JP5901806B2 - 燃料噴射器アクチュエータ組立体並びに関連する使用及び製造方法 - Google Patents
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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。
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。
以下の開示は、一般に、燃焼室の中に種々の燃料を直接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。
燃料噴射システムは、典型的に、吸気マニホルド又はエンジンの燃焼室の中に燃料スプレーを噴射するのに用いられる。燃料噴射システムは、自動車エンジンに用いられる一次燃料送達システムとなっており、1980年代後半から気化器とほぼ完全に置き換わっている。これらの燃料噴射システムに用いられる燃料噴射器は、一般に、2つの基本機能が可能である。第1に、それらは、燃料の燃焼に適した空燃比を維持することができるように、エンジンの各吸気ストローク毎に計量された量の燃料を送達する。第2に、それらは、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、典型的に、加圧燃料供給部に接続され、噴射器が開かれる時間を変化させることによって燃焼室の中に燃料を計量して入れることができる。燃料はまた、燃料を噴射器の小さいオリフィスに強制的に通すことによって燃焼室の中に分散させることができる。
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INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS
OF USE AND MANUFACTURE(代理人整理番号69545−8031US)、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。
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INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATED METHODS
OF USE AND MANUFACTURE(代理人整理番号69545−8031US)、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。
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9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。
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9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。
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。
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。
図1A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110a(「噴射器110a」)の略側断面図である。図1Aで例証される噴射器110aは、燃焼室104aに異なる燃料を噴射し、且つ燃焼特性、及び燃焼室104a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ために制御され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110a及び本明細書で説明される他の噴射器は、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110a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110a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110a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1Aの噴射器の概略的に例証される構成要素の相対的な場所、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。
例証される実施形態において、噴射器110aは、ベース部114aとノズル部118aとの間に延びる中間部116aを有するケーシング又は本体112aを含む。ノズル部118aは、エンジンヘッド107aのポートを通して燃焼室104aとの境界面におけるノズル部118aの端119aの位置に少なくとも部分的に延びる。噴射器110aは、本体112aを通してベース部114aからノズル部118aに延びる燃料通路又はチャネル123aをさらに含む。チャネル123aは、本体112a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123aはまた、噴射器110aの操作部材122a、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本体112a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、操作部材122aは、ノズル部118aの端部119aによって支えられる流量制御装置又はバルブ120a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。操作部材122aは、弁120a又は弁120aに取り付けられる分離構成要素と一体化することができる。従って、フローバルブ120aは、燃焼室104aとの境界面の近傍に位置決めされる。図1Aには図示されないが、或る実施形態において、噴射器110aは、燃焼室104aの近傍に並びに本体112a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。
例証される実施形態の別の特徴によれば、操作部材122aはまた、プランジャ又はドライバ124a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126aにさらに結合することができる。コントローラ又はプロセッサ126aは、噴射器110a上に又は噴射器110aから遠隔に位置決めすることができる。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126a及び/又はドライバ124aは、燃焼室104aの中に燃料を噴射するためにフローバルブ120aを介して操作部材122a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120aは、外向きに(例えば、燃焼室104a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120a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104a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124aは、フローバルブ120aを閉位置又は着座位置に保持するために操作部材122aに張力をかけることができ、且つドライバ124aは、フローバルブ120aに燃料を噴射させるために操作部材122aを弛緩させ又はその張力を緩めることができ、逆もまた同様である。ドライバ124a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126a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。
特定の実施形態において、操作部材122a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、操作部材122a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1A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110aは、噴射器110a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、本体112aは、本体112a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る。加えて、フローバルブ120aは、噴射器110a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コントローラ126a又は他の構成要素に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、燃焼室の圧力及び/又は温度、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。
コントローラ126a、ドライバ124a、及び/又は操作部材126a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生成の減少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110a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。
噴射器110aはまた、エンジンヘッド107aに隣接する端部119aによって支えられる点火及び流量調整装置又はカバー121a(図1Aに破線で示される)を随意的に含むことができる。カバー121aは、フローバルブ120aを少なくとも部分的に包囲し、又は取り囲む。カバー121aは、センサ又は他の監視構成要素のような噴射器110a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121a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121a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120a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121a及び/又はフローバルブ120a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121a及び/又はフローバルブ120a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120aの作動の加速及び/又は周波数はまた、噴射される燃料を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118a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120a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第4,122,816号は、噴射器110a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。
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112a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117aから作製される。これらの誘電体材料117a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112aは、単一の誘電体材料117a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112a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116a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118a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110a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112a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。
誘電体材料に加えて、噴射器110a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110a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118a、フローバルブ120a、及び/又はカバー121aの領域は、エンジンヘッド107a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(extended induction sourced sparks)、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110a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110a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。
図1Aを参照して上記で説明された噴射器110aの機能部は、図1B〜図9を参照して以下で説明される実施形態のいずれかに含めることができる。
一体化された燃料噴射器及び点火器及び関連する構成要素の付加的な実施形態
図1Bは、組み合わされた燃料噴射機能部及び点火機能部を含む、本開示の実施形態に従って構成される噴射器100の側断面図である。以下で詳細に説明されるように、噴射器100の例証される実施形態は、電磁操作部材組立体と、所望の燃料流動特徴を達成するのに燃料を正確に計量するための堅牢な、且つ多目的な、なお且つ機械的に巧みな組立体を提供する対応する弁組立体とを含む。例証される実施形態において、噴射器100は、図1Aを参照して上記で説明された噴射器110a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100は、ベース部104とは反対側にノズル部102を含む。ノズル部102は、エンジンヘッドのポートを通して燃焼室との境界面におけるノズル部102の端の位置に少なくとも部分的に延びるように構成される。以下で詳細に説明されるように、ベース部104は、燃料源(例えば、加圧燃料源)から1つ又は複数の燃料を受け入れるように構成され、ノズル部102は、燃料出口通路103を通して燃焼室の中に燃料を送達する及び/又は正確に計量するように構成される。
図1Bは、組み合わされた燃料噴射機能部及び点火機能部を含む、本開示の実施形態に従って構成される噴射器100の側断面図である。以下で詳細に説明されるように、噴射器100の例証される実施形態は、電磁操作部材組立体と、所望の燃料流動特徴を達成するのに燃料を正確に計量するための堅牢な、且つ多目的な、なお且つ機械的に巧みな組立体を提供する対応する弁組立体とを含む。例証される実施形態において、噴射器100は、図1Aを参照して上記で説明された噴射器110a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100は、ベース部104とは反対側にノズル部102を含む。ノズル部102は、エンジンヘッドのポートを通して燃焼室との境界面におけるノズル部102の端の位置に少なくとも部分的に延びるように構成される。以下で詳細に説明されるように、ベース部104は、燃料源(例えば、加圧燃料源)から1つ又は複数の燃料を受け入れるように構成され、ノズル部102は、燃料出口通路103を通して燃焼室の中に燃料を送達する及び/又は正確に計量するように構成される。
例証される実施形態において、噴射器100は、プランジャ又はドライバ108を始動させて弁組立体110を動かす、力発生器106を含む。力発生器106は、導電金属ケーシングのようなボビン又はハウジング109内に位置決めされる。力発生器のボビン又はハウジング109に適した材料は、例えば、ベリリア及び種々のグラファイト、銀、及び/又は熱伝達を強化するように設計されるアルミニウム充填ポリマーを含む。力発生器108及び/又はハウジング109はまた、電圧源又は他の適切なエネルギー源111、並びにコントローラに結合することができる。特定の実施形態において、力発生器106は、ドライバ108を動かすための電磁力発生器、圧電力発生器、又は他の適切なタイプの力発生器であるソレノイド巻線とすることができる。
弁組立体110は、ノズル部102にあるフローバルブ114と、ノズル部102とは反対側のベース部104にある止め部116とを有する操作部材112(例えば、ケーブル、硬くされたケーブル、ロッド、バルブエクステンションなど)を含む。特定の実施形態において、フローバルブ114は、操作部材112と一体に形成することができる。しかしながら、他の実施形態において、フローバルブ114は、操作部材112から分離して操作部材112に取り付けることができる。そのうえ、或る実施形態において、止め部116は、操作部材112の第2の端部に取り付けられる圧縮スプリングワイヤのようなワイヤとすることができる。例えば、止め部116は、操作部材112の環状溝に少なくとも部分的に組み込むことができ、環状溝は、止め部116の直径の少なくともおよそ50%の深さを有する。他の実施形態において、しかしながら、止め部116及び本明細書で開示される他の止め部は、操作部材112に取り付けられる又は操作部材112と一体に形成される、操作部材112上の任意の他のタイプの突起部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、止め部116は、磁石又は永久磁石のような引き付け要素とすることができる。止め部116は、力発生器106がドライバ108を始動して操作部材112を動かし、その結果としてフローバルブ114を開くときに、ドライバ108の接触面113と接触するように操作部材112上に位置決めされる。
閉位置において、フローバルブ114は、ノズル部102における弁座122に接触してとどまる。特定の実施形態において、弁座122に接触するフローバルブ114の表面は、弁座122に対するシーリングのために上仕上げ又は研磨された、概して球形の表面とすることができる。ノズル部102はまた、バルブ114を弁座122に接触して閉位置に少なくとも部分的に保持するために、ドライバ108をノズル部102の方に引き付ける、磁石、永久磁石などのようなバイアス又は引き付け要素124を含むことができる。例えば、引き付け要素124は、コントローラ又はコンピュータに結合することができ、ドライバ108をノズル部102の方に選択的に引き付ける。他の実施形態において、ドライバ108の始動は、引き付け要素124の引力を克服することができる。以下で詳細に説明されるように、バルブ114はまた、噴射器100内の他のバイアス構成要素及び/又は燃料圧で閉位置に保持することができる。
ドライバ108が力発生器106からの励起に応答して噴射器100を通して長手方向に動くことを可能にするために、ドライバ108は、噴射器100のドライバ・キャビティ118の中に位置決めされる。そのうえ、操作部材112は、ドライバ108を長手方向に通して延びる操作部材・キャビティ又は開口部120の中に位置決めされる。開口部120は、これにより、ドライバ108が止め部116に接触するまで、ドライバ108が噴射器100の中で操作部材112に関して長手方向に動くことを可能にする。例証される実施形態において、ドライバ108はまた、その中で長手方向に延び、且つ開口部120から半径方向に離間された、燃料キャビティ126を含む。燃料キャビティ126は、ベース部104の燃料通路又はチャネル128に流体的に結合される。燃料チャネル128はまた、燃料導管136に結合され、これは次に、加圧燃料源のような燃料源に結合される。特定の実施形態において、燃料導管136は、噴射器100の本体に入る前の燃料をフィルタする又は他の方法で調整するように構成される燃料フィルタ142を含むことができる。
例証される実施形態において、ベース部104はまた、燃料チャネル128の中に位置決めされるバイアス部材130(例えば、コイル状にされた圧縮ばねのようなばね)を含む。バイアス部材130は、ドライバ108の第1のバイアス面132、並びに、燃料チャネル128の第2のバイアス面134に接触する。このように、バイアス部材130は、操作部材112及び対応するフローバルブ114を閉位置に保持するために、ドライバ108をノズル部102の方に付勢する。
力発生器のハウジング109は、ベース部104で第1のエンドキャップ137に、及びノズル部102で第2のエンドキャップ138に結合される。ハウジング109は、燃料が噴射器100から逃げ出すのを防ぐために、第1のエンドキャップ137及び第2のエンドキャップ138の各々に取り付ける(例えば、はんだ付け、ろう付け、溶接、構造接着剤シーリング(structurally adhesive sealing)などを介して密閉する)ことができる。Oリングのようなシール140はまた、ハウジング109と第1のエンドキャップ137及び第2のエンドキャップ138との間の流体密封接続を維持するのに用いることができる。
例証される実施形態の別の態様によれば、ベース部104のドライバ108の端部144は、概して円錐形又は円錐台形の形状を有する。より詳細には、ドライバ108の端部144は、概して円錐形又は円錐台形の形状を有する外端面146を有する。ドライバ108の外端面146は、適合する輪郭又は形状を有する第1のエンドキャップ137の対応する接触面148から離間される。フローバルブ114が弁座122に接触して閉位置にあり、且つドライバ108が弛緩された又は非始動状態にあるとき、外端面146は、エンドキャップ137の接触面148から第1の距離D1だけ離間される。加えて、この位置で、ドライバ108の接触面113は、操作部材112上の止め部116から第2の距離D2だけ離間される。第2の距離D2は、したがって、ドライバ108が操作部材112の止め部116に突き当たる前にモーメントを得ることを可能にする。例えば、第1の距離D1は、ドライバ108が操作部材112を介して フローバルブ114を動かしてフローバルブ114を開くために移動する総距離である。より詳細には、第1の距離D1は、第2の距離D2プラス燃焼室の中に燃料を噴射するのに十分なだけ弁座122から離間されるようにフローバルブ114が動く距離に少なくともほぼ等しい。一実施形態において、第2の距離D2は、第1の距離D1のおよそ10%から40%までの間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、第2の距離D2は、第1の距離D1の10%未満又は40%を上回ることができる。さらに他の実施形態において、第2の距離D2は、弁が閉位置にあるときにドライバ108が操作部材止め部116と接触するように噴射器100から無くすことができる。
作動時には、燃料導管136が、燃料フィルタ142を通して噴射器100のベース部104の中に燃料を導入する。燃料が噴射器100を通して流れる際に、コントローラは、力発生器106に正確に動力を与えてドライバ108を始動することができ、これが次に、操作部材112を動かしてフローバルブ114を弁座122から持ち上げて外す(すなわち、フローバルブ114を内向きに動かす)。始動されたドライバ108は、したがって、バイアス部材130及び/又は引き付け要素124のバイアス力を克服して、ノズル部102から離れる方に動くことができる。そのうえ、例証される実施形態は、止め部116に当たってバルブ114を動かす前にドライバ108が第2の距離D2を動く間にかなりのモーメント及び関連する運動エネルギーを得られるようにすることによって、比較的高い圧力差でのフローバルブ114の作動を可能にする。従って、ドライバ108は、フローバルブ114を動かすためにかなりの圧力勾配を克服することができる。第2の距離D2が無くされる実施形態において、ドライバ108は、力発生器106における電流の流れに応答して操作部材112を直接に又は即座に動かすことができる。
コントローラに応答しての力発生器106における電流の中断は、燃料の流れと結果として生じる圧力、バイアス部材130、及び/又は引き付け要素124がドライバ108を通常閉位置に付勢する又は強制することを可能にし、これが次に、フローバルブ114が通常閉位置に戻ることを可能にする。例えば、ドライバ108の遠位端部は、フローバルブ114と接触する又は他の方法で弁座122上の閉位置に動かすことができる。その後の力発生器106への電流の印加は、ドライバ108を動かして操作部材112に接触させ、且つ燃焼室の中に燃料を噴射するために再びバルブ114を弁座122から動かす又は持ち上げて外すことができる。
燃料からの粒子及びごみをフィルタリングすることに加えて、ベース部104におけるフィルタ142はまた、あらゆる単原子の又はイオンの水素が、バイアス部材130を収容する燃料チャネル128の中を含む噴射器100の中にさらに通るのを防ぐための、触媒処理装置として機能することができる。この目的は、酸性の環境での溶接作業中及び金属めっき作業中に直面する場合があるように、合金鋼が、こうした合金の劣化及び脆化を引き起こす単原子の水素及びイオンの水素に曝されるにもかかわらず、二原子の水素(H2)によって脆化されることにならないことを見出すことによって支持される。したがって、フィルタ142は、水素脆化によるバイアス部材130の不利な劣化を防ぐことができる。以下の式F1及びF2は、フィルタ142の触媒作用による水素イオン及び原子状水素の除去を要約するものである。
2H++2e-→H2 式F1
2H→H2 式F2
2H++2e-→H2 式F1
2H→H2 式F2
式F1のプロセスにおいて、電子は、金属製の燃料導管136を介して噴射器100を電子源に接地することによって供給される。電子はまた、式F1のプロセスを達成するために力発生器106の一方の端を導電ハウジング109に接地することによって供給されてもよい。単原子の水素からの二原子の水素の核生成は、例えば、アルミニウム及び/又はアルミニウム−ケイ素合金のような基体の表面を含むファイバ及び/又は粒子としてフィルタ142の中に組み入れられてもよい酸化亜鉛、酸化スズ、クロミア(chromia)、アルミナ、及びシリカのような酸化物を含む種々の薬剤及び化合物によって保証することができる。アルミニウム、マグネシウム、又は亜鉛のような金属及び/又は合金で作製される、こうしたファイバ、粒子、及び/又は他の適切な形態はまた、フィルタ142の中で触媒として働くことができる。同様に、式F1及びF2によって要約されるように触媒処理を提供するために、種々の基体上のこれらの金属の化学気相成長堆積及び/又はスパッタ堆積され、その後部分酸化されたものを、フィルタ142の中に位置決めすることができる。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号で説明されるように、水蒸気を含有する「含酸素」燃料のような酸化ポテンシャルを提供する燃料は、こうした金属酸化物の自己回復を可能にする。バイアス部材130に対してピアノ線、ばね鋼、析出硬化(precipitation−hardened)(PH)鋼、又はクロム−ケイ素合金鋼のような高強度合金材料が選択される実施形態では、付加的な保護がまた、アルミニウムのような保護金属でバイアス部材130をめっきすることによって提供されてもよい。例えば、バイアス部材130は、例えば、溶融めっき法、電解めっき法、化学蒸着法、及び/又はスパッタリング法を含む任意の適切なめっき法でめっきすることができる。
例証される実施形態の噴射器100はまた、嫌気性消化、熱解離、又は天然ガス源からのメタン、並びに選ばれた炭化水素の電気分解、熱分解、又は改質(reformation)によって生産される水素の混合物として生産される、水素で特徴付けられる燃料を含む、超高圧燃料を分与することができる。10,000psiの水素、メタン、アンモニア、又は他の水素で特徴付けられる混合物のようなこうした加圧された燃料は、噴射器100に供給することができ、所望の燃料バーストを達成するために噴射器100によって正確に計量される。
例証される実施形態の別の特徴によれば、ドライバ108は、噴射器100の中の比較的長い構成要素として割り当てられる(proportioned)。より詳細には、ドライバ108の長手方向の長さ及び対応する力発生器106の長手方向の長さは、ドライバ108の直径よりも数倍大きい場合がある。これは、噴射器100を通して流れる燃料によるこれらの構成要素の冷却を可能にし、又はそうでなければ容易にすることができる。より詳細には、噴射器100を通して流れる燃料は、ドライバ108及び/又は力発生器106を冷却することができる。例えば、燃料が、噴射器100に沿って長手方向に延びる燃料チャネル又は通路113に沿って、並びに燃料ボア又はキャビティ126の中のドライバ108を通して、及び/又はドライバ108を概して取り囲むドライバ・キャビティ118の第2の燃料ボア又は通路150の中のドライバ108の周りに流れるのに伴って、燃料は、ドライバ108から熱を吸収することができる。これは、エンジンのバルブカバーの周りの及び/又は下の環境の温度が、力発生器106の中のマグネットワイヤを絶縁するポリマー化合物の作動限界に一般に近づくので、噴射器の外側周囲部への熱を排出する機会を事実上なくす現代のオーバーヘッド・バルブ・エンジンの多くの用途に有利である。
図2は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器200の部分側断面図である。噴射器200は、図1Bで例証される噴射器100及び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。例えば、図2で例証される噴射器200は、燃料導管136と、力発生器106と、ドライバ108と、対応する操作部材112及び関連するフローバルブ114とを含む。例証される噴射器200はまた、ドライバ108を通常閉位置に引き付ける又は強制するためにバイアス又は引き付け要素212(例えば、リング磁石又は永久リング磁石)を含む。バルブ114はまた、バルブ114での気泡のないシーリングが望まれる用途に対して及び沈殿するか又は他の方法で固体粒子を生じる可能性がある燃料を使用するときに、リング状エラストマー・シール又はOリングのようなシール218を含むことができる。
例証される実施形態において、噴射器200は、燃料がこれらの構成要素の表面と接触し、且つ冷却する又は他の方法でこれらの構成要素から燃料に熱を伝達することを可能にする、噴射器200の種々の構成要素を通して燃料を導く幾つかの付加的な燃料流路又はチャネルをさらに含む。より詳細には、例証される実施形態において力発生器106(複数のソレノイド巻線を含んでもよい)を冷却するために、噴射器200は、燃料導管136と力発生器106における入側分配器204(例えば、環状又はリング状分配器)との間に結合される第1の燃料冷却通路202を含む。入側分配器204は、複数の入側ベント206を通して力発生器106の周りのハウジング109の中に燃料を分散させる。噴射器200はまた、燃料が力発生器106を出て出側分配器又は収集器210(例えば、環状又はリング状分配器)に集まることを可能にする、複数の出側ベント208を含む。第2の燃料冷却通路212は、出側分配器210から燃料チャネル214に延びる。バルブ114が開く際に、燃料は、燃料チャネル214から燃料出口通路103を通過することによって噴射器200を出ることができる。
例証される実施形態の別の特徴によれば、噴射器200はまた、燃料が力発生器106とドライバ108との間を通ることを可能にするために、半径方向外向きに延びる付加的な燃料通路216を含む。例えば、これらの燃料通路216は、ドライバ・キャビティ118の燃料ボア150を、力発生器106を包囲するハウジング109と流体的に結合する。従って、作動中に、燃料はまた、例えば力発生器106及びドライバ108のような噴射器200の構成要素から熱を伝達するために、半径方向外向きに及び/又は半径方向内向きに通過することができる。
4ストローク・エンジン用途のような特定の実施形態において、燃料噴射が起こる間の期間は、典型的には、全サイクル(例えば、720°)のうちの約30°から120°までのすべての他のクランク回転の範囲である。長手方向の燃料キャビティ126及び113(図1)は、したがって、特に、およそ30°から120°までの範囲のクランク回転の期間の間に、ドライバ108の急冷を提供することができる。従って、ドライバ108は、ソレノイド・コイル又は力発生器106からの排熱を受け取る内部ヒートシンクとして働くことができる。付加的な熱はまた、力発生器106から種々の燃料分配器及び通路204、206、208、及び216を通して循環する燃料に排出することができる。したがって、ドライバ108及びバルブ114が通常閉位置にあるときのクランク回転の690°〜720°期間の間に、力発生器106は、効率的な迅速なアクション及び長寿命を保証するために優れた排熱機能を備えることができる。
噴射器100、200の構成要素からのこうした熱伝達は、環境に失われる代わりに燃焼室に送達される燃料に有益に付加することができる。同様に、熱電、光電、振動、及び圧力圧電発電機によるエネルギー収穫は、こうしたヒートシンク機能をもつこれらの噴射器の実施形態を通過する燃料へのこうした熱伝達によって容易にされる。こうした熱伝達は、長寿命、摩擦の最小化、及び力発生器106及びドライバ108を適切に冷却する迅速な作動のために有益である。力発生器106構成要素及び関係する機能部を通して流れる燃料に熱を伝達することは、力発生器106を含む低コストのモジュラ式構成要素組立体が断熱ガラス又はポリマー内に組み入れられることを可能にする。
図3Aは、ドライバ108の等角図であり、図3Bは、図3Aの線3B−3Bに実質的に沿って見た側断面図であり、図3Cは、ドライバ108の機能部のうちの幾つかを例証する図3Aの線3C−3Cに実質的に沿って見た側断面図である。図3A〜図3Cを共に参照すると、ドライバ108は、それを通して中心に及び長手方向に延びる開口部120を備えた本体301を含む。開口部120は、図1Bの操作部材112を移動可能に受け入れるように構成される。本体301はまた、開口部120から半径方向に間隔をおいて配置された1つ又は複数の燃料キャビティ126(例えば、図3Cで例証される第1〜第6の燃料キャビティ126a〜126f)に流体的に結合される、最初の燃料チャネル128を含む。燃料キャビティ126は、燃料が本体301と接触しながらそれを通して流れることを可能にするために、ドライバ108を長手方向に通して延びる。ドライバ108は、例証される実施形態において対称に間隔をおいて配置される6つの燃料キャビティ126を含むが、他の実施形態において、ドライバは、対称な又は非対称な分布パターンで位置決めされるより多くの又はより少ない燃料キャビティ126を有することができる。本体301の外面はまた、燃料がドライバ・キャビティ118(図1B)内のドライバ108の周りに流れることを可能にするために、複数のリッジ304(図3C)を含む。
例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ドライバ108の本体301は、燃料キャビティ128のうちの1つから半径方向外向きに延びるスロット又はスリット302を含む。特定の実施形態において、スリット302は、開口部120から半径方向外向きに延びる概して直線形のスリット又はスロット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、スリット302は、概して湾曲した形状又は渦巻き形状を有することができる。スリット302は、作動中にドライバ108に渦電流が生成するのを防ぐために、ドライバ108の本体301の少なくとも一部における材料の不連続部となるように構成される。こうした渦電流はまた、ドライバ108を高い電気抵抗をもつ強磁性合金から形成することによっても防ぐことができる。
図4は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器のノズル部402の部分側断面図である。ノズル部402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。以下で詳細に説明されるように、しかしながら、ノズル部402は、燃焼室への所定の又は所望の圧力勾配に達するときに始動する又は他の方法で燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される。こうした圧力勾配は、例えば、閉位置の方に通常バイアスされるフローバルブを開くのに十分なだけのクラッキング圧として言及することができる。例証される実施形態において、例えば、ノズル部402は、フローバルブ441が閉位置にあるときに弁座422と接触する、外方に開くフローバルブ441を含む。弁441は、燃料通路426の中に延びる操作部材412(例えば、ケーブル、ロッドなど)に結合される。操作部材412は、バイアス部材430(例えば、圧縮ばね)と係合する端部又は止め部431を含む。例証される実施形態において、止め部431は、変形された端部のような操作部材412の一体の部分である。他の実施形態において、しかしながら、止め部431は、操作部材412に取り付けられる別個の部品とすることができる。バイアス部材430は、弁441を弁座422と接触する閉位置に保持するために、止め部431と接触し、操作部材412に張力をかける。
作動中に、燃料通路426の中の燃料の圧力が所定のクラッキング圧に増加する際に、弁441に対してかかる圧力が、バイアス部材430の力に打ち勝ち、これにより、フローバルブ441を開き、燃焼室の中に燃料を噴射する。ノズル部402が燃料を噴射し、燃料通路426の中の圧力が低下した後で、バイアス部材430は、操作部材412上の止め部431を介してフローバルブ441を閉位置に付勢することによって、十分な閉鎖力を提供する。特定の実施形態において、上記で説明されたフローバルブ441の始動は、ノズル部402の中の燃料の圧力を制御することによってのみ制御することができる。他の実施形態において、しかしながら、ノズル部402は、1つ又は複数の他のドライバ又は力発生器(例えば、磁石、永久磁石、電磁ソレノイド、圧電発電機など)と組み合わせて燃料圧を介してフローバルブ441の始動を制御することができる。所望のクラッキング圧は、監視される燃焼室特性及び燃料特徴に従って適応して選ぶことができる。そのうえ、フローバルブ441及び/又は操作部材412は、燃焼室におけるこれらの特性を監視するために、1つ又は複数の光ファイバ又は他の監視構成要素を収容することができる。
例証される実施形態の別の特徴によれば、ノズル部402は、フローバルブ441に隣接する電極408を含む。従って、電極408とフローバルブ441は、ノズル部402が燃焼室の中に噴射する燃料を燃焼させるために、点火イベントを生じるように構成される。特定の実施形態において、電極408及び/又はフローバルブ441は、燃焼室に入る燃料の燃焼に必要とされる点火イベントのエネルギー(例えば、火花又はプラズマエネルギー)を減少させ又はなくすために、燃焼開始触媒として働く材料で被覆する又はそうでなければ該材料から形成することができる。こうしたコーティングにさらに代わるのは、本出願と同時に出願され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、複数のドライバ及び/又はイオン化制御を備える燃焼室における燃料給気の形状設定(代理人整理番号69545−8034US)と題する米国特許出願で開示するように、噴射される燃料のイオン化を制御することである。
図5A及び図5Bは、本開示のさらなる実施形態に従って構成される弁及びノズル組立体の略図である。より詳細には、図5Aは、油圧により始動される弁組立体501を例証する油圧回路500aの略図である。例証される実施形態において、弁組立体501は、油圧操作部材506及びノズル端又は先端504の各々に結合される弁502を含む。操作部材506は、したがって、燃料が弁502を通って流れてノズル先端部504を出て燃焼室に入ることを可能にするために、弁502を油圧により動かす、始動する、又は他の方法で開くことができる。図5Bは、弁502を電気により又は電磁気により始動するための電気回路500bの略図である。例証される実施形態において、弁組立体501はまた、電気又は電磁操作部材506及びノズル504の各々に結合される弁502を含む。操作部材506は、したがって弁502を電気的に始動して開くか又は他の方法で弁502を動かして燃料がノズル先端部504を通して燃焼室の中に流れるようにすることができる、電磁ソレノイド又は圧電により作動される組立体を含むことができる。図5Bで例証される実施形態のさらなる特徴によれば、ノズル先端部504は、導電性材料で作製することができ、且つまた、対応する接地された点火機能部508と共に点火イベントを発生させるために、高電圧源のようなエネルギー源に結合することができる。従って、点火イベントを発生させるために、ノズル先端部504に火花電圧を送達することができる。
図6Aは、図5A及び図5Bの概略的回路で例証される機能部、並びに本明細書で開示される他の組み合わされた噴射器及び点火器の機能部のうちの幾つかを含むことができる、本開示の別の実施形態に従って構成される、噴射器600の側断面図であり、図6Bは、噴射器600の部分分解側断面図である。図6A及び図6Bを共に参照すると、噴射器600は、ノズル端部604とは反対側のベース部602を含む。ベース部602は、操作部材本体607の操作部材・キャビティ609の中に位置決めされたプランジャ又はドライバ610を含む操作部材組立体606を支える。操作部材組立体606は、操作部材・キャビティ609(図6A)の中のドライバ610及び対応するフローバルブ614を取り囲む力発生器608をさらに含む。力発生器608は、継手616を介してエネルギー源に結合することができるソレノイド(例えば、電磁式又は圧電式)又は他の適切な巻線とすることができる。バイアス部材612は、ドライバ610及び対応するフローバルブ614をノズル部604の方の通常閉位置に付勢する。力発生器608は、したがって、バイアス部材612を少なくとも部分的に圧縮し、且つフローバルブ614を開位置に動かして燃料が燃料通路615を通して流れることを可能にするために、ノズル部604から遠ざかる方へのドライバ610の移動を誘起することができる。
ベース部602はまた、操作部材・キャビティ609の中に燃料を導入する導入燃料通路619(図6A)をその中に有する、延長部617を含む。圧力継手603は、噴射器600の中に流れる燃料の圧力をさらに調整するために延長部617に取り付けることができる。
例証される実施形態において、噴射器600は、噴射器600の種々の構成要素を取り囲む第1の絶縁体618と第2の絶縁体620とを含む。より詳細には、ドライバ610は、第1の絶縁体618の中に少なくとも部分的に位置決めされる(例えば、モールドされる)。第1の絶縁体618及び/又は第2の絶縁体620は、例えば、ガラス、ガラス−セラミック、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデン(THV)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(polyetheretherkeytone)(PEEK)、又はポリエーテルイミド(PEI)絶縁体を含む任意の適切な絶縁材から作製することができる。またさらなる実施形態において、これらの絶縁体は、燃焼室から放出される放射を受ける及び/又は分析する組み込まれる光学方式の(photo−optical)計装を収容するために、透明な絶縁本体とすることができる。そのうえ、これらの絶縁体、並びに本明細書で開示される噴射器の他の絶縁構成要素は、本出願と同時に出願され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、セラミック絶縁体並びにその使用及び製造方法(代理人整理番号69545−8036US)と題する米国特許出願で開示されるプロセスからの材料を含むことができ、及び/又は該材料から形成することができる。
図6Cは、第1の絶縁体618の幾つかの機能部を例証する側断面図である。図6Cを参照すると、第1の絶縁体618は、ノズル又は第2の端部653とは反対側のベース又は第1の端部651を含む。第1の端部651は、ドライバ610(図6A)を受け入れるように構成される概して円錐形の端部652を有する操作部材・キャビティ650を含む。第1の絶縁体618はまた、弁614が閉位置にあるときに燃料の流れを遮るために弁614(図6A)と接触するように構成される弁座654を含む。燃料チャネル656は、操作部材・キャビティ650から第2の端部653まで第1の絶縁体618を通して長手方向に延びる。同じく以下で詳細に解説されるように、第2の端部653は、噴射器600の導電ノズル先端部に結合されるように構成される。
例証される実施形態の別の特徴によれば、第1の絶縁体618の外面は、第1の端部651の周りに周方向に延びる複数のリブ658を含む。そのうえ、第2の端部653の外面は、概して平滑又は平坦であり、概して円錐形又は円錐台形の形状を有して延びる。以下で詳細に説明されるように、第1の絶縁体618の第2の端部653は、第2の絶縁体620の対応するキャビティの中に嵌合し又は他の方法で適合するように構成される。そのうえ、変圧器コイルのような導電コイル623(図6A及び図6B)を、第1の絶縁体618の第2の端部653の外面の周りに巻くことができ、これにより、組み立てられた状態で第1の絶縁体618と第2の絶縁体620との間に位置決めすることができる。
図6Dは、第2の絶縁体620の側断面図である。第2の絶縁体620は、ノズル又は第2の端部663とは反対側のベース又は第1の端部661を含む。第1の端部661は、第2の端部663の方に細くテーパする概して円錐形の形状を有する第1のキャビティ部660を含む(例えば、第1のキャビティ部660の断面寸法は第2の端部663の方に小さくなっていく)。第1のキャビティ部660は、第1の絶縁体618のテーパした第2の端部653を受け入れるように構成される。第2の絶縁体620の第2の端部663は、第1のキャビティ部660とは反対側の、及び第1のキャビティ部660から延びる、第2のキャビティ部662を含む。第2のキャビティ部662もまた概して円錐形の形状を有するが、第2のキャビティ部660は、ベース部661の方に細くテーパする(例えば、第2のキャビティ662の断面寸法は第2の端部663の方に小さくなっていき、これにより第1のキャビティ部660の反対方向にテーパする)。第2のキャビティ部662は、以下で詳細に説明されるように噴射器600の導電噴射先端部を少なくとも部分的に取り囲むように構成される。
例証される実施形態の別の特徴によれば、第2の絶縁体620の第1の端部661の外面は、第1の端部661の周りに周方向に延びる複数のリブ664を含む。これらのリブ664は、第1の絶縁体618(図6C)のリブ658と適合する又は他の方法で概して位置合わせされるように構成される。
図6A及び図6Bを再び参照すると、噴射器600は、導電噴射端部又はノズル噴射先端部621を含む。噴射先端部621は、第1の絶縁体618及び/又は第2の絶縁体620によって支えられ、且つ燃焼室境界面に位置決めされるように構成される、金属部材とすることができる。以下で詳細に説明されるように、噴射先端部621は、単独で、又は噴射器600の他の燃料計量構成要素と組み合わせて、選択的に燃料を噴射するように構成される。そのうえ、噴射先端部621は、高電圧源のようなエネルギー源に結合される。より詳細には、噴射器600は、第1の絶縁体618と第2の絶縁体620との間の境界面の周りに周方向に延びる導電バンド625(例えば、金属バンド)を含む。導電バンド625は、図6E及び図6Fを参照して以下で説明されるように導体又はスパーク・リードを介して電圧源に結合することができる。例えば、図6Eは、平面図であり、図6Fは、スパーク・リード又は電圧リード632に結合される導電バンド625を含む導電クランプ組立体630の側面図である。クランプ組立体630はまた、噴射器600上の導電バンド625の取り付け及び除去を容易にするために、取り外し可能な係止部材634を含む。クランプ組立体630は、したがって、導電バンド625及び電圧リード632を図6A及び図6Bの噴射器600に取り外し可能に結合することができる。より詳細には、図6A、図6B、図6E、及び図6Fを共に参照すると、導電バンド625を介して電圧リード632を渦巻き状に巻かれた導体623に導電的に結合するために、クランプ組立体630を、第1の絶縁体618と第2の絶縁体620との間の境界面で噴射器600の中間部に取り付けることができる。
従って、導電バンド625は、導体623を介して噴射先端部621に結合され、これは、第1の絶縁体618の第2の端部653に沿って噴射先端部621に延びるアルミニウム又は銅線とすることができる。例証される実施形態において、例えば、導体623は、第1の絶縁体618の第2の端部653の周りに渦巻き状に巻かれ、且つ第1の絶縁体618と第2の絶縁体620との間に位置決めされる。したがって、適切な高電圧源から噴射先端部621に火花電圧を送達することができる。
図6A及び図6Bを再び参照すると、ノズル部604は、第2の絶縁体620に結合される燃焼室部材又はシール622をさらに含む。燃焼室シール622は、エンジンヘッドのポートを多数のねじ山624とねじ式に係合するように構成される金属部材とすることができる。シール622はまた、対応する点火電極又は機能部626(第1の点火機能部626a及び第2の点火機能部626bとして個々に識別される)を支える。例証される実施形態において2つのみの点火機能部626が示されるが、他の実施形態において、シール622は、任意の特定の用途に望まれる火花侵食寿命を提供するのに適した複数の点火機能部を支えることができる。特定の実施形態において、点火機能部626は、始動時に抵抗加熱による点火、触媒による点火、及び/又は火花点火を提供するが、その後、作動サイクルの全体を通して非常に低い電気エネルギー消費又は消費なしで点火を提供するのに十分なだけ熱いままである、カンタル合金のような材料から作製することができる。燃焼プロセスからの熱を取り入れることによる点火のためのこの形態の熱の収穫は、エンジン−サイクル(55〜75%の損失)、オルタネータ(10〜30%の損失)、バッテリ(10〜40%の損失)、並びに点火回路及びコイル(10〜40%の損失)に寄与することがある損失のような損失を回避することによって全体的作動効率も改善しながら、システムの重量、費用、及び故障傾向を最小にする目的のために有利となる可能性がある。
本開示の或る実施形態において、燃焼室の中に燃料を選択的に送達するためにフローバルブを開くのに必要とされるクラッキング圧は、本明細書で開示される力発生器、ドライバ、操作部材、フローバルブなどの種々の構成によって制御することができる。図6A及び図6Bで例証される実施形態において、しかしながら、噴射先端部621はまた、意図せぬ時点で燃焼室の中に燃料を噴射するのを防ぐ一助とすることもできる幾つかの燃料計量機能部を含む。例えば、図6Gは、噴射器600のノズル部604の部分側断面図である。図6Gに示すように、噴射先端部621は、第1の絶縁体618と第2の絶縁体620(図6Gには図示せず)との間でシールされ、且つ電圧源に結合される、リード線又は導体623に結合される。
図6Gに示すように、噴射先端部621は、それを通して部分的に長手方向に延びる燃料キャビティ670を含む。燃料キャビティ670は、噴射先端部621の中に燃料を導入するために、第1の絶縁体618の燃料チャネル656に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、燃料キャビティ670は、噴射先端部621の遠位端部671で噴射先端部621を出ない(例えば、燃料キャビティ670は、噴射先端部621を通して部分的に延びる止り穴とすることができる)。むしろ、噴射先端部は、燃料キャビティ670に結合される複数の燃料出口又は送達通路672を含む。例証される実施形態において、個々の燃料送達通路672は、噴射先端部621の縦軸に関して或る傾斜角で燃料キャビティ670から延びる。噴射先端部621は、所定のクラッキング圧のような所定の圧力の下で燃料送達通路672の各々をシールする変形可能な又はエラストマーのスリーブ674のようなスリーブ674でさらに少なくとも部分的に覆われる。スリーブ674は、第1の絶縁体618によって軸方向の変位に対して固定され、第2の絶縁体620(図6A)内の直径のスペースに閉じ込められる。所定の圧力に達したときに、エラストマー・スリーブ674は、燃料が燃料送達通路672を介して噴射先端部621の燃料キャビティ670から出ることを可能にするために、変形し又は膨張することができる。したがって、エラストマー・スリーブ674は、噴射器600の中の燃料の圧力によって制御することができる付加的な燃料計量機能部を提供し、これにより、意図された燃焼イベントの間で燃焼室の中に燃料が不注意で入るのを防ぐ。
スリーブ674は、以下の表1に示すように幾つかの異なる適切なポリマーから作製することができる。例えば、スリーブ674は、スリーブ674の内側に緊密に沿って通過する燃料をこれが冷却し、且つ長寿命エラストマー材料として存続可能であるので、普及しているエラストマーを含む多くの適切なポリマーから作製されてもよい。スリーブ674の極めて長寿命且つ堅牢な耐熱の実施形態は、Viton、フッ化ケイ素、PEN、アラミド及び/又はKaptonのよりエラストマー性のフィルム管の上にPBO又はKaptonファイバの中空の管を編み組みする(weaving)ことによって作製することができる。組立体を反射アルミニウム又はクロムの1つ又は複数の薄層でコーティングすることによって付加的な保護が提供されてもよい。
PBO =ポリベンゾオキサゾール(Polybenzolxazole)
Kapton=ポリ(4,4’−オキシジフェニレン−ピロメリットイミド)
アラミド =ポリ−メタフェニレンイソフタルアミド(MPIA)
PEN =ポリエチレンナフタレート
Kapton=ポリ(4,4’−オキシジフェニレン−ピロメリットイミド)
アラミド =ポリ−メタフェニレンイソフタルアミド(MPIA)
PEN =ポリエチレンナフタレート
図7Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器700の側断面図である。図7Aで例証される噴射器700は、本明細書で並びに参照により本明細書に組み込まれる特許及び特許出願で説明される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。従って、上記で説明されている噴射器700の幾つかの機能部は、図7Aを参照して説明されない場合がある。例証される実施形態において、噴射器700は、第2の又はノズル部702とは反対側の第1の又はベース部704を含む。ベース部702は、最初の燃料チャンバ又はチャネル708の中に燃料を導入するために、加圧燃料源のような燃料源に結合されるように構成される圧力取付具706を含む。燃料は、最初の燃料チャネル708からベース部702を通して、噴射器700を通してノズル部704まで長手方向に延びる燃料通路710に移行する。外方に開くフローバルブ712は、燃料通路710からノズル部704の外への燃料の流れを計量する又は他の方法で制御するためにノズル部704に位置決めされる。例えば、フローバルブ712は、燃料の流れを阻止する又は閉鎖するために弁座に接触してとどまることができ、フローバルブ712は、燃焼室の中に燃料を噴射するために弁座から遠ざかる方に動くことができる。ケーブル組立体又は操作部材714は、フローバルブ712を動かすためにフローバルブ712に作動可能に結合される。操作部材714は、上記で詳細に説明されるように1つ又は複数の光学監視機能部を収容することができる、硬くされたロッド又は類似のデバイスとすることができる。操作部材714はまた、噴射器700を制御するためのコンピュータ又は他の処理装置に結合することができる。
例証される実施形態において、伝達要素又は止め部716は、噴射器700のベース部702で操作部材714に取り付けられる又は他の方法で結合される。止め部716は、ドライバ718が操作部材714を動かしてフローバルブ712を開く又は閉じることができるように、プランジャ又はドライバ718と接触するように構成される。ドライバ718は、強磁性材料で作製することができ、操作部材714を動かすために機械的に、電気機械的に、及び/又は磁気的に始動されるように構成される。より詳細には、ドライバ718は、ベース部702のドライバ・キャビティ720の中に位置決めされる。ドライバ718の第1の接触面は、電磁磁極片726から第1の距離D1だけ離間され、ドライバ718の第2の接触面は、止め部716から第1の距離D1よりも小さい第2の距離D2だけ離間される。
ソレノイド巻線のような力発生器728が、ドライバ・キャビティ720の中のドライバ718を取り囲む。そのうえ、ドライバ718はまた、ドライバ・キャビティ720の中の第1のバイアス部材722、第2のバイアス部材724、及び電磁磁極片726の近傍に位置決めされる。第1のバイアス部材722は、操作部材714の周りに同軸方向に位置決めされ、且つ止め部716及び磁極片726と接触する、圧縮ばねとすることができる。従って、第1のバイアス部材722は、操作部材714に張力をかけてフローバルブ712を通常閉位置に保持するために、止め部716を磁極片726から遠ざかる方に(例えば、ベース部の方に)付勢する。第2のバイアス部材724は、ドライバ718と磁極片726との間に位置決めされる。例証される実施形態において、第2のバイアス部材724は、円板ばねであり、磁極片726は、ドライバ718を引き付ける電磁極とすることができる。第2のバイアス部材724は、非磁性合金のような非磁性材料から作製することができる。従って、第2のバイアス部材724は、ドライバ718を磁極片726から遠ざかる方に付勢するために、圧縮ばねとして作用することができる。第2のバイアス部材724はまた、ドライバ718が磁極片726に付着するのを防ぐのに十分な非磁性ギャップを、ドライバ718と磁極片726との間に提供する。例証される実施形態において、ベース部702は、ドライバ718をベース部702の方に引き付ける磁石のような第3のバイアス部材又は引き付け要素730をさらに含む。
作動時には、電流又は他のエネルギーを力発生器728に与えることで、フローバルブ712を開く。より詳細には、電流を力発生器728に与えることで、ドライバ718を磁極片726の方に強制する。ドライバ718が伝達要素又は止め部716の方に第2の距離D2だけ動く際に、ドライバ718は、止め部716に突き当 たる又は接触する前 に、モーメント及び関連する運動エネルギーを得る。止め部716を磁極片726の方に第1の距離D1だけ動かすことで、操作部材714の張力が解除されてフローバルブ712が開くようになる。ドライバ718が磁極片726の方に動く際に、ドライバ718は、第1のバイアス部材722及び第2のバイアス部材724を圧縮する。従って、第1のバイアス部材722、第2のバイアス部材724、及び引き付け要素730は、ドライバ718をベース部702の方に付勢して、止め部716が操作部材714に張力をかけて、フローバルブ712を閉じられるようにすることができる。そのうえ、ドライバ718が磁極片726の方に拍動されるときに、ドライバ718を拍動する又は他の方法で始動するために選ばれた「保持」周波数に従って、力発生器728にエネルギーを印加して、拍動する電流を生じることができる。
図7Bは、図7Aの噴射器700のノズル部704の弁組立体の拡大部分側断面図であり、図7Cは、弁組立体742のバルブガイド740の側面図である。図7B及び図7Cを共に参照すると、ノズル部704は、その中で長手方向に延びる燃料通路又はチャネル746を有する絶縁体748を含む。絶縁体748はまた、弁712が閉位置にあるときに弁712と接触する弁座746を含む。特定の実施形態において、フローバルブ712は、任意の適切な材料で作製することができ、精密に研磨された金属表面を有する表面特徴又はViton、THV、フッ化ケイ素、又は別の適切なエラストマーで作製されるインサートを含むことができる。弁組立体742はまた、ノズル部704の燃料通路746を通して同軸方向に延びる管状の弁支持部744を含む。管状の弁支持部744はまた、操作部材714の端部と同軸方向に位置合わせされ、結合される。管状の弁支持部744は、弁712をさらに支え、したがって弁712を操作部材714と結合する。弁712が弁座746の方に及び弁座746から遠ざかる方に迅速に動く際に、バルブガイド740内で弁712を自由に往復させ及び支持するために、管状の弁支持部744は、バルブガイド740を通して長手方向に動く。
例証される実施形態において、バルブガイド740は、ノズル部704における燃料通路746の内径に対応する1つ又は複数の渦巻き直径を形成する渦巻き状に巻かれるワイヤである。例証される実施形態において、例えば、バルブガイド740は、管状の弁支持部744の外径に対応する第1の直径D1を有する第1の部分750と、燃料通路746 の第1の部分760に対応する第1の直径D1よりも大きい第2の直径D2を有する第2の部分752と、第1の直径D1よりも大きく、第2の直径D2よりも小さく、且つ燃料通路746の第2の部分762に対応する第3の直径D3を有する第3の部分754とを有す る。バルブガイド740の第1の直径D1を有する部分は、バルブガイド740の別個の セグメントとすることができ、又はバルブガイド740の第2の直径D2及び/又は第3 の直径D3を有する他の部分から他の方法で離間することができる。従って、バルブガイ ド740の第1の直径D1をもつ第1の部分は、管状の支持部746を支持し、バルブガ イド740の第2の直径D2をもつ第2の部分は、バルブガイド740を保持し、及び/ 又はバルブガイド740がノズル部702の外に長手方向に動くのを防ぎ、バルブガイド740の第3の直径D3をもつ第3の部分は、バルブガイド740を燃料通路746の中 に配置する。作動時には、フローバルブ712の迅速な始動中に管状の弁支持部744が動く際に、バルブガイド740は、管状の弁支持部744を支持し且つ振動抑制する(dampens)。
本開示のさらなる実施形態において、噴射器700は、他の噴射器構成要素を支持するための2つ又はそれ以上の異なる直径を形成する類似の渦巻き状に巻かれるサポート・ガイドを含むことができる。例えば、類似の渦巻き状に巻かれるサポート・ガイドは、図7Aの操作部材714を支持し、位置合わせし、及び/又は振動抑制することができる。現代のディーゼルエンジンでは、例えば、特に大型の定置機関に対して、ドライバ718とエンジンヘッドとの間の操作部材714の距離は、およそ30.5〜61センチメートル 以上であってもよい。
図7Dは、操作部材が燃焼室のデータ(例えば、圧力、温度など)を提供するためにコンピュータ又はプロセッサに連結する1つ又は複数の光ファイバを含む実施形態における操作部材の機能部を例証する、図7Aの線7D−7Dに実質的に沿って見た操作部材714の側断面図である。図7Dで例証される実施形態に示すように、操作部材714は、フローバルブ712の導電部(図7A〜図7C)に点火電圧を送達するために、導電ワイヤ又はファイバ772の層によって取り囲まれてもよい光ファイバ770のコアで構成することができる。光ファイバ770は、燃焼室特性を伝えるために、以下の材料、すなわち、サファイア、石英、フッ化アルミニウム、及び/又はZABLANのうちの少なくともいずれかから作製することができる。特定の実施形態において、個々のファイバは、少なくともおよそ5μm以下の断面寸法(例えば直径)を有することができる。そのうえ、操作部材714によって流れる燃料による冷却は、これらのファイバが環境に対して本質的に不活性なままであることを可能にする。単なる例として、サファイアは、遠紫外線から中赤外線までの範囲においておよそ150nmから6000nmまでの高い内部透過率を有する。燃料の通過に由来する冷却は光ファイバの過度の加熱を防ぐが、サファイアは、それにもかかわらず、およそ摂氏1600〜1700度までその構造的一体性を維持し、およそ摂氏2000度よりも上で溶融する。操作部材714はまた、内側層を取り囲むために、Kevlar又は他の高強度ファイバのようなポリイミドで作製される編組高強度ファイバの別の層を含むことができる。操作部材714は、例えばTHV管のPTFEのような適切な減摩材料で作製することができる、減摩外側シース774をさらに含むことができる。
図8A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800の側断面図である。図8Aで例証される実施形態は、上記で説明された燃料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800は、ノズル部804とは反対側のベース部802を含む。ベース部802において、噴射器800は、プランジャ又はドライバ818を始動させる又は動かすように構成される力発生器828(例えば、ソレノイド巻線、圧電など)を含む。ドライバ818は、力発生器828を通して流れる電流に応答して動く強磁性又は強誘電性の構成要素818とすることができる。ベース部802は、電磁磁極片826、並びにドライバ818をベース部802の方に閉鎖位置又は停止位置に引き付ける磁石又は永久磁石のようなバイアス部材又は引き付け要素830をさらに含む。磁極片826は、噴射器800を長手方向に通して延びる燃料通路810と位置合わせされる燃料ボア又はキャビティ870を含む。操作部材814は、燃料キャビティ870及び燃料通路810を通して延び、ノズル部804で外方に開くフローバルブ812に結合される。
例証される実施形態において、ベース部802において、操作部材814は、操作部材又は動き止め部816に結合される。操作部材814はまた、弁テンショナ又は伝達要素880に結合される(例えば、操作部材814は、伝達要素880に取り付けることができ、又は伝達要素880の中心開口部を通して移動可能に受け入れられる)。伝達要素880は、操作部材814に張力をかけてフローバルブ812を閉位置に保持するために動き止め部816と接触するように構成される。より詳細には、伝達要素880は、ドライバ818と磁極片826との間に及びその各々から離間して位置決めされる。止め部816は、ドライバ818と伝達要素880との間に位置決めされる。バイアス部材822(例えば、コイル又は圧縮ばね)が、伝達要素880を動き止め部816に接触してベース部802の方に及びノズル部804から遠ざかる方に付勢する。従って、バイアス部材822は、伝達要素880と接触して、操作部材814に張力をかけて弁812を閉位置に保持する。
フローバルブ812が通常閉位置にあり、且つバイアス部材822が伝達要素880を動き止め部816に対して付勢するときに、伝達要素880は、ドライバ818からギャップによって離間され、伝達要素880はまた、磁極片826からギャップによって離間される。従って、バイアス部材822は、伝達要素880を動き止め部816に対して押すことによって操作部材814を予めロードする。作動中にフローバルブ812を開くために、力発生器828に電流が印加されて、ドライバ818を伝達要素880の方に動かす。ドライバ818は伝達要素880から最初に離間されるので、ドライバ818は、伝達要素880と接触する前にモーメント及び関連する運動エネルギーを得ることができる。ドライバ818が伝達要素880と接触する際に、ドライバ818は、伝達要素880をノズル部804の方に動かして、バイアス部材822を圧縮する。伝達要素880及び対応する動き止め部816が磁極片826の方に動き、且つ伝達要素が磁極片826と接触する際に、操作部材814の張力が緩んで、少なくともおよそ1500気圧までの圧力でフローバルブ812を迅速に開き、燃焼室の中に燃料を噴射する。所望の燃料噴射期間の終了時に、力発生器828におけるソレノイド電流が止まり又は瞬間的に逆転し、バイアス部材822が、伝達要素880を、磁極片826及びドライバ818の各々から離間された通常閉位置に戻るように押しやる。ドライバ818はまた、磁石830に隣接する及び伝達要素880から離間されるように、その通常閉位置に動く。
特定の実施形態において、ドライバ818が伝達要素880に突き当たる際の衝撃ショックを減らすことが望ましい場合がある。こうした実施形態において、噴射器800は、伝達要素880に隣接し且つドライバ818に面するバイアス部材又は衝撃減少部882を含むことができる。衝撃減少部882は、例えば、ケージドウレタン円板ばね、若しくは1つ又は複数のBellville座金又は錐体円板ばねとすることができる。そのうえ、この場合、ドライバ818及び伝達要素880を収容する円筒形ベアリング803の直径の段階的減少又は直径減少を提供することによって、ショックをさらに減少させることが可能である。より詳細には、ベアリング803は、伝達要素880が移動するゾーンの第1の直径と、ドライバ818が移動するゾーンの第2のより小さい内径とを有することができる。したがって、伝達要素880が直径止め部に対して押しやられる際に、衝撃減少部882は、燃料噴射サイクルの間の通常閉鎖される滞留時間にわたって平衡位置への操作部材814の減少された加速を提供する。
図8Bは、図8Aの伝達要素880の正面平面図である。図8Bで例証される実施形態に示すように、伝達要素880は、操作部材814を移動可能に受け入れる、それを通して延びる中心開口部884を含む円盤状構成を有することができる。伝達要素880はまた、伝達要素880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幾つかの燃料開口部886を含む。例証される実施形態は、開口部884から放射状に等間隔に配置された6つの燃料開口部886を含むが、他の実施形態において、伝達要素880は、対称な又は非対称な分布パターンで配置される6つよりも多い又は少ない燃料開口部886を含むことができる。
図9Aは、本開示の別の実施形態に従って構成される、高圧燃料に対する優れた制御及び適応性を達成するのに特に適する、噴射器のための弁作動組立体の部分側断面図である。図9Bは、図9Aの組立体の一部の拡大詳細図である。図9A及び図9Bを共に参照すると、組立体901は、図8A及び図8Bを参照して上記で説明された噴射器800、並びに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。例えば、例証される実施形態において、組立体901は、噴射器のノズル部904でフローバルブ912に作動可能に結合される操作部材914を含む。操作部材914はまた、止め部916に結合され、これが次に、伝達要素980と接触する。図9Bに示すように、止め部916は、操作部材914の対応する断面寸法よりも大きい断面寸法を有する、操作部材914に取り付けられる又は一体に形成される拡大部とすることができる。圧縮ばねのようなバイアス部材922が、伝達要素980を動き止め部916に対して及び磁極片926から遠ざかる方に付勢して、操作部材916に張力をかけ、フローバルブ916を閉じる又は他の方法でフローバルブ916を閉位置に保持する。組立体901は、力発生器(図示せず)によって駆動することができるドライバ918をさらに含む。ドライバ918は、ドライバ918が始動されず、且つフローバルブ1612が閉位置にあるときに、伝達要素980から離間され、磁石のようなバイアス部材930と隣接して位置決めされる。従って、伝達要素980は、弁912が閉位置にあるときに、ドライバ918及び磁極片926の各々から離間される。
例証される実施形態のさらなる特徴によれば、伝達要素980は、組立体901の始動中にドライバ918及び磁極片926の各々の内部に適合するように構成される概して円筒形の形状を有する。より詳細には、ドライバ918は、磁極片926の端部929の対応するテーパした、円錐形の、又は円錐台形の開口部内に少なくとも部分的に受け入れられる概してテーパした、円錐形の、又は円錐台形の形状を有する端部919を含む。ドライバ918は、端部919の概して円筒形のキャビティ921をさらに含む。円筒形キャビティ921は、始動中に伝達要素980を受け入れる寸法に設定される。そのうえ、磁極片926の端部929はまた、伝達要素980を受け入れるように構成される概して円筒形のキャビティ931を含む。従って、外方に開くフローバルブ912を開く作業中に、ドライバ918は、伝達要素980に突き当たる前にモーメントを得るように作動される。伝達要素980に突き当たった後で、ドライバ918は、伝達要素980を動かし、ばね922を圧縮して、伝達要素980を磁極片926の方に動かし、操作部材914の張力を解除して弁912を開く。所望の燃料噴射期間の終了時に、ドライバ918が伝達要素980に対してもはや力をかけることがないように、力発生器におけるソレノイド電流が止まり又は瞬間的に逆転する。従って、バイアス部材922が、伝達要素980を、磁極片926及びドライバ918の各々から離間された通常閉位置に戻るように押しやる。ドライバ918はまた、磁石930に隣接する及び伝達要素980から離間されるように、その通常閉位置に動く。
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。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。
上記で説明された種々の実施形態の機能部は、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。
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。
Claims (34)
- 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であって、前記ベース部がこの本体の中に燃料を受け入れるように構成され、前記ノズル部が燃焼室に隣接して位置決めされるように構成される本体と、
前記ノズル部によって支えられ、前記燃焼室の中に燃料を噴射するために閉位置と開位置との間で移動可能である弁と、
この弁と結合され、前記第1の直径よりも小さな第2の直径を有し、前記本体を通して前記ベース部の方に長手方向に延びる操作部材と、
前記本体によって支えられ、前記弁の閉位置に対応する第1の位置と前記弁の開位置に対応する第2の位置との間で移動可能なドライバであって、前記第1の位置において前記操作部材から離間され、前記第1の位置から前記第2の位置への移動により前記操作部材を動かして前記弁を前記開位置に動かすドライバと、
このドライバを前記第1の位置から前記第2の位置に動かすように形成される力発生器と
を備え、燃料導管とこの力発生器の周りに燃料を分散させて当該力発生器を冷却するための入側分配器との間を結合する第1の燃料冷却通路を画成したことを特徴とする燃料噴射器。 - 前記操作部材が止め部をさらに備え、前記ドライバが前記操作部材を動かすときに、前記ドライバが前記止め部と接触することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバがその中で長手方向に延びるキャビティを含み、前記操作部材がこのキャビティの中に移動可能に位置決めされることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記燃料が前記噴射器を通過する際に、前記燃料が前記ドライバの前記キャビティを通して流れることを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射器。
- 前記本体の前記ベース部によって支えられるバイアス部材をさらに備え、このバイアス部材が前記ドライバを前記第1の位置の方に付勢することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバが前記第1の位置にある場合、前記ドライバが前記弁と接触し、且つ前記弁を前記閉位置に保持することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記力発生器は、前記弁を介して所望の燃料分布を達成するため、前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記ドライバの動きを誘起することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバは、前記弁を前記開位置に動かすために前記操作部材と接触する前にモーメントを得ることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記操作部材が前記ドライバ内で前記本体を通して同軸方向に延びることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記操作部材は、それを通して延び且つ前記弁に作動可能に結合される1つ又は複数の監視ファイバを収容し、前記1つ又は複数の監視ファイバが1つ又は複数の燃焼室特性を検出し、且つこの1つ又は複数の燃焼室特性をコントローラに伝送するように構成されることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバが前記第1の位置から前記第2の位置に動く場合、前記ドライバが前記ノズル部から遠ざかる方に動くことを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記本体の前記ベース部によって支えられるバイアス部材をさらに備え、前記バイアス部材が前記ドライバを前記ノズル部の方に付勢することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記ノズル部によって支えられる引き付け要素をさらに備え、前記引き付け要素が前記ドライバを前記第1の位置に保持することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバが前記第1の位置から前記第2の位置に動く場合、前記ドライバが前記ノズル部の方に動くことを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射器。
- 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であって、前記ベース部がこの本体の中に燃料を受け入れるように構成され、前記ノズル部が燃焼室に隣接して位置決めされるように構成される本体と、
前記ノズル部にあって、閉位置と開位置との間で移動可能である弁と、
この弁に結合される第1の端部と、前記第1の端部とは反対側の第2の端部とを有し、前記第2の端部が止め部を有する操作部材と、
前記本体の中に位置決めされ、前記弁の閉位置に対応した第1の位置と前記弁の開位置に対応した第2の位置との間で移動可能であるドライバであって、前記第1の位置において前記止め部から離間され、前記第1の位置から前記第2の位置への移動により前記操作部材を前記ノズル部から遠ざかる方に軸方向に動かして前記弁を前記開位置に動かすために前記止め部と接触するドライバと、
このドライバを前記第1の位置から前記第2の位置に動かすように形成される力発生器と
を備え、燃料導管とこの力発生器の周りに燃料を分散させて当該力発生器を冷却するための入側分配器との間を結合する第1の燃料冷却通路を画成したことを特徴とする燃料噴射器。 - 前記本体の前記ベース部によって支えられるバイアス部材をさらに備え、このバイアス部材が、前記ドライバを前記ノズル部の方に付勢し、且つ前記ドライバを前記第1の位置に保持することを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバが第1の端および反対側の第2の端を含み、前記ドライバが前記第1の位置にある場合、前記弁を前記閉位置に保持するために前記第1の端が前記弁と接触し、前記弁を前記開位置に動かすために前記第2の端が前記操作部材の前記止め部と接触することを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバの前記第2の端が概して円錐形又は円錐台形の形状を有することを特徴とする請求項17に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバが前記ドライバの中央部を通して長手方向に延びる開口部を含み、前記操作部材が前記開口部を通して延び、前記ドライバが前記操作部材から独立して移動可能であることを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバは、前記開口部から半径方向に間隔をおいて配置され、且つ前記ドライバを通して長手方向に延びる燃料通路をさらに含み、前記燃料通路が前記ドライバ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ことを特徴とする請求項19に記載の燃料噴射器。
- 前記ノズル部によって支えられる磁石をさらに備え、前記ドライバを第1の位置に保持するように、前記磁石が前記ドライバを前記ノズル部の方に引き付けることを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。
- 前記力発生器が前記ドライバを動かすために電磁力又は圧電力を生み出すように構成されることを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバが第1の位置から遠ざかる方に動く場合、前記止め部と接触する前に第1の距離だけ動き、前記ドライバが前記弁を前記開位置に動かすために前記第1の位置から遠ざかる方に動く場合、前記第1の距離よりも大きい第2の距離だけ動くことを特徴とする請求項15に記載の燃料噴射器。
- 前記第1の距離が前記第2の距離の少なくともおよそ10〜40%であることを特徴とする請求項23に記載の燃料噴射器。
- 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、
第2の端部とは反対側の第1の端部と、前記第1の端部から前記第2の端部に延びる第1の燃料通路とを有する第1の絶縁体本体と、
その中で長手方向に延びる開口部を有する第2の絶縁体本体であって、前記第1の絶縁体本体の前記第2の端部がこの第2の絶縁体本体の前記開口部の中に位置決めされる第2の絶縁体本体と、
この第2の絶縁体本体と前記第1の絶縁体本体の前記第2の端部との間に位置決めされ、エネルギー源に結合されるように構成される導体と、
この導体に結合される導電ノズル噴射先端部であって、前記第1の流体通路に流体的に結合される第2の燃料通路を含み、前記第1の絶縁体本体の前記第2の端部によって支えられ、且つ前記第2の絶縁体本体の一部を通して延びるノズル噴射先端部と、
前記第1の絶縁体本体の前記第1の端部によって支えられ、前記第1の燃料通路に対し閉位置と開位置との間で移動可能である弁と、
前記第1の絶縁体本体の前記第1の端部の中に移動可能に位置決めされ、前記弁を前記開位置と前記閉位置との間で動かすように構成されるドライバと
を備えたことを特徴とする燃料噴射器。 - 前記第1の絶縁体の前記第2の端部が概して円錐形又は円錐台形の形状を有することを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
- 前記導体が前記第1の絶縁体本体の前記第2の端部の周りに渦巻き状に巻かれることを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
- 前記第2の絶縁体本体の前記開口部が第2の開口部分から遠ざかる方に延びる第1の開口部分を有し、概して円錐形又は円錐台形の形状を有する前記第1の開口部分が前記ノズル噴射先端部の方に細くテーパ状となり、概して円錐形又は円錐台形の形状を有する前記第2の開口部分が前記第1の開口部分とは反対方向に細くテーパ状となることを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
- 前記第1の絶縁体本体と前記第2の絶縁体本体との間の外部境界面に結合される導電バンドをさらに備え、前記導電バンドが、前記導体に結合され、且つ点火エネルギー源に結合されるように構成されることを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
- 前記ドライバに隣接して前記第1の絶縁体本体の前記第1の端部の中に位置決めされ、前記ドライバを前記第1の絶縁体本体の前記第2の端部の方に付勢して前記弁を前記閉位置に保持するように構成されるバイアス部材と、
前記第1の絶縁体本体の前記第1の端部の中に位置決めされ、前記弁を前記開位置と前記閉位置との間で動かすために前記ドライバの動きを誘起するように構成される力発生器と
をさらに備えたことを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。 - 前記ノズル噴射先端部の少なくとも一部を覆う弾力的に変形可能なシールをさらに備え、この変形可能なシールは、前記噴射器の中の所定の燃料圧勾配に応答して前記燃料が前記ノズル噴射先端部を出ることを可能にするために弾力的に変形するように構成されることを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
- 前記ノズル噴射先端部が前記第2の流体通路に流体的に結合される複数の燃料送達通路をさらに備え、個々の燃料送達通路は、前記ノズル先端部の縦軸に関して或る傾斜角で前記第2の流体通路から遠ざかる方に延びることを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
- 前記複数の燃料送達通路を少なくとも部分的に覆う変形可能なシールをさらに備えたことを特徴とする請求項32に記載の燃料噴射器。
- 前記第2の絶縁体本体に結合されてエンジン構成要素とねじ式に係合するように構成される金属製の燃焼室シールをさらに備え、前記燃焼室シールが前記ノズル先端部と共に点火イベントを生じるように構成される1つ又は複数の点火機能部を支えることを特徴とする請求項25に記載の燃料噴射器。
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