KR101519677B1 - 초음파 액체 전달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 액체 전달 장치에 관한 것으로서, 상기 장치의 하우징은 내부 챔버 및 내부 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 배출 포트를 구비한다. 내부 챔버의 초음파 도파관은 액체가 배출 포트를 통해 배출되기 전에 챔버 내에 액체를 초음파로 활성화시킨다. 도파관은 배출 포트를 폐쇄하는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 하우징에 대해 이동가능한 밸브 부재를 포함한다. 여기 장치는 배출 포트에서 배출하는 액체를 분무화하도록 초음파 도파관을 초음파로 여기시키도록 밸브 부재의 개방 위치에서 작동가능하다.

Description

초음파 액체 전달 장치 {ULTRASONIC LIQUID DELIVERY DEVICE}

본 발명은 일반적으로 액체의 분무화된 스프레이(atomized spray)를 전달하기 위한 액체 전달 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 액체가 장치를 빠져나가기 전에 장치에 의해 액체에 초음파 에너지를 인가하는 초음파 액체 전달 장치에 관한 것이다.

초음파 액체 전달 장치는 액체의 미세한 분무 또는 스프레이를 제공하기 위해 액체를 분무화할 목적으로 액체를 활성화시키는 다양한 분야에서 사용된다. 예를 들어, 이러한 장치는 분무기 및 다른 약물 전달 장치, 성형 장비, 가습기, 엔진 연료 분사 시스템, 페인트 스프레이 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템 및 균질화 시스템 등으로 사용된다. 이러한 전달 장치는 통상 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 액체가 가압된 상태로 하우징의 적어도 하나 또는 때때로 복수의 배출 포트 또는 오리피스로 유동하는 유동 경로를 갖는다. 가압된 액체는 배출 포트에서 하우징을 빠져나가도록 가압된다. 몇몇 구성에서, 상기 장치는 장치로부터의 액체의 유동을 제어하도록 밸브 부재를 포함할 수 있다.

일부 종래의 초음파 액체 전달 장치에서, 초음파 여기(excitation) 부재는 통상적으로 장치 내에 포함되며, 특히 배출 포트를 형성하는 하우징의 부분을 형성한다. 여기 부재는 액체가 배출 포트를 빠져나갈 때 초음파로 진동되어, 빠져나가는 액체에 초음파 에너지를 부여한다. 초음파 에너지는 액적의 스프레이가 배출 포트로부터 전달되도록 액체를 분무화하는 경향이 있다. 일 예로서 미국 특허 제5,330,100호[말리노우스키(Malinowski)]는 연료가 연료 분사 장치의 출구 오리피스를 통해 유출될 때 초음파 에너지가 연료에 부여되도록 연료 분사 장치의 노즐(예를 들어, 하우징의 일부) 자체가 초음파 진동하기 위해 구성된 연료 분사 시스템을 개시한다. 이러한 구성에서, 노즐 자체를 진동시키는 것은 출구 오리피스에서 노즐의 (예를 들어, 출구 오리피스 내의 연료의 캐비테이션으로 인한) 캐비테이션 침식(cavitation erosion)을 초래할 위험이 존재한다.

다른 초음파 액체 전달 장치에서, 초음파 여기 부재는 액체가 배출 포트 상류의 하우징 내에서 유동하는 유동 경로에 배치된다. 이러한 장치의 예는 각각의 내용이 참조로서 본원에 포함된 관련 미국 특허 제5,803,106호[코헨(Cohen) 등], 제5,868,153호(코헨 등), 제6,053,424호[깁슨(Gipson) 등] 및 제6,380,264호[제임슨(Jameson) 등]에 개시된다. 이들 참조 문헌은 일반적으로 가압된 액체에 초음파 에너지를 인가함으로써 오리피스를 통과하는 가압된 액체의 유속을 증가시키는 장치를 개시한다. 특히, 가압된 액체는 가압된 액체가 챔버를 빠져나가는 출구 오리피스(또는 출구 오리피스들)를 포함하는 다이 팁(die tip)을 구비하는 하우징의 챔버로 전달된다.

초음파 혼(horn)은 일부가 챔버 내에서 종방향으로 연장하고 일부는 챔버의 외부로 연장하며, 첨단에서 혼의 초음파 진동을 증폭시키기 위해 출구 오리피스에 인접하게 배치된 첨단을 향해 직경이 감소한다. 변환기(transducer)가 혼을 초음파로 진동시키기 위해 혼의 외부 단부에 부착된다. 이러한 장치의 잠재적 단점은 다양한 부품이 고압 환경에 노출되어 부품에 상당한 응력이 가해진다는 것이다. 특히, 초음파 혼의 일부는 챔버 내에 침지되고 다른 부분은 침지되지 않기 때문에, 혼의 다른 세그먼트에 가해지는 상당한 압력 차이가 존재하여, 혼에 추가의 응력을 발생시킨다. 또한, 이러한 장치는 장치로부터의 액체의 전달을 제어하기 위해 일부 초음파 액체 전달 장치에서 통상적인 작동 밸브 부재를 쉽게 수용할 수 없다.

또 다른 액체 전달 장치에서, 그리고 특히 장치로부터의 액체 유동을 제어하기 위한 작동 밸브 부재를 포함하는 액체 전달 장치에서, 액체가 장치를 빠져나갈 때 밸브 부재 자체를 초음파로 여기하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 제6,543,700호(제임슨 등)는 분사 장치의 밸브 니들이 적어도 부분적으로는 초음파 주파수에서의 자기장 변화에 반응하는 자기 변형 재료(magnetostrictive material)로 형성되는 연료 분사 장치를 개시한다. 연료가 밸브체(즉, 하우징)로부터 배출될 수 있도록 밸브 니들이 위치되면, 초음파 주파수에서의 자기장 변화가 밸브 니들의 자기 변형 부분에 인가된다. 따라서 밸브 니들은 연료가 출구 오리피스를 거쳐 분사 장치를 빠져나갈 때 연료에 초음파 에너지를 부여하도록 초음파로 여기된다.

일 실시예에서, 본 발명의 초음파 액체 전달 장치는 하우징으로서, 내부 챔버 및 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 배출 포트를 구비하여, 챔버 내의 액체가 적어도 하나의 배출 포트에서 하우징을 빠져나가는 하우징을 포함한다. 초음파 도파관은 하우징으로부터 분리되고 적어도 하나의 배출 포트를 통해 액체가 하우징으로부터 배출되기 전에 내부 챔버 내의 액체를 초음파로 활성화시키도록 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 도파관은, 내부 챔버 내의 액체가 적어도 하나의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출되는 것이 방지되는 폐쇄 위치와, 액체가 적어도 하나의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출될 수 있는 개방 위치 사이에서 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재를 포함한다. 여기 장치는 상기 초음파 도파관을 초음파로 여기하도록 밸브 부재의 개방 위치에서 작동한다.

또한, 본 발명은 내부 챔버 및 적어도 하나의 배출 포트를 구비하는 하우징을 포함하는 유형의 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법과, 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치된 초음파 도파관에 관한 것이다. 도파관은, 내부 챔버 내의 액체가 적어도 하나의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출되는 것이 방지되는 폐쇄 위치와, 액체가 적어도 하나의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출될 수 있는 개방 위치 사이에서 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재를 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 배출 포트를 통해 하우징으로부터의 액체의 배출 이전에 도파관과 접촉시키기 위해 하우징의 내부 챔버로 액체를 유동시키는 단계와, 도파관을 초음파로 여기 및 작동시키기 위해 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 장착된 장치에 구동 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 구동 신호는 초음파 여기 신호 성분 및 밸브 작동 신호 성분을 포함한다. 상기 장치는, 도파관을 이동시켜 밸브 부재를 개방하거나 밸브 부재를 폐쇄하거나 또는 밸브 부재를 개방 및 폐쇄하기 위한 밸브 작동 신호 성분에 반응성이다. 상기 장치는, 밸브 부재가 개방 위치에 있을 때 적어도 하나의 배출 포트를 통해 배출된 액체를 분무화하도록 도파관을 초음파로 여기시키기 위해 초음파 여기 신호에 반응성이다.

도 1은 내연 기관으로 연료를 전달하기 위한 연료 분사 장치의 형태로 도시된 본 발명의 초음파 액체 전달 장치의 일 실시예의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 단면이 취해진 각도 위치와 다른 각 위치에서 취해진 도 1의 연료 분사 장치의 종단면도이다.
도 3은 도 1의 단면도의 제1 부분의 확대도이다.
도 4는 도 1의 단면도의 제2 부분의 확대도이다.
도 5는 도 2의 단면도의 제3 부분의 확대도이다.
도 6은 도 1의 단면도의 제4 부분의 확대도이다.
도 6a는 도 1의 단면도의 중심 부분의 확대도이다.
도 7은 도 1의 단면도의 제5 부분의 확대도이다.
도 8은 도 1의 단면도의 부분 및 확대도이다.
도 9는 도 1의 연료 분사 장치의 도파관 조립체 및 다른 내부 부품의 사시도이다.
도 10은 하우징의 구조를 나타내기 위해 연료 분사 장치의 내부 부품이 생략된 도 1의 연료 분사 장치의 연료 분사 장치 하우징의 일부의 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종방향 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종방향 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종방향 단면도이다.
도 14는 액체 전달 장치의 하우징으로부터 도파관을 격리시키는 도파관 상에 장착된 장착 부재를 포함하는, 제4 실시예의 상세부를 도시하는 도 13의 확대도이다.
도 15는 장착 부재를 지나는 액체의 유동을 위한 하우징의 채널을 도시하는 도 14와 유사한 도면이다.
도 16은 제4 실시예의 다양한 부분의 분해 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종방향 단면도이다.
도 18은 도 17의 액체 전달 장치를 작동시키기 위한 제어 시스템으로부터의 예시적인 구동 신호의 그래프이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종방향 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종방향 단면도이다.
도 21은 도 20의 액체 전달 장치를 작동시키기 위한 제어 시스템으로부터의 예시적인 구동 신호의 그래프이다.
대응하는 도면 부호는 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.

도면, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치가 내연 기관(도시 생략)과 함께 사용되는 초음파 연료 분사 장치의 형태로 도시되고, 도면 부호 21로 대체로 지시된다. 그러나, 연료 분사 장치(21)와 관련하여 본원에 개시된 개념은 분무기 및 다른 약물 전달 장치, 성형 장비, 가습기, 페인트 스프레이 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템 및 균질화 시스템 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 초음파 액체 전달 장치에 적용될 수 있다.

본원에 사용된 액체라는 용어는 기체와 고체 사이의 중간 물질의 비결정(무결정) 형태를 의미하며, 이때 분자는 기체에서보다 매우 많이 응집되지만, 고체에서보다는 덜 응집된다. 액체는 단일 성분을 포함할 수 있거나, 또는 다중 성분을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 액체의 특성은 가해진 힘의 결과로 유동한다는 점이다. 힘이 가해지면 즉시 유동하고 유동 속도가 가해진 힘에 정비례하는 액체는 통상 뉴턴 액체(Newtonian liquid)로 지칭된다. 다른 적절한 액체는 힘이 가해질 때 이상 유동(abnormal flow) 반응하며 비뉴톤 유동(non-Newtonian flow) 특징을 나타낸다.

예로서, 본 발명의 초음파 액체 전달 장치는 용융 역청(molten bitumens), 점성 페인트, 핫멜트 접착제(hot melt adhesive), 열에 노출될 때 유동 가능한 형태로 연화되고 냉각시 상대적으로 응고 또는 경화된 상태로 복귀하는 열가소성 물질(예를 들어, 천연 고무, 왁스, 폴리올레핀 등), 시럽, 중유, 잉크, 연료, 액체 약물, 유제, 슬러리, 현탁액 및 이들의 조합과 같은 액체를 전달하는데 사용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

도 1에 도시된 연료 분사 장치(21)는 육상용, 비행용 및 수상용 차량과, 발전기와, 연료 작동식 엔진을 사용하는 다른 장치에 사용될 수 있다. 특히, 연료 분사 장치(21)는 디젤 연료를 사용하는 엔진에 사용하기에 적합하다. 그러나, 연료 분사 장치는 다른 유형의 연료를 사용하는 엔진에도 유용함이 이해될 것이다. 따라서 본원에 사용되는 연료라는 용어는 엔진의 작동시 사용되는 임의의 가연성 연료를 의미하며 디젤 연료에 제한되지 않는다.

연료 분사 장치(21)는 연료 공급원(도시 생략)으로부터 가압된 연료를 수용하고 엔진, 예를 들어 엔진의 연소 챔버로 연료 액적의 분무화된 스프레이를 전달하는 하우징을 포함하며, 이 하우징은 대체로 도면부호 23으로 지시된다. 도시된 실시예에서, 하우징(23)은 긴 본체(25), 노즐(27)(때때로 밸브체로도 지칭됨) 및 유지 부재(29)(예를 들어, 너트)를 포함하며, 본체, 노즐 및 너트를 서로 조립된 상태로 유지한다. 특히, 본체(25)의 하부 단부(31)는 노즐(27)의 상부 단부(33)에 대해 착좌된다. 유지 부재(29)는 본체와 노즐(27)의 정합 단부들(31, 33)을 함께 가압하도록 본체(25)의 외부 표면에 적절하게 체결(예를 들어, 나사식 체결)된다.

용어 "상부" 및 "하부"는 다양한 도면에 도시된 연료 분사 장치(21)의 수직 방향을 따라 본원에서 사용되었으며, 사용시 연료 분사 장치의 필요 방향(necessary orientation)을 도시하려는 것은 아니다. 즉, 연료 분사 장치(21)는 도면에 도시된 수직 방향이 아닌 방향으로 지향될 수 있으며 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 용어 "축방향"과 "종방향"은 본원에서 연료 분사 장치의 종방향(예를 들어, 도시된 실시예의 수직 방향)을 지칭한다. 용어 "횡방향", "측방향" 및 "반경방향"은 본원에서 축방향(예를 들어, 종방향)에 수직인 방향을 지시한다. 또한, 용어 "내부" 및 "외부"는 연료 분사 장치의 축방향을 가로지르는 방향과 관련하여 사용되며, 이때, 용어 "내부"는 연료 분사 장치의 내부 쪽 방향을 지시하며, 용어 "외부"는 연료 분사 장치의 외부 쪽 방향을 지시한다.

본체(25)는 그 길이를 따라 종방향으로 연장하는 축방향 보어(35)를 구비한다. 보어(35)의 횡방향 또는 단면 치수(예를 들어, 도 1에 도시된 원형 보어의 직경)는 후술될 목적을 위해 보어의 각각의 종방향 세그먼트들을 따라 변경된다. 특히, 도 3을 참조하면 본체(25)의 상부 단부(37)에서 보어(35)의 단면 치수는 본체 상에 종래의 솔레노이드 밸브(도시 생략)가 착좌하도록 착좌부(39)를 형성하기 위해 단차가 형성되며, 이때, 솔레노이드 밸브의 일부는 본체의 중앙 보어 내에서 하향 연장한다. 연료 분사 장치(21) 및 솔레노이드 밸브는 적절한 커넥터(도시 생략)에 의해 함께 조립되어 유지된다. 적절한 솔레노이드 밸브의 구조 및 작동은 본 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있으므로, 필요한 정도까지를 제외하고 본원에서는 추가로 설명하지 않는다. 적절한 솔레노이드 밸브의 예는 발명의 명칭이 "내연 기관의 연료 분사 장치를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve for Controlling a Fuel Injector of an Internal Combustion Engine)"인 미국 특허 제6,688,579호, 발명의 명칭이 "솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)"인 미국 특허 제6,827,332호 및 발명의 명칭이 "플러그 인/회전 연결부를 포함하는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve Comprising a Plug-In/Rotative Connection)"인 미국 특허 제6,847,706호에 개시된다. 다른 적절한 솔레노이드 밸브도 사용될 수 있다.

중앙 보어(35)의 단면 치수는 중앙 보어 내에서 종방향(및 도시된 실시예에서 동축방향)으로 연장하는 핀 홀더(47)가 착좌하는 견부(45)를 형성하도록 솔레노이드 밸브 착좌부 아래로 연장함에 따라 추가의 내향 단차가 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(25)의 보어(35)는 핀 홀더(47)가 연장하는 보어의 세그먼트 아래로 종방향으로 연장함에 따라 단면이 더 좁아지며, 분사 장치(21)의 저압 챔버(49)를 적어도 부분적으로 형성한다.

저압 챔버(49)의 종방향 아래로, 본체(25)의 중앙 보어(35)는 후술되는 바와 같이 보어 내에 분사 장치(21)의 밸브 니들(53)(넓게는, 밸브 부재)을 적어도 부분적으로는 적절하게 위치시키기 위해 보어의 안내 채널(및 고압 밀봉) 세그먼트(51)(도 4 및 도 5)를 형성하도록 더욱 좁아진다. 도 8을 참조하면, 이후 보어(35)의 단면 직경은 분사 장치 하우징(23)의 고압 챔버(55)(넓게는, 내부 연료 챔버, 더 넓게는, 내부 액체 챔버)를 부분적으로[예를 들어 후술되는 바와 같이 노즐(27)과 함께] 형성하도록 보어가 본체(25)의 개방 하부 단부(31)까지 안내 채널 세그먼트(51) 아래로 종방향으로 연장함에 따라 증가한다.

연료 입구(57)(도 1 및 도 4)는 상부 및 하부 단부(37, 31) 중간에서 본체(25)의 일 측에 형성되고 본체 내에서 연장하는 분기된 상부 및 하부 분배 채널(59, 61)과 연통한다. 특히, 상부 분배 채널(59)은 본체(25) 내에서 연료 입구(57)로부터 상향 연장하고 보어 내에서 고정된 핀 홀더(47)에 대체로 인접하여 보어(35) 내로 개방되는데, 특히 핀 홀더가 착좌되는 견부(45) 바로 아래에서 개방된다. 하부 분배 채널(61)은 본체(25) 내에서 연료 입구(57)로부터 하향 연장하고 대체로 고압 챔버(55)에서 중앙 보어(35)에 개방된다. 전달 튜브(63)는 연료 입구(57)에서 본체(25)를 통해 내향 연장하고 적절한 슬리브(65)와 나사식 조절 장치(67, fitting)에 의해 본체와 조립되어 유지된다. 연료 입구(57)는 본 발명의 범주 내에서 도 1 및 도 4에 도시된 것과 다르게 위치될 수도 있다. 또한, 연료는 하우징(23)의 고압 챔버(55)에만 전달될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주를 벗어나지 않는다.

또한, 본체(25)는 적절한 연료 복귀 시스템(도시 생략)으로의 전달을 위해 저압 연료가 분사 장치(21)로부터 배출되는 측에 형성된 출구(69)(도 1 및 도 4)를 구비한다. 제1 복귀 채널(71)은 본체(25) 내에 형성되어, 본체의 중앙 보어(35)의 저압 챔버(49)와 출구(69) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제2 복귀 채널(73)은 본체(25) 내에 형성되어, 본체의 개방 상부 단부(37)와 출구(69) 사이에 유체 연통을 제공한다. 그러나, 복귀 채널(71, 73) 중 하나 또는 양자 모두는 본 발명의 범주 내에서 연료 분사 장치(21)에서 생략될 수도 있다.

도 6 내지 도 8을 특히 참조하면, 도시된 노즐(27)은 대체로 길고 연료 분사 장치 하우징(23)의 본체(25)와 동축방향으로 정렬된다. 특히, 노즐(27)은 본체(25)의 축방향 보어(35)와 동축방향으로 정렬된 축방향 보어(75)를 특히 본체의 하부 단부(31)에서 구비하여, 본체 및 노즐은 함께 연료 분사 장치 하우징(23)의 고압 챔버(55)를 형성한다. 노즐 보어(75)의 단면 치수는 연료 분사 장치 하우징(23) 내의 장착 부재(79)가 착좌되는 견부(77)를 형성하도록 노즐(27)의 상부 단부(33)에서 외향 단차가 형성된다. 노즐(27)의 하부 단부[첨단(81)으로도 지칭됨]는 대체로 원뿔형이다.

첨단(81)과 상부 단부(33) 중간에서, 노즐 보어(75)의 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예에서의 직경)는 도 8에 도시된 바와 같이 노즐의 길이를 따라 대체로 균일하다. 하나 이상의 배출 포트(83)(도 7의 단면도에서는 두 개가 도시되고 도 10의 단면도에서는 추가의 포트들이 도시됨)가 고압 연료가 엔진으로 전달되도록 하우징(23)을 빠져나가는 노즐(27) 내에 형성되며 도시된 실시예에서는 예를 들어 노즐의 첨단(81)에 형성된다. 예로서, 하나의 적절한 실시예에서 노즐(27)은 8개의 배출 포트(83)를 구비할 수 있으며, 각각의 배출 포트는 약 0.15㎜(0.006인치)의 직경을 갖는다. 그러나, 배출 포트의 수와 직경은 본 발명의 범주 내에서 변경될 수 있다. 대체로, 하부 분배 채널(61)과 고압 채널(55)은 함께 고압 연료가 연료 입구(57)로부터 노즐(27)의 배출 포트(83)로 유동하는 하우징(23) 내의 유동 경로를 형성한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 핀 홀더(47)는 긴 관형 본체(85) 및 상기 관형 본체의 상단부와 일체로 형성되고 본체의 중앙 보어(35) 내에서 본체(25)의 견부(45) 상에 핀 홀더를 위치시키도록 상기 관형 본체보다 횡방향 단면이 큰 헤드(87)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 핀 홀더(47)는 본체(25)의 축방향 보어(35)와 동축으로 정렬되고, 이때 핀 홀더의 관형 본체(85)는 본체의 축방향 보어 내에서 본체와 대체로 밀봉 결합할 수 있는 크기를 갖는다. 핀 홀더(47)의 관형 본체(85)는 핀 홀더 내로 긴 핀(93)을 활주 가능하게 수용하도록 핀 홀더의 종방향으로 연장하는 내부 채널(91)을 형성한다.

핀 홀더(47)의 헤드(87)는 상부면 중심에 형성된 일반적인 오목부 또는 접시형 함몰부(95), 및 이러한 함몰부의 중심으로부터 핀 홀더의 내부 채널(91)까지 종방향으로 연장하는 보어(97)를 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 환형 갭(99)은 본체의 보어(35)의 상부 부분에서 본체(25)의 내부면과 핀 홀더(47)의 측벽 사이에 형성된다. 공급 채널(101)이 핀 홀더(47)의 관형 본체(85)의 측벽을 통해 내부 채널(91)까지, 대체로 내부 채널의 상부 단부에서 횡방향으로 연장하여, 공급 채널(101)은 횡방향 외측 단부에서 환형 갭(99)에 대해 개방된다. 공급 채널(101)은 공급 채널 내로의 고압 유체를 수용하도록 환형 갭(99)을 거쳐 본체(25) 내의 상부 분배 채널(59)과, 핀(93) 위의 관형 본체(85)의 내부 채널과, 핀 홀더(47)의 헤드(87) 내에서 종방향으로 연장하는 보어(97)와 유체 연통한다.

핀(93)은 길며, 본체(25)의 축방향 보어(35) 및 핀 홀더 채널(91) 내에서 동축으로 적절하게 연장한다. 핀(93)의 상부 세그먼트는 밀접하게 이격된 관계로 핀 홀더(47)의 내부 채널(91) 내에서 활주식으로 수용되며, 핀의 나머지 부분은 핀 홀더로부터 아래로 본체(25)의 보어(35)의 저압 챔버(49) 내로 종방향으로 외향 연장한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핀(93)의 상부 단부(103)는 [예를 들어, 핀 홀더(47)의 내부 채널(101)의 상단부에서] 고압 연료가 핀의 상부 단부 위의 핀 홀더의 내부 채널 내에서 수용될 수 있도록 가늘어진다.

또한, 본체 보어(35)의 저압 챔버(49) 내에는, 핀 홀더(47) 바로 아래에서 핀(93)을 둘러싸며(예를 들어, 핀 홀더의 바닥부에 대해 접촉하고), 스프링 착좌부를 형성하는 관형 슬리브(107)(도 4)와, 핀과 동축의 관계로 핀의 하부 단부에 대해 접촉하며 대향 스프링 착좌부를 형성하는 상부 단부를 갖는 해머(109)와, 해머와 스프링 슬리브 사이에 유지되고 핀에 의해 종방향으로 관통되는 코일 스프링(111)이 배치된다.

밸브 니들(53)(넓게는, 밸브 부재)은 길며 해머(109)의 바닥과 접촉하는 밸브 니들의 상부 단부(113)(도 2)로부터 본체 보어의 안내 채널 세그먼트(51)(도 8)를 통해 아래로 본체(25)의 보어(35) 내에서 동축으로 연장하고, 고압 챔버(55)를 통해 노즐(27)의 첨단(81)에 밀접하게 배치된 밸브 니들의 말단 단부(115)로 고압 챔버 내에서 추가로 하향 연장한다. 도 4 및 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 니들(53)은 노즐(27)에 대한 밸브 니들의 적절한 정렬을 유지하도록 축방향 보어(35)의 안내 채널 세그먼트(51) 내에서 본체(25)와 밀접하게 이격되기 위한 횡방향 단면 크기를 갖는다.

도 7을 특히 참조하면, 도시된 밸브 니들(53)의 말단 단부(115)는 노즐(27)의 첨단(81)의 원뿔 형상을 따르는 대체로 원뿔형이며 밸브 니들의 폐쇄 위치(도시 생략)에서 노즐 첨단의 내부 표면에 대해 대체로 밀봉하도록 구성된 폐쇄 표면(117)을 형성한다. 특히, 밸브 니들(53)의 폐쇄 위치에서, 밸브 니들의 폐쇄 표면(117)은 배출 포트를 거쳐 노즐로부터 배출되는 연료에 대해 노즐[및 더 넓게는, 연료 분사 장치 하우징(23)]을 밀봉하도록 배출 포트(83) 위로 노즐 첨단(81)의 내부 표면에 대해 밀봉한다. 밸브 니들의 개방 위치에서(도 7에 도시), 밸브 니들(53)의 폐쇄 표면(117)은 연료 분사 장치(21)로부터의 배출을 위해 노즐 첨단(81)과 밸브 니들(53) 사이에서 고압 챔버(55) 내의 연료가 배출 포트(83)로 유동할 수 있도록 노즐 첨단(81)의 내부 표면으로부터 이격된다.

일반적으로, 밸브 니들의 개방 위치에서 밸브 니들 말단 단부(115)의 폐쇄 표면(117)과 노즐 첨단(81)의 대향 표면 사이의 간격은 약 0.051㎜(0.002인치) 내지 약 0.64㎜(0.025인치) 내의 범위에서 적절하게 결정된다. 그러나, 이러한 간격은 본 발명의 범주 내에서 상술된 범위보다 크거나 작을 수도 있다.

노즐(27), 더욱 상세하게 첨단(81)은 배출 포트(83)가 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 밸브 니들(53)의 폐쇄 표면(117)에 착좌하는 노즐 내부 표면 이외에 배치되도록 다르게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 배출 포트(83)는 밸브 니들(53)의 폐쇄 표면(117)에 착좌하는 노즐 표면의 (연료가 배출 포트를 향해 유동하는 방향으로) 하류에 배치될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주를 내에 있다. 이러한 밸브 니들, 노즐 첨단 및 배출 포트 배열의 적절한 실시예가 그 내용이 본 발명과 일치하는 정도로 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제6,543,700호에 개시된다.

따라서, 핀(93), 해머(109) 및 밸브 니들(53)은 밸브 니들의 개방 위치와 폐쇄 위치 사이를 연료 분사 장치 하우징(23) 내에서 공동 축을 따라 종방향으로 함께 이동할 수 있다. 슬리브(107)와 해머(109) 사이에 배치된 스프링(111)은 해머와 그에 따라 밸브 니들(53)을 밸브 니들의 폐쇄 위치를 향해 적절하게 편의시킨다. 다른 적절한 밸브 구성이 본 발명의 범주 내에서 분사 장치로부터 엔진으로의 전달을 위해 연료의 유동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 노즐(27)[넓게는, 하우징(23)]은 밸브 니들(53)이 노즐의 외측으로 연장하고 연료가 엔진으로의 전달을 위해 노즐을 빠져나가는 개구를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 밸브 니들(53)의 말단 단부(115)는 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 외부에서 노즐(27)에 대해 밀봉될 수도 있다. 밸브 니들(53)의 작동은 솔레노이드 밸브 외 다른 것에 의해 제어될 수도 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 밸브 니들(53) 또는 다른 밸브 배열은 본 발명의 범주 내에서 연료 분사 장치(21)로부터 완전히 생략될 수도 있다.

도 8 및 도 9를 특히 참조하면, 초음파 도파관(121)이 밸브 니들(53)과 연료 분사 장치 하우징(23)으로부터 분리되어 형성되고, 노즐 내에 형성된 배출 포트(83)를 거쳐 연료가 분사 장치(21)를 빠져나가기 전에 연료 챔버 내의 연료를 초음파 식으로 활성화시키도록 노즐(27)의 첨단(81) 바로 위에 배치된 도파관의 말단 단부(123)까지 하우징의 고압 챔버(55) 내에서 종방향으로 연장한다. 도시된 도파관(121)은 길고 관형인 것이 적절하며 도파관의 종방향으로 대향하는 상부 단부와 하부 단부[상부 단부는 도면부호 129로 지시됨] 사이에서 그 길이를 따라 연장하는 내부 통로(127)를 형성하는 측벽(125)을 갖는다. 도파관(121)의 하부 단부는 도파관의 말단 단부(123)를 형성한다. 도시된 도파관(121)은 대체로 환형(즉, 원형)인 단면을 갖는다. 그러나, 도파관(121)은 본 발명의 범주 내에서 환형이 아닌 단면을 가질 수도 있다. 또한, 도파관(121)은 그 전체 길이보다 짧은 길이를 따르는 관형일 수 있으며, 대체로 그 길이를 따라 중실일 수도 있다. 다른 실시예에서, 밸브 니들은 대체로 관형일 수 있으며, 도파관은 밸브 니들의 내부 안에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.

일반적으로, 도파관은 적절한 음향 및 기계적 특성을 갖는 금속으로 구성될 수 있다. 도파관의 구성에 적절한 금속의 예는 알루미늄, 모넬(monel), 티타늄 및 몇몇 합금강을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 도파관의 전부 또는 일부는 다른 금속으로 코팅될 수도 있다. 초음파 도파관(121)은 연료 분사 장치 하우징(23) 내에, 더욱 적절하게는 도시된 실시예와 같이 고압 챔버(55) 내에 장착 부재(79)에 의해 고정된다. 도파관(121)의 단부들(123, 129) 사이에 종방향으로 위치된 장착 부재(79)는 장착 부재(79)로부터 도파관의 상부 단부(129)까지 종방향으로 상향 연장하는(도시된 실시예) 도파관의 상부 세그먼트(131)와, 장착 부재로부터 도파관의 말단 단부(123)까지 종방향으로 하향 연장하는 하부 세그먼트(133)를 대체로 형성한다.

도시된 실시예에서, 도파관(121)(즉, 도파관의 상부 세그먼트 및 하부 세그먼트 모두)은 하우징의 고압 챔버(55) 내에 전체가 배치되지만, 본 발명의 범주 내에서 도파관의 일부만이 고압 챔버 내에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도파관의 상부 세그먼트(131)는 고압 챔버의 외부에 배치되는 반면에, 도파관의 말단 단부(123)를 포함하는 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)만이 고압 챔버(55) 내에 배치될 수 있으며, 분사 장치 하우징(23) 내의 고압 연료가 가해지거나 가해지지 않을 수 있다.

도파관(121)의 내부 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예의 내경)[예를 들어, 도파관의 내부 통로(127)의 단면 치수]는 도파관의 길이를 따라 대체로 균일하며 밸브 니들(53)을 수용하기에 적절한 크기를 가지며, 상기 밸브 니들은 도파관의 전체 길이를 따라[그리고 도시된 실시예에서 해머(109)와 접촉하는 도파관 위에서] 도파관의 내부 통로 내에서 동축으로 연장된다. 그러나, 밸브 니들(53)은 본 발명의 범주 내에서 도파관(121)의 내부 통로(127)의 일부만을 따라 연장할 수도 있다. 도파관(121)의 내부 단면 치수는 도파관의 길이를 따라 균일하지 않을 수도 있다. 도시된 실시예에서, 밸브 니들(53)의 말단 단부(115), 더 적절하게는 밸브 니들의 폐쇄 표면(117)은 밸브 니들의 개방 및 폐쇄 위치 모두에서 도파관(121)의 말단 단부(123)의 종방향 외측에 배치된다. 그러나, 밸브 니들(53)의 말단 단부(115)의 폐쇄 표면(117)은 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 도파관(121)의 말단 단부(123)의 외측으로 연장되기만 하면 되고, 밸브 니들의 개방 위치에서는 도파관의 내부 통로(127) 내에 전체가 또는 부분적으로 배치될 수도 있다.

도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 연장하는 밸브 니들(53)의 부분의 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예의 직경)는 하우징 내에서 고압 연료를 위한 유동 경로를 부분적으로 형성하도록, 특히 밸브 니들의 길이를 따라 밸브 니들과 도파관 측벽(125)의 내부면 사이로 연장하는 유동 경로의 일부를 형성하도록 도파관의 내부 통로의 단면 치수보다 약간 작은 치수를 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 밸브 니들(53)은 약 0.013㎜(0.0005인치) 내지 약 0.064㎜(0.0025인치) 범위로 도파관의 내부 통로(127) 내에서 도파관의 측벽(125)의 내부면으로부터 횡방향으로 이격된다(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향으로 이격된다).

내부 통로(127) 내에서 밸브 니들(53)의 한 쌍의 종방향으로 이격된 세그먼트[예를 들어, 하나의 세그먼트(137)(도 7)는 도파관(121)의 말단 단부(123)에 인접하고 다른 하나의 세그먼트(139)(도 6a)는 장착 부재(79) 바로 위에 인접함]를 따라, 밸브 니들(53)의 단면 치수가 증가되어, 통로 내에서의 적절한 정렬을 용이하게 하고 통로 내에서 밸브 니들의 횡방향 이동을 방지하도록 밸브 니들은 통로 내에서 도파관과 더 밀접하게 이격되거나 또는 도파관과 활주 접촉하는 관계로 존재한다. 이들 세그먼트에서의 밸브 니들(53)의 외부 표면은 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 연장하는 유동 경로의 부분을 부분적으로 형성하도록 내부에 형성된 하나 이상의 평판(도시 생략)을 갖는다. 다르게는, 밸브 니들(53) 외부 표면은 이러한 세그먼트를 통과하는 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 연료가 유동할 수 있도록 이들 세그먼트에서 종방향 홈이 형성될 수 있다.

도 7을 특히 참조하면, 도파관 측벽(125)의 외부 표면은, 고압 연료가 연료 입구(57)로부터 배출 포트(83)까지 유동하는 유동 경로를 추가로 형성하고, 더욱 적절하게는 도파관(121)의 유동 경로 외부 또는 외측의 일부를 형성하도록 본체(25)와 노즐(27)로부터 횡방향으로 이격된다. 통상적으로, 도파관 측벽(125)의 외부 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예의 외경)는 도파관(121)의 말단 단부(123)에서 및/또는 말단 단부에 인접하여 종방향으로 배치된 도파관의 확대된 부분(195)과 도파관의 상부 단부(129)에 인접하여 종방향으로 배치된 다른 확대된 부분(153) 사이에서 그 길이를 따라 균일하다. 예로서, [예를 들어, 연료가 노즐의 상부 단부(33)로부터 배출 포트(83)로 유동하는 방향에 대해] 도파관의 말단 단부(123)의 상류에서 도파관 측벽(125)과 노즐(27) 사이의 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예의 반경방향) 간격은 약 0.025㎜(0.001인치) 내지 약 0.533㎜(0.021인치) 범위에 있는 것이 적절하다. 그러나, 상기 간격은 본 발명의 범주 내에서 상기 수치보다 크거나 작을 수도 있다.

도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 부분(195)의 외부 단면 치수는 적절하게 증가되고, 특히 도파관의 말단 단부(123)에 인접하거나 또는 더욱 적절하게는 도파관의 말단 단부에서 횡방향 외측으로 가늘어지거나 또는 나팔꼴로 벌어진다. 예를 들어, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 이러한 확대된 부분(195)의 단면 치수는 고압 챔버(55) 내에서 도파관의 적절한 축방향 정렬[그로 인한 밸브 니들(53)의 정렬]을 유지하도록 그 중앙 보어(75) 내에서 노즐(27)에 밀접하게 이격되거나 또는 노즐과 활주 접촉하도록 크기가 결정된다.

그 결과, 도파관(121)과 노즐(27) 사이의 유동 경로의 일부는 도파관의 말단 단부를 통과하여 배출 포트(83)로 흐르는 연료 유동을 대체로 제한하도록 도파관의 말단 단부의 상류에 인접한 유동 경로에 대해 도파관의 말단 단부(123)에 인접하거나 또는 도파관의 말단 단부에서 대체로 더 좁다. 또한, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 확대된 부분(195)은 도파관의 말단 단부(123)를 통과하여 유동하는 연료가 노출되는 증가된 초음파식 여기 표면 영역을 제공한다. 하나 이상의 평판(197)(도 9)은 노즐(27)의 배출 포트(83)로의 유동을 위해 도파관(121)의 말단 단부(123)를 통과하는 유동 경로를 따라 연료가 용이하게 유동하도록 하부 세그먼트(133)의 확대된 부분(195)의 외부 표면에서 형성된다. 도파관 측벽(115)의 확대된 부분(195)은 가늘어지거나 또는 나팔꼴로 벌어지는 대신에 외부로 단차가 형성될 수도 있다. 또한, 확대된 부분(195)의 상부 및 하부 표면은 직선인 대신에 임의의 윤곽을 나타낼 수도 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.

일 실시예에서, 예를 들어 도파관의 말단 단부(123) 및/또는 도파관의 말단 단부의 인접부의 도파관 하부 세그먼트(133)의 확대된 부분(195)은 약 5.35㎜(0.2105인치)의 최대 외부 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예에서 외경)를 갖는 반면에, 이러한 확대 부분의 바로 상류의 도파관의 최대 외부 단면 치수는 약 4.06㎜(0.16인치) 내지 약 5.35㎜(0.2105인치)보다 약간 작은 치수의 범위를 가질 수 있다.

노즐(27)과 도파관(121)의 말단 단부(123) 사이의 횡방향 간격은 도파관의 말단 단부를 통과하는 유동 경로를 따라 연료가 유동하는 개방 영역을 형성한다. 하나 이상의 배출 포트(83)는 연료가 하우징(23)을 빠져나가는 개방 영역을 형성한다. 예를 들어, 하나의 배출 포트가 제공되는 경우, 연료가 하우징(23)을 빠져나가는 개방 영역은 배출 포트의 단면적(예를 들어, 연료가 배출 포트로 진입하는 곳)으로서 형성되고, 다중 배출 포트(83)가 제공되는 경우, 연료가 하우징을 빠져나가는 개방 영역은 각각의 배출 포트의 단면적의 합으로 형성된다. 일 실시예에서, 연료가 하우징(23)을 빠져나가는 개방 영역[예를 들어 배출 포트(83)]에 대한 도파관(121)의 말단 단부(123)와 노즐(27)에서의 개방 영역의 비는 약 4:1 내지 약 20:1의 범위에 있는 것이 적절하다.

다른 적절한 실시예에서, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)는 [예를 들어, 확대된 부분(195)이 형성되지 않도록] 그 전체 길이를 따라 대체로 균일한 외부 단면 치수를 가질 수 있거나, 또는 외부 단면 치수가 감소될 수 있으며[예를 들어, 그 말단 단부(123)를 향해 대체로 좁아질 수 있으며], 이는 본 발명의 범주 내에 있다.

도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 기계적으로 진동하여 초음파로 도파관(121)을 활성화시키도록 구성된 여기 장치는 도파관과 함께 고압 챔버(55) 내에 전체가 배치되는 것이 바람직하며, 도면부호 145로 지시된다. 일 실시예에서, 여기 장치(145)는 도파관을 초음파 진동시키기 위해 고주파수(예를 들어, 초음파 주파수) 전류에 반응하는 것이 바람직하다. 예로서, 여기 장치(145)는 여기 장치로 고주파수 교류를 전달하도록 작동하는 적절한 발전 시스템(도시 생략)으로부터 고주파수 전류를 적절하게 수용할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "초음파"는 약 15㎑ 내지 약 100㎑ 범위의 주파수를 갖는 것을 의미한다. 예로서, 일 실시예에서 발전 시스템은 약 15㎑ 내지 약 100㎑ 범위, 더욱 적절하게는 약 15㎑ 내지 약 60㎑ 범위, 더더욱 적절하게는 약 20㎑ 내지 약 40㎑ 범위의 주파수로 여기 장치에 교류를 전달할 수도 있다. 이러한 발전 시스템은 당업자에게 공지되어 있으며 본원에서 추가로 설명할 필요는 없다.

도시된 실시예에서, 여기 장치(145)는 압전기 장치, 더욱 적절하게는 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)를 둘러싸고 장착 부재(79)에 의해 형성된 견부(149)에 착좌되는 복수의 적층된 압전 링(147)(예를 들어, 적어도 2개, 그리고 도시된 실시예에서는 4개)을 포함한다. 환형 고리(151)는 압전 링(147) 위에서 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)를 둘러싸고 최상부 링에 의해 지지된다. 적절하게는, 고리(151)는 고밀도 재료로 구성된다. 예를 들어, 고리(151)를 구성할 수 있는 적절한 재료 중 하나는 텅스텐이다. 그러나, 고리(151)는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 도파관(121)의 상부 단부(129)에 인접한 확대된 부분(153)은 증가된 외부 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예의 증가된 외경)를 가지며, 이 세그먼트를 따라 나사가 형성된다. 고리(151)는 도파관(121) 상에 고리를 나사식으로 체결하도록 내부에 나사가 형성된다. 고리(151)는 장착 부재(79)의 견부(149)와 고리 사이에서 링을 압축하도록 압전 링(147)의 적층체에 대해 하방으로 적절하게 조여진다.

도시된 실시예의 여기 장치(145)와 도파관(121)은 함께 고압 챔버(55) 내의 연료를 초음파로 활성화시키기 위한, 대체로 도면부호 150으로 지시되는 도파관 조립체를 대체로 형성한다. 따라서 전체 도파관 조립체(150)는 연료 분사 장치(21)의 고압 연료 챔버(55) 내에 전체가 배치되어, 연료 분사 장치 내의 고압 환경에 대체로 균일하게 노출된다. 예로서, 도시된 도파관 조립체는 특히 초음파 혼과 초음파 혼을 초음파 진동시키는 변환기 양자 모두로 작용하도록 구성된다. 특히, 도 8에 도시된 바와 같이 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)는 대체로 초음파 혼의 방식으로 작용하지만, 도파관의 상부 세그먼트(131), 특히 대체로 장착 부재(79)로부터 고리(151)가 여기 장치(예를 들어, 압전 링)와 함께 도파관의 상부 세그먼트에 체결되는 위치까지 연장하는 상부 세그먼트의 부분은 변환기 방식으로 작용한다.

전류(예를 들어, 초음파 주파수로 전달되는 교류)를 도시된 실시예의 압전 링(147)으로 전달할 때, 압전 링은 전류가 링에 전달되는 초음파 주파수에서 [특히, 연료 분사 장치(21)의 종방향으로] 팽창 및 수축한다. 압전 링(147)은 고리(151)[도파관(21)의 상부 세그먼트(131)에 채결됨]와 장착 부재(79) 사이에서 압착되기 때문에, 링의 팽창과 수축은 도파관의 상부 세그먼트를 변환기 방식으로 초음파로 (예를 들어, 대체로 압전 링이 팽창 및 수축하는 주파수에서) 신장 및 수축시킨다. 이러한 방식에 의한 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)의 신장 및 수축은 도파관의 공진 주파수를 특히 도파관의 하부 세그먼트(133)를 따라 여기하여, 예를 들어, 초음파 혼 방식으로 하부 세그먼트를 따라 도파관의 초음파 진동을 초래한다.

예로서, 일 실시예에서 초음파 여기로부터 초래된 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 변위는 도파관의 상부 세그먼트와 압전 링의 변위의 약 6배까지 가능하다. 그러나, 하부 세그먼트(133)의 변위가 6배 이상으로 증폭될 수 있거나, 전혀 증폭되지 않을 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.

도파관(121)의 일부[예를 들어, 도파관의 상부 세그먼트(131)의 일부]는 대안적으로 초음파 주파수에서 자기장 변화에 반응하는 자기 변형 재료로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서(도시 생략), 여기 장치는 하우징(23) 내에 전체 또는 일부가 배치되고 자기장이 초음파 주파수(예를 들어, 온 상태에서 오프 상태로, 하나의 크기(magnitude)로부터 다른 크기로, 및/또는 방향 변화)에서 변화하는 자기 변형 재료에 자기장을 인가하도록 수용 전류에 반응하여 작동하는 자기장 발생기(magnetic field generator)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 적절한 발전기는 초음파 주파수로 코일에 전류를 전달하는 발전 시스템에 연결된 전기 코일을 포함할 수 있다. 따라서 이러한 실시예의 자기장 발생기와 도파관의 자기 변형 부분은 함께 변환기로서 작용하고, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)는 초음파 혼으로서 작용한다. 적절한 자기 변형 재료와 자기장 발생기의 일 예가 본원과 일치하는 정도로 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제6,543,700호에 개시된다.

전체 도파관 조립체(150)가 연료 분사 장치 하우징(23)의 고압 챔버(55) 내에 배치된 것으로 도시되었지만, 도파관 조립체의 하나 이상의 부품이 고압 챔버의 외부에 전체적으로 또는 부분적으로 배치될 수도 있으며, 본 발명의 범주 내에서 하우징의 외부에도 배치될 수 있다. 예를 들어, 자기 변형 재료가 사용되면, 자기장 발생기(넓게는, 여기 장치)는 본체(25) 또는 연료 분사 장치 하우징(23)의 다른 부품 내에 배치될 수 있으며, 고압 챔버(55)에 부분적으로 노출되거나 또는 고압 챔버로부터 완전히 밀봉될 수도 있다. 다른 실시예에서, 도파관의 말단 단부(123)가 고압 챔버 내에 배치된다면, 압전 링(147)[및 고리(151)]과 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)는 함께 고압 챔버(55)의 외부에 위치될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.

압전 링(147)과 고리(151)를 도파관(121)의 상부 세그먼트(131) 주위에 배치하면, 전체 도파관 조립체(150)는 (예를 들어, 변환기 및 초음파 혼이 종래의 단부 대 단부 또는 "적층식" 배열로 배열되는 조립체의 길이와 반대로) 도파관 자체의 길이보다 더 길 필요가 없다. 일 예로서, 전체 도파관 조립체(150)는 도파관의 공진 파장의 약 1/2과 동일한 (달리 1/2 파장으로 통칭되는) 길이를 적절하게 가질 수 있다. 특히, 도파관 조립체(150)는 약 15 ㎑ 내지 약 100 ㎑의 범위, 더 적절하게는 약 15 ㎑ 내지 약 60 ㎑의 범위, 더더욱 적절하게는 약 20 ㎑ 내지 약 40 ㎑ 범위의 초음파 주파수로 공진하도록 적절하게 구성된다. 이러한 주파수에서 작동하는 1/2 파장 도파관 조립체(150)는 약 20 ㎜ 내지 약 133 ㎜의 범위, 더 적절하게는 약 37.5 ㎜ 내지 약 133 ㎜의 범위, 더욱 적절하게는 약 50 ㎜ 내지 약 100 ㎜ 범위의 각각의 전체 길이(1/2 파장에 대응함)를 갖는다. 더욱 특별한 예로서, 도 8 및 도 9에 도시된 도파관 조립체(150)는 약 40 ㎑의 주파수에서 작동하도록 구성되고 약 50 ㎜의 전체 길이를 갖는다. 그러나, 하우징(23)은 전파장(full wavelength)을 갖는 도파관 조립체가 내부에 배치될 수 있는 충분한 크기를 가질 수 있다. 또한, 이러한 배열에서, 도파관 조립체는 적층된 구조의 변환기와 초음파 혼을 포함할 수 있다.

비 전기 전도성 슬리브(155)(도시된 실시예에서는 원통형이지만, 다른 형상일 수도 있다)는 고리(151)의 상부 단부에 착좌되고, 고리로부터 고압 챔버(55)의 상부 단부까지 연장된다. 슬리브(155)는 또한 대체로 가요적인 재료로 구성되는 것이 적절하다. 예로서, 슬리브(155)를 구성하는 적절한 재료는 상표명 "ULTEM"으로 미국 제너럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company, U.S.A.)로부터 구입할 수 있는 비결정질 열가소성 폴리에테르이미드(amorphous thermoplastic polyetherimide) 재료이다. 그러나, 세라믹 재료와 같은 다른 적절한 비 전기 전도성 재료가 슬리브(155)를 구성하는데 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 슬리브(155)의 상부 단부는 슬리브의 상부 단부로부터 반경방향 외측으로 연장하는 일체로 형성된 환형 플랜지(157)와, 슬리브의 상부 단부에서 4개의 대체로 가요적인 탭(161)을 형성하는 일 세트의 4개의 종방향 연장 슬롯(159)을 갖는다. 제2 환형 플랜지(163)는 슬리브(155)와 일체로 형성되어 종방향 연장 슬롯(159) 바로 아래에서, 즉 슬리브의 상부 단부에 배치된 환형 플랜지(157)와 종방향으로 이격된 관계로 슬리브로부터 반경방향 외측으로 연장된다.

전기 전도성 재료로 구성된 접촉 링(165)은 슬리브의 종방향으로 이격된 환형 플랜지(157, 163) 사이에서 슬리브(155)의 주위를 둘러싼다. 일 실시예에서, 접촉 링(165)은 황동으로 적절하게 구성된다. 그러나, 접촉 링(165)은 본 발명의 범주 내에서 다른 적절한 전기 전도성 재료로 구성될 수도 있다. 또한, 단일 점 접촉 장치, 가요성 및/또는 스프링 부하식 탭 또는 다른 적절한 전기 전도성 장치와 같이, 링 이외의 다른 접촉 장치가 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 접촉 링(165)의 내부 단면 치수(예를 들어, 직경)는 환형 플랜지(157, 163) 사이에서 연장하는 슬리브(155)의 종방향 세그먼트의 외부 단면 치수보다 약간 작은 치수를 갖는다.

접촉 링(165)은 슬리브의 상부 단부 위에서 접촉 링을 가압하여 슬리브(155) 상으로 삽통식으로 하향 삽입된다. 슬리브(155)의 상부 단부에서 환형 플랜지(157)에 대한 링(165)의 힘은 탭(161)을 반경방향 내측으로 휘도록(예를 들어 만곡되도록) 가압하여, 링이 슬리브의 상부 단부에 형성된 환형 플랜지를 지나 하방으로 활주하고 제2 환형 플랜지(163) 상에 링이 착좌될 수 있게 한다. 탭(161)은 초기 위치로 탄성적으로 복귀 이동하여, 접촉 링(165)과 슬리브(155) 사이에 마찰 결합을 제공하고 슬리브의 환형 플랜지(157, 163) 사이에 접촉 링을 유지한다.

비 전기 전도성 재료로 구성된 안내 링(167)은 접촉 링(165)을 둘러싸서 접촉 링을 전기적으로 절연한다. 예로서, 안내 링(167)은 슬리브(163)와 동일한 재료로 구성될 수 있다(반드시 동일한 재료로 구성될 필요는 없다). 일 실시예에서, 안내 링(167)은 접촉 링 상에 안내 링을 클램핑하거나 또는 마찰 끼워 맞춤함으로써 슬리브 상에 유지되는 것이 적절하며, 접촉 링(165) 상에 유지되는 것이 더욱 적절하다. 예를 들어, 안내 링(167)은 도 9에 도시된 바와 같이 슬롯을 따라 파단된 불연속 링일 수 있다. 따라서 안내 링(167)은 슬롯에서 원주 방향으로 팽창 가능하여, 접촉 링(165) 위로 안내 링을 끼워 맞출 수 있으며, 후속하는 해제 시 접촉 링 주위를 탄성적이고 견고하게 폐쇄한다.

특히 적절한 실시예에서, 환형 위치 너브(169, nub)는 접촉 링 상에 안내 링을 적절하게 위치시키도록 안내 링(167)으로부터 반경방향 내측으로 연장하고 접촉 링(165) 내에 형성된 환형 홈(171) 내에 수용될 수 있다. 그러나, 접촉 링(165)과 안내 링(167)은 본 발명의 범주 내에서 도 8 및 도 9에 도시된 것과 다르게 슬리브(155) 상에 장착될 수도 있다. 적어도 하나, 적절하게는 복수의 가늘어지거나 또는 원뿔(frusto conically) 형상의 개구(173)가 안내 링(167)을 반경방향으로 관통하여 형성되어 접촉 링에 전류를 전달하기 위한 접촉 링(165)에 대한 접근을 가능하게 한다.

도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 비 전기 전도성 재료로 구성된 절연 슬리브(175)는 본체(25) 측면의 개구를 통해 연장하고 안내 링(167)의 개구(173) 중 하나 내에 착좌하도록 구성된 대체로 원뿔형인 말단 단부(177)를 갖는다. 절연 슬리브(175)는 개구(173) 내에서 본체(25)에 나사식으로 체결되는 적절한 조절 장치(179)에 의해 정위치에 유지되며 절연 슬리브가 연장되는 중앙 개구를 갖는다. 적절한 전기 배선(181)이 절연 슬리브(175)를 통해 연장하여 와이어의 일 단부에서 접촉 링(165)과 전기 접속하고 전류의 공급원(도시 생략)과 대향 단부(도시 생략)에서 전기적으로 연결된다.

추가적인 전기 배선(183)이 고압 챔버(55) 내에서 슬리브(155)의 외측을 따라 접촉 링(165)으로부터 하방으로 연장하여 최상부 압전 링(147)과 바로 아래의 압전 링 사이에 배치된 전극(도시 생략)과 전기적으로 연결된다. 별개의 와이어(184)가 상기 전극을 최하부 압전 링(147)과 바로 위에 위치된 링 사이에 배치된 다른 전극(도시 생략)에 전기적으로 접속시킨다. 장착 부재(79) 및/또는 도파관(121)은 압전 링(147)에 전달된 전류에 대한 접지를 제공한다. 특히, 접지 와이어(185)가 장착 부재(79)에 연결되고, 중간의 두 개의 압전 링(147) 사이까지 연장하여 상기 두 개의 압전기 사이에 배치된 전극(도시 생략)과 접촉한다. 선택적으로, 제2 접지 와이어(도시 생략)가 두 개의 중간 압전 링(147) 사이로부터 연장되어 최상부 압전 링과 고리(151) 사이에서 다른 전극(도시 생략)과 접촉할 수도 있다.

이제 도 6, 도 6a, 도 8 및 도 9를 특히 참조하면, 장착 부재(79)는 도파관의 단부(123, 129) 사이에서 도파관(121)에 적절하게 연결된다. 특히, 장착 부재(79)는 도파관의 노드 영역(nodal region)에서 도파관(121)에 연결되는 것이 더욱 적절하다. 본원에 사용될 때, 도파관(121)의 "노드 영역"은 도파관의 초음파 진동 중 종방향 변위가 매우 적게 발생하고(또는 전혀 발생하지 않고) 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향) 변위가 대체로 최대화되는 도파관의 종방향 영역 또는 세그먼트를 지칭한다. 도파관(121)의 횡방향 변위는 도파관의 횡방향 팽창을 포함하는 것이 바람직하지만, 도파관의 횡방향 이동(예를 들어, 만곡)도 포함할 수 있다.

도시된 실시예에서, 도파관(121)의 구성은 노드 평면(즉, 종방향 변위가 발생하지 않고 횡방향 변위가 대체로 최대화되는 도파관을 가로지르는 평면)이 존재하지 않는다. 오히려, 도시된 도파관(121)의 노드 영역은 대체로 돔(dome) 형상(dome-shaped)이어서 노드 영역 내의 임의의 주어진 종방향 위치에서 몇몇 종방향 변위가 여전히 존재하지만 도파관의 주 변위는 횡방향 변위이다.

그러나, 도파관(121)은 노드 평면(또는 때때로 지칭되는 바와 같이 노드 점)을 갖도록 적절하게 구성될 수 있으며, 이러한 도파관의 노드 평면은 본원에서 정의된 노드 영역의 의미 내에 있는 것으로 간주된다. 또한, 장착 부재(79)는 본 발명의 범주 내에서 도파관(121)의 노드 영역 위 또는 아래에 종방향으로 배치될 수 있다.

장착 부재(79)는 연료 분사 장치 하우징(23)으로부터 도파관(121)을 진동에 대해 격리하도록 연료 분사 장치(21) 내에 적절하게 구성 및 배치된다. 즉, 장착 부재(25)는 도파관의 종방향 및 횡방향(예를 들어, 반경방향) 기계 진동이 연료 분사 장치 하우징(23)으로 전달되는 것을 방지하고 고압 챔버(55) 내의 도파관(121)의 소정의 횡방향 위치를 유지하고 연료 분사 장치 하우징의 내에서 도파관의 종방향 변위를 가능하게 한다. 일 예로서, 도시된 실시예의 장착 부재(79)는 통상 도파관(121)으로부터 외측으로 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향) 연장하는 환형 내부 세그먼트(187)와, 내부 세그먼트와 횡방향으로 이격된 관계로 도파관에 대해 횡방향으로 연장하는 환형 외부 세그먼트(189)와, 내부 및 외부 세그먼트 사이에서 횡방향으로 연장되고 양자를 상호 연결하는 환형 상호 연결 웨브(191)를 포함한다. 내부 및 외부 세그먼트(187, 189)와 상호 연결 웨브(191)는 도파관(121)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장하지만, 이러한 요소들 중 하나 이상은 본 발명의 범주 내에서 바퀴 살 방식과 같이 도파관 주위에서 불연속일 수 있다.

도 6a에 도시된 실시예에서, 장착 부재(79)의 내부 세그먼트(187)는 여기 장치(145), 즉 압전 링(147)이 착좌되는 견부(149)를 형성하는 대체로 편평한 상부 표면을 갖는다. 내부 세그먼트(187)의 하부 표면(193)은 도파관(121)의 인접부로부터 상호 연결 웨브(191)와의 접촉부까지 연장하도록 윤곽을 형성하는 것이 적절하며, 더욱 적절하게는 만곡된 반경 윤곽을 갖는다. 특히, 장착 부재(79)의 내부 세그먼트(187)와 상기 웨브(191)의 접합부에서 하부 표면(193)의 윤곽은 도파관(121)이 진동할 때 상기 웨브의 비틀림을 용이하게 하도록 더 작은 반경(예를 들어, 더 날카롭거나, 덜 가늘어지거나, 더욱 모서리진 형상인) 윤곽인 것이 적절하다. 도파관(121)과 장착 부재(79)의 내부 세그먼트(187)의 접합부에서 하부 표면(193)의 윤곽은 도파관의 진동 중 상호 연결 웨브(191)가 비틀릴 때 장착 부재의 내부 세그먼트 내의 응력을 감소시키기 위해 비교적 큰 반경(예를 들어, 더 가늘어지거나 매끄러운) 윤곽인 것이 적절하다.

장착 부재(79)의 외부 세그먼트(189)는 노즐의 상부 단부(33)에 대체로 인접하여 노즐(27)에 의해 형성된 견부에 대해 착좌되도록 구성된다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 노즐(27)의 내부 단면 치수(예를 들어, 내경)는 노즐의 상부 단부(33)에 인접하여 내측으로, 예를 들어 장착 부재(79) 아래에서 종방향으로 단차가 형성되어, 도파관(121)의 초음파 진동 중 장착 부재의 변위가 가능하도록 노즐이 장착 부재의 상호 연결 웨브(191)와 내부 세그먼트(187)의 윤곽을 갖는 하부 표면(193)으로부터 종방향으로 이격된다. 장착 부재(79)는 적어도 외부 세그먼트(189)의 외부 에지 마진이 연료 분사 장치 하우징(23)의 본체(25)의 하부 단부(31)[즉, 노즐의 상부 단부(33)에 대해 착좌하는 본체의 표면]와 노즐(27)의 견부 사이에서 종방향으로 배치되도록 횡방향 단면 치수를 갖는 것이 바람직하다. 연료 분사 장치(21)의 유지 부재(29)는 노즐(27)과 본체(25)를 함께 가압하여 그들 사이의 장착 부재 외부 세그먼트(189)의 에지 마진을 고정한다.

상호 연결 웨브(191)는 도파관(121)의 초음파 진동에 반응하여 상기 웨브의 휨 및/또는 만곡을 용이하게 하도록 장착 부재(79)의 내부 및 외부 세그먼트(187, 189) 보다 상대적으로 얇게 구성된다. 예로서, 일 실시예에서 장착 부재(79)의 상호 연결 웨브(191)의 두께는 약 0.2㎜ 내지 약 1㎜ 범위 내에 있을 수 있으며, 더 적절하게는 약 0.4㎜일 수 있다. 장착 부재(79)의 상호 연결 웨브(191)는 적어도 하나의 축방향 구성 요소(192)와 적어도 하나의 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향) 구성 요소(194)를 포함하는 것이 적절하다. 도시된 실시예에서, 상호 연결 웨브(191)는 웨브가 대체로 U자형 단면을 갖도록 횡방향 구성 요소(194)에 의해 연결된 한 쌍의 횡방향으로 이격된 축방향 구성 요소(192)를 갖는다.

그러나, 본 발명의 범주 내에서 적어도 하나의 축방향 구성 요소(192)와 적어도 하나의 횡방향 구성 요소(194)를 갖는, L자형, H자형, I자형, 역U자형, 역L자형과 같은 다른 구성이 적절할 수 있다. 적절한 상호 연결 웨브(191) 구성의 다른 예는 본원과 일치하는 정도까지 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제6,676,003호에 도시 및 개시된다.

웨브(191)의 축방향 구성 요소(192)는 장착 부재의 각각의 내부 및 외부 세그먼트(187, 189)로부터 현수되며, 횡방향 구성 요소(194)에 대해 대체로 외팔보로 형성된다. 따라서 축방향 구성 요소(192)는 장착 부재의 내부 세그먼트(187)의 횡방향 진동 변위에 반응하여 장착 부재의 외부 세그먼트(189)에 대한 동적인 만곡 및/또는 휨이 가능하여, 도파관의 횡방향 변위로부터 하우징(23)을 격리시킨다. 상기 웨브(191)의 횡방향 구성 요소(194)는 축방향 구성 요소(192)에 대해 외팔보여서, 횡방향 구성 요소는 내부 세그먼트(187)의 축방향 진동 변위에 반응하여 축방향 구성 요소에 대해[그리고 그에 따라 장착 부재의 외부 세그먼트(189)에 대해] 동적인 만곡 및 휨이 가능하고, 그 결과 도파관의 축방향 변위로부터 하우징을 격리시킨다.

도시된 실시예에서, 도파관(121)은 도파관의 초음파 여기 시 노드 영역[예를 들어, 장착 부재(79)가 도파관에 연결되는 곳]에서 반경방향으로 팽창되며 축방향으로도 약간 변위된다. 반응시, U자형 상호 연결 부재(191)[예를 들어, 상호 연결 부재의 축방향 및 횡방향 구성 요소(192, 194)]는 대체로 만곡되거나 휘어지며, 특히 예를 들어 용변기 플런저 헤드가 플런저 핸들의 축방향 변위 시에 말려지는(roll up) 방식과 유사하게 장착 부재(79)의 고정된 외부 세그먼트(189)에 대해 말려진다. 따라서 상호 연결 웨브(79)는 도파관(121)의 초음파 진동으로부터 연료 분사 장치 하우징(23)을 격리시키고, 특히 도시된 예에서는 내부 세그먼트(187)의 진동 변위로부터 장착 부재의 외부 세그먼트(189)를 격리시킨다. 이러한 장착 부재(79) 구성은 또한 정상 작동 중에 발생할 수 있는 노드 영역 시프트(shift)를 보상하도록 충분한 대역폭을 제공한다. 특히, 장착 부재(79)는 도파관(121)을 통한 초음파 에너지의 실질적인 전달 중 상승하는 노드 영역의 실시간 위치의 변화를 보상할 수 있다. 이러한 변화 또는 시프트는 예를 들어, 고압 챔버(55) 내의 온도 및/또는 다른 환경 조건의 변화로 인해 발생할 수 있다.

도시된 실시예에서는 장착 부재(79)의 내부 및 외부 세그먼트(187, 189)가 도파관에 대해 대체로 동일한 종방향 위치에 배치되지만, 내부 및 외부 세그먼트는 본 발명의 범주 내에서 서로로부터 종방향으로 오프셋될 수도 있다. 또한, 상호 연결 웨브(191)는 하나 이상의 축방향 구성 요소(192)만을 포함할 수도 있으며(예를 들어, 횡방향 구성 요소(194)는 생략될 수도 있으며), 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 도파관(121)이 노드 평면을 가지며 장착 부재(79)가 노드 평면상에 위치되면 장착 부재는 도파관의 횡방향 변위를 격리하도록 구성되기만 하면 된다. 다른 실시예에서(도시 생략), 장착 부재는 예를 들어, 도파관의 대향 단부(123, 129) 중 하나인 도파관의 반 노드 영역(anti-nodal region)에 또는 그 부근에 배치될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 상호 연결 웨브(191)는 도파관의 축방향 변위를 격리하도록 하나 이상의 횡방향 구성 요소(194)만을 포함할 수도 있다(즉, 반 노드 영역에서 횡방향 변위는 아주 적게 발생하거나 또는 전혀 발생하지 않는다).

특히 적절한 실시예에서, 장착 부재(79)는 단일편 구성이다. 더욱 적절하게는 장착 부재(79)는 도 6에 도시된 바와 같이 도파관(121)과 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 장착 부재(79)는 도파관(121)으로부터 분리되어 구성될 수도 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 또한, 장착 부재(79)의 하나 이상의 구성 요소가 개별적으로 구성되어, 적절하게 연결되거나 또는 함께 조립될 수도 있다.

적절한 실시예에서, 장착 부재(79)는 고압 챔버(55) 내에서 적절한 배열로 도파관(121)[그리고 그에 따라 밸브 니들(53)]을 유지하기 위해 대체로 강성이도록(예를 들어, 하중이 가해질 때 정적 변위에 저항하도록) 추가로 구성된다. 예를 들어, 실시예에서 강성 장착 부재는 비탄성 재료로 구성될 수 있으며, 더욱 적절하게는 금속으로 구성될 수 있으며, 더더욱 적절하게는 도파관을 구성하는 금속과 동일한 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, 용어 "강성"은 장착 부재가 도파관의 초음파 진동에 반응하여 동적인 휨 및/또는 만곡이 불가능하다는 것을 의미하지는 않는다. 다른 실시예에서, 강성 장착 부재는 하중 하에서 정적 변위에 충분히 저항적이지만 도파관의 초음파 진동에 반응하여 동적인 휨 및/또는 만곡이 가능한 탄성 재료로 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 장착 부재(79)는 금속으로 구성되고, 더 적절하게는 도파관(121)과 동일한 재료로 구성되지만, 장착 부재는 본 발명의 범주 내에서 다른 적절한 대체로 강성인 재료로 구성될 수도 있다.

도 6 및 도 8을 다시 참조하면, 연료가 연료 분사 장치 하우징(23)의 고압 챔버(55) 내에서 유동하는 유동 경로는 노즐(27)의 내부 표면과 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 외부 표면[예를 들어, 장착부재(79)의 아래] 사이와, 본체(25)의 내부 표면과 여기 장치(145)의 외부 표면 사이와, 고리(151)와 슬리브(155)(예를 들어, 장착 부재 위) 사이의 횡방향 간격에 의해 부분적으로 형성된다. 연료 유동 경로는 연료 입구로부터의 유동 경로에 진입하는 고압 연료가 배출 포트(83)를 거쳐 노즐(27)로부터 배출되도록 노즐 첨단(81)을 향한 유동 경로를 따라 하방으로 유동(도시된 실시예에서)하도록, 슬리브(155)에서 분사 장치 하우징(23)의 본체(25)의 연료 입구(57)와 대체로 유체 연통한다. 상술한 바와 같이, 추가의 고압 연료가 도파관과 밸브 니들(53) 사이의 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 유동한다.

장착 부재(79)는 고압 챔버(55) 내에서 도파관(121)에 대해 횡방향으로 연장하기 때문에, 본체(25)의 하부 단부(31)와 노즐(27)의 상부 단부(33)는 연료가 고압 챔버 내에서 유동할 때 연료 유동 경로가 대체로 장착 부재 주위를 우회할 수 있도록 적절하게 구성된다. 예를 들어, 도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 채널(199)이 본체(25)의 하부 단부(31) 내에 형성되어 장착 부재(79)의 상류에서 유동 경로와 유체 연통하고 노즐(27)의 상부 단부(33) 내에 형성된 각각의 채널(201)과 정렬하여, 장착 부재 하류의 유동 경로와 유체 연통한다. 따라서 장착 부재(79) 상류의 유동 경로[예를 들어, 본체(25)와 슬리브(155)/고리(151)/압전 링(147) 사이]를 따라 연료 입구(57)로부터 하방으로 유동하는 고압 연료는 장착 부재 주위의 본체 내의 채널(199)을 통해 발송되고(routed), 장착 부재 하류의 유동 경로[예를 들어, 노즐과 도파관(121) 사이]로 노즐(27) 내의 채널(201)을 통해 발송된다.

일 실시예에서, 연료 분사 장치는 여기 장치(145)의 작동과 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하기 위해 적절한 제어 시스템(도시 생략)에 의해 작동된다. 이러한 제어 시스템은 당업자에게 공지되어 있으며 필요한 정도만을 제외하고 본원에 추가로 설명될 필요는 없다. 분사 작동이 발생하지 않으면, 밸브 니들(53)은 본체(25)의 보어(35) 내에서 스프링(111)에 의해, 밸브 니들의 말단 단부(115)가 배출 포트(83)를 폐쇄하도록 노즐 첨단(81)과 밀봉 접촉하는 폐쇄 위치로 편의된다. 솔레노이드 밸브는 핀 홀더를 통해 종방향으로 연장하는 보어(97)를 폐쇄하도록 핀 홀더(47)의 헤드(87) 내에 형성된 함몰부(95)에 폐쇄부를 제공한다. 밸브 니들(53)이 폐쇄 위치인 도파관 조립체에는 제어 시스템에 의해 전류가 공급되지 않는다.

고압 연료는 연료 공급원(도시 생략)으로부터 하우징(23)의 연료 입구(57)에서 연료 분사 장치(21)로 유동한다. 연료 공급원으로부터 연료 분사 장치(21)로 가압된 연료를 전달하는 적절한 연료 전달 시스템은 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 본원에서 추가로 설명할 필요는 없다. 일 실시예에서, 고압 연료는 약 550 bar(8,000 psi) 내지 약 2070 bar(30,000 psi) 범위의 압력으로 연료 분사 장치(21)에 전달될 수 있다. 고압 연료는 본체(25)의 분배 채널(59)을 통해 본체와 핀 홀더(47) 사이의 환형 갭(99)으로 유동하며, 핀 홀더의 공급 채널(101)을 통해 핀(93) 위의 핀 홀더의 내부 채널(91)로 유동하며, 핀 홀더 내의 보어(97)를 통해 상향 유동한다. 고압 연료는 또한 고압 유동 경로를 통해, 즉 본체(25)의 하부 분배 채널(61)을 통해 고압 챔버(55)로 유동하여 도파관(121)의 외부와 도파관의 내부 통로(127) 내부 모두에서 고압 챔버를 충진한다. 이러한 상태에서, 핀(93) 위의 고압 연료는 스프링(111)의 편의력(bias)과 함께 고압 챔버(55) 내의 고압 연료가 밸브 니들(53)을 개방 위치로 가압하는 것을 방지한다.

분사 장치 제어 시스템이 연소 엔진에 연료의 분사가 필요하다는 것을 결정하면, 고압 연료가 핀 홀더로부터 본체(25)의 상부 단부(37)의 연료 복귀 채널(71)로 저압 연료로서 유동하여, 핀 홀더 내의 핀(93) 뒤(예를 들어, 위)에서 연료 압력을 감소키기 위해 핀 홀더 보어(97)를 개방하도록 제어 시스템에 의해 솔레노이드 밸브에 에너지가 공급된다. 따라서 고압 챔버(55) 내의 고압 연료는 이제 스프링(111)의 편의력에 대항하여 밸브 니들(53)을 밸브 니들의 개방 위치로 가압할 수 있다. 밸브 니들(53)의 개방 위치에서, 밸브 니들의 말단 단부(115)는 배출 포트(83)에서 노즐 첨단(81)으로부터 충분히 이격되어, 고압 챔버(55) 내의 연료가 배출 포트를 통해 배출될 수 있도록 한다.

대략 동시에 밸브 니들(53)이 개방 위치로 이동할 수 있도록 솔레노이드 밸브를 활성화시킬 때, 제어 시스템은 또한 접촉 링(165)과, 접촉 링을 압전 링에 전기 접속시키는 적절한 배선(183)을 거쳐, 여기 장치(145), 즉 도시된 실시예에서 압전 링(147)에 전류를 전달하도록 고주파수 전류 발전기에 명령을 내린다. 상술된 바와 같이, 압전 링(147)은 전류가 여기 장치(145)로 전달되는 초음파 주파수에서 (특히, 연료 분사 장치(21)의 종방향으로) 대체로 팽창 및 수축하게 된다.

링(147)의 팽창 및 수축은 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)가 (예를 들어, 압전 링이 팽창 및 수축하는 주파수와 대체로 동일한 주파수로) 초음파로 수축 및 신장되도록 한다. 이러한 방식으로의 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)의 신장 및 수축은 (예를 들어, 적절하게는 도파관의 공진 주파수에서) 도파관을, 특히 도파관의 하부 세그먼트(133)를 따라 여기하여, 하부 세그먼트를 따라, 특히 도파관의 말단 단부(123)에서 하부 세그먼트의 팽창 부분(195)에 도파관의 초음파 진동을 초래한다.

밸브 니들(53)이 개방 위치에 있을 때, 고압 챔버(55) 내의 고압 연료는 유동 경로를 따라, 특히 도파관(121)의 초음파 진동 말단 단부(123)를 지나 노즐 첨단(81)의 배출 포트(83)로 유동한다. 초음파 에너지는 도파관(121)의 말단 단부(123)에 의해 배출 포트(83)의 (유동 경로를 따라) 상류에서 고압 연료에 인가되어, 연료를 대체로 분무화한다[예를 들어, 분사 장치(21)를 빠져나가는 연료의 액적 크기 분포(droplet size distribution)를 좁히고 액적의 크기를 감소시킨다]. 연료가 배출 포트(83)를 빠져나가기 전에 연료를 초음파로 활성화시키면 연료 분사 장치(21)용 연소 챔버로 전달되는 분무화된 액체 연료의 대체로 원뿔형상인 맥동 스프레이를 생성한다.

도 1 내지 도 10의 도시된 실시예와 본원에 상술된 바와 같이, 핀(93)의 작동 및 그에 따른 밸브 니들(53)의 작동은 솔레노이드 밸브(도시 생략)에 의해 제어된다. 그러나, 캠 작동식 장치, 압전기 또는 자기 변형 작동식 장치, 유압 작동식 장치 또는 유압 증폭 밸브를 구비하거나 또는 구비하지 않는 다른 적절한 기계 장치와 같은 다른 장치들이 본 발명의 범주 내에서 밸브 니들의 작동을 제어하기 위해 사용될 수도 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 11은 대체로 도면 부호 421로 지시된 본 발명의 초음파 액체 전달 장치의 제2 실시예를 도시한다. 이 제2 실시예의 장치(421)는 초음파 에너지를 액체에 가한 후에 액체의 가압된 스프레이가 장치로부터 빠져나가는 임의의 초음파 구동식 장치를 참조로 본원에서 대체로 설명되며, 이러한 장치는 분무기 및 다른 약물 전달 장치, 성형 설비, 가습기, 엔진용 연료 분사 장치, 페인트 스프레이 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템, 균질화 시스템, 스프레이 건조 시스템, 냉각 시스템 및 초음파로 발생된 액체의 스프레이가 사용되는 다른 용도와 같은 장치에 적용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는 것으로 고려된다.

도시된 장치(421)는 대체로 도면 부호 423으로 지시된 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 하우징 내로 액체를 수용하기 위한 입구(457)를 갖는다. 액체는 0.0bar(0.0psi)보다 약간 높고 약 3,450bar(50,000psi) 이하의 범위로 가압되는 것이 적절하다. 도시된 실시예에서, 하우징(423)은 적어도 부분적으로 [도 11에 도시된 장치(421)의 수직 방향에 대한] 상부 하우징 부재(425)와 하부 하우징 부재를 포함한다. 상부 하우징 부재(425)의 하부 단부(431)는 하부 하우징 부재(427)의 상부 단부(433)에 대해 착좌되며, 하우징 부재들은 적절한 나사 결합식 커넥터(429)에 의해 함께 고정된다. 상부 및 하부 하우징 부재(425, 427)는 함께 입구(457)와 유체 연통하는 내부 챔버(455)를 형성한다. 하부 하우징 부재(427)는 삽입체(482)를 나사 결합식으로 수용하도록 바닥부에 형성된 축방향으로 연장하는 나사식 보어(480)를 구비하여, 삽입체는 장치(421)의 하우징(423)을 추가로 형성한다. 배출 포트(483)는 액체가 하우징으로부터 배출되는 하우징(423)의 배출 포트를 대체로 형성하도록 삽입체(482)를 관통하여 축방향으로 연장된다.

도 11에 도시된 삽입체(482)는 단일 배출 포트(483)를 갖지만, 삽입체는 하나 이상의 배출 포트를 가질 수도 있다. 또한, 삽입체(483)는 완전히 생략될 수도 있으며 하부 하우징 부재(427)의 바닥은 내부에 형성된 하나 이상의 배출 포트를 구비한 상태로 폐쇄된다. 도시된 실시예의 하우징(423)은 대체로 원통형이지만, 임의의 형상이 적절할 수도 있으며, 적어도 부분적으로는 전달 전에 하우징 내에 배치되는 액체의 소정량, 배출 포트의 수와 크기 및 장치가 작동하는 작동 주파수에 따라 크기가 결정될 수 있다. 또한, 하부 하우징 부재(427)는 하나 이상의 배출 포트(83)가 노즐의 첨단(81)에 형성되는 도 1 내지 도 10의 실시예의 노즐(27)과 유사하게 구성될 수 있다.

액체 입구(457)는 하우징(423)의 내부 챔버(455)와 유체 연통하도록 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)을 횡방향으로 관통하여 연장한다. 그러나, 액체 입구(457)는 하부 하우징(427)의 측부를 따르거나 또는 상부 하우징 부재(425)의 측부를 따라 실질적으로 모든 장소에 배치될 수도 있거나, 또는 상부 하우징 부재의 상부를 관통하여 축방향으로 연장할 수도 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 따라서 도 11에 도시된 내부 챔버(455)는 액체가 하우징으로부터 액체를 배출하기 위한 배출 포트(483)로 하우징(423) 내에서 유동하는 액체 유동 경로를 대체로 형성한다.

도 11에 도시된 장치(423)는 밸브 부재[예를 들어, 도 1 내지 도 10의 실시예의 밸브 니들(53)과 유사한 밸브 부재] 또는 배출 포트(483)로의 액체의 유동을 제어하기 위해 하우징 내에 배치된 다른 부품을 구비하지 않는다. 오히려, 이 제2 실시예에서 액체는 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 연속적으로 유동할 수 있다. 그러나, 하우징(423) 외부의 적절한 제어 시스템(도시 생략)이 하우징 입구(457)로의 액체의 유동을 제어할 수 있어, 배출 포트(483)로의 액체의 전달을 제어할 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.

대체로 도면 부호 550으로 지시된 긴 초음파 도파관 조립체는 하우징(423)의 축방향(예를 들어, 도 11에 도시된 하우징의 종방향 또는 수직방향)으로 연장하고, 하우징의 내부 챔버(455) 내에 전체적으로 배치된다. 특히, 도파관 조립체(550)는 도 1 내지 도 10의 실시예의 연료 분사 장치(21)의 도파관 조립체(150)와 실질적으로 동일한 방식으로 적절하게 구성된다. 상기 조립체(550)의 도파관(521)의 말단 단부(523)는 배출 포트(483) 부근에 배치되는 것이 적절하다. 용어 "부근"은 액체가 배출 포트(483)에 진입하기 바로 전에 초음파 에너지가 도파관(521)의 말단 단부(523)에 의해 내부 챔버(455) 내의 액체에 제공되는 것으로 정성적으로(in a qualitative sense) 본원에서 사용되며, 도파관의 말단 단부와 배출 포트 사이의 특정 간격을 의미하지는 않는다.

도 11에 도시된 바와 같이, 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)의 내부 단면 치수는 하부 하우징 부재의 하부 단부(481)를 향해 감소된다. 따라서 도파관(521)의 말단 단부(523)의 확대된 부분 및/또는 그에 인접한 확대된 부분(695)은 하우징 내의 액체의 유동 경로가 도파관의 말단 단부에서 및/또는 상기 말단 단부에 인접하여 좁아지도록, 예를 들어 배출 포트의 [가압된 액체가 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 유동하는 방향에 대한] 바로 상류에서 하부 하우징 부재(427)의 하부 단부(481)를 향해 측벽(552)과 밀접하게 이격되거나 또는 활주 접촉하는 관계일 수 있다.

그러나, 도파관(521)의 말단 단부(523)(또는 다른 세그먼트)는 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)과 밀접하게 이격된 관계일 필요는 없으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 도파관(521)의 외부 단면 치수는 확대된 부분(695)을 갖는 대신에 길이를 따라 실질적으로 일정할 수 있거나, 도파관의 말단 단부(523)를 향해 좁아질 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)의 내부 단면 치수는 하부 하우징 부재의 하부 단부(481)를 향해 감소되지 않을 수도 있다.

도파관(521)은 도 1 내지 도 10의 실시예의 장착 부재(79)와 실질적으로 유사하게 구성된 횡방향으로 연장하는 장착 부재(479)에 의해 내부 챔버(455) 내에서 하우징(423)에 적절하게 상호 연결된다. 따라서 장착 부재(479)는 도파관(521)의 기계적 진동으로부터 하우징(423)을 진동에 대해 격리시킨다. 장착 부재(479)의 외부 세그먼트(689)는 하부 하우징 부재(427)의 상부 단부(433)와 상부 하우징 부재(425)의 하부 단부(431) 사이에 고정된다. 적절한 포트[도시되지 않았지만, 도 1 내지 도 10의 실시예에 도시된 포트(199, 201)와 유사함]가 상부 및 하부 하우징 부재(425, 427)에 형성될 수 있으며, 이때 장착 부재(479)의 외부 세그먼트(689)는 액체가 내부 챔버 내에서 장착 부재를 지나 종방향으로 유동할 수 있도록 상부 하우징 부재와 하부 하우징 부재 사이에 고정된다.

또한, 도파관 조립체(550)는 도파관(521)의 상부 세그먼트(531)에 나사 결합식으로 체결된 고리(551)에 의해 장착 부재(479)에 대해 압착되는 여기 장치(545)[예를 들어, 도시된 실시예에서 압전 링(547)]를 포함한다. 전류는 하우징(423)의 측부를 통해 연장하고 내부 챔버(455) 내에서 접촉 링(683)에 전기 접속되는 적절한 배선[도시되지 않았지만, 도 1 내지 도 10의 실시예의 배선(181, 183)과 유사]에 의해 여기 장치(545)에 공급된다.

작동시, 액체는 유동 경로를 따라, 예를 들어 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 유동하기 위해 하우징(423)의 액체 입구(457)로 전달된다. 가압된 액체가 도파관(521)의 말단 단부(523)를 통과해 배출 포트(483)로 유동할 때, 도파관 조립체(550)는 도 1 내지 도 10의 연료 분사 장치(21)의 도파관 조립체(150)와 실질적으로 동일한 방식으로 작동되어 초음파 혼의 방식에서와 같이 도파관의 말단 단부를 초음파 진동시킨다. 따라서 초음파 에너지는 액체가 배출 포트(483)에 진입하기 바로 전에 도파관(521)의 말단 단부(523)에 의해 액체에 제공되어 액체를 대체로 분무화한다[예를 들어, 액적의 크기를 감소시키고 장치(421)를 빠져나가는 액체의 액적 크기 분포를 좁힌다]. 액체가 배출 포트(483)를 빠져나가기 전에 액체를 초음파로 활성화시키면 대체로 장치(421)로부터 전달된 맥동하는 분무화된 액체의 대략 원뿔형 스프레이를 생성한다.

도 12는 대체로 도면 부호 821로 지시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치를 도시한다. 제3 실시예의 장치(821)는 제3 실시예의 도파관 조립체(950)가 하우징(823)의 내부 챔버(855) 내에 부분적으로만 배치된 것으로 도시된 것을 제외하면 제2 실시예의 장치와 유사하다. 제3 실시예의 하우징(823)은 내부 챔버(855)를 형성하는 하우징 부재(825)와 하우징 부재의 개방 상부 단부(837) 위에 나사 결합식으로 체결된 폐쇄부(826)(예를 들어, 도시된 실시예에서 환형 폐쇄부)를 포함하여, 하우징을 추가로 형성하고 폐쇄부와 하우징 부재 사이에 장착 부재(879)의 외부 세그먼트(1089)를 고정시켜, 장착 부재[및 그에 따라 도파관 조립체(850)]를 정위치에 고정한다. 따라서 장착 부재(879)는 제1 및 제2 실시예와 함께 상술한 바와 같이 도파관(921)의 기계적 진동으로부터 하우징(823)을 진동에 대해 격리시킨다. 제3 실시예의 삽입체(882)는 복수의 배출 포트(883)를 갖는 것으로 도시된다.

도 12에 도시된 실시예에서, 도파관(921)의 하부 세그먼트(933)는 내부 챔버(855) 내에서 전체적으로 연장되는 반면에, 도파관의 상부 세그먼트(931)는 하우징(823)의 축방향 외측에서 장착 부재(879)로부터 상향 연장한다. 여기 장치(945), 예를 들어 압전 링(947)은 따라서 장착 부재(879)의 상부 표면에 대해 상기 링을 압착하는 고리(951)와 함께 하우징(423)의 외부에 배치된다. 전류는 도 1 내지 도 10에 도시된 연료 분사 장치(21)와 연관된 슬리브(155)가 필요 없는 적절한 배선(도시 생략), 접촉 링(165) 및 안내 링(167)에 의해 여기 장치(945)에 전달될 수 있다. 그러나, 이러한 슬리브, 접촉 링 및 안내 링은 본 발명의 범주 내에서 도 12에 도시된 장치에 포함될 수도 있다.

도 13 내지 도 16은 대체로 도면 부호 1021로 지시된, 제4 실시예의 초음파 액체 전달 장치를 도시한다. 본 실시예의 장치(1021)는 연료 분사 장치로서 유용한 것으로 본원에 설명된다. 그러나, 더 광의적으로, 이는 초음파 에너지를 액체에 인가한 후에 액체의 가압된 스프레이가 장치로부터 배출되는 모든 용도에 사용될 수 있고, 이러한 장치는 흡입기 및 다른 약물 전달 장치, 성형 설비, 가습기, 엔진용 연료 분사 장치, 페인트 스프레이 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템, 균질화 시스템, 스프레이 건조 시스템, 냉각 시스템 및 초음파로 발생된 액체의 스프레이가 사용되는 다른 용도와 같은 장치에 적용될 수 있음이 고려되지만, 이에 제한되지는 않는다.

도시된 장치(1021)는 도 1 내지 도 10에 설명된 장치(21)에 대해 많은 부분이 유사하다. 상기 장치(1021)는, 액체의 공급원(도시 생략)으로부터 가압된 액체, 예를 들어 연료를 하우징에 의해 형성된 내부 챔버(1031)로 유동시키기 위한 입구(1025)를 갖는, 대체로 도면부호 1023으로 지시되는 하우징을 포함한다. 가압된 액체는 연료 액적의 분무화된 스프레이로서 엔진의 연소 챔버와 같은 엔진에 전달된다. 도시된 실시예에서, 하우징(1023)은 긴 본체(1033), 노즐(1037)(때때로 밸브체로도 지칭됨) 및, 본체와 노즐을 서로 조립된 상태로 유지하는 유지 부재(1039)(예를 들어, 너트)를 포함한다. 특히, 본체(1033)의 하부 단부(1041)는 노즐(1037)의 상부 단부(1043)에 대해 착좌된다(도 13 및 도 14). 유지 부재(1039)는 본체와 노즐(1037)의 정합 단부들(1041, 1043)을 함께 가압하도록 본체(1033)의 외부 표면에 적절하게 체결(예를 들어, 나사식 체결)된다.

본원에 사용된 용어 "상부" 및 "하부"는 다양한 도면에 도시된 연료 분사 장치(1021)의 수직 방위에 따라 사용되었고, 사용시 연료 분사 장치의 필요 방위를 나타내려는 것은 아니다. 즉, 연료 분사 장치(1021)는 도면에 도시된 수직 방위 이외의 방위로 배향될 수 있으며 이는 본 발명의 범주 내에 있음이 이해된다. 본원에서 용어 "축방향"과 "종방향"은 연료 분사 장치의 길이방향(예를 들어, 도시된 실시예의 수직 방향)을 나타낸다. 본원에서 용어 "횡방향", "측방향" 및 "반경방향"은 축방향(즉, 종방향)에 수직인 방향을 나타낸다. 또한, 용어 "내부" 및 "외부"는 연료 분사 장치의 축방향을 가로지르는 방향과 관련하여 사용되며, 이때, 용어 "내부"는 연료 분사 장치의 내부를 향한 방향을 나타내고, 용어 "외부"는 연료 분사 장치의 외부를 향한 방향을 나타낸다.

도 13의 특정 실시예에서, 하우징의 본체(1033)는 대체로 원통형이고, 상부 단부(1047)와 전술된 하부 단부(1041)를 갖는다. 도시된 바와 같이, 본체(1033)는 단일편 구성이지만, 함께 체결된 다중 부품으로도 적절하게 형성될 수 있다. 축방향 보어(1049)는 본체를 통해 종방향으로 연장되고, 하우징의 내부 챔버(1031)의 일 부분(예를 들어, 상부 부분)을 형성한다. 보어(1049)의 상부 단부는 본체(1033)와 해제가능한 연결부(예를 들어, 나사식 연결부)를 가질 수 있는 플러그(1053)에 의해 폐쇄된다. 다르게는, 보어(1049)의 상부 단부는 영구적으로 폐쇄될 수도 있다.

하우징(1023)의 입구(1025)는 상부 단부 및 하부 단부(1041, 1047)의 중간에, 하우징의 본체(1033)의 측면에 형성된다. 입구(1025)는 하우징에 의해 형성된 내부 챔버(1031)와 연통한다. 입구(1025)는 제1 실시예(도 1 내지 도 10)의 입구(57)와 동일한 방식으로 구성된다. 연료 입구(1025)가 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 도 13에 도시된 위치 이외의 위치에 위치될 수도 있음이 이해될 것이다. 또한, 입구는 다른 구성을 가질 수도 있다.

다시 도 13을 참조하면, 도시된 노즐(1037)은 대체로 길고, 연료 분사 장치 하우징(1023)의 본체(1033)와 동축으로 정렬된다. 특히, 노즐(1037)은 노즐의 상부 단부(1043)에서 종결되는 더 큰 직경의 상부 세그먼트(1057)와, 노즐 상의 반경방향 외부 견부(1061)로부터 하향 연장되는 더 작은 직경의 하부 세그먼트(1059)를 갖는다. 유지 너트(1039)는, 너트가 하우징(1023)의 본체(1033) 상에서 나사식 결합될 때, 견부(1061)에 대해 조여진다. 노즐(1037)의 하부 세그먼트(1059)는 노즐 첨단으로도 지칭되는 원뿔형 하부 단부(1061)를 갖는다. 축방향 보어(1075)는 노즐을 통해 종방향으로 연장되고(도 14), 본체(1033)의 축방향 보어(1049)와 특히 본체의 하부 단부(1041)에서 동축으로 정렬되어, 본체를 통한 보어 및 노즐은 함께 연료 분사 장치 하우징(1033)의 내부 챔버(1031)를 형성한다.

하나 이상의 배출 포트(1083)(도 13 및 도 16에는 네 개의 포트 중 하나가 도시됨)가 노즐(1037), 예를 들어 도시된 실시예에서는 노즐의 첨단(1061)에 형성되고, 이를 통해 고압 연료가 엔진으로 전달되도록 하우징(1023)에서 배출된다. 예를 들어, 적절한 한 실시예에서, 노즐(1037)은 8개의 배출 포트(1083)를 가질 수 있으며, 각각의 배출 포트는 약 0.15㎜(0.006인치)의 직경을 갖는다. 그러나, 배출 포트(1083)의 개수와 직경은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해될 것이다.

액체 전달 장치(1021)는 대체로 도면 부호 1101로 지시된 도파관 조립체를 더 포함한다. 도파관 조립체는 도파관(1103)과, 하우징(1023)에 도파관을 장착하는 장착 부재(1105)와, 도파관을 초음파로 여기시키기 위한, 대체로 도면 부호 1109로 지시된 여기 장치를 포함한다. 일반적으로, 도파관(1103)은, 하우징(1023)의 종방향으로 연장되는 긴 부분(1113)과, 내부 챔버(1031) 내의 액체가 노즐(1037)의 배출 포트(1083)를 거쳐 하우징으로부터 배출되는 것이 방지되는 폐쇄 위치와 액체가 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출될 수 있게 구성된 개방 위치 사이에서 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재(1115)를 포함한다.

이 특정 실시예에서, 밸브 부재(1115)의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치 사이에서 도파관(1103)을 이동시키기 위해, 대체로 도면 부호 1121로 지시된 작동기가 제공된다. 바람직하게는, 액체가 배출 포트(1083)를 통해 하우징으로부터 배출됨에 따라 액체를 분무시키도록 도파관의 밸브 부재(1115)가 개방 위치에 있을 때, 도파관(1103)은 초음파로 여기된다. 따라서, 이 실시예에서는 제1 실시예(도 1 내지 도 10)에 설명된 바와 같이 개별 밸브 니들(53)이 필요하지 않다.

초음파 도파관(1103)은 연료 분사 장치 하우징(1023)으로부터 개별적으로 형성된다. 도파관의 긴 부분(1113) 및 밸브 부재(1115)는 하우징(1023)의 내부 챔버(1031)의 종방향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 긴 부분(1113)의 상부 단부(1121)는 도파관(1103)의 상부 단부에 대응하고, 밸브 부재의 하부 단부(1125)는 노즐(1037)의 첨단(1061)에 인접하여 위치되는 도파관의 하부 말단 단부에 대응한다. 도파관의 긴 부분(1113)은 장착 부재(1105)의 아래에 대체로 배치된 제1 (도 13의 하부) 세그먼트(1113A)와, 장착 부재 상에 대체로 배치된 제2 (상부) 세그먼트(1113B)를 포함한다. 도 13의 실시예에서, 제1 및 제2 세그먼트(1113A, 1113B)는 동축상에 있고, 원형 단면의 중실 원통부를 포함하는 일체형(단일편) 유닛으로 형성된다. 그러나, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 두 개의 세그먼트가 개별편으로 형성될 수 있고, 도파관(1103)의 긴 부분(1113)이 다른 중실형 단면 형상을 가질 수도 있음이 이해될 것이다. 또한, 긴 부분(1113)은 그 전체 길이를 따라 또는 그 길이의 일 부분만을 따라 관형일 수 있다.

도 13을 특별히 참조하면, 도파관의 긴 부분(1113)의 외부(바깥) 표면은, 고압 연료가 연료 입구(1025)로부터 배출 포트(1083)까지 유동하는 유동 경로, 예를 들어 환형 유동 경로를 형성하도록 본체(1033) 및 하우징(1023)의 노즐(1037)로부터 횡방향으로 이격된다. 일반적으로, 도파관(1103)의 긴 부분(1113)의 외부 단면 치수(예를 들어, 도시된 실시예의 외부 직경)는, 도파관의 하부 단부에서 밸브 부재(1115)에 인접하는 확대된 부분(1141)을 제외하고는, 그 전체 길이를 따라 실질적으로 균일하다. 예를 들어, 도파관(1103)의 긴 부분(1113)의 제1 세그먼트(1113A)의 측벽과 확대된 부분(1141) 상류[예를 들어, 연료가 배출 포트(1083)를 향해 유동하는 방향에 대해]의 노즐(1037) 사이의 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예의 반경방향) 간격은 약 0.025㎜(0.001인치) 내지 약 0.533㎜(0.021인치) 범위에 있는 것이 적절하지만, 이에 제한되지는 않는다. 그러나, 상기 간격은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상기 수치보다 크거나 작을 수도 있다.

도파관(1103)의 제1(하부) 세그먼트(1113A)의 확대된 부분(1141)은 제1 실시예(도 1 내지 도 10)의 도파관의 확대 또는 팽창된 부분(195)과 상당히 동일하게 구성된다. 특히, 밸브 부재(1115)에 인접한 확대된 부분(1141)의 외부 표면은 배출 포트(1083)로 유동하도록 적절하게 구성되고 노즐(1037)의 내부 표면으로부터 이격된다. 일 예에서, 도파관의 하부 세그먼트의 이러한 확대된 부분(1141)의 단면 치수는, 하우징의 내부 챔버(1031) 내에서 도파관(1103)(밸브 부재(1115)를 포함함)의 적절한 축방향 정렬을 유지하도록 그 중앙 보어(1075) 내에서 노즐(1037)과 밀접하게 이격되거나 활주 접촉 관계이도록 크기가 결정된다. 또한, 도파관(1103)의 하부 세그먼트(1113A)의 확대된 부분(1141)은 배출 포트(1083)로 유동하는 연료가 노출되는 증가된 초음파식 여기 표면 영역을 제공한다. 예시적인 구성 및 치수에 관한 추가의 상세한 설명을 위해 제1 실시예(도 1 내지 도 10)의 도파관의 확대된 부분(195)의 설명을 참조할 수 있다.

밸브 부재(1115)가 도파관(1103)의 하부 단부에서 종방향으로 연장되고, 도파관의 긴 부분(1113)의 하부 세그먼트(1113A)와 대체로 동축에 있지만, 다른 구성이 적절할 수도 있다. 도시된 실시예에서, 밸브 부재(1115)는 도파관의 긴 부분(1113) 보다 작은 단면 치수를 갖고, 노즐 첨단(1061)의 가늘어지는 단부로 하향으로 연장된다. 밸브 부재(1115)는, 니들 밸브(53)의 말단 단부가 도 1 내지 도 10의 실시예의 노즐 첨단(81)의 원뿔형 내부 표면에 대해 밀봉되도록 구성되는 것과 본질적으로 동일한 방식으로 노즐 첨단(1061)의 원뿔형 내부 표면(1145)에 대해 밀봉하도록 구성된 가늘어지는 원뿔형 말단 단부 표면(1125)을 갖는다(도 16).

일반적으로, 도파관(1103)은 적절한 음향 및 기계적 특성을 갖는 금속으로 구성될 수 있다. 도파관(1103)의 구성에 적절한 금속의 예는 알루미늄, 모넬, 티타늄 및 몇몇 합금강을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 도파관의 전부 또는 일부는 다른 금속으로 코팅되는 것이 고려될 수 있다. 일 실시예에서, 도파관(1103)은 단일편 구성이고, 그의 전체 길이를 통틀어 동일한 재료로 형성된다. 그러나, 도파관의 일 부분[예를 들어, 긴 부분(1113) 및 밸브 부재(1115)]은 동일한 또는 상이한 재료의 개별 부품으로 형성될 수 있고, 그 후 도파관을 형성하도록 함께 고정될 수 있음이 이해될 것이다.

장착 부재(1105)는 연료 분사 장치 하우징(1023) 내에 초음파 도파관(1103)을 고정시킨다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 장착 부재(1105)는 도파관의 단부들 중간의 도파관(1103)에 적절하게 연결된다. 보다 적절하게는, 장착 부재(1105)는 도파관의 노드 영역에서 도파관(1103)에 연결된다. 본원에 사용된, 도파관(1103)의 "노드 영역"은 도파관의 초음파 진동 중 종방향 변위가 매우 적게 발생하고(또는 전혀 발생하지 않고), 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향) 변위가 대체로 최대화되는 도파관의 종방향 영역 또는 세그먼트를 지칭한다. 도파관(1103)의 횡방향 변위는 도파관의 횡방향 팽창을 적절하게 포함하지만, 도파관의 다른 횡방향 이동(예를 들어, 만곡)도 포함할 수 있다.

도시된 실시예에서(도 13), 도파관(1103)의 구성은 노드 평면(즉, 종방향 변위가 발생하지 않고 횡방향 변위가 대체로 최대화되는 도파관을 가로지르는 평면)이 존재하지 않는다. 오히려, 도시된 도파관의 노드 영역은 대체로 돔 형상이어서, 노드 영역 내의 임의의 주어진 종방향 위치에서 일부 종방향 변위가 여전히 존재하지만 도파관의 주 변위는 횡방향 변위이다. 그러나, 도파관은 노드 평면(또는 때때로 지칭되는 바와 같이 노드 점)을 갖도록 적절하게 구성될 수 있으며, 이러한 도파관의 노드 평면은 본원에서 정의된 노드 영역의 의미 내에 있는 것으로 고려됨이 이해될 것이다. 또한, 장착 부재(1105)는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 도파관의 노드 영역 위 또는 아래에 종방향으로 배치될 수 있음이 고려될 것이다.

장착 부재(1105)는 도파관(1103)의 진동으로부터 연료 분사 장치 하우징(1023)을 격리하도록 적절하게 구성 및 배열된다. 즉, 장착 부재(1105)는 도파관의 종방향 및 횡방향(예를 들어, 반경방향) 기계 진동이 연료 분사 장치 하우징(1023)으로 전달되는 것을 방지하고, 내부 챔버(1031) 내의 도파관의 의도된 횡방향 위치를 유지하고, 연료 분사 장치 하우징의 내에서 도파관의 종방향 변위를 가능하게 한다. 또한, 장착 부재(1105)는, 도파관(1103)의 밸브 부재(1115)가 배출 포트(1083)를 통한 액체의 배출을 방지시키는 폐쇄 위치에 있는 위치로 노즐 첨단(1061)을 향하여 종방향으로 스프링 또는 스프링 기구와 같이 도파관(1103)에 종방향 힘을 인가하도록 작용하여 도파관을 가압한다.

일 예로서, 도시된 (도 13) 실시예의 장착 부재(1105)는 도파관(1103)으로부터 외측으로 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향)으로 연장되는 환형 내부 세그먼트(1151)와, 도파관에 대해 횡방향으로 연장되는 환형 외부 세그먼트(1155)와, 내부 및 외부 세그먼트(1151, 1155) 사이에서 연장되고 양자를 상호 연결하는 환형 상호 연결 웨브(1157)를 대체로 포함한다. 외부 세그먼트(1155)는 내부 세그먼트(1151)에 대해 종방향으로 오프셋된다. 이 예에서, 외부 세그먼트(1155)는 내부 세그먼트(1151) 보다 노즐(1037)에 밀접하게 위치되지만, 이러한 배열은 역전될 수 있고, 또는 내부 및 외부 세그먼트가 실질적으로 동일한 종방향 위치에 위치될 수 있다. 또한, 내부 및 외부 세그먼트(1151, 1155)와 상호 연결 웨브(1157)는 도파관(1103)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장되지만, 이러한 요소들 중 하나 이상은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 바퀴 살 방식과 같이 도파관 주위에서 불연속일 수 있다.

도 13 내지 도 15에 도시된 실시예에서, 장착 부재의 내부 세그먼트(1151)는 여기 장치(1109)가 착좌되는 견부(1161)를 형성하는 대체로 편평한 상부 표면을 갖는다. 내부 세그먼트(1151)의 하부 표면(1167)은 도파관(1103)의 인접부로부터 상호 연결 웨브(1157)와의 연결부까지 연장됨에 따라 적절하게 윤곽을 형성한다.

장착 부재(1105)의 외부 세그먼트(1155)는 노즐(1037)의 상부 단부면(1043)에 대해 착좌하도록 구성된 제1 (하부) 반경방향 표면(1175)(도 14)과, 하우징의 본체의 하부 단부에 형성된 반경방향 내부 견부(1181)에 대해 착좌하는 제2 (상부) 반경방향 표면(1179)을 갖는다. 반경방향 견부(1181)의 종방향 위치는 유지 너트(1039)가 조여질 때, 장착 부재(1105)의 외부 세그먼트(1155)가 견부(1181)와 노즐(1037)의 상부 단부면(1043) 사이의 고정 위치에 유지(예를 들어, 클램핑)되는 곳이다. 하우징에 장착 부재(1105)를 고정시키기 위해 다른 수단이 사용될 수 있다.

장착 부재(1105)의 상호 연결 웨브(1157)는, 도파관(1103)의 초음파 진동에 반응하여 상기 웨브의 휨 및/또는 만곡을 용이하게 하도록 장착 부재의 내부 및 외부 세그먼트(1151, 1155) 보다 상대적으로 얇고, 밸브 부재(1115)가 폐쇄 위치에 있는 위치를 향해 도파관을 가압하는 스프링력을 더 제공하도록 구성된다. 예로서, 일 실시예에서 장착 부재의 상호 연결 웨브(1157)의 두께는 약 0.2㎜ 내지 약 1㎜ 범위 내에 있을 수 있으며, 더 적절하게는 약 0.4㎜일 수 있다. 장착 부재의 상호 연결 웨브(1157)는 적어도 하나의 축방향 구성 요소와 적어도 하나의 횡방향(예를 들어, 도시된 실시예에서 반경방향) 구성 요소를 적절하게 포함한다. 도시된 실시예에서(도 14 참조), 상호 연결 웨브는, 웨브가 대체로 L자형 단면이도록 축방향 성분(1157A)과 횡방향 구성 요소(1157B)를 갖는다. 그러나, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 적어도 하나의 축방향 구성 요소와 적어도 하나의 횡방향 구성 요소를 갖는 다른 구성, 예를 들어 L자형, H자형, I자형, 역U자형, 역L자형 등이 적절할 수 있다. 적절한 상호 연결 웨브 구성의 다른 예는 본원과 일치하는 정도까지 참조로서 본원에 포함된 미국 특허 제6,676,003호에 도시 및 개시된다.

웨브(1157)의 축방향 구성 요소(1157A)는 장착 부재(1105)의 내부 세그먼트(1151)로부터 현수되며, 횡방향 구성 요소(1157B)에 대해 대체로 외팔보로 형성된다. 따라서, 축방향 구성 요소(1157A)는 장착 부재의 내부 세그먼트(1151)의 횡방향 진동 변위에 반응하여 장착 부재(1105)의 외부 세그먼트(1155)에 대한 동적인 만곡 및/또는 휨이 가능하여, 도파관(1103)의 횡방향 변위로부터 하우징(1023)을 격리시킨다. 횡방향 구성 요소(1157B)가 내부 세그먼트(1151)의 축방향 진동 변위에 반응하여 축방향 구성 요소(1157A)에 대해[그리고 그에 따라 장착 부재의 외부 세그먼트(1155)에 대해] 동적인 만곡 및 휨이 가능하도록, 상기 웨브(1157)의 횡방향 구성 요소(1157B)는 지점(1157C)에서 축방향 구성 요소(1157A)에 결합되어, 도파관(1103)의 축방향 변위로부터 하우징(1023)을 격리시킨다. 또한, 도파관이 여기되지 않을 때, 횡방향 구성 요소(1157B)는 폐쇄 위치를 향해 도파관의 밸브 부재(1115)를 가압하는 형상일 수 있도록 구성된다.

도시된 실시예에서, 도파관(1103)은, 도파관의 초음파 여기시 노드 영역[예를 들어, 장착 부재(1105)가 도파관에 연결되는 곳]에서 반경방향으로 팽창되며 축방향으로도 약간 변위된다. 그에 따라, L자형 상호 연결 부재(1157)[예를 들어, 상호 연결 부재의 축방향 및 횡방향 구성 요소(1157A, 1157B)]는 대체로 만곡되거나 휘어지며, 특히 예를 들어 용변기 플런저 헤드가 플런저 핸들의 축방향 변위 시에 말려지는 방식과 유사하게 장착 부재의 고정된 외부 세그먼트에 대해 말려진다. 따라서 상호 연결 웨브(1157)는 도파관의 초음파 진동으로부터 연료 분사 장치 하우징(1023)을 격리시키고, 특히 도시된 예에서는 내부 세그먼트(1151)의 진동 변위로부터 장착 부재(1105)의 외부 세그먼트(1155)를 격리시킨다. 이러한 장착 부재 구성은 또한 정상 작동 중에 발생할 수 있는 노드 영역 시프트를 보상하도록 충분한 대역폭을 제공한다. 특히, 장착 부재(1105)는 도파관을 통한 초음파 에너지의 실제의 전달 중 상승하는 노드 영역의 실시간 위치의 변화를 보상할 수 있다. 이러한 변화 또는 시프트는 예를 들어, 하우징의 내부 챔버 내의 온도 및/또는 다른 환경 조건의 변화로 인해 발생할 수 있다.

또한, 상호 연결 웨브(1157)는 하나 이상의 축방향 구성 요소만을 포함할 수도 있으며(예를 들어, 횡방향 구성 요소는 생략될 수도 있으며), 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 도파관(1103)이 노드 평면을 가지며 장착 부재(1105)가 노드 평면상에 위치되면, 장착 부재는 도파관의 횡방향 변위를 격리하도록 구성되기만 하면 된다. 다른 실시예에서(도시 생략), 장착 부재는(1105)는 예를 들어 도파관의 대향 단부 중 하나에서 도파관의 반 노드 영역에 또는 그 부근에 배치될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 상호 연결 웨브는 도파관의 축방향 변위를 격리하도록 하나 이상의 횡방향 구성 요소만을 포함할 수도 있다(즉, 반 노드 영역에서 횡방향 변위는 아주 적게 발생하거나 또는 전혀 발생하지 않는다).

특히 적절한 실시예에서, 장착 부재(1105)는 단일편 구성이다. 더욱 적절하게는, 장착 부재는 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이 도파관과 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 장착 부재(1105)는 도파관(1103)으로부터 분리되어 구성될 수도 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 또한, 장착 부재(1105)의 하나 이상의 구성 요소가 개별적으로 구성되어, 적절하게 연결되거나 또는 다르게는 함께 조립될 수도 있다.

일 실시예에서, 장착 부재(1105)는 주입 장치의 내부 챔버(1031) 내에서 적절한 정렬로 도파관(1103)[밸브 부재(1115)를 포함함]을 유지하기 위해 대체로 강성이도록(예를 들어, 하중이 가해질 때 정적 변위에 저항하도록) 추가로 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서 강성 장착 부재(1105)는 비탄성 재료로 구성될 수 있으며, 더욱 적절하게는 금속으로 구성될 수 있으며, 더더욱 적절하게는 도파관을 구성하는 금속과 동일한 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, 용어 "강성"은, 장착 부재가 도파관의 초음파 진동에 반응하여 동적인 휨 및/또는 만곡이 불가능하다는 것을 의미하지는 않는다. 다른 실시예에서, 강성 장착 부재(1105)는 하중 하에서 정적 변위에 충분히 저항성이지만, 다르게는 도파관의 초음파 진동에 반응하여 동적인 휨 및/또는 만곡이 가능한 탄성 재료로 구성될 수 있다. 도 13 내지 도 16에 도시된 장착 부재(1105)는 금속으로 구성되고, 더 적절하게는 도파관과 동일한 재료로 구성되지만, 장착 부재는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 적절한 대체로 강성인 재료로 구성될 수도 있다.

도 13을 다시 참조하면, 연료가 연료 분사 장치 하우징(1023)의 내부 챔버(1031) 내에서 유동하는 유동 경로는 하우징(1023)의 본체(1033) 및 노즐(1037)의 내부 표면과 도파관 조립체(1101) 사이의 횡방향 간격에 의해 형성된다. 이러한 연료 유동 경로는, 연료 입구로부터의 유동 경로에 진입하는 고압 연료가 배출 포트(1083)를 거쳐 노즐로부터 배출되도록 노즐 첨단(1061)을 향해 유동 경로를 따라 하방(도시된 실시예에서)으로 유동하도록, 분사 장치 하우징(1023)의 본체(1033)의 연료 입구(1025)와 유체 연통한다.

장착 부재(1105)는 내부 챔버(1031) 내에서 도파관(1103)에 대해 횡방향으로 연장하기 때문에, 본체(1033)의 하부 단부(1141)와 노즐(1037)의 상부 단부(1043)는, 연료가 내부 챔버 내에서 노즐 첨단(1061)을 향해 유동할 때 연료가 장착 부재 주위를 우회할 수 있도록 적절하게 구성된다. 예를 들어, 도 14 내지 도 16에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 채널(1191)이 본체(1033)의 하부 단부에 형성되어 장착 부재(1105)의 상류의 유동 경로와 유체 연통하고, 노즐(1037)의 상부 단부에 형성된 각각의 채널(1195)과 정렬되어 장착 부재(1105) 하류의 유동 경로와 유체 연통한다. 따라서 장착 부재(1105)의 상류의 유동 경로를 따라 연료 입구(1025)로부터 하방으로 유동하는 고압 연료는 장착 부재 주위의 본체 내의 채널(1191)을 통해 발송되고, 장착 부재의 하류의 유동 경로(예를 들어, 노즐과 도파관 사이)로 노즐의 채널(1195)을 통해 발송된다. 다르게는, 장착 부재를 지나는 유동을 제공하기 위해 장착 부재(1105)에 개구가 제공될 수 있다.

도 13에 도시된 여기 장치(1109)는 제1 (도 1 내지 도 10) 실시예의 여기 장치(145)와 실질적으로 동일하다. 장치(1109)는 압전기 장치, 더욱 적절하게는 도파관(1103)의 상부 세그먼트(1113B)를 둘러싸고 장착 부재(1105) 상에 착좌되는 복수의 적층된 압전 링(1201)(예를 들어, 적어도 2개, 그리고 도시된 실시예에서는 4개)을 포함한다. 환형 고리(1205)는 압전 링(1201) 위에서 도파관의 상부 세그먼트(1113B)를 둘러싸고 최상부 링에 대해 지지된다. 적절하게, 고리(1205)는 고밀도 재료로 구성된다. 예를 들어, 고리를 구성할 수 있는 적절한 재료 중 하나는 텅스텐이다. 그러나, 고리(1205)는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 내에 있음이 이해될 것이다. 고리(1205)는 도파관(1103)의 나사형성된 위치 상에 고리를 나사식으로 체결하도록 내부에 나사산이 형성된다. 고리(1205)는 장착 부재(1105)의 견부(1161)와 고리 사이에서 링을 압축하도록 압전 링(1201)의 적층체에 대해 하방으로 적절하게 조여진다. 여기 장치(1109)에 대한 추가의 상세한 설명을 위해서는, 제1 실시예(도 1 내지 도 10)의 여기 장치(145)의 설명을 참조해야 한다. 또한, 제1 실시예의 여기 장치(145)와 관련하여 설명된 다양한 별법의 설계가 도 13의 여기 장치에도 적용가능하다.

여기 장치(1109)는 도 13에 개략적으로 도시된 제어 시스템(1213)의 제어를 받는다. 이러한 유형의 제어 시스템은 당업자에게 공지되어 있으며 필요한 정도만을 제외하고 본원에 추가로 설명될 필요는 없다. 이러한 작동에 대한 추가의 설명에 있어서는, 본원에 포함된 미국 특허 제6,543,700호를 참조할 수 있다.

도 1 내지 도 10의 제1 실시예에 관해 설명된 바와 같이, 전체 도파관 조립체(1101)는 도파관(1103) 자체의 길이 이하여야 한다. 일 예로서, 전체 도파관 조립체(1101)는 도파관의 공진 파장의 약 1/2(다르게는 일반적으로 1/2 파장으로 지칭되는)과 동일한 길이를 갖는 것이 적절할 수 있다. 특히, 도파관 조립체(1101)는 약 15 ㎑ 내지 약 100 ㎑ 범위, 더 적절하게는 약 15 ㎑ 내지 약 60 ㎑ 범위, 더더욱 적절하게는 약 20 ㎑ 내지 약 40 ㎑ 범위의 초음파 주파수로 공진하도록 구성되는 것이 적절하다. 이러한 주파수에서 작동하는 1/2 파장 도파관 조립체(1101)는 약 20 ㎜ 내지 약 133 ㎜ 범위, 더 적절하게는 약 37.5 ㎜ 내지 약 133 ㎜ 범위, 더욱 적절하게는 약 50 ㎜ 내지 약 100 ㎜ 범위의 각각의 전체 길이(1/2 파장에 대응함)를 갖는다. 더욱 특별한 예로서, 도 13에 도시된 도파관 조립체(1101)는 약 40 ㎑의 주파수에서 작동하도록 구성되고 약 50 ㎜의 전체 길이를 갖는다. 그러나, 하우징(1023)은 전파장(full wavelength)을 갖는 도파관 조립체가 내부에 배치될 수 있도록 충분한 크기를 가질 수 있다.

도 13을 다시 참조하면, 작동기(1121)는 도파관(1103)의 상부 단부에 인접하여 위치되고, 밸브 부재(1115)의 폐쇄 위치에 대응하는 위치에서 밸브 부재의 개방 위치에 대응하는 위치로 장착 부재(1105)의 편의(bias)에 대해 도파관을 이동시키도록 작동가능하다. 작동기(1121)는 하우징(1023) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배치된 전기 코일(1221)과 같은 자기장 발생기를 포함한다. 코일(1221)은 자기 변형 재료[(예를 들어, 터페놀-디(Terfenol-D)]의 덩어리(mass)(1225)에 변하는 자기장을 인가하도록 제어 시스템으로부터의 수신 전류에 반응하여 작동가능하다. 변하는 자기장이 가해지면, 덩어리(1225)는 밸브 부재(1115)를 개방시키도록 하는 방향(예를 들어, 도 13의 상부)으로 종방향으로 도파관을 이동시키도록 수축하고, 장착 부재(1105)의 편의 하에서 밸브 부재가 폐쇄되도록 반대 방향(예를 들어, 도 13의 하부)으로 종방향으로 도파관을 이동시키도록 팽창한다. 덩어리(1225)를 팽창 및 수축시킴으로써 발생된 도파관의 종방향 이동 범위는 통상 상대적으로 작지만, 범위는 변경될 수 있다. 예를 들어, 밸브 부재(1115)의 폐쇄 표면과 밸브 부재의 개방 위치의 노즐 첨단(1061)의 대향 내부 표면 사이의 간격은 약 0.051㎜(0.002인치) 내지 약 0.64㎜(0.025인치) 범위에 있는 것이 적절하다. 그러나, 상기 간격은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 상기 수치보다 크거나 작을 수도 있다.

자기 변형 재료의 덩어리(1225)는 도파관(1103)과는 개별적인 부품으로서 제작되어, 그 후 도파관과 조립체로 적절하게 결합 또는 유지될 수 있다(예를 들어 나사식 연결, 접착제, 결합제 또는 다른 기구에 의함). 다르게는, 덩어리(1225)는 도파관(1103)과 일체형 부분으로서 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전체 도파관(1103)이 자기 변형 재료로 제작된다. 다른 실시예에서, 코일(1221)에 인접한 도파관(1103)의 종방향 부분만이 자기 변형 재료로 형성되고, 도파관의 다른 부분은 다른 재료로 형성된다.

코일(1221) 자체의 적어도 일 부분은, 코일이 도파관에 결합된 자기 변형 덩어리(1225)를 밀접하게 둘러싸도록 하우징(1023) 내에 적절하게 장착된다. 예로써, 코일은 하우징의 본체(1033)의 내부 표면에 형성된 환형 함몰부(도시 생략)에 수용될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 다르게는, 코일은, 코일이 자기 변형 덩어리에 대해 적절하게 위치되도록 적절한 프레임에 의해 결합되어 유지되거나 달리 하우징에 고정될 수 있다.

일 예시적인 자기 변형 작동기는 제어 시스템(1213)으로부터의 신호에 의해 제어되는 터페놀-디 고상 변환기이다. 다른 유형의 작동기가 사용될 수 있다.

하나 이상의 작동기(예를 들어, 1121)가 밸브 부재(1115)의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치들 사이에서 도파관(1103)을 이동시키도록 다른 방식으로 작동될 수 있다. 예로써, 도파관(1103)은 밸브 부재(1115)의 개방 위치에 대응하는 위치를 향해 편의될 수 있고(예를 들어, 장착 부재(1105) 또는 다른 스프링 기구에 의함), 작동기는 이러한 편의에 대해 밸브 부재의 폐쇄 위치에 대응하는 위치로 단지 한 방향으로 도파관(1103)을 이동시키도록 적절하게 작동될 수 있다. 다르게는, 단일(단지 한 개) 작동기가, 밸브 부재(1115)의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치로 양자 모두의 방향으로 도파관을 이동시키도록 적절하게 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 작동기는 제1, 예를 들어 개방 위치로 밸브 부재(1115)를 이동시키도록 일 종방향으로 도파관(1103)을 이동시키는데 적절하게 사용될 수 있고, 제2 작동기는 제2, 예를 들어 폐쇄 위치로 밸브 부재를 이동시키도록 반대쪽 종방향으로 도파관을 이동시키는데 적절하게 사용될 수 있다.

작동시, 액체는 배출 포트(1083)까지 예를 들어, 내부 챔버(1031) 내에서의 유동 경로를 따라 유동하기 위해 하우징의 액체 입구(1025)로 전달된다. 작동기(1121)는 밸브 부재(1115)의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치들 사이에서 도파관(1103)을 이동시키도록 제어 시스템(1213)에 의해 작동된다. 이러한 이동의 타이밍은 관련되는 특정 적용예에 대응될 것이다. 예를 들어, 액체 전달 장치(1 021)가 연료 주입 장치인 경우, 이러한 이동의 타이밍은 엔진의 연료 필요에 대응될 것이다(예를 들어, 실린더 스트로크 당 1 내지 12 사이클). 밸브 부재(1115)가 개방될 때, 가압된 액체는 장착 부재(1105)를 지나 채널(1191, 1195)을 통해 유동하고, 배출 포트(1083)를 통과한다. 동시에, 도파관 조립체(1101)는 초음파 혼의 방식처럼 도파관을 초음파로 진동시키도록 도 1 내지 도 10의 연료 주입 장치의 도파관 조립체와 실질적으로 동일한 방식으로 작동된다. 따라서, 액체가 배출 포트(1083)에 진입하기 바로 전에 대체로 액체를 분무화하기 위해(예를 들어, 장치에서 배출되는 액체의 액적 크기를 감소시키고 액적 크기 분포를 좁히도록), 초음파 에너지가 도파관(1103) 그리고 특히 밸브 부재(1115)와 밸브 부재의 바로 상류인 확대된 부분(1141)을 포함하는 도파관의 말단 단부에 의해 부여된다. 액체가 배출 포트(1083)를 통해 배출되기 전에 액체의 초음파 활성화는 대체로 장치로부터 전달된 분무화된 액체의 대체로 원뿔형상인 맥동 스프레이를 생성한다.

도 17은 대체로 1321로 지시되는 초음파 액체 전달 장치의 제5 실시예를 도시한다. 이 실시예는 제4 실시예(도 13 내지 도 16)와 유사하고, 대응 부분은 단일 프라임(') 표시를 갖는 대응 도면 부호로 지시된다.

제5 실시예에서, 대체로 1121'로 지시된 일 여기/작동 장치는 주입 장치(1321)의 하우징(1023')에 적어도 부분적으로 장착되고, 도파관(1103')을 초음파로 여기시키고 밸브 부재(1115')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치들 사이에서 도파관을 이동시키는 양자의 기능을 한다. 즉, 장치(1121')는 도파관(1103')을 초음파로 여기시킬뿐 아니라 밸브 부재를 개방시키거나 밸브 부재를 폐쇄시키고 또는 밸브 부재를 개방 및 폐쇄시키는 기능을 한다.

장치(1121')는 하우징(1023')에 전체적으로 또는 부분적으로 배치된 전기 코일(1221')과 같은 자기장 발생기를 포함한다. 코일(1221')은 도파관(1103')의 상부 단부에 결합된 자기 변형 재료(예를 들어, 터페놀-디)의 덩어리(1225')에 변하는 자기장을 인가하도록 제어 시스템(1213')으로부터의 수신 전류에 반응하여 작동가능하다. 코일(1221')에 의해 자기 변형 덩어리(1225')에 인가된 변하는 자기장은 도파관(1103')이 원하는 방식으로, 예를 들어 노즐(1037')의 배출 포트(1083')에서 배출되는 액체를 분무화하기 위해 도파관을 초음파로 여기시키기 위해 선택된 주파수와, 개방과 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재(1115')를 이동시키기 적절한 선택된 시간 간격으로, 종방향으로 팽창 및 수축하게 한다. 시간 간격은 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다.

예로써, 여기 및 작동 장치(1121')는 밸브 부재(1115')로부터 원격인 도파관(1103')의 상부 말단 단부에 적절하게 결합된 터페놀-디 고상 변환기일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 결합은 나사식 연결, 접착제, 결합제 또는 다른 적절한 기구에 의해 이루어질 수 있다.

덩어리(1225')를 팽창 및 수축시킴으로써 발생된 도파관(1103')의 종방향 이동의 범위는 통상 상대적으로 작지만, 범위는 변경될 수 있다. 예를 들어, 밸브 부재(1115')의 폐쇄 표면과 밸브 부재의 개방 위치의 노즐 첨단(1061')의 대향 내부 표면 사이의 간격은 약 0.051㎜(0.002인치) 내지 약 0.64㎜(0.025인치) 범위에 있는 것이 적절하다. 그러나, 상기 간격은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 상기 수치보다 크거나 작을 수도 있음이 이해될 것이다.

코일(1221')의 적어도 일 부분은, 코일이 자기 변형 덩어리(1225')를 밀접하게 둘러싸도록 하우징(1023') 내에 적절하게 장착된다. 예로써, 코일(1221')은 하우징(1023')의 내부 표면에 형성된 환형 함몰부(도시 생략)에 수용될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 다르게는, 코일(1221')은, 코일이 자기 변형 덩어리(1225')에 대해 적절하게 위치되도록 적절히 프레임 결합되어 유지되거나 다르게는 하우징(1023')에 고정될 수 있다.

일 실시예에서, 연료 주입 장치(1321)를 작동시키는 제어 시스템(1213')은 초음파 여기 신호 성분 및 밸브 작동 신호 성분을 포함하는 구동 신호를 여기/작동 장치(1121')에 보내도록 작동가능하다(예를 들어, 프로그래밍됨). 코일(1221')은 초음파 여기 신호 성분에 반응하여 액체가 배출 포트(1083')를 통해 주입 장치에서 배출됨에 따라 액체를 분무화하도록 도파관을 초음파로 여기시킨다. 또한, 코일(1221')은 밸브 작동 신호 성분에 반응하여 도파관(1103')을 작동시켜 개방과 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재(1115')를 이동시킨다.

도 18은 시간에 따른 구동 신호 진폭을 도시하는 그래프 상의 구동 신호(1351)의 일 예를 도시한다. 이 예에서, 구동 신호는 의도하는 주파수로 도파관(1103')을 초음파로 여기시키기 위한 초음파 여기 신호 성분(1355)을 갖는 변조된 신호(1351)이다. 특히, 여기 신호 성분(1355)은 약 15㎑ 내지 100㎑ 범위, 더욱 적절하게는 약 15㎑ 내지 60㎑ 범위, 더더욱 적절하게는 약 20㎑ 내지 40㎑ 범위가 적절하다. 다른 주파수가 가능하다. 또한, 변조된 신호(1351)는 적절하게 선택된 시간 간격(예를 들어, 실린더 스트로크 당 선택된 횟수)으로 밸브 부재(1115')를 개방 및 폐쇄하도록 구성되는 밸브 작동 신호 성분(1361)을 포함한다. 이 특정 실시예에서, 밸브 작동 신호 성분(1361)은, 도파관(1103')은 초음파로 진동하면서 0에서 밸브 부재(1115')를 개방하기에 충분한 피크 수준까지 경사져 올라가고, 밸브 부재를 개방 위치에 유지하는 의도하는 간격에 대응하는 적절한 시간 간격동안 피크 수준에 머무르고, 그 후 장착 부재(1105')를 가압하면서 밸브 부재를 폐쇄하도록 0까지 경사져 내려가는(도파관은 계속 진동함), 포지티브 DC 편의 성분을 포함한다. 개방과 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재가 이동함에 따라, 밸브 부재(1115')의 종방향 이동 범위는 통상 상대적으로 작지만, 그 범위는 변경될 수 있다. 예로서, 밸브 부재(1115')의 폐쇄 표면과 밸브 부재의 개방 위치의 노즐 첨단(1061')의 반대쪽 내부 표면 사이의 간격은 약 0.051㎜(0.002인치) 내지 약 0.64㎜(0.025인치) 내의 범위가 적절하다. 그러나, 이러한 간격은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 상술된 범위보다 크거나 작을 수도 있다.

도 18에서, 초음파 여기 신호 성분(1361)은, 밸브 부재(1115')가 부분적으로 또는 완전히 개방 위치에 있을 때만 제공되어, 밸브 부재가 폐쇄될 때 하우징(1023')이 실질적 진동 상태에 놓이지 않게 한다. 그러나, 밸브 부재(1115')가 완전히 개방될 때 또는 심지어 밸브 부재가 소정의 시간 동안(바람직하게는, 짧음) 폐쇄될 때에만 여기 신호 성분이 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 다른 변조된 신호가 도파관(1103')의 이동을 제어하기 위해 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 DC 편의 신호의 경사져 올라가고 경사져 내려가는 횟수는 변경될 수 있다(즉, 필요 또는 목적에 따라 짧아지거나 길어질 수 있음). 또한, 초음파 여기 신호 성분(1361)은 사인형 이외의 형상을 가질 수 있다. 또한, 변조되지 않은 구동 신호가 또한 사용될 수 있다. DC 편의 신호는 지수형 또는 다른 적절한 형상과 같은 선형 경사 형상 이외의 형상을 가질 수 있다.

이전의 실시예에 관해 상술된 바와 같이(도 13 내지 도 16), 하나 이상의 작동기(예를 들어, 1121')가 밸브 부재(1115')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치 사이에서 도파관(1103')을 이동시키도록 다른 방식으로 작동될 수 있다. 예로서, 장착 부재(1105')는 폐쇄 위치를 향해 밸브 부재(1115')를 가압 또는 편의시킬 수 있고, 작동/여기 장치(1121')는 밸브 부재의 개방 위치에 대응하는 위치를 향해 이러한 편의에 대해 도파관(1103')을 이동시킬 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다르게는, 도파관(1103')은 밸브 부재(1115')의 개방 위치에 대응하는 위치를 향해 편의될 수 있고(예를 들어, 장착 부재(1105') 또는 다른 스프링 기구에 의함), 밸브 부재(1115')의 폐쇄 위치에 대응하는 위치까지 이러한 편의에 대해 여기/작동 장치(1121')에 의해서만 일 방향으로 이동될 수 있다. 다르게는, 여기/작동 장치(1121')는 장착 부재의 보조없이 밸브 부재(1115')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치까지 양자 모두의 방향으로 도파관(1103')을 이동시킬 수 있다. 이하의 또는 다른 실시예에서, 장착 부재(1105')는 도파관의 초음파 진동으로부터 하우징(1023')을 단지 격리시키는 기능을 하고, 종방향으로 도파관을 가압하는 스프링 또는 편의력을 제공하는 기능을 하지는 않는다.

작동시, 액체는 배출 포트(1083')까지, 유동 경로, 예를 들어 내부 챔버(1031')를 따라 유동하도록 하우징(1023')의 액체 입구(1025')로 전달된다. 여기/작동 장치(1121')는 밸브 부재(1115')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치 사이에서 도파관(1103')을 이동시키도록 제어 시스템(1213')에 의해 작동된다. 이러한 이동의 타이밍은 관련된 특정 용도에 대응될 것이다. 예를 들어, 액체 전달 장치가 연료 주입 장치인 경우, 이러한 이동의 타이밍은 엔진의 연료 필요에 대응되도록 선택될 것이다(예를 들어, 1 실린더 스트로크 당 1 내지 12 사이클). 밸브 부재(1115')가 개방되면, 가압된 액체는 도파관을 지나 유동하고 배출 포트(1083')에서 배출되고, 도파관(1103')은 초음파 혼의 방식과 같이 초음파로 여기된다. 따라서, 액체가 배출 포트에 진입하기 바로 전에 대체로 액체를 분무화하기 위해(예를 들어, 장치에서 배출되는 액체의 액적 크기를 감소시키고 액적 크기 분포를 좁히도록), 초음파 에너지가 도파관(1103') 그리고 특히 밸브 부재(1115')를 포함하는 도파관의 말단 단부에 의해 부여된다. 액체가 배출 포트(1083')를 통해 배출되기 전에 액체의 초음파 활성화는 장치(1321)로부터 전달된 분무화된 액체의 대체로 원뿔형상인 맥동 스프레이를 대체로 생성한다.

도 19는 대체로 1421로 지시된 초음파 액체 전달 장치의 제6 실시예를 도시한다. 이 실시예는 제 5 실시예와 유사하고, 대응하는 부분은 이중 프라임('') 표시가 추가된 대응 도면 부호에 의해 지시된다. 이 실시예에서, 전체 도파관(1103'')은 자기 변형 재료(예를 들어, 터페놀-디)로 제작되고, 자기장 발생기는 도파관의 제2 (상부) 세그먼트(1113B'')의 상부 및 하부 단부 중간의 도파관의 종방향 부분(덩어리)를 둘러싸는 코일(1221'')을 포함한다. 다른 구성도 가능한 것이 이해될 것이다. 예로서, 전체 도파관 미만이 자기 변형 재료로 형성될 수 있다.

코일(1221'')의 적어도 일 부분은, 코일이 도파관(1103'')의 자기 변형 덩어리를 밀접하게 둘러싸도록 하우징(1023'') 내에 적절하게 장착된다. 예로서, 코일(1221'')은 하우징(1023'')의 내부 표면에 형성된 환형 함몰부(도시 생략)에 수용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다르게는, 코일(1221'')은, 코일이 도파관(1103'')에 대해 적절하게 위치되도록 하우징(1023'')에 적절히 프레임 체결되거나 달리 고정되어 유지될 수 있다.

일 실시예에서, 연료 주입 장치(1421)를 작동시키는 제어 시스템(1213'')은 초음파 여기 신호 성분 및 밸브 작동 신호 성분을 포함하는 구동 신호를 여기/작동 장치(1121'')에 보내도록 작동가능하다(예를 들어, 프로그래밍됨). 코일(1221'')은 초음파 여기 신호 성분에 반응하여 액체가 배출 포트(1083'')를 통해 주입 장치에서 배출됨에 따라 액체를 분무화하도록 도파관을 초음파로 여기시킨다. 또한, 코일(1221'')은 밸브 작동 신호 성분에 반응하여 도파관(1103'')을 작동시켜 개방과 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재(1115'')를 이동시킨다.

예로써, 도 18에 도시된 유형의 변조된 구동 신호는 제어 시스템(1213'')에 의해 여기/작동 장치(1121'')로 보내질 수 있다. 다른 변조된 신호가 도파관(1103'')의 이동을 제어하기 위해 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 DC 편의 신호의 경사져 올라가고 경사져 내려오는 횟수는 변경될 수 있다(즉, 필요 또는 목적에 따라 짧아지거나 길어질 수 있음). 또한, 초음파 여기 신호 성분(1361)은 사인형 이외의 형상을 가질 수 있다. 또한, 변조되지 않은 구동 신호가 도파관(1103'')의 이동을 제어하기 위해 또한 사용될 수 있다.

이전의(제5) 실시예에 관해 상술된 바와 같이, 다양한 작동 배열이 밸브 부재(1115'')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치 사이에서 도파관(1103'')을 이동시키기 위해 고려될 수 있다. 예를 들어, 장착 부재(1115'')는 폐쇄 위치를 향해 밸브 부재(1115'')를 가압 또는 편의시킬 수 있고, 작동/여기 장치(1121'')는 이러한 편의에 대해 밸브 부재의 개방 위치에 대응하는 위치를 향해 도파관(1103'')을 이동시킬 수 있다. 다르게는, 도파관(1103'')은 밸브 부재(1115'')의 개방 위치에 대응하는 위치를 향해 편의될 수 있고(예를 들어, 장착 부재(1115'') 또는 다른 스프링 기구에 의함), 밸브 부재(1115'')의 폐쇄 위치에 대응하는 위치로의 이러한 편의에 대해 여기/작동 장치(1121'')에 의해서만 일 방향으로만 이동될 수 있다. 다르게는, 여기/작동 장치(1121'')는 장착 부재의 보조없이 밸브 부재(1115'')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치까지 양자 모두의 방향으로 도파관(1103'')을 이동시킬 수 있다. 이하의 또는 다른 실시예에서, 장착 부재(1105'')는 도파관의 초음파 진동으로부터 하우징(1023'')을 단지 격리시키는 기능을 하고, 종방향으로 도파관을 가압하는 스프링 또는 편의력을 제공하는 기능을 하지 않는다.

제6 실시예의 주입 장치(1421)의 작동은 제5 실시예의 작동(도 17)과 실질적으로 동일하다. 액체는 배출 포트(1083'')까지, 유동 경로, 예를 들어 내부 챔버(1031'')를 따라 유동하도록 하우징(1023'')의 액체 입구(1025'')로 전달된다. 여기/작동 장치(1121'')는 밸브 부재(1115'')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치 사이에서 도파관(1103'')을 이동시키도록 제어 시스템(1213'')에 의해 작동된다. 이러한 이동의 타이밍은 관련된 특정 용도에 대응될 것이다. 예를 들어, 액체 전달 장치가 연료 주입 장치인 경우, 이러한 이동의 타이밍은 엔진의 연료 필요에 대응되도록 선택될 것이다(예를 들어, 1 실린더 스트로크 당 1 내지 12 사이클). 밸브 부재(1115'')가 개방되면, 가압된 액체는 도파관을 지나 유동하고 배출 포트(1083'')에서 배출되고, 도파관(1103'')은 초음파 혼의 방식과 같이 초음파로 여기된다. 따라서, 액체가 배출 포트에 진입하기 바로 전에 액체를 대체로 분무화하기 위해(예를 들어, 장치에서 배출되는 액체의 액적 크기를 감소시키고 액적 크기 분포를 좁히도록), 초음파 에너지가 도파관(1103'') 그리고 특히 밸브 부재(1115'')를 포함하는 도파관의 말단 단부에 의해 부여된다. 액체가 배출 포트(1083'')를 통해 배출되기 전에 액체의 초음파 활성화는 장치(1421)로부터 전달된 분무화된 액체의 대체로 원뿔형상인 맥동 스프레이를 대체로 생성한다.

도 20은 대체로 1521로 지시된 초음파 액체 전달 장치의 제7 실시예를 도시한다. 이 실시예는 제6 실시예와 유사하고, 대응하는 부분은 세 개의 프라임(''') 표시를 추가하여 대응 도면 부호에 의해 지시된다. 이 실시예에서, 전체 도파관(1103''')은 자기 변형 재료(예를 들어, 터페놀-디)로 제작되고, 자기장 발생기는 도파관의 상부 및 하부 단부 사이의 도파관의 종방향 부분(덩어리)를 둘러싸는 코일(1221''')을 포함한다. 다른 구성이 가능함이 이해될 것이다. 예로서, 전체 도파관 미만이 자기 변형 재료로 형성될 수 있다. 또한, 코일 및 도파관의 종방향 길이는 필요에 따라 변경될 수 있다.

코일(1221''')의 적어도 일 부분은, 코일이 도파관(1103''')의 자기 변형 덩어리를 밀접하게 둘러싸도록 하우징(1023''') 내에 적절하게 장착된다. 예로서, 코일(1221''')은 하우징(1023''')의 내부 표면에 형성된 환형 함몰부(도시 생략)에 수용될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 다르게는, 코일(1221''')은, 코일이 도파관(1103''')에 대해 적절하게 위치되도록 하우징(1023''')에 적절히 프레임에 체결되거나 달리 고정되어 유지될 수 있다.

제7 실시예에서는, 이전의 실시예의 장착 부재(1105, 1105', 1105'')가 전체적으로 제거되고, 따라서 조립체가 간소화되어, 코일(1221''')의 길이 및/또는 위치가 상당히 변경되게 하였다. 예로서, 코일은 도파관의 단지 상부 세그먼트(1113B''')만을, 또는 도파관의 단지 하부 세그먼트(1113A''')만을, 또는 도파관의 상부 및 하부 세그먼트 양자 모두를 둘러싸도록 위치될 수 있다. 또한, 코일(1221''')의 전체 길이는 도파관(1103''')의 전체 길이에 대해 증가될 수 있다. 결과적으로, 상대적으로 큰 비율의 자기 변형 재료가 코일에 노출된다. 도파관의 종방향 이동은 코일(1221''')에 의해 그리고 밸브 부재(1115''')에 인접한 도파관의 확대된 부분(1141''')에 의해 안내된다. 다른 안내 장치 배열이 가능하다.

이 실시예에서, 연료 주입 장치(1521)를 작동시키는 제어 시스템(1213''')은 초음파 여기 신호 성분 및 밸브 작동 신호 성분을 포함하는 구동 신호를 여기/작동 장치(1121''')에 보내도록 작동가능하다(예를 들어, 프로그래밍됨). 코일(1221''')은 초음파 여기 신호 성분에 반응하여 액체가 배출 포트(1083''')를 통해 주입 장치에서 배출됨에 따라 액체를 분무화하도록 도파관을 초음파로 여기시킨다. 또한, 코일(1221''')은 밸브 작동 신호 성분에 반응하여 도파관(1103''')을 작동시켜 개방과 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재(1115''')를 이동시킨다.

예로써, 도 21에 도시된 유형의 구동 신호(1351)는 제어 시스템(1213''')에 의해 여기/작동 장치(1121''')까지 보내질 수 있다. 이 구동 신호(1351)는, 신호의 밸브 작동 성분(1361)이 적절한 시간 간격동안 밸브 부재(1115''')를 개방시키기에 충분한 포지티브 DC 편의와, 밸브 부재(1115''')를 폐쇄시키고 적절한 시간 간격동안 폐쇄 상태를 유지하기에 충분한 네가티브 DC 편의 양자 모두를 포함하는 것을 제외하고는 도 18의 구동 신호(1351)와 본질적으로 동일하다. 다른 변조된 신호가 도파관(1103''')의 이동을 제어하기 위해 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 포지티브 및 네가티브 편의의 경사져 올라가고 경사져 내려가는 횟수는 변경될 수 있다(즉, 필요 또는 목적에 따라 짧아지거나 길어질 수 있음). 또한, 초음파 여기 신호 성분(1361)은 사인형 이외의 형상을 가질 수 있다. 또한, 변조되지 않은 구동 신호가 도파관(1103''')의 이동을 제어하기 위해 또한 사용될 수 있다.

제7 실시예의 주입 장치(1521)의 작동은 제6 실시예(도 19)의 작동과 실질적으로 동일하다. 액체는 배출 포트(1083''')까지, 유동 경로, 예를 들어 내부 챔버(1031''')를 따라 유동하도록 하우징(1023''')의 액체 입구(1025''')로 전달된다. 여기/작동 장치(1121''')는 밸브 부재(1115''')의 개방 및 폐쇄 위치에 대응하는 위치 사이에서 도파관(1103''')을 이동시키도록 제어 시스템(1213''')에 의해 작동된다. 이러한 이동의 타이밍은 관련된 특정 용도에 대응될 것이다. 예를 들어, 액체 전달 장치가 연료 주입 장치인 경우, 이러한 이동의 타이밍은 엔진의 연료 필요에 대응되도록 선택될 것이다(예를 들어, 1 실린더 스트로크 당 1 내지 12 사이클). 밸브 부재(1115''')가 개방되면, 가압된 액체는 도파관을 지나 유동하고 배출 포트(1083''')에서 배출되고, 도파관(1103''')은 초음파 혼의 방식과 같이 초음파로 여기된다. 따라서, 액체가 배출 포트에 진입하기 바로 전에 액체를 대체로 분무화하기 위해(예를 들어, 장치에서 배출되는 액체의 액적 크기를 감소시키고 액적 크기 분포를 좁히도록), 초음파 에너지가 도파관(1103''') 그리고 특히 밸브 부재(1115''')를 포함하는 도파관의 말단 단부에 의해 부여된다. 액체가 배출 포트(1083''')를 통해 배출되기 전에 액체의 초음파 활성화는 장치(1521)로부터 전달된 분무화된 액체의 대체로 원뿔형상인 맥동 스프레이를 생성한다.

본 발명 또는 본 발명의 바람직한 실시예의 요소를 소개할 때, 관사와 정관사("a", "an", "the") 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 존재하는 것을 의미하는 것으로 의도되었다. 용어 "포함하다", "비롯하다" 및 "구비하다"는 열거된 요소 외 추가적인 요소가 존재한다는 것을 의미하는 것으로 의도되었다.

상술된 바에 기초하여, 본 발명의 몇몇의 목적이 달성되고, 다른 이로운 결과가 달성되는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변화가 상술된 구성 및 방법 내에서 이루어질 수 있기 때문에, 상기 설명에 포함되고 첨부된 도면에 도시된 모든 것들은 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 해석되어야만 한다.

Claims (35)

1. 내부 챔버 및 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 배출 포트를 구비하여, 챔버 내의 액체가 상기 하나 이상의 배출 포트에서 하우징을 빠져나가는 하우징과,
   하우징으로부터 분리되고 적어도 일부가 하우징의 내부 챔버 내에 배치되어 하나 이상의 배출 포트를 통해 하우징으로부터 액체가 배출되기 전에 내부 챔버 내의 액체를 초음파로 활성화(ultrasonically energize)시키는 초음파 도파관으로서, 내부 챔버 내의 액체가 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출되는 것이 방지되는 폐쇄 위치와, 액체가 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출되도록 하는 개방 위치 사이에서 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재를 포함하는 초음파 도파관과,
   밸브 부재의 개방 위치에서 상기 초음파 도파관을 초음파로 여기시키도록 작동가능하고 적어도 일부가 하우징의 내부 챔버 내에 배치되는 여기 장치를 포함하고,
   상기 여기 장치는 밸브 부재를 개방시키거나, 밸브 부재를 폐쇄시키거나, 또는 밸브 부재를 개방 및 폐쇄시키는 기능을 하며,
   상기 여기 장치는 초음파 여기 신호 성분 및 밸브 작동 신호 성분을 포함하는 구동 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 초음파 여기 신호 성분에 반응하여 도파관을 초음파로 여기시키고, 상기 밸브 작동 신호 성분에 반응하여 도파관을 작동시켜 밸브 부재를 개방시키거나, 밸브 부재를 폐쇄시키거나, 또는 밸브 부재를 개방 및 폐쇄시키는 초음파 액체 전달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 부재가 도파관의 일체형 부분인 초음파 액체 전달 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 도파관이 내부 챔버의 종방향으로 연장되는 긴 부분을 포함하고, 상기 밸브 부재가 긴 부분의 단부로부터 연장되는 초음파 액체 전달 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 여기 장치가 또한 상기 밸브 부재를 초음파로 여기시키도록 작동하는 초음파 액체 전달 장치.
5. 제1항에 있어서, 밸브 부재를 개방하거나, 밸브 부재를 폐쇄하거나, 또는 밸브 부재를 개방 및 폐쇄하도록 도파관을 이동시키기 위한 작동기를 더 포함하는 초음파 액체 전달 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 하우징 내에 도파관을 장착하기 위한 장착 부재를 더 포함하고, 상기 장착 부재는 하우징의 내부 챔버 내에서 도파관과 접촉하고 상기 도파관으로부터 이격된 위치에서 하우징에 고정되는 초음파 액체 전달 장치.
7. 제6항에 있어서, 장착 부재의 적어도 일부가 하우징의 내부 챔버 내에 배치되는 초음파 액체 전달 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 장착 부재가 밸브 부재의 폐쇄 위치에 대응하는 위치를 향해 상기 도파관을 탄성적으로 가압하도록 구성된 것인 초음파 액체 전달 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 장착 부재가 적어도 부분적으로 하우징 내의 액체 유동 경로 내에 배치되고, 도파관의 진동으로부터 하우징을 격리시키도록 구성된 것인 초음파 액체 전달 장치.
10. 제1항에 있어서, 도파관 및 여기 장치가 함께 초음파 도파관 조립체를 형성하고, 상기 초음파 도파관 조립체는 1/2 파장의 길이를 갖는 것인 초음파 액체 전달 장치.
11. 삭제
12. 제1항에 있어서, 상기 여기 장치가 도파관과 연결된 자기 변형(magnetostrictive) 재료의 덩어리(mass)와, 도파관을 초음파로 여기시키기 위해 자기 변형 재료의 상기 덩어리에 변하는 자기장을 인가하기 위한 자기장 발생기를 포함하는 것인 초음파 액체 전달 장치.
13. 제12항에 있어서, 자기 변형 재료의 상기 덩어리가 도파관으로부터 독립적이지만 도파관에 결합되는 것인 초음파 액체 전달 장치.
14. 제12항에 있어서, 자기 변형 재료의 상기 덩어리가 도파관의 일체형 부분인 초음파 액체 전달 장치.
15. 내부 챔버와 하나 이상의 배출 포트를 구비하는 하우징, 및 적어도 일부가 하우징의 내부 챔버 내에 배치되며, 내부 챔버 내의 액체가 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출되는 것이 방지되는 폐쇄 위치와, 액체가 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 하우징으로부터 배출되도록 하는 개방 위치 사이에서 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재를 포함하는 초음파 도파관을 포함하는 유형의 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법이며,
    상기 하나 이상의 배출 포트를 통해 하우징으로부터 액체를 배출하기 전에 하우징의 내부 챔버로 액체를 유동시켜 상기 도파관과 접촉시키는 단계와,
    적어도 일부가 상기 하우징 내에 장착된 여기/작동 장치에 초음파 여기 신호 성분 및 밸브 작동 신호 성분을 포함하는 구동 신호를 제공하여 도파관을 초음파로 여기시켜 작동시키는 단계를 포함하고,
    상기 여기/작동 장치는 상기 밸브 작동 신호 성분에 반응하여 도파관을 이동시켜 밸브 부재를 개방시키거나, 밸브 부재를 폐쇄시키거나, 또는 밸브 부재를 개방 및 폐쇄시키고,
    상기 여기/작동 장치는 상기 초음파 여기 신호 성분에 반응하여 도파관을 초음파로 여기시켜 밸브 부재가 상기 개방 위치에 있을 때 상기 하나 이상의 배출 포트를 통해 배출된 액체를 분무화시키는 것인, 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법.
16. 제15항에 있어서, 밸브 부재가 상기 개방 위치에 있을 때에만 상기 초음파 여기 신호 성분이 제공되는, 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 밸브 작동 신호 성분이 폐쇄 위치를 향해 밸브 부재를 가압하는 기계적 편의(mechanical bias)에 대항하여 밸브 부재를 개방하도록 하기 위한 포지티브 편의를 포함하는 것인, 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 밸브 작동 신호 성분이 밸브 부재를 폐쇄하도록 하기 위한 네가티브 편의를 포함하는 것인, 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법.
19. 제15항에 있어서, 상기 밸브 작동 신호 성분이 밸브 부재를 개방하도록 하기 위한 포지티브 편의와, 밸브 부재를 폐쇄하도록 하기 위한 네가티브 편의를 포함하는 것인, 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법.
20. 제15항에 있어서, 상기 여기/작동 장치가, 도파관과 연결된 자기 변형 재료의 덩어리와, 자기 변형 재료의 상기 덩어리에 변하는 자기장을 인가하기 위한 자기장 발생기를 포함하는 것인, 초음파 액체 전달 장치의 작동 방법.
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