内にある、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ドーズポートは、前記ハウジングの前記キャビティの外側で前記ハウジングに取付けられた別個の容積であるドーズチャンバに取付けられる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記弁部材が前記閉じた位置にある際、加圧空気は、前記出口ポートから絞り出されることができないが、前記入口ポートと前記ドーズポートとの間で連通連絡されることができ、前記弁部材が開いた位置にある際、加圧空気は、前記出口ポートを介して前記ドーズポートから絞り出されることができ且つ前記入口ポートと連絡されない、請求項１に記載のシステム。
8. 前記排気弁は、加圧空気を前記ドーズチャンバから前記出口ポートへ放出するために前記弁部材を急速に開くことを達成するように、前記切換弁を介して迅速にベントするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記切換弁は、３／２電磁弁であり、前記迅速にベントすることは、当該電磁弁を通じて達成される、請求項８に記載のシステム。
10. 少なくとも１つの逆流止め弁を更に含み、当該逆流止め弁は、少なくとも１つのドーズチャンバ及び加圧空気源と連絡し、前記弁部材が前記閉じた位置にあり且つ前記逆流止め弁が開いた位置にある際に、加圧空気源から前記少なくとも１つの排気弁の前記ドーズチャンバへの圧力の迅速な移動を可能にする、請求項１に記載のシステム。
11. 少なくとも１つの逆流止め弁を更に含み、当該逆流止め弁は、少なくとも１つのドーズチャンバ又は少なくとも１つのノズルと加圧液体源との間で連通し、前記ドーズチャンバ又は前記ノズルにおいて加圧空気と混合されることになる加圧液体の迅速な移動を可能にする、請求項１に記載のシステム。
12. 前記複数の排気弁は、互いに対して直列構成で構成されている、請求項２に記載のシステム。
13. 前記複数の排気弁が第１の排気弁および少なくとも１つの後続の排気弁を含み、システムは、
    第１の逆流止め弁であって、その第１の逆流止め弁は、前記少なくとも１つの後続の排気弁の少なくとも１つのドーズチャンバと前記切換弁との間で連通し、それにより第１の逆流止め弁は、前記切換弁が開いた際に、前記ドーズチャンバが加圧空気源により加圧空気で充填されることを可能にするように構成されている、第１の逆流止め弁と、
    第２の逆流止め弁であって、その第２の逆流止め弁は、前記少なくとも１つの後続の排気弁の少なくとも１つの入口ポートと前記切換弁との間で連通し、それにより前記第２の逆流止め弁は、前記少なくとも１つのドーズチャンバが加圧空気で充填されることを可能にするために前記少なくとも１つの後続の排気弁の前記弁部材を前記閉じた位置に切り換えるように前記電磁弁が開いた際に、前記少なくとも１つの後続の排気弁への加圧空気を許容するように構成されている、第２の逆流止め弁とを更に含む、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記複数の排気弁は、互いに対してウォーターフォール構成に構成されている、請求項２に記載のシステム。
15. 前記ウォーターフォール構成は、第１の排気弁および少なくとも１つの後続の排気弁を含み、それにより前記第１の排気弁のドーズチャンバが、前記後続の排気弁の前記入口ポートと流体連通し、加圧空気を前記後続の排気弁の前記入口ポートから前記第１の排気弁の前記ドーズチャンバへ送るように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
16. 第１の排気弁のドーズチャンバと、前記切換弁と、前記第１の排気弁の前記入口ポートとの間で連通する第１の逆流止め弁と、
    少なくとも１つの後続の排気弁のドーズチャンバと、少なくとも１つの後続の排気弁の入口ポートとの間で連通する第２の逆流止め弁とを更に含み、前記第１及び第２の逆流止め弁により、前記ドーズチャンバは、前記切換弁が開いた際に空気源により加圧空気で充填されることが可能になり、
    前記切換弁が閉じられた際に、前記ドーズチャンバ内の圧力が、前記複数の排気弁の前記弁部材を開いた位置に偏倚させて、加圧空気を、前記ノズルを介して所望の表面に対して排気するように構成され、
    前記後続の排気弁内の加圧空気は、前記後続の排気弁の前記入口ポートから前記第１の排気弁の前記ドーズチャンバに迅速に排気されるように構成され、前記第１の排気弁の前記ドーズチャンバ内の加圧空気が前記出口ポートから迅速に排気されるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記システムは、表面を清浄化するために少なくとも１つのノズルから、複数の排気バースト又は複数のパルス状空気バーストを提供するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
18. 前記複数のパルス状空気バーストのそれぞれの間で、前記排気弁の前記ドーズチャンバは、加圧空気で静圧まで充填され、次いで、加圧空気のみが、前記ドーズチャンバから部分的に排気される、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記システムは、以下の設計特徴、即ち
    各パルス状空気バーストの平均質量流量が少なくとも約０．５ｇ／秒であること、
    ノズル流出速度が約５０ｍ／秒より大きいこと、
    前記システムのターゲットシステム推力が約０．０２５Ｎより大きいこと
    の少なくとも１つを更に含む、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記システムは、以下の設計特徴、即ち
    （ａ）前記少なくとも１つのノズルが断面積を有する少なくとも１つの出口を含み、その少なくとも１つの出口の断面積が前記切換弁の断面流路面積より大きいこと、
    （ｂ）少なくとも１つの管が前記排気弁と前記少なくとも１つのノズルとの間に接続され、その管は、当該管の断面積が前記少なくとも１つのノズルの少なくとも１つの出口の断面積の合計の約２倍であるような断面積を含むこと、
    （ｃ）前記排気弁の出口ポートが、前記排気弁と前記少なくとも１つのノズルとの間に接続された前記管の断面積より大きい断面積を有すること、
    （ｄ）前記ドーズチャンバ内の絶対圧力は、加圧空気が排気バースト間で前記ドーズチャンバから排気されている際に周囲圧力の約２倍より下に低下しないこと
    の少なくとも１つを更に含む、請求項１７に記載のシステム。
21. 複数の急速排気弁および複数のノズルを利用して表面を迅速に清浄化する方法であって、
    少なくとも１つの排気弁を設け、その排気弁は、
    入口ポート、ドーズポート及び出口ポートと共にキャビティを画定するハウジングと、
    前記ドーズポートと連通するドーズチャンバと、
    前記キャビティ内に配置され、前記入口ポートと、前記ドーズポートと、前記出口ポートとの間で空気圧を選択的に連絡するように構成された弁部材とを含み、前記弁部材は、閉じた位置と開いた位置との間で偏倚するように構成され、前記キャビティは、前記弁部材が前記開いた位置と前記閉じた位置との間で選択的に偏倚されるように構成されるように、前記弁部材により別個の容積へ分割されており、
    加圧空気を清浄化されるべき表面上へ絞り出すように構成された、前記複数の排気弁の少なくとも１つからの前記出口ポートと連通する少なくとも１つのノズルを設け、
    前記少なくとも１つの排気弁と連通する切換弁を設け、
    表面を清浄化するために前記少なくとも１つのノズルから複数の排気バースト又は複数のパルス状空気バーストを提供するように、切り詰められたサイクル動作において前記排気弁を動作させるために、前記少なくとも１つの排気弁に加圧空気を選択的に導入するために及び前記弁部材を前記開いた位置と前記閉じた位置との間で選択的に偏倚させるために前記切換弁を制御することを含む、方法。

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