KR20030086581A - 초음파 자극 작동을 위해 개장된 단일화 분사기 - Google Patents

초음파 자극 작동을 위해 개장된 단일화 분사기 Download PDF

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KR20030086581A
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제임슨리커비
코헨버나드
깁슨라마르헤쓰
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

분사기를 작동하기 위한 오버헤드 캠(27)을 사용하는 내연 기관의 연소 챔버 내로 가압 액체 연료를 분사하기 위한 초음파 연료 분사기(31)는 분사기 본체와 분사기 니들을 포함한다. 분사기 니들(36)은 본체(33) 내에 배치되며, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 대해 투과성인 세라믹 벽(40)에 의해 규정된 본체의 영역에 배치된 자기 변형성 부분(38)을 포함한다. 와이어 코일(42)이 세라믹 벽의 외부면 둘레에 감기며, 분사기의 소정 작동 간격 동안 초음파 주파수에서 발진하도록 제어되는 전원(16)에 접속된다. 센서(51)는, 분사기가 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하도록 오버헤드 캠(27)이 작동될 때 신호 발생하도록 구성된다. 센서(51)는, 전원(16)에 연결되며 분사기가 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하도록 오버헤드 캠(27)이 작동될 때에만 작동하도록 구성된 제어부(47)에 연결된다. 전원(16)이 코일(42)의 발진 자기장을 작동시키고 니들의 자기 변형성 부분(38)에 자기장을 인가할 때, 초음파 에너지가 가압 액체에 인가된다. 본 발명의 방법은 자기 변형성 부분을 가지며 니들의 자기 변형성 부분에 초음파 발진 자기장을 인가하도록 구성되며 배치된 코일이 감긴 니들에 의해 종래의 분사기를 개장하는 것을 포함한다.

Description

초음파 자극 작동을 위해 개장된 단일화 분사기{UNITIZED INJECTOR MODIFIED FOR ULTRASONICALLY STIMULATED OPERATION}
기관차용 디젤 엔진은 오버헤드 캠에 의해 작동되는 단일화 연료 분사기를 사용한다. 한 이러한 전형적인 종래의 단일화 분사기는 도1a에 개략적으로 도시되어 있으며 일반적으로 도면 부호 10으로 나타낸다. 이 단일화 분사기(10)는 분사기 너트(29) 내에 배치되어 있는 밸브 본체(11)를 구비한다. 밸브 본체(11)는, 일반적으로 도면 부호 20으로 나타내는 엔진의 연소 챔버들 중 하나로 분사기가 연료를 분사하는 것을 방지하도록 밸브의 폐쇄 위치에서 편향 가능한 니들 밸브를 수용한다.
도1a의 밸브 본체(11)의 부분의 확대 단면도를 도시하는 도1b에 도시한 바와 같이, 니들 밸브는, 밸브 본체(11)의 중공형 내부에 규정되며 니들(14)의 한 단부에서 원추형 팁(13)과 결합 가능한 원추형 밸브 시트(12)를 구비한다. 밸브 본체(11)의 중공형 내부는 연료 저장조(16)와, 니들 밸브의 하류측에 배치되어 있는 배기 충만실(discharge plenum)(17)을 연결하는 연료 통로(15)를 또한 규정한다. 다수의 출구 채널(18)의 각각은 통상적으로 입구 오리피스(19)에 의해 배기 충만실(17)에 연결되며 각각의 출구 채널(18)의 각각의 대향 단부에서 출구 오리피스(21)에 의해 연소 챔버(20)에 연결된다. 니들 밸브는, 저장조(16)로부터 배기 충만실(17) 내로, 및 출구 채널(18)을 통해 연소 챔버(20) 내로 연료 유동을 허용하는지의 여부를 제어한다.
도1b에 도시한 바와 같이, 밸브 본체(11)의 중공형 내부에 수용된 니들(14)의 한 단부의 원추형 팁(13)은 스프링(22)(도1a)에 의해 밸브 시트(12)와 밀봉 접촉하도록 편향된다. 도1a에 도시한 바와 같이, 케이지(28)는, 니들(14)의 대향 단부에 대해 편향력을 작용할 수 있도록 배치하기 위해 스프링(22)을 수용한다. 연료 펌프(23)는 니들(14)의 스프링 편향 단부 상부에 니들(14)과 축방향 정렬 상태로 배치된다. 다른 스프링(24)은 각각의 연료 펌프(23) 및 니들(14)의 스프링 편향 단부 상부에 축방향 정렬 상태로 배치되어 있는 캠 종동자(25)를 편향시킨다.캠 종동자(25)는, 분사기의 밸브 본체(11) 내로 가압 연료를 강제 공급하는 펌프의 펌핑 작용을 발생시키는 플런저(26)와 결합된다. 오버헤드 캠(27)은, 스프링(24)의 편향력을 극복하도록 캠 종동자(25)를 주기적으로 작동시키며 플런저(26)를 압박 하강시키며, 이에 따라 연료 펌프(23)를 작동시킨다. 펌프(23)의 작동에 의해 밸브 본체(11) 내로 펌핑된 연료는 밸브 시트(12)와의 접촉 상태로부터 니들(14)의 원추형 팁(13)을 유압식으로 상승시키며, 따라서 니들 밸브를 개방시키고 분사기(10)의 출구 오리피스(21)로부터 분사기에 의해 연료 공급되는 연료 챔버(20) 내로의 연료의 배출을 강요한다.
그러나, 분사기의 출구 오리피스는 폐색될 수 있으며, 이에 의해 연소 챔버로 유입될 수 있는 연료량에 악영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 상기 엔진의 연료 효율의 향상은, 이러한 엔진에 의해 수행되는 연소 과정으로부터의 바람직하지 않은 배기물의 감소와 마찬가지로 바람직하다.
동력을 증가시키고 연소 과정으로부터의 오염물을 감소시킴으로써 분사기의 성능을 향상시키는 보다 효율적인 연소를 성취하려는 목표는, 분사기의 출구 오리피스의 크기를 감소시키고 및/또는 출구 오리피스로 공급되는 액체 연료의 압력을 증가시킴으로써 성취하기 위해 다수 추구되어 왔다. 이러한 해결책들 각각은 분사기의 오리피스로부터 유출되는 연료의 속도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
그러나, 이러한 해결책들은, 특수 금속(exotic metal) 사용 필요성, 윤활 문제점, 미세 마무리 가공(micro inch finish) 가동 부품들의 필요성, 내부 연료 통로 윤곽 형성 필요성, 고비용 및 직접 분사와 같은 고유의 문제점을 도입하였다.예를 들면, 보다 소형의 오리피스에 대한 의존은 오리피스가 보다 용이하게 폐색된다는 것을 의미한다. 150MPa 내지 200MPa(1500bar 내지 2000bar)의 범위의 보다 높은 압력에 대한 의존은, 분사기를 완전히 파괴시키지 않는다면 분사기의 특성을 변화시키는 방식으로 왜곡시키지 않고 이러한 압력을 견디기에 충분히 강한 특수 금속이 사용되어야 한다는 것을 의미한다. 이러한 특수 금속은 분사기의 비용을 증가시킨다. 보다 높은 압력은 또한 분사기의 가동 부품들의 윤활을 위한 연료 내의 첨가제에 의존하여 해결 불가능한 윤활 문제점을 발생시킨다. 가동 금속 부품들의 미세 마무리 가공과 같은 다른 윤활 수단이 고비용으로 요구된다. 이러한 보다 높은 압력은 또한, 고비용으로 수행되는 가공을 필요로 하는 통로의 윤곽 형성에 의해 상쇄되어야 하는 분사기의 내부 통로의 마모 문제점을 발생시킨다. 이 마모 문제점은 또한 출구 오리피스를 부식시키며, 이러한 부식은 시간 경과에 따라 분사기의 플럼(plume)의 특성을 변화시키며 성능에 영향을 준다. 더욱이, 보다 높은 압력을 성취하기 위해, 연료 펌프는 분사기로부터 이격되어 배치되기 보다는 직접 분사를 위해 분사기와 함께 배치되어야 한다.
연소 챔버 내로 분사되는 연료의 무화(atomization)를 향상시키기 위해 초음파 에너지를 사용하는 것은 공지되어 있으며, 본원에 참조로서 합체되어 있는 공동 소유 미국 특허 제 5,803,106호, 제 5,868,153호 및 제 6,053,424호에 명시된 바와 같이 당 분야에서의 진보가 이루어져 있다. 상기 특허들은 통상적으로, 초음파 호온의 한 단부 상에 초음파 진동자(ultrasonic transducer)를 부착하고 호온의 대향 단부는 분사기의 출구 오리피스 부근의 연료에 침전되어 초음파 주파수에서 진동되도록 되어 있다. 그러나, 단일화 연료 분사기는, 니들과 축방향 정렬 상태인 연료 펌프, 캠 종동자 및 오버헤드 캠의 배치 때문에 이러한 초음파 진동자가 설치될 수 없다.
관련 출원
본 출원은 엘. 케이. 제임슨(L. K. Jameson) 등의 명의의, 발명의 명칭이 "가압 다성분 액체 유화(emulsifying)용 장치 및 방법"(문서 번호 12535)인 미국 특허 출원 제 08/576,543호 및 엘. 에이취. 깁슨(L. H. Gibson) 등의 명의의, 발명의 명칭이 "초음파 액체 연료 분사 장치 및 방법"(문서 번호 12537)인 미국 특허 출원 제 08/576,522호를 포함하는 공동 양도 특허 출원들의 그룹 중 하나이다. 상기 출원들 각각의 요지는 본원에 참조로서 합체되어 있다.
본 발명은 연소 챔버 내로 연료를 분사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 분사기를 작동시키기 위해 오버헤드 캠을 사용하는 엔진용 단일화 연료 분사기(unitized fuel injector)에 관한 것이다.
도1a는 오버헤드 캠에 의해 작동되는 종래의 단일화 연료 분사기의 단면도이다.
도1b는 도1a의 종래의 단일화 연료 분사기의 밸브 본체의 부분의 확대 단면도이다.
도2는 소정 부분이 가상(점선)으로 도시되어 있는 본 발명의 장치의 한 실시예의 개략 부분 사시도이다.
도3은 소정 부분이 일부 절단되고 소정 부분이 단면으로 도시되며 주위 구조들이 가상(점선)으로 도시되어 있는 본 발명의 장치의 밸브 본체의 한 실시예의 부분 사시도이다.
도4는 도3의 선 4-4를 따른 단면도이다.
도5는 소정 부분이 일부 절단되고 소정 부분이 단면으로 도시되며 주위 부품들이 개략적으로 도시되어 있는 본 발명의 장치의 밸브 본체의 실시예의 한 부분의 확대 사시도이다.
본 발명의 목적 및 장점은 하기의 상세한 설명에 부분적으로 설명될 것이며, 또는 상세한 설명으로부터 명백해지거나, 본 발명의 실시를 통해 습득될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 오버헤드 캠에 의해 작동되는 표준 단일화 분사기는, 자기 변형성 재료(magnetostrictive material)로 구성된 세장형 부분을 갖는 니들에 의해 개장(retrofit)된다. 개장된 니들의 자기 변형성 부분을 둘러싸는 분사기의 본체의 부분은 중공 형성될 수 있으며, 개장된 니들의 자기 변형성 부분을 둘러싸는 벽을 규정하는 환형 삽입부(insert)를 구비할 수 있다. 상기 벽은 초음파 주파수에서 발진하는 자기장에 대해 투과성인 재료로 구성되며, 세라믹 재료가 환형 삽입부를 구성하도록 사용될 수 있다.
벽의 외부는, 자기 변형성 부분에 의해 점유되는 영역에 변화 자기장을 유도하고 따라서 자기 변형성 부분을 초음파 주파수에서 진동할 수 있게 하는 코일에 의해 둘러싸여 있다. 이 진동은, 분사기의 출구 오리피스로 연장되는 채널 및 배기 충만실의 입구에 인접하여 액체 연료 내에 배치되는 니들의 팁을 초음파 주파수에서 진동시키며 따라서 연료에 이러한 초음파 진동을 인가한다. 출구 오리피스를 떠날 때의 연료의 초음파 자극은, 분사기를 떠나는 연료의 속도를 증가시키려고 하는 종래의 해결책들 보다 낮은 압력 및 큰 출구 오리피스에서 작동하면서 분사기가 소정의 성능을 성취할 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 초음파 발진 신호의 작동을 위한 제어부가 제공된다. 제어부는, 코일에 의해 제공되는 초음파 발진 신호의 작동이, 분사기를 통해 및 분사기의 출구 오리피스로부터 연소 챔버 내로 연료를 유동시키기 위해 오버헤드 캠이 분사기를 작동할 때에만 수행되도록 구성된다. 따라서, 제어부는, 분사기를 통해 및 분사기의 출구 오리피스로부터 연료 챔버 내로 연료가 유동할 때에만 연료의 초음파 진동이 발생하도록 작동한다. 이 제어부는, 캠 종동자 상에 배치되는 압전 변환기를 구비하는 압력 변환기와 같은 센서를 구비할 수 있다.
더욱이, 분사기는 개장되기 보다는 본래 설비로서 본 발명에 따라 제조될 수 있다.
이제, 하나 이상의 예들이 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 참조한다. 각각의 예는 본 발명의 한정이 아니라, 본 발명의 설명을 위하여 제공된다. 실제로, 본 발명의 범주 또는 정신으로부터 일탈하지 않고 다양한 변형 및 변경이 본 발명에 수행될 수 있다는 것은 당 기술 분야의 숙련자들에게는 명백할 것이다. 예를 들면, 한 실시예의 부분으로서 도시되거나 설명된 특징들은 또 다른 실시예를 제공하기 위해 다른 실시예에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범주 내에 포함되는 바와 같은 이러한 변형 및 변경을 커버하는 것으로 의도된다. 동일한 도면 부호가 도면 및 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 부품에 지정되어 있다.
본원에 사용될 때, 용어 "액체(liquid)"는, 분자들이 기체에서 보다 훨씬 높게 집중되어 있지만 고체에서 보다는 훨씬 적게 집중되어 있는, 기체와 고체 사이의 중간 상태의 비정질(비결정질) 형태의 물질을 지칭한다. 액체는 단일 성분을 가질 수 있으며, 또는 다성분으로 형성될 수 있다. 성분들은 다른 액체, 고체 및/또는 기체일 수 있다. 예를 들면, 액체의 특성은 작용된 힘에 의해 유동할 수 있는 능력에 있다. 힘의 작용 즉시 유동하며 유량이 작용된 힘에 직접 비례하는 액체를 일반적으로 뉴튼 액체라 지칭한다. 몇몇 액체는 힘이 작용할 때 비정상 유동 응답을 가지며 비뉴튼 유동 특성을 나타낸다.
통상의 스프레이는 광범위한 액적(droplet) 크기를 포함한다. 스프레이의 액적 크기 분포를 명기하는데 있어서의 어려움은 다양한 직경 표현의 사용을 야기한다. 본원에 사용될 때, 사우터 평균 입경(Sauter mean diameter: SMD)이 스프레이 표면적에 대한 체적의 비를 나타낸다(즉, 표면적 대 체적의 비가 전체 스프레이의 비와 동일한 액적의 직경).
본 발명에 따르면, 반드시 축적대로 도시된 것은 아닌 도2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 오버헤드 캠(27)에 의해 작동되는 단일화 연료 분사기(31)(한 개만 도2에 도시되어 있음)를 갖는 내연 기관(엔진)(30)은, 개략적으로 도시되어 있으며 도면 부호 32에 의해 나타낸 예시적인 장치의 동력 설비(power plant)를 형성한다. 이러한 장치(32)는 동력 설비를 필요로 하는 대부분의 임의의 장치일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니지만, 현지 발전기, 예를 들면 철도 기관차와 같은 육상용 차량, 비행기와 같은 공중용 차량, 또는 원양 항해 선박과 같은 디젤 동력식 해상 선박을 포함할 수 있다.
본 발명의 초음파 연료 분사기 장치는 도면 부호 31로 도2에 개략적으로 도시한다. 단일화 분사기(31)는, 주로 밸브 본체(33) 및 니들(36)의 구성 및 센서, 제어부 및 초음파 동력원의 부가에 있어서 상술한 종래의 단일화 분사기(10)와는 상이하며, 이러한 차이점은 하기에 설명한다. 본 발명의 분사기(31)의 나머지 특징 및 작동은 종래의 단일화 분사기(10)에서와 동일하다.
분사기(31)의 밸브 본체(33)의 실시예는 부분 절단되어 있는 사시도로 도3에 도시되어 있으며 단면도로 도4에 도시되어 있다. 단일화 초음파 연료 분사기 장치의 밸브 본체(33)는 노즐(34), 하우징(35) 및 분사기 니들(36)을 구비한다. 밸브 본체(33)의 외부 치수는 종래의 분사기(10)의 종래의 밸브 본체(11)의 치수와 일치하며, 마찬가지로 종래의 분사기 너트(29)에 끼워진다. 그러나, 종래의 밸브 본체(11)와는 달리, 본 발명의 밸브 본체(33)는 노즐(34)과 하우징(35)을 포함하는 2-부품 강철 셸(shell)을 구비할 수 있다.
노즐(34)은 그의 중심 종방향 축의 길이의 대부분에 걸쳐 중공 형성되며, 원추형 팁(13)을 갖는 분사기 니들(36)의 부분을 내부에 수용하도록 구성된다. 밸브 본체의 중공형 부분은 종래의 밸브 본체(11)에서와 동일한 연료 저장조(16)를 규정한다. 저장조(16)는, 분사기 니들(36)의 부분의 관통 통로를 수용하는 것에 부가하여 축적 가압 연료를 수용하며 저장하도록 구성된다. 밸브 본체(33)의 중공형 노즐 부분(34)은 종래의 밸브 본체(11)에서와 동일한 배기 충만실(17)을 또한 규정한다. 충만실(17)은 연료 저장조(16)와 연통하며 가압 액체 연료를 수용하기 위해 구성된다. 중공형 부분의 형상은 니들(36)의 외형을 수용하도록 일반적으로 원통 대칭형이지만, 연료 저장조(16)와 배기 충만실(17)을 수용하도록 밸브 본체(33)의 중심축을 따라 상이한 부분에서 니들의 형상과 상이하다. 노즐(34)의 중심축을 따라 배치된 상이한 형상의 중공형 부분들은 일반적으로 서로 연통하며, 종래의 분사기(10)의 종래의 밸브 본체(11)에서의 동일한 특징부들과 동일한 방식으로니들(36)과 상호 작용한다.
밸브 본체(33)의 노즐(34)의 중공형 부분은, 한 단부에서 배기 충만실(17)의 개구에 연결되고 대향 단부에서는 연료 저장조(16)와 연통하여 구성되는 절두 원추형 단면으로서 종래의 분사기에서와 같이 구성된 밸브 시트(12)를 또한 규정한다. 따라서, 배기 충만실(17)은 종래의 밸브 본체(11)에서와 동일한 방식으로 밸브 시트(12)를 경유하여 연료 저장조에 연결된다.
밸브 본체(33)에서, 종래의 밸브 본체(11)와 마찬가지로, 적어도 하나의 바람직하게는 하나 이상의 노즐 출구 오리피스(21)가 분사기의 노즐(34)의 하측 극단부를 통해 규정된다. 각각의 노즐 출구 오리피스(21)는 분사기의 밸브 본체의 하측 극단부를 통해 규정된 출구 채널(18)과, 배기 충만실(17)을 규정하는 내부면을 통해 규정된 입구 오리피스(19)를 경유하여 배기 충만실(17)에 연결된다. 각각의 채널(18) 및 그의 오리피스(19, 21)는 약 0.1in(2.54mm) 미만의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 채널(18) 및 그의 오리피스(19, 21)는 약 0.0001 내지 약 0.1in (0.00254 내지 2.54mm)의 직경을 가질 수 있다. 부가의 예로서, 채널(18) 및 그의 오리피스(19, 21)는 약 0.001 내지 약 0.01in(0.0254 내지 0.254mm)의 직경을 가질 수 있다. 연료가 분사기(31)의 출구 오리피스(21)를 떠나기 전의 연료의 초음파 진동으로부터의 유리한 효과는 채널(18) 및 그의 오리피스(19, 21)의 크기, 형상, 위치 및 수에 무관하게 발생되는 것으로 판명되었다.
도4에 도시한 바와 같이, 분사기의 노즐(34)의 본체는, 분사기의 밸브 본체 내에 축외적으로(off-axis) 구성되며 배치된 연료 경로(115)를 또한 규정한다. 연료 경로(115)는 연료 저장조(16)에 가압 액체 연료를 공급하도록 구성되며 연료 저장조(16)에 연결되며 배기 충만실(17)과 연통한다.
밸브 본체(33)를 형성하기 위한 종래의 밸브 본체(11)의 개장에 있어서, 표준 분사기 밸브 본체(11)의 변형은 3개의 연료 이송 통로(15)를 재배치하는 것을 포함한다. 노즐 재료(SAE 51501)는 밸브 본체(33)의 축방향 보어의 최소 소정 길이에 대응하여 밸브 본체(33)의 하우징(35)으로부터 제거된다. 이 소정 길이는, 연료 압력이 최소값에 도달하는 이론 길이인, 밸브 본체(33)의 보어의 총 길이의 1/3이다. 연료 이송 통로의 재배치는 종래의 밸브 본체(11)의 본래 통로(15)의 충전 및 중심선으로부터의 보다 큰 반경방향 길이에서의 새로운 통로(115)의 가공을 필요로 한다. 연료 이송 통로(115)의 재배치는 전기 권선(electrical winding)(하기에 설명함)을 위해 밸브 본체(33)의 하우징(35) 내의 충분한 체적을 허용하도록 수행된다.
도3에 도시한 바와 같이, 하우징(35)의 한 단부는 노즐(34)에 결합되도록 구성된다. 하우징(35)의 대향 단부는, 종래의 분사기(10)에서와 같이 니들(36)의 위치를 편향시키는 스프링(22)을 유지하는 스프링 케이지(28)(도3에 점선으로 도시)에 결합되도록 구성된다. 하우징(35)에 대한 설계 사양은 밀봉을 위한 적절한 표면 영역 및 전기 권선(하기에 설명함)을 위한 충분한 내부 체적을 유지하는 것을 포함한다. 하우징(35)의 이러한 설계 목적은 응력 집중을 최소화하고 결합 부분들 사이의 고압 연료 누출을 방지하기 위한 것이다. 고압 연료의 밀봉은, 분사기 너트(29)에 의해 함께 결합된 부분들 사이의 결합 표면에 의해 본 특정 분사기에서성취된다. 밀봉, 또는 접촉 표면들은, 수용되어야 하는 최대 분사 압력 보다 접촉 압력이 상당히 크도록 치수 설정된다. 노즐(34) 내의 정압은 또한 노즐(34)과 결합 하우징(35) 사이의 밀봉 압력이다. 밀봉 압력은 103.42MPa(15,000psi)의 추정 최대 분사 압력에 대해 1.62의 밀봉 안전 계수를 포함한다.
예를 들면 도3에 도시한 바와 같이, 고압 연료 누출이 회피되어야 하는 다른 임계 위치는, 밸브 본체(33) 내에 축방향 보어를 규정하는 내부면(37)과 니들(36)의 외부면 사이의 환형 체적이다. 밸브 본체(33)의 내부 보어(37)와 그 내부에 배치된 니들(36)은 최소 유극(clearance) 및 누출을 유지하도록 선택적으로 끼워맞춰진다. 0.0051mm(0.0002in)의 값이, 노즐(34) 내의 저장조(16)의 직상류측에 배치된 보어(37)의 직경과 니들(36)의 외경 사이의 통상적인 최대 유극값이다.
본 발명의 분사기(31)의 니들 밸브의 구성 및 작동은 상술한 종래의 분사기(10)에서와 동일하다. 예를 들면 도4에 도시한 바와 같이, 분사기 니들(36)의 제2 단부는, 분사기의 밸브 본체(33)의 중공형 부분 내에 규정된 원추형 밸브 시트(12)의 부분과 결합하며 그에 대해 밀봉하도록 구성된 원추형 표면(13)을 구비하여 성형된 팁을 규정한다. 분사기 니들(36)의 대향 단부는, 연료 통로(115)로부터, 저장조(16) 내로, 배기 충만실(17) 내로, 출구 채널(18)을 통해, 노즐 출구 오리피스(21) 외부로 및 연소 챔버(20) 내로 연료가 유동하는 것을 방지하기 위해, 분사기 니들(36)의 원추형 표면(13)을 밸브 시트(12)의 원추형 표면과 밀봉 접촉하여 배치하는 위치로 편향되도록 연결된다. 도3에 개략적으로 도시한 바와 같이, 종래의 분사기(11)에서와 마찬가지로, 스프링(22)이 분사기 니들(36)의 원추형 표면(13)을 밸브 시트의 원추형 표면(12)과 밀봉 접촉시키는 편향 수단의 일례를 제공한다. 따라서, 분사기 니들(36)이 편향 배향으로 배치될 때, 연료는 연료 통로(115)로부터, 노즐 출구 오리피스(21) 외부로, 및 연료 분사기(31)의 하측 극단부가 배치되어 있는 연소 챔버(20) 내로 중력의 작용하에서만은 유동할 수 없다.
예를 들면 도2에 개략적으로 도시한 바와 같이 종래와 마찬가지로, 캠(25)의 작동은 스프링(24)의 편향력을 극복하고 분사기 니들의 원추형 단부와 원추형 밸브 시트를 강제로 이격시키도록 펌프(23)를 통해 작동된다. 이는 배기 충만실 내로 및 연료 분사기(31)의 노즐 출구 오리피스(21)로부터 장치(32)의 엔진(30)의 연소 챔버(20) 내로의 연료의 유동을 허용하기 위해 밸브를 개방시킨다. 이는 상술한 종래의 단일화 분사기(10)에서와 마찬가지로, 즉 스프링(22)의 편향력에 대항하여 니들(36)을 유압식으로 상승시키도록 가압 연료를 강제 공급하는 펌프(23)의 작동에 의해 성취된다.
본원에 사용될 때, 용어 "자기 변형성(magnetostrictive)"은 샘플의 자화 방향 및 정도에 의존하여 샘플의 치수의 변화를 초래하는 강자성 재료의 샘플의 성질을 지칭한다. 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 응답하는 자기 변형성 재료는, 이러한 자기 변형성 재료의 샘플이 초음파 주파수에서 그 치수가 변화될 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 분사기 니들은 밸브 본체(33) 내에 규정된 중심 축방향 보어(37) 내에 배치되도록 구성된 적어도 제1 부분(38)을 규정한다. 예를 들면 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 분사기 니들(36)의 상기 제1 부분(38)은 점각(stippling)에 의해 표시되며, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 응답하는 자기 변형성 재료로 형성된다. 자기 변형성 재료로 구성된 제1 부분(38)의 길이는 니들(36)의 전체 길이의 약 1/3 정도일 수 있다. 그러나, 원한다면 전체 니들(36)이 자기 변형성 재료로 형성될 수 있다. 적합한 자기 변형성 재료는, 분사기의 니들을 형성하도록 강철에 접합될 수 있는 에트레마 테르페놀-디(ETREMA TERFENOL-D)자기 변형성 합금에 의해 제공된다. 에트레마 테르페놀-디자기 변형성 합금은 미국 아이오와 50010 에임스 소재의 에트레마 프로덕츠, 인크.로부터 이용 가능하다. 니켈 및 퍼멀로이(permalloy)가 두 개의 다른 적합한 자기 변형성 재료이다.
분사기 니들(36)의 종방향 축을 따라 정렬된 자기장의 적용시에, 분사기 니들(36)의 상기 제1 부분(38)의 길이는 축방향으로 약간 증가 또는 감소한다. 상술한 자기장의 제거시에, 분사기 니들(36)의 상기 제1 부분(38)의 길이는 그의 비자화 길이로 복원된다. 더욱이, 팽창 및 수축이 발생하는 동안의 시간은, 분사기 니들(36)이 초음파 주파수, 즉 15kHz 내지 500kHz 내에 포함되는 속도로 팽창 및 수축할 수 있도록 충분히 짧다. 니들의 비자화 상태에서의 니들(36)의 전체 길이는 종래의 니들(14)의 전체 길이와 동일하다.
본 발명에 따르면, 분사기의 밸브 본체(33)의 축방향 보어(37)는, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 대해 투과성인 재료로 구성된 벽(40)에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 예를 들면 본원에 실시되고 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 상기 벽(40)은, 미국 콜로라도주 골든 소재의 쿠어스 세라믹 캄파니로부터 이용 가능한, 부분 안정화 지르코니아와 같은 세라믹 재료로 구성된 삽입부에 의해 규정된 비금속 섹션으로 구성될 수 있다. 삽입부(40)는 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 대해 투과성인 축방향 보어(37)의 벽의 부분을 규정한다. 라이너(liner)(40)의 부분 안정화 지르코니아 세라믹 재료는 우수한 재료 특성을 가지며, 권선(하기에 설명함)과 니들(36) 사이의 비도전성 재료를 위한 조건을 만족시킨다. 부분 안정화 지르코니아는 모든 다른 이용 가능한 기술용 세라믹들과 비교할 때 비교적 높은 압축 강도 및 파괴 인성을 갖는다.
삽입부(40)는, 하우징(35)의 중공형 부분에 배치된 원통형 환형 부재로서 형성되는 라이너로서 기능한다. 삽입부(40)의 내부면(39)은, 분사기(31)의 밸브 본체(33)의 축방향 보어(37) 내에 배치된 분사기 니들(36)의 제1 부분(38)과 일치하도록 배치된다. 예를 들면 도4에 도시한 바와 같이, 밸브 본체(33)의 삽입부(40)의 내부 중공형 부분(39)은, 분사기 니들(36)의 적어도 제1 부분(38)을 내부에 수용하도록 구성된 원통형 공동(cavity)을 규정한다. 세라믹 라이너 보어(39)의 길이는 밸브 본체(33)의 금속 부분의 축방향 보어(37)의 대부분을 포함하며, 조립체의 잠재적인 비-동심도(non-concentricity)에 기인하는 니들(36)의 구속(binding)을 방지하기 위해 축방향 보어(37)의 직경 보다 0.0254mm(0.001in) 크게 치수 설정된 직경을 갖는다.
본 발명에 따르면, 분사기 본체의 축방향 보어 내에 초음파 주파수에서 변화 가능한 자기장을 인가하기 위한 수단이 제공된다. 자기장은 작동(on)으로부터 비작동(off)으로 또는 제1 크기로부터 제2 크기로 변화 가능하며, 또는 자기장의 방향이 변화될 수 있다. 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 상기 수단은, 바람직하게는 분사기 밸브 본체(33)에 의해 적어도 부분적으로 유지된다. 예를 들면 본원에 실시되고 도3에 도시된 바와 같이, 축방향 보어(37) 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 수단은, 전원(46), 및 세라믹 삽입부 또는 라이너(40)의 최외측면(43) 둘레에 감기며 전원(46)에 전기적으로 접속되는 와이어 코일(42)을 구비할 수 있다.
전기 권선(42)은 라이너(40)에 직접 부착되며 노즐 하우징(35)에 대한 코일의 권선의 단락을 방지하도록 포팅 밀봉(potting)된다. 예를 들면 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 와이어 코일(42)은, 도면 부호 48로 나타낸 점각 음영부로 일반적으로 표현되는 포팅 재료(potting material)에 매설될 수 있다. 예를 들면 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 권선(42)의 한 단부의 전기적 그룹화는 구리 와셔(49)의 한 측면과의 접촉을 통해 성취된다. 구리 이외의 다른 도전성 재료로 형성될 수 있는 와셔(49)의 대향 측면은, 바람직하게는 밸브 본체(33)가 금속 분사기 너트(29)에 조립될 때 노즐(34)에 대해 압축되어 노즐(34)과의 양호한 전기적 접촉을 보장할 수 있는 오목부(dimple)(52)(도4에 점선으로 도시함)를 특징으로 한다.
권선(42)의 다른 단부에 전기적으로 접속된 접촉 링(44)은 예를 들면 도3 및 도4에 도시한 바와 같이 포팅 재료(48)에 매설된다. 초음파 전원(46)에 대한 권선(42)의 전기적 접속은, 접촉 링(44)과 전기적으로 접촉 유지되는 스프링 장전 전기 탐침(54)에 의해 성취된다. 예를 들면, 도4(개략도) 및 도5(확대 절단 사시도)에 도시한 바와 같이, 탐침(54)의 후방 단부는 분사기 너트(29)를 통해 나사산형성되어 있으며, 전기 절연성 슬리브(55)는 노즐 하우징(35)의 구멍(41)을 통해 연장되는 탐침(54)의 섹션을 둘러싸고 있다. 조립 중에 하우징(35)의 구멍(41)이 분사기 너트(29)의 나사산 형성 구멍과 정렬되는 것을 보장하기 위해, 예를 들면 도3 및 도4에 도시한 바와 같이 고형 스테인레스 강 정렬 핀(50)이 제조되어 노즐(34)과 하우징(35) 내로 삽입된다.
예를 들면 도2 및 도5에 개략적으로 도시한 바와 같이, 탐침(54)은 다음, 초음파 주파수에서 발진하도록 제어부(47)에 의해 작동 가능한 전원(46)에 전기적으로 접속되는 전기 도선(45)에 연결될 수 있다. 한 견지로부터, 자기 변형성 재료로 구성된 니들(36)과 코일(42)의 조합은, 코일(42)에 제공된 전기 에너지를 니들(36)을 팽창 및 수축시키는 기계적 에너지로 변환하는 자기 변형성 변환기로서 기능한다. 이러한 자기 변형성 변환기용 제어부(47)의 적합한 예는, 그 전체가 본원에 참조로서 합체되어 있는 공동 소유 미국 특허 제 5,900,690호 및 제 5,892,315호에 개시되어 있다. 특히, 미국 특허 제 5,900,690호 및 제 5,892,315호의 도5 및 그 설명 부분을 참조하라.
본 발명에 따르면, 초음파 주파수에서의 코일(42)의 대전은, 저장조(16)로부터 배기 충만실(17) 내로 연료가 유동하도록, 분사기 니들(36)이 배치될 때에만 초음파 주파수에서의 코일(42)의 대전이 수행되도록 제어부(47)에 의해 제어된다. 도2에 개략적으로 도시한 바와 같이, 제어부(47)는, 캠 종동자(25) 상에 배치되며 캠(27)이 종동자(25)와 결합될 때를 검출하는 압력 센서(51)로부터의 신호를 수용할 수 있다. 캠(27)이 종동자(25)를 누를 때, 펌프(23)가 작동하여 밸브 본체(33)내로 연료를 펌핑함으로써, 니들 밸브를 유압식으로 개방시키고 분사기(31)의 출구 오리피스(21)로부터 연료를 분사하기 위해 밸브 본체(33) 내의 연료의 압력을 증가시킨다. 압력 센서(51)는 압력을 받을 때 전기 신호를 발생시키는 압전 변환기와 같은 압력 변환기를 구비할 수 있다. 따라서, 압력 센서(51)는, 센서(51)로부터 수신된 전기 신호를 증폭하는 증폭기를 구비할 수 있는 제어부(47)로 전기 신호를 전송한다. 제어부(47)는, 도선(45)을 경유하여 코일(42)에 전력을 공급하고 니들(36)의 자기 변형성 부분(38)에 소정의 발진 자기장을 유도하는 발진 전원(46)을 작동시키기 위해 상기 증폭된 전기 신호를 제공하도록 구성된다. 제어부(47)는 또한 전원(46)의 제어를 통해 초음파 진동의 크기 및 주파수를 제어한다. 원하는 바에 따라, 초음파 진동의 적용 및 분사기에 의한 연료의 분사의 동기화를 성취하기 위해 다른 형태의 제어부가 사용될 수 있다.
연료의 분사 중에, 분사기 니들(36)의 원추형 단부(13)는 배기 충만실(17) 내로 돌출되도록 배치된다. 분사기 니들(36)의 자기 변형성 부분(38)의 신장 및 수축에 의해 발생되는 분사기 니들(36)의 길이의 팽창 및 수축은, 플런저의 경우와 마찬가지로, 분사기 니들(36)의 원추형 단부(13)를 배기 충만실(17)의 내외로 작은 거리 만큼 각각 이동시키는 것으로 고려된다. 이 내외 왕복 운동은, 분사기 니들(36)의 자기 변형성 부분(38)의 자기장의 변화와 동일한 초음파 주파수에서 배기 충만실(17) 내의 액체 연료의 동등 기계적 섭동(perturbation)을 발생시키는 것을 고려된다. 노즐 출구 오리피스(21)를 통해 분사기(31)로부터 유출되는 연료의 이러한 초음파 섭동은 연소 챔버(20) 내로 분사되는 연료의 향상된 무화를 초래한다. 이러한 향상된 무화는 보다 효율적인 연소를 초래하며, 이는 동력을 증가시키고 연소 과정으로부터의 오염물을 감소시킨다. 연료가 분사기의 오리피스를 떠나기 전의 연료의 초음파 진동은, 분사기(31)에 의해 연료 공급되는 연소 챔버(20) 내로의 액체 연료의 균일한 원추형 스프레이인 플럼을 생성한다.
니들 밸브가 발진 자기장의 부재 상태에서 개방될 때 니들(36)의 팁(13)과 입구 오리피스(19) 또는 출구 오리피스(21) 사이의 실제 거리는 종래의 밸브 본체(11)에서는 변화하는데 비해 변화되지 않는다. 일반적으로, 특정 상황에서의, 니들(36)의 팁과, 분사기(31)의 출구 오리피스(21)로 연장되는 채널(18)의 입구 오리피스(19) 사이의 최소 거리는 과도한 실험 없이 당 기술 분야의 숙련자에 의해 즉시 결정될 수 있을 것이다. 실제로, 이러한 거리는 약 0.002in(약 0.05mm) 내지 약 1.3in(약 33mm)의 범위일 수 있지만, 보다 큰 거리가 사용될 수도 있다. 이러한 거리는, 입구 오리피스(19)로 유입되려고 하는 것 이외의 가압 액체에 인가되는 초음파 에너지의 정도를 결정한다. 달리 말하면, 거리가 클수록, 초음파 에너지가 인가되는 가압 액체의 양이 커진다. 따라서, 가압 액체의 열화 및 초음파 에너지로의 액체의 노출로부터 발생할 수 있는 다른 악영향을 최소화하기 위해 보다 짧은 거리가 요구된다.
액체 연료가 입구 오리피스(19)로 유입되기 직전에, 액체 연료와 접촉하는 진동 팁(13)은 연료에 초음파 에너지를 인가한다. 진동은 고점성 액체 연료의 겉보기 점도(apparent viscosity) 및 유동 특성을 변화시키는 것으로 고려된다. 진동은 또한 연소 챔버(20)로 유입될 때의 연료 스트림의 유량을 향상시키고 및/또는무화를 향상시키는 것으로 고려된다. 초음파 에너지의 적용은 액체 연료 액적의 크기를 향상(예를 들면 감소)시키고 액체 연료 플럼의 액적 크기를 협소화하는 것으로 고려된다. 더욱이, 초음파 에너지는 분사기의 오리피스(21)로부터 연소 챔버(20) 내로 유출되는 액체 연료 액적의 속도를 증가시키는 것으로 고려된다. 진동은 또한 분사기의 입구 오리피스(19), 채널(18) 및 출구 오리피스(21)에서의 오염물의 폐색을 붕괴시키고 유동 배출(flushing out)시킨다. 진동은 또한 연료 스트림에 존재할 수 있는 다른 성분(예를 들면, 액체 성분) 또는 첨가제를 갖는 액체 연료의 유화를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 분사기(31)는 액체 연료가 내연 기관(30) 내로 도입되는 지점에서 다성분 액체 연료 뿐만 아니라 액체 연료 첨가제 및 오염물을 유화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 특정 연료에 포함된 물은, 연료/물 혼합물이 연소 챔버(20) 내에 사용될 수 있도록 초음파 진동에 의해 유화될 수 있다. 혼합된 연료 및/또는 예를 들면, 메탄올, 물, 에탄올, 디젤, 액체 프로판 가스, 바이오-디젤 등과 같은 성분을 포함하는 연료 혼합물이 또한 유화될 수 있다. 본 발명은 다중 연료식(multi-fueled) 엔진에 사용될 수 있는 상이한 연료의 유량 특성(예를 들면, 겉보기 점도)에 양립성을 제공하기 위해 사용될 수 있다는 점에서 다중 연료식 엔진에 있어 장점을 가질 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 하나 이상의 액체 연료에 물을 첨가하고 연소 제어 및/또는 배기물 환원의 방식으로 연소 직전에 성분들을 유화하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 하나 이상의 액체 연료에 기체(예를 들면, 공기, N2O 등)를 첨가하고 연소 제어 및/또는 배기물 환원의 방식으로 연소 직전에 성분들을 초음파 혼합하거나 유화하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 분사기(31)의 한 장점은 자체 세척된다는 것이다. 연료가 분사기의 오리피스(21)로부터 유출되기 전의 연료의 초음파 진동에 기인하여, 진동은 채널(18) 및 그의 입구 및 출구 오리피스(19, 21)를 각각 폐색시킬 수 있는 임의의 입자들을 제거한다. 즉, 연료가 노즐(34)을 떠나기 직전에 가압 연료에 둘러싸인 니들(36)을 초음파 자극함으로써 발생되는 공급 압력 및 힘의 조합은 출구 오리피스(21)를 폐색할 수 있는 방해물을 제거할 수 있다. 본 발명에 따르면, 따라서, 채널(18) 및 그의 입구 오리피스(19) 및 출구 오리피스(21)는, 출구 오리피스(21)가 배기 충만실(17)로부터 가압 액체를 수용하고 분사기(31)로부터 액체를 통과시키는 동안 분사기의 니들(36)이 초음파 에너지에 의해 자극될 때[채널(18) 및 그의 오리피스들(19, 21)에 직접 초음파 에너지를 인가하지 않고] 자체 세척되도록 적용된다.
본원은 특정 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 상기의 지식을 숙지할 때, 당 기술 분야의 숙련자들에게는 이들 실시예의 변경, 변형 및 등가물이 즉시 인식될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위 및 임의의 등가물의 범주로서 평가되어야 한다.

Claims (22)

  1. 캠 종동자와 접촉하는 적어도 하나의 오버헤드 캠에 의해 분사기를 작동하는 내연 기관 내로의 가압 액체 연료의 분사를 위한 초음파 단일화 연료 분사기 장치이며,
    분사기 니들의 적어도 제1 부분을 내부에 수용하도록 구성되며 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 대해 투과성인 벽에 의해 적어도 부분적으로 규정되어 있는 공동과, 상기 공동과 연통하며 가압 액체 연료 및 상기 분사기 니들의 적어도 제2 부분을 수용하도록 구성된 배기 충만실과, 상기 배기 충만실과 연통하며 상기 배기 충만실로 가압 액체 연료를 공급하도록 구성된 연료 통로, 및 상기 배기 충만실과 연통하며 상기 배기 충만실로부터의 가압 액체 연료를 수용하며 밸브 본체로부터 액체 연료를 통과시키도록 구성된 출구 오리피스를 규정하는 밸브 본체와,
    상기 밸브 본체에 의해 적어도 부분적으로 유지되며 상기 공동 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 수단과,
    상기 공동 내에 배치되며 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 응답하는 자기 변형성 재료로 형성되는 제1 부분, 및 상기 배기 충만실 내에 배치되는 제2 부분을 구비하는 분사기 니들과,
    상기 분사기가 상기 내연 기관 내로 가압 액체 연료를 분사할 때 신호를 발생하도록 구성된 센서와,
    상기 센서 및 상기 공동 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 상기 수단에 연결되며, 상기 분사기가 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하고 있다는 신호를 상기 센서가 발생할 때, 상기 공동 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 상기 수단을 작동시키도록 구성되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벽은 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  3. 제2항에 있어서, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 상기 공동 내에 인가하기 위한 상기 수단은 상기 벽 둘레에 배치된 전기 도전성 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 밸브 본체는 금속 섹션 및 비금속 섹션으로 구성되며, 상기 비금속 섹션은 상기 공동의 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공동의 벽은 세라믹 재료로 구성된 삽입부에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 삽입부는 원통형 환형 부재로서 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  7. 제6항에 있어서, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 상기 공동 내에 인가하기 위한 상기 수단은 상기 세라믹 삽입부 둘레에 배치된 전기 도전성 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밸브 본체의 비금속 섹션은 상기 전기 도전성 코일이 내부에 매설되는 포팅 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  9. 제5항에 있어서, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 상기 공동 내에 인가하기 위한 상기 수단은 전원, 및 상기 세라믹 삽입부 둘레에 배치된 전기 도전성 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  10. 제4항에 있어서, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 상기 공동 내에 인가하기 위한 상기 수단은 상기 공동의 벽 둘레에 배치된 전기 도전성 코일을 포함하며, 상기 밸브 본체의 비금속 섹션은 상기 전기 도전성 코일이 내부에 매설되는 포팅 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  11. 제1항에 있어서, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 상기 공동 내에 인가하기 위한 상기 수단은 상기 밸브 본체 내에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 센서는, 캠 종동자를 갖는 캠 중 적어도 하나에 의한 접촉으로부터 압력의 소정 크기를 검출하도록 배치된 압전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  13. 제1항에 있어서, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 상기 공동 내에 인가하기 위한 상기 수단은 상기 공동 둘레에 배치된 전기 도전성 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  14. 제1항에 있어서, 복수의 출구 오리피스를 부가로 포함하며, 상기 출구 오리피스 각각은, 상기 배기 충만실과 연통하고 상기 배기 충만실로부터의 가압 액체 연료를 수용하며 상기 밸브 본체로부터 액체 연료를 통과시키도록 구성되며 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 초음파 주파수는 15kHz 내지 500kHz의 범위인 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 초음파 주파수는 15kHz 내지 60kHz의 범위인 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  17. 제1항의 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  18. 제17항의 내연 기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  19. 제17항의 내연 기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  20. 오버헤드 캠에 의해 분사기를 작동하는 내연 기관 내로의 가압 액체 연료의 분사를 위한 초음파 단일화 연료 분사기 장치이며,
    분사기 니들의 적어도 제1 부분을 내부에 수용하도록 구성되는 공동과, 상기 공동과 연통하며 가압 액체 연료 및 상기 분사기 니들의 적어도 제2 부분을 수용하도록 구성된 배기 충만실과, 상기 배기 충만실과 연통하며 상기 배기 충만실로 가압 액체 연료를 공급하도록 구성된 연료 통로, 및 상기 배기 충만실과 연통하며 상기 배기 충만실로부터의 가압 액체 연료를 수용하며 밸브 본체로부터 액체 연료를 통과시키도록 구성된 출구 오리피스를 규정하는 밸브 본체와,
    상기 밸브 본체에 의해 적어도 부분적으로 유지되며, 상기 공동 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 수단과,
    상기 공동 내에 배치되며 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 응답하는 자기 변형성 재료로 형성되는 제1 부분 및 상기 배기 충만실 내에 배치되는 제2 부분을 구비하는 분사기 니들과,
    상기 분사기가 상기 내연 기관 내로 가압 액체 연료를 분사할 때 신호를 발생하도록 구성된 센서와,
    상기 센서 및 상기 공동 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 수단에 연결되며, 상기 분사기가 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하고 있다는 신호를 상기 센서가 발생할 때 상기 공동 내에 초음파 주파수에서 변화하는 자기장을 인가하기 위한 상기 수단을 작동시키도록 구성되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 장치.
  21. 오버헤드 캠에 의해 분사기를 작동하는 내연 기관 내로의 가압 액체 연료의 분사를 위한 초음파 단일화 연료 분사기 개장 방법으로서, 상기 분사기는, 밸브 시트가 니들의 한 단부에 대해 밀봉되며 상기 니들의 대향 단부는 상기 니들 밸브의 개방 및 폐쇄를 작동시키는 오버헤드 캠에 결합될 때 밸브의 폐쇄 위치에서 편향 가능하며, 따라서 상기 분사기의 출구 오리피스를 통하는 상기 분사기에 의해 연료 공급되는 연소 챔버 내로의 연료의 공급을 제어하는 니들 밸브를 구비하는 초음파 단일화 연료 분사기 개장 방법이며,
    상기 분사기의 니들을 제거하고, 상기 니들을 자기 변형성 재료로 구성된 세장형 부분을 구비하는 니들로 대체하는 단계와,
    개장된 니들의 자기 변형성 부분을 둘러싸는 분사기의 본체의 부분을 중공 형성하는 단계와,
    초음파 주파수에서 발진하는 자기장에 대해 투과성인 벽을 규정하는 환형 삽입부를 제공하고, 상기 삽입부가 상기 개장된 니들의 자기 변형성 부분을 둘러싸도록 상기 분사기의 본체의 중공 형성 부분 내로 상기 삽입부를 배치하는 단계와,
    상기 자기 변형성 부분에 의해 점유되는 영역에 변화 자기장을 유도하는 것이 가능한 코일에 의해 상기 벽의 외부를 둘러싸며, 따라서 상기 자기 변형성 부분을 초음파 주파수에서 진동시키는 단계와,
    상기 분사기가 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하도록 상기 캠 중 적어도 하나가 작동될 때를 검출하도록 구성된 센서를 상기 분사기 상에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 개장 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 코일을 초음파 전원에 전기적으로 접속하는 단계와,
    상기 전원에 전기적으로 접속되며, 상기 분사기가 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하도록 상기 캠 중 하나가 작동되고 있는 것을 상기 센서가 신호 발생할 때에만 상기 전원을 작동시키도록 구성되는 제어부를 상기 센서에 전기적으로 접속하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 단일화 연료 분사기 개장 방법.
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