JP5260804B2 - 音響力モディファイアを有する燃料噴射器アセンブリならびに関連する使用方法および製造方法 - Google Patents
音響力モディファイアを有する燃料噴射器アセンブリならびに関連する使用方法および製造方法 Download PDFInfo
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Description
以下の開示は一般に燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射器に関し、より詳細には音響力モディファイアを有する燃料噴射器アセンブリに関する。
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年２月１３日に出願した、FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCEという名称の米国特許出願第６１／３０４４０３号明細書、および２０１０年１０月２７日に出願した、FUEL INJECTOR SUITABLE FOR INJECTING A PLURALITY OF DIFFERENT FUELS INTO A COMBUSTION CHAMBERという名称の米国特許出願第６１／４０７４３７号明細書の優先権および利益を主張するものである。これらの出願は、それぞれ参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている。本明細書における開示は、上記出願および／または参照により本明細書に組み込まれている任意の他の資料が、本明細書に示されている開示と対立する限度において支配するものである。
本出願は、２０１０年２月１３日に出願した、FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCEという名称の米国特許出願第６１／３０４４０３号明細書、および２０１０年１０月２７日に出願した、FUEL INJECTOR SUITABLE FOR INJECTING A PLURALITY OF DIFFERENT FUELS INTO A COMBUSTION CHAMBERという名称の米国特許出願第６１／４０７４３７号明細書の優先権および利益を主張するものである。これらの出願は、それぞれ参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている。本明細書における開示は、上記出願および／または参照により本明細書に組み込まれている任意の他の資料が、本明細書に示されている開示と対立する限度において支配するものである。
燃料噴射システムは、通常、機関の入口マニホルドまたは燃焼室に燃料噴霧を噴射するために使用される。燃料噴射システムは、車両用機関に使用される主要な燃料引渡しシステムになっており、１９８０年代の終わり頃からほぼ完全に気化器に取って代わっている。これらの燃料噴射システムに使用される燃料噴射器は、通常、２つの基本機能を実行することができる。第１に、燃料噴射器は、燃料燃焼のための適切な空気−燃料比を維持することができるよう、機関の個々の入口ストロークに計量された量の燃料を引き渡す。第２に、燃料噴射器は、燃焼プロセスの効率を改善するために燃料を分散させる。従来の燃料噴射システムは、通常、加圧された燃料供給装置に接続され、噴射器が開いている時間を変更することにより、燃焼室に噴射される燃料を計量することができる。また、燃料は、噴射器中の微小オリフィスを介して燃料を強制することによって燃焼室中に分散させることができる。
Jianhua Zou et al., Ultralight Multiwalled Carbon Nanotube Aerogel, 4 ACS NANO, 7293 (2010)
本発明は、燃焼室に噴射される燃料の分布を少なくとも部分的に制御するように構成された音響力モディファイアであって、噴射器ボディや燃焼室の燃料などに振動を誘導するように構成される音響力モディファイアを備えた噴射器を提供することを目的とする。
本出願には、参照により以下の米国特許出願の各々の主題がすべて組み込まれている。
２００９年８月２７日に出願した、MULTIFUEL MULTIBURSTという名称の特許文献１、２０１０年３月９日に出願した、SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING HIGH VOLTAGE RF SHIELDING, FOR EXAMPLE, FOR USE WITH A FUEL INJECTORという名称の特許文献２、２００９年１２月７日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献３、２０１０年７月２１日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献４、２０１０年７月２１日に出願した、FUEL INJECTOR ACTUATOR ASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献５、２０１０年７月２１日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS WITH CONDUCTIVE CABLE ASSEMBLIESという名称の特許文献６、２０１０年７月２１日に出願した、SHAPING A FUEL CHARGE IN A COMBUSTION CHAMBER WITH MULTIPLE DRIVERS AND／OR IONIZATION CONTROLという名称の特許文献７、２０１０年７月２１日に出願した、CERAMIC INSULATOR AND METHODS OF USE AND MANUFACTURE THEREOFという名称の特許文献８、２０１０年７月２１日に出願した、METHOD AND SYSTEM OF THERMOCHEMICAL REGENERATION TO PROVIDE OXYGENATED FUEL, FOR EXAMPLE, WITH FUEL-COOLED FUEL INJECTORSという名称の特許文献９、２０１０年７月２１日に出願した、METHODS AND SYSTEMS FOR REDUCING THE FORMATION OF OXIDES OF NITROGEN DURING COMBUSTION IN ENGINESという名称の特許文献１０、２０１０年１０月２７日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS SUITABLE FOR LARGE ENGINE APPLICATIONS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献１１、２０１０年１０月２７日に出願した、ADAPTIVE CONTROL SYSTEM FOR FUEL INJECTORS AND IGNITERSという名称の特許文献１２、２０１０年１２月６日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS CONFIGURED TO INJECT MULTIPLE FUELS AND／OR COOLANTS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献１３、および２０１０年１２月６日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS HAVING FORCE GENERATING ASSEMBLIES FOR INJECTING AND IGNITING FUEL AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献１４。
また、本出願には、同じく参照により、２０１１年２月１４日に本出願と同時に出願した、METHODS AND SYSTEMS FOR ADAPTIVELY COOLING COMBUSTION CHAMBERS IN ENGINES（整理番号69545-1302US）（特許文献１５）およびMULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY（整理番号69545-9102US）（特許文献１６）という名称の米国特許出願の主題がすべて組み込まれている。
本開示には、様々なタイプの燃料に振動を誘導し、それにより燃焼室内への燃料伝搬パターンおよび燃料分散に影響を及ぼす音響力を付与し、あるいは音響力を修正するように構成された燃料噴射器を提供するためのデバイス、システムおよび方法が記述されている。本開示には、さらに、燃料噴射器に関する関連するシステム、アセンブリ、コンポーネントおよび方法が記述されている。例えば、以下で説明されている実施形態のいくつかは、一般に、燃焼室の状態、機関負荷要求事項、等々に基づいて様々な燃料の噴射、点火および燃焼を最適化することができる適合可能燃料噴射器／点火器を対象としている。本開示の様々な実施形態についての完全な理解を提供するために、以下の説明および図１〜５Ｅには特定の詳細が示されている。しかしながら、本開示の様々な実施形態についての説明を不必要に曖昧にするのを回避するために、内燃機関、噴射器、点火器および／または燃焼システムの他の態様にしばしば関連するよく知られている構造およびシステムを記述している他の詳細は、以下では示されていない。したがって以下で示されている詳細のうちのいくつかは、関連する分野の技術者による、開示されている実施形態の構築および使用を可能にするだけの十分な方法で以下の実施形態を説明するために提供されていることは理解されよう。しかしながら、これらの詳細のうちのいくつか、および以下で説明されている利点は、場合によっては、本開示の特定の実施形態を実践するために必ずしも必要ではないものである。
図に示されている詳細、寸法、角度、形状および他の特徴の多くは、本開示の特定の実施形態の単なる実例にすぎない。したがって他の実施形態は、本開示の精神または範囲を逸脱することなく他の細部、寸法、角度および特徴を有することができる。さらに、本開示のさらに他の実施形態は、以下で説明されている詳細のうちのいくつかがなくても実践することができることは当業者には理解されよう。
本明細書全体を通して参照されている「一実施形態」または「ある実施形態」は、その実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味している。したがって本明細書全体を通して様々な場所で出現する「一実施形態では」または「ある実施形態では」という言い回しは、必ずしもすべて同じ実施形態を意味しているわけではない。さらに、これらの特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態では、任意の適切な方法で組み合わせることができる。本明細書において提供されている見出しは、便宜のためのものにすぎず、特許請求される開示の範囲または意味と解釈されるものではない。
図１は、本開示のある実施形態に従って構成された噴射器１１０の略断面側面図である。噴射器１１０は、燃焼室１０４に燃料を噴射し、かつ、燃料噴射すなわちバーストの形状、パターン、位相および／または周波数を適応調整するように構成されている。噴射器１１０は、噴射される燃料のこれらの特性を、急速点火および完全燃焼を改善するための、音響力発生器すなわちモディファイア１５０によって誘導される振動を介して適応制御することができる。音響力モディファイア１５０は、図１に概略的に示されており、噴射器１１０上の任意の位置に配置することができ、また、以下で詳細に説明する複数の特徴のうちの任意の特徴に結合することができる。さらに、特定の実施形態では、音響力モディファイア１５０は、以下で詳細に説明する複数のバルブ駆動コンポーネントのうちの１つまたは複数と一体にすることも可能である。さらに、図に示されている、以下で説明する噴射器１１０の複数の追加特徴のうちのいくつかは、図解を目的として概略的に示されているが、概略的に示されているこれらの特徴のうちのいくつかについて、本開示の実施形態の様々な特徴を参照して以下で詳細に説明する。したがって概略的に示されている図のコンポーネントの相対位置、位置取り、大きさ、配向、等々には、本開示を制限することは意図されていない。
図に示されている実施形態では、噴射器１１０には、ベース部分１１４とノズル部分１１８の間を延在している中央部分１１６を有するケーシングすなわちボディ１１２が含まれている。ノズル部分１１８は、ノズル部分１１８を燃焼室１０４との界面部分に配置するために、機関ヘッド１０７内のポートを少なくとも部分的に貫通して延在している。噴射器１１０には、さらに、ボディ１１２を貫通してベース部分１１４からノズル部分１１８まで延在している燃料通路すなわちチャネル１２３が含まれている。チャネル１２３は、燃料がボディ１１２を通って流れることができるように構成されている。また、チャネル１２３は、噴射器１１０のバルブオペレータアセンブリ１６０、アクチュエータ１２２、計装コンポーネントおよび／またはエネルギー源コンポーネントなどの他のコンポーネントがボディ１１２を貫通することができるように構成されている。図に示されている実施形態の追加特徴によれば、ノズル部分１１８は、燃焼室１０４の燃料に点火するための点火事象を生成するための１つまたは複数の点火機能を含むことができる。例えば噴射器１１０は、参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献４に開示されている複数の点火機能のうちの任意の特徴を含むことができる。
特定の実施形態では、アクチュエータ１２２は、ノズル部分１１８によって支えられているフロー制御デバイスすなわちバルブ１２０に動作結合されている第１の末端部分を有するケーブル、硬化ケーブルまたはロッドとすることができる。アクチュエータ１２２は、バルブ１２０またはバルブ１２０とは別のコンポーネントと一体にすることができる。したがってバルブ１２０は、燃焼室１０４との界面の近傍に配置されている。図１には示されていないが、特定の実施形態では、噴射器１１０は、複数のフローバルブ、ならびに燃焼室１０４の近傍ならびにボディ１１２上の他の位置に配置された１つまたは複数の逆止め弁を含むことができる。例えば噴射器１１０は、上記参照によって組み込まれている特許出願に開示されている任意のバルブおよび関連するバルブ駆動アセンブリを含むことができる。
バルブ１２０の位置は、バルブオペレータアセンブリ１６０によって制御することができる。例えばバルブオペレータアセンブリ１６０は、アクチュエータ１２２に動作結合されているプランジャすなわちドライバ１２４を含むことができる。アクチュエータ１２２および／またはドライバ１２４は、さらに、プロセッサすなわちコントローラ１２６に結合することができる。本開示の様々な実施形態を参照して以下で詳細に説明するように、ドライバ１２４および／またはアクチュエータ１２２は、コントローラ１２６ならびに音響力モディファイア１５０に応答することができる。コントローラ１２６は、噴射器１１０の上に配置することも、あるいは噴射器１１０から離れた位置に配置することも可能である。コントローラ１２６および／またはドライバ１２４は、アクチュエータ１２２を介してフローバルブ１２０を移動させることによって燃料を燃焼室１０４に噴射するために、アクチュエータ１２２を速やかに、かつ、正確に駆動するように構成されている。例えば、燃料の噴射を計量し、かつ、制御するために、特定の実施形態では外側に向かって（例えば燃焼室１０４に向かって）フローバルブ１２０を移動させることができ、また、他の実施形態では内側に向かって（例えば燃焼室１０４から遠ざかる方向に）フローバルブ１２０を移動させることができる。さらに、ドライバ１２４は、アクチュエータ１２２を緊張させてフローバルブ１２０を閉じた位置、つまり定位置に保持することができ、また、ドライバ１２４は、アクチュエータ１２２の緊張を弛緩つまり開放してフローバルブ１２０に燃料を噴射させることができ、その逆の動作も可能である。他の実施形態では、ボディ１１２内の燃料の圧力に応じて、アクチュエータケーブルまたはロッドを使用することなくバルブ１２０を開閉させることができる。さらに、図には、燃焼室１０４の界面部分に単一のバルブ１２０しか示されていないが、他の実施形態では、噴射器１１０上の他の位置にフローバルブ１２０を配置することができ、また、１つまたは複数の他のフローバルブまたは逆止め弁と組み合わせてフローバルブ１２０を駆動することができる。
噴射器１１０は、さらに、温度および圧力などの燃焼室の特性を検出し、かつ、中継し、また、コントローラ１２６にフィードバックを提供するためのセンサおよび／または伝送コンポーネント１２７を含むことができる。センサ１２７は、バルブ１２０、アクチュエータ１２２および／またはノズル部分１１８、または噴射器１１０のこれらの部分のうちの何らかの部分によって支えられている個別のコンポーネントに統合することができる。一実施形態では、アクチュエータ１２２は、光ファイバケーブルから、もしくはロッドまたはケーブル内に統合された絶縁変換器から形成することができ、あるいは燃焼室のデータを検出し、かつ、通信するための他のセンサを含むことができる。図１には示されていないが、他の実施形態では、噴射器１１０は、噴射器１１０上の様々な位置に配置された他のセンサまたは監視計装を含むことができる。例えばボディ１１２は、ボディ１１２の材料中に統合された光ファイバを含むことができる。さらに、フローバルブ１２０は、燃焼データを感知するように構成することも、あるいは噴射器１１０に結合された１つまたは複数のコントローラ１２６に燃焼データを伝送するためのセンサを支えるように構成することも可能である。このデータは、無線、配線接続、光または他の伝送媒体を介して、コントローラ１２６または他のコンポーネントに伝送することができる。このようなフィードバックにより、所望の燃料噴射係数、および例えば音響振動の周波数、燃料引渡し圧力、燃料噴射開始時期、多層つまり成層燃焼を生成するための燃料噴射継続期間、燃焼室圧力および／または温度、単一、複数または連続プラズマ点火あるいはコンデンサ放電のタイミング、等々を始めとする特性を著しく速やかに適応調整することができる。例えばセンサ１２７は、所望の燃焼効率を提供するために、温度または圧力などの燃焼室１０４内の測定可能条件が予め定められた範囲内に入ったかどうかをコントローラ１２６にフィードバックすることができる。コントローラ１２６は、このフィードバックに基づいて、燃焼室１０４内の燃料および／または空気の運動の周波数を操作するように音響モディファイア１５０を導くことができる。
動作中、燃焼室１０４に燃料が噴射されると、燃料は、運動の固有の音響周波数を有する。以下でさらに詳細に説明するように、音響周波数には、副可聴周波数、可聴周波数および超音波周波数が含まれている。燃料の固有周波数は、例えば燃焼室の幾何構造およびバルブの開き、バルブを駆動する機構、ピストンの位置および速度、および燃料のタイプ、温度、速度、圧力、密度および粘性を始めとする多くの要因に応じて様々である。上で説明したように、燃焼室１０４内の燃料のパターン、分散および運動は、システムの点火および燃焼効率に影響を及ぼす。特に、燃料噴射噴霧の周波数および形状、パターンおよび／または位相は、燃焼室１０４内の燃料および空気の混合剤を決定し、それにより点火事象の開始、速度、効率および温度を制御する。固有周波数は、燃料または空気、ならびに燃料噴射システムの１つまたは複数のコンポーネントに周期的にエネルギーを付与することによって変えることができる。この音響エネルギーの付与により、燃料のパターン、形状、位相および／または周波数が変更され、改善された燃料／空気比率が提供される。非制御、非適応構成と比較すると、燃料の運動に対するこの反応性、応答性制御によってより有効な燃焼システムが提供される。
音響力モディファイア１５０は、本開示の異なる実施形態に従って多くの形態を取ることができ、バルブドライバ１２４、アクチュエータ１２２、バルブ１２０、噴射器ボディ内の燃料、燃焼室１０４内の燃料、空気、燃料と空気の混合物に音響エネルギーを印加することができ、および／または噴射器１１０の他のコンポーネントに音響エネルギーを印加することができる。これらのコンポーネントのうちの任意のコンポーネントに印加されるエネルギーによって、燃焼室の燃料および／または空気の音響周波数を変えることができる。一実施形態では、音響力モディファイア１５０は、エネルギーを印加することによってバルブドライバ１２４に振動が誘導され、それにより周波数が変化し、延いてはその程度に応じてバルブ１２０が開くことにより、噴射される燃料バーストの所望の周波数およびパターンが達成されるように構成することができる。燃料周波数はバルブが開く周波数によって決まるため、このように構成することにより、延いては燃焼室１０４に導入される燃料の音響エネルギーが変化する。音響力モディファイア１５０は、電圧源または他の適切なエネルギー源（図示せず）、ならびにコントローラ１２６に結合することができる。特定の実施形態では、音響力モディファイア１５０は、電磁力発生器、圧電力発生器、空気圧力発生器、水圧力発生器、磁気ひずみ力発生器、またはドライバ１２４を移動させるための他の適切なタイプの力発生器であるソレノイド巻線とすることができる。
他の実施形態では、音響力モディファイア１５０は、上で説明した手段のうちの任意の手段によってアクチュエータ１２２に直接エネルギーを印加する。このエネルギーは、アクチュエータ１２２を振動によって容量的にリンギングさせることになる。アクチュエータ１２２が振動によって容量的にリンギングすると、アクチュエータ１２２は、この振動に対応するリズムでバルブ１２０を開き、それにより音響力すなわちエネルギーを燃料に付与することによって燃料分布パターンが変化する。さらに他の実施形態では（図２を参照して以下でさらに詳細に説明する）、音響力モディファイア１５０は、フローバルブ１２０駆動の周波数を変えることができ、それによりプラズマ放射を誘導して、噴射される燃料の形状および／またはパターンに有利に影響を及ぼす。
いくつかの実施形態では、音響力モディファイア１５０は、バルブ１２０に直接エネルギーを印加し、バルブ１２０を介して燃料に直接エネルギーを印加し、あるいは燃料、空気、および／またはボディ１１２または燃焼室１０４内の燃料および空気に直接エネルギーを印加する。例えば、噴射器ボディ１１２のコンポーネントである音響力モディファイア１５０を介して燃料に直接音響エネルギーを印加することができる。このような実施形態では、振動を誘導して燃料の状態を変えることができ、および／または燃焼室の燃料噴霧を変えることができる。例えば、一実施形態では、燃料の特性または状態を変化させるために、コロイド状建築用建設燃料（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｆｕｅｌ）などの燃料に第１の周波数を印加することができ、次に第２の周波数を燃料に印加し、燃焼室に入る燃料の周波数、形状、圧力、等々を操作することができる。第２の周波数は、第１の周波数と同じ周波数であっても、あるいは第１の周波数とは異なる周波数であってもよく、また、燃料の特性を変える音響力モディファイアと同じ音響力モディファイアまたは異なる音響力モディファイアによって誘導することができる。噴射器ボディ内の燃料に振動を誘導することは、場合によっては、参照により本明細書に組み込まれている、MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY （整理番号69545-9102US）という名称の特許文献１６の出願に記載されている燃料のうちの１つまたは複数を始めとする様々なタイプの燃料にとって望ましい。
他の実施形態では、バルブ、弁座および／またはバルブオリフィスの形状と、燃焼室１０４に向かってバルブ１２０を通過する燃料の圧力降下の組合せが、燃焼室１０４中に分散する燃料の周波数を変える音響撹乱を誘発し、それにより燃料の噴霧パターンおよび燃焼効率が制御される。一実施形態では、バルブ１２０は、加圧された燃料および燃料の音響振動に応答するリードバルブである。他の実施形態では、ボディ１１２内の燃料にエネルギーが印加され、バルブ１２０は、回転、並進させることができ、あるいは噴射器ボディ１１２内の燃料の圧力または運動によって開くことができる。
特定の実施形態では、燃料に印加される振動周波数は、副可聴周波数（例えば約２０Ｈｚ未満の周波数）または超音波周波数（例えば約２０，０００Ｈｚより高い周波数）であってもよい。他の実施形態では、周波数は、約２０Ｈｚから約２０，０００Ｈｚの範囲にわたる可聴周波数であってもよい。音響エネルギー振動周波数は、噴射器および燃焼室の特性、ならびに燃料のタイプ、圧力、温度、流量、等々を始めとするいくつかの要因に基づいて選択することができる。例えば比較的大きい分子量を有する燃料は、より速やかに燃焼を開始し、かつ、完全に燃焼させるためには、場合によっては比較的より高い音響エネルギー振動周波数を燃料に印加しなければならない。他の実施形態では、高い周波数、例えば約２，４５０ＭＨｚの周波数を印加することにより、例えばウェットアルコールなどの水分を含んだ低コスト燃料に双極分子運動が誘導される。このような高周波分子運動は、ＡＣまたはＤＣマイクロ波ドライバによって生成することができ、また、他の周波数の１つまたは複数の追加振動ドライバと共に利用することができる。また、選択される音響エネルギー振動周波数は、上で説明したセンサまたは検出器によって読み取ることができる燃焼室の特性（例えば温度、圧力、燃料の量、酸素または窒素の酸化物、点火の開始および完了、等々）からのフィードバックに少なくとも部分的に基づいていてもよい。
本明細書に記載の実施形態では、燃焼室の燃料、空気および／または燃料と空気の混合物の運動は、音響力モディファイア１５０を使用することによって制御することができ、あるいは変えることができる。いくつかの実施形態では、燃料および／または空気の運動の周波数に対する制御をより細かく調整するために、複数の音響力モディファイアが使用される。さらに、音響力モディファイア１５０は、他のデバイス、機構または方法と共に使用することも可能である。例えば、一実施形態では、音響力モディファイア１５０は、燃料の運動の周波数に対する制御をより細かく調整するために、燃料供給タンク（図示せず）内で高度に加圧された燃料と共に使用することができる。
図２〜５Ｅを参照して以下で説明する任意の実施形態、または参照により本明細書に組み込まれている刊行物に記載されている燃料噴射器の他の実施形態は、図１を参照して上で説明した噴射器１１０の特徴を含むことができる。さらに、噴射器１１０および／または音響力モディファイア１５０の複数の特徴のうちのいくつか、またはすべては、それらに限定されないが、二ストロークピストン機関および四ストロークピストン機関、ロータリーエンジン、ガスタービンエンジンまたはこれらの組合せを始めとする広範囲にわたる様々な機関と共に使用することができる。また、噴射器１１０および／または音響力モディファイア１５０は、同じく、ディーゼル、ガソリン、天然ガス（メタン、エタンおよびプロパンを含む）、再生可能燃料（ウェットおよびドライの両方の燃料アルコール、およびアンモニアなどの窒素を含んだ燃料を含む）、および参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている、本出願と同時に出願された、MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY（整理番号69545-9102US）という名称の特許文献１６の特許出願に記載されているような考案者燃料を始めとする広範囲にわたる様々な燃料タイプと共に使用することができる。
図２は、本開示の他の実施形態に従って構成された噴射器２１０の部分断面側面図である。噴射器２１０は、音響エネルギーを適応的に付与し、また、燃料を燃焼室２０４に放出するためにフローバルブ２２０の駆動を速やかに、かつ、正確に制御するように構成されている。図に示されている噴射器２１０には、図１を参照して上で開示した噴射器１１０の対応する特徴と、その構造および機能が概ね類似しているいくつかの特徴が含まれている。例えば、図２に示されているように、噴射器２１０には、燃料通路２２３を有するボディ２１２、ノズル部分２１８、およびフローバルブ２２０に結合されたケーブルすなわちアクチュエータ２２２が含まれている。バルブ２２０の位置は、バルブオペレータアセンブリ２６０によって制御することができる。バルブオペレータアセンブリ２６０は、音響エネルギーを付与するための１つまたは複数の音響力発生器すなわちモディファイア２５０を含むことができる（第１の音響力モディファイア２５０ａ、第２の音響力モディファイア２５０ｂおよび第３の音響力モディファイア２５０ｃとして個々に識別されている）。噴射器２１０は、さらに、１つまたは複数のセンサおよび／または伝送コンポーネント２２７を含むことができる。図に示されている実施形態では、センサ２２７は、ノズル部分２１８の上に配置されているが、図１を参照して上で説明したように噴射器２１０上の別の位置に配置することも可能である。例えば、他の実施形態では、ノズル部分２１８は、燃焼事象を検出することができる１つまたは複数の圧電結晶を含むことができる。音響力モディファイア２５０は、バルブ２２０を開閉するためにアクチュエータ２２２を噴射器２１０に沿って軸方向（例えば第１の矢印２６７の方向）に移動させるための対応する駆動アセンブリ２７０を含むことができる（第１の駆動アセンブリ２７０ａおよび第２の駆動アセンブリ２７０ｂとして個々に識別されている）。
第１の音響力モディファイア２５０ａは、圧電、電気機械、空気圧、水圧または他の適切な力発生コンポーネント２７１を含むことができる。力モディファイア２５０ａが活性化され、あるいは駆動されると、駆動アセンブリ２７０ａが噴射器２１０の縦軸に対して概ね直角の方向（例えば第２の矢印２６５の方向）に移動する。したがって第１の音響力モディファイア２５０ａによって第１の駆動アセンブリ２７０ａ（図にはドラマー機構として概略的に示されている）がアクチュエータ２２２の少なくとも一部に接触し、かつ、アクチュエータ２２２を変位させ、アクチュエータ２２２を周期的に緊張させてバルブ２２０を閉じる。音響力モディファイア２５０ａが活性化あるいは駆動されなくなると、アクチュエータ２２２はもはや緊張状態を維持しない。したがって第１の駆動アセンブリ２７０ａは、アクチュエータ２２２およびバルブ２２０の極めて速やかで、かつ、正確な変位を提供することができ、それにより燃焼室の燃料および／または空気を介した圧縮波２８０を介して音響エネルギーを正確に伝搬させることができる（つまり噴射器２１０の他の駆動コンポーネントまで）。これらの正確な圧縮波２８０によって、フローバルブ２２０から燃焼室２０４内への燃料噴射バーストの周波数、形状、パターンおよび／または位相が変化する。上で説明したように、音響によって変化した燃料バーストのパターンは、改善された燃料／空気混合物を提供することができ、したがって燃焼効率が改善される。
第２の駆動アセンブリ２７０ｂ（概略的に示されている）には、アクチュエータ２２２を噴射器２１０内を軸方向に移動させるためのラックアンドピニオンタイプの駆動アセンブリ２７０ｂが含まれている。より具体的には、第２の駆動アセンブリ２７０ｂには、アクチュエータ２２２に結合されたラックすなわちスリーブ２７２が含まれている。対応するピニオンすなわち歯車２７４はスリーブ２７２と係合している。動作中、第２の音響力モディファイア２５０ｂによって、第２の駆動アセンブリ２７０ｂが歯車２７４の回転運動をスリーブ２７２の直線運動に変換し、したがってアクチュエータ２２２が移動する。第１の音響力モディファイア２５０ａの場合と同様、第２の音響力モディファイア２５０ｂもアクチュエータ２２２およびバルブ２２０の速やかで、かつ、正確な変位を提供することができ、したがって音響エネルギーを付与することによって、結果として得られる燃料の分布パターンおよび周波数を変化させることができ、かつ、改善することができる。
第３の音響力モディファイア２５０ｃは、燃料に点火するためのイオン化された空気のプラズマを形成する手段を含むことができる。例えば第３の音響力モディファイア２５０ｃは、プラズマ放射を誘導するためにフローバルブ２２０駆動の周波数を変え、それにより噴射される燃料の周波数、位相、形状および／またはパターンに有利に影響を及ぼすことができる。参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている特許文献１７に、本明細書において説明されている噴射器２１０および他の噴射器によってプラズマ放射を駆動するための適切なドライバが記述されている。イオン化された空気のプラズマ放射は、プラズマに入る燃料の燃焼を加速させることができる。さらに、このプラズマ放射は、所定の燃焼室特性に従って速やかに燃料を燃焼させる形状に影響を及ぼすことができる。同様に、噴射器２１０も燃料の一部をイオン化して高エネルギープラズマを生成することができ、この高エネルギープラズマも同じく燃焼する燃料の分布パターンの形状に影響を及ぼすことができ、つまり分布パターンの形状を変化させることができる。いくつかの実施形態では、噴射器２１０は、さらに、噴射される燃料のスーパキャビテーションすなわち突然のガス化を生成することにより、噴射される燃料の燃焼および分布の特性に適合させることができる。より具体的には、力モディファイア２５０ｃは、ノズル部分２１８のフローバルブ２２０および／または他のコンポーネントを通って流れる燃料の突然のガス化が生成される方法で、これらのコンポーネントを駆動することができる。例えばフローバルブ２２０を開閉する周波数は、噴射される燃料の突然のガス化を誘導することができる。この突然のガス化により、急激に流入する液体燃料、または液体燃料成分と固体燃料成分の混合物からガスまたは蒸気が生成される。例えばこの突然のガス化は、燃焼室２０４に流入させるためにフローバルブ２２０の表面の周りにもたらされる液体燃料としての蒸気を生成することができる。燃料の突然のガス化により、噴射される燃料をガス化されていない燃料よりはるかに速やかに、かつ、完全に燃焼させることができる。さらに、噴射される燃料の突然のガス化は、例えば突出した楕円体を始めとする異なる燃料噴射パターンすなわち形状を生成することができ、この燃料噴射パターンは、噴射される燃料のパターンが概ね円錐体である従来のパターンとは著しく異なっている。さらに他の実施形態では、噴射される燃料の突然のガス化は、様々な他の燃料点火および燃焼改善技法と共に利用することができる。例えば突然のガス化は、液体燃料の過熱、プラズマおよび／または射出される燃料バーストの音響運動量と組み合わせることができる。これらの改善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較すると、必要な触媒がはるかに少なく、その上、必要な触媒面積がはるかに小さい。第３の音響力モディファイア２５０ｃは、図２には流体通路として概略的に示されているが、この第３の音響力モディファイア２５０ｃは、２０１０年７月２１日に出願した、参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献４にさらに詳細に記載されているような他の形態または構成を取ることも可能である。
図２に示されている実施形態には、複数の音響力モディファイア２５０が含まれているが、他の実施形態では、もっと多い、あるいはもっと少ない音響力モディファイア２５０を存在させることも可能であり、また、音響力モディファイア２５０のタイプは、それらの組合せで変化させることができる。システムに必要な音響修正の量に加えて、噴射器２１０の間隔、機構および構成に応じて、使用する音響力モディファイアの数およびタイプを選択することができる。いくつかのケースでは、印加されるエネルギー、および結果として得られる、燃焼室２０４内における燃料／空気のパターン、位相、形状および／または周波数を微調整するために、複数の音響力モディファイアを組み合わせて使用することができる。
図３は、本開示の他の実施形態に従って構成された噴射器３１０の部分断面側面図である。噴射器３１０は、音響エネルギーを適応的に付与し、また、燃料を燃焼室３０４に放出するためにフローバルブ３２０の駆動を速やかに、かつ、正確に制御するように構成することができる。図に示されている噴射器３１０には、図１および２を参照して上で開示した噴射器の対応する特徴と、その構造および機能が概ね類似しているいくつかの特徴が含まれている。図３に示されているように、噴射器３１０には、ベース部分３１４を有するボディ３１２、ボディ３１２を貫通して延在している燃料通路３２３、ノズル部分３１８、およびフローバルブ３２０に結合されたケーブルすなわちアクチュエータ３２２が含まれている。バルブ３２０の位置は、バルブオペレータアセンブリ３６０によって制御することができる。バルブオペレータアセンブリ３６０は、センサおよび／または伝送コンポーネント３２７および音響力モディファイア３５０を含むことができる。図に示されている実施形態では、センサ３２７は、ノズル部分３１８の上に配置されているが、図１を参照して上で説明したように噴射器３１０上の別の位置に配置することも可能である。音響力モディファイア３５０には、フローバルブ３２０を開閉するためにアクチュエータ３２２を移動させるように構成される駆動アセンブリ３７０が含まれている。より具体的には、駆動アセンブリ３７０には、アクチュエータ３２２を変位させるように構成される駆動ドライバ３２４（第１〜第３のドライバ３２４ａ〜３２４ｃとして個々に識別されている）が含まれている。図３には３つのドライバ３２４ａ〜３２４ｃが示されているが、他の実施形態では、噴射器３１０は、単一の３２４、２つのドライバ３２４または４つ以上のドライバ３２４を含むことができる。ドライバ３２４は、圧電、電気機械、空気圧、水圧または他の適切な力修正コンポーネントであってもよい。
また、駆動アセンブリ３７０には、アクチュエータ３２２の押付け変位、引張り変位、ならびに／または押付けおよび引張り変位を提供するための対応するドライバ３２４およびアクチュエータ３２２に動作結合されたコネクタ３２８（第１〜第３のコネクタ３２８ａ〜３２８ｃとして個々に識別されている）が含まれている。アクチュエータ３２２は、コネクタ３２８間を噴射器３１０に沿って軸方向に自由にスライドすることができる。駆動アセンブリ３７０の他の特徴によれば、アクチュエータ３２２の第１の末端部分は、噴射器３１０のベース部分３１４の第１の案内軸受３７６ａを貫通することができる。また、アクチュエータ３２２の末端部分は、コントローラ３２６に動作結合することも可能であり、それによりコントローラ３２６に燃焼データを中継することができ、したがってコントローラ３２６は、燃料噴射プロセスおよび点火プロセスを適応的に制御し、かつ、最適化することができる。アクチュエータ３２２の第２の末端部分は、噴射器３１０のノズル部分３１８の第２の案内軸受３７６ｂを貫通して延在することができ、それによりアクチュエータ３２２とフローバルブ３２０を整列させることができる。
音響力モディファイア３５０が活性化され、あるいは駆動されると、音響力モディファイア３５０は、フローバルブ３２０の所望の程度の運動を実施するために、ドライバ３２４にアクチュエータ３２２を変位させてアクチュエータ３２２を緊張または弛緩させる。より具体的には、ドライバ３２４は、コネクタにアクチュエータ３２２を噴射器３１０の縦軸に対して概ね直角の方向に変位させる。複数のドライバ３２４を使用することにより、燃焼室３０４内における燃料および／または空気の運動のパターン、形状、位相および／または音響周波数に対する所望の修正に従ってフローバルブ３２０の運動を細かく調整することができる。
また、噴射器３１０は、燃料、空気または燃料−空気混合物をイオン化することによってプラズマの比較的大きい電流バーストを燃焼室界面に引き渡すために音響力モディファイア３５０が導くことができるコンデンサ３７８をノズル部分３１８に含むことができる。コンデンサ３７８は筒形にすることができ、それにより、適切な金属選択によって提供することができる導電層、または適切な絶縁体によって分離されるグラフェン層の導電層などの多くの導電層を含むことができる。コンデンサ３７８は、適切な電源または導電管あるいはめっきに結合することができる絶縁されたケーブルを介して充電することができ、また、放電させることができる。
図４は、本開示のある実施形態に従って構成された音響力モディファイアを含んだ燃料噴射器を動作させるためのルーチンすなわち方法４９０の流れ図である。ルーチン４９０は、機関管理コンピュータ、機関制御ユニット、専用集積回路、プロセッサ、コンピュータおよび／または他の適切なプログラマブル機関制御デバイスによって制御することができ、あるいは実施することができる。方法４９０を使用して、燃料が噴射されている燃焼室の状態を監視することができ、また、燃焼室内における燃料および／または空気のパターン、位相、形状および／または音響周波数を変え、それにより燃料効率を最適化するために燃料噴射器内の１つまたは複数のコンポーネント、とりわけ音響力モディファイアに印加されるエネルギーを調整することができる。
例えば方法４９０には、燃料噴射器に燃料を導入するステップが含まれている（ブロック４９１）。この方法には、さらに、燃焼室の１つまたは複数の状態を感知するステップを含むことができる（ブロック４９２）。例えば燃料噴射器は、温度および圧力などの燃焼室の様々な特性および状態を読み取る、つまり感知することができ、かつ、プログラマブル機関制御デバイスのコントローラコンポーネントにフィードバックを提供することができるセンサおよび／または伝送コンポーネントを含むことができる。燃焼データは、無線、配線接続、光または他の伝送媒体を介して、上で詳細に説明したようにコントローラまたは他のコンポーネントに伝送することができる。
方法４９０には、さらに、燃料の状態および／または燃焼室の状態が所定の範囲内に入っているかどうかを決定するステップが含まれている（決定ブロック４９３）。特定の実施形態では、例えば、燃焼室の温度が窒素の酸化物の形成の閾値である２，２００℃より高くなったかどうかを決定することが場合によっては望ましい。他の実施形態では、コロイド状建築用建設燃料などの燃料が、噴射器ボディ内の状態を十分に破壊、つまり変化させたかどうかを決定することが場合によっては望ましい。さらに他の実施形態では、他の所定の温度、圧力、燃料特性、機関負荷つまりトルク要求事項、および関連する特性ならびに条件を使用して、噴射器を適応的に制御することができる。
燃焼室の状態が所定の範囲外であることをシステムが決定すると、この方法には、システムへのエネルギーの印加を音響によって修正するステップが含まれている（ブロック４９４）。詳細には、この方法は、燃料噴射システムにおける１つまたは複数のコンポーネントへのエネルギーの周期的な付与によって、燃焼室内の燃料および／または空気の周波数、位相、形状および／またはパターンを変えるステップを含むことができる。例えばセンサからのフィードバックが、燃焼が非効果的に完了していることを示している場合、あるいは燃焼室が過度に過熱していることを示している場合、修正には、燃焼室内におけるより最適な燃料／空気混合物、より少ない熱点、およびより有効な燃焼を可能にするために、運動の高くなった周波数を有するよう、音響によって燃料パターン変えるステップを含むことができる。音響エネルギーの印加を修正するステップには、図１〜３を参照して上で説明した複数の機構のうちの任意の機構を含むことができる。音響力モディファイアは、本開示の異なる実施形態における多くの形態を採ることができ、また、この音響力モディファイアは、バルブドライバ、アクチュエータおよびバルブにエネルギーを印加することができ、燃料に直接エネルギーを印加することができ、あるいは噴射器または燃焼室の空気、燃料と空気の混合物、または燃料噴射器システム内の他のコンポーネントにエネルギーを印加することができる。特定の実施形態では、音響力モディファイアは、電磁力発生器、圧電力発生器、磁気ひずみ力発生器、またはコンポーネントを移動させるための他の適切なタイプの力発生器であるソレノイド巻線とすることができる。
この方法は、さらに、燃焼室にあるパターンの燃料を導入するステップ（ブロック４９５）、および燃料に点火するステップ（ブロック４９６）を含むことができる。図１〜３を参照して上で詳細に説明したように、燃料噴射器内の１つまたは複数のコンポーネントに音響エネルギーを印加することにより、システムの燃焼効率が修正される。詳細には、燃料噴射バーストの周波数および噴霧パターンによって、燃焼室における点火事象の開始、速度、効率および温度が制御される。音響エネルギーが印加されると、その音響エネルギーによって燃料および／または空気の運動の固有周波数およびパターンが修正される。この修正により、より有効に、かつ、より効率的に燃料に点火し、かつ、燃焼させる燃料の噴霧パターンが生成され、したがって浪費されるエネルギーおよび燃料が減少する。一実施形態では、センサフィードバックに基づいて、上で説明した任意の手段またはコンポーネントに音響エネルギーを印加することができ、それにより燃焼の開始および終了時に燃料を加速することができる。いくつかの実施形態では、方法４９０のすべてまたは一部を反復することによって燃焼室の燃料の噴射周波数およびパターンが微調整され、および／または燃焼効率が連続的に監視され、かつ、改善される。
図５Ａは、本開示のある実施形態に従って構成された燃料引渡しシステム５００の一部の略断面側面図である。システム５００には、燃料噴射器５１０、燃焼室５０４およびエネルギー伝達デバイスすなわちピストン５０１が含まれている。燃焼室５０４は、少なくとも部分的に、噴射器５１０が含まれているヘッド部分と可動ピストン５０１の間に形成されている。しかしながら、他の実施形態では、噴射器５１０は、他のタイプの燃焼室および／またはエネルギー伝達デバイスと共に他の環境で使用することができる。噴射器５１０には、図１〜４を参照して上で説明した噴射器の対応する特徴と、その構造および機能が概ね類似しているいくつかの特徴が含まれている。例えば、以下でより詳細に説明するように、噴射器５１０には、燃焼室５０４における異なる燃料の噴射および点火を可能にするだけでなく、噴射器５１０による、異なる燃焼条件すなわち要求事項に従ったこれらの異なる燃料の噴射および点火の音響による修正を可能にするいくつかの特徴が含まれている。
図に示されている実施形態の他の態様によれば、噴射器５１０は、燃焼室５０４における燃焼の様々な特性（例えば燃焼プロセス、燃料、燃焼室５０４、等々の特性）を感知するための計装を含むことができる。噴射器５１０は、高い燃料効率および高い動力生成を達成し、さらには雑音、エンジンノック、熱損失および／または振動を小さくして、機関および／または車両の寿命を長くするために、感知されたこれらの状態に応答して、音響エネルギーを介して燃料噴射特性および点火特性を適応的に最適化することができる。詳細には、噴射器５１０には、噴射される燃料５０５ａの特定の流動パターンすなわち噴霧パターンを達成するために、図１〜４に関連して上で説明した機構を使用した１つまたは複数の音響力モディファイアが含まれている。
音響力モディファイアは、音響エネルギーを印加して、噴射器ボディ、バルブ駆動アセンブリ、アクチュエータ、バルブ、燃料および／または空気などの任意の燃料噴射器コンポーネントに振動を誘導することができる。印加される音響周波数によって、噴射される燃料５０５ａの周波数、形状、位相および／またはパターンのうちの１つまたは複数が修正され、かつ、制御される。詳細には、噴射される燃料５０５ａを音響力モディファイアを介して制御することにより、個々の燃料バースト５０７（５０７ａ〜５０７ｄとして個々に識別されている）の周波数、個々のバースト５０７間の間隔（Ｄ１〜Ｄ３として個々に識別されている）、およびバーストのパターン／層化を調整することができる。例えば、一実施形態では、センサは、燃焼室が過度に熱い状態であることを決定することができ、また、振動を印加してバルブ駆動周波数を高くし、あるいは低くするように音響力モディファイアを導くことができる。それにより延いては複数のバースト５０７のうちの１つまたは複数のバースト間の１つまたは複数の距離Ｄ１〜Ｄ３が調整され、それにより、燃焼を達成するために酸素と混合することができる燃料の利用可能な量、表面−体積比、および／または位置が変わる。これらの変化によって噴射される燃料５０５ａが制御され、したがってより早い点火の開始、より完全な燃焼、および燃焼のより速い完了を達成する能力が提供される。
図５Ｂ〜５Ｅは、本開示の実施形態に従って構成された噴射器によって導入することができる、噴射される燃料５０５（パターン５０５ｂ〜５０５ｅとして個々に識別されている）のいくつかのパターンを示したものである。より詳細には、個々のパターン５０５には、音響エネルギーを印加することによって適応的に修正または制御することができる燃料の複数の層すなわち燃料の一部が含まれている。当業者には理解されるように、図に示されているパターン５０５は、本開示のいくつかの実施形態の単なる代表的なものにすぎない。したがって本開示は、図５Ａ〜５Ｅに示されているパターン５０５に限定されず、他の実施形態では、噴射器は、図に示されているパターン５０５とは異なるバーストパターンを分配することができる。図５Ａ〜５Ｅに示されているパターン５０５は、異なる形状および構成を有しているが、これらのパターン５０５は、連続つまり成層燃料層を有する特徴を共有している。対応するパターン５０５の個々の層は、噴射される燃料の比較的大きい表面−体積比の利点を提供している。これらの大きい表面−体積比により、燃料チャージのより速い燃焼速度が提供され、かつ、燃料チャージの完全燃焼の絶縁および加速が促進される。このような高速で、かつ、完全な燃焼により、燃焼がより遅い燃料チャージに優るいくつかの利点が提供される。例えば燃焼がより遅い燃料チャージにはより早い点火が必要であり、そのために燃焼室の表面への重大な熱損失の原因になり、また、より早い点火に起因する早期圧力上昇を克服するために、より多くのバックワークまたは出力トルク損失をもたらしている。また、このような従来の燃焼動作は、汚染性放出物（例えば炭素を多く含んだ炭化水素粒子、窒素の酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、急冷された未燃焼の炭化水素、等々）、ならびに燃焼室のピストン、リング、シリンダ壁、バルブおよび他のコンポーネントの有害な加熱および摩耗に苦悩している。
上である程度詳細に説明したように、開示されている燃料噴射器および関連するシステムならびに方法によれば、いくつかの利点および利益が提供される。本明細書において説明されている噴射器によれば、オペレータは、燃焼室の燃料バーストおよび／または空気のパターンおよび周波数を音響エネルギーを使用して変えることにより、空気／燃料比および配置を極めて正確に計量することができる。したがってシステムにおける燃料およびエネルギーの浪費が低減される。同じく上で説明したように、燃料および／または空気に対する音響制御により、オペレータは、燃焼室の温度および圧力を制御することが可能になる。これは、燃焼室がシステム全体にとって有害な状態で動作するのを防止し、あるいは窒素の酸化物などの有害な放出物を生成する状態で動作するのを防止するためには、場合によっては有用である。例えば燃焼室の温度を音響によって制御することにより、所望の温度より高い温度で制御不能に蓄積し、かつ、燃焼する燃料／空気混合物が除去されるため、燃焼室の熱点を少なくすることができる。バルブ駆動周波数を制御することにより、メータリングバルブの速度を速くすることができ、また、システムの動作を安定させることができる。さらに、オペレータは、燃焼室に過剰の熱が蓄積しないよう、噴射と噴射の間の間隔を適応的に制御することができ、かつ、燃焼の開始および完了を音響エネルギーを使用して加速することができる。
本明細書において開示されている任意の駆動関連コンポーネント（それらに限定されないが、アクチュエータ、ドライバ、センサ、バルブ、駆動アセンブリ、バルブオペレータアセンブリおよび／または音響力モディファイアを含む）は、少なくとも部分的に、例えばウルトラライトエーロゲル（参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている非特許文献１に記載されている）を始めとする任意の数の適切な材料から構築することができ、あるいはこのような材料でコーティングすることができる。
本開示の範囲を逸脱することなく、様々な変更および修正を加えることができることは理解されよう。文脈が他に明確に要求していない限り、すべての説明および特許請求の範囲を通して、「備える」、「備えている」、等々という語は、排他的つまり網羅的な意味ではなく、包括的な意味、つまり「それらに限定されないが、〜を含む」という意味で解釈すべきである。また、単数または複数を使用した語にも、それぞれ複数または単数が含まれている。特許請求の範囲に、複数のアイテムのリストを参照する場合に「または」という語が使用されている場合、その語には、その語についての以下の解釈のすべてが包含されている。つまり、そのリストの複数のアイテムのうちの任意のアイテム、そのリストの複数のアイテムのうちのすべてのアイテム、およびそのリストの複数のアイテムの任意の組合せ。
上で説明した様々な実施形態の特徴は、それらを組み合わせて他の実施形態を提供することができる。本明細書の中で参照され、および／またはＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔにリストされている米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許刊行物のすべては、参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている。本開示の態様は、様々な特許、出願および刊行物の様々な構成および概念の燃料噴射器および点火デバイスを使用し、それにより本開示のさらに他の実施形態を提供するために、必要に応じて修正することができる。
上記詳細な説明に照らして、これらおよび他の変更を本開示に加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲では、使用されている用語は、本明細書および特許請求の範囲で開示されている特定の実施形態に本開示を制限するものとして解釈してはならず、これらの用語は、特許請求の範囲に従って動作するすべてのシステムおよび方法が包含されるものとして解釈すべきである。したがって本発明は本開示によって制限されるのではなく、その代わりに本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって広義に決定されるものとする。
本出願には、上で参照によって本明細書に組み込まれていない範囲まで、参照により以下の資料の各々の主題のすべてが組み込まれている。２００９年８月２７日に出願した、MULTIFUEL MULTIBURSTという名称の特許文献１、２００４年１１月９日に出願した、MULTIFUEL STORAGE, METERING AND IGNITION SYSTEMという名称の特許文献１８、２００８年１月７日に出願した、MULTIFUEL STORAGE, METERING AND IGNITION SYSTEMという名称の特許文献１９、２００９年１０月１９日に出願した、MULTIFUEL STORAGE, METERING AND IGNITION SYSTEMという名称の特許文献２０、２０１０年３月９日に出願した、SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING HIGH VOLTAGE RF SHIELDING, FOR EXAMPLE, FOR USE WITH A FUEL INJECTORという名称の特許文献２、２００９年１２月７日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献３、２０１０年７月２１日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献４、２０１０年７月２１日に出願した、FUEL INJECTOR ACTUATOR ASSEMBLIES AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献５、２０１０年７月２１日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS WITH CONDUCTIVE CABLE ASSEMBLIESという名称の特許文献６、２０１０年７月２１日に出願した、SHAPING A FUEL CHARGE IN A COMBUSTION CHAMBER WITH MULTIPLE DRIVERS AND／OR IONIZATION CONTROLという名称の特許文献７、２０１０年７月２１日に出願した、CERAMIC INSULATOR AND METHODS OF USE AND MANUFACTURE THEREOFという名称の特許文献８、２０１０年７月２１日に出願した、METHOD AND SYSTEM OF THERMOCHEMICAL REGENERATION TO PROVIDE OXYGENATED FUEL, FOR EXAMPLE, WITH FUEL-COOLED FUEL INJECTORSという名称の特許文献９、２０１０年７月２１日に出願した、METHODS AND SYSTEMS FOR REDUCING THE FORMATION OF OXIDES OF NITROGEN DURING COMBUSTION IN ENGINESという名称の特許文献１０、２０１０年１０月２７日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS SUITABLE FOR LARGE ENGINE APPLICATIONS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献１１、２０１０年１０月２７日に出願した、ADAPTIVE CONTROL SYSTEM FOR FUEL INJECTORS AND IGNITERSという名称の特許文献１２、２０１０年１２月６日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS CONFIGURED TO INJECT MULTIPLE FUELS AND／OR COOLANTS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献１３、および２０１０年１２月６日に出願した、INTEGRATED FUEL INJECTOR IGNITERS HAVING FORCE GENERATING ASSEMBLIES FOR INJECTING AND IGNITING FUEL AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTUREという名称の特許文献１４。
Claims (19)
- 燃焼室に燃料を導入し、前記燃焼室の前記燃料に点火するための噴射器であって、
噴射器ボディであって、
前記ボディに燃料を受け取るように構成されたベース部分と、
前記ベース部分に結合されたノズル部分であって、前記燃焼室に燃料を噴射するために前記燃焼室の近傍に配置されるように構成されるノズル部分と
を含む噴射器ボディと、
前記ノズル部分における点火機能であって、少なくとも部分的に燃料に点火するために点火事象を生成するように構成された点火機能と、
前記ボディによって支えられたバルブであって、前記燃焼室に燃料を導入するために開位置へ移動させることができるバルブと、
バルブオペレータアセンブリであって、
第１の位置と第２の位置の間を移動することが可能なバルブアクチュエータと、
前記燃焼室の１つまたは複数の状態を記録するように構成されたセンサと、
前記燃焼室に噴射される燃料の分布を少なくとも部分的に制御するように構成された音響力モディファイアであって、前記センサに応答し、また、（ａ）前記ボディおよび／もしくは前記燃焼室の燃料、（ｂ）前記燃焼室の空気、（ｃ）前記バルブを駆動するための前記バルブアクチュエータ、ならびに／または（ｄ）前記バルブに、振動を誘導するように構成される音響力モディファイアと、
を含むバルブオペレータアセンブリと、
を備えることを特徴とする噴射器。 - 前記音響力モディファイアが前記バルブに振動を誘導すると、前記音響力モディファイアは、バルブドライバを周期的に緊張および弛緩させ、それにより前記バルブアクチュエータを介して前記バルブの運動を誘発することを特徴とする請求項１に記載の噴射器。
- 前記バルブオペレータアセンブリは、駆動アセンブリを誘発して前記バルブアクチュエータの押付け変位、引張り変位、ならびに／または押付けおよび引張り変位を提供し、それにより前記バルブの運動を誘発するためにバルブドライバの一部を変位させるように構成された複数の変位ドライバをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の噴射器。
- 前記音響力モディファイアは、圧電力発生器、磁気ひずみ力発生器、電磁力発生器、電気機械力発生器、空気圧力発生器、または水圧力発生器のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１に記載の噴射器。
- 燃焼室に燃料を噴射し前記燃焼室の前記燃料に点火するための燃料噴射器を動作させる方法であって、
前記燃料噴射器のボディ部分に燃料を導入するステップであって、前記ボディ部分は前記燃焼室に隣接するバルブを含み、開位置と閉位置の間で前記バルブを移動させることができるステップと、
前記燃焼室に燃料の少なくとも一部を導入するために前記バルブを駆動して前記閉位置から前記開位置へ移動させるステップと、
前記燃焼室の前記燃料、前記バルブまたは空気のうちの少なくとも１つに音響エネルギーを付与するステップと、
前記バルブを介して前記ボディ部分から前記燃焼室へあるパターンの燃料を導入するステップと、
前記燃焼室の前記燃料に少なくとも部分的に点火するために点火事象を生成するステップと、
前記燃焼室の１つまたは複数の状態を感知するステップと、を含み、音響エネルギーを付与するステップは、前記感知に応答して、前記燃焼室の前記燃料、前記バルブまたは前記空気の運動を適応的に変えるステップを含むことを特徴とする方法。 - 音響エネルギーを付与するステップは、前記燃焼室の前記燃料、前記バルブまたは前記空気のうちの少なくとも１つの振動周波数を変えるためにエネルギーを伝達するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、圧電力、磁気ひずみ力、電磁力、電気機械力、空気圧力または水圧力によって前記燃料、前記バルブまたは前記空気のうちの少なくとも１つを刺激するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、前記燃料を介して音響エネルギーの圧縮波を伝搬させるステップ、および前記燃料の振動の周波数を変えるステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、前記燃焼室への燃料噴射バーストの周波数、形状、パターンおよび／または位相を制御するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、イオン化された空気のプラズマを前記燃焼室に放射するステップを含み、それにより前記燃焼室の燃料噴射バーストの周波数、形状、パターンおよび／または位相を変えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、前記燃焼室に噴射される燃料の突然のガス化を誘導するために、前記バルブを開閉する周波数を制御するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、前記燃料が前記バルブを通過して前記燃焼室に入る際に前記燃料の圧力を降下させるステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 音響エネルギーを付与するステップは、前記燃焼室の前記燃料、前記バルブまたは前記空気のうちの少なくとも１つに約２０，０００Ｈｚより高い周波数を誘導するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 前記燃焼室の温度または圧力を感知するステップ、および前記感知された温度または圧力に応答して、前記燃焼室への燃料噴射バーストの周波数、形状、パターンおよび／または位相を修正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射器を動作させる方法であって、
前記燃料噴射器のボディ部分に燃料を導入するステップであって、前記ボディ部分はバルブおよびバルブドライバを含むステップと、
前記燃焼室の１つまたは複数の状態を感知するステップと、
前記１つまたは複数の状態の感知に基づいて、前記燃焼室の前記燃料、前記バルブドライバ、前記バルブまたは空気のうちの少なくとも１つの運動を制御するために音響エネルギーを生成するステップと、
前記燃焼室における燃料に少なくとも部分的に点火するために点火事象を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 音響エネルギーを生成するステップは、前記バルブドライバに振動周波数を有する振動を誘導するステップ、および前記振動周波数に応じて規則的に前記バルブを開閉するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 音響エネルギーを生成するステップは、前記燃料の周波数、形状、パターンおよび／または位相を修正するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 音響エネルギーを生成するステップは、第１の周波数を有する音響エネルギーを生成するステップを含み、前記方法は、前記燃焼室の１つまたは複数の感知された状態に応答して、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する音響エネルギーを生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 音響エネルギーを生成するステップは、前記燃焼室の前記感知された状態に応答して前記燃焼室にプラズマ放射を誘導するステップを含み、前記方法は、前記感知に応答して前記燃焼室の燃料の周波数を変えるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
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