KR20100097717A - 초음파 액체 전달 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 액체 전달 장치를 작동하는 제어 시스템 및 방법에서, 제 1 구동 신호는 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 소정 시간 동안 초음파 도파관을 여기시키도록 초음파 도파관 조립체에 전달된다. 제 1 구송 신호 제어 스케줄의 복수의 인스턴스 각각에, 초음파 진동 동안에 도파관 조립체 내의 전류 및 전압과 관련된 상 각도가 결정된다. 제 2 구동 신호 제어 스케줄이 결정되며, 제 1 구동 신호의 상 각도가 결정되는 인스턴스 각각에 대해 제 2 초음파 구동 신호 주파수를 포함한다. 각각의 인스턴스에서 제 2 구동 신호 주파수는 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 도파관 조립체의 초음파 진동 동안의 각각의 인스턴스에 결정된 상 각도에 적어도 부분적으로 근거한다.

Description

초음파 액체 전달 장치 및 그 제어 방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING AN ULTRASONIC LIQUID DELIVERY DEVICE}

본 발명은 분무된 액체의 펄스형 또는 간헐형의 짧은 시간 전달을 위한 초음파 액체 전달 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 초음파 액체 전달 장치의 작동을 제어하는 개방 루프형 제어 시스템에 관한 것이다.

초음파 액체 전달 장치는 액체의 미세한 미스트 또는 분무를 제공하도록 액체를 분무화하기 위해 액체를 처리하는 각종 분야에 사용된다. 예를 들면, 이와 같은 장치는 분무기, 다른 약품 전달 장치, 성형 장비, 가습기, 엔진용 연료 분사 장치, 페인트 분무 장치, 잉크 전달 장치, 혼합 장치, 균질화 장치 등으로서 사용된다. 일반적으로, 이와 같은 전달 장치는 흐름 경로를 갖는 하우징을 포함하며, 상기 흐름 경로를 통해, 액체가 가압된 상태로 하우징의 하나 이상 그리고 때때로 복수의 배출 포트 또는 오리피스로 흐른다. 가압된 액체는 배출 포트(들)에서 복수의 하우징으로부터 배출되도록 강제된다. 몇몇 구성에서, 상기 장치는 장치로부터의 액체의 흐름을 제어하는 밸브 부재를 구비할 수 있다.

종래의 몇몇 초음파 액체 전달 장치에서, 초음파 여기 부재는 일반적으로 장치 내에 내장되며, 보다 상세하게 배출 포트(들)를 형성하는 하우징의 일부를 형성한다. 여기 부재는, 액체가 배출 포트(들)에서 배출될 때, 배출되는 액체에 초음파 에너지를 부여하도록 초음파 진동된다. 초음파 에너지는 분무 액적이 배출 포트(들)로부터 전달되도록 액체를 분무화하는 경향이 있다. 일례로서, 미국특허 제5,330,100호(Malinowski)에는, 연료 인젝터의 노즐(예컨대, 하우징의 일부) 자체가 초음파 진동하도록 구성됨으로써, 인젝터의 출구 오리피스를 통해 연료가 흘러나올 때 초음파 에너지를 연료에 부여하는 연료 분사 장치가 개시되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 노즐 자체를 진동시키는 것이 출구 오리피스에 있는 (예컨대, 출구 오리피스 내의 연료의 캐비테이션으로 인한) 노즐의 캐비테이션 침식을 일으키는 위험이 있다.

다른 초음파 액체 전달 장치에서, 초음파 여기 부재는 배출 포트(들)의 상류에서 하우징 내로 액체가 흐르는 흐름 경로 내에 배치될 수 있다. 이와 같은 장치의 예는 관련 미국특허 제5,803,106호(Cohen 등); 제5,868,153호(Cohen 등); 제6,053,424호(Gipson 등); 및 제6,380,264호(Jameson 등)에 개시되어 있으며, 각각의 개시내용은 본원에 참고로 포함된다. 이와 같은 참조문헌은 일반적으로 초음파 에너지를 가압된 액체에 인가함으로써 오리피스를 통해 가압된 액체의 흐름률을 증대시키는 장치를 개시하고 있다. 특히, 가압된 액체를 챔버로부터 배출하는 출구 오리피스(들)를 구비하는 다이 팁(die tip)을 갖는 하우징의 챔버 내로 가압된 액체가 전달된다.

초음파 혼은, 챔버 내에서 부분적으로 그리고 챔버 외부에서 부분적으로 종방향으로 연장되며, 출구 오리피스에 인접하게 배치된 팁부를 향해 감소하는 직경을 가져서 상기 혼의 초음파 진동을 그 팁부에서 증폭시킨다. 상기 혼을 초음파 진동시키기 위해 상기 혼의 외측 단부에 변환기가 부착된다. 이와 같은 장치의 잠재적인 단점은, 각종 부품이 고압 환경에 노출되면 상기 부품에 실질적인 응력을 가한다는 것이다. 특히, 초음파 혼의 일부가 챔버 내에 담기고 다른 부분이 그러하지 않기 때문에, 혼의 상이한 세그먼트에 가해지는 실질적인 압력 차이가 있으므로, 추가적인 응력이 혼에 가해진다. 더욱이, 이러한 장치는 통상적으로 몇몇 초음파 액체 전달 장치에서 액체의 전달을 제어하는 작동형 밸브 부재를 용이하게 수용할 수 없다.

또 다른 액체 전달 장치, 특히 장치로부터 액체 흐름을 제어하도록 작동형 밸브 부재를 구비하는 장치에서, 액체가 장치로부터 배출될 때 밸브 부재 자체를 초음하는 여기하는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, 미국특허 제6,543,700호(Jameson 등)에는, 연료 인젝터의 밸브 니들이 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 응답하는 자기변형물질로 적어도 부분적으로 형성되는 연료 인젝터를 개시하며, 그 개시내용은 본원에 참고로 포함된다. 밸브 바디(즉, 하우징)로부터 연료가 배출되게 하도록 밸브 니들이 배치되면, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장이 밸브 니들의 자기변형 부분에 인가된다. 따라서, 밸브 니들은 연료가 출구 오리피스를 거쳐 인젝터로부터 배출될 때 연료에 초음파 에너지를 부여하도록 초음파 여기된다.

밸브형 초음파 액체 전달 장치에서, 초음파 에너지는, 예컨대 밸브가 개방될 때에만 액체(예컨대, 전달 장치가 연료 인젝터인 경우의 연료)를 펄스형 또는 간헐형(이와는 달리, 전달 경우 또는 분사 경우로도 부름)으로 부여된다. 상기 경우들은 밸브의 개방 시에 파형(예컨대, 초음파 주파수를 갖는 사인파)의 전기 신호를 변환기에 송신하여 소정 시간(전달 또는 분사 경우를 형성하는 기간) 동안 혼을 초음파 진동시키는 적절한 제어 시스템에 의해 제어된다. 일단 밸브를 폐쇄하면, 변환기로의 신호 전달은 혼의 진동을 정지하도록 중지한다.

초음파 연료 인젝터 등의 몇몇 액체 전달 장치에서, 초음파 여기 부재(예컨대, 초음파 혼)는 여기 부재의 고유 주파수를 이동시킬 수 있는 광범위의 환경 조건을 받는다. 예를 들면, 초음파 연료 인젝터는 엔진의 시동과 후속 동작 간에 실질적인 온도 변화를 받으므로, 혼의 고유 주파수를 교대로 변환할 수 있는 초음파 혼 내에서 열팽창 및 물질 특성 변화를 일으킨다. 더욱이, 혼과 밸브 니들 등의 인젝터의 다른 요소 간의 금속 대 금속 접점 등의 접촉 로딩 조건(contact loading conditions)은 (예컨대, 밸브 니들이 초음파 혼의 공명 주파수에서 얼마의 변환을 야기하는 그 자체의 공명 주파수를 가지기 때문에) 고유 주파수를 변환할 수도 있다. 이러한 조건은 단일의 전달 경우 또는 분사 경우의 소정 시간 동안에 변환을 일으킬 수도 있다.

위상고정루프(phase locked loop) 등의 종래의 피드백 제어 시스템은, 예컨대 연료 분사 장치의 단일 분사 경우에 비해 실질적으로 긴 기간 동안에 혼을 작동시키는 장치에서의 초음파 혼 제어를 위해 유용하다. 그러나, 이러한 피드백 제어 시스템은 이러한 짧은 기간 경우에 비효율적인데, 그 이유는 피드백 루프 시간 상수가 전기(즉, 구동) 신호에서 필요한 변환을 이루기에는 너무 늦기 때문이다.

따라서, 이러한 전달 장치에 대한 보다 효율적인 작동 제어를 제공하는 초음파 액체 전달 장치용 제어 시스템, 특히 개방 루프 제어 시스템에 대한 필요성이 있다.

일 실시예에서, 초음파 액체 전달 장치는, 일반적으로 내부 챔버, 상기 내부 챔버 내에 액체를 수용하도록 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 입구 및 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 배출 포트를 갖는 하우징으로서, 상기 내부 챔버 내의 액체는 상기 하나 이상의 배출 포트에서 상기 하우징으로부터 배출되는, 상기 하우징을 포함한다. 초음파 도파관 조립체는, 상기 하우징과 분리되며, 상기 액체가 상기 하나 이상의 배출 포트를 통해 상기 하우징으로부터 배출되기 전에 상기 내부 챔버 내의 액체를 초음파 처리하도록 상기 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 제어 시스템은, 상기 초음파 도파관 조립체가 초음파 진동하도록 여기되는 동안의 여기 모드(excitation mode)와 상기 초음파 도파관 조립체가 실질적으로 여기되지 않는 아이들 모드(idle mode) 사이에서 상기 액체 전달 장치의 작동을 제어한다. 상기 제어 시스템은 상기 도파관 조립체의 다중 진동 사이클을 포함하는 소정 시간(t) 동안에 상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 초음파 도파관 조립체를 여기하도록 작동가능하다.

상기 제어 시스템은, 상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 도파관 조립체를 여기하도록 상기 도파관 조립체로의 전달을 위해 초음파 주파수를 갖는 전기 구동 신호를 발생시키도록 작동가능한 구동 신호 발생기를 포함한다. 상 검출기(phase detector)는 상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 도파관 조립체의 작동 동안에 상기 도파관 조립체의 상 상태 데이터(phase state data)를 검출하고, 상기 상 상태 데이터를 나타내는 신호를 발생시키도록, 상기 도파관 조립체와 연통한다. 제어기는, 상기 액체 전달 장치가 상기 여기 모드에서 작동하는 동안의 상기 소정 시간(t)에 걸친 다중의 경우에 상기 상 검출기로부터의 상 상태 데이터를 수신하고, 적어도 상기 상 상태 데이터에 근거하여 구동 신호 제어 스케줄을 발생시키며, 상기 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 여기 모드에서 상기 초음파 액체 전달 장치의 후속적인 작동을 위한 구동 신호를 발생시키기 위해 상기 구동 신호 발생기의 작동을 제어하도록 작동가능한 제어기를 포함하며, 상기 구동 신호 제어 스케줄은 상기 여기 모드의 소정 시간(t)에 걸친 각각의 경우를 위한 하나 이상의 구동 신호 주파수를 구비한다.

초음파 액체 전달 장치를 제어하는 방법에 대한 일 실시예에서, 제 1 구동 신호는 소정 시간 동안 지속하는 여기 처리를 형성하도록 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따른 제 1 구동 신호가 상기 초음파 도파관 조립체에 전달된다. 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄은 상기 소정 시간에 걸쳐 복수의 경우에 하나 이상의 제 1 구동 신호 주파수를 형성하며, 상기 제 1 구동 신호 주파수는 초음파 주파수이다. 상기 초음파 도파관 조립체는 상기 소정 시간 동안 초음파 진동하도록 상기 제 1 구동 신호에 응답한다. 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄의 각각의 경우에, 상기 소정 시간 동안 상기 도파관 조립체의 초음파 진동 동안에 상기 도파관 조립체 내의 전류 및 전압과 관련한 상 각도가 결정된다. 상기 소정 시간의 말기에 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따른 상기 제 1 구동 신호를 상기 도파관 조립체로 전달하는 것을 중지한다.

상기 제 1 구동 신호의 상 각도가 결정된 각각의 경우에 대해 제 2 초음파 구동 신호 주파수를 포함하는 제 2 구동 신호 제어 스케줄이 결정된다. 상기 각각의 경우에서의 상기 제 2 구동 신호 주파수는 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 도파관 조립체의 초음파 진동 동안의 각각의 경우에 결정되는 상기 각 각도에 적어도 부분적으로 근거한다. 상기 소정 시간 동안에 상기 제 2 구동 신호 스케줄에 따른 제 2 구동 신호가 상기 초음파 도파관 조립체에 전달되며, 상기 초음파 도파관 조립체는 상기 소정 시간 동안에 초음파 진동하도록 상기 구동 신호에 응답한다.

도 1은 본 발명의 초음파 액체 전달 장치의 일 실시예에 대한 종단면도로서, 내연기관에 연료를 전달하기 위한 연료 인젝터의 형태로 도시됨,
도 2는 도 1의 단면과 상이하게 취한 각도 위치에서 취해진 도 1의 연료 인젝터의 종단면도,
도 3은 도 1의 단면의 제 1 부분의 확대도,
도 4는 도 1의 단면의 제 2 부분의 확대도,
도 5는 도 2의 단면의 제 3 부분의 확대도,
도 6은 도 1의 단면의 제 4 부분의 확대도,
도 6a는 도 1의 단면의 중앙부의 확대도,
도 7은 도 1의 단면의 제 5 부분의 확대도,
도 8은 도 1의 단면의 파단 확대도,
도 9는 도 1의 연료 인젝터의 도파관 조립체 및 다른 내부 부품의 사시도,
도 10은 도 1의 연료 인젝터의 연료 인젝터 하우징의 일부에 대한 파단 단면도로서, 연료 인젝터의 내부 부품은 하우징의 구성을 구현하기 위해 생략됨,
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종단면도,
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 종단면도,
도 13은 도 2와 유사한 도면으로서, 도 2의 연료 인젝터의 동작을 제어하는 제어 시스템의 일 실시예를 도시한 도면,
도 14는 도 13의 제어 시스템의 개략적인 흐름도.

도면에서, 대응하는 참조부호는 대응하는 부품을 지칭한다.

도면, 특히 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치는 내연기관(도시하지 않음)에 사용되는 초음파 연료 인젝터(21)의 형태로 도시된다. 그러나, 연료 인젝터(21)에 관한 본 발명의 개념은, 이에 제한되지 않고서, 분무기, 다른 약품 전달 장치, 성형 장비, 가습기, 페인트 분무 장치, 잉크 전달 장치, 혼합 장치, 균질화 장치 등을 포함하는 다른 초음파 액체 전달 장치에 적용가능하다.

본원에 사용된 용어 "액체"는 기체와 고체 중간의 무정형(비결정질) 물질 형태를 지칭하며, 그 분자들은 기체보다 훨씬 더 높은 농축되지만, 고체보다는 훨씬 덜 농축된다. 액체는 단일 성분을 포함할 수 있거나 또는 다수의 성분으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 액체의 특성은 인가력의 결과로서 흐를 수 있는 능력이 있다. 힘의 인가 시에 바로 흐르고 인가된 힘에 바로 비례하는 흐름률을 갖는 액체는 일반적으로 뉴톤 액체로 불린다. 이와는 다른 적절한 액체는 힘의 인가 시에 비정상적인 흐름 응답을 가지며 비뉴톤 흐름 특성을 나타낸다.

예를 들면, 본 발명의 초음파 액체 전달 장치는, 예컨대, 이에 한정되지는 않지만, 용융 역청, 점성 페인트, 핫멜트 접착제, 열에 노출될 때 흐름 가능하도록 연화하며 냉각 시에 상대적으로 고정 또는 경화된 상태로 복귀하는 열가소성 물질(예컨대, 생고무, 왁스, 폴리올레핀 등), 시럽, 중유, 잉크, 연료, 액상 약제, 에멀션, 슬러리, 현탁액 및 그 조합물 등의 액체를 전달하는데 사용될 수 있다.

도 1에 도시한 연료 인젝터(21)는 육상, 항공 및 해상 운송 수단, 발전기 및 연료 작동식 엔진을 사용하는 다른 장치에 사용될 수 있다. 특히, 연료 인젝터(21)는 디젤 연료를 사용하는 엔진에 사용되기 적합하다. 그러나, 연료 인젝터는 다른 타입의 연료를 사용하는 엔진에 유용하다. 따라서, 본원에 사용되는 용어 "연료"는 엔진 작동에 사용되는 임의의 연소성 연료를 의미하며, 디젤 연료에 한정되지 않는다.

연료 인젝터(21)는 연료 공급원(도시하지 않음)으로부터 가압된 연료를 수용하여 엔진, 예컨대 엔진의 연소실에 분무화된 연료 액적을 전달하는 하우징(23)을 포함한다. 도시한 실시예에서, 하우징(23)은 기다란 본체(25), 노즐(27)(때때로 "밸브 바디"로도 부름) 및 상기 본체, 노즐 및 너트를 서로 조립하여 보유하는 보유 부재(29)(예컨대, 너트)를 포함한다. 특히, 본체(25)의 하단부(31)는 노즐(27)의 상단부(33)에 대해 안착한다. 보유 부재(29)는 본체와 노즐(27)의 맞물림 단부(31, 33)를 함께 가압하도록 본체(25)의 외부면에 적절하게 고정(예컨대, 나사 고정)한다.

본원에서, 용어 "상부(upper)" 및 "하부(lower)"는 각종 도면에 도시한 연료 인젝터(21)의 수직방향 배향에 따라 사용되며, 사용 중의 연료 인젝터에 대해 필요한 배향을 기술하도록 의도되지 않는다. 즉, 연료 인젝터(21)는 도면에 도시한 수직방향 배향 이외의 것으로 배향될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 본원에서, 용어 "축방향(axial)" 및 종방향(longitudinal)"은 연료 인젝터의 길이방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 수직방향)을 지칭한다. 본원에서, 용어 "횡방향(transverse)", 측방향(lateral)" 및 "반경방향(radial)"은 축방향(예컨대, 종방향)에 수직한 방향을 지칭한다. 또한, 용어 "내부(inner)" 및 "외부(outer)"는 연료 인젝터의 축방향에 대한 횡방향에 관하여 사용되며, 용어 "내부"는 연료 인젝터의 내부를 향한 방향을 지칭하고, 용어 "외부"는 인젝터의 외부를 향한 방향을 지칭한다.

본체(25)는 그 길이를 따라 종방향으로 연장되는 축방향 보어(35)를 갖는다. 보어(35)의 횡방향 또는 단면 치수(예컨대, 도 1에 도시한 원형 보어의 직경)는 명확성을 위해 보어의 별개의 종방향 세그먼트를 따라 변화한다. 특히, 도 3을 참조하면, 본체(25)의 상단부(37)에서, 보어(35)의 단면 치수는 본체 상에 종래의 솔레노이드 밸브(도시하지 않음)를 안착시키기 위한 시트(39)를 형성하도록 단차 형성되며, 솔레노이드 밸브의 일부는 본체의 중앙 보어 내에 아래로 연장된다. 연료 인젝터(21)와 솔레노이드 밸브는 적절한 커넥터(도시하지 않음)에 의해 함께 조립 유지된다. 적절한 솔레노이드 밸브의 구성 및 작동은 당업자에게 공지된 것이므로, 필요한 사항을 제외하고는 본원에서 더 이상 기술하지 않는다. 적절한 솔레노이드 밸브의 예는, "Solenoid Valve for Controlling a Fuel Injector of an Internal Combustion Engine"라는 명칭의 미국특허 제6,688,579호; "Solenoid Valve"라는 명칭의 미국특허 제6,827,332호; 및 "Solenoid Valve Comprising a Plug-In/Rotative Connection"라는 명칭의 미국특허 제6,874,706호에 개시되어 있다. 이와는 달리 적절한 솔레노이드 밸브가 사용될 수도 있다.

중앙 보어(35)의 단면 치수는, 중앙 보어 내에 종방향으로 연장(도시한 실시예에서는 동축방향)되는 핀 홀더(47)를 안착하는 숄더(45)를 형성하도록 솔레노이드 밸브 시트 아래로 연장됨에 따라 더욱 내측으로 단차 형성된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본체(25)의 보어(35)는 핀 홀더(47)가 연장하는 보어의 세그먼트 종방향 아래로 연장됨에 따라 단면이 더욱 좁아지며, 인젝터(21)의 저압 챔버(49)를 적어도 부분적으로 형성한다.

저압 챔버(49) 종방향 아래에서, 본체(25)의 중앙 보어(35)는 후술하는 바와 같이 보어 내에 인젝터(21)의 밸브 니들(53)(넓게는, 밸브 부재)을 적어도 부분적으로 적절하게 위치시키기 위해 보어의 가이드 채널(및 고압 밀봉) 세그먼트(51)를 형성하도록 훨씬 더 좁아진다. 도 8을 참조하면, 보어(35)의 단면 치수는, 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55)(넓게는, 내부 연료실 및 보다 넓게는 내부 액체실)를 부분적으로 형성[예컨대, 기술하는 노즐(27)과 함께]하도록 본체(25)의 개방 하단부(31)까지 가이드 채널 세그먼트(51)의 종방향 아래로 보어가 연장됨에 따라 증대된다.

연료 입구(57)(도 1 및 도 4)는 상단부(37)와 하단부(31) 중간의 본체(25)의 측부 내에 형성되고, 본체 내로 연장되는 분기형 상부 및 하부 분배 채널(59, 61)과 연통한다. 특히, 상부 분배 채널(59)은 연료 입구(57)로부터 본체(25) 내로 상측으로 연장되며, 보어 내에 고정된 핀 홀더(47)에 대체로 인접한 보어(35) 내로, 보다 상세하게 핀 홀더를 안착하는 숄더(45)의 바로 아래로 개방한다. 하부 분배 채널(61)은 연료 입구(57)로부터 본체(25) 내의 아래로 연장되며, 고압 챔버(55)에 대체로 중앙 보어(35) 내로 개방한다. 전달 튜브(63)는 연료 입구(57)에서 본체(25)를 통해 내측으로 연장되며, 적절한 슬리브(65)와 나사산 형성된 끼워맞춤부(67)에 의해 본체와 조립 유지된다. 연료 입구(57)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 도 1 및 도 4에 도시한 것 이외로 위치될 수 있다. 또한, 연료는 단지 하우징(23)의 고압 챔버(55)로 전달될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.

또한, 본체(25)는 적절한 연료 회수 시스템(도시하지 않음)으로의 전달을 위해 인젝터(21)로부터 저압 연료가 배출되는 측부 내에 형성된 출구(69)(도 1 및 도 4)를 더 갖는다. 제 1 회수 채널(71)은 본체(25) 내에 형성되며, 본체의 중앙 보어(35)의 저압 챔버(49)와 출구(69) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 2 회수 채널(73)은 본체의 개방 상단부(37)와 출구(69) 사이에 유체 연통을 제공하도록 본체(25) 내에 형성된다. 그러나, 회수 채널(71, 73) 중 하나 또는 양자는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 연료 인젝터(21)로부터 생략될 수 있다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 도시한 노즐(27)은 대체로 기다랗고, 연료 인젝터 하우징(23)의 본체(25)와 동축으로 정렬된다. 특히, 노즐(27)은 특히 본체의 하단부(31)에서 본체(25)의 축방향 보어(35)와 동축으로 정렬된 축방향 보어(75)를 가지므로, 본체 및 노즐은 연료 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55)를 함께 형성한다. 노즐 보어(75)의 단면 치수는 연료 인젝터 하우징(23) 내에 장착 부재(79)를 안착하기 위한 숄더(77)를 형성하도록 노즐(27)의 상단부(33)에서 외측으로 단차 형성된다. 노즐(27)의 하단부[팁부(81)로도 부름]는 대체로 원추형이다.

팁부(81)와 상단부(33) 중간에서, 노즐 보어(75)의 단면 치수(예컨대, 도시한 실시예에서의 직경)는 도 8에 도시한 바와 같이 노즐의 길이를 따라 대체로 균일하다. 배출 포트(83) 중 하나 이상(도 7의 단면도에서는 2개가 보이지만, 도 10의 단면에서는 추가적인 포트가 보임)은, 예컨대 도시한 실시예에서 노즐의 팁부(81)에서 노즐(27) 내에 형성되며, 이를 통해 고압 연료가 엔진으로의 전달을 위해 하우징(23)으로부터 배출된다. 일례로서, 하나의 적절한 실시예에서, 노즐(27)은 8개의 배출 포트(83)를 가질 수 있으며, 각각의 배출 포트는 약 0.006 인치(0.15 mm)의 직경을 가진다. 그러나, 배출 포트의 개수 및 직경은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 변경될 수 있다. 본원에서, 하부 분배 채널(61)과 고압 챔버(55)는 흐름 경로를 함께 형성하며, 그를 따라 고압 연료가 연료 입구(57)로부터 노즐(27)의 배출 포트(83)로 흐른다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 핀 홀더(47)는, 기다란 관형 바디(85)와, 상기 관형 바디의 상단부와 일체 형성되며 중앙 보어(35) 내의 본체(25)의 숄더(45) 상에 핀 홀더를 위치시키기 위해 관형 바디보다 큰 횡방향 단면으로 크기설정된 헤드(87)를 포함한다. 도시한 실시예에서, 핀 홀더(47)는 본체(25)의 축방향 보어(35)와 동축으로 정렬되며, 핀 홀더의 관형 바디(85)는 본체의 축방향 보어 내에 본체와 대체로 밀봉 결합하기 위해 크기설정된다. 핀 홀더(47)의 관형 바디(85)는, 기다란 핀(93)을 핀 홀더 내에 미끄럼 운동가능하게 수용하도록 핀 홀더의 종방향으로 연장되는 내부 채널(91)을 형성한다.

핀 홀더(47)의 헤드(87)는 그 상부면의 중앙에 형성된 대체로 오목하거나 또는 접시 형상의 리세스(95)와, 상기 리세스의 중앙으로부터 핀 홀더의 내부 채널(91)로 종방향으로 연장되는 보어(97)를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본체의 보어(35)의 상부에서, 핀 홀더(47)의 측벽과 본체(25)의 내부면 사이에 환형 갭(99)이 형성된다. 채널의 상단부에서 핀 홀더(47)의 관형 바디(85)의 측벽을 통해 내부 채널(91)로 횡방향으로 피드 채널(101)이 연장되며, 피드 채널(101)은 횡방향 외측 단부에서 환형 갭(99)으로 개방된다. 피드 채널(101)은, 피드 채널 내로의 고압 연료, 핀(93) 위의 관형 바디(85)의 내부 채널 및 핀 홀더(47)의 헤드(87) 내에 종방향으로 연장되는 보어(97)를 수용하기 위해 환형 갭(99)을 거쳐 본체(25) 내의 상부 분배 채널(59)과 유체 연통한다.

핀(93)은 기다랗게 형성되며, 본체(25)의 축방향 보어(35)와 핀 홀더 채널(91) 내에 동축으로 적절하게 연장된다. 핀(93)의 상부 세그먼트는 근접하게 이격된 관계로 핀 홀더(47)의 내부 채널(91) 내에 미끄럼 운동가능하게 수용되는 한편, 핀의 나머지 부분은 핀 홀더로부터 본체(25)의 보어(35)의 저압 챔버(49) 내로 종방향 외측 아래로 연장된다. 도 3에 도시한 바와 같이, [예컨대, 핀 홀더(47)의 내부 채널(101)의 상부에서] 핀(93)의 상단부(103)는 핀의 상단부 상에서 핀 홀더의 내부 채널 내에 고압 연료를 수용가능하도록 테이퍼 형성된다.

또한, 본체 보어(35)의 저압 챔버(49) 내에는, 핀 홀더(47) 바로 아래에서 핀(93)을 둘러싸고(예컨대, 핀 홀더의 바닥부에 대해 인접), 스프링 시트를 형성하는 관형 슬리브(107)(도 4); 핀과 동축 관계로 핀의 하단부에 대해 인접하며 대향하는 스프링 시트를 형성하는 상단부를 갖는 해머(109); 및 핀이 스프링을 종방향으로 통과한 상태에서 해머와 스프링 슬리브 사이에 보유된 코일 스프링(111)이 배치된다.

밸브 니들(53)(넓게는, 밸브 부재)은 기다랗게 형성되며, 본체 보어의 가이드 채널 세그먼트(51)(도 8)를 통해 아래로 그리고 고압 챔버(55)를 통해 더욱 아래로, 해머(109)의 바닥부와 인접하는 밸브 니즐의 상단부(113)(도 2)로부터 고압 챔버 내의 노즐(27)의 팁부(81)에 근접하게 배치된 밸브 니들의 말단부(115)까지 본체(25)의 보어(35) 내에 동축으로 연장된다. 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 가이드 채널 세그먼트(51) 내에 본체(25)과의 근접하게 이격된 관계를 위한 횡방향 단면으로 크기설정된다.

특히 도 7을 참조하면, 도시한 밸브 니들(53)의 말단부(115)는, 노즐(27)의 팁부(81)의 원추형 형상에 따라 대체로 원추형이며, 밸브 니들의 폐쇄 위치(도시하지 않음)에서 노즐 팁부의 내부면에 대해 대체로 밀봉하기 위한 차폐면(117)을 형성한다. 특히, 밸브 니들(53)의 폐쇄 위치에서, 밸브 니들의 차폐면(117)은 배출 포트를 거쳐 노즐로부터 배출되는 연료에 대해 노즐[보다 넓게는, 연료 인젝터 하우징(23)]을 밀봉하도록 배출 포트(83) 위의 노즐 팁(81)의 내부면에 대해 밀봉한다. 밸브 니들의 개방 위치(도 7에 도시함)에서, 밸브 니들(53)의 차폐면(117)은 고압 챔버(55) 내의 연료가 밸브 니들(53)과 노즐 팁부(81) 사이에서 흐르게 하는 노즐 팁부(81)의 내부면으로부터 연료 인젝터(21)로부터의 배출을 위한 배출 포트(83)로 이격된다.

일반적으로, 밸브 니들 말단부(115)의 차폐면(117)과 밸브 니들의 개방 위치에 있는 노즐 팁부(81)의 대향면 사이의 이격거리는, 적절하게 약 0.002 인치(0.051 mm) 내지 약 0.025 인치(0.64 mm) 범위에 있다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서, 이격거리는 위에서 특정한 범위보다 크거나 작을 수 있다.

노즐(27), 보다 상세하게 팁부(81)는, 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 밸브 니들(53)의 차폐면(117)을 안착하는 노즐 내부면 이외에 배출 포트(83)이 배치되도록 변형적으로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 배출 포트(83)는 밸브 니들(53)의 차폐면(117)을 안착하는 노즐면의 하류(연료가 배출 포트를 향해 흐르는 방향)에 배치될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 밸브 니들, 노즐 팁부 및 배출 포트의 구성에 대한 적절한 예는 미국특허 제6,543,700호에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 본원과 일치되는 정도로 참고로 포함된다.

이에 따라, 핀(93), 해머(109) 및 밸브 니들(53)은 밸브 니들의 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 연료 인젝터 하우징(23) 내의 공통축 상에 종방향으로 공동으로 이동가능하다. 슬리브(107)와 해머(109) 사이에 배치된 스프링(111)은 해머 및 이에 따른 밸브 니들(53)을 밸브 니들의 폐쇄 위치를 향해 적절하게 가압한다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 엔진으로의 전달을 위해 인젝터로부터 연료의 흐름을 제어하는데 다른 적절한 밸브 구성이 가능하다. 예를 들면, 노즐(27)[넓게는, 하우징(23)]은 밸브 니들(53)이 노즐 외부로 연장되며 엔진으로의 전달을 위해 연료가 노즐로부터 배출되는 개구를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 밸브 니들(53)의 말단부(115)는 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 노즐(27) 외부에 대해 밀봉할 것이다. 또한, 밸브 니들(53)의 작동은 솔레노이드 밸브 이외의 것으로 제어될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 밸브 니들(53) 또는 다른 밸브 구성은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 연료 인젝터(21)로부터 함께 생략될 수 있다.

특히, 도 8 및 도 9를 참조하면, 초음파 도파관(121)은 밸브 니들(53)과 연료 인젝터 하우징(23)으로부터 분리되게 형성되며, 연료가 노즐 내에 형성된 배출 포트(83)를 거쳐 인젝터(21)로부터 나오는 바로 전에 연료실 내의 연료를 초음파 처리하도록 하우징의 고압 챔버(55) 내에서 노즐(27)의 팁부(81) 바로 위에 배치된 도파관의 말단부(123)까지 종방향으로 연장된다. 도시한 도파관(121)은 적절하게 기다랗게 형성되고 관형이며, 도파관의 종방향으로 대향하는 상단부(129)와 하단부 사이의 그 길이를 따라 연장되는 내부 통로(127)를 형성하는 측벽(125)을 갖는다. 도파관(121)의 하단부는 도파관의 말단부(123)를 형성한다. 도시한 도파관(121)은 대체로 환형(즉, 원형)의 단면을 갖는다. 그러나, 도파관(121)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 환형 이외의 단면으로 형성될 수 있다. 또한, 도파관(121)은 그 전체 길이 미만을 따라 관형일 수 있고, 그 길이를 따라 대체로 중실형일 수도 있다. 다른 실시예에서, 밸브 니들은 대체로 관형이며, 도파관은 밸브 니들의 내부에 적어도 부분적으로 배치된다.

일반적으로, 도파관은 적절한 음향적 및 기계적 특성을 갖는 금속으로 구성될 수 있다. 도파관의 구성을 위해 적절한 금속의 예는, 이에 한정되지는 않지만, 알루미늄, 모넬, 티타늄 및 몇 가지의 합금강을 포함한다. 또한, 모든 도파관 또는 그 일부는 또 다른 금속으로 코팅될 수 있다. 초음파 도파관(121)은 장착 부재(79)에 의해 연료 인젝터 하우징(23), 보다 적절하게 장착 부재(79)에 의해 도시한 실시예에서와 같이 고압 챔버(44) 내에 보유된다. 도파관(121)의 단부들(123, 129) 사이에 종방향으로 위치된 장착 부재(79)는, (도시한 실시예에서) 장착 부재(79)로부터 도파관의 상단부(129)로 종방향 위로 연장되는 도파관의 상부 세그먼트(131)와, 장착 부재로부터 도파관의 말단부(123)로 종방향 아래로 연장되는 하부 세그먼트(133)를 대체로 형성한다.

도시한 실시예에서, 도파관(121)(즉, 그 상부 및 하부 세그먼트 양자)이 하우징의 고압 챔버(55) 내에 전체적으로 배치되어 있지만, 도파관의 일부만이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 고압 챔버 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 말단부(123)를 포함하는 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)만이 고압 챔버(55) 내에 배치될 수 있지만, 도파관의 상부 세그먼트(131)는 고압 챔버 외부에 배치되며, 인젝터 하우징(23) 내에 고압 연료를 받거나 받지 않을 수 있다.

도파관(121)의 내부 단면 치수(예컨대, 도시한 실시예에서의 내경)는 도파관의 길이를 따라 대체로 균일하며, 도파관의 전체 길이를 따라 도파관의 내부 통로 내에 [그리고 도시한 실시예에서 해머(109)와 인접하는 도파관 위에] 동축으로 연장되는 밸브 니들(53)을 수용하도록 적절하게 크기설정된다. 그러나, 밸브 니들(53)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 도파관(121)의 내부 통로(127)의 일부만을 따라 연장될 수 있다. 또한, 도파관(121)의 내부 단면 치수는 도파관의 길이를 따라 균일하지 않을 수 있다. 도시한 실시예에서, 밸브 니들(53)의 말단부(115), 보다 적절하게 밸브 니들의 차폐면(117)은, 밸브 니들의 개방 위치와 폐쇄 위치 양자에서 도파관(121)의 말단부(123)의 종방향 외측에 배치된다. 그러나, 밸브 니들(53)의 말단부(115)의 차폐면(117)은 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 도파관(121)의 말단부(123)의 외측으로만 연장될 필요가 있으며, 밸브 니들의 개방 위치에서 도파관의 내부 통로(127) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배치될 수 있다.

도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에 연장되는 밸브 니들(53)의 일부에 대한 단면 치수(예컨대, 도시한 실시예에서의 직경)는 하우징 내의 고압 연료를 위한 흐름 경로를 부분적으로 형성하도록, 보다 적절하게 밸브 니들의 길이를 따라 밸브 니들과 도파관 측벽(125)의 내부면 사이에서 연장되는 흐름 경로의 일부를 형성하도록, 도파관의 내부 통로의 단면 치수보다 약간 작게 크기설정된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 밸브 니들(53)은 도파관의 내부 통로(127) 내의 도파관 측벽(125)의 내부면으로부터 횡방향으로 약 0.0005 인치(0.013 mm) 내지 약 0.0025 인치(0.064 mm)의 범위 내에서 이격(예컨대, 도시한 실시예에서 반경방향으로 이격)된다.

통로(127) 내의 밸브 니들(53)의 한 쌍의 종방향으로 이격된 세그먼트[예컨대, 도파관(121)의 말단부(123)에 인접한 하나의 세그먼트(137)(도 7)와, 장착 부재(79)의 바로 위에 인접한 다른 세그먼트(139)(도 6a)]를 따라, 밸브 니들이 통로 내에서 도파관과 보다 근접하게 이격되거나 또는 미끄럼 접촉하는 관계에 있도록 밸브 니들(53)의 단면 치수가 증가됨으로써, 적절한 정렬을 용이하게 하고 통로 내의 밸브 니들의 횡방향 운동을 방해한다. 이들 세그먼트에 있는 밸브 니들(53)의 외부면은 도파관(121)의 내부 통로(127) 내로 연장되는 흐름 경로의 일부를 부분적으로 형성하도록 하나 이상의 평탄부(도시하지 않음)를 갖는다. 변형적으로, 밸브 니들(53)의 외부면은 연료가 이러한 세그먼트를 지나 도파관(121)의 내부 통로(127) 내로 흐를 수 있도록 이러한 세그먼트에서 종방향으로 플루트(flute)될 수 있다.

특히, 도 7을 참조하면, 도파관 측벽(125)의 외부면은, 고압 연료를 연료 입구(57)로부터 배출 포트(83)로 흘리는 흐름 경로를 더욱 형성하도록 본체(25)와 노즐(27)로부터 횡방향으로 이격되며, 보다 적절하게는 도파관(121)의 외부 또는 외측에 흐름 경로의 일부를 형성한다. 일반적으로, 도파관 측벽(125)의 외부 단면 치수(예컨대, 도시한 실시예에서의 외경)는, 도파관(121)의 말단부(123)에 및/또는 그에 인접하에 종방향으로 배치된 도파관의 확대부(195)와, 도파관의 상단부(129)에 종방향으로 인접하게 배치된 또 다른 확대부(153) 중간의 길이를 따라 균일하다. 일례로서, 도파관의 말단부(123)의 상류에 있는 도파관 측벽(125)과 노즐(27) 사이의 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향)의 이격거리는, 적절하게 약 0.001 인치(0.025 mm) 내지 약 0.021 인치(0.533 mm)의 범위에 있다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 이격거리는 짧거나 길 수 있다.

도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 일부(195)에 대한 외부 단면 치수는 적절하게 증대되고, 보다 적절하게는 도파관의 말단부(123)에 인접하거나 또는 보다 적절하게 도파관의 말단부(123)에서 횡방향 외측으로 테이퍼지거나 또는 벌어진다. 예를 들면, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 확대부(195)에 대한 단면 치수는 고압 챔버(55) 내의 도파관[그리고 그에 따른 밸브 니들(53)]의 적절한 축방향 정렬을 유지하도록 중앙 보어(75) 내에서 노즐(27)과 근접하게 이격되거나 또는 미끄럼 접촉하는 관계를 위해 크기설정된다.

그 결과, 도파관(121)과 노즐(27) 사이의 흐름 경로의 일부는, 대체로 도파관의 말단부를 지난 연료 흐름을 배출 포트(83)로 구속하도록 도파관의 말단부의 바로 상류에 있는 흐름 경로에 대해 도파관의 말단부(123)에 인접하거나 또는 말단부(123)에서 좁아진다. 또한, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 확대부(195)는 도파관의 말단부(123)를 지나 흐르는 연료가 노출되는 증대된 초음파 여기 표면적을 제공한다. 하나 이상의 평탄부(197)(도 9)는 노즐(27)의 배출 포트(83)로의 흐름을 위해 도파관(121)의 말단부(123)를 지나 흐름 경로를 따라 연료 흐름을 촉진시키도록 하부 세그먼트(133)의 확대부(195)의 외부면 내에 형성된다. 도파관 측벽(115)의 확대부(195)는 테이퍼지거나 또는 벌어지는 대신에 외측으로 단차 형성될 수 있다. 또한, 확대부(195)의 상부면과 하부면은 직선형 대신에 윤곽 형성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.

일례에서, 예컨대 도파관의 말단부(123)에 있는 그리고/또는 그에 인접한 도파관 하부 세그먼트(133)의 확대부(195)는 약 0.2105 인치(5.35 mm)의 최대 외부 단면 치수(예컨대, 도시한 실시예에서의 외경)인 반면, 확대부의 바로 상류에 있는 도파관의 최대 외부 단면 치수는 약 0.16 인치(4.06 mm) 내지 약 2105 인치(5.35 mm) 범위에 있을 수 있다.

도파관(121)의 말단부(123)와 노즐(27) 사이의 횡방향 이격거리는 도파관의 말단부를 지나 흐름 경로를 따라 연료가 흐르는 개방 영역을 형성한다. 하나 이상의 배출 포트(83)는 하우징(23)으로부터 연료를 배출하는 개방 영역을 형성한다. 예를 들면, 하나의 배출 포트가 제공되는 경우, 하우징(23)으로부터 연료를 배출하는 개방 영역은 배출 포트의 단면적(예컨대, 연료가 배출 포트 내로 들어가는 곳)으로서 형성되고, 다수의 배출 포트(83)가 제공되는 경우, 하우징으로부터 연료를 배출하는 개방 영역은 각각의 배출 포트의 단면적의 합으로서 형성된다. 일 실시예에서, 도파관(121)의 말단부(123)에서의 개방 영역과 하우징(23)으로부터 연료를 배출하는 개방 영역[예컨대, 배출 포트(83)]의 비율은, 적절하게 약 4:1 내지 약 20:1의 범위에 있다.

다른 적절한 실시예에서, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)는 [예컨대, 확대부(195)가 형성되지 않도록] 그 전체 길이를 따라 대체로 균일한 외부 단면 치수를 가질 수 있거나, 또는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 외부 단면 치수가 감소[예컨대, 말단부(123)를 향해 실질적으로 좁아짐]될 수 있다.

도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 도파관(121)을 초음파식으로 기계 진동시키는 여기 장치(145)는 도파관과 함께 고압 챔버(55) 내에 전체적으로 적절하게 배치된다. 일 실시예에서, 여기 장치(145)는 도파관을 초음파 진동시키도록 고주파수(예컨대, 초음파 주파수) 전류에 적절하게 응답한다. 일례로서, 여기 장치(145)는, 여기 장치에 고주파수 교류 전류를 전달하도록 작동가능한 적절한 발전 시스템(도시하지 않음)으로부터 고주파수 전류를 적절하게 수용할 수 있다. 본원에서, 용어 "초음파(ultrasonic)"는 약 15 kHz 내지 약 100 kHz 범위의 주파수를 갖는 것을 의미한다. 일례로서, 일 실시예에서, 발전 시스템은 약 15 kHz 내지 약 100 kHz 범위, 보다 적절하게 약 15 kHz 내지 약 60 kHz 범위, 더욱 적절하게 약 20 kHz 내지 약 40 kHz 범위의 초음파 주파수에서 여기 장치에 교류 전류를 적절하게 전달할 수 있다. 이와 같은 발전 시스템은 당업자에게 잘 공지되어 있으므로, 본원에서는 더 이상 기술할 필요가 없다.

도시한 실시예에서, 여기 장치(145)는 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)를 둘러싸며 장착 부재(79)에 의해 형성된 숄더(149) 상에 안착된 압전 장치, 보다 적절하게 복수의 적층된 압전 링(147)(예컨대, 2개 이상 그리고 도시한 실시예에서는 4개)를 포함한다. 환형 칼라(151)는 압전 링(147) 위의 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)를 둘러싸며 최상측 링에 대해 향한다. 적절하게, 칼라(151)는 고밀도 재료로 이루어진다. 예를 들면, 칼라(151)를 이룰 수 있는 하나의 적절한 재료는 텅스텐이다. 그러나, 칼라(151)는 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 도파관(121)의 상단부(129)에 인접한 확대부(153)는 증대된 외부 단면 치수(예컨대, 도시한 실시예에서는 증대된 외경)를 가지며, 이러한 세그먼트를 따라 나사산 형성된다. 칼라(151)는 도파관(121) 상에 칼라를 나사 고정하도록 내측에 나사산 형성된다. 칼라(151)는 장착 부재(79)의 숄더(149)와 칼라 사이의 링을 압축하도록 압전 링(147)의 적층체에 대해 적절하게 조여진다.

도시한 실시예의 여기 장치(145)와 도파관(121)은 고압 챔버(55) 내의 연료를 초음파 처리하기 위한 도파관 조립체(150)를 함께 형성한다. 따라서, 전체의 도파관 조립체(150)는 연료 인젝터(21)의 고압 연료 챔버(55) 내에 전체적으로 배치되므로, 연료 인젝터 내의 고압 환경에 대체로 균일하게 노출된다. 일례로서, 도시한 도파관 조립체는 초음파 혼을 초음파 진동시키도록 초음파 혼과 변환기 양자로서 작용하도록 특히 구성된다. 특히, 도 8에 도시한 바와 같이, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)는 초음파 혼의 방식으로 대체로 작용하지만, 장착 부재(79)로부터 칼라(151)가 여기 장치(예컨대, 압전 링)와 함께 도파관의 상부 세그먼트에 고정하는 위치로 대체도 연장하는 도파관의 상부 세그먼트(131), 보다 적절하게 상부 세그먼트의 일부는 변환기의 방식으로 작용한다.

도시한 실시예의 압전 링(147)에 전류(예컨대, 초음파 주파수로 전달되는 교류 전류)를 전달할 때, 압전 링은 전류가 상기 링에 전달되는 초음파 주파수에서 팽창 및 수축[특히, 연료 인젝터(21)의 종방향]한다. 링(147)이 장착 부재(79)와 칼라(151)[도파관(121)의 상부 세그먼트(131)에 고정됨] 사이에서 압축되기 때문에, 링의 팽창 및 수축은, 예컨대 변환기의 방식으로 (예컨대, 압전 링이 팽창 및 수축하는 주파수에서) 도파관의 상부 세그먼트를 신장 및 수축하게 한다. 이러한 방식에서, 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)의 신장 및 수축은 특히 도파관의 하부 세그먼트(133)를 따라 도파관의 공명 주파수를 여기시키므로, 예컨대 초음파 혼의 방식으로 하부 세그먼트를 따라 도파관을 초음파 진동시킨다.

일례로서, 일 실시예에서, 초음파 여기로부터 발생하는 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 변위는 압전 링의 변위와 도파관의 상부 세그먼트의 약 6배까지일 수 있다. 그러나, 하부 세그먼트(133)의 변위는 6배 이상으로 증폭될 수 있거나 또는 증폭되지 않을 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.

변형적으로, 도파관(121)의 일부[예컨대, 도파관의 상부 세그먼트(131)의 일부]는 초음파 주파수에서 변하는 자기장에 응답하는 자기변형물질로 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에서, 여기 장치는 하우징(23) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배치되며 자기장을 자기변형물질에 인가하도록 전류를 수용함에 응답하여 작동가능한 자기장 발생기를 포함할 수 있으며, 자기장은 초음파 주파수에서 변한다(예컨대, 온에서 오프로, 하나의 매그니튜드에서 다른 매그니튜드로, 그리고/또는 방향 변화).

예를 들면, 적절한 발생기는 초음파 주파수에서 전류를 코일에 전달하는 발전 시스템에 연결된 전기 코일을 포함할 수 있다. 이러한 실시예의 자기장 발생기 및 도파관의 자기변형물질 부분은 변환기로서 함께 작용하는 반면, 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)는 초음파 혼으로서 다시 작용한다. 적절한 자기변형물질 및 자기장 발생기의 일례는 미국특허 제6,543,700호에 개시되어 있으며, 이는 본원에 일치되는 정도에서 참고로 포함된다.

전체의 도파관 조립체(150)가 연료 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55) 내에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 도파관 조립체의 하나 이상의 부품은 고압 챔버 외부에 전체적으로 또는 부분적으로 배치될 수 있고, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 하우징의 외부에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 자기변형물질이 사용되면, 자기장 발생기(넓게는, 여기 장치)는 본체(25) 또는 연료 인젝터 하우징(23)의 다른 부품 내에 배치될 수 있고, 고압 챔버(55)에 부분적으로만 노출되거나 또는 그로부터 완전히 봉쇄될 수도 있다. 다른 실시예에서, 도파관(121)의 상부 세그먼트(131) 및 압전 링(147)[및 칼라(151)]은, 도파관의 말단부(123)가 고압 챔버 내에 배치되는 한, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 고압 챔버(55)의 외부에 함께 위치될 수 있다.

도파관(121)의 상부 세그먼트(131)에 대해 압전 링(147)과 칼라(151)를 위치시킴으로써, 전체의 도파관 조립체(150)는 (예컨대, 변환기와 초음파 혼이 종래의 단부 대 단부 또는 "적층"된 구성으로 배치되는 조립체의 길이와는 대조적으로) 도파관 자체보다 길 필요는 없다. 일례로서, 전체의 도파관 조립체(150)는 도파관의 공명 파장의 약 반(이와는 달리, 통상적으로 "반파장"으로도 부름)과 동일한 길이를 적절하게 가질 수 있다. 특히, 도파관 조립체(150)는 약 15 kHz 내지 약 100 kHz 범위, 보다 적절하게 약 15 kHz 내지 약 60 kHz 범위, 더욱 적절하게 약 20 kHz 내지 약 40 kHz 범위의 초음파 주파수에서 공명하도록 적절하게 구성된다. 이러한 주파수에서 작동하는 반파장의 도파관 조립체(150)는 약 133 mm 내지 약 20 mm, 보다 적절하게 약 133 mm 내지 약 37.5 mm, 더욱 적절하게 약 100 mm 내지 약 50 mm 범위의 (반파장에 대응하는) 전체 길이를 각각 갖는다. 보다 특정한 예로서, 도 8 및 도 9에 도시된 도파관 조립체(150)는 약 40 kHz의 주파수에서 작동하도록 구성되며, 약 50 mm의 전체 길이를 갖는다. 그러나, 하우징(23)은 전체 파장을 갖는 도파관 조립체가 그 내에 배치되게 하도록 충분히 크기설정될 수 있다. 또한, 이러한 배치에서, 도파관 조립체는 적층된 구성 내에 초음파 혼과 변환기를 포함할 수 있다.

(도시한 실시예에서 원통형이지만, 다른 형상일 수 있는) 전기 비전도성 슬리브(155)는 칼라(151)의 상단부 상에 안착되며, 칼라로부터 고압 챔버(55)의 상단부까지 연장된다. 또한, 슬리브(155)는 대체로 가요성의 재료로 적절하게 구성된다. 일례로서, 슬리브(155)를 구성할 수 있는 하나의 적절한 재료로는, ULTEM(등록상표)로서 미국의 제너럴 일렉트릭 컴퍼니로부터 입수가능한 무정형의 열가소성 폴리에테르이미드 재료이다. 그러나, 세라믹 재료 등의 다른 적절한 전기 비전도성 재료가 슬리브(155)를 구성하는데 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 슬리브(155)의 상단부는 반경방향 외측으로 연장되는 일체 형성된 환형의 플랜지(157)와, 슬리브의 상단부에서 4개의 대체로 가요성의 탭(161)을 형성하는 4개의 종방향으로 연장되는 슬롯(159) 세트를 갖는다. 제 2 환형의 플랜지(163)는 슬리브(155)와 일체 형성되며, 종방향으로 연장되는 슬롯(159) 바로 아래, 즉 슬리브의 상단부에 배치된 환형의 플랜지(157)와 종방향으로 이격된 관계로 슬리브로부터 반경방향 외측으로 연장된다.

전도성 재료로 이루어진 접점 링(165)은 슬리브의 종방향으로 이격된 환형의 플랜지(157, 163) 중간에서 슬리브(155)를 억제한다. 일 실시예에서, 접점 링(165)은 황동으로 적절하게 이루어진다. 그러나, 접점 링(165)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 다른 적절한 전기 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 단일점 접점 장치, 가요성 및/또는 스프링 장전식 탭 또는 다른 적절한 전기 전도성 장치 등의 링 이외의 접점 장치가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 사용될 수 있다. 도시한 실시예에서, 접점 링(165)의 내부 단면 치수(예컨대, 직경)는 환형의 플랜지들(157, 163) 사이에서 연장되는 슬리브(155)의 종방향 세그먼트의 외부 단면 치수보다 약간 작게 크기설정된다.

접점 링(165)은 슬리브의 상단부 위에서 접점 링을 절첩식으로 아래로 가압함으로써 슬리브(155) 상에 삽입된다. 슬리브(155)의 상단부에서 환형의 플랜지(157)에 대한 링(165)의 힘은 링이 슬리브의 상단부에 형성된 환형의 플랜지를 지나 아래로 미끄러지게 하며 제 2 환형의 플랜지(163) 상에 링을 안착하게 하기 위해 탭(161)을 반경방향 내측으로 만곡(예컨대, 굽힘)하도록 가압된다. 탭(161)은 그들의 위치를 향해 탄성적으로 뒤로 이동하여, 접점 링(165)과 슬리브(155) 사이에 마찰 결합을 제공하며 슬리브의 환형의 플랜지들(157, 163) 사이에 접점 링을 보유한다.

전기 전도성 재료로 이루어진 가이드 링(167)은 접점 링(165)을 억제하여 전기 절연한다. 일례로서, 가이드 링(167)(반드시 필요하지는 않음)은 슬리브(163)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 가이드 링(167)은 접점 링 상에 가이드 링을 클램핑 또는 마찰 끼워맞춤함으로써 슬리브, 보다 적절하게 접점 링(165) 상에 적절하게 보유된다. 예를 들면, 가이드 링(167)은 도 9에 도시한 바와 같이 슬롯을 따라 파단된 불연속적인 링일 수 있다. 이에 따라, 가이드 링(167)은 접점 링(165) 위에 가이드 링을 끼워맞추도록 슬롯에서 원주방향으로 팽창가능하며, 후속적인 해제 시에 접점 링 둘레에 탄성적으로 그리고 견고하게 폐쇄한다.

특히 적절한 실시예에서, 환형의 위치 너브(annular locating nub)(169)는 가이드 링으로부터 반경방향 내측으로 연장되며, 가이드 링을 접점 링 상에 적절하게 위치시키도록 접점 링(165) 내에 형성된 환형의 홈부(171) 내에 수용가능하다. 그러나, 접점 링(165)과 가이드 링(167)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 도 8 및 도 9에 도시한 것 이외에 슬리브(155) 상에 장착될 수 있다. 하나 이상, 보다 적절하게 복수의 테이퍼지거나 절두 원추형의 개구(173)는 가이드 링(167)을 통해 반경방향으로 형성되어, 접점 링에 전류를 전달하기 위해 접점 링(165)으로의 접근을 허용한다.

도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 전기 비전도성 재료로 이루어진 절연 슬리브(175)는 본체(25)의 측부 내에서 개구를 통해 연장되며, 가이드 링(167)의 개구(173) 중 하나 내에 안착하도록 구성된 대체로 원추형의 말단부(177)를 갖는다. 절연 슬리브(175)는 개구(173) 내에서 본체(25)에 나사식으로 고정하는 적절한 끼워맞춤부(179)에 의해 소정 위치에 보유되며, 절연 슬리브가 연장되는 중앙 개구를 갖는다. 적절한 전기 배선(181)은 와이어의 일단부에서 접점 링(165)과 전기 접속하는 절연 슬리브(175)를 통해 연장되며, 전류 공급원(도시하지 않음)을 갖는 대향 단부(도시하지 않음)에서 전기 연통한다.

추가적인 전기 배선(183)은 고압 챔버(55) 내의 슬리브(155)의 외부를 따라 그리고 최상측 압전 링(147)과 다음으로 낮은 압전 링 사이에 배치된 전극(도시하지 않음)과 전치 연통한 상태로 접점 링(165)으로부터 아래로 연장된다. 별도의 와이어(184)는 전극을 최외측 압전 링(147)과 그 바로 위의 링 사이에 배치된 또 다른 전극(도시하지 않음)에 전기적으로 연결한다. 장착 부재(79) 및/또는 도파관(121)은 압전 링(147)으로 전달되는 전류를 위한 접지를 제공한다. 특히, 접지 와이어(185)는 장착 부재(79)에 연결되며, 중간의 2개 압전 링들(147) 사이에 배치된 전극(도시하지 않음)과 접촉한 상태로 이들 사이까지 연장된다. 선택적으로, 제 2 접지 와이어(도시하지 않음)는 최상측 압전 링과 칼라(151) 사이에 또 다른 전극(도시하지 않음)과 접촉한 상태로 중간의 2개 압전 링(147) 사이로부터 연장될 수 있다.

특히, 도 6, 도 6a, 도 8 및 도 9를 참조하면, 장착 부재(79)는 도파관의 단부(123, 129) 중간에서 도파관(121)에 적절하게 연결된다. 보다 적절하게, 장착 부재(79)는 도파관의 결절 영역(nodal region)에서 도파관(121)에 연결된다. 본원에 사용된 바와 같이, 도파관(121)의 "결절 영역"은 도파관의 초음파 진동 동안에 종방향 변위가 (거의) 발생하지 않고, 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향) 변위가 대체로 최대가 되는 도파관의 종방향 영역 또는 세그먼트를 지칭한다. 도파관(121)의 횡방향 변위는 도파관의 횡방향 팽창을 적절하게 포함하지만, 도파관의 횡방향 운동(예컨대, 굽힘)을 포함할 수도 있다.

도시한 실시예에서, 도파관(121)의 구성은 결절 평면(즉, 종방향 변위가 발생하지 않지만 횡방향 변위가 대체로 최대가 되는 도파관에 횡방향인 평면)이 존재하지 않도록 하는 것이다. 오히려, 도시한 도파관(121)의 결절 영역은, 결절 영역 내의 임의 제공된 종방향 위치에서 몇 가지의 종방향 변위가 여전히 존재할 수 있지만 도파관의 주요 변위가 횡방향 변위이도록 대체로 돔 형상이다.

그러나, 도파관(121)은 결절 평면(또는 때때로 "결절 지점"으로도 부름)을 갖도록 적절하게 구성될 수 있고, 이러한 도파관의 결절 영역은 본원에 정의된 바와 같이 결절 영역의 의미 내에 있도록 고려된다. 또한, 장착 부재(79)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 도파관(121)의 결절 영역 위 또는 아래에 종방향으로 배치될 수 있다.

장착 부재(79)는 도파관(121)을 연료 인젝터 하우징(23)으로부터 진동식으로 격리시키도록 연료 인젝터(21) 내에 적절하게 구성 및 배치된다. 즉, 장착 부재(79)는, 고압 챔버(55) 내에 도파관의 소정의 횡방향 위치를 유지하며 연료 인젝터 하우징 내에 도파관의 종방향 변위를 허용하는 동안에, 도파관(121)의 종방향 및 횡방향(예컨대, 반경방향)의 기계적 진동이 연료 인젝터 하우징(23)에 전달되는 것을 방해한다. 일례로서, 도시한 실시예의 장착 부재(79)는, 도파관(121)으로부터 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향) 외측으로 연장되는 환형의 내부 세그먼트(187); 상기 내부 세그먼트와 횡방향으로 이격된 관계로 도파관에 횡방향으로 연장되는 환형의 외부 세그먼트(189); 및 상기 내부와 외부 세그먼트들 사이에서 횡방향으로 연장되며 상기 내부와 외부 세그먼트들을 상호 연결하는 환형의 상호연결 웹(191)을 포함한다. 내부와 외부 세그먼트(187, 189) 및 상호연결 웹(191)이 도파관(121)의 원주 둘레에서 연속적으로 연장되지만, 이러한 요소들 중 하나 이상은, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서, 예컨대 휠 스포크의 방식으로 도파관 둘레에서 불연속적일 수 있다.

도 6a에 도시한 실시예에서, 장착 부재(79)의 내부 세그먼트(187)는, 여기 장치(145), 예컨대 압전 링(147)을 안착하는 숄더(149)를 형성하는 대체로 평탄한 상부면을 갖는다. 내부 세그먼트(187)의 하부면(193)은 도파관(121)으로부터 상호연결 웹(191)과의 연결부로 연장됨에 따라 적절하게 윤곽 형성되며, 보다 적절하게 혼용된 반경 윤곽을 갖는다. 특히, 장착 부재(79)의 내부 세그먼트(187)와 웹(191)의 접합부에 있는 하부면(193)의 윤곽은, 도파관(121)의 진동 동안에 웹의 뒤틀림을 용이하게 하기 위해 적절하게 보다 작은 반경 윤곽(예컨대, 보다 날카롭고, 덜 테이퍼지거나 더욱 코너짐)이다. 도파관(121)과 장착 부재(79)의 내부 세그먼트(187)의 접합부에 있는 하부면(193)의 윤곽은, 도파관의 진동 동안에 상호연결 웹(191)의 뒤틀림 시에 장착 부재의 내부 세그먼트 내의 응력을 감소시키도록 비교적 큰 반경 윤곽(예컨대, 보다 테이퍼지거나 매끄러움)이다.

장착 부재(79)의 외부 세그먼트(189)는 노즐의 상단부(33)에 대체로 인접한 노즐(27)에 의해 형성된 숄더에 대해 안착하도록 구성된다. 도 6에 가장 잘 도시한 바와 같이, 노즐(27)의 내부 단면 치수(예컨대, 내경)은 노즐의 상단부(33)에 인접하게, 예컨대 장착 부재(79)의 종방향 아래에 내측으로 단차 형성되어, 도파관(121)의 초음파 진동 동안에 장착 부재의 변위를 허용하도록 장착 부재의 상호연결 웹(191)과 내부 세그먼트(187)의 윤곽 형성된 하부면(193)으로부터 종방향으로 이격된다. 장착 부재(79)는, 외부 세그먼트(189)의 적어도 하나의 외부 에지 마진부가 연료 인젝터 하우징(23)의 본체(25)의 하단부(31)[즉, 노즐의 상단부(33)에 대해 안착하는 본체의 표면]와 노즐(27)의 본체(25) 사이에 종방향으로 배치되도록 횡방향 단면이 적절하게 크기설정된다. 연료 인젝터(212)의 보유 부재(29)는 노즐(27)과 본체(25)를 함께 가압하여, 장착 부재의 외부 세그먼트(189)의 에지 마진부를 노즐(27)과 본체(25) 사이에 보유한다.

상호연결 웹(191)은 도파관(121)의 초음파 진동에 응답하여 웹의 만곡 및/또는 굽힘을 용이하게 하도록 장착 부재(79)의 내부 및 외부 세그먼트(187, 189)보다 비교적 두껍게 구성된다. 일례로서, 일 실시예에서, 장착 부재(79)의 상호연결 웹(191)의 두께는 약 0.2 mm 내지 약 1 mm의 범위, 보다 적절하게 약 0.4 mm일 수 있다. 장착 부재(79)의 상호연결 웹(191)은 하나 이상의 축방향 요소(192)와, 하나 이상의 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향) 요소(194)를 적절하게 포함한다. 도시한 실시예에서, 상호연결 웹(191)은, 웹이 대체로 U자형 단면이도록 횡방향 요소(194)에 의해 연결된 한 쌍의 횡방향으로 이격된 축방향 요소(192)를 갖는다.

그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서, 하나 이상의 축방향 요소(192)와 하나 이상의 횡방향 요소(194)를 갖는 다른 구성, 예컨대 L자형, H자형, I자형, 역 U자형, 역 L자형 등이 가능하다. 적절한 상호연결 웹(191) 구성의 추가적인 예는 미국특허 제6,676,003호에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 본원에 일치하는 정도로 참고로 포함된다.

웹(191)의 축방향 요소(192)는 장착 부재의 내부 및 외부 세그먼트(187, 189) 각각에 의존하며, 횡방향 요소(194)에 캔틸레버식으로 형성된다. 따라서, 축방향 요소(192)는 장착 부재의 내부 세그먼트(187)의 횡방향 진동 변위에 응답하여 장착 부재의 외부 세그먼트(189)에 대해 동적으로 만곡 및/또는 굽힘되어서, 도파관의 횡방향 변위로부터 하우징(23)을 격리시킬 수 있다. 웹(191)의 횡방향 요소(194)는, 횡방향 요소가 내부 세그먼트(187)의 축방향 진동 변위에 응답하여 축방향 요소에 대해[그리고 장착 부재의 외부 세그먼트(189)에 대해] 동적으로 만곡 및/또는 굽힘되어 도파관의 축방향 변위로부터 하우징(23)을 격리시키도록 축방향 요소(192)에 캔틸레버식으로 형성된다.

도시한 실시예에서, 도파관(121)은, 도파관의 초음파 여기 시에 결절 영역[예컨대, 장착 부재(29)를 도파관에 연결하는 위치]에서 축방향으로 약간 변위할 뿐만 아니라 반경방향으로 팽창한다. 응답 시에, U자형 상호연결 부재(191)[예컨대, 축방향 및 횡방향 요소(192, 194)]는 대체로 만곡하여 구부러지고, 보다 상세하게, 예컨대 양변기 플런저 헤드가 플런저 핸들의 축방향 변위 시에 롤링하는 방식과 유사하게 장착 부재(79)의 고정된 외부 세그먼트(189)에 대해 롤링한다. 따라서, 상호연결 웹(191)은 도파관(121)의 초음파 진동으로부터 연료 인젝터 하우징(23)을 격리하고, 도시한 실시예에서, 보다 상세하게는 내부 세그먼트(187)의 진동 변위로부터 장착 부재의 외부 세그먼트(189)를 격리시킨다. 또한, 이러한 장착 부재(79) 구성은 통상적인 작동 동안에 발생할 수 있는 결절 영역 쉬프트에 대해 보상하기에 충분한 밴드폭을 제공한다. 특히, 장착 부재(79)는 도파관(121)을 통해 초음파 에너지의 실제의 전달 동안에 일어나는 결절 영역의 실시간 위치 변경에 대해 보상할 수 있다. 이러한 변경 또는 쉬프트는, 예컨대 고압 챔버(55) 내의 온도 및/또는 다른 환경 조건의 변경으로 인해 발생할 수 있다.

도시한 실시예에서, 장착 부재(79)의 내부 및 외부 세그먼트(187, 189)가 도파관에 대한 동일한 종방향 위치에 배치되어 있지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 내부 및 외부 세그먼트가 서로 종방향으로 오프셋될 수 있다. 또한, 상호연결 웹(191)은 하나 이상의 축방향 요소(192)[예컨대, 횡방향 요소(194)가 생략될 수 있음]만을 포함할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들면, 도파관(121)이 결절 영역을 갖고 장착 부재(79)가 결절 영역 상에 위치되는 경우, 장착 부재는 도파관의 횡방향 변위를 격리시키기 위해서만 구성될 필요가 있다. 변형 실시예(도시하지 않음)에서, 장착 부재는, 도파관의 비결절 영역(anti-nodal region)에 또는 그에 인접하게, 예컨대 도파관의 대향 단부(123, 129) 중 하나에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상호연결 웹(191)은 도파관의 축방향 변위를 격리시키도록 하나 이상의 횡방향 요소(194)만을 포함할 수 있다[즉, 비결절 영역에서 횡방향 변위가 (거의) 일어나지 않음].

특히 적절한 실시예에서, 장착 부재(79)는 단일 피스 구성을 갖는다. 더욱 적절하게, 장착 부재(79)는 도 6에 도시한 바와 같이 도파관(121)과 일체 형성될 수 있다. 그러나, 장착 부재(79)는 도파관(121)과 별개로 구성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 장착 부재(79)의 하나 이상의 요소는 별개로 구성되어, 적절하게 연결되거나 또는 이와는 달리 함께 조립될 수 있다.

적절한 실시예에서, 장착 부재(79)는 고압 챔버(55) 내에 적절한 정렬로 도파관(121)[및 이에 따른 밸브 니들(53)]을 보유하도록 대체로 강성(예컨대, 부하 하에서 정적 변위에 대한 저항이 있음)이도록 구성된다. 예를 들면, 일 실시예에서의 강성의 장착 부재는 비탄성중합체 재료, 더욱 적절하게는 도파관을 구성하는 동일한 금속으로 이루어질 수 있다. 그러나, 용어 "강성(rigid)"은 장착 부재가 도파관의 초음파 진동에 응답하여 동적 만곡 및/또는 굽힘할 수 없는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 다른 실시예에서, 강성의 장착 부재는 부하 하에서 정적 변위에 대해 충분히 저항성을 가지지만 도파관의 초음파 진동에 응답하여 동적 만곡 및/또는 굽힘할 수 있는 탄성중합체 재료로 이루어질 수 있다. 도 6에 도시한 장착 부재(79)가 금속, 더욱 적절하게 도파관(121)과 동일한 재료로 이루어지지만, 장착 부재는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 다른 적절한 강성의 재료로 이루어질 수 있다.

도 6 및 도 8을 다시 참조하면, 연료 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55) 내에서 연료를 흘리는 흐름 경로는 노즐(27)의 내부면과 도파관(121)의 하부 세그먼트(133)의 외부면 사이[예컨대, 장착 부재(79) 아래], 및 본체(25)의 내부면과 여기 장치(145), 칼라(151) 및 슬리브(155)의 외부면 사이(예컨대, 장착 부재 위)의 횡방향 이격거리에 의해 부분적으로 형성된다. 연료 흐름 경로는 대체로 슬리브(155)에서 인젝터 하우징(23)의 본체(25)의 연료 입구(57)와 유체 연통하여, (도시한 실시예에서) 연료 입구로부터 흐름 경로에 도입되는 고압 연료가 배출 포트(83)를 거쳐 노즐(27)로부터 배출되기 위해 노즐 팁부(81)를 향해 흐름 경로를 따라 아래로 흐른다. 전술한 바와 같이, 추가적인 고압 연료는 도파관과 밸브 니들(53) 사이의 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 흐른다.

장착 부재(79)가 고압 챔버(55) 내의 도파관(121)에 대해 횡방향으로 연장되기 때문에, 본체(25)의 하단부(31)와 노즐(27)의 상단부(33)는 연료가 고압 챔버 내를 흐름에 따라 연료 흐름 경로가 장착 부재 둘레에서 방향을 바꾸게 하도록 적절하게 구성된다. 예를 들면, 도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 채널(199)은 장착 부재(79)의 상류에 있는 흐름 경로와 유체 연통하는 본체(25)의 하단부(31) 내에 형성되며, 장착 부재의 하류에 있는 흐름 경로와 유체 연통하는 노즐(27)의 상단부(33) 내에 형성된 각각의 채널(201)과 정렬된다. 따라서, 연료 입구(57)로부터 장착 부재(79)의 상류에 있는 흐름 경로[예컨대, 본체(25)와 슬리브(155)/칼라(151)/압전 링(147) 사이]를 따라 아래로 흐르는 고압 연료는, 장착 부재 둘레의 본체 내의 채널(199)을 통해 그리고 노즐(27) 내의 채널(201)을 통해 장착 부재의 하류에 있는 흐름 경로[예컨대, 노즐과 도파관(121) 사이]로 보내진다.

일 실시예에서, 연료 인젝터는 솔레노이드 밸브의 동작 및 여기 장치(145)의 동작을 제어하는 적절한 제어 시스템(도시하지 않음)에 의해 작동된다. 이러한 제어 시스템은 당업자에게 잘 공지되어 있으므로, 필요한 사항을 제외하고는 더 기술할 필요가 없다. 분사 동작이 발생하고 있지 않으면, 밸브 니들(53)은 본체(25)의 보어(35) 내의 스프링(111)에 의해 밸브 니들의 말단부(115)가 배출 포트(83)를 폐쇄하도록 노즐 팁부(81)와 밀봉 접촉한 상태인 폐쇄 위치로 바이어스된다. 솔레노이드 밸브는 핀 홀더를 통해 종방향으로 연장되는 보어(97)를 폐쇄하도록 핀 홀더(47)의 헤드(87) 내에 형성된 리세스(95)에 차폐체를 제공한다. 제어 시스템에 의해, 밸브 니들(53)의 폐쇄 위치에서 도파관 조립체에 전류가 공급되지는 않는다.

고압 연료는 하우징(23)의 연료 입구(57)에서 연료 공급원(도시하지 않음)으로부터 연료 인젝터(21) 내로 흐른다. 연료 공급원으로부터 연료 인젝터(21)로 가압된 연료를 전달하기 위해 적절한 연료 전달 시스템은 당해기술에 공지되어 있으므로, 본원에서 더 이상 기술할 필요는 없다. 일 실시예에서, 고압 연료는 약 5,000 psi(340 바아) 내지 약 30,000 psi(2070 바아) 범위의 압력에서 연료 인젝터(21)로 전달될 수 있다. 고압 연료는, 본체(25)의 상부 분배 채널(59)을 통해 본체와 핀 홀더(47) 사이의 환형의 갭(99)으로, 그리고 핀 홀더의 피드 채널(101)을 통해 핀(93) 위의 핀 홀더의 내부 채널(91) 내로 및 핀 홀더 내의 보어(97)를 통해 위로 흐른다. 또한, 고압 연료는 고압 흐름 경로, 즉 본체(25)의 하부 분배 채널(61)을 통해 흘러서, 도파관(121)의 외부 및 도파관의 내부 통로(127) 내부 양자의 고압 챔버를 충진한다. 이 상태에서, 스프링(111)의 바이어스와 함께 핀(93) 위의 고압 연료는, 밸브 니들(53)을 개방 위치로 가압하는 것에 대해 고압 챔버(55) 내의 고압 연료를 방해한다.

인젝터 제어 시스템에서 내연기관으로의 연료 분사가 필요하다고 결정하면, 솔레노이드 밸브는 핀 홀더 보어(97)를 개방하도록 제어 시스템에 의해 전류 공급되어, 고압 연료가 본체(25)의 상단부(37)에서 핀 홀더로부터 연료 회수 채널(71)로 저압 연료로서 흐르므로, 핀 홀더 내의 핀(93) 뒤(예컨대, 위)의 연료압을 감소시킨다. 따라서, 고압 챔버(55) 내의 고압 연료는 스프링(111)의 바이어스에 대해 밸브 니들(53)을 밸브 니들의 개방 위치로 가압할 수 있다. 밸브 니들(53)의 개방 위치에서, 밸브 니들의 말단부(115)는 배출 포트(83)에서 노즐 팁부(81)로부터 충분히 이격되어, 고압 챔버(55) 내의 연료가 배출 포트를 통해 배출되게 한다.

밸브 니들(53)이 개방 위치로 이동하게 하도록 솔레노이드 밸브에 대략 동시에 전류 공급될 때, 제어 시스템은 접점 링을 압전 링에 전기적으로 연결하는 적절한 배선(183) 및 접점 링(165)을 거쳐 여기 장치(145), 즉 도시한 실시예에서의 압전 링(147)에 전류를 전달하도록 고주파수 전류 발생기를 지향시킨다. 전술한 바와 같이, 압전 링(147)은 여기 장치(145)에 전류를 공급하는 초음파 주파수로 팽창 및 수축[특히, 연료 인젝터(21)의 종방향으로]하게 된다.

링(147)의 팽창 및 수축은 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)가 (예컨대, 압전 링을 팽창 및 수축시키는 동일한 주파수에서) 초음파 신장 및 수축되게 한다. 이러한 방식에서, 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)의 신장 및 수축은, 특히 도파관의 하부 세그먼트(133)를 따라 도파관을 (예컨대, 적절하게 도파관의 공명 주파수로] 여기시키므로, 특히 말단부(123)에서 하부 세그먼트의 팽창부(195)에서 하부 세그먼트를 따라 도파관을 초음파 진동시킨다.

밸브 니들(53)이 개방 위치에 있는 경우, 고압 챔버(55) 내의 고압 연료는, 특히 도파관(121)의 초음파 진동하는 말단부(123)를 지나 흐름 경로를 따라 노즐 팁부(81)의 배출 포트(83)로 흐른다. 초음파 에너지는 도파관(121)의 말단부(123)에 의해 (흐름 경로를 따라) 배출 포트(83)의 바로 상류에 있는 고압 연료에 인가되어, 연료를 분무화[예컨대, 액적 크기를 감소시키고, 인젝터(21)로부터 나오는 연료의 액적 크기 분포를 좁힘]시킨다. 연료가 배출 포트(83)로부터 나오기 전에 연료의 초음파 처리는 연료 인젝터(21)에 의해 제공되는 내연기관 내로 전달되는 맥동성, 원추형의 분무화된 액체 연료를 발생시킨다.

도 1 내지 도 10의 도시한 실시예 및 전술한 바와 같이, 핀(93)의 동작, 및 그에 따른 밸브 니들(53)은 솔레노이드 밸브(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 그러나, 이에 한정되지는 않지만, 캡 장동식 장치, 압전 또는 자기변형 작동식 장치, 유압 작동식 장치 또는 유체 증폭 밸브를 갖거나 가지지 않는 다른 적절한 기계식 장치 등의 다른 장치들이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 밸브 니들의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 초음파 액체 전달 장치(421)의 제 2 실시예를 도시한다. 제 2 실시예의 장치(421)는 임의의 초음파 구동되는 장치와 관련하여 본원에 기술되며, 이러한 장치는 가압된 액체 분무가 장치로부터 배출된 후, 초음파 에너지를 약채애 인가하며, 이러한 장치는, 이에 한정되지는 않지만, 분무기, 다른 약품 전달 장치, 성형 장비, 가습기, 엔진용 연료 분사 장치, 페인트 분무 장치, 잉크 전달 장치, 혼합 장치, 균질화 장치, 스프레이 건조 장치, 냉각 장치, 및 초음파 밸상된 액체 분무를 이용하는 다른 적용 등의 장치에 적용될 수 있다.

도시한 장치(421)는 하우징 내에 액체를 수용하는 입구(457)를 갖는 하우징(423)을 포함한다. 액체는 0.0 psi (0.0 바아) 초과 내지 약 50,000 psi (3,450 바아)의 범위에서 적절하게 가압된다. 도시한 실시예에서, 하우징(423)은 적어도 부분적으로 [도 11에 도시한 장치(421)의 수직방향 배향에 대해] 상부 하우징 부재(425)와 하부 하우징 부재로 이루어진다. 상부 하우징 부재(425)의 하단부(431)는 하부 하우징 부재(427)의 상단부(433)에 대해 안착하고, 상기 하우징 부재들은 적절한 나사형 커넥터(429)에 의해 함께 고정된다. 상부 및 하부 하우징 부재(425, 427)는 입구(457)와 유체 연통하는 내부 챔버(455)를 함께 형성한다. 하부 하우징 부재(427)는 삽입체(482)를 나사형으로 수용하기 위해 그 바닥부에 형성된 축방향으로 연장되는 나사형 보어(480)를 가져서, 상기 삽입체는 장치(421)의 하우징을 더욱 형성한다. 배출 포트(483)는 액체가 하우징으로부터 배출되는 하우징(423)의 배출 포트를 형성하도록 삽입체(482)를 통해 축방향으로 연장된다.

도 1에 도시한 삽입체(482)가 단일의 배출 포트(483)를 가지지만, 삽입체는 하나 이상의 배출 포트를 포함할 수 있다. 또한, 삽입체(483)는 함께 생략될 수 있고, 하부 하우징 부재(427)의 바닥부는 하나 이상의 배출 포트와 함께 대체로 폐쇄될 수 있다. 도시한 실시예의 하우징(423)은 대체로 원통형이지만 임의의 적절한 형상일 수 있고, 전달 전에 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치되는 소정의 액체량, 배출 포트의 개수 및 크기, 및 자치를 작동시키는 작동 주파수에 따라 크기설정될 수 있다. 또한, 하부 하우징 부재(427)는 노즐의 팁부(81) 내에 형성된 하나 이상의 배출 포트(83)를 갖는 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 연통하는 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)을 통해 횡방향으로 연장된다. 그러나, 액체 입구(457)는 하부 하우징 부재(427)의 측부 또는 상부 하우징 부재(425)의 측부를 따라 실질적으로 어느 위치에 배치될 수 있거나, 또는 상부 하우징 부재의 상부를 통해 축방향으로 연장될 수도 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 도 11에 도시한 내부 챔버(455)는 하우징으로부터의 액체를 배출하기 위해 하우징(423) 내에서 배출 포트(483)로 액체를 흘리는 액체 흐름 경로를 형성한다.

도 11에 도시한 장치(423)는 밸브 부재[예컨대, 도 1 내지 도 10의 실시예의 밸브 니들(53)과 유사한 밸브 부재], 또는 배출 포트로의 액체 흐름을 제어하도록 하우징 내에 배치되는 다른 부품이 없다. 오히려, 제 2 실시예에서, 액체는 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 액체가 연속적으로 흐를 수 있다. 그러나, 하우징(423)의 적절한 제어 시스템(도시하지 않음)은 하우징 입구(457)로의 액체 흐름을 제어하여, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 배출 포트(483)로의 액체의 전달을 제어할 수 있다.

길게 형성된 초음파 도파관 조립체(550)는 하우징의 축방향(예컨대, 도 11에 도시한 하우징의 종방향 또는 수직방향으로)으로 연장되며, 하우징의 내부 챔버(455) 내에 전체적으로 배치된다. 특히, 도파관 조립체(550)는 도 1 내지 도 10의 실시예에서의 연료 인젝터(21)의 도파관 조립체(150)와 실질적으로 동일한 방식이다. 조립체(550)의 도파관(521)의 말단부(523)는 배출 포트(483)에 근접하게 적절하게 배치된다. 본원에서, 용어 "근접(proximate)"은 액체가 배출 포트(483)에 도입되기 바로 전에 도파관(521)의 말단부(523)에 의해 내부 챔버(455) 내의 액체에 초음파 에너지가 부여된다는 것을 정성적으로만 의미하며, 도파관의 말단부와 배출 포트 사이의 특정한 이격거리를 지칭하는 것으로 의도되지 않는다.

도 11에 도시한 바와 같이, 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)의 내부 단면 치수는 하부 하우징 부재의 하단부(481)를 향해 감소한다. 이에 따라, 도파관(521)의 말단부(523)에 있고/있거나 그에 인접한 확대부(695)는, 예컨대 배출 포트의 바로 [가압된 액체가 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 흐르는 방향에 대해] 상류에 있는 하부 하우징 부재(427)의 하단부(481)를 향해 측벽(552)과 근접하게 이격되거나 또는 그와 미끄럼 접촉하는 관계에 있으므로, 하우징 내의 액체 흐름 경로는 도파관의 말단부에서 및/또는 그에 인접해서 좁아진다.

그러나, 도파관(521)의 말단부(523)(또는 그의 다른 세그먼트)는 본 발명의 범위 내에 있는 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)과 근접하게 이격될 필요는 없다. 예를 들면, 도파관(521)의 외부 단면 치수는 확대부(695)를 갖는 대신에 그 길이를 따라 실질적으로 균일할 수 있거나, 또는 도파관의 말단부(523)를 향해 좁아질 수 있다. 변형적으로 또는 추가적으로, 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)의 내부 단면 치수는 하부 하우징 부재의 하단부(481)를 향해 감소하지 않을 수 있다.

도파관(521)은 도 1 내지 도 10의 실시예의 장착 부재(79)와 실질적으로 유사하게 구성된 횡방향으로 연장되는 장착 부재(479)에 의해 내부 챔버(455) 내에 하우징(423)에 적절하게 상호연결된다. 따라서, 장착 부재(479)는 도파관(521)의 기계적 진동으로부터 하우징(423)을 진동식으로 격리시킨다. 장착 부재(479)의 외부 세그먼트(689)는 상부 하우징 부재(425)의 하단부(431)와 하부 하우징 부재(427)의 상단부(433) 사이에 고정된다. 장착 부재(479)의 외부 세그먼트(689)가 고정되는 상부 및 하부 하우징 부재(425, 427) 내에 적절한 포트[도시하지는 않지만, 도 1 내지 도 10의 실시예에 도시된 포트(199, 201)와 유사함]가 형성되어, 유체가 장착 부재를 지나 내부 챔버 내에서 종방향으로 흐르게 할 수 있다.

또한, 도파관 조립체(550)는, 도파관(521)의 상부 세그먼트(531)에 나사식으로 고정된 칼라(551)에 의해 장착 부재(479)에 대해 압축되는 여기 장치(545)[예컨대, 도시한 실시예에서의 압전 링(547)을 포함한다. 하우징(423)의 측부를 통해 연장되며 내부 챔버(455) 내의 접점 링(683)에 전기식으로 연결되는 적절한 배선[도시하지는 않지만, 도 1 내지 도 10의 실시예의 배선(181, 183)과 유사함]에 의해 여기 장치(545)에 전류가 공급된다.

작동 시에, 예컨대 내부 챔버(455) 내로, 배출 포트(483)로 흐름 경로를 따라 하우징(423)의 액체 입구(457)에 액체가 전달된다. 가압된 액체가 도파관(521)의 말단부(523)를 지나 배출 포트(483)로 흐름에 따라, 도파관 조립체(450)는 예컨대 초음파 혼의 방식으로 도파관의 말단부를 초음파 진동시키도록 도 1 내지 도 10의 연료 인젝터(21)의 도파관 조립체(150)와 실질적으로 동일한 방식으로 작동된다. 이에 따라, 액체가 배출 포트(483)에 도입되기 전에 액체를 분무화시키도록[예컨대, 액적 크기를 감소시키고 장치(421)로부터 나오는 액체의 액적 크기 분포를 줄이도록] 도파관(521)의 말단부(523)에 의해 액체에 초음파 에너지가 부여된다. 배출 포트(483)로부터 액체가 나오기 전에 액체를 초음파 처리하면, 장치(421)로부터 전달되는 맥동형, 원추형의 분무화된 액체를 발생시킨다.

도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치(821)를 도시한다. 제 3 실시예의 장치(821)는, 제 3 실시예의 도파관 조립체(950)가 하우징(823)의 내부 챔버(855) 내에 부분적으로만 배치되는 것으로 도시된 것을 제외하고는 제 2 실시예의 장치와 유사하다. 제 3 실시예의 하우징(823)은 내부 챔버(855)를 형성하는 하우징 부재(825)와, 하우징을 더욱 형성하며 차폐체와 하우징 부재 사이의 장착 부재(879)의 외부 세그먼트(1089)를 고정하여 장착 부재[및 이에 따른 도파관 조립체(850)]를 소정 위치에 고정하도록 하우징 부재의 개방 상단부(837) 위에 나사식으로 고정된 차폐체(826)(예컨대, 도시한 실시예에서의 환형 차폐체)를 포함한다. 이에 따라, 장착 부재(879)는 제 1 및 제 2 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 도파관(921)의 기계적 진동으로부터 하우징(823)을 진동식으로 격리시킨다. 제 3 실시예의 삽입체(882)는 복수의 배출 포트(883)를 갖는 것으로 도시되어 있다.

도 12에 도시한 실시예에서, 도파관(921)의 하부 세그먼트(933)는 내부 챔버(855) 내에 전체적으로 연장되는 한편, 도파관의 상부 세그먼트(931)는 하우징(823)의 축방향 외측의 장착 부재(879)로부터 위로 연장된다. 따라서, 여기 장치(945), 예컨대 압전 링(947)은 장착 부재(879)의 상부면에 대해 링을 압축하는 칼라(951)와 함께 하우징(823)의 외부에 배치된다. 도 1 내지 도 10과 관련한 연료 인젝터(21)에 관한 슬리브(155), 접점 링(165) 및 가이드 링(167)을 필요로 하지 않고서, 적절한 배선(도시하지 않음)에 의해 여기 장치에 전류가 전달될 수 있다. 그러나, 이러한 슬리브, 접점 링 및 가이드 링은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 도 12에 도시한 장치(821)에 내장될 수 있다.

도 13 및 도 14는 비교적 짧은 펄스 또는 기간, 즉 소정의 짧은 시간(t)[소정의 시간(t) 동안 도파관의 초음파 진동에 대한 각각의 경우는 액체 전달 장치의 여기 처리를 형성함] 동안에 초음파 도파관 조립체가 간헐적으로 진동되는 초음파 액체 전달 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 시스템(2001)의 하나의 적절한 실시예를 도시한다. 각각의 여기 처리의 시간(t)은 여기 처리의 기간에 걸쳐 초음파 주파수 진동의 다중 사이클(즉, 진동 사이클)을 구비한다. 도시한 제어 시스템(2001)은, 도 1 내지 도 10의 연료 인젝터(21) 및 전술한 바와 같이 사용되는 제어 시스템을 기술하기 위해, 선택적으로 개폐될 수 있는 밸브 부재를 갖는 초음파 액체 전달 장치와 관련하여 사용된다.

이러한 실시예에서, 각각의 여기 처리는 도파관 조립체(150)가 짧은 시간(t) 동안 초음파 주파수로 진동되는 연료 인젝터(21)의 분사 경우로서 지칭되는 것에 상응하는 한편, 밸브 부재(53)는 연료 인젝터로부터 분무화된 연료를 전달하도록 개방된다. 다른 실시예에서, 밸브 부재(53)는 다수의 여기 처리[즉, 도파관 조립체(150)의 초음파 진동의 다수 펄스]가 발생하는 동안 개방 유지될 수 있다. 또한, 본원에 도시한 제어 시스템(2001)은, 도파관 조립체가 짧은 시간(t) 동안 간헐적으로 진동되는 도 11 및 도 12에 도시하고 전술한 바와 유사한 연속적 흐름 초음파 액체 전달 장치를 구비하는 다른 초음파 액체 전달 장치와 관련하여 사용하기에 적합하다.

본 실시예의 제어 시스템(2001)은 연료 인젝터(21)(넓게는, 액체 전달 장치)의 동작을 제어하도록 작동가능한 제어기(2005)를 포함하는 제어 회로(2003); 전원 공급원(도시하지 않음); 구동 신호 발생기(2007); 도파관 조립체(150), 보다 상세하게 제어 회로 내에 부하를 제공하는 여기 장치(145); 상 검출기(2009); 및 피크 검출기(2011)를 포함한다. 구동 신호 발생기(2007)는 전력을 수용하도록 전원 공급원과 전기적 연통하며, 전원 입력부로부터 도파관 조립체(145), 보다 상세하게 도파관 조립체의 여기 장치(145)로 전달되는 고주파수(예컨대, 초음파 주파수) 전기 신호를 발생시키도록 작동가능하다. 특정의 적절한 실시예에서, 구동 신호 발생기(2007)는 진동자, 보다 상세하게 가변 전압 제어 진동자 등의 가변 구동 신호 발생기이다. 그러나, 고주파수 전기 신호를 발생시키는데 다른 적절한 발생기가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.

구동 신호 발생기(2007)에 의해 발생되는 전기 구동 신호는 적절하게 초음파 주파수와 진폭을 갖는 파형(예컨대, 사인파)이다. 적절한 예에서, 구동 신호는 초음파 주파수 교류 전류 아날로그 사인파를 포함할 수 있다. 다른 적절한 예에서, 구동 신호는 도파관 조립체(145)의 도파관(121)이 의도된 운동까지 울리는 비율을 증가시키도록 디지털 단차형 사인파를 포함할 수 있다.

적절한 실시예에서, 상 검출기(2009)는 초음파 도파관 조립체(150), 보다 상세하게 여기 장치(145)와 연통하며 그에 전기적으로 접속되어, 제어 회로(2003) 내의 전류 및 전압과 관련된 상 상태 데이터를 검출하여 이와 같은 상 상태 검출 데이터를 나타내는 신호를 발생시킨다. 예를 들면, 적절한 실시예에서, 상 검출기(2009)는 콤퍼레이터(comparators) 또는 시미트 트리거(Schmit Trigger)(양자는 당업자에게 잘 공지되어 있음)를 구비하여, 임의의 시간 순간에 0(zero) 초과 또는 그 미만으로서의 전압 및 젼류의 상태(즉, 상 상태 데이터)를 결정하도록 적절한 신호가 공지된 방식으로 처리된 후에 제어 회로(2003) 내의 전압 및 전류가 콤퍼레이터 또는 시미트 트리거의 입력부로 지향된다. 후술하는 바와 같이 전압과 전류 간의 상 각도를 결정할 때에 후속적인 사용을 위해 상 상태 데이터를 검출하고 그를 나타내는 적절한 신호를 발생시키는데 다른 적절한 상 검출기가 사용될 수 있다. 특히 적절한 실시예에서, 상 검출기(2009)는 제어 신호(2003) 내의 전압 및 전류의 직각 위상 상태를 검출할 수 있다.

또한, 피크 검출기(2011)는 도파관 조립체(150), 보다 상세하게 여기 장치(145)와 연통하며, 보다 상세하게 그에 전기적으로 연결되어, 제어 회로(2003) 내의 전류 또는 전압에 대한 진폭 데이터를 검출하여 진폭 데이터를 나타내는 신호를 발생시킨다. 본원에서, 용어 "피크 검출기(peak detector)"는 제어 회로(2003) 내의 전류 또는 전압의 피크 전압을 결정하는데 사용되는 임의의 적절한 장치를 지칭한다.

제어기(2005)는, 이에 한정되지는 않지만, 제어 소프트웨어, 프로그램가능한 로직 제어기, 디지털 신호 프로세서 및/또는 신호를 수신하여 전송하며 데이터를 저장 및 처리할 수 있는 다른 적절한 장치를 실행하는 컴퓨터 등의 임의의 적절한 제어기를 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서, 제어기(2005)는, 특히, 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 밸브 니들(53)의 위치설정을 제어하도록 신호(도시하지 않음)를 솔레노이드(2004)(또는 다른 적절한 장치)에 송신할 수 있다. 또한, 제어기(2005)는 상 검출기(2009)(즉, 상 상태 데이터를 나타냄) 및 피크 검출기(2011)(즉, 회로 내의 전류의 진폭 데이터를 나타냄)로부터의 신호를 수신할 수 있고, 초음파 도파관 조립체(150)를 초음파 진동시키도록 여기 장치(145)를 작동시키기 위해 각종 작동 변수(예컨대, 이에 한정되지는 않지만, 구동 신호의 주파수 및 진폭)를 나타내는 신호를 구동 신호 발생기(2007)에 송신할 수 있다. 또한, 제어기(2005)는 연료 인젝터의 단일의 여기 처리를 형성하는 소정 시간(t) 등의 입력과, (예컨대, 진동하는 도파관 조립체로부터의) 부하 하에서 회로 내의 전압과 전류 간의 타깃 또는 소정의 상 각도를 수동으로 또는 전자적으로 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 소정의 상 각도는 도파관 조립체의 공명 주파수에 상응하거나 또는 대체로 근방에 있는 것이다. 그러나, 다른 실시예에서, 소정의 상 각도는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 도파관 조립체의 공명 주파수를 나타내는 이외의 것일 수 있다.

연료 인젝터(21)의 여기 모드 시에, 예컨대 연료를 연소실로 전달하도록 여기 처리가 발생할 때, 제어기(2005)는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 밸브 니들(53)을 재위치시키도록 솔레노이드(2004)에 신호를 보낸다. 또한, 제어기(2005)는 여기 장치(145)를 여기 주파수와 진폭으로 구동하는 초음파 주파수 구동신호를 발생시키도록 구동 신호 발생기에 신호를 보내어, 연료가 하우징으로부터 배출되기 전에 초음파 도파관(121)을 교대로 여기시킨다.

일 실시예에서, 제어기(2005)는 전술한 바와 같이 신호를 솔레노이드(2004)에 송신하는 동시간에 또는 그 바로 후에 신호를 구동 신호 발생기(2007)에 송신한다. 변형적으로, 제어기(2005)는 신호를 솔레노이드(2004)에 송신하기 바로 전에 신호를 구동 신호 발생기(2007)에 송신할 수 있다. 예를 들면, 연료를 연소실에 분사하는 것이 필요하다고 제어 시스템(2001)이 결정하면, 제어 시스템은 접점 링(165)과, 접점 링을 압전 링에 전기적으로 연결하는 적절한 배선(183)을 거쳐, 구동 신호를 여기 장치(145), 즉 도시한 실시예에서의 압전 링(147)에 전달하도록 구동 신호 발생기(2007)를 지향시킴으로써 고압 챔버(55) 내의 액체를 초음파 처리를 시작한다. 압전 링(147)은 구동 신호의 초음파 주파수로 팽창 및 수축[특히, 연료 인젝터(21)의 종방향]하도록 야기된다.

링(147)의 팽창 및 수축은 상술한 바와 같이 (예컨대, 압전 링을 팽창 및 수축시키는 대체로 동일한 주파수로) 도파관(121)의 상부 세그먼트를 초음파 신장 및 수축시킨다. 특히, 이러한 방식에서, 도파관(121)의 상부 세그먼트(131)의 신장 및 수축은 도파관의 하부 세그먼트(133)를 따라 도파관을 여기시켜서, 특히 말단부(123)에 있는 하부 세그먼트의 팽창부(195)에서 하부 세그먼트를 따라 도파관을 초음파 진동시킨다.

구동 신호를 여기 장치(145)에 전달하도록 구동 신호 발생기(2007)를 지향시킨 바로 후[즉, 고압 챔버(55) 내의 연료에 대한 초음파 처리를 개시한 후]에, 솔레노이드(2004)는 밸브 니들(53)를 개방 위치를 향해 재위치시키도록 제어 시스템(2001)에 의해 전류 공급된다. 특히, 전술한 바와 같이, 핀 홀더 보어(97)는 핀 홀더로부터 본체(25)의 상단부(37)에 있는 연료 회수 채널(71)로 고압 연료를 저압 연료로서 흘리도록 개방되어, 핀 홀더 내의 핀(93) 뒤(즉, 위)의 연료압을 감소시킨다. 따라서, 고압 챔버(55) 내의 고압 연료는 스프링(111)의 바이어스에 대한 밸브 니들(53)을 밸브 니들의 개방 위치로 가압할 수 있다.

밸브 니들(53)을 개방 위치를 향해 재위치시키기 바로 전에 고압 챔버(55) 내의 연료를 초음파 처리하면, 밸브 니들의 보다 급속한 운동을 개방 위치로 용이하게 한다. 일례로서, 적절한 실시예에서, 구동 신호 발생기(2007)는, 밸브 니들(53)을 개방 위치를 향해 재위치시키도록 제어 시스템(2001)이 솔레노이드 밸브에 전류 공급하기 전에, 구동 신호를 여기 장치(145)에 약 0.1 msec 내지 약 5 msec, 보다 적절하게 약 1 msec 내지 약 5 msec 범위로 전달 개시한다.

연료 인젝터(21)로부터 연료가 분사되면, 밸브 니들(53)의 폐쇄가 허용되어, 제어기(2005)는 여기 장치(145)의 구동을 정지시키도록 신호를 구동 신호 발생기(2007)에 송신함으로써, 초음파 도파관(121)의 활성적 구동을 중지한다. 특히 적절한 실시예에서, 엔진 사이클은 밸브 니들(53)을 반복적으로 개폐하는 동안에 일련의 여기 또는 분사 경우-[예컨대, 소정의 시간(t)] 짧은 펄스를 포함하며, 초음파 여기 장치(145)[및 이에 다른 도파관 조립체(150)]가 구동된 후, 밸브 니들의 가방 및 후속적인 폐쇄에서 구동 신호 발생기(2007) [즉, 구동 신호는 온/오프됨]에 의해 구동이 자유로워진다. 그 다음, 밸브 니들(53)은 엔진 사이클이 시작되기 전에 엔진 사이클의 나머지 등의 비교적 긴 시간 동안 폐쇄 유지된다[그리고 여기 장치(145)는 구동 신호 발생기(2007)에 의해 여기되지 않은 채 유지됨].

제어기(2005)는 액체 전달 장치[예컨대, 도시한 실시예에서의 연료 인젝터(21)]가 여기 모드에서 작동하는 동안의 소정의 시간(t)에 걸쳐 다수의 경우로 적절하게 작동가능하므로, 각각의 경우에 (즉, 회로 내의 전압 및 전류의 )상 상태 데이터를 나타내는 상 검출기(2009)로부터 수신된 신호를 저장한다. 본원에서, 제어기(2005)의 동작과 관련하여 사용된 용어 "인스턴스(instance)"는 총 소정 시간(t) 동안의 시간에서의 순간 또는 특정점을 지칭한다. 특히 적절한 실시예에서, 제어기(2005)가 상 검출기(2009)로부터 상 상태 데이터를 수신하여 저장하는 각각의 인스턴스는, 상 상대 데이터(및 보다 적절하게, 직각 위상 데이터)가 도파관 조립체(150)의 각각의 진동 사이클에서 제어기에 의해 저장되도록 구동 신호의 초음파 주파수의 하나의 사이클에 대응한다. 그러나, 인스턴스는 임의의 시간 증분에 있을 수 있고, 인스턴스는 소정 시간(t)의 기간에 걸쳐 균일할 수 있거나 또는 소정 시간(t)의 시간에 걸쳐 불균일하게 구획될 수 있다.

제어기(2005)가 상 데이터를 수신하여 저장하는 인스턴스는 제어기 내에 사전 프로그램될 수 있으며, 제어기는 데이터 수신 및 저장 스케줄의 타이밍을 제어하는 내부 타이머를 갖는다. 예를 들면, 제어기는, 일 실시예에서, 인스턴스 간의 타이밍이 사전결정된 이론적 연산의 대략 하나의 사이클에 상응하거나 또는 도파관 조립체(150)의 공명 주파수가 해야 하는 다른 결정에 상응한다. 다른 실시예에서, 제어기(2005)는 각각의 주파수의 사이클에 대해 발생기로부터 신호를 수신한 다음, 상 상대 데이터가 제어기에 의해 수신되어 저장되도록 하는 인스턴스로서 사이클을 마크하도록 상기 신호를 사용하도록 구동 신호 발생기(2007)와 연통할 수 있다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서, 제어기(2005)가 상 상태 데이터를 수신하여 저장하는 인스턴스를 결정하여 제어하는데 다른 적절한 방법이 사용될 수 있다.

[예컨대, 액체 전달 장치(21)가 여기 모드에 있는 소정 시간(t)의 말기에] 구동 신호 발생기(2007)로부터의 구동 신호가 오프되면, 도시한 실시예에서의 초음파 도파관(121), 보다 상세하게 도파관 조립체(150)는 전달 장치의 아이들 모드로서 본원에 지칭된 것으로 전이한다. 아이들 모드에서, 도파관 조립체(150)는 구동 신호 발생기(2007)에 의해 구동되지 않는다. 일단 아이들 모드에서는, 제어기(2005)는, 상 상태 데이터가 제어기에 의해 저장된 각각의 인스턴스에 대해, 상 검출기(2009)로부터 수신된 상 상태 데이터에 근거된 전압과 전류 간의 상 각도를 결정하도록 더욱 작동가능하다. 변형례에서, 상 검출기(2009) 자체는 도파관 조립체(150)가 진동되는 동안 다수의 인스턴스에 상 상태 데이터를 저장한 다음, 소정 시간(t) 동안에 데이터가 검출된 모든 인스턴스에 대해 저장된 상 상태 데이터를 나타내는 제어기(2005)에 신호를 송신할 수 있다.

또한, 제어기(2005)는, 상 상태 데이터가 수신된 각각의 인스턴스에 대해, 타깃 또는 소정의 상 각도와 결정된 상 각도 사이의 차로 지칭되는 위상차(또는 통상적으로 "상 에러"로도 부름)를 결정하도록 작동가능하다. 일례로서, 상 검출기(2009)가 콤퍼레이터(comparators) 또는 시미트 트리거(Schmit Trigger)인 경우에, 제어기는 전압 및 전류 파형의 함수로서 컴포지트 파형 하에서 결과적인 영역을 통합함으로써 전압과 전류 사이의 상 각도를 결정하도록 배타적 OR 함수(종종, XOR 함수로도 부름) 또는 다른 적절한 알고리즘을 수행하는 능력을 가질 것이다.

결정된 위상차 데이터 세트[즉, 소정 시간(t)에 걸쳐 각각의 인스턴스에 결정된 위상차]에 근거하여, 제어기(2005)는 구동 신호 제어 스케줄(예컨대, 도파관 조립체의 진동을 개시한 후의 경과 시간의 함수 등의 인스턴스의 함수 또는 이러한 진동 개시에 따르는 경과 사이클의 개수의 함수)을 결정하도록 소정 시간(t)의 기간에 걸쳐 각각의 인스턴스를 위해 더욱 작동가능하여, 다음의 여기 처리의 소정 시간(t)의 기간에 걸쳐 각각의 인스턴스에 구동 신호를 제어하기 위해 구동 신호 발생기(2007)로 보내진다. 특히, 제어기(2005)는 진동하는 도파관 조립체(150)의 부하 하에서 제어 회로(2003)의 결정된 상 각도를 타깃 또는 소정의 상 각도 근방으로 이동시키도록, 필요하다면 구동 신호의 주파수를 조절하는 각각의 인스턴스에서 적절한 알고리즘 또는 다른 소프트웨어 혹은 펌웨어를 거쳐 결정한다. 주파수의 큰 변화 또는 단체를 위한 조절용 포텐셜을 감소시키기 위해, 다수의 여기 처리를 걸쳐 점차적으로 또는 증분적으로 조절하는 것이 적절하다. 예를 들면, 일 실시예에서의 주파수 조절은 하나의 여기 처리로부터 다음의 경우로 약 2 내지 약 5 Hz가 적절하다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 이러한 범위 이외로 조절될 수 있다.

특히, 도 14를 참조하면, 초음파 진동의 짧은 펄스를 갖는 액체 전달 장치의 동작을 제어하기 위한 적절한 방법의 일 실시예에서, 액체 전달 장치[예컨대, 연료 인젝터(21)]가 여기 모드(3003)(초음파 연료 인젝터가 최초 여기되도록 엔진이 시동되는 경우)에서 작동되는 제 1 시간(3001)에, 제어기(2005)는 참조번호 3005에서 구동 신호 제어 스케줄을 구동 신호 발생기(2007)에 송신하며, 초음파 주파수와 진폭은 전달 장치가 여기 모드에 있는 동안의 소정 시간(t)에 걸쳐 모든 인스턴스 동안에 일정하게 유지된다. 일 실시예에서의 일정한 신호는 도파관 조립체(150)의 공명에서의 사전결정된 이론적 또는 기대되는 주파수/진폭을 나타내거나 또는 대체로 그에 근접한다. 예를 들면, 제어 시스템이 일련의 공명에서 작동되고 있는 경우, 최초의 일정한 주파수는 제어 시스템이 다수의 여기 처리에 걸쳐 공명 주파수까지 전개하도록 기대된 공명 주파수보다 약간 아래로 적절하게 설정(예컨대, 사전 프로그램)된다. 그러나, 제어 시스템이 평행한 공명에서 작동되고 있는 경우, 초기의 일정한 주파수는 제어 시스템이 다수의 여기 처리에 걸쳐 공명 주파수 아래로 전개하도록 기대된 공명 주파수보다 약간 높게 적절하게 설정된다.

구동 신호 발생기(2007)는, 구동 신호 제어 스케줄에 따라 여기 장치(145)[넓게는, 도파관 조립체(150)]로 대응하는 구동 신호를 발생시켜 송신하여, [예컨대, 밸브 부재(53)가 개방 위치에 있는 동안] 액체(예컨대, 연료)가 전달 장치로부터 배출됨에 따라 도파관 조립체를 초음파 진동시킨다.

각종 인스턴스(예컨대, 적절한 실시예)에서, 여기 모드에서 전달 장치의 동작에 대한 소정 시간(t)의 기간에 걸쳐 구동 신호의 각각의 진동 사이클에 대해, 상 검출기(2009)는 참조번호 3007에서 여기 장치(145)[즉, 도파관 조립체(150)]로부터 상 상태 데이터(즉 부하 하에서 전압 및 전류)를 검출하여, 상 상태 데이터를 나타내는 신호를 제어기(2005)에 송신한다. 제어기(2005)는 이러한 상 상태 데이터를 수신하여 저장한다. 부하 하에서의 전류와 관련된 진폭 데이터는 각각의 간격에서 피크 검출기(2011)에 의해 참조번호 3007에서 검출되고, 진폭 데이터를 나타내는 신호는 제어기가 이러한 진폭 데이터를 수신하여 저장한 상태에서 제어기(2005)로 송신된다.

소정 시간(t)의 말기에, 구동 신호는 여기 장치(145)를 더 이상 구동시키지 않고, 액체 전달 장치(21)는 아이들 모드로 전이한다. 이러한 아이들 모드에서, 구동 신호 제어 스케줄이 다음의 여기 처리의 전체 소정 시간(t) 동안에 충분히 결정되었는지의 여부를 제어기(2005)가 참조번호 3009에서 결정한다. 그렇지 않으면, 제어기는 제어기가 상 상태 데이터와 진폭 데이터를 저장한 인스턴스의 함수로서 이러한 구동 신호 제어 스케줄을 결정하도록 처리한다. 특히, 제어기(2005)는 상 상태 데이터가 가장 최근의 여기 처리의 제 1 인스턴스에 대해 저장된 상태로 참조번호 3011에서 개시한다. 제어기(2005)는 저장된 상 상태 데이터에 근거하여 제 1 인스턴스에서 전압과 전류 간의 상 각도를 결정하고, 타깃 또는 소정의 상 각도와 그러한 인스턴스에 대해 결정된 상 각도 사이의 위상차를 참조번호 3013에서 더욱 결정한다. 또한, 제어기(2005)는 그러한 인스턴스에 대한 진폭 데이터를 타깃 또는 소정의 진폭과 참조번호 3013에서 비교하여, 상기 위상차가 소정의 공차보다 큰지의 여부를 결정한다.

그 다음, 제어기(2005)는 소정의 상 각도에 보다 근접한 다음의 여기 처리 동안의 그러한 인스턴스에서 부하 하에서 상 각도를 이동시키도록 특정의 인스턴스에 대한 구동 신호 주파수를 적절한 증분적 조절로 (필요하다면) 참조번호 3015에서 결정한다. 또한, 제어기(2005)는 그러한 인스턴스에 대해 새로운 구동 신호 주파수를 결정하여, 구동 신호 제어 스케줄에서의 새로운 주파수를 참조번호 3017에서 저장한다. 도시한 실시예에서, 제어기(2005)는 (결정된 진폭 위상차가 소정의 공차를 초과하는 경우) 소정의 진폭에 보다 근접한 그러한 인스턴스에서 부하 하에서 진폭을 이동시키도록 구동 신호 진폭으로 적절하게 진폭 조절을 참조번호 3015에서 결정한다. 그 다음, 제어기(2005)는 그러한 인스턴스에 대해 새로운 구동 신호 진폭을 결정하여, 구동 신호 제어 스케줄에서 새로운 진폭을 참조번호 3017에서 저장한다.

그 다음, 제어기(2005)는 상 상태 데이터가 저장된 다음의 인스턴스(예컨대, 다음의 진동 사이클)로 참조번호 3019에서 증분하고, 다음의 여기 처리에 대한 소정 시간(t)의 기간에 걸쳐 각각의 인스턴스에서 새로운 구동 신호를 형성하는 구동 신호 제어 스케줄을 결정하도록 요구된 단계(3013, 3015, 3017, 3019)를 반복한다.

다음의 여기 처리, 즉 액체 전달 장치(21)가 여기 모드에서 다음으로 작동되는 경우, 구동 신호 제어 스케줄[예컨대, 소정 시간(t)에 걸쳐 각각의 인스턴스에서의 구동 신호 주파수와 진폭을 형성함]은 구동 신호 발생기의 동작을 제어하도록 구동 신호 발생기(2007)로 참조번호 3021에서 전달되어, 구동 신호 제어 스케줄에 따라 여기 장치(145)를 구동시킨다. 이러한 다음의 여기 처리를 통해, 소정 시간(t) 내의 각각의 인스턴스에서, 상 상태 데이터와 진폭 데이터가 참조번호 3007에서 제어기(2005)에 의해 검출, 전달, 수신 및 저장된다. 이러한 다음의 여기 처리의 소정 시간(t)의 말기에, 액체 전달 장치[예컨대, 연료 인젝터(21)]는 아이들 모드에 다시 도입되어, 제어기(2005)는 다음의 여기 처리에 대한 새로운 구동 신호 제어 스케줄을 결정하도록 보다 최근의 상 상태 데이터와 진폭 데이터를 사용한다.

이러한 공정이 다수의 여기 처리를 통해 반복됨에 따라, 구동 신호 제어 스케줄은 여기 모드, 즉 도파관 조립체(150)의 여기 개시로부터 전달 장치가 아이들 모드로 전이하고 도파관 조립체가 더 이상 여기되지 않는 소정 시간(t)의 말기로의 기간에 걸쳐 소정의 상 각도와 진폭을 제공하는 안정된 상 스케줄을 향해 컨버전스한다. 예를 들면, 일 실시예에서의 구동 신호 제어 스케줄은 전달 장치(21)의 여기 모드의 기간에 걸쳐 공명에서 또는 그에 근접한 도파관 조립체(150)의 동작을 유지하는 스케줄로 컨버전스할 수 있다. 이에 따라, 안정된 상 구동 신호 제어 스케줄은 여기 모드에서의 작동의 소정 시간(t) 내의 인스턴스들, 보다 적절하게 진동 사이클의 함수이다. 연료 인젝터(21)가 일반적으로 수초의 엔진 작동하는 약 수백 회의 여기 처리 미만으로 컨버전스가 기대된다.

본 발명 또는 그 바람직한 실시예의 요소에서는 하나 이상의 요소를 지칭하는 것으로 의도된다. "포함하다", "구비하다" 및 "갖다"는 나열된 요소 이외에 추가적인 요소가 있을 수 있음을 포함하는 것으로 의도된다.

본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 상기한 구성 및 방법에 각종 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 상기한 설명 및 도면에 포함된 모든 구성은 예시적인 것으로 해석되며, 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

Claims (18)

1. 초음파 액체 전달 장치에 있어서,
   내부 챔버, 상기 내부 챔버 내에 액체를 수용하도록 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 입구 및 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 배출 포트를 갖는 하우징으로서, 상기 내부 챔버 내의 액체는 상기 하나 이상의 배출 포트에서 상기 하우징으로부터 배출되는, 상기 하우징;
   상기 하우징과 분리되며, 상기 액체가 상기 하나 이상의 배출 포트를 통해 상기 하우징으로부터 배출되기 전에 상기 내부 챔버 내의 액체를 초음파 처리하도록 상기 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치되는 초음파 도파관 조립체; 및
   상기 초음파 도파관 조립체가 초음파 진동하도록 여기되는 동안의 여기 모드(excitation mode)와 상기 초음파 도파관 조립체가 실질적으로 여기되지 않는 아이들 모드(idle mode) 사이에서 상기 액체 전달 장치의 작동을 제어하는 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은 상기 도파관 조립체의 다중 진동 사이클을 포함하는 소정 시간 동안에 상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 초음파 도파관 조립체를 여기하도록 작동가능한, 상기 제어 시스템;을 포함하며,
   상기 제어 시스템은,
   상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 도파관 조립체를 여기하도록 상기 도파관 조립체로의 전달을 위해 초음파 주파수를 갖는 전기 구동 신호를 발생시키도록 작동가능한 구동 신호 발생기;
   상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 도파관 조립체의 작동 동안에 상기 도파관 조립체의 상 상태 데이터(phase state data)를 검출하고, 상기 상 상태 데이터를 나타내는 신호를 발생시키도록, 상기 도파관 조립체와 연통하는 상 검출기(phase detector); 및
   상기 액체 전달 장치가 상기 여기 모드에서 작동하는 동안의 상기 소정 시간에 걸친 다중의 경우에 상기 상 검출기로부터의 상 상태 데이터를 수신하고, 적어도 상기 상 상태 데이터에 근거하여 구동 신호 제어 스케줄을 발생시키며, 상기 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 여기 모드에서 상기 초음파 액체 전달 장치의 후속적인 작동을 위한 구동 신호를 발생시키기 위해 상기 구동 신호 발생기의 작동을 제어하도록 작동가능한 제어기를 포함하며,
   상기 구동 신호 제어 스케줄은 상기 여기 모드의 소정 시간에 걸친 각각의 경우를 위한 하나 이상의 구동 신호 주파수를 구비하는 초음파 액체 전달 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는, 상기 여기 모드에서 상기 액체 전달 장치의 소정의 작동 시간 내의 각각의 경우에 대해, 상기 제어 시스템 내의 전류와 전압의 상 각도를 결정하도록 작동가능하며,
   상기 구동 신호 제어 스케줄은 상기 소정 시간 내의 각각의 경우에 적어도 상기 상 각도에 근거하여 상기 제어기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어기는, 상기 여기 모드에서 상기 액체 전달 장치의 소정의 작동 시간 내의 각각의 경우에 대해, 소정의 상 각도와 결정된 상 각도 사이의 위상차를 결정하도록 작동가능하며,
   상기 구동 신호 제어 스케줄은 상기 소정 시간 내의 각각의 경우에 적어도 상기 위상차에 근거하여 상기 제어기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 여기 모드에서 적어도 상기 액체 전달 장치의 다음 작동을 위한 구동 신호 제어 스케줄을 발생시키도록 상기 전달 장치의 아이들 모드에서 작동가능한 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구동 신호는 진폭을 더 구비하고,
   상기 제어 시스템은 상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 상기 도파관 조립체의 작동 동안에 상기 도파관 조립체의 진폭 데이터를 검출하고, 상기 소정 시간에 걸쳐 각각의 경우에 대해 상기 진폭 데이터를 나타내는 상기 제어기에 신호를 송신하도록 상기 도파관 조립체와 연통하는 피크 검출기(peak detector)를 더 포함하며,
   상기 제어기는 상기 진폭 데이터에 근거하여 상기 구동 신호 제어 스케줄을 발생시키도록 작동가능하며, 상기 구동 신호 제어 스케줄은 상기 액체 전달 장치의 여기 모드의 상기 소정 시간에 걸친 각각의 경우에 대해 구동 신호 진폭을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 소정 시간에 걸친 각각의 경우에 대해 소정의 진폭과 결정된 진폭 사이의 차를 결정하도록 작동가능하며,
   상기 제어기는 상기 진폭 차에 근거하여 상기 구동 신호 제어 스케줄을 발생시키도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 여기 모드의 소정 시간에 걸친 각각의 진동 사이클을 위한 하나 이상의 구동 신호 주파수를 구비하기 위해 상기 구동 신호 제어 스케줄을 결정하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 내부 챔버가 상기 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 상기 하우징으로부터의 배출이 방해되는 폐쇄 위치와 상기 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 상기 하우징으로부터 액체가 배출되는 개방 위치 사이에서 상기 하우징에 대해 이동가능한 밸브 부재를 더 포함하며,
   상기 밸브 부재의 개방 위치에서, 상기 제어 시스템은 상기 액체 전달 장치의 여기 모드에서 작동하고,
   상기 밸브 부재의 폐쇄 위치에서 상기 제어 시스템은 상기 액체 전달 장치의 아이들 모드에서 작동하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어 시스템은 상기 개방 위치와 상기 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 부재의 운동을 제어하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 초음파 도파관 조립체는 상기 밸브 부재와 분리되며 상기 밸브 부재에 대해 이동가능한 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호 발생기에 의해 발생된 전기 구동 신호는 아날로그 사인파를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치.
    
12. 초음파 액체 전달 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 초음파 액체 전달 장치는, 내부 챔버, 상기 내부 챔버 내에 액체를 수용하도록 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 입구 및 상기 내부 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 배출 포트를 갖는 하우징으로서, 상기 내부 챔버 내의 액체는 상기 하나 이상의 배출 포트에서 상기 하우징으로부터 배출되는, 상기 하우징; 및 상기 하우징과 분리되며, 상기 액체가 상기 하나 이상의 배출 포트를 통해 상기 하우징으로부터 배출되기 전에 상기 내부 챔버 내의 액체를 초음파 처리하도록 상기 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치되는 초음파 도파관 조립체;를 포함하며,
    a) 소정 시간 동안 지속하는 여기 처리를 형성하도록 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따른 제 1 구동 신호를 상기 초음파 도파관 조립체에 전달하는 단계로서, 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄은 상기 소정 시간에 걸쳐 복수의 경우에 하나 이상의 제 1 구동 신호 주파수를 형성하며, 상기 제 1 구동 신호 주파수는 초음파 주파수이며, 상기 초음파 도파관 조립체는 상기 소정 시간 동안 초음파 진동하도록 상기 제 1 구동 신호에 응답하는, 상기 제 1 구동 신호 전달 단계;
    b) 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄의 각각의 경우에, 상기 소정 시간 동안 상기 도파관 조립체의 초음파 진동 동안에 상기 도파관 조립체 내의 전류 및 전압과 관련한 상 각도를 결정하는 단계;
    c) 상기 소정 시간의 말기에 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따른 상기 제 1 구동 신호를 상기 도파관 조립체로 전달하는 것을 중지하는 단계;
    d) 상기 제 1 구동 신호의 상 각도가 결정된 각각의 경우에 대해 제 2 초음파 구동 신호 주파수를 포함하는 제 2 구동 신호 제어 스케줄을 결정하는 단계로서, 상기 각각의 경우에서의 상기 제 2 구동 신호 주파수는 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 도파관 조립체의 초음파 진동 동안의 각각의 경우에 결정되는 상기 각 각도에 적어도 부분적으로 근거하는, 상기 제 2 구동 신호 제어 스케줄 결정 단계; 및
    e) 상기 소정 시간 동안에 상기 제 2 구동 신호 스케줄에 따른 제 2 구동 신호를 상기 초음파 도파관 조립체에 전달하는 단계로서, 상기 초음파 도파관 조립체는 상기 소정 시간 동안에 초음파 진동하도록 상기 구동 신호에 응답하는, 상기 제 2 구동 신호 전달 단계;를 포함하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제 2 구동 신호 제어 스케줄을 결정하는 단계는, 상기 제 1 구동 신호의 상 각도가 결정된 각각의 경우에 대해, 소정의 상 각도와 결정된 상 각도 사이의 위상차를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 각각의 경우에서의 상기 제 2 구동 신호 주파수는 상기 소정 시간의 각각의 경우에 결정된 상기 위상차에 적어도 부분적으로 근거하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 소정 시간에 걸친 상기 각각의 경우는 하나의 진동 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.
    
15. 제12항에 있어서,
    단계 a) 내지 f)를 반복하는 단계를 더 포함하며,
    단계 f)의 상기 제 2 구동 신호 제어 스케줄은 단계 a) 내지 f)의 각각의 연속적인 반복을 위해 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.
    
16. 제12항에 있어서,
    상기 제 1 구동 신호는 제 1 구동 신호 진폭을 더 구비하며,
    상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄의 각각의 경우에, 상기 소정 시간 동안에 상기 도파관 조립체 내의 전류의 진폭을 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 2 구동 신호 제어 스케줄을 결정하는 단계는, 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 도파관 조립체의 여기 동안에 상기 진폭이 결정된 각각의 경우에 대해 제 2 초음파 구동 신호 진폭을 포함하는 제 2 구동 신호 제어 스케줄을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 각각의 경우에서의 상기 제 2 구동 신호 진폭은 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 도파관 조립체의 초음파 진동 동안의 각각의 경우에 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 제 2 구동 신호 제어 스케줄을 결정하는 단계는, 상기 소정 시간의 각각의 경우에 대해, 소정 진폭과 상기 경우에 대해 결정된 진폭 사이의 차를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 각각의 경우에서의 상기 제 2 구동 신호 진폭은 상기 제 1 구동 신호 제어 스케줄에 따라 상기 도파관 조립체의 초음파 진동 동안의 각각의 경우에 대해 결정된 상기 진폭차에 적어도 부분적으로 근거하는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.
    
18. 제12항에 있어서,
    상기 초음파 액체 전달 장치는, 상기 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 상기 하우징으로부터 상기 내부 챔버 내의 액체의 배출이 방해되는 폐쇄 위치와 상기 하나 이상의 배출 포트를 거쳐 상기 하우징으로부터 액체가 배출되는 개방 위치 사이에서 상기 하우징에 대해 이동가능한 밸브 부재를 더 포함하며,
    상기 하우징으로부터 액체의 배출을 허용하는 상기 개방 위치에 상기 밸브 부재를 배치하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 구동 신호는 상기 개방 위치에서 상기 밸브 부재를 갖는 상기 초음파 도파관 조립체에 전달되는 것을 특징으로 하는 초음파 액체 전달 장치의 제어 방법.

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