KR20120058573A - Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다양한 유형의 연료의 효율적인 분사, 점화, 및 완전 연소를 제공하기 위한 일체식 인젝터/점화기에 관한 것이다. 이러한 인젝터/점화기의 일 예시는 노즐부 반대측 기저부를 가지는 몸체, 및 기저부에서 노즐부로 연장되는 연료 경로를 포함한다. 힘 발생기 및 제1 밸브는 기저부에서 지지된다. 제1 밸브는 힘 발생기 동작에 응답하여 폐쇄 위치 및 개방 위치 사이에서 이동된다. 또한 인젝터/점화기는 노즐부에 제2 밸브를 포함하며 이는 연료 경로 내 압력에 응답하여 폐쇄 위치 및 개방 위치 사이에서 변형될 수 있다.The present invention relates to an integrated injector / igniter for providing efficient injection, ignition, and complete combustion of various types of fuel. One example of such an injector / igniter includes a body having a base opposite the nozzle portion, and a fuel path extending from the base to the nozzle portion. The force generator and the first valve are supported at the base. The first valve is moved between the closed position and the open position in response to the force generator operation. The injector / igniter also includes a second valve in the nozzle portion, which can be deformed between the closed and open positions in response to the pressure in the fuel path.
Description
하기 개시는 포괄적으로 다양한 연료 보관, 분사 및 점화를 위한 일체식 연료 인젝터 및 점화기 및 연관 부품들에 관한 것이다.The following disclosure generally relates to integral fuel injectors and igniters and associated components for various fuel storage, injection and ignition.
관련 출원(들)의 상호 참조Cross Reference of Related Application (s)
본 출원은, 2009.8.27자 출원된 발명의 명칭이 산소화 연료 생산인 미국가출원번호 61/237,425; 2009.8.27자 출원된 발명의 명칭이 다중연료 다중분출인 미국가출원번호 61/237,466; 2009.8.27자 출원된 발명의 명칭이 전 영역의 에너지인 미국가출원번호 61/237,479; 2009.10.19자 출원된 발명의 명칭이 다중연료 보관, 계량 및 점화시스템인 미국특허출원번호 12/581,825; 2009.12.7자 출원된 발명의 명칭이 일체식 연료 인젝터 및 점화기 및 연관된 이용 및 제조 방법인 미국특허출원번호 12/653,085; 2009.12.7자 출원된 발명의 명칭이 일체식 연료 인젝터 및 점화기 및 연관된 이용 및 제조 방법인 국제특허출원번호 PCT/US09/67044; 2010.2.13자 출원된 발명의 명칭이 전 영역의 에너지 및 자원 자립인 미국가출원번호 61/304,403; 및 2010.3.9자 출원된 발명의 명칭이 예를들면 연료 인젝터 이용을 위한 고전압 RF 차폐 제공 시스템 및 방법인 미국가출원번호 61/312,100에 대한 우선권 및 이익을 주장한다. 이들 각각의 출원은 참조로 전체가 본원에 포함된다.The present application discloses an application filed on August 27, 2009, entitled Provisional Application No. 61 / 237,425, entitled Oxygenated Fuel Production; US Provisional Application No. 61 / 237,466, entitled Multi-Fuel Multiple Injection, filed August 27, 2009; US Provisional Application No. 61 / 237,479, filed August 27, 2009, entitled Energy of All Areas; US Patent Application No. 12 / 581,825, filed Oct. 19, 2009, entitled Multi-Fuel Storage, Metering, and Ignition System; US patent application Ser. No. 12 / 653,085, entitled Integral Fuel Injector and Igniter, and Associated Use and Manufacturing Methods, filed January 1, 2009; International Patent Application No. PCT / US09 / 67044, entitled Integral Fuel Injectors and Igniters and Associated Use and Manufacturing Methods, filed January 1, 2009; US Provisional Application No. 61 / 304,403, filed on Oct. 3, 2010, entitled Energy and Resource Independence, in its entirety; And US Patent Application No. 61 / 312,100, entitled, for example, a system and method for providing high voltage RF shielding for the use of fuel injectors. Each of these applications is incorporated herein in their entirety by reference.
재생 자원들은 전기, 수소, 연료 알코올, 및 메탄과 같은 다양한 형태의 필요 대체 에너지 생산에 불규칙적이다. 태양에너지는 낮에만 가능하고, 낮 시간 집중은 계절 및 날씨 조건에 따라 달라진다. 대부분 지역에서, 풍력에너지는 단속적이고 세기는 크게 가변적이다. 낙수 자원은 계절에 따라 변동되고 장기간 가뭄에 영향을 받는다. 지구 대륙 대부분에서, 바이오매스는 계절에 따라 변화되고 가뭄에 시달린다. 세계적으로 수력발전시절, 풍력발전지역, 바이오매스 변환 및 집열기를 통해 공급될 수 있는 상당한 에너지는 필요할 때까지 운동에너지, 연료, 및/또는 전기를 절약할 수 있는 실질적인 방법이 부재하므로 낭비되고 있다.Renewable resources are irregular for the production of various forms of alternative energy required, such as electricity, hydrogen, fuel alcohols, and methane. Solar energy is available only during the day, and daytime concentration depends on seasonal and weather conditions. In most regions, wind energy is intermittent and the intensity varies greatly. Fallwater resources fluctuate seasonally and are subject to long-term droughts. On most of the continents, biomass changes seasonally and suffers from drought. Significant energy that can be supplied through hydropower, wind farms, biomass conversion and collectors in the world is wasted because there is no practical way to save kinetic energy, fuel, and / or electricity until needed.
세계 인구 및 에너지에 대한 요구는 생산 가능한 오일 이상을 요구하는 수준에 이르렀다. 인구 증가 및 에너지-집약적 상품 및 서비스에 대한 요청은 가속되지만 장래 생산속도는 감소될 것이다. 이는 화석연료고갈 속도를 계속 가속시킬 것이다. 도시들은 화석연료사용으로 인한 스모그 피해를 겪고 있다. 열가소성 및 열경화성 중합체로 대부분 제조되는 포장, 섬유, 카펫, 페인트, 및 용기 분야에 에탄, 프로판, 및 부탄과 같은 비-연료용 천연가스액을 포함한 천연가스 사용이 기하급수적으로 증가하고 있다.World population and energy demands have reached levels that demand more than oils that can be produced. Population growth and requests for energy-intensive goods and services will accelerate, but future production speeds will decrease. This will continue to accelerate fossil fuel depletion rates. Cities are suffering smog damage from fossil fuel use. The use of natural gas, including non-fuel natural gas liquors such as ethane, propane, and butane, is growing exponentially in the field of packaging, textiles, carpets, paints, and containers mostly made of thermoplastic and thermoset polymers.
석탄은 수소 대 탄소 비율이 상대적으로 낮다. 오일은 더 높은 수소 대 탄소 비율을 가지고 천연가스는 화석 탄화수소들에서 최고의 수소 대 탄소 비율을 가진다. 대표적인 수단으로 오일을 사용하면, 화석 탄화수소의 현재 지구 규모 연소속도는 매일 2억 배럴 오일을 초과한다.Coal has a relatively low hydrogen-to-carbon ratio. Oil has a higher hydrogen to carbon ratio and natural gas has the highest hydrogen to carbon ratio in fossil hydrocarbons. Using oil as a representative means, the current global scale burning rate of fossil hydrocarbons exceeds 200 million barrels of oil per day.
세계적으로 오일 생산은 늘어나는 요구에 맞추어 계속 증가하였지만 오일 발견 속도는 생산속도에 부합되지 못하고 있다. 오일 생산은 최고점에 도달하였고 알려진 거의 모든 유전에서 오일 생산 속도는 점차로 감소하고 있다. 생산이 최고점을 지난 후, 세계 경제는 모든 에너지-집약적 및 석유화학-기반 생산품의 인플레이션을 경험한다. 남은 화석연료자원에 대한 충돌 및 파괴기계 활용을 위한 오일 이용으로 세계 1차, 2차 및 이후 모든 전쟁이 야기되었다. 매일 2억 배럴의 오일에 상당하는 화석연료를 대체하려면 재생 에너지 생산, 분배, 보관 및 활용에 대한 거의 모든 실제적 접근법이 개발되어야 한다.Globally, oil production has increased in line with growing demand, but oil discovery rates are not keeping pace with production rates. Oil production has reached its peak and oil production rates are gradually decreasing in nearly all known oil fields. After production peaks, the world economy experiences inflation in all energy-intensive and petrochemical-based products. The impact on the remaining fossil fuel resources and the use of oil to utilize destructive machinery led to the first, second and all subsequent wars in the world. To replace fossil fuels worth 200 million barrels of oil every day, almost all practical approaches to renewable energy production, distribution, storage and utilization must be developed.
화석연료생산 및 연소에 따른 공기 및 물 오염은 어장, 농장 및 산림과 함께 모든 도시 지역을 열악하게 만든다. 어장 및 농장 토양의 수은 및 기타 중금속 오염은 점차적으로 석탄연소에 원인을 찾고 있다. 더욱 강력한 태풍 및 회오리바람, 폭우 및 산림 및 도시지역에서 낙뢰로 인한 화재 손실 증가를 포함한 지구 기후 변화는 화석연료 연소에 의해 방출되는 온실가스의 대기 축적과 밀접하게 연관된다. 대기 중 태양에너지를 집적하는 온실가스 증가로, 바닷물 증발, 빙하 및 극관 얼음 해빙 증가 및 인공적 재산 및 자연자원 손실을 유발시키는 극단적 기후 상황들을 포함한 더욱 큰 작업이 지구 대기 엔진에 의해 수행된다.Air and water pollution from fossil fuel production and combustion makes all urban areas poor, along with fisheries, farms and forests. Mercury and other heavy metal contamination in fisheries and farm soils are increasingly looking for coal combustion. Global climate changes, including more intense typhoons and whirlwinds, heavy rains and increased fire losses from lightning strikes in forests and urban areas, are closely linked to the atmospheric accumulation of greenhouse gases emitted by fossil fuel combustion. With the rise of greenhouse gases that accumulate solar energy in the atmosphere, larger tasks are performed by the Earth's atmospheric engines, including extreme weather conditions that cause seawater evaporation, glacier and polar ice thawing, and the loss of artificial property and natural resources.
가솔린 및 디젤 연료와 함께 또는 이를 대체하는 수소, 발생로가스, 및 더 높은 수소-대-탄소비율의 연료 예를들면 탄소, 연료 알코올, 및 다양한 기타 대체 연료를 포함한 다중연료 선택을 활용하려는 이전 시도들은 난제들에 직면하여 이를 해결하지 못하였고, 이들 시도는 비용이 많이 들고, 부실한 결과를 나았고, 때로는 다음을 포함한 기관 성능저하 또는 손상을 일으켰다:Previous attempts to take advantage of multiple fuel choices including hydrogen, generator gas, and higher hydrogen-to-carbon ratio fuels such as carbon, fuel alcohols, and various other alternative fuels with or in place of gasoline and diesel fuels They faced challenges and did not solve them, and these attempts were costly, resulted in poor results, and sometimes caused organ degradation or damage, including:
(1) 엔진 압축비를 높이기 위하여 더욱 고가, 강성 및 중량의 피스톤, 연결로드, 크랭크축, 베어링, 플라이휠, 엔진블록, 및 허용되는 동력생산을 위한 지지구조체 및 이에 따른 더욱 중량의 현가 스프링, 충격흡수장치, 시동기, 배터리 등과 같은 상응 요건들로 인한 공차 중량 증가.(1) Higher, more rigid and heavy pistons, connecting rods, crankshafts, bearings, flywheels, engine blocks, and support structures for acceptable power production, and therefore heavier suspension springs and shock absorbers to increase engine compression ratios; Tolerance weight increase due to corresponding requirements such as devices, starters, batteries, etc.
(2) 더욱 고가의 밸브, 경화 밸브 시트 및 밸브 마모 및 시트 부식 방지를 위한 기계 공장 설치 요건.(2) Machine shop installation requirements for more expensive valves, hardened valve seats and valve wear and seat corrosion protection.
(3) 용적 당 연료 에너지 감소로 인한 동력손실 및 운전성능 회복 및 약화된 용적 및 열적 효율 극복을 위한 과급 요건.(3) Charging requirements to recover power loss and operational performance due to reduced fuel energy per volume and to overcome weakened volume and thermal efficiency.
(4) 극단적인 초여과가 필요한 다단계 연료기압 조절 및 증기압 및 옥탄가 및 세탄가를 포함한 연료 품질 변동에 대한 거의 낮은 허용오차.(4) Almost low tolerances to fuel quality fluctuations, including steam pressure and octane and cetane numbers, with multi-stage fuel pressure control requiring extreme ultrafiltration.
(5) 연료기압 조절기 결빙 방지를 위한 엔진 냉각수 열교환기.(5) Engine coolant heat exchanger to prevent freezing of fuel pressure regulator.
(6) 고가이며 부피가 큰 솔레노이드로 작동되는 탱크 차단밸브 (TSOV) 및 압력방출밸브 (PRD) 시스템.(6) Expensive, bulky solenoid operated tank shutoff valve (TSOV) and pressure relief valve (PRD) systems.
(7) 상당히 더 큰 유량계량시스템.(7) significantly larger flowmetering systems.
(8) 소모적 시간대 및 백-토크 생성 시간대에 연료 후적 (after dribble) 공급.(8) Supply of fuel after dribble during time-consuming and back-talk generation times.
(9) 연료 경제성을 감소시키고 엔진 또는 배기시스템 손상을 유발하는 배기행정과 같은 유해 시간대에 연료 후적 공급.(9) Fuel thickening at hazardous times such as exhaust strokes that reduce fuel economy and cause engine or exhaust system damage.
(10) 전단-폭발 및 연소 노킹으로 인한 엔진 열화 또는 고장.(10) Engine degradation or failure due to shear-explosion and combustion knocking.
(11) 연료 점도, 증기압, 옥탄가 또는 세탄가, 및 연소 속도를 정밀하게 제어하지 못하여 유발되는 엔진 부조 또는 손상.(11) Engine relief or damage caused by poor control of fuel viscosity, vapor pressure, octane number or cetane number, and combustion rate.
(12) 연료 세척, 기화 및 실린더 벽 및 링 또는 로터 실 (seal)의 윤활막 연소로 인한 엔진 열화 또는 고장.(12) Engine deterioration or failure due to fuel cleaning, vaporization and lubrication of the cylinder wall and ring or rotor seals.
(13) 연소 과정에서 질소산화물 형성 억제 곤란.(13) Difficulty in inhibiting nitrogen oxide formation during combustion.
(14) 불완전 연소로 인한 미립자 형성 억제 곤란.(14) Difficult to suppress particulate formation due to incomplete combustion.
(15)F실린더 상부 구역에 있는 윤활제 분무 형성으로 인한 오염 억제 곤란.(15) Difficult to suppress contamination due to lubricant spray formation in the F cylinder upper region.
(16) 피스톤, 실린더 벽, 및 밸브 과열 억제 곤란 결과적으로 마모 증가 및 열화.(16) Difficult to suppress piston, cylinder wall, and valve overheating, resulting in increased wear and deterioration.
(17) 흡입 매니폴드 및 에어 클리너 부품에서 손상 역화 해결 곤란.(17) Difficulty in resolving damage backfire on intake manifold and air cleaner components.
(18) 배기시스템에서 손상 연소 및/또는 폭발 극복 곤란.(18) Difficult to overcome damaged combustion and / or explosions in the exhaust system.
(19) 배기시스템 부품 과열 해결 곤란.(19) Difficulties in overheating exhaust system parts.
(20) 연료 증기 폐색 해결 곤란 및 결과적으로 엔진 부조 또는 고장.(20) Difficulties in resolving fuel vapor obstruction and consequent engine relief or failure.
또한, 낮은 에너지 밀도 연료들을 위하여 특수한 연료 보관 탱크가 필요하다. 가솔린, 프로판, 천연가스 및 수소용으로 설계되는 보관 탱크는 각 연료의 크게 다른 화학적 및 물리적 특성을 충족시키기 위하여 분리되어 있다. 차량이 활용할 수 있는 각각의 연료 유형을 위하여 분리된 연료 탱크가 요구된다. 각 연료 선택을 위한 이러한 전용 탱크 방식은 상당한 공간을 차지하고 무게를 더하고 추가적인 스프링 및 충격완화성능을 필요로 하며 추진 중력 및 추진력 중심에 변화를 가져오고 매우 고가이다.In addition, special fuel storage tanks are needed for low energy density fuels. Storage tanks designed for gasoline, propane, natural gas and hydrogen are separated to meet the significantly different chemical and physical properties of each fuel. Separate fuel tanks are required for each fuel type available to the vehicle. This dedicated tank approach for each fuel selection occupies significant space, adds weight, requires additional spring and impact relief, changes in propulsion gravity and propulsion centers, and is very expensive.
종래 방식에서 엔진에 주입되는 가솔린, 메탄올, 에탄올, 프로판, 에탄, 부탄 수소, 또는 메탄과 같은 별개 연료를 계량하는 것은 하나 이상의 기화기, 트로틀 몸체 연료 인젝터 또는 타이밍 포트 연료 인젝터로 달성될 수 있다. 흡입 공기량 중 팽창 기상 연료분자가 차지하는 큰 백분율로 인하여 각각의 통상적 방식으로 지속되는 동력손실은 가변적이다. 따라서 흡입 공기 유입량이 감소되고, 연료 연소가 줄어들어 낮은 동력이 발생된다.Metering separate fuels, such as gasoline, methanol, ethanol, propane, ethane, butane hydrogen, or methane, in a conventional manner can be accomplished with one or more vaporizers, throttle body fuel injectors or timing port fuel injectors. Due to the large percentage of expanded gaseous fuel molecules in the intake air volume, the power loss sustained in each conventional manner is variable. Therefore, the intake air inflow is reduced, fuel combustion is reduced and low power is generated.
표준 온도 및 압력 (STP)에서 기상 수소는 동일한 연료 에너지를 제공하는 액상 가솔린보다 2800배의 용적을 차지한다. 기화 메탄은 동일한 연료 에너지를 제공하는 액상 가솔린보다 900배의 용적을 차지한다.At standard temperature and pressure (STP), gaseous hydrogen accounts for 2800 times the volume of liquid gasoline that provides the same fuel energy. Vaporized methane occupies 900 times the volume of liquid gasoline providing the same fuel energy.
비슷한 가솔린 성능 달성에 필요한 열을 방출하기 위하여 완전 연소에 필요한 충분한 공기와 함께 흡입 밸브 (들)을 통하여 흡입 매니폴드 진공을 통과시키고 흡입 주기에 실린더 진공으로 이러한 대용량 기화 수소 또는 메탄을 흐르도록 조절하는 것은 지금까지 적절하게 달성하지 못한 것에 대한 기념비적인 도전이다. 더 큰 용적형 엔진으로 일부 동력 복원이 가능할 수 있다. 다른 접근법은 비용, 중량 증가, 복잡화 및 더 높은 압축비 및/또는 흡입 시스템 과급을 위한 더 부실한 부품들이 필요하다. 그러나, 이러한 접근방식은 기본 엔진 설계가 적절한 강성 및 강도의 구조를 제공하지 않는 한 엔진 수명을 단축시키고 더 높은 초기 및/또는 유지비용을 유발시킨다.Pass the intake manifold vacuum through the intake valve (s) with sufficient air for complete combustion to release the heat required to achieve similar gasoline performance and regulate the flow of this large volume of hydrogenated hydrogen or methane into the cylinder vacuum in the intake cycle. This is a monumental challenge to what has not been achieved properly so far. Larger volume engines may allow for some power recovery. Another approach requires more poor parts for cost, weight gain, complexity and higher compression ratio and / or suction system charging. However, this approach shortens engine life and leads to higher initial and / or maintenance costs unless the basic engine design provides a structure of adequate stiffness and strength.
가솔린 운전용으로 설계되는 엔진이 비효율적이라는 것은 주지의 사실이다. 상당 부분이 가솔린이 공기와 혼합되어 균일 혼합물을 형성하여 흡입 주기의 트로틀 조건 과정에서 연소실로 주입되는 것에 원인이 있다. 이러한 균일 혼합물 (charge)는 거의 상사점 (TDC) 조건까지 압축되고 불꽃 점화된다. 균일 혼합물 연소로 4,500°F 내지 5,500°F(2,482°C 내지 3,037°C) 연소가스로부터 실린더 헤드, 실린더 벽 및 피스톤 또는 로터리 엔진 부품들로 즉시 열전달이 이루어진다. 윤활 보호막이 타거나 증발되고 오염원으로 배출되고 윤활 성능이 결여되어 실린더 및 피스톤 링은 마모된다. 또한 유체 및/또는 공기-냉각 시스템에 의해 160°F 내지 240°F (71°C 내지 115°C)로 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 찬 연소실 표면으로 열이 전달되므로 균일 혼합물 연소로 에너지 손실이 강제된다. It is well known that engines designed for gasoline operation are inefficient. Much of this is due to gasoline being mixed with air to form a homogeneous mixture that is injected into the combustion chamber during the throttle conditions of the intake cycle. This homogeneous charge is compressed to near top dead center (TDC) conditions and spark ignited. Homogeneous mixture combustion immediately transfers heat from 4,500 ° F to 5,500 ° F (2,482 ° C to 3,037 ° C) flue gas from the cylinder head, cylinder wall and piston or rotary engine parts. The lubrication shield burns or evaporates, discharges to pollutants and lacks lubrication, causing the cylinder and piston rings to wear. In addition, heat is transferred to the cold combustion chamber surface, which is maintained at a relatively low temperature between 160 ° F and 240 ° F (71 ° C to 115 ° C) by the fluid and / or air-cooling system, resulting in energy loss from homogeneous mixture combustion. Forced.
가솔린 대신 균일 혼합물 연료로 수소 또는 메탄을 사용하면 가솔린 엔진에서 전형적인 상당한 에너지 소모를 감당할 수 있는 충분한 연료 보관이 필요하다. 디젤 연료 대신 이러한 청정 연소 및 잠재적으로 더욱 풍부한 기상 연료로 교체하는 것은 더욱 어려운 일이다. 디젤 연료는 가솔린 보다 용적 당 에너지 가치가 더 높다. 추가적인 난제는 수소, 발생로가스, 메탄, 프로판, 부탄, 및 연료 알코올 예를들면 에탄올 또는 메탄올과 같은 기화 연료는 세탄가가 적당히 않고 효율적인 디젤-엔진 운전에 필요하도록 급속하게 압축된 공기에서 점화하지 못한다는 것이다. 디젤 연료 인젝터는 디젤유에 의해 제공되는 윤활 보호막으로 운전되도록 설계된다. 또한, 디젤 연료 인젝터는 동일 발열량 공급에 필요한 수소 용적보다 약 3000배 적은 (STP 에서) 상대적으로 극소의 연료를 주기적으로 통과시킨다.Using hydrogen or methane as a homogeneous mixture fuel instead of gasoline requires sufficient fuel storage to withstand the considerable energy consumption typical of gasoline engines. It is more difficult to replace these fuels with clean combustion and potentially richer gaseous fuels instead of diesel fuel. Diesel fuel has a higher energy value per volume than gasoline. Additional challenges include hydrogen, flue gas, methane, propane, butane, and fuel alcohols. For example, evaporated fuels such as ethanol or methanol are not ignited in rapidly compressed air to be adequate for cetane number and efficient diesel-engine operation. Will be. The diesel fuel injector is designed to operate with the lubrication shield provided by the diesel oil. In addition, diesel fuel injectors periodically pass relatively few fuels (at STP) which are about 3000 times less than the volume of hydrogen required to supply the same calorific value.
최신 엔진은 공차중량을 최소하고 최고 연소 온도를 제한하여 질소산화물 형성을 줄이기 위하여 상당한 과잉 산소 당량비에서 공기 및 연료의 균일 혼합물로 운전되도록 설계된다. 공차중량을 최소화 하기 위하여, 소형 실린더 및 고속 피스톤이 사용된다. 높은 엔진 속도는 더 높은-비율의 전동 및/또는 차동장치를 통하여 필요한 추진 축 속도로 감소된다.Modern engines are designed to operate with a homogeneous mixture of air and fuel at significant excess oxygen equivalent ratios to minimize tolerance weights and limit peak combustion temperatures to reduce NOx formation. In order to minimize the tolerance weight, small cylinders and high speed pistons are used. High engine speeds are reduced to the required propulsion shaft speeds through higher-ratio transmissions and / or differentials.
과잉 산소 당량비에서 운전하려면 더 큰 공기 유입이 필요하고 때로 연소실 헤드는 둘 또는 셋의 흡입 밸브 및 둘 또는 셋의 배기밸브를 가진다. 이로 인하여 헤드 영역에는 직접 연료 인젝터 또는 점화플러그에 유용한 공간이 거의 없다. 오버헤드 캠축에 의한 고속 밸브들 조작으로 직접 연료 인젝터 또는 점화플러그에 유용한 공간은 더욱 복잡해지고 줄어든다. 피스톤 상부에서 밸브 또는 밸브 조작기 (operator)에 유용한 공간은 거의 모두 사용되었고 가솔린 점화용 점화플러그 또는 압축-점화 엔진에 필요한 디젤 인젝터를 끼워 넣을 공간은 거의 남지 않았다.Operation at excess oxygen equivalent ratios requires greater air ingress and sometimes the combustion head has two or three intake valves and two or three exhaust valves. As a result, there is little space available in the head area for direct fuel injectors or spark plugs. Manipulating the high speed valves by the overhead camshaft makes the space useful for direct fuel injectors or spark plugs more complicated and reduced. Almost all of the useful space for the valve or valve operator at the top of the piston has been used, leaving little room for the gasoline ignition spark plugs or diesel injectors required for compression-ignition engines.
따라서 가솔린 또는 디젤연료보다 용적 당 발열량이 더 낮은 수소, 메탄, 프로판, 부탄, 에탄올 또는 메탄올과 같은 대체 연료에 의한 동일 에너지를 가솔린 엔진 점화플러그 또는 디젤엔진 연료 인젝터보다 단면이 넓은 임의의 도관으로 공급하는 것은 극히 어렵다. 점화플러그 또는 디젤연료 인젝터에 활용되는 최소 영역의 문제는 연소실에서 헤드 및 관련 부품들로 열을 전달하는 3 내지 6개의 밸브들의 더 큰 취득열량으로 인한 헤드에서의 큰 열적 부하로 악화된다. 캠 마모, 고속으로 운전되는 밸브 스프링 및 밸브 리프터(lifter)에 의한 더 큰 열 발생으로 공간 및 열적 부하 문제는 더욱 악화된다.Thus, the same energy from alternative fuels such as hydrogen, methane, propane, butane, ethanol or methanol with lower calorific value per volume than gasoline or diesel fuel is supplied to any conduit with a larger cross section than gasoline engine spark plugs or diesel engine fuel injectors. It's extremely difficult to do. The problem of the minimum area utilized in spark plugs or diesel fuel injectors is exacerbated by the large thermal load on the head due to the larger amount of heat gained by the three to six valves that transfer heat from the combustion chamber to the head and related parts. Larger heat generation by cam wear, high speed valve springs and valve lifters exacerbate the space and thermal load problems.
여러 방식에서, 피스톤 엔진은 변화 촉진자이었고 산업혁명 내내 실질적인 에너지 변환을 제공하였다. 오늘날 세탄가-관련 디젤연료를 이용하여 압축점화 내연 피스톤 엔진은 승용 및 경량트럭 차량 연료 효율 개선을 위하여 고속 피스톤의 소형 엔진 개발과 함께 대부분의 농장, 광산, 철도 및 해양 대형 운반 및 고정식 발전시스템 설비에 동력을 제공한다. 불꽃 점화가 있는 낮은 압축 내연 피스톤 엔진은 제조에 비용이 덜 들고 옥탄가-관련 연료를 이용하여 점차 증가하는 9억의 승용 및 경량트럭 차량들 대부분에 동력을 제공한다.In many ways, the piston engine was a change promoter and provided substantial energy conversion throughout the industrial revolution. Compressed ignition internal combustion piston engines using cetane-related diesel fuels today have been developed for most farm, mine, rail and marine large haulage and stationary power generation systems, along with the development of small engines for high speed pistons to improve fuel efficiency for passenger and light truck vehicles. Provide power. Low compression internal combustion piston engines with spark ignition power less expensive to manufacture and power most of the growing 900 million passenger and light truck vehicles using octane-related fuels.
종래 내연기관에서 옥탄가 및 세탄가-관련 탄화수소 연료를 이용하면 허용되지 않는 수준의 오염물질 예를들면 미-연소 탄화수소, 미립자, 질소산화물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 배출한다.The use of octane and cetane-related hydrocarbon fuels in conventional internal combustion engines produces unacceptable levels of pollutants such as unburned hydrocarbons, particulates, nitrogen oxides, carbon monoxide and carbon dioxide.
종래 불꽃 점화는 고전압이지만 낮은 공기 및 연료 혼합물의 에너지 이온화로 이루어진다. 압축비 12: 1 또는 이하에서 작동되는 점화플러그를 갖춘 자연 흡입 엔진에서 약 0.05 내지 0.15 주울 정도의 불꽃 에너지가 전형적이다. 이러한 이온화에 적합한 전압은 스파크 갭 (gap)에서 더 높은 주위 압력으로 증가되어야 한다. 고전압이 필요한 인자들은 착화에 필요한 더 희박한 공기-연료 비율 및 더 넓은 스파크 갭, 효율적 압축 비율 증가, 과급, 및 연소실 공기 유입에 대한 저항 감소이다. 종래 점화 시스템은 압축비 16: 1 내지 22: 1인 디젤엔진과 같이 엔진에서 의존적 불꽃 점화를 제공하도록 적절한 전압 발생이 곤란하고 때로는 동력 생성 증가 및 연료 경제성 개선을 위하여 과급 되는 무-트로틀 방식 엔진을 위한 적절한 전압을 제공하지 못한다.Conventional spark ignition consists of high voltage but low energy ionization of air and fuel mixtures. Flame energy of about 0.05 to 0.15 joules is typical in natural intake engines with spark plugs operating at a compression ratio of 12: 1 or less. The voltage suitable for this ionization should be increased to a higher ambient pressure in the spark gap. Factors requiring high voltage are the leaner air-fuel ratio and wider spark gaps required for ignition, increased efficient compression ratio, supercharging, and reduced resistance to combustion chamber air ingress. Conventional ignition systems are not suitable for non-throttle engines that are difficult to generate adequate voltage to provide dependent spark ignition in engines, such as diesel engines with compression ratios of 16: 1 to 22: 1 and sometimes supercharged for increased power generation and improved fuel economy. It does not provide adequate voltage.
스파크 갭에서 적절한 전압을 제공하지 못하는 것은 대부분 점화플러그 자기체 및 점화플러그 케이블과 같은 점화시스템의 적당하지 않은 절연강도로 인한 것이다.Failure to provide adequate voltage in the spark gap is largely due to inadequate insulation strength of the ignition system, such as the spark plug body and spark plug cables.
근본적으로 연소실 벽에 있는 종래 점화플러그에 인가되는 고전압으로 피스톤, 실린더 벽, 실린더 헤드, 및 밸브를 포함한 모든 연소실 표면 및 근처에서 연소 공기-연료 균일 혼합물의 열 손실이 일어난다. 이러한 열손실은 엔진 효율을 감소시키고 산화, 부식, 열적피로, 열팽창에 의한 마멸 증가, 변형, 휨 및 과열 또는 산화 윤활막 작용 불능으로 인한 마모에 취약한 연소실 부품들 성능을 저하시킨다. The high voltage applied to conventional spark plugs in the combustion chamber wall essentially results in heat loss of the combustion air-fuel homogeneous mixture at and near all combustion chamber surfaces, including pistons, cylinder walls, cylinder heads, and valves. This heat loss reduces engine efficiency and degrades combustion chamber components that are susceptible to oxidation, corrosion, thermal fatigue, increased wear due to thermal expansion, deformation, warpage, and wear due to overheating or inability to oxidize lubricant film.
연소실 표면에서 불꽃이 균일 공기-연료 혼합물에 대한 지속적인 연소를 유발한다고 하더라도, 화염 전파속도는 완전연소에 제한적이다. 연소실 표면으로 손실되는 열량이 클수록, 완전연소 장애 정도는 커진다. 이러한 불합리한 상황은 배기 중 탄화수소 증기, 탄화수소 입자, 및 일산화탄소와 같은 미-연소 연료 농도 증가 문제와 결부된다.Although the flame at the combustion chamber surface causes continuous combustion of the homogeneous air-fuel mixture, the flame propagation rate is limited to complete combustion. The greater the amount of heat lost to the combustion chamber surface, the greater the degree of complete combustion failure. This unreasonable situation is associated with the problem of increasing unburned fuel concentrations such as hydrocarbon vapors, hydrocarbon particles, and carbon monoxide in the exhaust.
높은 연료 효율을 위한 공기-연료 비율 조절 및 더 희박한 연소 조건 제공 및 최고 연소온도를 낮추고 바람직하게는 질소산화물 생성을 줄이려는 노력은 여러 부가적인 문제를 일으킨다. 예를들면, 더 희박한 공기-연료 비율은 화학정량적 또는 연료-풍부 혼합물보다 더 늦게 연소된다. 또한, 늦어진 연소는 2- 또는 4-행정의 엔진 운전을 완성하는데 더 많은 시간이 필요하고 따라서 엔진의 비 출력을 감소시킨다. 가솔린 또는 디젤 연료를 대체하여 천연가스를 적용하려면 천연가스가 가솔린보다 아주 느리게 연소되고 디젤연료를 대체하려면 천연가스는 압축 착화가 불가능하다는 사실을 인식하게 된다.Control of air-fuel ratios for higher fuel efficiency and provision of leaner combustion conditions and efforts to lower the maximum combustion temperature and preferably reduce NOx production raise several additional problems. For example, the thinner air-fuel ratio burns later than the stoichiometric or fuel-rich mixtures. In addition, slower combustion requires more time to complete two- or four-stroke engine operation and thus reduces the engine's specific power. If natural gas is used to replace gasoline or diesel fuel, it will be recognized that natural gas burns much slower than gasoline, and that natural gas cannot be compressed to replace diesel fuel.
또한, 최신 엔진은 고전압, 코로나 방전 및 충격, 진동 및 고온 및 저온의 급속한 열적 주기로 인한 중첩된 열화에 견뎌야 하는 부품들을 보호하기 위한 충분한 절연강도 및 내구성을 가지는 전기 절연부품들을 연소실에 구비하기에 공간이 너무 부족하다. 또한 균일 및 층상 혼합물에 대한 이전 접근방식은 옥탄가 및 세탄가 관련 한계를 극복하지 못하고 유해한 시간대에서 연료 적화 (dribbling)를 제어하거나 높은 열적 효율이 가능한 적절한 연소속도를 제공하지 못하고, 연소에 의한 질소산화물을 억제하지 못한다.In addition, the state-of-the-art engines provide space for the combustion chamber with electrical insulation parts with sufficient insulation strength and durability to protect components that must withstand high voltages, corona discharges and shocks, vibrations and overlapping degradation due to rapid thermal cycles of high and low temperatures. This is so lacking. In addition, previous approaches to homogeneous and stratified mixtures do not overcome the limitations associated with octane and cetane numbers and do not provide adequate burn rates to control fuel dripping at hazardous times or to provide high thermal efficiency, and It cannot be suppressed.
낮은 공차중량 및 높은 공기 유입이 가능한 다중연료 활용에 대한 필요성을 충족시키기 위하여 연소실 내부로의 무-트로틀 공기유입, 가솔린 및 디젤 (석유) 연료 대신 기체성, 청정-연소성, 및 저렴한 연료를 직접 분사, 및 층상 연소혼합물을 제공하는 것이 중요하다. 그러나, 이러한 필요성은 이렇게 다양하게 변동되는 연료 밀도, 증기압, 및 점도들을 의존적으로 계량하여 연속적으로 정확한 점화 타이밍 및 완전 연소를 보장하여야 하는 극히 어려운 문제들에 직면한다. 정적 (positive) 점화를 달성하기 위하여 스파크 전극들 사이 상대적으로 작은 갭에서 착화 가능한 공기연료 혼합물을 제공할 필요가 있다.Direct injection of gaseous, clean-combustible, and inexpensive fuel instead of gasoline and diesel (petroleum) fuels, without throttle air inlet into the combustion chamber to meet the need for multiple fuel utilization with low tolerance weight and high air intake. It is important to provide, and layered combustion mixtures. However, this need faces extremely difficult problems that must depend on these varying variations in fuel density, vapor pressure, and viscosity to ensure continuous accurate ignition timing and complete combustion. In order to achieve positive ignition it is necessary to provide a complex of air fuel which is complexable in a relatively small gap between the spark electrodes.
층상 혼합물을 형성하기 위하여 연료가 별개 연료 인젝터로 각각의 연소실에 공급된다면, 연소실 표면에서 스파크 갭으로 연료를 운동량 와류, 반발 (ricocheting) 또는 반동 (rebounding)시키는 것과 같은 정교한 설비가 배치되어야 하나, 이러한 접근방식은 층상 충전물 개념이 만족될 때 언제나 연소실 표면으로의 열 손실 우려가 생긴다. 연료가 연소실에서 어느 정도 떨어진 곳에 있는 계량밸브로 조절되면, 의도된 출력토크에 대항하는 토크를 생성하는 시간대를 포함한 소모적 또는 유해한 시간대에서 연료의 “후적”이 발생할 것이다. 어떠한 접근법으로도, 일부 소량 연료가 원하는 정확한 점화 시간에 스파크 갭에 착화 가능한 공기-연료 혼합물로 공급하기 위하여, 상당히 많은 연료가 냉각 실린더 벽을 “세척” 또는 실린더 벽에 악영향을 미치는 것을 피할 수 없다. 이에 따라 열손실, 실린더 벽 윤활 손상, 마멸로-생기는 실린더 및 피스톤의 열적 변형, 및 팽창 가스에 의한 운전 활동에서 엔진의 비-팽창 부품으로의 열손실로 인한 열 효율 손실이라는 결과를 준다.If fuel is supplied to each combustion chamber as a separate fuel injector to form a layered mixture, sophisticated equipment such as vortexing, ricocheting or rebounding the fuel into the spark gap at the surface of the combustion chamber must be arranged, but such The approach raises the risk of heat loss to the combustion chamber surface whenever the layered packing concept is met. If the fuel is regulated by a metered valve some distance from the combustion chamber, "future" of the fuel will occur at a time of wasting or detrimental time, including a time period that generates torque against the intended output torque. With no approach, it is inevitable that a significant amount of fuel will “clean” or adversely affect the cylinder wall, in order to supply some small amount of fuel into the air-fuel mixture that can ignite the spark gap at the desired ignition time. . This results in loss of heat efficiency due to heat loss, cylinder wall lubrication damage, abrasion-producing thermal deformation of the cylinders and pistons, and heat loss to the non-expansive parts of the engine in driving activity by the inflation gas.
연소실 유입 공기 와류 생성 및 낮은 밀도 연료를 와류 공기에 배치하려면 두 가지 유해한 특성을 해결하여야 한다. 와류 유도는 연소실 내부로의 공기 흐름에 저항을 유발시키고 따라서 연소실에 진입하는 공기량을 감소시켜 용량 효율을 감소시킨다. 착화 후, 연소생성물은 급속하게 와류 운동량에 의해 연소실 표면으로 이송되고 부정적 열손실이 가속된다.Combustion chamber inlet vortex formation and placement of low density fuel in vortex air requires two detrimental characteristics. Vortex induction causes resistance to air flow into the combustion chamber and thus reduces the volume of air entering the combustion chamber, thereby reducing capacity efficiency. After ignition, the combustion product is rapidly transferred to the combustion chamber surface by the vortex momentum and the negative heat loss is accelerated.
가솔린, 천연가스, 프로판, 연료 알코올, 발생로 가스 및 수소와 같은 연료 선택 성능과 같은 다중 연료 성능을 가지는 내연기관을 제공하려는 과거 시도는 극단적으로 복잡하고 매우 의심스러웠다. 과거 접근법은 모든 연료에 대한 부조 및 특정 연료 특성 최적화 기술 포기로 절충되었다. 이러한 시도는 오작동에 취약하고 매우 고가인 부품들 및 제어가 필요하였다. 이러한 난제들은 이러한 연료의 매우 다른 비 에너지 가치, 광폭의 증기압 및 점도, 및 기타 기상 연료 및 액상 연료 간 물성 차이로 악화된다. 또한, 메탄이 언급된 연료들 중 가장 늦게 연소하지만 수소는 다른 바람직한 연료들 중 어떤 것보다 약 7 내지 10배 신속하게 연소되므로 점화 타이밍의 순간적 재작동이 필요하다. Past attempts to provide internal combustion engines with multiple fuel capabilities, such as gasoline, natural gas, propane, fuel alcohol, generator gas and fuel selection such as hydrogen, have been extremely complex and very suspicious. Past approaches have been compromised by the assistance of all fuels and the abandonment of specific fuel characteristic optimization techniques. This attempt required parts and control that are vulnerable to malfunction and are very expensive. These challenges are exacerbated by the very different specific energy values of these fuels, their wide vapor pressures and viscosities, and the differences in physical properties between other gaseous and liquid fuels. In addition, although methane burns the slowest of the mentioned fuels, hydrogen burns about 7 to 10 times faster than any of the other preferred fuels, requiring a momentary restart of the ignition timing.
초저온 액체 또는 슬러시 (slush) 및 동일 연료 물질의 압축-가스 연료 저장물 사이 추가적인 문제점들이 생긴다. 예시로, 액체 수소는 대기압에서 -420°F (-252°C)에서 보관되어 비보호 공급라인, 압력조절기 및 인젝터는 대기 수증기를 응축하고 동결시키고 대기 습도에 노출되면 결빙 손상을 입는다. 초저온 메탄도 유사한 결빙 및 손상 문제를 일으킨다. 유사하게 이러한 극 냉 유체는 또한 보통의 계량 오리피스, 특히 작은 오리피스 오작동 및 막힘을 유발시킨다.Additional problems arise between cryogenic liquids or slush and compressed-gas fuel stores of the same fuel material. As an example, liquid hydrogen is stored at -420 ° F (-252 ° C) at atmospheric pressure so that unprotected supply lines, pressure regulators, and injectors condense, freeze, and freeze atmospheric water vapor, resulting in freezing damage. Cryogenic methane causes similar freezing and damage problems. Similarly such cryogenic fluids also cause normal metering orifices, especially minor orifice malfunctions and blockages.
매우 어려운 미제로 남은 문제는 어떻게 초저온 (수소 또는 메탄) 또는 주위 온도 (프로판 또는 부탄)에서 농후 액체 연료를 차량에 신속하게 재-공급하는가, 및 공회전 또는 낮은 동력 수준에서 이러한 연료의 증기를 이용하는가, 및 높은 동력 수준에서 에너지 생성 요건에 충족되도록 이러한 연료의 액체 공급을 이용하는가에 있다.A very difficult problem remains: how to quickly re-feed rich liquid fuels to vehicles at cryogenic (hydrogen or methane) or ambient temperatures (propane or butane), and how to use these fuel vapors at idle or low power levels. And the use of a liquid supply of such fuel to meet energy generation requirements at high power levels.
대기압에서, 초저온 액체 수소 또는 메탄을 분사하기 위하여 매우 큰 용적의 기화 수소 또는 메탄의 공급과 비교하여 매우 작은 용적의 정밀한 계량이 필요하다. 또한 연소실에 공급되는 특정 다중연료 선택과 무관하게 연료 및 공기의 층상 혼합물을 정확하게 생성, 점화 및 연소하는 것이 절대적으로 필요하다.At atmospheric pressure, precise metering of very small volumes is required compared to the supply of very large volumes of hydrogen vapor or methane to inject cryogenic liquid hydrogen or methane. In addition, it is absolutely necessary to accurately generate, ignite and combust a layered mixture of fuel and air, regardless of the particular multi-fuel choice supplied to the combustion chamber.
각각의 선택 연료에 대한 최고의 열효율, 최고의 기계 효율, 최고의 용적효율 및 최장의 엔진수명을 포함한 근본적인 목적을 달성하려면 정확한 연료공급타이밍 조절, 연소실 침투 및 유입 연료에 의한 분포 패턴 및 공기 이용 최적화를 위한 정확한 점화 타이밍, 및 운전-활동 팽창 매체로 연소 과정을 절연하기 위한 과잉 공기 유지가 필요하다.To achieve the fundamental objectives, including best thermal efficiency, best mechanical efficiency, best volumetric efficiency and longest engine life for each fuel choice, precise fuel supply timing control, combustion chamber penetration and distribution patterns by incoming fuels Ignition timing and excess air retention are required to insulate the combustion process with a run-action expansion medium.
지구 규모의 경제에 지속적으로 부합되는 에너지 요구를 충족하기 위하여 거의 모든 공지 수단에 의한 메탄 및 수소 생산, 이송 및 보관을 개선할 필요가 있다. 256℃에서 초저온 액체 메탄 1 갤런은 가솔린 1갤런보다 약 28% 적은 89,000 BTU/갤런의 에너지 밀도를 제공한다. -252°C의 액체 수소는 가솔린보다 76% 적은 약 29,700 BTU/갤런을 제공한다.There is a need to improve the production, transport and storage of methane and hydrogen by almost all known means in order to meet energy demands consistent with global economies of scale. One gallon of cryogenic liquid methane at 256 ° C provides an energy density of 89,000 BTU / gallons, approximately 28% less than one gallon of gasoline. Liquid hydrogen at -252 ° C provides about 29,700 BTU / gallons, 76% less than gasoline.
불꽃-점화 엔진에서 가솔린을 대체하는 초저온 액체 또는 압축가스로 메탄, 수소 또는 메탄 및 수소 혼합물을 상호교환적으로 사용하는 것은 오랫동안의 소망이었다. 그러나 이러한 목표는 만족할 정도로 달성되지 못하였고 그 결과, 메탄 및 여러 형태의 재생 수소 가격이 가솔린보다 저렴함에도 불구하고 대다수의 차량은 석유 전용으로 남아있다. 유사하게 압축-점화 엔진에서 디젤 연료를 대체하는 초저온 액체 및/또는 압축가스로 메탄, 수소 또는 메탄 및 수소 혼합물을 상호교환적으로 사용하는 것은 오랫동안의 소망이었지만, 이러한 목표는 보다 어려운 것으로 알려졌고, 대다수의 디젤엔진은 공해를 촉발하고 더욱 고가인 디젤연료 전용으로 남아있다.It has long been a desire to use methane, hydrogen or methane and hydrogen mixtures interchangeably as cryogenic liquids or compressed gases to replace gasoline in spark-ignition engines. However, this goal has not been satisfactorily achieved, and as a result, the majority of vehicles remain dedicated to petroleum, although methane and many forms of renewable hydrogen are cheaper than gasoline. Similarly, the use of methane, hydrogen, or methane and hydrogen mixtures interchangeably as cryogenic liquids and / or compressed gases to replace diesel fuel in compression-ignition engines has long been a goal, but this goal has been known to be more difficult, and many Diesel engines spark pollution and remain dedicated to more expensive diesel fuel.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 일체식 인젝터/점화기의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 시스템의 측면도이다.
도 3A-3D는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터에 의해 분사될 수 있는 여러 대표적인 연료 층상 분출 패턴을 보인다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 부품 조립체 길이방향 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 도 4의 부품 조립체 단면도(end view)이다 .
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 부품 조립체 길이방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 도 6의 부품 조립체 단면도(end view)이다.
도 8A 및 8B는 본 발명의 실시예에 의한유닛 밸브 조립체이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예인 개략적인 연료 제어회로 배열이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 부품 조립체 길이방향 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 도 10의 부품 조립체 단면도(end view)이다.
도 12는 본 발명의 원리에 따라 작동되는 인젝터 실시예를 도시한 것이다
도 13은 도 10에 도시된 판형 튜브 (flattened tubing) 확대 단면도(end view)이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 시스템의 소정 부품들 단면을 포함한 개략도이다.
도15A-15D는 본 발명의 원리에 따라 제공되는 본 발명의 동작을 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 부분 측단면도이다.
도 17A는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 절연체 또는 유전체의 측면도이고, 도 17B는 도 17A의 실질적인17B-17B 선을 따라 절취되는 측단면도이다 .
도 18A 및 18B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 절연체 또는 유전체를 보이는, 도 16의 실질적인18-18 선을 따라 절취되는 측단면도이다.
도 19A 및 19B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 원하는 영역들에서 압축응력을 가지는 절연체 또는 유전체를 형성하는 시스템에 대한 개략도이다.
도 20 및 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.
도 22A는 작동기 정렬을 위한 본 발명의 실시예에 의한 트러스 튜브(트러스 튜브) 정렬 조립체의 측면도이고, 도 22B는 도 22A의 실질적인22B-22B선을 따라 절취되는 정단면도이다.
도 22C는 작동기 정렬을 위한 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 정렬 트러스 조립체의 측면도이고, 도 22D는 도 22C의 실질적인22D-22D선을 따라 절취되는 정단면도이다.
도 22E는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 부분 측단면도이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 의한 구동기의 측단면도이다.
도24A-24F는 본 발명의 실시예에 의한 여러 대표적인 인젝터 점화 및 유량 조정 기구들 또는 커버들을 도시한 것이다.
도 25A는 본 발명의 실시예에 의한 체크밸브의 사시도, 도 25B는 배면도, 및 도 25C는 도 25B의 실질적인25C-25C 선을 따라 절취되는 측단면도이다.
도 26A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이고, 도 26B는 점화 및 유량 조정 기구를 보이는 도 26A 인젝터의 정면도이다.
도 27A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이고, 도 27B는 도 27A 인젝터의 여러 연소특성을 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 28-30A는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.
도 30B 및30C은 본 발명의 실시예에 의한 점화 및 유량 조정 기구의 정면도이다.
도 31 및 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.
도 33A는 본 발명의 실시예에 의한 체크밸브의 측단면도이고 도 33B는 배면도이다.
도 34A는 본 발명의 실시예에 의한 밸브시트의 측단면도이고, 도 34B는 배면도, 및 도 34C는 정면도이다.
도 35A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.
도 35B는 본 발명의 실시예에 의한 점화 및 유량 조정 기구를 보이는 도 35A 인젝터의 정면도이다.
도 36A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 부분 측단면도이다.
도 36B는 본 발명의 실시예에 의한 점화 및 유량 조정 기구를 보이는 도 36A 인젝터의 정면도이다.
도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 38A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.
도 38B는 도 38A 인젝터의 밸브 조립체 확대 상세도이다.
도 38C는 도 38A의 실질적인38C-38C선을 따라 절취되는 측단면도; 도 38D는 도 38A의 실질적인38D-38D 선을 따라 절취되는 측단면도; 및 도 38E는 도 38A의 실질적인38E-38E 선을 따라 절취되는 측단면도이다.
도 38F는 도 38A의 실질적인38F-38F선을 따라 절취되는 예시적 힘 발생기(force generator)의 측단면도이다.
도 39는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 단면도이다.
도 40A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.
도 40B는 도?40A 인젝터의 편향부재 평면도이다.
도 41은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 부분 측단면도이다.
도 42는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터의 측단면도이다.1 is a schematic side cross-sectional view of an integrated injector / igniter in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a side view of a system according to an embodiment of the present invention.
3A-3D show several representative fuel layer ejection patterns that can be injected by an injector in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a longitudinal cross-sectional view of a component assembly operated in accordance with an embodiment of the present invention.
5 is an end view of the component assembly of FIG. 4 in accordance with an embodiment of the present invention.
6 is a longitudinal cross-sectional view of a component assembly operated in accordance with an embodiment of the present invention.
7 is an end view of the component assembly of FIG. 6 in accordance with an embodiment of the present invention.
8A and 8B show a unit valve assembly according to an embodiment of the invention.
9 is a schematic fuel control circuit arrangement, which is an embodiment of the invention.
10 is a longitudinal cross-sectional view of a component assembly operated in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an end view of the component assembly of FIG. 10 in accordance with an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 12 illustrates an injector embodiment operated according to the principles of the present invention.
FIG. 13 is an enlarged end view of the flattened tubing shown in FIG. 10.
14 is a schematic diagram including a cross section of certain components of a system operated in accordance with an embodiment of the present invention.
15A-15D illustrate the operation of the present invention provided in accordance with the principles of the present invention.
16 is a partial side cross-sectional view of an injector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17A is a side view of an insulator or dielectric constructed in accordance with one embodiment of the present invention, and FIG. 17B is a side cross-sectional view cut along the substantially 17B-17B line of FIG. 17A.
18A and 18B are side cross-sectional views cut along the substantially 18-18 line of FIG. 16 showing an insulator or dielectric constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
19A and 19B are schematic diagrams of a system for forming an insulator or dielectric having compressive stress in desired areas in accordance with another embodiment of the present invention.
20 and 21 are side cross-sectional views of injectors constructed in accordance with yet another embodiment of the present invention.
FIG. 22A is a side view of a truss tube (truss tube) alignment assembly according to an embodiment of the present invention for actuator alignment, and FIG. 22B is a front sectional view cut along the substantially 22B-22B line of FIG. 22A.
FIG. 22C is a side view of an alignment truss assembly constructed in accordance with another embodiment of the present invention for actuator alignment, and FIG. 22D is a front sectional view cut along the substantially 22D-22D line of FIG. 22C.
22E is a partial side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with yet another embodiment of the present invention.
23 is a side sectional view of a driver according to an embodiment of the present invention.
Figures 24A-24F illustrate various representative injector ignition and flow adjustment mechanisms or covers in accordance with an embodiment of the present invention.
25A is a perspective view of a check valve according to an embodiment of the present invention, FIG. 25B is a rear view, and FIG. 25C is a side cross-sectional view cut along the substantially 25C-25C line of FIG. 25B.
FIG. 26A is a side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention, and FIG. 26B is a front view of the FIG. 26A injector showing an ignition and flow adjustment mechanism.
FIG. 27A is a side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention, and FIG. 27B is a schematic graph showing various combustion characteristics of the FIG. 27A injector.
28-30A are side cross-sectional views of an injector constructed in accordance with yet other embodiments of the present invention.
30B and 30C are front views of the ignition and flow adjustment mechanism according to the embodiment of the present invention.
31 and 32 are side cross-sectional views of injectors constructed in accordance with yet another embodiment of the present invention.
33A is a side cross-sectional view of a check valve according to an embodiment of the present invention, and FIG. 33B is a rear view.
34A is a side cross-sectional view of a valve seat according to an embodiment of the present invention, FIG. 34B is a rear view, and FIG. 34C is a front view.
35A is a side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
35B is a front view of the FIG. 35A injector showing an ignition and flow rate adjustment mechanism in accordance with an embodiment of the present invention.
36A is a partial side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
FIG. 36B is a front view of the FIG. 36A injector showing the ignition and flow adjustment mechanism in accordance with an embodiment of the present invention.
37 is a schematic side cross-sectional view of a system constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
38A is a side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
FIG. 38B is an enlarged detail of the valve assembly of the FIG. 38A injector.
FIG. 38C is a cross-sectional side view cut along the substantially 38C-38C line of FIG. 38A; FIG. FIG. 38D is a side cross-sectional view cut along the substantially 38D-38D line of FIG. 38A; FIG. And FIG. 38E is a cross-sectional side view taken along substantially 38E-38E of FIG. 38A.
FIG. 38F is a side cross-sectional view of an example force generator taken along substantially the 38F-38F line of FIG. 38A.
39 is a sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
40A is a side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
40B is a plan view of the deflection member of the FIG. 40A injector.
Figure 41 is a partial side cross-sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
42 is a side sectional view of an injector constructed in accordance with another embodiment of the present invention.
본 출원은 2008.1.7자 출원된 발명의 명칭이 다중연료 보관, 계량 및 점화시스템인 미국특허출원번호 12/006,774 (현재 미국특허번호 7,628,137)을 참조로 전체를 포함한다. 본 출원은 2010.7.21자 동시 출원된 발명의 명칭이: 연료 인젝터 작동기 조립체 및 관련 사용 및 제조 방법 (대리인파일번호 69545-8032US); 전도성 조립체를 가지는 일체식 연료 인젝터 및 점화기 (대리인파일번호 69545-8033US); 다중 구동기 및/또는 이온화 제어로 연소실 내 연료 충전물(CHARGE) 형성 (대리인파일번호 69545-8034US); 세라믹 절연체 및 이의 사용 및 제조방법 (대리인파일번호 69545-8036US); 연료-냉각된 연료 인젝터로 예를들면 산소화 연료를 제공하기 위한 열화학적 재생 방법 및 시스템 (대리인파일번호 69545-8037US); 및 엔진 연소 과정에서 질소산화물 형성 감소 방법 및 시스템 (대리인파일번호 69545-8038US)인 미국특허출원들 전체를 참조로써 포함한다.This application is incorporated by reference in its entirety, see US patent application Ser. No. 12 / 006,774 (currently US Pat. No. 7,628,137), entitled Multi-Fuel Storage, Metering, and Ignition System, filed Nov. 2008. The present application has been filed on Feb. 7, 2010, filed concurrently: Fuel Injector Actuator Assembly and Related Use and Manufacturing Method (Agent No. 69545-8032US); Integral fuel injectors and igniters with conductive assemblies (Agent No. 69545-8033US); Formation of fuel charges (CHARGE) in the combustion chamber with multiple actuators and / or ionization controls (Agent No. 69545-8034US); Ceramic insulators and methods of using and manufacturing the same (Agent No. 69545-8036US); Thermochemical regeneration methods and systems for providing, for example, oxygenated fuels with fuel-cooled fuel injectors (Agent No. 69545-8037US); And U.S. patent applications, methods and systems for reducing nitrogen oxide formation in engine combustion (Ap. No. 69545-8038US).
A. 개관 A. Overview
본 발명은 다중 연료를 사용하도록 구성되고 일체식 점화기를 포함하는 연료 인젝터, 시스템 및 이를 제공하는 방법을 기술한다. 또한 본 발명은 내연기관에 적용되는일체식 연료 분사 및 점화장치, 및 관련 시스템, 조립체, 부품들, 및 이에 대한 방법을 기재한다. 예를들면, 하기 다양한 실시예들은 포괄적으로 연소실 조건들에 따라 다양한 연료의 분사 및 연소를 극대화할 수 있는 적응성 연료 인젝터/점화기에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 실시예에 대한 완전한 이해를 위하여 하기 설명 및 도 1-42에 소정의 구체적인 설명이 제공된다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예에 대한 설명을 모호하게 할 수 있는 것을 피하기 위하여 내연기관, 인젝터, 점화기, 및/또는 기타 연소 시스템의 양태들 관련된 공지 구조 및 시스템을 기술하는 기타 구체적인 설명은 하기되지 않는다. 따라서, 하기 상세한 설명은 본 분야의 숙련가가 개시된 실시예들을 제조 및 사용할 수 있을 정도로 충분한 방식으로 제공된다는 것을 이해하여야 한다. 그러나 하기 여러 구체적인 설명 및 이점들에 대하여 소정의 실시예들을 구현할 필요는 없다.The present invention describes a fuel injector, a system configured to use multiple fuels and comprising an integrated igniter, and a method of providing the same. The present invention also describes an integral fuel injection and ignition device and associated systems, assemblies, parts, and methods thereof applied to an internal combustion engine. For example, the various embodiments below relate generally to an adaptive fuel injector / igniter capable of maximizing the injection and combustion of various fuels according to combustion chamber conditions. For a thorough understanding of various embodiments of the present invention, certain details are provided in the following description and in FIGS. 1-42. However, other specific details describing known structures and systems relating to aspects of internal combustion engines, injectors, igniters, and / or other combustion systems are in order to avoid obscuring the description of the various embodiments of the present invention. Do not. Accordingly, it should be understood that the following detailed description is provided in a manner sufficient to enable those skilled in the art to make and use the disclosed embodiments. However, it is not necessary to implement certain embodiments with respect to the following specific description and advantages.
도면에 도시된 많은 상세사항, 치수, 각도, 형상, 및 기타 특징부들은 본 발명의 특정 실시예들의 예시만을 위한 것이다. 따라서 기타 실시예들은 본 발명의 사상 또는 범위를 이탈하지 않고 다른 상세사항, 치수, 각도, 형상, 및 기타 특징부들을 가질 수 있다. 또한, 본 분야의 숙련가들은 하기 여러 상세사항들 없이도 본 발명의 추가적인 실시예가 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.Many of the details, dimensions, angles, shapes, and other features shown in the drawings are for illustration of specific embodiments of the present invention only. Accordingly, other embodiments may have other details, dimensions, angles, shapes, and other features without departing from the spirit or scope of the invention. In addition, those skilled in the art will understand that additional embodiments of the present invention may be implemented without various details below.
본 명세서를 통하여 ‘일 실시예’ 또는 ‘실시예’를 참조한다는 것은 실시예와 관련되어 기술된 특정 특징부, 구조체 또는 특성이 최소한 하나의 본 발명의 다른 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서 본 명세서 전반에서 ‘일 실시예’ 또는 ‘실시예’라는 구문이 나타나는 것은 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한 하나 이상의 실시예들에서 특정한 특징부, 구조체, 또는 특성은 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 추가로 본원의 소제목은 편의상 기재된 것이고 본 발명의 범위 또는 의미로 해석되지 않는다Reference throughout this specification to “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one other embodiment of the invention. Therefore, the appearance of the phrase 'one embodiment' or 'an embodiment' throughout this specification does not necessarily refer to the same embodiment. Also, in one or more embodiments certain features, structures, or properties may be combined in any suitable manner. In addition, the subheadings herein are set forth for convenience and are not to be interpreted as meaning or scope of the present invention.
일체식Integrated 인젝터Injector /점화기/ Igniter
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 일체식 인젝터/점화기 (110) (‘인젝터 110’)의 개략적인 측단면도이다. 도 1에 도시된 인젝터 (110)는 연소실 (104) 내부로 상이한 연료들을 분사하고 연소실 (104) 내부 연소 특성들 및 조건들에 따라 연료 분사 또는 분출 패턴 및/또는 주파수를 적응적으로 조정하도록 구성된다. 상세하게 하기되는 바와 같이, 인젝터 (110)는 급속 점화 및 완전 연소가 되도록 분사 연료를 최적화시킬 수 있다. 연료 분사 이외에, 인젝터 (110)는 분사 연료를 점화시키도록 구성되는 하나 이상의 일체식 점화 특징부를 포함한다. 이와 같이, 인젝터 (110)는 상이한 다중 연료들로 동작될 수 있도록 종래 내연기관을 전환시킬 수 있다. 도시된 인젝터 (110)의 여러 특징부들이 설명을 목적으로 개략적으로 도시되지만, 이러한 여러 개략적으로 도시된 특징부들은 본 발명 실시예들의 여러 특징부들을 참조하여 상세하게 하기된다. 따라서, 도 1인젝터의 개략적 도시된 부품들의 위치, 크기, 방향 등은 본 발명을 제한하는 것이 아니다.1 is a schematic side cross-sectional view of an integrated injector / igniter 110 ('injector 110') in accordance with an embodiment of the present invention. The
도시된 실시예에서, 인젝터 (110)는 기저부 (114) 및 노즐부 (118) 사이에 연장되는 중간부 (116)를 가지는 몸체 (112)를 포함한다. 노즐부 (118)는 엔진 헤드 (107) 포트를 통하여 최소한 부분적으로 연장되어 노즐부 (118) 단부 (119)는 연소실 (104)과의 계면에 배치된다. 또한 인젝터 (110)는 몸체 (112)를 통하여 기저부 (114)로부터 노즐부 (118)로 연장되는 통로 또는 채널 (123)을 포함한다. 채널 (123)은 몸체 (112)를 통하여 연료가 유동되도록 구성된다. 또한 채널 (123)은 작동기 (122)와 같은 기타 부품들 및 계장 부품들 및/또는 인젝터 (110)의 에너지원 (energy source) 부품들이 몸체 (112)를 통과하도록 구성된다. 소정 실시예들에서, 작동기 (122)는 노즐부 (118) 단부 (119)에 의해 지지되는 유량제어장치 또는 밸브 (120)와 작동적으로 연결되는 제1 단부를 가지는 케이블 또는 로드일 수 있다. 이에 따라, 유량 밸브 (120)는 연소실 (104)과의 계면 인근에 위치된다. 도 1에는 도시되지 않지만, 소정 실시예들에서 인젝터 (110)는 연소실 (104) 인근 뿐 아니라 몸체 (112) 다른 위치에 배치되는 하나 이상의 유량 밸브, 및 하나 이상의 체크밸브를 포함할 수 있다.In the illustrated embodiment, the
도시된 실시예의 다른 특징부에 의하면, 또한 작동기 (122)는 구동기 (124)와 작동적으로 연결되는 제2 단부를 포함한다. 제2 단부는 제어기 또는 처리기 (126)와 더욱 연결될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예를 참조하여 상세하게 하기되는 바와 같이, 제어기 (126) 및/또는 구동기 (124)는 신속하고 정확하게 작동기 (122)를 작동시켜 유량밸브 (120)를 통하여 연료를 연소실 (104)로 분사하도록 구성된다. 예를들면, 소정 실시예들에서, 유량 밸브 (120)는 (예를들면, 연소실 (104)을 향하여) 외향 이동하고 다른 실시예들에서 유량 밸브 (120)는 (예를들면, 연소실 (104)로부터 멀어지는) 내향 이동하여 연료 분사를 계량하고 조절한다. 또한, 소정 실시예들에서, 구동기 (124)는 작동기 (122)를 긴장시켜 폐쇄 또는 얹힌 위치에 유량 밸브 (120)를 유지시킬 수 있고, 구동기 (124)는 작동기 (122)를 이완시켜 유량 밸브 (120)가 연료를 분사하도록, 및 그 반대로 작동시킬 수 있다. 구동기 (124)는 제어기뿐 아니라 힘을 야기하는 (force inducing) 부품들 (예를들면, 음향, 전자기 및/또는 압전 부품들)에 반응하여 분사되는 연료 분출의 원하는 주파수 및 패턴을 달성할 수 있다.According to another feature of the illustrated embodiment, the
소정 실시예들에서, 작동기 (122)는 하나 이상의 통합 감지 및/또는 전송 부품들을 포함하여 연소실 특성들 및 조건들을 검출할 수 있다. 예를들면, 작동기 (122)는 로드 또는 케이블과 일체화된 광섬유 케이블, 절연 변환기로 형성되거나, 기타 센서를 포함하여 연소실 데이터를 검출하여 통신할 수 있다. 도 1에 도시되지 않지만, 다른 실시예들에서, 및 상세하게 하기되는 바와 같이, 인젝터 (110)는 인젝터 (110) 여러 위치에 배치되는 기타 센서 또는 감시 계장을 포함할 수 있다. 예를들면, 몸체 (112)는 몸체 (112) 재료와 일체화된 광섬유를 포함하거나, 몸체 (112) 자체 재료가 연소 데이터를 하나 이상의 제어기로 통신하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 유량 밸브 (120)는 감지 또는 센서를 지지하여 연소 데이터를 인젝터 (110)와 연관된 하나 이상의 제어기로 전송할 수 있다. 이러한 데이터는 무선, 유선, 광학 또는 기타 전송 매체를 통하여 전송될 수 있다. 이러한 피드백을 통하여 예를들면, 연료 공급 압력, 연료 분사 개시 타이밍, 다중 층상 또는 성층 충전물 생성을 위한 연료 분사 작동시간, 단일, 다중 또는 연속 플라즈마 점화 또는 용량성 방전 타이밍, 기타 등을 포함한 연료 분사 인자들 및 특성들 최적화를 위한 극히 신속하고 적응적 조정이 가능하다.In certain embodiments,
또한 제어기 (126), 구동기 (124), 및/또는 작동기 (126)에 의한 이러한 피드백 및 적응적 조정을 통하여 동력 생성, 연료 경제성과 같은 출력을 극대화하고, 질소산화물을 포함한 오염물 배출을 최소화 또는 제거할 수 있다. 본원에 참조로 전체가 포함되는 미국특허출원공개번호 2006/0238068는 본원에 기재된 인젝터 (110) 및 기타 인젝터에서 초음파 변환기를 작동시키는 적합한 구동기를 기술하고 있다.This feedback and adaptive adjustment by the
또한 인젝터 (110)는 단부 (119)에 의해 엔진 헤드 (107) 인근에 지지되는 점화 및 유량 조정 기구 또는 커버 (121) (도 1에서 파선으로 도시)를 선택적으로 포함할 수 있다. 커버 (121)는 최소한 부분적으로 유량 밸브 (120)를 내장하거나 둘러싼다. 또한 커버 (121)는 센서 또는 기타 감시 부품들과 같은 인젝터 (110) 소정 부품들을 보호하도록 구성될 수 있다. 또한 커버 (121)는 촉매, 촉매 담체 및/또는 분사 연료 점화를 위한 제1 전극으로 기능할 수 있다. 또한, 커버 (121)는 분사된 연료의 형상, 패턴 및/또는 위상에 영향을 줄 수 있도록 구성될 수 있다. 유량 밸브 (120) 역시 분사 연료의 이러한 특성들에 영향을 가할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를들면, 소정 실시예들에서 커버 (121) 및/또는 유량밸브 (120)는 이들 부품을 지나 흐르는 연료를 급속으로 기화시키도록 구성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 커버 (121) 및/또는 유량밸브 (120)는 날카로운 모서리, 촉매, 또는 기타 급히 유입되는 액체 연료 또는 액체 및 고체 연료 혼합물로부터 기체 또는 증기를 생성하는 특징부들을 가지는 표면을 포함할 수 있다. 유량 밸브 (120) 작동 가속 및/또는 주파수 역시 분사된 연료를 급속하게 기화시킬 수 있다. 작동에 있어서, 이러한 급속 기화로 인하여 노즐부 (118)에서 방출되는 증기 또는 기체는 더욱 신속하고도 완전하게 연소될 수 있다. 또한, 이러한 급속 기화는 과열 액체 연료 및 플라즈마 또는 분무되는 연료 분출의 음향 기동력과 여러 조합에서 적용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 유량 밸브 (120) 작동 주파수는 플라즈마 분무를 유도하여 분사 연료의 형상 및/또는 패턴에 유리하게 영향을 미칠 수 있다. 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허출원공개번호 672, 636, (미국특허 4,122,816)는 본원에 기재된 인젝터 (110) 및 기타 인젝터에 의한 플라즈마 분무를 작동시키는 적합한 구동기를 기술하고 있다.The
도시된 실시예의 다른 양태에 의하면, 상세하게 하기되는 바와 같이, 몸체 (112)의 최소 일부는 미정제 연료 또는 에너지 밀도가 낮은 연료를 포함한 상이한 연료들을 연소시키기 위한 고에너지 점화에 적합한 하나 이상의 유전체 (117)로 제조된다. 이들 유전체 (117)는 점화 불꽃 또는 플라즈마 생성, 격리 및/또는 공급을 위한 고전압에 대한 충분한 전기 절연을 제공할 수 있다. 소정 실시예들에서, 몸체 (112)는 단일 유전체 (117)로 제조될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러나, 몸체 (112)는 둘 이상의 유전체들을 포함할 수 있다. 예를들면, 중간부 (116) 최소 일 구역은 제1 절연강도를 가지는 제1 유전체, 및 노즐부 (118) 최소 일 구역은 제1 절연강도보다 큰 제2 절연강도를 가지는 유전체로 제조될 수 있다. 상대적으로 강한 제2 절연강도를 가지는, 제2 유전체는 열적 및 기계적 충격, 오염, 전압 트래킹, 기타 등으로부터 인젝터 (110)를 보호할 수 있다. 적합한 유전체들 예시, 및 몸체 (112)에서 이들 재료의 위치는 상세하게 하기된다.According to another aspect of the illustrated embodiment, as will be described in detail below, at least a portion of the
유전체들 이외에, 또한 인젝터 (110)는 분사 연료를 연소시키는 점화 발생을 위한 전원 또는 고전압원에 연결될 수 있다. 제1 전극은 인젝터 (110)를 관통하여 연장되는 하나 이상의 도체를 통하여 전원 (예를들면, 정전방전, 유도, 또는 압전 시스템과 같은 전압발생원)에 연결될 수 있다. 엔진 헤드 (107)의 상응하는 제2 전극과 함께 노즐부 (118), 유량 밸브 (120), 및/또는 커버 (121) 영역들은 제1 전극으로 작동하여 점화를 발생시킬 수 있다 (예를들면, 신속하게 연소를 발생, 진행 및 완료하기 위한 초음파 인가와 연계되는, 불꽃, 플라즈마, 압축점화 동작들, 고 에너지 정전방전, 확장 유도에 의한 불꽃, 및/또는 직류 또는 고주파 플라즈마). 상세하게 하기되는 바와 같이, 제1 전극은 내구성 및 장기간 수명이 유지되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예들에서, 인젝터 (110)는 연소실로부터 에너지를 전환하도록 및/또는 열화학적 재생을 통하여 인젝터 (110)의 하나 이상의 부품들을 구동할 수 있는 폐기 열 또는 에너지를 회수하도록 구성될 수 있다.In addition to the dielectrics, the
분사/점화 시스템Spray / ignition system
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 연료 인젝터 (210)를 가지는 내연 시스템 (200) 일부를 보이는 측면도이다. 도시된 실시예에서, 개략적으로 도시된 인젝터 (210)는 내연기관 (204) 연소실 (202) 내에서 상이한 연료들를 분사 및 점화하기 위하여 구성되는 일 유형의 인젝터를 보이기 위한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연소실 (202)은 인젝터 (210) 및 밸브들를 가지는 헤드부, 가동 피스톤 (201) 및 실린더 (203) 내면 사이에 형성된다. 다른 실시예들에서, 그러나, 인젝터 (210)는 여러 유형의 로터리 연소기관과 함께 다른 유형의 연소실 및/또는 다양한 날개식, 축형, 및 방사형 피스톤 액스팬더를 포함한 에너지 전달장치들의 기타 환경에서 적용될 수 있다. 더욱 상세하게 하기되는 바와 같이, 인젝터 (210)는 연소실 (202)에서 상이한 연료들을 분사 및 점화시킬 뿐 아니라, 인젝터 (210)가 상이한 연소 조건들 또는 요건들에 따라 이들 상이한 연료를 적응적으로 분사 및 점화시킬 수 있는 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (210)는 고에너지 점화로 미정제 연료 또는 에너지 밀도가 낮은 연료를 포함한 상이한 유형의 연료를 연소시키도록 구성되는 하나 이상의 절연체를 포함한다. 또한 이들 절연체는 상이한 유형의 연료를 연소시키기 위한 예를들면, 고전압, 피로, 충격, 산화, 및 부식 열화를 포함한 가혹 조건들에 견디도록 구성된다.2 is a side view showing a portion of an
도시된 실시예의 다른 양태에 의하면, 인젝터 (210)는 연소실 (202) 내의 다양한 연소 특성들 (예를들면, 연소 과정, 연소실 (202), 엔진 (204), 기타 등의 특성들)을 감지하는 계장을 더욱 포함할 수 있다. 이들 감지된 조건들에 반응하여, 인젝터 (210)는 연료 분사 및 점화 특성들을 적응적으로 최적화하여 연료 효율 및 동력 생성을 증가시키고, 소음, 엔진 노킹, 열손실 및/또는 진동을 감소시켜 엔진 및/또는 차량 수명을 연장시킨다. 또한, 인젝터 (210)는 연료를 연소실 (202)로 분사하는 작동 부품들을 포함하여 분사 연료의 특정 유동 또는 분무 패턴 (205), 및 위상을 달성한다. 예를들면, 인젝터 (210)는 연소실 (202) 계면에 인접하게 배치되는 하나 이상의 밸브들를 포함할 수 있다. 인젝터 (210) 작동 부품들은 정밀한, 고주파수의 밸브 작동을 제공하여 최소한 다음과 같은 특징들을 조절한다: 연료 분사 개시 및 완료 타이밍; 반복적 연료 분사의 주파수 및 동작시간; 및/또는 점화 타이밍 및 선택.According to another aspect of the illustrated embodiment, the
도 3A-3D는 본 발명의 실시예에 의한 인젝터로 분사될 수 있는 여러 연료 분출 패턴 (305) (각각 제1 내지 제4 패턴 (305a-305d)으로 식별)을 보인다. 본 분야의 숙련가가 이해하는 바와 같이, 도시된 패턴 (305)은 본 발명 일부 실시예들의 대표적인 것을 보이는 것이다. 따라서, 본 발명은 도 3A-3D에 도시된 패턴 (305)에 국한되지 않고, 다른 실시예들에서 인젝터는 도시된 패턴 (305)과는 상이한 분출 패턴을 제공할 수 있다. 도 3A-3D에 도시된 패턴 (305)이 상이한 형상 및 형태를 가지지만, 이들 패턴 (305)은 순차적 연료 층들 (307)을 가지는 특징을 공유한다. 해당 패턴 (305)의 개별 층들 (307)은 상대적으로 큰 분사 연료 용적 당 표면 비율이라는 이점을 제공한다. 이러한 큰 용적 당 표면 비율은 더 높은 연료 충전물 연소율을 제공하고, 연료 충전물의 절연 및 완전 연소 가속화에 조력한다. 이러한 신속한 완전 연소는 연료 충전물 서행 연소에 비하여 여러 장점을 제공한다. 예를들면, 연료 충전물의 서행 연소는 조기 점화가 필요하며, 연소실 표면으로의 상당한 열손실을 초래하고, 조기 점화로 인한 조기 압력 상승을 극복하기 위하여 더 많은 역행 작업 또는 출력 토크 손실에 이른다. 또한 이러한 사전 연소 작동은 오염물 배출 (예를들면, 탄소-풍부 탄화수소 미립자들, 질소산화물, 일산화탄소, 이산화탄소, 중지되고 미연소된 탄화수소, 등)뿐 아니라 피스톤, 링, 실린더 벽들, 밸브들, 및 기타 연소실 부품들에 대한 유해한 가열 및 마모의 문제가 있다. 3A-3D show several fuel ejection patterns 305 (identified by first to
따라서, 본 발명에 의한 시스템 및 인젝터는 종래 인젝터, 예열플러그, 또는 점화플러그 (예를들면, 디젤 연료 인젝터, 가솔린용 점화플러그, 기타 등)을 대체하고 널리 입수되는 오물, 쓰레기, 및 농작물 및 가축배설물에서 생산되는 수소, 메탄, 및 다양한 저렴한 연료 알코올과 같은 다양한 재생 연료로 완전 가동 동력을 생산할 수 있다. 이들 재생 연료의 에너지 밀도는 정제 화석 연료와 비교하여 약 3000배 낮지만, 본 발명의 시스템 및 인젝터는 이들 재생 연료를 분사 및 점화하여 효율적으로 에너지를 생산할 수 있다.Thus, systems and injectors in accordance with the present invention replace conventional injectors, preheating plugs, or spark plugs (e.g. diesel fuel injectors, spark plugs for gasoline, etc.) and are widely available for soil, garbage, and crops and livestock. Fully renewable power can be produced with a variety of renewable fuels such as hydrogen, methane, and various inexpensive fuel alcohols produced from feces. Although the energy density of these renewable fuels is about 3000 times lower compared to refined fossil fuels, the systems and injectors of the present invention can inject and ignite these renewable fuels to produce energy efficiently.
다중연료 분사 시스템Multi Fuel Injection System
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 예시적 부품 조립체의 길이방향 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 도 4의 부품 조립체 단면도(end view)이다. 도 4에 도시된 예시적 실시예의 양태들에 의하면, 인젝터 (3028)는 원래 연료 물질 또는 기재된 프로세스에 따라 생성되는 수소-특징적 연료종들을 상호 교환적으로 사용할 수 있다. 이것은 휘발유, 프로판, 에탄, 부탄, 연료 알코올, 초저온 슬러시, 동일 연료 또는 본 발명의 열화학적 재생 반응들로 생성되는 새로운 연료종들 액상, 증기 또는 기상 형태를 포함한다.4 is a longitudinal cross-sectional view of an example component assembly operated in accordance with an embodiment of the present invention. 5 is an end view of the component assembly of FIG. 4 in accordance with an embodiment of the present invention. According to aspects of the example embodiment shown in FIG. 4, the
도 4에 도시된 바와 같이, 연료통에서의1차 연료 열교환기 (3036)에서의 가온1차 연료, 열교환기 (3036)에서의 기화 1차 연료, 반응기 (3036)에서 새롭게 생성된 연료종들, 열교환기에서의 연료와 조합된 반응기 (3036)에서의 가온 연료 및 연소실로의 연료 공급 속도 및 침투(penetration), 연료 연소율 및 선택된 점화 타이밍에 국부적 및 전체적 공기-연료 혼합물을 포함한 변수들, 및 기타 많은 이들 변수의 조합 및 순열을 최적화하기 위하여 조절가능한 압력조정기를 조절하여 인젝터 (3028)로의 공급압력을 선택하는 것을 포함한 연료종들 및 조건들을 활용하는 밸브들로 도 4에 도시된 다양한 밸브들에 의한 흐름을 선택하여 인젝터 (3028)는 제공되는 회로들을 통과하는 최적의 연료들을 선택할 수 있다. 연료 인젝터 (3028) 구성으로 적응적 연료 분사 성능, 연료 침투 패턴, 공기 활용, 점화, 및 연소 제어가 개선되어 본 발명의 다양한 대안적 최적화 목표를 달성할 수 있다.As shown in FIG. 4, the warmed primary fuel in the primary
도 4는 시스템 도면들에 도시된 솔레노이드로 작동되는 연료 분사 및 정적 (positive) 점화 시스템의 일 예시적 실시예 (3028)를 도시한다. 실시예 양태들에 의하면, 인젝터 (3028)는 -254°C (-425°F)의 고체 및 액체 수소의 슬러시 수소 혼합물, 개질 메탄올로부터 150°C (302)°F 또는 그 이상 온도의 고온 수소 및 일산화탄소, 주위 온도의 디젤 및 가솔린 액체를 포함한 온도, 점도 및 밀도가 크게 다른 연료의 정확한 용적 분사 및 점화를 제공한다. 효율적인 엔진 운전으로 이러한 연료로부터 부분 또는 완전 가동 동력을 제공하기 위한 엄청난 용량은 의도된 최적 분사 타이밍 전 후 인젝터 후적이 없이 엔진 사이클 당 신속한 반복과 함께 정밀한 시간대에 정확한 용량의 적응적 공급 타이밍 및 정적 타이밍 점화가 요구된다. 이러한 후적을 회피하기는 상당히 어렵고 배기 사이클 및/또는 역행 작업 과정에서 연료 손실 및/또는 배기, 흡입, 또는 조기 압축 주기 과정에서 우발성 및 불확실한 연료 공급에 의한 열손실을 회피하기 위하여 중요하다.4 shows one
소정 실시예들에서, 연료 후적 감소는 유량제어밸브 (3074) 및, 도시된 바와 같이 절연 권선 (3046), 연자성체코어 (3045), 전기자 (3048), 및 스프링 (3036)으로 이루어진 솔레노이드 밸브 조작기와 같은 밸브 작동기 사이 이격 거리를 제공함으로써 달성된다. 최신 엔진들의 엔진 밸브 군들 및 캠축들 내부에 제공되는 극단적인 조밀 공간 제한 및 ‘열-정(hot-well)’ 조건들에서의 작동을 충족하기 위하여, 인젝터 (3028) 하부는 전압절연정 (well, 3066) 아래 부분들 (3076 및 3086)에서 보통의 점화플러그와 동일한 나사산, 리치, 및 몸체 직경 치수들로 구비된다. 유사하게, 소형 인젝터 부품들은 디젤 연료 인젝터를 대체하도록 제공되면서 낮은 증기압 디젤 연료 에서 수소 및/또는 수소-특징적 연료까지 특성들이 다른 연료들의정밀 불꽃 점화 및 층상 충전물 제공을 위한 실질적인 성능을 포함한다.In certain embodiments, the fuel trailing reduction is a solenoid valve manipulator consisting of
도 4에 도시된 실시예에서, 인젝터 구성에 따라 불꽃 점화용 고전압이 정 (3066) 내부 도체 (3068)에 인가되고 따라서 이온화 전압이 전도성 노즐 (3070) 및 나사부 (3086) 내에, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 연소실과의 계면에 있는 전하 축적 특징부들 (3085)에 걸쳐 생성된다. 소정 실시예들에서, 유량제어밸브 (3074)는 도시된 바와 같이 솔레노이드 조작기 조립체의 구동기 또는 전기자 (3048)의 힘에 의해 이동되는 고강도 절연체 케이블 또는 광 전도성 섬유 케이블 (3060)에 의해 상승된다. 일 실시예의 양태들에 의하면, 케이블 (3060)은 직경이 0.04 mm (0.015 인치)이고 IR, 가시광선, 및/또는 UV 파장의 복사선을 효과적으로 전송하는 섬유들에서 선택되는 고강도 광-파이프 섬유다발들로 형성된다.In the embodiment shown in FIG. 4, a high voltage for spark ignition is applied to the
도시된 실시예의일 특징부에 의하면, 이러한 다발은 보호 수축 튜브에 내장되거나 열가소성 또는 열경화성 결합재와 조립되어 유량제어밸브 (3074) 및 연소실 압력, 온도, 및 연소 패턴 조건들을 IR, 가시광선, 및/또는 UV 광 데이터로 계속 보고하는 데이터 수집 부품을 위한 매우 큰 강도, 유연성, 및 극단적으로 절연된 작동기를 형성한다. 추가적인 실시예들에 의하면, 케이블 (3060)을 위한 보호 렌즈 또는 코팅물이 연소실 계면 (3083)에 구비되어 광섬유 Fabry-Perot 간섭계, 또는 마이크로 Fabry-Perot 공동-기반 센서, 또는 측면-연마 광섬유에 의해 연소 압력 데이터를 제공한다. 작동에 있어서, 연소실 계면에 또는 실질적으로 인접하게 위치하는 케이블 (3060) 말단으로부터 압력 데이터가 예를들면, 마모 및 열적 열화로부터 보호될 수 있는 도시된 광-파이프 다발에 의해 전송된다. 본 발명 양태들에 의하면, 적합한 렌즈 보호 재료는 제한적이지는 않지만 다이아몬드, 사파이어, 수정, 산화마그네슘, 탄화규소, 및/또는 기타 세라믹 또는 내열성 초합금 및/또는 칸톨(Kanthol)을 포함한다.According to one feature of the illustrated embodiment, such a bundle is embedded in a protective shrink tube or assembled with a thermoplastic or thermoset binder such that the
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 예시적 부품 조립체의 길이방향 단면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 도 6 부품 조립체의 단면도 (end view)이다. 따라서, 도 6에 도시된 대안적 실시예의 인젝터로 도시된 바와 같이, 인젝터 (3029)는 투명 유전 절연체 (3072)를 포함한다. 절연체 (3072)는 복사선 주파수를 연소실로부터 광전자 센서 (3062P)로 및 연소실 압력 조건들에 따라 가변되는 변형 신호를 압력센서 (3062D)로 광-파이프 전송을 제공한다.6 is a longitudinal cross-sectional view of an example component assembly operated in accordance with an embodiment of the present invention. 7 is an end view of the FIG. 6 component assembly according to an embodiment of the invention. Thus, as shown by the injector of the alternative embodiment shown in FIG. 6, the
추가적인 실시예들에 의하면, 내장형 제어기 (3062)는 바람직하게는 센서 (3062D 및 3062P)로부터 신호를 수신하여 효율, 동력 생성, 원활한 동작, 고장장치 설비, 및 엔진 부품들 장기 수명이 더욱 개선되는 아날로그 또는 디지털 연료-공급 및 불꽃-점화를 발생시킨다. 소정 실시예들에서, 제어기 (3062)는 각각의 실린더 토크 형성 사이 시간을 결정하여 적응적 연료-분사 및 불꽃-점화 타이밍 함수로 정 및 부의 엔진 가속을 구동시키기 위하여 센서 측정값을 기록하고 원하는 엔진 운전 인자들을 최적화하기 위하여 필요한 조정 결정을 위한 유량 데이터를 기록한다. 따라서, 제어기 (3062)는 도 4, 5, 6, 7, 9, 11 및 13에 도시된 인젝터 (3028, 3029 또는 3029')와 같은 인젝터에 의한 다양한 동작 선택을 포함한 도 14 시스템 (하기됨)을 제어하는 마스터 컴퓨터로 기능한다.According to further embodiments, the embedded
소정 실시예들에서, 유량제어밸브 (3074) 아래에 있는 광섬유 다발 또는 케이블 (3060)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 실질적으로 투명한 체크밸브 (3084)에 의해 보호된다. 일 실시예에 의하면, 극단적으로 신속하게 개폐되는 체크밸브는 투명 몸체 내부에 들어있는 강자성체를 포함한다. 이러한 기능적 조합은 투명 원반 내부의 강자성 원반 또는 도시된 바와 같이 투명 구 내부의 강자성 구를 포함하는 다양한 기하적 구성으로 제공될 수 있다. 작동에 있어서, 이러한 기하적 구성으로 체크밸브 (3084)는 도시된 바와 같이 유량제어밸브 (3074) 및 케이블 (3060) 일단에 매우 밀접한 정상 폐쇄 위치로 자성적으로 강제된다. 연료가 흐르도록 유량제어밸브 (3074)가 상승될 때, 체크밸브 (3084)는 교차 슬롯들 (3088) 내부에 이를 포함하는 정공(well bore) 내부 개방 위치로 강제되어 연료가 체크밸브 (3084)를 지나 자성 밸브시트 (3090)를 통과하고 슬롯들 (2088)을 통하여 도 12 및 14 (하기됨)에 도시된 바와 같이 연소실 공기 내로 연료 침투 용적 당 매우 높은 표면을 제시한다. 따라서, 케이블 (3060)은 체크밸브 (3084)를 통과하는 복사선 주파수를 수신하고 전송하여 계속하여 연소실 상황을 감시한다. 본 발명 양태들에 의하면, 체크밸브 (3084) 투명부로 적합한 재료는 관심 감시 주파수를 통과시키는 사파이어, 수정, 고온 중합체, 및 세라믹을 포함한다.In certain embodiments, the optical fiber bundle or
일반적으로, 최소 연료 소모로 최대 토크를 생산하는 것이 바람직하다. 질소산화물 배출이 불쾌한 혼잡한 도시 거리 지역에서, 적응적 연료 분사 및 점화 타이밍은 최고 연소 온도가2,200°C (4,000°F)에 도달되지 않도록 하면서 최고의 토크를 제공한다. 최고 연소 온도를 결정하는 하나의 예시적 방법은 작은 직경의 광섬유 케이블 (3060) 또는 보다 큰 투명 절연체 (3072)를 이용하는 화염 온도 검출기로 이루어진다. 절연체 (3072)는 고온 중합체 연소실 표면상의 내열 및 내마모성 코팅물 예를들면 사파이어, 또는 다이아몬드-코팅물 또는 도시된 바와 같이 연소에 의한 복사선의 제어기 (3062) 센서 (3062D)로의 광-파이프 전송을 포함한 인젝터 (3028) 내부에서 조합적 기능을 위한 수정, 사파이어, 또는 유리로 제조된다. 또한, 도 4 및 5를 참조하면, 제어기 (3062 및/또는 3043)는 센서 (3062D)로부터 각각의 연소실 신호를 감지하여 연료-분사 및/또는 불꽃-점화 타이밍을 적응적으로 조정하여 일산화질소 형성을 억제한다.In general, it is desirable to produce maximum torque with minimal fuel consumption. In crowded urban street areas where NOx emissions are unpleasant, adaptive fuel injection and ignition timing provide the best torque while keeping the maximum combustion temperature from reaching 2,200 ° C (4,000 ° F). One example method of determining the highest combustion temperature consists of a flame temperature detector using a small diameter
따라서 연소실에 대한 계면에서 최신 엔진의 조밀하게 떨어져 있는 밸브들 및 밸브 조작기 상부 위치까지의 거의 모든 거리는 최적의 점화플러그 또는 디젤 연료 인젝터 위치에서의 통합 불꽃 점화를 가지는 절연 케이블 (3060)에 의해 정상 폐쇄 유량제어밸브 (3074)로 전달되는 연료 제어력에 의해 제공된다. 본 발명의 일체식 점화를 가지는 연료 인젝터 구성으로 인젝터는 점화플러그 또는 디젤 연료 인젝터를 대체하여 옥탄가, 세탄가, 점도, 온도, 또는 연료 에너지 밀도 등급에 무관하게 저렴한 연료를 포함한 매우 다양한 유형의 연료의 고효율 층상 충전물 연소를 위한 정밀 연료-분사 타이밍 및 적응적 불꽃-점화를 제공한다. 특정 옥탄가 또는 세탄가 등급을 가지는 연료로 작동이 제한되었던 엔진들은 본 발명에 의해 보다 저렴하고 보다 환경에 유익한 연료들로 보다 효율적이고 장기적으로 작동될 수 있다. 또한, 인젝터 (3028, 3029, 3029')를 선도적 연료 공급 및 점화 시스템으로 또는 기화 또는 흡입 매니폴드 연료 분사 시스템에 의해 공급되는 가솔린으로 원래 작동되도록 단지 불꽃 점화 시스템으로 작동하는 것이 가능하다. 유사하게 다양한 연료 계량 및 점화 조합에 따라 인젝터 (3028, 3029 3029')를 디젤 연료 또는 대안적 불꽃-점화 연료로 작동하도록 구성하는 것이 가능하다.Thus almost all distances from the interface to the combustion chamber to the tightly spaced valves and top of the valve manipulator of a modern engine are normally closed by an
본 발명의 추가적인 양태들에 의하면, 연료 경제성, 비동력 생성 최적화, 연소실 실린더의 윤활막 유지 보장, 및/또는 소음 최소화를 목적으로 연료-분사 타이밍 및 불꽃-점화 타이밍을 적응적으로 제어하면서도 질소산화물 형성이 억제된다. 소정 실시예들에서 케이블 (3060)을 유량제어밸브 (3074)를 통하여 연료 분배 노즐의 연소실 표면까지 또는 근처까지 연장 고정하여 도 5, 7, 및11에 도시된 바와 같이 슬롯들 (2088) 중심을 통하여 연소실 상황들을 감시하는 것이 바람직하다. 대안적 실시예들에서, 케이블 (3060)은 예를들면 전기자-정지 구 (3035) 상부에 루프와 같은 하나 이상의 자유 운동 유연 연장부를 형성할 수 있고, 이에 따라 바람직하게는 전기자 (3048) 이동을 개시 및 운동량을 발생시킨 후 케이블 (3060)을 상승 이에 따라 유량제어밸브 (3074)를 급속 상승시키고, 고정적으로 연자성체코어 (3045)를 통하여 도시된 바와 같이 연소실로부터 복사선 파장을 센서 (3040)로 전달시킨다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 센서 (3040)는 분리 또는 도시된 바와 같이 제어기 (3043)에 통합될 수 있다 . 일 실시예에서, 광전자 센서 시스템은 연소, 팽창, 배기, 흡입, 연료 분사 및 점화 상황들을 포함한 연소실 조건들을 도시된 바와 같이 엔진 연소실에서 감지되는 압력 및/또는 복사선 함수로서 완전하게 감시할 수 있다. 따라서 도 4 및 6을 참조하면, 센서 (3040) 및/또는 센서 (3062D) 및/또는 센서 (3062P)으로부터의 온도 및 상응 압력 신호들은 연료가 연소될 때의 온도 및 그 온도의 시간을 연소실 압력, 피스톤 위치, 및 연소 생성물의 화학적 성질과 즉시적으로 상관시킬 수 있다.According to further aspects of the present invention, nitrogen oxide formation while adaptively controlling fuel-injection timing and flame-ignition timing for the purpose of fuel economy, optimizing non-power generation, ensuring lubrication of the combustion cylinder cylinder, and / or minimizing noise This is suppressed. In certain embodiments, the
이러한 상관성은 미국특허 6,015,065; 6,446,597; 6,503,584; 5,343,699; 및 5,394,852; 및 동시-계속 중인 출원 60/551,219 에 개시된 기술로 피스톤 위치, 연소실 압력에 대한 조합된 데이터 수집; 및 도시된 바와 같이 광섬유 다발/광-파이프 조립체/케이블 (3060)에 의해 센서 (3040)로 제공되는 연소실 복사선 데이터로 엔진을 작동하여 달성될 수 있다. 이에 따라 생성되는 상관 함수로 케이블 (3060)에 의해 센서 (3040) 및 피스톤 위치 데이터로 제공되는 복사선 신호는 연소실 압력, 온도, 및 연소 조건들 패턴을 표시하여 연료 경제성, 동력 생성, 질소산화물 회피, 열손실 회피, 및 기타 등을 극대화하는 것과 같은 다양한 엔진 기능을 적응적으로 최적화시킬 수 있다. 케이블 (3060) 및 센서 (3040)에 의해 제어기 (3043)로 제공되는 데이터는 매우 고가의 효율적인 인젝터로 엔진 기능들을 신속하고도 적응적으로 제어할 수 있다.This correlation is described in US Pat. No. 6,015,065; 6,446,597; 6,503,584; 5,343,699; And 5,394,852; And combined data collection for piston position, combustion chamber pressure with the techniques disclosed in co-pending application 60 / 551,219; And combustion engine radiation data provided to the
따라서, 일 실시예에 의하면, 본 분야에서 알려지고 및/또는 본원에 참조로 포함되는 이전 참조 특허들 및 동시-계속 중인 출원들에 개시된 바와 같이 보다 완전한 적응적 분사 시스템은 센서 (3040) 및 케이블 (3060)을 하나 이상의 압력 센서와 결합시킬 수 있다. 이러한 경우 연료 경제성 및 동력 생성 관리에 대한 적응적 개선을 위하여 엔진 회전 가속을 감시하는 것이 바람직하다. 따라서 엔진 가속은 크랭크축 또는 캠축 타이밍, 분배기 타이밍, 기아 맞물림 타이밍, 또는 피스톤 속도 검출을 포함한 여러 기술로 감시될 수 있다. 연료종들 선택, 연료종들 온도, 연료 분사 타이밍, 분사 압력, 분사 반복률, 점화 타이밍 및 연소실 온도 매핑을 포함한 제어 변수들 함수로 엔진 가속은 보통 또는 저렴한 연료로 엔진 효율, 연료 경제성, 배출 제어, 및 엔진 수명을 개선할 수 있다.Thus, according to one embodiment, a more complete adaptive injection system, as disclosed in previous reference patents and co-pending applications known in the art and / or incorporated herein by reference, includes a
본 발명의 양태들에 의하면, 크게 다른 점도, 발열량, 및 증기압 연료 연소를 극대화하기 위하여 적응적 타이밍에서의 불꽃 플라즈마 점화는 원격 밸브 조작기 (3048) 및 연소실 계면에 또는 실질적으로 인접하게 위치하는 유량제어밸브 (3074)의 새로운 조합으로 제공된다. 이러한 구성은 유량제어밸브 (3074) 및 연소실 사이 간극 용적이 거의 또는 없으므로 유해한 전적 (before dibble) 또는 후적을 없앤다. 우회적으로 연료를 공급하는 채널들로 인하여 통상 유발되는 연료 유동 저항이 연소실 계면에 유량제어밸브 (3074)를 배치시켜 회피된다. 소정 실시예들에서, 유량제어밸브 (3074)는 이러한 폐쇄 작용들의 조합을 포함한 스프링 (3036) 또는 밸브시트 (3090)에 대한 자성 스프링 인력에 의한 인가력으로 적합한 기계적 스프링 또는 케이블 또는 로드 (3060)에 대한 압축력에 의해 정상 폐쇄 조건으로 편향된다.In accordance with aspects of the present invention, flame plasma ignition at adaptive timing is positioned at or substantially adjacent to the
본 발명 양태들에 의하면, 압력-내성적 효율은 전기자 구동기 (3048)의 급가속 이어 일 위치에서 케이블 (3060)에 고정되는 구 (3035)에 대한 구 (3035)를 급속하고 상승 또는 변위하도록 설계되는 충격을 제공하여 달성된다. 소정 실시예들에서, 구동기 (3048)는 도시된 바와 같이 전자극 부분(piece)을 향하여 고정 케이블 (3060)을 지나 이동한다. 상당한 운동량이 획득된 후, 구동기 (3048)는 도시된 스프링 내부에 있는 구 (3035)를 타격한다. 도시된 실시예에서, 구 (3035)는 도시된 바와 같이 스프링 (3036) 내에서 케이블 (3060)에 부착된다. 따라서, 작동에 있어서, 이러한 충격으로 인해 직접 작용하는 솔레노이드 밸브에 의해 형성되는 것 보다 상당히 더 큰 힘이 갑자기 인가되면 상대적으로 더 작은 관성의, 정상 폐쇄 유량제어밸브 (3074)는 시트 (3090)에 있는 경로의 상부 밸브시트에서 급속하게 상승된다.According to the aspects of the present invention, the pressure-tolerant efficiency is designed to rapidly raise or displace the
본 실시예는 유량제어밸브 (3074)에 대한 임의의 적합한 시트를 이용할 수 있다; 그러나, 소형 엔진연소실에 적용하기 위하여, 영구자석을 시트 (3090)로서 또는 내부에 포함시켜 유량제어밸브 (3074)를 도시된 바와 같이 정상 폐쇄 조건으로 편향시키는 것이 바람직하다. 전기자 (3048)에 의한 유량제어밸브 (3074)의 이러한 급속 충격 작동으로 연료 온도, 점도, 슬러시 결정 존재, 또는 원하는 연료 공급속도를 보장하기에 필요한 인가 압력에 무관하게 연료의 정밀한 유동이 보장될 수 있다. SmCo 및 NdFeB와 같은 영구자석은 작동 온도 205°C (401°F) 까지 원하는 자력을 용이하게 제공할 수 있고 유량제어밸브 (3074)가 자성 밸브시트 (3090) 상에 정상 폐쇄 위치로 편향되는 것 이에 따라 간극 용적 및 후적을 거의 없애는 것을 보장할 수 있다.This embodiment may use any suitable seat for the
예시적 비교로, 유량제어밸브 (3074)가 전기자 (3048)와 결합되어 절연체 (3064) 구멍 내부에서 전도성 노즐 (3070)로 공급된다면, 도시된 간극 용적에 임시 체류하는 연료 후적은 엔진 사이클에서 원하는 시간에 의도된 연료 공급 정도로 다량의 용량일 수 있다. 이러한 후적 유동은 팽창 마지막 단계들 또는 배기 행정 과정에 있을 수 있으므로, 완전하지 않다면, 실린더 벽 보호 윤활막에 대한 화염 충돌 손실, 무용한 피스톤 가열, 및 차동 팽창으로 인한 마찰 증가, 및 배기 시스템 부품들 가열을 유발시키면서 거의 소모될 것이다. 본 발명은 옥탄가, 증기압, 또는 용적 당 비 연료 에너지와 무관하게 보통 또는 저렴한 연료들을 상호 교환적으로 사용할 수 있는 극히 중요한 개시이다.In an exemplary comparison, if the
또한, 구동기 (3048)의 케이블 (3060)에 대한 이에 따라 유량제어밸브 (3074)에 대한 급속 충격으로 제공되는700 기압 이상과 비교하여 종래 밸브 작동 시스템은 약 7 기압의 압력 강하로 제한될 것이다. 사과소스 또는 코티지 치즈와 같은 상당히 난해한 조직 및 점도를 가지는 초저온 슬러시 연료는 상대적으로 큰 경로를 통하여 시트 (3090)의 큰 직경 오리피스에 있는 정상 폐쇄 유량제어밸브 (3074)로 용이하게 전달된다. 급가속 이후 큰 관성의 전자석 전기자 (3048)의 급속 충격은 매우 큰 상승력을 유전 케이블 (3060)을 통하여 전달하여 시트 (3090)의 큰 오리피스로부터 떨어지는 급속하고도 보장된 유량제어밸브 (3074) 상승을 달성하여 정상 폐쇄 체크밸브 (3084)를 개방하고, 존재한다면, 연료 슬러시 혼합물을 연소실로 분산한다. 동일하게 보장된 공급은 어떠한 위상의 연료 또는 수소 및 간헐적으로 제공될 수 있는 온도 400°F (204°C) 또는 그 이상에서 매우 낮은 기타 점도 연료를 포함한 위상의 혼합물에서 후적 없이 제공된다.Further, the conventional valve actuation system will be limited to a pressure drop of about 7 atmospheres as compared to more than 700 atmospheres provided by a rapid impact on the
본 발명 양태들에 의하면, 연료 밀도가 엔진 냉 시동에서 액체 가솔린 또는 초저온 수소 정도이고 이후 액체 연료를 기화 연료로 전환하는 열을 제공하기 위하여 엔진을 워밍-업 할 때 수백 또는 수천 배 밀도가 덜하게 되는 지와 무관하게, 연소실로 진입하는 연료의 정밀 계량 및 점화는 불리한 후적 없이 제공된다. 이에 따라 차량 조작기는 가장 바람직하고 유용한 연료를 선택하여 연료통 (3404) (도 14에 도시)을 재충전시킨다. 이후 엔진 배기 열이 도 14에 도시된 열교환기(들)에 의해 회수되고 인젝터는 엔진 폐기 열을 활용하여 선택된 수소-특징적 층상 충전물 연소의 장점을 제공할 가장 바람직한 연료 최적화를 제공한다. 매우 추운 날씨에 및 이산화탄소 배출을 최소화시키기 위하여, 충분한 엔진 열이 반응기 (3036)에 유용할 시간에 수소 또는 수소-특징적 기체를 이송하여 솔레노이드 밸브를 통하여 응축기에 보관하는 것이 바람직하다. 작동에 있어서, 엔진 냉 시동에서, 밸브가 개방되고 수소 또는 수소-특징적 연료는 밸브를 통하여 압력조정기 및 인젝터(들) (3028)로 흘러 극단적으로 신속하고, 매우 고효율적이고, 엔진 청정 시동을 제공한다.According to aspects of the present invention, the fuel density is on the order of liquid gasoline or cryogenic hydrogen at cold start of the engine and is less than a few hundred or several thousand times less dense when warming up the engine to provide heat to convert the liquid fuel into vaporized fuel. Regardless, precise metering and ignition of fuel entering the combustion chamber is provided without adverse consequences. The vehicle manipulator thus selects the most preferred and useful fuel to refill the fuel cell 3404 (shown in FIG. 14). The engine exhaust heat is then recovered by the heat exchanger (s) shown in FIG. 14 and the injector provides the most desirable fuel optimization that will utilize the engine waste heat to provide the benefits of selected hydrogen-specific layered charge combustion. In very cold weather and to minimize carbon dioxide emissions, it is desirable to transfer hydrogen or hydrogen-specific gas and store it in the condenser through the solenoid valve at a time when sufficient engine heat will be available to the
도 8A 및 8B는 본 발명의 실시예에 의한 유닛 밸브 조립체이다. 재생 연료를 활용하고 해양, 농장, 광산, 건설, 및 철도 및 트럭에 의한 대형 운반에서 대형 엔진들 효율 및 수명을 개선하는 것이 필수적이나, 디젤 연료용으로 설계된 대형 엔진들로 충분한 기화 연료 에너지를 공급하는 것은 극히 어려운 일이다. 도 8A 및 8B은 상대적으로 에너지 밀도가 낮은 대량의 가압 연료를 엔진의 각각의 실린더로 제어하여 공급하기 위한 유닛 밸브 (3100)의 부분 단면도이다. 본 개시의 양태들에 의하면, 유닛 밸브 (3100)는 특히 에너지 밀도가 매우 낮은 연료를 종래 연료보다 더 높은 열 효율에서 실질적으로 층상 충전 연소물로써 인젝터와 함께 대형 엔진들에 사용하도록 하는 이점이 있다. 또한 유닛 밸브 (3100)는 이러한 연료가 부분적으로 사용되어 각각의 흡입 사이클 과정에서 연소실로 유입되는 공기량을 증가시켜 전환(converted) 엔진의 용적 효율을 크게 개선시킨다.8A and 8B show a unit valve assembly according to an embodiment of the invention. It is essential to utilize renewable fuels and improve the efficiency and longevity of large engines in marine, farm, mine, construction, and large haul by rail and truck, but supply sufficient vaporized fuel energy with large engines designed for diesel fuel. It is extremely difficult to do. 8A and 8B are partial cross-sectional views of a
작동에 있어서, 가압 연료는 입구 피팅 (3102)을 통하여 도시된 바와 같이 스프링 (3104)이 구 (3106)와 같은 밸브를 시트 (3108) 상의 폐쇄 위치로 편향시키는 밸브실로 공급된다. 고속 엔진 용도, 또는 슬러시 연료 중의 고체들이 축적될 수 있으므로 스프링 (3104)이 적당하지 않은 분야에서, 시트 (3108)를 영구자석의 극으로 제공하여 신속한 구 (3106) 폐쇄를 조력하는 것이 바람직하다. 연소실로 연료 공급이 필요하면, 푸시 로드 (3112)는 시트 (3108)로부터 구 (3106)를 밀어 올리고 연료가 구 (3106) 주위로 연소실 공급 피팅 (3110)에 도시된 경로를 통하여 흐르도록 한다. 소정 실시예들에서, 푸시 로드 (3112)는 도시된 구멍 (3122) 내부에 밀착 끼워맞춤으로 또는 실 (3114)과 같은 탄성중합체 실에 의해 밀폐된다. 푸시 로드 (3112) 작동은 임의의 적합한 방법 또는 방법들의 조합으로 가능하다.In operation, pressurized fuel is supplied through the inlet fitting 3102 to a valve chamber where the
일 실시예에 의하면, 연료 유동의 적합한 제어는 도시된 바와 같이 솔레노이드 플런저 (3116)가 축방향으로 푸시 로드 (3112)와 연결되어 이동하는 강재 덮개 (3128) 내부 환상 권선 (3126)를 통과하는 전류에 의한 솔레노이드 작용으로 가능하다. 소정 실시예들에서, 플런저 (3116)는 바람직하게는 연자성체이다. 플런저 (3116)는 도시된 바와 같이 유닛 밸브 (3100)의 강자성 극 부분 (3122)에 영구적으로 배치되도록 나사식, 억지끼워 맞춤식, 적합한 접착제로 적소에 고정, 형철식, 또는 땜질(braised) 처리되는 바람직하게는 자가-윤활성 또는 저마모성 합금, 예를들면 Nitronic 합금, 또는 영구 윤활성 분말 야금 소결함유 베어링인 슬리브 베어링 (3124)에 의해 선형 운동하도록 안내된다 .According to one embodiment, the proper control of fuel flow is the current through the annular winding 3126 inside the
다른 실시예들에서, 또한 밸브 구 (3106)는 플런저 (3116)가 상당한 운동량을 얻은 후 상당히 큰 개방력으로 자유 이동하여 급히 푸시 로드 (3112)로 하여금 구 (3106)를 타격하게 하는 충격 작용으로 개방도리 수 있다. 본 실시예에서, 구 (3106) 및 푸시 로드 (3112) 단부 사이에는 충분한 ‘정지’ 간격이 제공되는 것이 바람직하고, 이때 구 (3106)가 급격하게 타격되기 전 상당한 운동량이 생성되도록 구 (3106)를 향한 가속이 개시되는 플런저 (3116)는 중립 위치에 있다.In other embodiments, the valve sphere 3106 also acts as an impact that causes the
푸시 로드 (3112) 이에 따라 구 (3106)를 간헐적으로 작동시키는 대안적 방법은 로터리 솔레노이드 또는 엔진의 흡기 밸브(들) 및/또는 동력 행정을 제어하는 동일 주파수로 작동하는 기계적 구동의 캠 변위 (displacement)에 의한 것이다. 이러한 기계적 작동은 구 (3106) 변위에 대한 유일 원천으로 활용되거나 푸시-풀 또는 로터리 솔레노이드와 결합하여 활용될 수 있다. 작동에 있어서, 클레비스 (3118)는 감마 베어링 조립체의 롤러 또는 외륜이 적합한 캠 상에 회전하여 플런저 (3116) 및 푸시 로드 (3112)를 구 (3106)를 향하여 선형 운동시키는 구 베어링 조립체 (3120)에 고정된다. 필요할 때 연료 유동을 위하여 구 (3106)를 타격한 후, 도시된 바와 같이 구 (3106) 및 플런저 (3116)는 자성 시트 및/또는 스프링 (3104 및 3105)중립 위치로 복귀된다.An alternative method of intermittently operating the
유사하게 압전 작동되는 브레이크 (미도시)에 의한 ‘홀드-오픈(hold-open)’ 기능과 함께 구 베어링 조립체 (3120)의 캠 변위에 의해 또는 도 8A 및 9에 도시된 바와 같이 캠축 (3120) 통과 후 연료 유동 주기를 계속하도록 플런저 (3116)에 인가되는 전자석 (3126) 작용에 의해 유닛 밸브 (3100)의 적합한 작동이 가능한다. 이에 따라 유체 유량 밸브 기능을 제공하고, 이는 구 (3106)와 같은 가동 밸브 요소가 솔레노이드, 캠 조작기, 및 솔레노이드와 캠 조작기 조합을 포함하는 적합한 기구에 의해 강제되는 플런저 (3112)에 의해 변위되어, 밸브 요소 (3106)가 때로는 솔레노이드, 압전 브레이크, 및/또는 솔레노이드 및 압전 기구들에 의해 유체 유동을 가능하게 하는 위치에 있을 수 있다.Similarly, by cam displacement of the
유닛 밸브 (3100)로부터의 연료 유동은 엔진의 흡입 밸브 포트, 적합한 직접 실린더 연료 인젝터, 및/또는 도 4, 5, 6, 7, 10 및 11에 상세하게 도시된 실시예들의 조합에서 선택되는 인젝터로 공급될 수 있다. 대용적형 엔진과 같은 일부 분야에서 연료를 세 곳의 유입점들로 공급하는 것이 바람직하다. 가압 연료 타이밍 분사에 의해 흡입 포트 밸브가 개방되는 동안 연소실 흡입밸브 포트로 공급되는 경우, 연소실에서 공기 밀도 증가를 공기-펌핑을 유도하도록 연료 운동량 제공함으로써 공기 흡입 및 용적 효율이 증가된다.The fuel flow from the
이러한 경우 연료는 공기 속도를 상당히 초과하는 속도로 공급되고 따라서 연소실 내로 공기를 가속시킨다. 이러한 장점은 연소실로 유입되는 연료량을 불꽃 점화에 의한 연소 개시 또는 유지에 필요한 것보다 더욱 적게 제어하여 심화될 수 있다. 그러나, 이러한 희박 연료-공기 혼합물은, 도 4, 5, 6, 7, 10 및 11의 인젝터 실시예들에 의한 연료 분사 및 점화에 의해 쉽게 착화될 수 있고, 이는 보장된 점화 및 연소 연료에 의한 타이밍 포트 연료 분사에 의해 형성된 희박 연료-공기 혼합물로의 신속한 침투를 제공한다.In this case the fuel is supplied at a rate significantly above the air velocity and thus accelerates the air into the combustion chamber. This advantage can be deepened by controlling the amount of fuel entering the combustion chamber to be less than necessary for initiation or maintenance of combustion by spark ignition. However, such lean fuel-air mixtures can be easily ignited by fuel injection and ignition by the injector embodiments of FIGS. 4, 5, 6, 7, 10 and 11, which are ensured by a guaranteed ignition and combustion fuel. Provides rapid penetration into the lean fuel-air mixture formed by timing port fuel injection.
인젝터에 의해 개시된 연소에 연료를 추가하는 분리된 직접 연료 인젝터를 통한 직접 실린더 분사에 의해 추가 동력이 제공된다. 하나 이상의 별개의 직접 실린더 인젝터로부터 인젝터/점화기에 의해 개시 및 제어되는 연소 패턴으로의 직접 분사는 과잉 공기 내에서 신속하고 완전한 연소를 보장하며 별개의 직접 분사 및 연소실 표면으로부터 연료를 와류, 반발 및/또는 반동시키고 이후 불꽃 점화원 근처 표면 또는 인근에서 연소시키는 불꽃 점화 부품들과 통상 연관된 열손실을 피할 수 있다.Additional power is provided by direct cylinder injection through a separate direct fuel injector that adds fuel to the combustion initiated by the injector. Direct injection from one or more separate direct cylinder injectors into the combustion pattern initiated and controlled by the injector / igniter ensures rapid and complete combustion in excess air and vortex, repel and / or fuel from the separate direct injection and combustion chamber surfaces. Or heat losses typically associated with spark ignition components that recoil and then combust on or near the surface near the spark ignition source.
고속 엔진 작동을 위한 더욱 대형 엔진 분야, 및 환상 권선 (3126)에서 전류 요건들 및 열 발생을 최소로 할 필요가 있는 경우에, 플런저 (3116) 및 구 (3112)의 기계적 캠 작동 운동 및 솔레노이드 작동을 조합하는 것이 특히 바람직하다. 이에 의하면 도 9의 캠축 (3212)과 같은 캠축에 의해 플런저 (3116) 주 운동이 제공될 수 있다. 엔진 공회전에 적합한 연료 공급을 위하여 구 (3106)의 초기 밸브 작동이 캠 작동에 의해 설정된 후, 연료 공급 및 동력 생성은 환상 권선 (3126)에서 상대적으로 낮은 전류를 생성시켜 플런저 (3116)를 정지구 (3122)에 대하여 계속하여 정지시킴으로써 ‘홀드-온 시간 (hold-on time)’을 유지시켜 증가된다. 따라서, 동력 증가를 위한 보장된 밸브 작동 및 정밀한 제어는 도 8A, 8B, 9 및 12에 도시된 바와 같이 캠 작동에 의한 구 (3106)의 급속 개방 이후 솔레노이드 작동에 의한 플런저 (3116)의 홀드-온 시간을 연장시킴으로 가능하다.For larger engine applications for high speed engine operation, and when it is necessary to minimize current requirements and heat generation in the annular winding 3126, mechanical cam actuation motion and solenoid actuation of the
본 발명의 양태들에 의하면, 도 9의 개략적인 연료 제어회로 배치에 도시된 바와 같은 예시적 유닛 밸브 (3200) 배열에 의한 정밀한 타이밍으로 연료 공급가 공급되는 다중 연소실을 가지는 엔진이 제공된다. 본 예시적 예에서, 6개의 유닛 밸브들 (3100)은 하우징 (3202) 내에서 동일 이격 각 간격으로 배치된다 . 하우징 (3202)은 가압 연료를 매니폴드 (3204)를 통하여 각각의 유닛 밸브 입구 (3206)로 제공한다. 캠축 (3212)에 보이는 캠은 간헐적으로 각각의 푸시 로드 조립체 (3210)를 작동시켜 입구 (3206)로부터 도 8B의 3110에 상응하고 도 6, 7, 및 10에 도시된 바와 같은 인젝터/점화기를 통하여 연료를 원하는 흡입 밸브 포트 및/또는 연소실로 공급하는 출구 (3208)로 정밀한 연료 유동을 제공한다. 소정 실시예들에서, 하우징 (3202)은 바람직하게는 캠축 (3212)에 대한 각 위치에 따라 적응적으로 조정되어 도시된 바와 같이 제어기 (3220)에 의해 제공되는적응적 최적화 알고리즘에 반응하여 점화 및 분사 진각 (advance)을 제공한다.According to aspects of the present invention, there is provided an engine having multiple combustion chambers supplied with fuel supply at precise timing by an
소정 실시예들에서, 제어기 (3220) 및 관련 부품들은 바람직하게는 효율, 동력 생성, 원활한 동작, 고장장치 설비, 및 엔진 부품들 수명의 또 다른 개선으로써 각 연소실의 연료-공급 및 불꽃-점화 상황들에 대한 적응적 최적화를 제공한다. 제어기 (3220)는 각각의 실린더 토크 형성 사이 시간을 결정하여 적응적 연료-분사 함수로 정 및 부의 엔진 가속을 구동시키기 위하여 센서 측정값을 기록하고 원하는 엔진 운전 출력을 최적화하기 위하여 필요한 조정 결정을 위한 불꽃-점화 데이터를 기록한다.In certain embodiments, the
일반적으로, 최소 연료 소모로 최대 토크를 생산하는 것이 바람직하다. 질소산화물 배출이 적당하지 않은 혼잡한 도시 거리 지역에서, 적응적 연료 분사 및 점화 타이밍은 최고 연소 온도가 2,200°C (4,000°F)에 도달되지 않도록 하면서 최고의 토크를 제공한다.In general, it is desirable to produce maximum torque with minimal fuel consumption. In crowded urban street areas where NOx emissions are not adequate, adaptive fuel injection and ignition timing provide the best torque while keeping the maximum combustion temperature from reaching 2,200 ° C (4,000 ° F).
최고 연소 온도 결정은 도 10에 도시된 바와 같이 작은 직경의 광섬유 케이블 또는 보다 큰 투명 절연체 (3072)를 이용하는 화염 온도 검출기로 이루어진다. 소정 실시예들에서, 절연체 (3072)는 고온 중합체 연소실 표면상의 내열 및 내마모성 코팅물 예를들면 사파이어, 또는 다이아몬드-코팅물 또는 도시된 바와 같이 연소에 의한 복사선의 제어기 (3043, 및/또는 3432) 센서 (3062D)로의 광-파이프 전송을 포함한 인젝터 내부에서 조합적 기능을 위한 수정, 사파이어, 또는 유리로 제조된다. 제어기 (3043)는 예를들면, 센서 (3062D)로부터 각각의 연소실 신호를 감지하여 연료-분사 및/또는 불꽃-점화 타이밍을 적응적으로 조정하여 일산화질소 또는 기타 질소산화물 형성을 억제한다.The highest combustion temperature determination consists of a flame temperature detector using a smaller diameter fiber optic cable or larger
소정 실시예들에서, 고전압 리드 (3068)를 위한 광 파이프 (3072)를 통하여 제공되는 홀을 통하여 도시된 바와 같이 리드 (3068), 노즐 (3070), 및 계장 (3062D 및 3062P) 인근 제어기 (3062)를 보호하고 밀폐시키고 절연 정 (3066)을 형성하는 주조 또는 사출성형 중합 절연체 (3064)를 제공하는 것이 바람직하다. 다른 실시예들에서 제어기 (3062)와의 전기적 접속을 보호하기 위한 정 (3050)에 인접하지만 아래 놓이고 이로부터 회전된 위치에 있는 정 (3050)과 유사한 다른 절연체 정 (3066)를 형성하기 위하여 동일 절연체를 이용하는 것이 바람직하다.In certain embodiments, the
소정의 고속 엔진 실시예들 및 단일 로터 또는 단일 실린더 분야에서 도 10에 도시된 바와 같이 고체 제어기 (3062)를 사용하여 연소실 상황들을 광학적으로 감시하는 것이 바람직하다. 또한 연소실 압력에 비례하는 신호를 생성하기 위하여 하나 이상의 압력 센서(들) (3062P)을 센서 (3062D)와 유사한 또는 인접한 위치에서 제어기 (3062)에 대면하도록 결합하는 것이 바람직하다. 소정 실시예들에서, 압력 센서 (3062P)는 연소실 내 흡입, 압축, 팽창, 및 배기 상황들을 감시 및 비교하여 도시된 바와 같이 연료-분사 및 점화 타이밍에 대한 적응적 제어를 위한 비교 기반을 제공한다.In certain high speed engine embodiments and single rotor or single cylinder applications, it is desirable to optically monitor combustion chamber conditions using the solid state controller 3022 as shown in FIG. 10. It is also desirable to combine one or more pressure sensor (s) 3062P to face
일 실시예에 의하면, 연료 계량 및 점화 관리 제공을 위한 하나의 선택은 도 9에 도시된 캠축 (3212)에 의한 엔진 공회전 작동을 위한 ‘타임-온(time-on)’ 작동시간을 제공하는 것이다. 소정 실시예들에서, 새로운 엔진 설계의 특정 기하적 구조와 함께 개장 적용을 만족시킬 필요와 같은 추가적인 적응을 위하여 캠 위치는3112와 같은 푸시 로드 및/또는 로커암 활용을 통하여 밸브 요소 (3106)와 멀어질 수 있다. 엔진 속도 및 동력 생성은 캠축 (3212) 초기 회전 초기를 지난 후 연료 공급 시간 주기를 증가시키기 위하여 환상 권선 (3126)을 통하는 낮은 전력 전류를 통과시켜 플런저 (3116), 푸시 로드 (3112), 및 구 (3106)의 ‘홀드-온’ 시간을 유지하여 증가될 수 있다. 이에 따라 기계적 및 전기기계적 시스템의 조합을 제공하여 완전한 범위의 바람직한 엔진 속도 및 동력을 생성할 수 있다. According to one embodiment, one option for providing fuel metering and ignition management is to provide a 'time-on' operating time for engine idle operation by the
본 발명에 따르면, 점화는 홀 효과(Hall effect), 압전 결정 변형, 포토-광, 자기 저항, 또는 기타 캠축 (3212) 또는 기타 기어 치형 계수와 같은 동시 발생적 상황들을 감지할 수 있는 근접 센서를 포함한 다양한 점화기에 의해 또는 광학적, 자기적, 용량성, 유도성, 자석 발전기, 또는 일부 기타 플런저 (3116)가 부싱 (3124) 및 환상 권선 (3126) 내부에서 이동될 때 발생되는.다른 전기 신호 변환을 활용하여 촉발될 수 있다. 이러한 플런저 이동 신호가 생성된 후 전자 컴퓨터 (3072 또는 3220 또는 3062)와 같은 별도 엔진 컴퓨터를 활용하여 적응적 연료 분사 및 점화 타이밍을 제공하여 동력 생성 증가, 연료 경제성 증가, 일산화질소 형성 감소에서 선택되는하나 이상의 바람직한 결과를 최적화하고, 최소 시동 에너지로 엔진 시동을 가능하게 하거나 엔진 회전 방향을 역행하여 전동장치에서 후진 기어의 필요성을 없애는 것이 바람직하다.In accordance with the present invention, the ignition includes a proximity sensor capable of detecting simultaneous effects such as Hall effect, piezoelectric crystal deformation, photo-light, magnetoresistance, or
본 발명은 연료 계량을 제어하는 밸브가 연소실로부터 어느 정도 떨어져 있을 때 발생하는 연료 소모의 문제를 극복한다. 이러한 문제로 인하여 제어 밸브가 폐쇄된 후에도 연료는 계속하여 흐르고 동력 행정에서 가장 유익한 최적 시간 간격에 연소될 수 없을 때 연료가 공급될 수 있다. 이것은 특히 소모적이고 이러한 연료가 계속하여 배기 행정 과정에서 소모적으로 후적된다면 엔진 및 배기 시스템 열화를 유발시킬 수 있다. 연료가 최적으로 활용될 수 없을 때의 후적 및 후-유동 없이 충분한 용적의 기화 연료를 공급하는 이러한 난해한 문제를 해결하기 위하여, 도 14 시스템에 동력을 생성하는 내연기관 연소실로 및/또는 현장 엔진 또는 본 발명에 의해 공급되는 연료를 수용하는 수송 분야에서 연료를 신속하고도 정확하게 이송하기 위하여 최종 공급 포인트로써 인젝터 (3028, 3029)를 사용하는 것이 바람직하다.The present invention overcomes the problem of fuel consumption that occurs when the valve controlling the fuel metering is some distance from the combustion chamber. This problem allows fuel to flow when fuel continues to flow even after the control valve is closed and cannot be combusted at the optimum time interval that is most beneficial in the power stroke. This is particularly exhaustive and can lead to engine and exhaust system deterioration if such fuel continues to be exhausted in the exhaust stroke process. In order to solve this difficult problem of supplying a sufficient volume of vaporized fuel without rear and post-flow when the fuel cannot be optimally utilized, the internal combustion engine combustion chamber and / or the field engine or It is preferred to use
피-연소 연료는 도 10에 도시된 바와 같이 적합한 압력 피팅에 의해 입구 (3042)를 통과하여 인젝터로 공급된다. 전환 디젤 또는 불꽃-점화 엔진의 연소실로 연료를 공급할 필요가 있을 때, 솔레노이드 조작기 조립체 (3043, 3044, 3046, 3048, 3054)가 사용된다. 강자성 구동기 (3048)는 절연체 정 (3050) 내부의 리드 (3052)에 인가된 전압이 절연 도체 (3046)의 환상 권선에 전류를 유발시킬 때 생성된 전자기력에 반응하여 이동되고 구동기 (3048)는 도시된 솔레노이드 자극 부분 (3045)을 향하여 이동한다.The fuel to be burned is supplied to the injector through the
구동기 (3048)는 임시 정지된 유전 섬유 케이블 (3060)을 지나 도시된 바와 같이 전자 극 부분을 향하여 이동된다. 상당한 운동량이 획득된 후, 구동기 (3048)는 도시된 스프링 정(well) 내부의 구 (3035)를 타격한다. 구 (3035)는 도시된 바와 같이 스프링 (3036) 내에서 유전 섬유 케이블 (3060)에 부착된다. 이러한 충격으로 인해 직접 작용하는 솔레노이드 밸브에 의해 형성되는 것 보다 상당히 더 큰 힘이 운동량 전달로 갑자기 인가되면 상대적으로 더 작은 관성의 정상 폐쇄 유량제어밸브 (3074)는 시트 (3090)에 있는 경로의 상부 밸브시트에서 급속하게 상승된다.The
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 작동되는 예시적 부품 조립체의 길이방향 단면도이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 의한 도 10 부품 조립체의 3094 단면도 (end view)이다. 도 12는 본 발명의 원리에 따라 동작되는 인젝터 실시예를 도시한 것이다. 도 13은 도 10에 도시된 판형 튜브 확대 단면도 (end view)이다. 다중연료 인젝터 (3029)'의 다른 실시예에 의하면, 선택 연료는 원하는 시간에 연료 분사되기 위하여 판 스프링 튜브 (3094)로 공급되며, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이 이는 보통은 평탄하고 유입 연료에 의해 팽창되어 연소실로의 낮은 유동 저항을 위하여 원형 튜브를 제공한다. 연소실로의 연료 이송이 완료된 후, 판 스프링 튜브 (3094)는 실질적으로 ‘제로 간극 용적’ 폐쇄 위치로 겹쳐져 연소실로부터의 가압 기체 흐름에 대한 효과적인 체크밸브로 기능한다. 광섬유 다발 (3060)은 유량제어밸브 (3074)'를 통하여 자성 시트 (3090) 아래로 연장되어 도시된 바와 같이 판형 튜브 (3094)를 지나 슬롯들 (2088) 중앙 수렴부까지 또는 대안적으로 3096과 같이 원하는 층상 충전 연소 생성을 위하여 연료를 분배하기도 하기 위하여 원하는 각도에서 제공되는 일군의 홀들의 중앙 홀을 통과 연장되어 연소실 상황들을 확인할 수 있다 (본 대안적 도면은 도시되지 않음).10 is a longitudinal cross-sectional view of an example component assembly operated in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 11 is a 3094 end view of the FIG. 10 component assembly in accordance with an embodiment of the present invention. Figure 12 illustrates an injector embodiment operated according to the principles of the present invention. FIG. 13 is an enlarged end view of the plate-shaped tube shown in FIG. 10. According to another embodiment of the 'multi-fuel injector 3029', the selected fuel is supplied to the
도 10은 연료 분사 상황들 사이 연소실 기체 흐름에 대한 효과적인 체크밸브를 제시하기 위하여 연료 분사 이벤트 사이에 평탄한 판 스프링 튜브 (3094)의 평탄해진 단면도를 도시한다. 도 13은 정상 폐쇄 체크밸브 및 연소실로 연료를 공급하는 자유 유동 채널로 달리 기능하는 판형 및 연료로-팽창된 원형 튜브의 확대된 단면도 (end view)를 도시한 것이다. 판 스프링 튜브 (3094)로 선택되기에 적합한 탄성체로는 -251°C 내지 215°C (-420°F 내지 +420°F)의 넓은 상용 온도에서 적용될 수 있는 PTFE, ETFE, PFA, PEEK, 및 FEP을 포함한다. 이러한 판형/원형 튜브는 연료가 이송될 때 제한된 통로 (3092)까지 다소 팽창하고 연료 공급 간격에는 평탄화 재료에 대하여 유용한 공간으로 수축되고 일치하도록 구성된다. 도 13에 도시된 평탄화 형상은 통로 (3092) 치수 및 기하구조와 일치하도록 구성된 초승달, 꼬인, 만곡 및/또는파형으로 구성될 수 있다. 스프링 튜브 (3094) 수명 연장을 보장하기 위하여 도 14에 도시된 바와 같이 연료 통로 열 교환으로 튜브 (3094)를 냉각시키면 상승적 이점을 확보할 수 있다.FIG. 10 shows a flattened cross-sectional view of flat
작동에 있어서, 연료 공급 분출 이후 판 스프링 튜브 (3094)이 수축되면, 연소기체는 슬롯들 (2088 및3089)을 통하여 내부로 진입하여 노즐 (3072) 구멍 (3092) 및 도 13 단면도에 도시된 바와 같은 평탄화 튜브 사이 공간을 충전시킨다. 단열 엔진 분야 및 매우 높은 효율의 엔진에 있어서 이러한 구성은 판형 튜브로 이에 따라 판형 튜브를 원통형상으로 통과하는 연료로 열을 전달한다. 이러한 목적으로 밀도가 높은 냉각 또는 초냉각 연료 공급을 가온하는 것은 특히 유리한다. 또한 이러한 유일한 구성은 인젝터 조립체 상부 영역들을 냉각시키고 이어 연료에 열을 전달하여 연소실에서 분사 및 점화 직전에 증기압 및/또는 동력 공급 (energizing) 위상 변화를 증가시킨다. 따라서 스프링 튜브 (3094)는 또한 도시된 바와 같이 다양한 연료 선택 및 조건들을 가지고 유리하게 작동되기 위한 순환식 열교환기로 기능할 수 있다.In operation, when the
메탄올, 에탄올과 같은 낮은증기압 액체로 냉시동 및 운전할 필요가 있을 경우, 디젤 연료 또는 가솔린 인젝터 (3028 또는 3029)는 유량제어밸브 (3074)에 대한 매우 신속한 반복적 개방-및-폐쇄 사이클들을 제공하여 특히 높은 표면 대 용적 특성들을 가지는 새로운 유형의 연료 공급이 가능하다. 아주 낮은 관성 케이블 또는 로드 (3060) 및 구 (3074)에 대한 전기자 (3048)의 충격 개방 작동으로 달성되는 개방 0.0002 초 및 폐쇄 0.0001 초와 같은 튜티 사이클로 유량 제어 밸브를 작동시켜, 도 2, 도 3A, 도 3B, 도 3C 및 도 3D에 도시된 바와 같이 연료는 일련의 세밀화 및 조밀화 패턴의 파형으로 도 4 및 5에 도시된 바와 같은 슬롯들 (3088 및 3089)로부터 분사된다. 이에 따라 보장된 불꽃 점화 이어 공회전 약 0.001 초 내지 엔진 가속 과정 약 0.012 초의 전체 분사 주기 과정 결과 생성되는 박화, 고 표면 대 용적의 연료막들의 우수한 연소율이 제공된다. 슬롯들 (2088)으로부터 이러한 패턴을 가지는 평탄막 파형의 분사 연료는 분리된 연료 인젝터 및 점화플러그 조합에 따라 요청되는 연소실 표면으로부터의 반동 또는 반발에 의한 균일 충전 공기-연료 혼합물 또는 약화된 층상 충전 공기-연료 혼합물을 생성하기 위한 접근법으로 가능한 것보다 상당히 늦은 분사 및 보장된 점화가 가능하다.When it is necessary to cold start and operate with low vapor pressure liquids such as methanol, ethanol, diesel fuel or
각각의 파형화 분사 연료를 적응적 타이밍 불꽃 점화하면 최고 연소 온도를 더욱 제어할 수 있다. 작동에 있어서, 이러한 구성은 초기 연료-풍부 연소로 연료를 착화하고 이어 팽창 불꽃면에 의해 층상 충전 연소물을 둘러싸는 과잉 공기로 전이되어 더욱 공기-풍부 연소로 진행되어 최고 연소 온도 2,204°C (4,000°F)를 초과하지 않고 따라서 질소산화물 형성을 회피할 수 있는 완전 연소를 보장할 수 있다.Adaptive timing flame ignition of each corrugated injection fuel provides further control of the maximum combustion temperature. In operation, this configuration ignites the fuel with initial fuel-rich combustion and then transitions to excess air surrounding the stratified fill combusted by the expansion flame surface and further into air-rich combustion leading to a maximum combustion temperature of 2,204 ° C. (4,000 It is possible to ensure complete combustion that does not exceed ° F) and thus avoids the formation of nitrogen oxides.
개시된 실시예들의 조합을 통하여 에너지 전환 방법 및 확실한 공정을 제공하며, 이는 하나 이상의 연료 물질을 용기에 보관하는 단계, 이러한 연료 및/또는 이러한 연료의 열적, 열화학적, 또는 전기화학적 유도체를 전기적 절연 케이블로 제어하여 의도하지 않은 시간에 엔진 연소실로의 연료 후적을 실질적으로 제거할 수 있는 엔진 연소실 계면에 있는 유량제어밸브 (3074)로부터 3048과 같은 밸브 조작기가 실질적으로 분리된 장치로 이러한 연료 및/또는 이러한 연료의 열적, 열화학적, 또는 전기화학적 유도체를 전달하는 단계를 포함한다. 이러한 조합으로 연료 에너지 밀도, 점도, 또는 옥탄가 또는 세탄가와 무관하게거의 모든 기체화, 증기화, 액체, 또는 슬러시 연료를 효율적으로 활용할 수 있다. 밸브 (3074)에 또는 이를 통하여 충분한 전압을 연소실로 발생시켜 엔진 작동을 최적화할 수 있는 적응적 정밀 시간에 유입 연료에 대한 플라즈마 또는 불꽃 점화를 제공할 수 있다.The combination of the disclosed embodiments provides an energy conversion method and reliable process, which includes storing one or more fuel materials in a container, electrically insulating the thermal, thermochemical, or electrochemical derivatives of such fuels and / or such fuels. These devices and / or valve actuators, such as 3048, are substantially separated from the
본 개시의 양태들에 의하면, 에너지 전환을 위한 다중연료 분사 및 점화 시스템은 이동 및 정지 엔진 작동에 적용될 수 있다. 하이브리드 차량 및 분산 에너지 분야는 이러한 적용에 대한 특히 가치있는 예시이다. 엔진 (3430)으로부터 최대 동력이 요구되는 경우, 연료통 (3404)에서 유용하다면 수소, 또는 실시예 236에 의해 생성되고, 실시예 3426에 의해 냉각 및/또는 연료통 (3404)에서 나오는 냉각 피드백과 혼합되는 수소-특징적 연료을 사용하고, 무-트로틀 공기 충전물을 냉각시켜 압축 작업으로 인한 역행 작업을 줄이기 위하여 엔진 (30) 압축 행정 과정에서 층상 충전물 분사를 제공하고 이어 적응적 불꽃 점화 타이밍으로 신속하게 수소 또는 수소-특징적 연료를 연소시켜 제동 평균 유효압력 (BMEP)을 극대화시키는 것이 바람직하다.According to aspects of the present disclosure, a multi-fuel injection and ignition system for energy conversion can be applied to moving and stationary engine operation. Hybrid vehicles and distributed energy are particularly valuable examples of this application. When maximum power is required from the
질소산화물 최소화가 필요한 경우 수소 또는 수소-특징적 연료를 사용하고 분사 타이밍 및 점화 타이밍을 적응적으로 조정하여 최고 연소실 온도 2,204°C (4,000°F)를 초과하지 않고 최고의 BMEP를 생성하는 것이 바람직하다. 정숙 운전이 필요한 경우 동작 소음을 배기 매니폴드 근처 및 배기 파이프 근처에 있는 3417와 같은 하나 이상의 음향 센서에서 감시하고 사람 가청 음향 파장에서 최소 소음이 되도록 연료 분사 타이밍 및 점화 타이밍을 적응적으로 조정하는 것이 바람직하다. 최대 엔진 수명이 요구되는 경우 연소실 표면으로 열전달이 최소가 되는 최고의 BMEP를 생성하도록 연료 분사 타이밍 및 점화 타이밍을 적응적으로 조정하는 것이 바람직하다.If minimization of nitrogen oxides is required, it is desirable to use hydrogen or hydrogen-specific fuels and to adaptively adjust the injection timing and ignition timing to produce the best BMEP without exceeding the highest combustion chamber temperature of 2,204 ° C (4,000 ° F). When quiet operation is required, operating noise is monitored by one or more acoustic sensors, such as the 3417, near the exhaust manifold and near the exhaust pipe, and adaptive adjustment of fuel injection timing and ignition timing to provide minimal noise at human audible acoustic wavelengths. desirable. When maximum engine life is required, it is desirable to adaptively adjust fuel injection timing and ignition timing to produce the best BMEP with minimal heat transfer to the combustion chamber surface.
도 12는 절연 상부 (3340)에 배치되고 연소실 기하구조에 수용되도록 층상 충전 연료 분사 패턴 (3326)이 도시된 바와 같이 비대칭적으로 형성되는 연소실에 매우 근접하게 배치되는 연료 유량 제어 밸브로부터 전기적으로 절연되는 적합한 연료 밸브 조작기를 구비한 실시예들 (3028, 3029, 3029')에 대하여 개시된 바와 같이 작동하는 인젝터 (3328)의 특징적 엔진 블록 및 헤드 부품들의 부분도를 도시한 것이다. 이러한 비대칭 연료 침투 패턴은 바람직하게는 도 4, 5, 6, 7, 및 10에 도시된 슬롯들 (2088 및 3089)의 더 넓은 간격과 같이 적당히 연장된 연료 공급 경로에 의해 형성되고 연소실 유입 연료의 더욱 큰 침투로 도시된 바와 같이 적당한 연료 침투 줄기 패턴 (3326)를 유발시켜 연조물을 위한 공기 활용을 최적화하고 연소 주위 과잉 공기 절연체는 흡입 또는 배기 밸브 (3322)를 포함한 헤드의 피스톤 부품들, 또는 도시된 통로 내 냉각수를 포함한 엔진 블록으로의 열손실을 최소화한다.12 is electrically isolated from a fuel flow control valve disposed at an insulated top 3340 and positioned very close to a combustion chamber in which a layered
의학적, 산업적, 화학적 합성, 및 농업적 분야에서 질소산화물 생성을 최대로 할 필요가 있는 경우, 층상 충전물 연소 온도를 극대화하고 피스톤을 고속으로 작동시켜 연소실에 형성된 질소산화물을 신속하게 생성 및 중지시키는 것이 바람직하다. 이로 인하여 원하는 화학종의 조합적 생성이 가능하면서, 발전, 추진력, 및/또는 기타 축동력 분야에서 원동력을 효율적으로 생성할 수 있다. 도 4, 6, 8, 9, 10, 및 12에 대하여 개시된 바와 같은 동작을 조합하는 시스템은 이러한 새로운 개발 및 이점들 제공에 특히 효과적이다.In the medical, industrial, chemical synthesis, and agricultural sectors, it is necessary to maximize the formation of nitrogen oxides in the combustion chamber, maximizing the laminar charge combustion temperature and operating the piston at high speed to quickly produce and stop the nitrogen oxides formed in the combustion chamber. desirable. This enables the combined production of the desired chemical species, while efficiently generating the driving force in the fields of power generation, propulsion, and / or other shaft power. A system that combines operations as disclosed for FIGS. 4, 6, 8, 9, 10, and 12 is particularly effective at providing these new developments and advantages.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 시스템 (3402) 소정 부품들의 단면도를 포함한 개략도를 도시한 것이다. 더욱 상세하게는, 도 14는 온도, 에너지 밀도, 증기압, 연소 속도, 및 공기 활용 요건들이 크게 다른 연료들이 안전하게 보관되고 상호 교환적으로 분사되고 연소실에서 점화되는 시스템 (3402)을 보인다. 시스템 (3402)은 냉각 증기, 액체 또는 고체 정도로 밀도가 높은 기체 및/또는 액체 증기를 보관할 필요로 인하여 테스트 압력 7,000 기압 또는 이상 및 순환 압력 3,000 기압 또는 이상을 견디기 위하여 섬유 보강재로 충분히 포장되는 불침투성 및 화학적으로 양립되는 연료 격납용기 라이너 (3406)가 있는 연료 보관용 연료통 (3404)을 포함할 수 있다.14 shows a schematic diagram including a cross-sectional view of certain components of a
도 14에 더욱 도시된 바와 같이, 조절기 (3412)는 제어 밸브 (3439)를 통과시켜 연료를 연료전지 (3437)로 공급할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 연료전지 (3437)는 물과 같은 공급원료로부터 수소를 가역적으로 생성할 수 있고 저온 및 고온의 유형을 포함한 전해액 종류에 특징이 있는 임의의 적합한 유형일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 연료통 (3404)에 보관된 연료는 통상적인 개질 조작에 의해 이러한 바람직한 연료종들을 제공하는 시스템에 의해 제공될 수 있는 것보다 연료전지 (3437)에서 고효율에 더욱 적합한 연료종들로 전환될 수 있다. 본 발명의 이러한 부품들 및 작동의 조합에 따라서 극단적으로 효과적인 혼성화 및 편의성을 제공하여 더욱 향상된 동작 효율 및 기능을 달성한다.As further shown in FIG. 14,
일 실시예에 의하면, 연료통 (3404)은 다양한 밸브들, 예를들면, 도 14에 도시된 바와 같이 충전 포트 (3410), 제1 사로 밸브 (3411), 및 제2 사로 밸브 (3414)를 통하여 유동 연료로 신속하게 충전된다. 굴절 유전층 (3416) 및 밀폐층 (3418)은 압력 조립체 (3406 및 3408)를 열적으로 절연하고 지지하며, 보관 시스템 (3406 및 3408)을 지지하고 보호하고 도시된 바와 같이 3406에 있는 보관물에 대한 열전달을 최소화하도록 설계된다. 본 실시예 양태들에 의하면, 유전층 (3416) 및 밀폐층 (3418)은 굴절성 금속으로 피복될 수 있다. 예를들면, 이러한 투명막의 유리 또는 중합체가 알루미늄 또는 은과 같은 굴절성 금속 일측에 매우 얇게 피복되어 복사 에너지를 반사시키고 열전도율을 감소시킨다. 대안적 실시예들에서, 교대 층들로 선택되는 재료의 굴절률 차이로 인하여 유전체들 자체가 굴절 기능을 제공할 수 있다.According to one embodiment, the
추가적 양태들에 의하면, 조립체 (3406 및 3408)에 보관된 최냉각 연료를 실질적으로 활용하기 위하여 필요한 시기가 확보될 수 있다. 예를들면, 효과적인 열전도 경로 길이 및 선택된 수의 굴절 절연층 (3416)은 3418의 밀폐면에 습기, 응축, 및 결빙을 최소화 또는 억제하기에 충분하게 열 보호벽을 제공할 수 있다. 따라서, 연료통 (3404)은 초저온 고체, 액체, 및 증기가 주위 온도에서 매우 큰 에너지 밀도 용량을 가지는 가압 유체가 될 때 허용되는 압력 저장 발달을 제공할 수 있다. 유사하게 예를들면, 냉각 에탄 및 프로판과 같은 유체들은, 탱크가 주위 조건들로 가온될 때 발생할 수 있는 압력 발달에 대한 우려없이 조립체 (3404)에 충전될 수 있다.In further aspects, the time needed to substantially utilize the coolant fuel stored in the
추가적 양태들에 의하면, 연료통 (3404)은 초저온 액체 수소 내에서 슬러시로써 초냉각 수소 고체 및 초저온 액체 수소 또는 메탄 내에서 슬러시로써 초냉각 메탄 고체와 같은 고체에 대한 안전한 보관을 제공한다. 이러한 고체 용융 및 액체 형성 및 이러한 액체의 가열로 인한 증기 형성은 표면 (3418)에서 결빙이 방지되면서도 안전한 격납용기 성능을 가지는 조립체 (3406 및 3408)에서 가능하고 표면 부품들에 대한 손상은 절연 시스템 (3416) 및 밀폐층 (3418)에 의해 방지된다.In further embodiments,
추가적 양태들에 의하면, 연료통 (3404)으로 이송 및 보관되기에 적합한 유체 연료는 초저온 수소 및/또는 메탄을 포함한다. 작동에 있어서, 연료통 (3404)을 에탄, 프로판, 부탄, 메탄올 또는 에탄올로 충전하고 보관하는 것이 편리할 수 있다. 추가로, 초저온 연료로 재충전하기 전에 에탄올 또는 메탄올의 최소한 두 탱크들로 적당히 처리 (curing)한 후 가솔린 또는 청정 디젤 연료 역시 연료통 (3404)에 보관할 수 있다. 따라서, 오염 회피, 범위 및 연료-비용 목표를 충족할 수 있는가장 바람직한 연료의 편리한 보관이 가능하다. 본 발명 양태들에 의하면, 공기-청정을 위한 도시 지역에서의 수소 활용이 고려되며 수소 및 일산화탄소, 메탄올, 에탄올, 에탄 또는 프로판의 재생 발생로 가스 혼합물의 상호 교환적 활용이 가능하다. 이로 인하여 다양한 연료들을 생산하고 분배하며 장기간의 성능 및/또는 더욱 저렴한 연료를 보관하고자 하는 운전자 및 자가 발전기의 필요를 충족시켜 농민 및 기업가의 기회 및 경쟁력을 제공할 수 있다.In further embodiments, the fluid fuel suitable for being transported and stored in the
도 14에 도시된 바와 같이, 밸브 (3414)를 개폐시켜, 연료통 (3404)에서 도시된 바와 같이 원하는 유동 경로에 따라 여과기 (3420)를 통하여 탱크 바닥으로부터 또는 여과기 (3422)를 통하여 탱크 상부로부터 연료가 공급된다. 탱크 격납용기 조립체 (3406 및 3408)가 심각하게 오용 (abuse)되는 경우, 라이너 (3406) 및 일체적 보강재 (3408) 내 연료 선택 격납용기는 유지된다. 본 발명 양태들에 의하면, 유전층 (3416) 및 밀폐층 (3418)의 슈퍼 자켓 (super jacket) 조립체는 복사, 전도, 및 대류성 열전달을 최소화하고, 복사선 반사에 의한 내화정격을 높이며, 모든 형태의 취득열량에 대하여 절연을 제공하고, 종래 연료통보다 장기간 열을 발산시킨다.As shown in FIG. 14, the
추가적 실시예들에 따르면, 화염에 장기간 노출되는 경우 조립체 (3406 및 3408) 온도 또는 보관 압력은 결국 방출 요구점까지 상승할 수 있다. 온도 및/또는 압력이 최대 허용 보관에 대한 적합한 비율까지 상승되는 점에서 , 내장형 압력 센서 (3431) 및 온도 센서 (3433)는 무선, 광섬유, 또는 유선 연결된 ‘블랙박스’ 제어기 (3432)로 정보를 보고하고 사로 밸브 (3414)에게 도시된 바와 같이 엔진 (3430)으로 추가 연료를 일차적으로 송출하라고 송신한다. 이때 엔진 (3430)이 작동하지 않으면 제어기 (3432)에 의해 상태를 획득하여 부하를 가지고 또는 없이 운전하는 것이 안정하고 바람직한지를 결정한다. 작동에 있어서, 엔진 (3430)이 시동되고 및/또는 충분한 연료 소모율 동작으로 전환되어 탱크 조립체 (3404) 내부 압력 초과 및 온도 초과가 방지된다. According to further embodiments, when prolonged exposure to flame,
도 14에 도시된 바와 같이, 시스템 (3402)은 매우 신속한 엔진 (3430) 자동 시동을 가능하게 하며, 선호되는 통상의 고효율 작동 모드와는 달리, 균일 충전물 연소 및 상당한 역행 작업 (back work)을 생성하는 분사 및 점화 타이밍으로 낮은 연료 효율을 제공하는 인젝터 기구 (3428)를 포함한다. 본 실시예의 양태들에 의하면, 열 효율을 극대화 하기 위하여 적응적으로 조정된 연료 분사 및 점화 타이밍으로 연료가 더 높은 효율의 층상 충전물 작동보다 더욱 빨리 소모될 수 있다. 본 발명에 따르면, 또한 인젝터 기구 (3428)는 흡입 진공을 생성하기 위하여 엔진 (3430)에 대한 비정상적 공기 제한 (‘트로틀(throttled) 공기 유입’) 과정에서 엔진 작동을 가능하게 하며, 이로 인하여 연료 공급 시스템은 압력을 크게 감소시켜 비등을 가능하게 하거나 연료통 (3404)에 대한 장기적 화염 충돌로 인한 매우 큰 취득열량을 제거할 필요가 있을 경우 연료통 (3404)에 대한 흡입을 제공하여 증발성 연료를 냉각시킬 수 있다. 화염에 노출되는 동안 압력 방출을 위하여 연료를 대기압으로 방치하는 것보다 연료통 (3404)으로부터 연료의 이러한 유용한 모드는 엔진 동력이 탱크를 냉각시키고 소화시키거나 화염 이탈 추진력을 제공할 수 있으므로 매우 바람직하다. 위험을 극복하기 위한 이러한 자원의 안전 관리 모드는 고정 동력장치 및 긴급 대응 차량, 특히 산림 및 건물 방화 설비에 적용될 수 있다.As shown in FIG. 14, the
이러한 절대안전 설비가 연료통 (3404)에서 과도 압력 또는 과도 온도를 충분히 방지하지 못한다면, 밸브 (3414) 내의 압력 방출 설비에 의해 추가적인 연료가 도시된 바와 같이 안전 방출구 (3434)를 통하여 공기 중으로 배출될 수 있다. 안전 방출구 (3434)는 바람직하게는 연돌 또는 차량 배기 파이프와 같은 고온가스 배출용으로 설계되는 안전영역 (3465)으로 연결되어 사람 또는 재산에 대한 유해성을 방지한다.If such an absolute safety facility does not sufficiently prevent excessive pressure or excessive temperature in the
도 14를 참조하여 도시된 바와 같이, 회전설비에 의해 발생된 열을 제거하거나 편류 및 마찰 손실을 줄이기 위하여 발전기 및 엔진 (3430)과 같은 회전 설비를 위한 커버 가스로서 처리 연료를 제공하기 위하여 조절기 또는 유사한 조절기로 제공되는 응축기 (3419)로부터 수소를 이용하는 것이 바람직하다 이러한 수소 순도는 중요하지 않고 회전 설비룰 손상시키지 않고도 상당한 함량의 메탄, 일산화탄소, 기타 등이 존재할 수 있고 이를 통하여 매우 실질적인 효율 및 에너지 전환 성능이 개선된다는 것을 알았다. 따라서 발전기의 수소 냉각 및 편류 손실 감소 및 효율 개선 및 내연기관의 보다 양호한 안전성을 위하여 수소를 포함하거나 수소를 생성하기 위하여 물과 같이 수소를 포함하는 화합물과 반응하는 거의 모든 1차 연료가 본 개시의 실시예들에 의해 전환될 수 있다. 3028, 3029, 3100, 3200, 및 3029'와 함께 도 14의 실시예들은 낮은 에너지 밀도의 수소가 우수한 열전달제 및 바람직한 연료전지 (3437) 및 엔진 (3430) 연료로 가용되도록 한다.As shown with reference to FIG. 14, a regulator or a regulator to provide process fuel as a cover gas for rotating equipment such as generators and
특히 중요한 적용은 회전 발전기 권선에서 운전 온도를 낮추어 보다 효율적인 작동 및 더욱 큰 에너지 전환 성능이 가능하도록 이러한 수소를 이용하는 것이다. 이러한 회전설비를 통과하는 통로에 의해 가온된 후, 수소는 피스톤 엔진 크랭크실 및 이어 이러한 엔진의 인젝터 및/또는 밸브 조립체 (3200)로 진행되어 연료 엔진에서 연료로 사용된다. 이를 통하여 폐열 발전 분야의 효율을 개선하고 형성 시스템의 성능을 증가시킨다. 피스톤 엔진 크랭크실 (3455)을 수소 분위기로 충전하면 크랭크실 내부에 우발성 점화를 위한 공기 및 수소의 가연성 혼합물이 존재하지 않는다는 보장을 통하여 작동 안전성이 증가한다. 이러한 낮은 점도 분위기는 상승작용으로 엔진 부품들의 상대 운동으로 인한 편류 및 마찰 손실을 감소시킨다. 또한 산소 및 유막 간 불리한 산화반응 및 크랭크실에서 생성되는 유적을 제거하여 윤활유 수명을 크게 개선시킨다. 물 증발 온도 이상에서 크랭크실 내 무수 수소 분위기를 유지하여, 수분 제거 및 전해수로 인한 베어링 및 링 실, 기타 등의 부식 방지의 이점이 더욱 달성될 수 있다.A particularly important application is the use of this hydrogen to lower the operating temperature in the rotary generator windings to allow for more efficient operation and greater energy conversion performance. After warmed up by the passage through this rotary plant, the hydrogen proceeds to the piston engine crankcase and then to the injector and / or
크랭크실로 인한 수분제거와 함께 이러한 수소 함습은 특히 혼성화 분야에서 3437과 같은 연료 전지에서 양자교환막 (PEM) 유지에 특히 유리하다. 이에 따라 일별변화, 계절적 기후로 인한 요청 또는 생성 요건들로 인한 변동 요구을 충족하기 위하여 연료전지 (3437)에 의한 수 킬로와트 출력 내지 이러한 연료 전지 작동으로 표시되는 엔진-발전기와 조합에 의한 메가와트 성능 범위의 극히 유동적이고 효율적인 도 14 실시예들에 기반한 시스템 작동이 가능하다.This hydrogen impregnation, along with water removal due to the crankcase, is particularly advantageous for maintaining proton exchange membranes (PEM) in fuel cells such as 3437, especially in the hybridization field. This results in a range of several kilowatts of output by the
냉각 연료가 있는 연료통 (3404)을 가지는 엔진의 정상적 냉시동 작동에서, 연료 증기는 여과기 (3422), 다중로 밸브 (3414)를 통하여 연료통 (3404)에서 절연 도관 (3425)에 의해 인젝터 기구 (3428)로 이송되고 분사 및 점화되어 동력 행정에 있는 엔진 (3430)의 모든 연소실에서 층상 충전물 연소 및 과잉 공기 급속 가열이 진행된다. 연료통 (3404) 상부에서 증기 공급으로 유지될 수 있는 연료소비율에 의해 제공되는 것 이상으로 동력이 필요한 경우, 액체 연료가 여과기 (3420)를 통하여 연료통 (3404) 바닥에서 취해져 인젝터 기구 (3428)로 공급된다. 본 발명 양태들에 의하면, 엔진 워밍-업 후, 배열은 열교환기 (3436) 내 액체 연료를 가압하고 증발시키기 위하여 사용될 수 있다. 추가적인 양태에 의하면, 열교환기 (3436)는 하나 이상의 적합한 촉매를 포함하여 액체, 증기 또는 기화 연료 성분들로부터 새로운 연료종들을 생성할 수 있다. In normal cold start operation of an engine having a
본 발명에 따르면 연료 연료통 (3404)에 보관된 연료의 화학적 성질에 따라, 열교환기 (3436)는 엔진 (3430) 작동을 개선할 수 있는 다종의 수소-특징적 연료를 생성할 수 있다. 예를들면, 습식 메탄올은 열로 인하여 증기화 및 분산되어 식 1에 도시된 바와 같이 수소 및 일산화탄소를 생성한다:According to the present invention, depending on the chemistry of the fuel stored in the
2CH3OH + H2O + 열 → 5H2 + CO + CO2 식 12CH3OH + H2O + Heat → 5H2 + CO +
식 2에 도시된 바와 같이, 저렴한 습식 에탄올은 열에 의해 및/또는 물과 같은 산소 주게 추가에 의해 흡열 개질된다:As shown in
C2H5OH + H2O + 열 → 4H2 + 2CO 식 2C2H5OH + H2O + Heat → 4H2 +
따라서, 본 실시예는 분해증류, 일산화탄소 및 수소 합성 및/또는 발효 및 증류에 의해 생성될 때 상당한 물이 알코올과 혼합된 상태로 잔류하게 하는 보다 저렴한 생산방법에 의한 바이오매스 알코올을 활용할 수 있다. 운전에 있어서, 습식 알코올이 무수 알코올보다 낮은 에너지 및 자본설비로 생산되므로 이러한 방법은 보다 호의적인 에너지 경제적인 방법이다. 이론에 구속되지 않고, 또한 본원에 개시된 공정 및 시스템은 엔진 폐열을 이용하여 수소 및 일산화탄소 연료 유도체를 흡열적으로 생성하고 무수 알코올 공급원료보다 25% 이상의 연소 에너지를 생성할 수 있다. 부가적 이점은 수소에 의해 제공되는 더욱 신속하고도 청정한 연소 특성이다. 따라서, 이러한 수소-특징적 유도체 연료를 계량하고 무-트로틀 공기에서 층상 충전물로 점화하기 위한 인젝터 기구 (3428)를 사용함으로써, 전체 연료 효율은 무수 알코올(들)의 균질 충전물 연소와 비교하여 40% 개선될 수 있다.Thus, this embodiment may utilize biomass alcohols by a less expensive production method that allows significant water to remain mixed with alcohols when produced by cracked distillation, carbon monoxide and hydrogen synthesis and / or fermentation and distillation. In operation, this method is more favorable and energy-efficient because wet alcohol is produced with lower energy and capital equipment than anhydrous alcohol. Without wishing to be bound by theory, the processes and systems disclosed herein can also endothermally produce hydrogen and carbon monoxide fuel derivatives using engine waste heat and produce 25% or more of combustion energy than anhydrous alcohol feedstock. An additional advantage is the faster and cleaner combustion characteristics provided by hydrogen. Thus, by using an
또 다른 실시예들에 의하면, 식 1 및 2에 기재된 흡열반응을 위한 물은 보조 물탱크 (3409)에 의해 공급, 및/또는 배기 스트림으로부터 물을 수집하여 보조 탱크 (3409)에 추가, 또는 필요하다면 예비적으로 물 및 용해안정제를 연료통 (3404)에 보관된 연료와 혼합 및/ 공기 유동 채널 (3423) 주위 열교환기 (3426) 표면에서 응축되는 물을 수집하여 공급될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 펌프 (3415)는 화학양론적 재질 반응에 충족되도록 밸브 (3411) 및 체크밸브 (3407)를 통한 연료소비율에 비례한 속도로 체크밸브 (3407)를 통하여 물을 열교환 반응기 (3436)로 제공한다. According to still other embodiments, the water for the endothermic reactions described in
에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 기타 등과 같은 연료 알코올은 물과 화학양론적 비율로 용해될 수 있고 식 1 및 2로 일반적으로 기재되고 요약되는 흡열 재질에 의해 상당히 더 많은 수소를 생성한다. 이로 인하여 보다 저렴한 연료가 예를들면, 농장 및 기타 소기업에서 유리하게 활용될 수 있다. 비용 절감은 물을 제거하는 정제 에너지 절감 및 원거리 정제소로부터의 이송에 제한되지 않는다.Fuel alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol, and the like can be dissolved in water and in stoichiometric proportions and produce significantly more hydrogen by the endothermic material generally described and summarized in
임의의 탄화수소, 수소, 또는 수소-특징적 연료를 엔진 (3430)에서 연소시키면 엔진 배기가스에서 물을 생성한다. 본 발명 양태들에 의하면, 이슬점 이하로 배기가스를 냉각시킨 후 예를들면, 유체 제거기 (3405)에서 이러한 상당 분량의 배기 스트림 수분이 회수될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 역류 열교환기/반응기 (3436)는 식 1 및 2로 특징되는 흡열 반응에 필요한 열의 전부는 아니라도 대부분을 제공하여 이에 따라 극적으로 배기가스를 냉각시킨다. 제공되는 역류 유동 속도 및 면적에 따라, 배기가스는 연료 보관 온도 근처까지 냉각될 수 있다. 이에 따라 다양한 추가적인 새로운 실시예들에서 용이하게 물을 응축할 수 있고, 이러한 적용에 관한 본 발명은 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허번호 6,756,140; 6,155,212; 6,015,065; 6,446,597; 6,503,584, 5,343,699; 및 5,394,852 및 동시 계속 중인 가특허출원 60/551,219의 우선권을 주장하는 임의의 정식특허출원에 개시된 바와 같은 연료 보관 및/또는 혼성화 엔진, 전해조, 가역적 연료 전지와 조합된 하부 사이클 동력 제공 및/또는 물 수집을 위한 배열 활용 공정가 조합된다.Combustion of any hydrocarbon, hydrogen, or hydrogen-specific fuel in
충분한 열이 유용하지 못하거나 반응기 (3436)에서 흡열 개질반응에 필요한 온도가 달성되지 못하는 경우, 도 14에 도시된 바와 같이 펌프 (3403)는 산소-풍부 배기가스를 반응기 (3436)로 제공할 수 있다. 본 실시예에 따르면 펌프를 사용하면 수소와 함께 일산화탄소 및/또는 이산화탄소을 생성하는 산소 및 존재하는 연료종들 간 발열 반응 및 추가적인 열방출로 보강되는 흡열 개질 반응의 조합을 가능하게 한다. 반응기 (3436) 내에서 반응 생성물을 종래 이용하는 경우 질소과 같은 불쾌한 부산물이 제공되었을 것이나 , 인젝터 기구 (3428)는 엔진 (3430)의 용적 또는 열효율을 위태롭게 하지 않는 상사점 또는 근처 또는 동력 행정 과정 및 조건들에서 대용량의 기체를 연소실로 분사 및 신속하게 공급할 수 있다.If sufficient heat is not available or the temperature required for the endothermic reforming reaction in the reactor 3438 is not achieved, the
따라서 초저온 슬러시, 초저온 액체, 가압 냉 증기, 흡착 물질, 주위 온도 초임계 유체, 및 주위 온도 유체를 포함하는 군에서 선택되는 수소를 함유한 연료는 연료통 (3404)에 보관되고 엔진 배기가스로부터 열이 추가되어 고온 증기, 새로운 화학종들, 및 새로운 화학종들과 고온 증기 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 상승 온도 물질로 전환되어 엔진 연소실로 분사되고 점화된다. 엔진 (3430) 배기가스로부터 충분한 열이 제거되어 상당한 수분 응축이 유발되고, 이는 도시된 바와 같이 수소를 생성하기 위하여 수소를 함유한 연료로 반응기 (3436)의 더 높은 온도 영역들에서 흡열 반응에 사용될 목적으로 회수된다. 식 3은 메탄과 같은 탄화수소 연료 연소에 의해 열 및 수분을 생성하는 것을 보인다:Thus, the hydrogen containing fuel selected from the group consisting of cryogenic slush, cryogenic liquid, pressurized cold vapor, adsorbent material, ambient temperature supercritical fluid, and ambient temperature fluid is stored in the
CH4 + 3O2 → CO2 + 2H2O 식 3CH4 + 3O2 → CO2 +
식 4는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 옥탄, 가솔린, 디젤 연료, 및 기타 중질 연료 분자들과 같은 탄화수소를 물로 개질하여 수소 및 일산화탄소의 혼합물을 형성하는 포괄적인 프로세스를 보인다:Equation 4 shows a comprehensive process for reforming hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, octane, gasoline, diesel fuel, and other heavy fuel molecules with water to form a mixture of hydrogen and carbon monoxide:
CxHy + XH2O + 열 → (0.5Y + X) H2 + XCO 식 4CxHy + XH2O + Heat → (0.5Y + X) H2 + XCO Equation 4
식 3, 5, 및 6은 메탄과 같은 탄화수소 연소로 생성되는 물의 양이 더욱 바람직한 수소-특징적 연료로 메탄을 개질하기 위하여 필요한 물보다 2 또는 3배라는 것을 보인다:
CH4 + H2O + 열 → 3H2 + CO 식 5CH4 + H2O + Heat → 3H2 + CO Equation 5
식 6은 반응기 (3436)에서 개질 반응을 위한 더 많은 물을 생성하면서 연소실 동력 행정에서 더 많은 팽창 가스를 생성할 수 있는, 메탄과 같은 탄화수소 개질 및 식 5의 생성 연료종들 연소의 장점을 보인다.Equation 6 shows the advantages of hydrocarbon reforming, such as methane, and combustion of the fuel species of Equation 5, which can produce more expansion gas in the combustion chamber power stroke while generating more water for the reforming reaction in reactor 3336. .
3H2 + CO + 2O2 → 3H2O + CO2 식 63H2 + CO + 2O2 → 3H2O + CO2 Equation 6
따라서, 발생로 가스 (수소 및 일산화탄소)을 생성하고 연소하기 위하여 물로 메탄을 개질하면 더 큰 연소 에너지 및 반응기 (3436)에서 메탄의 흡열 개질에 필요한 약 3배의 물이 생성된다. 따라서 열교환기 (3426)에 응축된 물과 함께, 충분한 물이 본 발명의 차량 또는 고정 분야에서 수집될 수 있다. 반응기 (3436)에서 사용되는 대부분의 중량으 물은 공기로부터의 산소 및 엔진 (3430)에 있는 수소 또는 수소-특징적 연료의 연소로 획득되므로 물을 수집하는 것은 공차중량을 줄인다. 따라서 각 1그램의 수소는 8그램의 대기중 산소와 결합하여 엔진 (3430) 배기가스로부터 9그램의 수분을 회수할 수 있다.Thus, reforming methane with water to generate and burn gas (hydrogen and carbon monoxide) in the generator produces greater combustion energy and about three times the water required for the endothermic reform of methane in the reactor 3336. Thus, along with the water condensed in the
또 다른 실시예들에 의하면, 적합하게 정제된 물은 열교환기 (3436)에서 촉매 지지 반응을 포함한 반응과 함께 하이브리드 차량 축열식 (regenerative) 운전 및/또는 부하 관리 운전을 지원하기 위하여 엔진 (3430) 또는 연료통 (3404)에서 나오는 냉 연료의 열교환으로 유용한 고온 또는 저온에서 하나 이상의 전기분해 공정 운전에 제공될 수 있다. 본 실시예에서 본원에 기재된 상승적 조합에 의해 총 에너지 활용 효율이 개선되며, 또한 이와 같이 충분한 물의 공급은 용량이 크고 유지하기에 취약한 역삼투, 증류 시스템, 또는 기타 고가의 에너지-소모적 설비가 필요하지 않으므로 주목할 만하다.According to still other embodiments, suitably purified water may be added to the
생성된 수소-특징적 연료에 의해 다음과 같은 기타 여러 장점들이 제공된다:The hydrogen-characteristic fuel produced provides several other advantages, such as:
수소는 메탄 및 유사 탄화수소보다 7 내지 10배 빨리 연소되어 원래 탄화수소종들보다 더욱 늦게 점화 타이밍이 가능하여 압축 조기 과정에서 점화를 수반할 수 있는 상당한 역행 작업 및 열손실을 피할 수 있다.Hydrogen burns 7 to 10 times faster than methane and similar hydrocarbons, allowing ignition timing later than the original hydrocarbon species, avoiding significant retrograde operations and heat losses that may involve ignition in the premature compression process.
흡열 개질 반응에 의해 생성되는 수소 및 일산화탄소는 원래 탄화수소보다 연소 과정에서 25% 이상의 열을 방출한다. 이는 원래 탄화수소로부터 수소 및 일산화탄소 형성시 흡입 열의 열역학적 투입으로 인한다. 이것은 도시된 바와 같이 배기 시스템으로부터의 고품질의 열과 함께 엔진의 물자켓 또는 공기-냉각 시스템으로부터의 폐열을 이용할 수 있는 유익한 방법이다.Hydrogen and carbon monoxide produced by endothermic reforming reactions release 25% more heat in the combustion process than the original hydrocarbons. This is due to the thermodynamic input of intake heat in the formation of hydrogen and carbon monoxide from the original hydrocarbons. This is an advantageous way to utilize waste heat from the engine's jacket or air-cooling system with high quality heat from the exhaust system as shown.
수소는 매우 청정하게 연소하며 급속 연소 전파 및 수소-특징적 연료 혼합물의 추가 성분이 되는 개질 반응을 통과한 임의의 탄화수소에 대한 과잉 공기로 완전연소를 보장한다.Hydrogen burns very cleanly and ensures complete combustion with excess air for any hydrocarbons that have passed through a rapid combustion propagation and reforming reaction which is an additional component of the hydrogen-characteristic fuel mixture.
인젝터 기구 (3428)에서 공급되는 수증기 중의 수소 및/또는 연료종들에 대한 급속 연소는 연소실 내에서 층상 충전물의 절연적 팽창 및 작업 생성을 위하여 신속하게 이러한 증기를 가열하여 수증기 팽창의 균질 충전물 방법과 비교하여 상당히 높은 운전 효율을 제공한다.Rapid combustion of hydrogen and / or fuel species in the water vapor supplied from the
연소에 의해 수증기 생성과 함께 수증기에 대한 급속 가열로 인하여 연소 생성물 최고 온도를 낮추고 배기가스 내 질소산화물의 알짜 생성 및 존재를 크게 줄이는 이러한 반응성 수증기 및 질소산화물과의 상승적 반응으로 질소산화물을 크게 줄인다 .The synergistic reaction with reactive water vapor and nitrogen oxides greatly reduces nitrogen oxides by lowering the maximum temperature of the combustion products due to the rapid heating of the water vapor together with the formation of water vapor by combustion and greatly reducing the net production and presence of nitrogen oxides in the exhaust gas.
인젝터 기구 (3428)에 의해 유일하게 설정되는 수소 특징적 연료 산화의 급속 연소에 따른 급속 점화 및 가열로 인하여 모든 연료 성분들을 완전히 산화시키고 배기 스트림 내 질소산화물을 감소시키는 유익한 상승적 반응을 위한 연소실 내 더욱 많은 시간이 제공된다.More ignition in the combustion chamber for beneficial synergistic reactions that completely oxidize all fuel components and reduce nitrogen oxides in the exhaust stream due to the rapid ignition and heating resulting from the rapid combustion of hydrogen characteristic fuel oxidation, which is uniquely set by the
도 15A-15D은 인젝터 기구 (3428) 상부 구역 내에 있고 도시된 바와 같이 연소실 계면에 배치되는 유량 제어 밸브 (3584)와 전기적으로 분리되지만 기계적으로는 연결되는 압전 또는 전자기 전기자와 관련하여 일반적으로 기재된 바와 같은 밸브 작동 조작기에 의한 층상 충전물 연소 결과를 순차적으로 도시한다. 본 예에서, 유량 제어 요소 (3584)는 연소실을 향하여 변위되어 연료 분사를 가능하게 하는 가동 유량 제어 밸브로 기능하고 정상 폐쇄 위치로 상승되어 연소 가스 압력에 대한 체크밸브로 기능한다. 엔진 헤드 또는 블록에 끼워진 (ground) 나사부 및 도시된 바와 같이 요소 (3584)의 절연 유량 제어 밸브 조립체 사이 인가되는 전위부하에 의한 플라즈마 방전이 발생될 때 분사된 연료 점화가 일어난다.15A-15D are generally described with respect to piezoelectric or electromagnetic armatures that are electrically separate from but mechanically connected to a
일체식 인젝터/점화기의 유전 특징부들 Dielectric Features of Integral Injector / Ignizer
도 16은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터 (410)의 부분 측단면도이다. 도 16에 도시된 인젝터 (410)는 본 발명의 여러 실시예들에 따라 사용될 수 있는 여러 유전체들의 특징부들을 도시한다. 도시된 인젝터 (410)는 도 1-3D를 참조하여 상기된 인젝터의 해당 특징부들과 구조 및 기능이 최소한 일반적으로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (410)는 중간부 (416)에서 연장되는 노즐부 (418)을 가지는 몸체 (412)를 포함한다. 노즐부 (418)는 엔진 헤드 (407)의 개구 또는 입구 포트 (409) 내부로 연장된다. 디젤 엔진과 같은 많은 엔진들은 매우 작은 직경 (예를들면, 약 7.09 mm 또는 0.279 인치의 직경)의 입구 포트 (409)를 가진다. 이렇게 작은 공간은 본 발명에서 고려되는 연료종들 (예를들면, 디젤 연료보다 에너지 밀도가 약 3,000 배 정도 낮은연료)의 불꽃 또는 플라즈마 점화를 위한 적절한 절연을 제공하기 어렵다. 그러나, 상세하게 하기되는 바와 같이, 본 발명의 인젝터는 매우 좁은 공간에서 점화 이벤트 (예를들면, 불꽃 또는 플라즈마) 생성, 차단 및/또는 공급을 위한 요구 고전압 (예를들면, 60,000 볼트) 생성용 점화 와이어의 적절한 전기 절연을 제공하는 유전 또는 절연체의 몸체 (412)를 가진다. 또한 이러한 유전 또는 절연체는 연소에 의해 생성되는 고온 및 고압 가스에 주기 노출로 인한 산화 또는 열화에 대하여 안정적으로 보호되도록 구성된다. 또한, 상세하게 하기되는 바와 같이, 이들 유전체는 연소실에서 센서, 예를들면 변환기, 계장, 여과기 증폭기, 제어기, 및/또는 컴퓨터로의 광학적 및 전기적 통신 경로를 일체화하도록 구성된다. 또한, 절연체는 몸체 (412)의 금속 기저부 (414)와의 밀폐 위치에 땜질 또는 확산 결합될 수 있다16 is a partial side cross-sectional view of an
나선으로 감긴 유전 특징부들Helix wound genetic features
도 16에 도시된 인젝터 (410) 몸체 (412)의 일 실시예에 의하면, 인젝터 (410)의 중간부 (416) 및/또는 노즐부 (418)로 구성되는 유전체들이 도 17A 및 17B에 도시된다. 더욱 상세하게는, 도 17A는 절연체 또는 유전체 (512) 측면도이고, 도 17B는 도 17A의 17B-17B 선을 따라 실질적으로 취한 측단면도이다. 도 17A에 도시된 몸체 (512)는 대체로 원통 형상을 가지나, 다른 실시예들에서 몸체 (512)는, 예를들면, 연소실 계면 (531)을 향하여 몸체 (512)로부터 연장되는 노즐부를 포함하는 기타 형상을 가질 수 있다. 도 17A 및 17B를 함께 참조하면, 도시된 실시예에서 유전체 (512)는 나선형 또는 감긴 기저층 (528)으로 이루어진다. 소정 실시예들에서, 기저층 (528)은 인조 또는 천연 운모 (예를들면, 핀홀이 없는 운모 종이)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러나, 기저층 (528)은 상대적으로 얇은 재료로 적절한 절연강도을 가지는 적합한 다른 재료로 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 기저층 (528) 일면 또는 양면은 비교적 얇은 유전 코팅층 (530)으로 피복된다. 코팅층 (530)은 테프론 NXT, Dyneon TFM, 파릴렌 HT, 폴리에테르술폰, 및/또는 폴리에테르에테르케톤과 같은 고온, 고순도 중합체로 제조될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러나, 코팅층 (530)은 기저층 (528)을 적합하게 밀폐하기에 적합한 기타 재료로 제조될 수 있다.According to one embodiment of the
기저층 (528) 및 코팅층 (530)은 나선 형상으로 조밀하게 감겨 기저층 (528) 및 코팅층 (530) 결합 시트의 연속층들을 제공하는 튜브를 형성한다. 소정 실시예들에서, 이들 층은 적합한 접착제 (예를들면, 세라믹 시멘트)로 감긴 배열로 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이들 층은 중합체, 유리, 건식실리카, 또는 기타 적합한 재료로 담지되어 몸체 (512)를 조밀하게 감신 튜브 형상으로 포장할 수 있다. 또한, 몸체 (512) 시트 또는 층들은 이형필름을 연속하여 적용하여 분리될 수 있다. 예를들면, 몸체 (512) 층들 사이 분리 필름들은, 파릴렌 위의 파릴렌 C 위의 파릴렌 N, HT 필름 층들, 및/또는 얇은 질화붕소, 폴리에테르술폰, 또는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀, 또는 기타 적합한 분리 재료에서 선택되는 다른 재료를 적용하여 분리된 층들을 포함한다. 이러한 필름 분리는 예를들면, 단결정 사파이어 섬유를 포함한 온도 또는 압력 측정 섬유에 의해 달성될 수도 있다. 이러한 섬유는 레이저 집광 페데스탈 성장기법으로 생성되거나, 섬유로부터 이러한 섬유를 감싸는 잠재적 흡수 필름으로의 에너지 누출을 방지하기 위하여 과불소화 에틸렌 프로필렌 (FEP) 또는 기타 유사한 굴절률을 가지는 재료로 연속하여 피복될 수 있다.
코팅층 (530)이 비교적 얇은 필름 (예를들면, 0.1 내지 0.3 mm)에 적용되면, 코팅층 (530)은 -30°C (예를들면, -22°F)에서 약 230°C (예를들면, 450°F)까지의 온도에서 약 2.0 내지 4.0 K볼트/0.001’ 절연강도를 보인다. 본 발명자는 더 두꺼운 코팅층 (530)은 점화에 필요한 전압을 제공하기에 충분한 절연을 제공하지 않는다는 것을 알았다. 더욱 상세하게는, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 더 두꺼운 코팅층은 절연강도를 상당히 감소시켰다. 이렇게 감소된 절연강도는 연소실에서 점화 이벤트 (예를들면, 불꽃 또는 플라즈마) 발생에 때로 바람직한 절연성 몸체 (512)의 통호 및 누전 방지에 적합하지 않다. 예를들면, 높은 압축 압력을 가지는, 전형적인 디젤 또는 과급 엔진과 같은 다수의 엔진들에서, 점화 이벤트 (예를들면, 불꽃 또는 플라즈마) 개시에 필요한 전압은 약 60,000 볼트 또는 이상이다. 단지0.040 인치 또는 이상의 유효 벽 두께를 가지는 통상의 절연체로 제조되는 관형 절연체를 포함한 종래 유전체는 단지 500 볼트/.001”를 제공하고 이러한 요구 전압을 적절하게 제공하지 못한다. 표 1은 선택 조성물의 절연강도를 비교한 것이다.If the
(<0.06mm 또는 0.002’ 필름)(<0.06mm or 0.002 ’film)
(>1.0 mm 또는 0.040’)(> 1.0 mm or 0.040 ’)
도 17A 및 17B에 도시된 예시적 절연체 몸체 (512) 온도 범위 -30°C (예를들면, -22°F) 내지 약 450°C (예를들면, 840°F)에서 약 3,000 볼트/0.001”의 절연강도를 제공할 수 있다. 또한, 코팅층 (530)은 기저층 (528)에 대한 밀폐재로 역할하여 연소 가스 및/또는 기타 오염물이 몸체 (512)로 유입되는 것을 방지한다. 또한 코팅층 (530)은 충분히 상이한 굴절률을 제공하여 몸체 (512)를 통하여 연장되는 광학 통신기의 몸체 (512) 관통 광전송 효율을 개선한다.
도시된 실시예의 다른 특징부에 의하면, 몸체 (512)는 기저층 (528) 시트들 또는 층들로 몸체 (512)를 길이방향으로 연장하는 다중 통신기들 (532)을 포함한다. 소정 실시예들에서, 통신기 (532)는 고전압 불꽃 점화 와이어 또는 케이블과 같은 도체일 수 있다. 이들 점화 와이어는 와이어에 알루미나를 제공하도록 산화알루미늄으로 절연되거나 피복된 금속성 와이어로 제조된다. 통신기 (532)는 해당 기저층 (528) 사이로 몸체 (512)를 통하여 길이방향으로 연장하므로, 통신기 (532) 몸체 (512) 관통 방사방향 외향 연장되는 임의의 전하 (charge)에 관여하지 않는다. 따라서, 통신기 (532)는 몸체 (512)의 유전 특성들을 홰손 또는 달리 열화시키지 않는다. 점화 전압 제공 이외에도, 소정 실시예들에서 통신기 (532)는 또한 하나 이상의 작동기 및/또는 제어기와 작동적으로 연결되어 연료 분사용 유량 밸브를 구동시킨다.According to another feature of the illustrated embodiment, the
다른 실시예들에서, 통신기 (532)는 연소실로부터 하나 이상의 변환기, 증폭기, 제어기, 여과기, 측정 컴퓨터, 기타 등으로 연소 데이터를 전송하도록 구성된다. 예를들면, 통신기 (532)는 광섬유 또는 수정, 불화알루미늄, 불화ZBLAN , 유리, 및/또는 중합체, 및/또는 인젝터를 통하여 데이터를 전송하기에 적합한 기타 재료와 같은 광학층들 또는 섬유로 형성된 기타 통신기일 수 있다. 다른 실시예들에서, 통신기 (532)는 지르코늄, 바륨, 란탄, 알루미늄, 및 불화나트륨 (ZBLAN) 뿐 아니라 세라믹 또는 유리관과 같은 적합한 전송 재료로 제조될 수 있다.In other embodiments, the
유전 특징부들의 입자 배향Particle Orientation of Dielectric Features
도 16을 참조하면, 도 16에 도시된 인젝터 (410)의 다른 실시예에 의하면, 몸체 (412) (예를들면, 중간부 (416) 및/또는 노즐부 (418))의 유전체들은 특정 입자 배향을 가지도록 구성되어 본 발명과 연관된 고전압을 견딜 수 있는 바람직한 유전 특성들을 달성한다. 예를들면, 입자 구조는 내면 장력에 의해 균형을 이루는 외면에서의 압축력을 형성하도록 원주 방향 및 관형 몸체 (412) 주위로 층상 정렬되는 결정성 입자들을 포함한다. 더욱 상세하게는, 도 18A 및 18B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되고 도 16의18-18 선을 실질적으로 따라 절단한 유전체 (612) 측단면도이다. 먼저 도 18A를 참조하면, 몸체 (612)는 수정, 사파이어, 유리 모재, 및/또는 기타 적합한 세라믹과 같은 높은 절연강도를 가지는 세라믹 재료로 제조될 수 있다.Referring to FIG. 16, according to another embodiment of the
도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 몸체 (612)는 대체로 동일 방향으로 배향되는 결정성 입자들 (634)을 포함한다. 예를들면, 입자들 (634)은 대체로 몸체 (612) 주위 원주방향으로 연장되는 길이방향 축을 가지는 개별 입자 (634)로 배향된다. 이러한 방향의 층상 입자들 (634)로, 몸체 (612)는 몸체 (612)의 거의 모든 두께에서 우수한 절연강도를 제공한다. 이는 층상의 길고, 평탄한 입자들이 몸체 (612)로부터 외향 방사방향으로 양호한 전도성 경로를 제공하지 않기 때문이다.As shown in the illustrated embodiment, the
도 18B는 몸체 (612) 특정 영역들에서의압축력을 보인다. 더욱 상세하게는, 도 18B에 도시된 실시예에 의하면, 몸체 (612)는 최소한 부분적으로 입자들 (634)을 몸체 (612)외부 외면 (637) 및 내부 외면(638)에 인접한 하나 이상의 압축 영역들 (635) (즉, 입자들 (634) 배향에 따른 압축력을 포함하는 영역들)에 배열되도록 처리되었다. 또한 몸체 (612)는 압축 영역들 (635) 사이에 입자들 (634)의 비-압축 영역 (636)을 포함한다. 비-압축 영역 (636)은 몸체 (612)중간부에서 균형 장력을 제공한다. 소정 실시예들에서, 각각의 압축 영역들 (635)은 용적 당 더 많은 입자들 (634)을 포함하여 압축력을 획득한다. 다른 실시예들에서, 각각의 압축 영역들 (635)은 국부적 비결정질 구조를 보유하도록 처리되거나 비-압축 영역 (636) 입자들 (634)보다 충전 효율이 더 낮은 비결정질 구조 또는 결정 격자 생성에 의해 변형된 입자들 (634)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 외면 (637) 및 내면 (638)은 이온 주입, 스퍼터링 표면 층들, 및/또는 하나 이상의 물질의 표면으로의 확산 결과 표면이 몸체 (612) 비-압축 영역 (636)보다 낮은 충전 효율을 가지도록 압축이 유발될 수 있다. 도 18B에 도시된 실시예에서, 몸체 (612) 외면 (637) 및 내면 (638)에 있는 압축 영역들 (635)은 더 높은 이방성 절연강도을 제공한다. 18B shows the compressive force in certain areas of the
도 18B에 도시된 실시예의 하나의 장점은 압축 영역들 (635) 및 비-압축 영역 (636) 간 충전 효율 차이 결과로 인한 것이며, 압축 표면이 압축 상태로 내구성이 개선되고 균열 또는 열화에 견딜 수 있다. 예를들면, 이러한 압축력 형성으로 몸체 (612) 내에서 전도 경로를 형성하고 따라서 몸체 (612) 절연강도를 감소시킬 수 있는 물질 (예를들면, 용해 물질, 탄소 풍부 물질과 물과 함께 물과 같은 전해액) 유입을 최소한 부분적으로 방지한다. 또한 이러한 압축력 형성으로 급변하는 온도, 압력, 화학적 열화제, 및 각각의 연소 이벤트에서의 충격에 노출됨으로 인한 열적 및/또는 기계적 충격으로부터 몸체 (612)가 열화되는 것을 최소한 부분적으로 방지한다. 예를들면, 도 18B에 도시된 실시예는 특히 몸체 (612)의 지속적인 전압 용기, 점하중뿐 아니라 고저 사이클 피로를 포함한 고하중으로 인한 균열에 대한 높은 강도를 제공하기 위하여 구성된다.One advantage of the embodiment shown in FIG. 18B is due to the difference in filling efficiency between the
압축 영역들 (635)과 조합된 배향된 결정성 입자들 (634)의 또 다른 장점은, 입자들 (634)의 이러한 구성은 몸체 (612)에 거쳐 설정되는 전압에 대한 최대 절연강도을 제공하는 것이다. 예를들면, 본 구성은 1 mm 또는 0.040 인치 두께 이상인 구역에서 2.4 KV/.001 인치까지의 놀라운 절연강도 개선을 제공한다. 이들 수치는 이러한 새로운 입자 특성이 없는 단지 약 1.0 내지1.3 KV/.001 인치 절연강도을 가지는 동일 세라믹 조성물과 비교할 때 매우 큰 값들이다..Another advantage of the oriented
압축 표면 특징부들을 가지는 상기 절연체의 여러 제조방법이 상세하게 하기된다. 일 실시예에서, 예를들면, 본 발명의 실시예에 의한 절연체는 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허번호 3,689,293에 개시된 재료로부터 제조될 수 있다. 예를들면, 절연체는 다음 중량비의 성분들을 포함한 재료로 생성될 수 있다: 25-60% SiO2, 15-35% R2O3 (여기에서 R2O3 는 3-15% B2O3 및 5-25% Al2O3), 4-25% MgO+0-7% Li2O (총 MgO+Li2O 는 약 6-25%), 2-20% R2O (여기에서 R2O 는 0-15% Na2O, 0-15% K2O, 0-15% Rb2O), 0-15% Rb2O, 0-20% Cs2O, 및 4-20% F. 더욱 상세하게는, 일 실시예에서, 예시적 조성은 43.9% SiO2, 13.8% MgO, 15.7% Al2O3, 10.7% K2O, 8.1% B2O3, 및 7.9% F로 구성된다. 다른 실시예들에서, 그러나, 본 발명의 실시예에 의한 절연체은 이들 구성 성분들 뿐 아니라 상이한 재료의 다소의 백분율로 제조될 수 있다.Various methods of making the insulator having compressive surface features are described in detail below. In one embodiment, for example, an insulator according to an embodiment of the present invention can be made from the material disclosed in US Pat. No. 3,689,293, which is incorporated herein by reference in its entirety. For example, the insulator can be made of a material containing components in the following weight ratios: 25-60% SiO 2 , 15-35% R 2 O 3 , where R 2 O 3 is 3-15% B 2 O 3 And 5-25% Al 2 O 3 ), 4-25% MgO + 0-7% Li 2 O (total MgO + Li 2 O is about 6-25%), 2-20% R 2 O (where R 2 O is 0-15% Na 2 O, 0-15% K 2 O, 0-15% Rb 2 O), 0-15% Rb 2 O, 0-20% Cs 2 O, and 4-20% F More specifically, in one embodiment, an exemplary composition consists of 43.9% SiO 2 , 13.8% MgO, 15.7% Al 2 O 3 , 10.7% K 2 O, 8.1% B 2 O 3 , and 7.9% F. do. In other embodiments, however, the insulator according to an embodiment of the present invention may be made with these components as well as some percentage of different materials.
본 발명에 의 일 실시예에 의하면, 절연체를 이루는 성분들은 볼-밀링되고 불침투성 및 절연체 형성 구성 성분들 조성과의 미-반응성인 적합한 밀폐 도가니에서 융해된다. 융해 조성물이 완전한 혼합될 때가지 성분들은 약 1,400°C (예를들면, 2,550°F)로 유지된다. 이후 융해물은 냉각되고 결합제, 윤활제, 및 점화보조제를 포함한 군에서 선택되는 첨가제와 함께 다시 볼-밀링 분쇄된다. 이후 성분들은 예를들면, 관형을 포함한 다양한 원하는 형상으로 압출되고, 변태 온도 이상 약 800°C (1,470°F)까지 잠시 가열된다. 변태 온도 이상으로 가열하면 플루오로미카 결정 핵형성을 자극한다. 이후 압출된 성분들은 다시 가열되고 압력을 가하거나 약 850 내지 1,100°C (1,560-2,010°F)에서 압출된다. 이러한 2차 가열로 인하여 형성 결정은 생성물의 바람직한 방향에서 절연강도가 극대화되는 상기된 것과 같은 형태가 된다.According to one embodiment of the present invention, the components that make up the insulator are ball-milled and melted in a suitable sealed crucible that is impermeable and unreactive with the composition of the insulator forming components. The components are maintained at about 1,400 ° C. (eg, 2,550 ° F.) until the melting composition is thoroughly mixed. The melt is then cooled and ball-milled again with additives selected from the group including binders, lubricants, and ignition aids. The components are then extruded into various desired shapes, including, for example, tubular, and heated briefly to about 800 ° C. (1,470 ° F.) above the transformation temperature. Heating above the transformation temperature stimulates fluoromica crystal nucleation. The extruded components are then heated again and pressurized or extruded at about 850-1100 ° C. (1,560-2,010 ° F). Due to this secondary heating, the forming crystals are in the form as described above where the dielectric strength is maximized in the desired direction of the product.
조성물 K2Mg5Si8O20F4을 포함한 예를들면, 운모계 유리를 포함한 이러한 재료의 결정화는, 입자의 용적 충전 효율이 증가하고 해당 밀도가 높아지면서 발열적으로 열이 방출된다. 핵형성, 발열적 열 방출 속도, 결정화 특성, 및 결정화 온도와 같은 변태 활성은 절연체의 불소 함량 또는B2O3 함량의 함수이다. 따라서, 이들 제어 변수로 절연체를 가공하면 수율, 장력, 피로 강도, 및/또는 절연강도이 개선될 뿐 아니라, 절연체 내화학성이 증가된다.Crystallization of such materials, including, for example, mica-based glass, comprising the composition K 2 Mg 5 Si 8 O 20 F 4 , exothermic heat is released as the volumetric filling efficiency of the particles increases and their density increases. Metamorphic activities such as nucleation, exothermic heat release rate, crystallization properties, and crystallization temperature are a function of the fluorine content or B 2 O 3 content of the insulator. Thus, machining insulators with these control parameters not only improves yield, tension, fatigue strength, and / or dielectric strength, but also increases insulator chemical resistance.
이로 인하여, 열간 성형 또는 압출을 달성하기 위하여 사용되는 맨드렐과 일치시켜 생성되는 내경과 같은 바람직한 특징을 대략 둘러싸는 층상 성형된 104B와 관련하여 도시된 표상적 개체 (representational population)에 전형적인 연장 및/또는 배향된 결정 입자들을 생성하는 더 작은 직경 또는 얇은 벽 튜브로 전구체 튜브를 압축시키는 것을 포함한 직접 성형에 의해 설계되고 달성될 수 있는 중요한 새로운 이방성 최대 졀연강도가 제공된다.This results in extensions typical to the representational population shown in relation to the layered 104B which roughly surrounds the desired features, such as the internal diameter produced in accordance with the mandrel used to achieve hot forming or extrusion. Or an important new anisotropic maximum kinetic strength that can be designed and achieved by direct forming, including compressing the precursor tube into smaller diameter or thin walled tubes producing oriented crystal grains.
다른 실시예에 의하면, 도시된 실시예에 따른 입자들 (634)을 최소한 부분적으로 배향 및/또는 압축시키는 방법은 성형 및 열-처리된 생성물 기재에서 균형적 인장응력에 대하여 압축적으로 응력이 인가될 필요가 있는 표면에 B2O3 및/또는 불소를 부가하여 달성될 수 있다. 이러한 B2O3, 불소, 또는 유사하게 작용하는 조제를 부가하는 것은 도체에서 소망 위치에 부가되고 확산되는 도펀트와 유사한 방식으로 달성될 수 있다. 이러한 작용 조제는 또한 스퍼터링, 기상 증착, 도포, 및/또는 세척에 의해 인가되는 성분 조성물의 농축 조성으로 적용될 수 있다. 또한, 이들 작용 조제는 시약 제공 및 응축 반응들로 생성될 수 있다.According to another embodiment, the method of at least partially orienting and / or compressing the
압축적으로 부하가 적용될 필요가 있는 표면 및 근처에B2O3 및/또는 불소 함량이 증가하면 신속한 플루오로미카 결정 핵형성이 유발된다. 이러한 핵형성으로 인하여 조성물의 비-압축 기재 영역들과 비교하여 더 많은 수의 작은 결정들이 확산-부가된 재료와 경쟁한다. 이러한 과정로 플루오로미카 결정의 추가 핵형성을 유발시키는 B2O3, 불소, 및/또는 기타 작용 조제가 농축된 표면에 가까운 압축 영역들보다 비-압축 기재 영역들에서 더 큰 충전 효율이 제공된다. 그 결과, 바람직한 표면 압축 선행 로딩은 점화 및 화학적 조제들에 대하여 성분들을 강화시킨다.Increasing B 2 O 3 and / or fluorine content on and near surfaces that need to be compressively loaded results in rapid fluoromica crystal nucleation. This nucleation causes a larger number of small crystals to compete with the diffusion-added material as compared to the non-compressed substrate regions of the composition. This process provides greater filling efficiency in non-compressed substrate regions than in compression regions close to the surface where the B 2 O 3 , fluorine, and / or other auxiliaries that cause additional nucleation of the fluoromica crystals are concentrated. do. As a result, preferred surface compression preloading enhances the components for ignition and chemical preparations.
해당 기재에서 장력에 의해 균형을 이루는 압축력 생성 또는 보강을 위한 다른 방법은 압축되는 목표 영역을 가열하는 단계를 포함한다. 목표 영역을 충분히 가열하여 결정을 비결정성 구조로 재용해시킨다. 기재가 상당 분량의 비결정질 구조를 보유하도록 갑자기 가열을 중지시킨다. 관여되는 성분들 유형에 따라, 이러한 가열은 로에서 진행될 수 있다. 또한 이러한 가열 단계는 저항- 또는 유도-가열원으로부터의 복사선, 및 전자빔 또는 레이저에 의할 수 있다. 이러한 프로세스의 다른 변형은 부분적으로 신속하게 재결정시켜 원하는 압축응력을 형성시키기 위하여 열-처리 및/또는 부분적 용해 영역들로의 결정 핵형성 및 성장 자극제 (예를들면, B2O3 및/또는 불소) 첨가로 더 작은 결정 또는 입자 개수를 증가시키는 것이다.Another method for generating or reinforcing compressive forces balanced by tension in the substrate includes heating the target region to be compressed. The target area is sufficiently heated to redissolve the crystals into the amorphous structure. Sudden heating is stopped so that the substrate retains a significant amount of amorphous structure. Depending on the type of components involved, this heating can take place in the furnace. This heating step can also be by radiation from a resistance- or induction-heating source, and by an electron beam or laser. Other variations of this process are crystal nucleation and growth stimulants (eg, B 2 O 3 and / or fluorine) into heat-treated and / or partially dissolved regions in order to partially recrystallize quickly to form the desired compressive stress. ) To increase the number of smaller crystals or particles.
도 19A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 원하는 영역에 압축응력을 가지는 절연체 형성을 위하여 융해 및 압출을 포함한 프로세스를 구현하는 개략적 시스템 (700a)을 개략적으로 도시한 것이다. 더욱 상세하게는, 도시된 실시예에서 시스템 (700a)은 내화성 금속, 세라믹, 또는 열분해 흑연 재료로 제조되는 도가니 (740a)를 포함한다. 도가니 (740a)는 적합한 전환 코팅물, 또는 불침투성 및 미-반응성 라이너 예를들면 얇은 백금 또는 백금족 장벽 코팅물을 포함할 수 있다. 포괄적으로 상기된 조성 (예를들면, 충전물은 약 25-60% SiO2, 15-35% R2O3 (여기에서 R2O3 는 3-15% B2O3 및5-25% Al2O3), 4-25% MgO+0-7% Li2O (여기에서 총 MgO+Li2O 는 약 6-25%), 2-20% R2O (여기에서 R2O 는 0-15% Na2O, 0-15% K2O, 0-15% Rb2O), 0-15% Rb2O 및 0-20% Cs2O, 및 4-20% F 함유), 또는 예를들면 약 K2Mg5Si8O20F4의 조성을 가지는 운모 유리 생성에 적합한 조성의 충전물 (741a)이 도가니 (740a)에 부가된다.19A schematically illustrates a
도가니는 보호 분위기에서 충전물 (741a)을 가열한다. 예를들면, 도가니 (740a)는 예를들면, 저항, 전자빔, 레이저, 유도 가열을 포함한 적합한 가열 공정, 및/또는 이러한 에너지 전환 방법에 의해 가열되는 가열원으로부터의 복사선에 의해 충전물 (741a)을 가열할 수 있다. 적합한 혼합 및 융해로 실질적으로 균질 충전물 (741a)을 얻은 후, 커버 또는 덮개 (742a)가 도가니 (740a) 내부 충전물 (741a)로 압력을 가한다. 또한 가스 공급원 (743a)은 덮개 (742a)로 밀폐된 도가니 (740a) 내로 불활성 가스 및/또는 프로세스 가스를 가한다. 압력조정기 (744a)는 도가니 (740a) 내부 압력을 조절하여 융해 충전물 (741a)을 다이 조립체 (745a)로 유동시킨다. 다이 조립체 (745a)는 관 형상의 유전체로 구성된다. 다이 조립체 (745a)는 수형 만드렐 (747a)을 수용하는 암형 슬리브 (746a)를 포함한다. 또한 다이 조립체 (745a)는 하나 이상의 경화 스파이더 핀 (spider fin, 748a)을 포함한다. 형성된 튜브는 다이 조립체 (745a)를 통하여 제1 구역 (749a)으로 이동하고 여기서 형성된 튜브는 냉각되어 비결정성 재료로 고화되며 플루오로미카 결정 핵형성이 개시된다. 다이 조립체 (745a)는 이후 튜브를 제 2 구역 (750a)으로 전진시켜 튜브 벽 두께를 감소시켜 더욱 정제하고 플루오로미카 결정의 결정화를 더욱 가능하게 한다. The crucible heats the filling 741a in a protective atmosphere. For example,
도 19B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 원하는 영역에 압축응력을 가지는 절연체 형성을 위하여 융해 및 압출을 포함한 프로세스를 구현하는 개략적 시스템 (700b)을 개략적으로 도시한 것이다. 더욱 상세하게는, 도시된 실시예에서 시스템 (700b)은 내화성 금속, 세라믹, 또는 열분해 흑연 재료로 제조되는 도가니 (740b)를 포함한다. 도가니 (740b)는 적합한 전환 코팅물, 또는 불침투성 및 미-반응성 라이너 예를들면 얇은 백금 또는 백금족 장벽 코팅물을 포함할 수 있다. 포괄적으로 상기된 조성 (예를들면, 충전물은 약 25-60% SiO2, 15-35% R2O3 (여기에서 R2O3 는 3-15% B2O3 및5-25% Al2O3), 4-25% MgO+0-7% Li2O (여기에서 총 MgO+Li2O 는 약 6-25%), 2-20% R2O (여기에서 R2O 는 0-15% Na2O, 0-15% K2O, 0-15% Rb2O), 0-15% Rb2O 및 0-20% Cs2O, 및 4-20% F 함유), 또는 예를들면 약 K2Mg5Si8O20F4의 조성을 가지는 운모 유리 생성에 적합한 조성의 충전물 (741b)이 도가니 (740b)에 부가된다19B schematically illustrates a
또한 시스템 (700b)은 굴절 조립체 및 가열체 (744b)를 포함하는 커버 또는 덮개 (742b)를 포함한다. 시스템 (700b)은 도가니 (740b) 및 커버 (742b) 사이 진공 또는 불활성 가스인 보호 분위기에서 충전물 (741b)을 가열하고 융해시킨다. 예를들면, 시스템 (700b)은 도가니 가열체 (745b), 커버 가열체 (744b), 및/또는 예를들면, 저항, 전자빔, 레이저, 유도 가열을 포함한 적합한 가열 공정, 및/또는 이러한 에너지 전환 방법에 의해 가열되는 가열원으로부터의 복사선에 의해 충전물 (741b)을 가열할 수 있다. 적합한 혼합 및 융해로 실질적으로 균질 충전물 (741b)을 얻은 후, 커버 (742b)가 도가니 (740b) 내부 충전물 (741a)로 압력을 가한다. 또한 가스 공급원 (746b)은 밀폐 계면 (747b)이 커버 (742b)로 밀폐된 도가니 (740b) 내로 불활성 가스 및/또는 프로세스 가스를 가한다. 압력조정기는 도가니 (740b) 내부 압력을 조절하여 융해 충전물 (741b)을 다이 조립체 (749b)로 유동시킨다. 다이 조립체 (749b)는 관 형상의 유전체로 구성된다. 다이 조립체 (749b)는 수형 만드렐 (751b)을 수용하는 암형 슬리브 (750b)를 포함한다. 또한 다이 조립체 (749b)는 하나 이상의 경화 스파이더 핀 (752b)을 포함한다. 형성된 튜브 (701b)는 다이 조립체 (749b)를 통하여 제1 구역 (753b)으로 이동하고 여기서 형성된 튜브(701b)는 냉각되어 비결정성 재료로 고화되며 플루오로미카 결정 핵형성이 개시된다.
핵이 형성된 플루오로미카 유리를 가지는 형성 튜브 (701b)를 포함한 다이 조립체 (749b)의 최소 일부는, 제2 다이 조립체와 정렬되는 위치 (702b)로 회전되거나 달리 이동된다. 실린더 (755b)는 형성된 튜브 (701b)를 제1 구역 (756b)에서 제2 구역 (757b)으로 밀어낸다. 제2 구역 (757b)에서, 제2 다이 조립체는 형성된 튜브 (701b)를 재가열하여 결정성장을 촉진시켜 더욱 정제함으로써 상기의 바람직한 배향의 입자들을 연속하여 생성시킨다. 이후 형성된 튜브 (701b)는 제3 구역 (758b)으로 진행되어 더욱 입자를 정제하고 배향시킨다. 때로 제3 구역 (758b)의 지정된 접촉 면적은 예를들면, AlF3, MgF2 및/또는 B2O3을 포함한입자 핵형성 촉진제가 뿌려지거나 입혀진다. 제3 구역 (758b)에서, 형성된 튜브 (701b)는 형성된 튜브 (701b) 벽 두께를 감소시켜 더욱 정제함으로써 플루오로미카 결정의 결정화를 더욱 촉진하고 이에 따라 상기 입자 구조에 따른 영역에서 균형 장력과 함께 바람직한 압축력을 생성한다. 그후, 압축되어 응력이 부가된 불침투성 표면에 의해 형성되는 상당히 높은 물리적 및 절연 강도를 가지는 형성 튜브 (701b)는 이를 이송시키는 컨베이어 (759b)에 올려진다. At least a portion of the
이러한 개선된 유전 특성들을 가지는 절연성 튜브를 생성하는 대안적 시스템 및 방법은 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허번호 5,863,326에 개시된 압력 기울기를 활용하여 소망 형상, 분말 압밀, 및 소결 프로세스를 진행하는 것이다. 또한 시스템 및 방법은 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허번호 5,549,746에 개시된 단일 결정 전환 프로세스 및 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허 3,608,050에 개시된 성형 프로세스를 포함하여, 다결정성 재료를 매우 높은 절연강도를 가지는 실질적인 단결정성 재료로 전환하는 것이다. 본 발명의 실시예들에 의하면, 단지 약 0.3 내지 0.4 KV/.001” 절연강도를 가지는 다결정성 재료 (예를들면, 알루미나)를 단결정성 재료로 전환시키면 최소한 약 1.2내지1.4 KV/. 001”의 절연강도를 얻을 수 있다. 이러한 개선된 절연강도로 인하여 본 발명에 의한 인젝터는 연소실로의 매우 작은 포트들을 가지는 고압축 디젤 엔진 및 고승압 (high-boost) 과급 및 터보 (turbocharged) 엔진을 가지는 다양한 용도에 사용될 수 있다.An alternative system and method for producing an insulating tube with these improved dielectric properties is to proceed with the desired shape, powder compaction, and sintering process utilizing the pressure gradients disclosed in US Pat. No. 5,863,326, which is incorporated herein by reference in its entirety. . The systems and methods also include a single crystal conversion process disclosed in US Pat. No. 5,549,746, which is incorporated herein by reference in its entirety, and a molding process disclosed in US Pat. No. 3,608,050, which is incorporated herein by reference in its entirety. Conversion to a substantially monocrystalline material having strength. In accordance with embodiments of the present invention, the conversion of a polycrystalline material (eg, alumina) having only about 0.3 to 0.4 KV / .001 ”dielectric strength to a monocrystalline material results in at least about 1.2 to 1.4 KV /. Insulation strength of 001 ”can be obtained. This improved insulation strength allows the injectors according to the invention to be used in a variety of applications with high compression diesel engines with very small ports into the combustion chamber and high-boost supercharged and turbocharged engines.
고 절연 강도를 가지는 절연체 형성을 위한 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 절연체는 표 2에 기재된 임의의 조성물들로부터 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 표 2는 본 발명의 여러 실시예들에 따라, 산화물에 대한 대략의 중량 백분율로 표기된 예시적 조성물을 나타낸다. 표 2는 예시적 유전 조성물들을 보이는 것이다.According to another embodiment of the present invention for forming an insulator having high insulation strength, the insulator can be formed from any of the compositions listed in Table 2. More specifically, Table 2 shows exemplary compositions, expressed in terms of approximate weight percentages of oxides, in accordance with various embodiments of the present invention. Table 2 shows exemplary dielectric compositions.
44% SiO2
16% Al2O3
15% MgO
9% K2O
8% B2O3
8% FComposition D
44% SiO2
16% Al2O3
15% MgO
9% K2O
8% B2O3
8% F
41% SiO2
21% MgO
16% Al2O3
9% B2O3
9% F
4% K2OComposition R
41% SiO2
21% MgO
16% Al2O3
9% B2O3
9% F
4% K2O
표 2에 나타낸 재료와 같은 최종 산화 조성물을 제공할 수 있는 선택적 재료 전구체들은, 볼-밀링되고 덮개로 덮인 도가니에서 약 1,300-1,400°C, 약 4 시간 동안 융해되어 균질 용액을 제공한다. 융해물은 이후 주조되어 튜브로 성형되고 약 500-600°C에서 어닐링된다. 이후 튜브는 다시 약 750°C에서 약 4 시간 열처리되고 B2O3와 같은 핵형성 촉진제가 분산된다. 그리고 튜브는 약 1,100 내지 1,250°C에서 개질되어 핵형성을 촉진시키고 원하는 결정 배향을 획득한다. 또한 이러한 튜브는 약 4 시간 동안 더욱 열처리되어 최소한 약 2.0 내지 2.7 KV/.001”의 절연강도를 얻을 수 있다.Optional material precursors that can provide a final oxidation composition, such as the materials shown in Table 2, are melted in a ball-milled and covered crucible for about 1,300-1,400 ° C. for about 4 hours to provide a homogeneous solution. The melt is then cast to form a tube and annealed at about 500-600 ° C. The tube is then heat treated again at about 750 ° C. for about 4 hours and a nucleation promoter such as B 2 O 3 is dispersed. The tube is then modified at about 1,100 to 1,250 ° C. to promote nucleation and obtain the desired crystal orientation. These tubes can also be further heat treated for about 4 hours to achieve at least about 2.0 to 2.7 KV / .001 ”dielectric strength.
또 다른 실시예들에서, 균질 용액이 볼-밀링되고 양호한 튜브 표면을 얻도록 적합한 결합제 및 윤할 첨가제가 부가되어 주위 온도에서 압출된다. 생성 튜브는 이후 B2O3 와 같은 핵형성 촉진제를 함유한 필름으로 피복되고 열처리되어 최소한 약 1.9 내지 2.5 KV/.001”의 절연강도 및 개선된 물리적 강도를 얻는다. 예를들면, 압출 튜브의 ‘원형도’ 또는 튜브의 형상을 포함하여 튜브가 적합한 치수들를 유지할 수 있는지에 따라, 더 짧은 시간 동안 더욱 고열로 처리하여 유사하게 높은 유전 및 물리적 강도 특성들을 얻을 수 있다.In still other embodiments, a suitable binder and lubricant additive are added and extruded at ambient temperature so that the homogeneous solution is ball-milled and a good tube surface is obtained. The resulting tube is then coated with a film containing a nucleation promoter such as B 2 O 3 and heat treated to obtain an insulation strength and improved physical strength of at least about 1.9 to 2.5 KV / .001 ”. For example, depending on whether the tube can maintain suitable dimensions, including the 'circularity' of the extruded tube or the shape of the tube, it can be treated with higher heat for a shorter time to obtain similarly high dielectric and physical strength properties. .
상기 유전체들를 생성하는 예시적 시스템 및 방법들은 다양한 조합의 재료에 대하여 절연강도를 개선할 수 있고 이에 따라 에너지 밀도가 낮은 연료를 연소시 필요한 고전압 격납용기에 대한 매우 난해한 문제를 해결할 수 있다. 예를들면, 절연강도의 재료를 가지는 인젝터는 극단적으로 강인하고 (rugged) 고체, 액체, 및 증기의 초저온 혼합물에서 과열 디젤 연료 및 다른 유형의 연료까지 다양한 연료로 작성될 수 있다.Exemplary systems and methods of producing the dielectrics can improve the dielectric strength for various combinations of materials and thus solve the very difficult problem for high voltage containment vessels when burning low energy density fuels. For example, injectors with materials of dielectric strength can be made from a variety of fuels, from extremely rugged and cryogenic mixtures of solids, liquids, and steam to superheated diesel fuels and other types of fuels.
연료 인젝터 및 관련 부품들Fuel Injectors and Related Parts
본원에 기재된 임의의 인젝터는 상기 임의의 유전체들을 포함하도록 구성된다. 예를들면, 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 상기 특성들을 가지는 유전 절연체가 결합되는 인젝터 (810)의 측단면도이다. 도시된 인젝터 (810)는 도 1을 참조하여 상기된 인젝터 (110)의 해당 특징부들과 구조 및 기능이 일반적으로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 도 20에 도시된 바와 같이 인젝터 (810)는 기저부 (814) 및 노즐부 (818) 사이에 연장되는 중간부 (816)를 가지는 몸체 (812)를 포함한다. 노즐부 (818)는 최소한 부분적으로 엔진 헤드 (807)로 연장되어 노즐부 (818) 단부를 연소실 (804)과의 계면에 배치시킨다. 또한 몸체 (812)는 몸체 일부를 관통 연장되는 채널 (863)을 포함하여 인젝터 (810)를 통하여 연료가 유동되도록 한다. 또한 기타 부품들이 채널 (863)을 통과할 수 있다. 예를들면, 인젝터 (810)는 제어기 또는 처리기 (826)와 작동적으로 연결되는 작동기 (822)를 포함할 수 있다. 또한 작동기 (822)는 밸브 또는 클램프 부재 (860)와 연결될 수 있다. 작동기 (822)는 채널 (863)을 관통하여 기저부 (814)에 있는 구동기 (824)로부터 노즐부 (818)에 있는 유량 밸브 (820)까지 연장될 수 있다. 소정 실시예들에서, 작동기 (822)는 예를들면, 무선 변환기 노드들을 가지는 광섬유, 전기신호 섬유, 및/또는 음향 통신 섬유를 포함한는 케이블 또는 로드 조립체일 수 있다. 상세하게 하기되는 바와 같이, 작동기 (822)는 다중 연료 분출을 연소실 (804)로 급속하여 유입시키도록 유량 밸브 (820)를 작동시킨다. 또한 작동기 (822)는 연소 특성들을 검출 및/또는 제어기 (826)로 전송할 수 있다.Any injector described herein is configured to include any of the above dielectrics. For example, FIG. 20 is a cross-sectional side view of an
도시된 실시예의 일 특징부에 의하면, 작동기 (822)는 유량 밸브 (820)를 해당 밸브시트 (872)에 대하여 올려진 폐쇄 위치로 유지시킨다. 더욱 상세하게는, 기저부 (814)는 하나 이상의 힘 발생기 (861) (개략적으로 도시됨)를 포함한다. 힘 발생기 (861)는 전자기력 발생기, 압전력 발생기, 또는 기타 적합한 유형의 힘 발생기일 수 있다. 힘 발생기 (861)는 구동기 (824)를 이동시키는 힘을 발생시킨다. 구동기 (824)는 클램프 부재 (860)와 접촉하여 작동기 (822)와 함께 클램프 부재 (860)를 이동시킨다. 예를들면, 힘 발생기 (861)는 구동기 (824)에 작용하는 힘을 발생시켜 클램프 부재 (860)를 견인하고 작동기 (822)에 인장을 가한다. 장력이 가해진 작동기 (822)는 유량 밸브 (820)를 폐쇄 위치에 있는 밸브시트 (872)로 유지시킨다. 힘 발생기 (861)가 구동기 (824)에 작용하는 힘을 발생시키지 않으면, 작동기 (822)는 이완되고 이에 따라 유량 밸브 (820)는 연료가 연소실 (804)로 들어가도록 한다.According to one feature of the illustrated embodiment, the
도시된 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 노즐부 (818)는 유량 밸브 (820)의 작동 및 배치를 가능하게 하는 여러 인력 부품들을 포함한다. 예를들면, 일 실시예에서 유량 밸브 (820)는 제1 강자성 재료로 제조되거나 달리 제1 강자성 재료가 결합된다 (예를들면, 유량 밸브 (820) 일부를 도금). 노즐부 (818)는 제1 강자성 재료에 끌리는 해당 제2 강자성 재료를 지지한다. 예를들면, 밸브시트 (872)는 제2 강자성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 이들 인력 부품들은 유량 밸브 (820) 중심이 밸브시트 (872)에 놓이도록 조력하고, 유량 밸브 (820)의 급속한 작동이 가능하도록 한다. 다른 실시예들에서, 작동기 (822)는 하나 이상의 중심선 (centerline) 베어링들 (미도시)을 통과하여 최소한 부분적으로 유량 밸브 (820)를 밸브시트 (872) 중심에 놓을 수 있다.According to another feature of the illustrated embodiment, the
인젝터 (810)의 이러한 인력 부품들 (예를들면, 유량 밸브 (820)와 관련되는 자성 부품들)을 작동시키는 에너지를 제공하면 유량 밸브 (820) 폐쇄를 신속하게 처리할 뿐 아니라, 유량 밸브 (820)에 작용하는 폐쇄력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 구성으로 유량 밸브 (820)의 극단적으로 신속한 개폐 사이클이 가능하다. 유량 밸브 (820) 일부에 전기전도도를 제공하는 다른 이점은 초기 불꽃 또는 플라즈마 형성을 위한 전압을 인가하면 밸브시트 (872) 표면 근처를 지나는 연료를 이온화할 수 있다는 것이다. 또한 이로 인하여 연소실 (804) 인근 연료 및 공기를 이온화할 수 있어 더욱 신속하게 완전 점화 및 연소를 처리한다.Providing energy to actuate these attractive components of the injector 810 (eg, the magnetic components associated with the flow valve 820) not only promptly closes the
도시된 실시예에서, 또한 기저부 (814)는 열전달 핀들 (예를들면, 나선형 핀들)과 같은 열전달 특징부들 (865)를 포함한다. 또한 기저부 (814)는 열전달 특징부들 (865) 주위로 유동할 수 있는 냉각수 유입을 위한 제1 피팅 (862a), 및 냉각수를 기저부 (814)로부터 유출시키는 제2 피팅 (862b)를 포함한다. 이러한 인젝터 냉각을 통하여 팽창시 급속하게 냉각되는 연료와 같은 냉 연료가 사용될 때 응축 및/또는 결빙을 최소한 부분적으로 방지할 수 있다. 고온 연료가 사용될 때, 그러나, 이러한 열교환은 연소실 경로에 있는 연료의 증기압을 국부적으로 줄이거나 유지시켜 원치 않은 시간에서의 후적을 방지할 수 있다.In the illustrated embodiment, the base 814 also includes heat transfer features 865 such as heat transfer fins (eg, helical fins). Base 814 also includes a first fitting 862a for inlet of coolant that can flow around heat transfer features 865, and a second fitting 862b for exiting coolant from base 814. Such injector cooling may at least partially prevent condensation and / or freezing when cold fuel, such as fuel which is rapidly cooled upon expansion, is used. When hot fuel is used, however, such heat exchange can locally reduce or maintain the vapor pressure of the fuel in the combustion chamber path to prevent deposits at unwanted times.
도시된 실시예의 다른 특징부에 의하면, 유량 밸브 (820)는 연소실 (804) 상황 감시용 계장 (876)을 지지하도록 구성될 수 있다. 예를들면, 유량 밸브 (820)는 수정 또는 사파이어와 같은 대체로 투명한 재료로 제조되는 구형 밸브일 수 있다. 소정 실시예들에서, 구형 밸브 (820)는 구 밸브 (820) 내부에 계장 (876) (예를들면, 센서, 변환기, 기타 등)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 예를들면, 엔진 헤드 (807) 면과 대체로 평행하게 구 밸브 (820)를 절단하여 구 밸브 (820)에 공동이 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 구 밸브 (820)는 기저부 (877) 및 렌즈부 (878)로 분리될 수 있다. 원뿔형 공동과 같은 공동이 기저부 (877)에 형성되어 계장 (876)을 수용할 수 있다. 이후 렌즈부 (878)가 기저부 (877)에 재-부착 (예를들면, 접착)되어 대체로 구 형상의 구 밸브 (820)로 유지된다. 이러한 방식으로, 구 밸브 (820)는 계장 (876)을 연소실 (804) 계면에 인접하게 배치할 수 있다. 따라서, 계장 (876)은 예를들면, 압력, 온도, 운동, 데이터를 포함한 연소 데이터를 측정하고 통신한다. 다른 실시예들에서, 유량 밸브 (820)는 계장 (876)을 보호 처리 일면을 포함할 수 있다. 예를들면, 유량 밸브 (820) 일면은 다이아몬드 유사 도금막 (plating), 사파이어, 광학적으로 투명한 6각형의 질화붕소, BN-AlN 복합체, 알루미늄 산질화물 (Al23O27N5 스피넬을 포함한 AlON), 알루민산마그네슘(magnesium aliminate) 스피넬, 및/또는 기타 적합한 보호 재료와 같은 상대적 불활성 물질를 증착시켜 보호될 수 있다.According to another feature of the illustrated embodiment, the
도 20에 도시된 바와 같이, 몸체 (812)는 중간부 (816)에서 노즐부 (818)까지 연장되는 전도성 도금막 (plating, 874)을 포함한다. 전도성 도금막 (874)은 전기 도체 또는 케이블 (864)과 연결된다. 케이블 (864)은 또한 에너지를 인젝터 (810)로 공급하기에 적합한 압전, 유도성, 용량성 또는 고전압 회로와 같은 동력 발생기와 연결된다. 전도성 도금막 (874)은 에너지를 노즐부 (818)에 공급하도록 구성된다. 예를들면, 밸브시트 (872)에 있는 전도성 도금막 (874)은 엔진 헤드 (807)의 해당 전도성 부분과 함께 점화 이벤트 (예를들면, 불꽃 또는 플라즈마)를 발생시키는 제1 전극으로 작용할 수 있다.As shown in FIG. 20, the
도시된 실시예의 다른 특징부에 의하면, 노즐부 (818)는 불꽃 침식에 내성인 재료로 이루어지는 외부 슬리브 (868)를 포함할 수 있다. 또한 슬리브 (868)는 전도성 도금막 (874) (예를들면, 노즐부 (818) 전극)으로 또는 이로부터 전달될 수 있는 불꽃 점화 내성 재료일 수 있다. 또한 노즐부 (818)는 열 및 기타 열화적 연소실 인자들로부터 인젝터 (810)를 최소한 부분적으로 보호하도록 구성되는 보강 히트댐 또는 보호부 (866)를 포함할 수 있다. 또한 보호부 (866)는 연소실 (804)의 온도, 열적 및 기계적 충격, 및/또는 압력 상황들과 같은 연소 인자들을 감시하는 하나 이상의 변환기 또는 센서를 포함할 수 있다.According to another feature of the illustrated embodiment, the
또한 도 20에 도시된 바와 같이, 중간부 (816) 및 노즐부 (818)는 상기 실시예들에 따라 구성되는 유전 절연체를 포함한다. 더욱 상세하게는, 도시된 실시예에서 중간부 (816)는 최소한 부분적으로 제2 절연체 (817b)를 둘러싸는 제1 절연체 (817a)를 포함한다. 제2 절연체 (817b)는 중간부 (816)에서 노즐부 (818)까지 연장된다. 따라서, 제2 절연체 (817b) 최소 일 구역은 연소실 (804)에 인접하게 놓인다. 일 실시예에서, 제2 절연체 (817b)는 제1 절연체 (817a)보다 더 높은 절연강도를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 절연체 (817b)는 연소실 (804) 근처 가혹 연소 조건들에 견디도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 그러나, 인젝터 (810)는 단일 재료로 제조된 절연체를 포함할 수 있다.As also shown in FIG. 20, the
도시된 실시예의 또 다른 특징부에 의하면, 노즐부 (818)에 있는 제2 절연체 (817b) 최소 일부는 연소실 (804)로부터 이격될 수 있다. 이로서 엔진 헤드 (807) (예를들면, 제2 전극) 및 노즐부 (818)전도성 도금막 (874) (예를들면, 제1 전극) 사이 간극 또는 공기 공간 (870)이 형성된다. 인젝터 (810)는 연료 분사 전에 공간 (870)에서 이온화 공기 플라즈마를 형성한다. 이러한 이온화 공기 플라즈마 분출로 플라즈마로 들어오는 연료 연소를 가속시킨다. 또한, 이러한 플라즈마 분출은 소정의 연소실 특성들에 따라 신속하게 연소되는 연료의 형상에 영향을 가할 수 있다. 유사하게, 인젝터 (810)는 연료 성분들을 이온화시켜 고 에너지 플라즈마를 생성하고, 이는 또한 연소 연료의 분배 패턴 형상에 영향을 주거나 변경시킬 수 있다.According to another feature of the illustrated embodiment, at least a portion of the
또한 인젝터 (810)는 분사 연료의 초공동 또는 급속 기화로 분사 연료의 연소 및 분배 특성들을 재단할 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 추가 실시예들을 참조하여 상세하게 하기되는 바와 같이, 유량 밸브 (820) 및/또는 밸브시트 (872)는 이들 부품을 지나 흐르는 연료의 급속 기화를 발생시키도록 형성될 수 있다. 예를들면, 유량 밸브 (820)는 밸브시트 (872)와 접하는 유량 밸브 일부에 하나 이상의 날카로운-모서리 단을 가질 수 있다. 또한, 유량 밸브 (820) 개폐 주파수를 통하여 분사 연료의 급속 기화를 유도할 수 있다. 이러한 급속 기화는 급속하게 유입되는 액체 연료, 또는 액체 및 고체 연료 성분들의 혼합물로부터 가스 또는 증기를 생성한다. 예를들면, 이러한 급속 기화로 인하여 액체 연료가 유량 밸브 (820) 표면을 우회하여 연소실로 들어갈 때 증기가 발생될 수 있다. 연료 급속 기화로 분사 연료는 비-기화 연료보다 더욱 신속하고 완전하게 연소될 수 있다. 또한, 분사 연료 급속 기화로 예를들면, 종래 분사 연료 패턴인 대체적인 원뿔형 패턴과는 크게 다른 분사 회전타원체를 포함한 상이한 연료 분사 패턴 또는 형상을 형성한다. 또 다른 실시예들에서, 분사 연료 급속 기화는 다양한 기타 연료 점화 및 연소 개선 기술과 함께 활용될 수 있다. 예를들면, 급속 기화는 액체 연료 과열, 플라즈마 및/또는 분사되는 연료 분출의 음향 기동력과 조합될 수 있다. 이렇게 개선된 분출 연료는 액체 연료 성분의 촉매적 점화와 비교할 때, 더 적은 촉매 및 촉매 면적으로 점화될 수 있다.The
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (910)의 측단면도이다. 인젝터 (910)는 상기된 인젝터와 구조 및 기능에서 대체로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (910)는 상기 특성들을 가지는 하나 이상의 고전압 유전 절연체 (917) (각각 제1 절연체 (917a) 및 제2 절연체 (917b)로 구분)를 가진다. 제2 절연체 (917b)는 최소한 부분적으로 연소실 (904) 인근의 노즐부 (918)를 둘러싼다. 따라서, 제2 절연체 (917b)는 제1 절연체 (917b)보다 더 큰 절연강도를 가질 수 있다. 또한 제2 절연체 (917b)는 더 큰 기계적 강도 (예를들면, 압밀되어 응력이 부가된 외부 표면)를 가지고 노즐부 (918)에서의 가혹 작동 조건들을 견딜 수 있다. 21 is a side cross-sectional view of an
또한 인젝터 (910)는 기저부 (914) 및 노즐부 (918) 사이를 연장하는 중간부 (916)를 가지는 몸체 (912)를 포함한다. 노즐부 (918)는 최소한 부분적으로 엔진 헤드 (907)로 연장되어 노즐부 (918) 단부를 연소실 (904)과의 계면에 배치시킨다. 또한 몸체 (912)는 몸체 일부를 관통 연장되는 채널 (963)을 포함하여 인젝터 (910)를 통하여 연료가 유동되도록 한다. 또한 기타 부품들이 채널 (963)을 통과할 수 있다. 예를들면, 인젝터 (910)는 제어기 또는 처리기 (926)와 작동적으로 연결되는 작동기 (922)를 포함할 수 있다. 또한 작동기 (822)는 기저부 (914)에 있는 구동기 (924)와 작동적으로 연결될 수 있다. 적합한 구동기에 대한 상세한 설명은 도 23을 참조하여 상기된다. 도 21에 도시된 실시예에서, 작동기 (922)는 채널 (963)을 관통하여 구동기 (924)로부터 노즐부 (918)에 있는 유량 밸브 (920)까지 연장될 수 있다. 소정 실시예들에서, 작동기 (922)는 예를들면, 무선 변환기 노드들을 가지는 광섬유, 전기신호 섬유, 및/또는 음향 통신 섬유를 포함한는 케이블 또는 로드 조립체일 수 있다. 작동기 (922)는 다중 연료 분출을 연소실 (904)로 급속하여 유입시키도록 유량 밸브 (920)를 작동시킨다. 또한 작동기 (922)는 연소 특성들을 검출 및/또는 제어기 (926)로 전송할 수 있다. 유량 밸브 (920)가 폐쇄 위치에 있을 때, 유량 밸브 (920)는 밸브시트 (972)에 얹어진다. The
기저부 (914)는 연료를 인젝터 (910)로 유입시키는 연료 입구 포트 (902)를 포함한다. 소정 실시예들에서, 입구 포트 (902)는 연료가 인젝터 (910)로 유입될 때 누출 여부를 감시하는 누출 검출 특징부들을 포함한다. 예를들면, 입구 포트 (902), 또는 인젝터 (910) 기타 부분은, 본원에 전체가 참조로 통합되는 동시-계속 중인 미국특허 출원번호 10/236,820 및 09/716,664에 개시된 ‘폭로(tattletale)’ 연료 감시 설비를 포함할 수 있다.
또한 기저부 (914)는 동심 보빈 (932) 주위 자성 권선 (961)의 자극 부품 (903)을 포함한다. 보빈 (932)은 구동기 (924) 단일방향 운동을 위한 선운동 베어링으로 기능하는 내경 표면 (933)을 포함한다. 자극 부품 (903)은 보빈 (932)에 대하여 밀폐되어 이들 사이 연료 누출을 방지한다. 예를들면, 자극 부품 (903)은 하나 이상의 홈 및 해당 o-링 (930)을 포함한다. 또한, 보빈 (932)은 절연체 (917)에 대하여 밀폐되어 이들 사이 연료 누출을 방지한다. 예를들면, 절연체 (917)는 하나 이상의 홈 및 해당 o-링 (938)을 포함한다.
또한 인젝터 (910)는 전도성 도금막 또는 슬리브 (974)로 접속되도록 금속 합금 케이스 (924) 및 절연체 (917)을 통하여 에너지 (예를들면, 적시의 불꽃, 플라즈마, 교류 플라즈마, 저항 가열, 기타 등을 위한 고전압)를 제공하는 에너지 포트 (964)를 포함한다. 전도성 슬리브 (974)는 에너지를 노즐부 (918)로 전도시켜 연소실 (904)에서 점화를 일으킨다. 더욱 상세하게는, 전도성 슬리브 (974)는 에너지를 노즐부 (918)에 지지되는 제1 전극 또는 커버부 (921)로 전달한다. 커버부 (921) 는 최소한 부분적으로 유량 밸브 (920)를 덮고 있는 점화 및 연료 유동 조정 기구일 수 있다. 엔진 헤드 (907) 일부는 커버 (921)에 상응하는 점화를 위한 제2 전극으로 기능할 수 있다.The
다른 실시예들에서, 점화를 일으키기 위한 에너지는 구동기 (924) 하류에 위치한 압전 또는 자기변형 구동기 (934) 가동으로 제공될 수 있다. 또한, 연소실 (904)로 들어가는 극단적으로 제한적인 면적을 가지는 분야에서, 절연체 (917) (예를들면, 상기된 바와 같은 나선 감김 층상 절연체)에 있는 도체를 통하여 전도성 도금막 (974) 및/또는 노즐부 (918) 커버부 (921)로 상승 전압이 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 도체는 절연체 (917)로부터 전압발생원과 연결된 기저부 (914)를 통하여 연장될 수 있다. 더욱 상세하게는, 도체는 자극 부품 (903)에 있는 제1 포트 (906) 및 제2 포트 (908)를 통하여 기저부 (914)를 나올 수 있다. 본 발명의 솔레노이드 조립체 작동을 위한 전력 및/또는 조정 (conditioning) 전력 (예를들면, 불꽃 또는 플라즈마 발생) 제공을 위한 적합한 시스템은 본원에 전체가 참조로 각각 통합되는 미국특허번호 4,122,816 및 7,349,193에 개시된다.In other embodiments, energy for causing ignition may be provided by piezoelectric or
본 발명의 다른 실시예에 따라, 인젝터 (910)의 노즐부 (918)는 연소실 (904)로부터의 열전달을 제한하는 히트댐 또는 보호부 (966)를 포함할 수 있다. 또한, 기저부 (914)는 열전달 특징부들 (965) (예를들면, 열전달 핀들)을 포함할 수 있다. 인젝터 (910)는 열전달 특징부들 (965) 주위를 흐르는 열전달 유체를 수용할 수 있다. 열전달 유체는 약 70 내지120°C (160 내지 250°F)인 적합한 항온기 온도와 같이 비교적 일정한 온도에서 유지될 수 있다. 이에 따라, 냉 연료 (예를들면, 초저온 연료)가 인젝터 (910)로 유동될 때 주위 습기로부터 서리 또는 얼음 형성을 방지하도록 열전달 특징부들 (965) 주위로 흐르는 열전달 유체는 인젝터 (910) 동작 온도를 유지한다.According to another embodiment of the invention, the
인젝터 (910)는 적합한 공압, 유압, 압전 및/또는 전기기계적 입력에 반응하여 연소실 (904)로 연료를 분산한다. 예를들면, 전기기계적 또는 전자기 작동을 고려하면, 자성 권선 (961)에 인가되는 전류는 구동기 (924)와 대향하는 연자성체에 자극을 생성한다. 이러한 자력은 구동기 (924) 이동을 유도하여 이에 따라 작동기 (922)를 당겨 유량 밸브 (920)를 폐쇄 위치인 밸브시트 (972)에 대하여 유지시킨다. 전류가 역전되거나 더 이상 인가되지 않을 때, 구동기 (924)는 작동기 (922)를 견인하지 않고 이에 따라 연료는 유량 밸브 (920)를 지나 유동될 수 있다.
소정 실시예들에서, 연료가 급속 분출될 때 인젝터 (910)는 작동기 (922)의 바람직하지 않은 이동 및/또는 잔류 움직임을 없애도록 구성된다. 인젝터 (910)는 작동기 (922)의 중심선 정렬이 보장되도록 광섬유 계장과 같은 계장을 포함하여 구성된다. 예를들면, 인젝터는 작동기 (922) 정렬을 위하여 몸체 (912) 채널 (963)에 배치되는 하나 이상의 부품들 또는 조립체를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 도 22A는 본 발명의 실시예에 따른 작동기 정렬을 위한 개방 트러스 튜브 조립체 (1080)의 측면도이다. 도 22B는 실질적으로 도 22A의 22B-22B선을 따라 절취된 트러스 조립체의 정단면도이다. 도 22A 및 22B을 함께 참조하면, 도시된 실시예에서 트러스 조립체 (1080)는 작동기 (922)를 감싸는 다중 직조 섬유 (1082)를 포함한다. 본 섬유 (1082)는 광섬유, 전기신호 섬유, 계장 변환기, 및/또는 강화 섬유를 포함할 수 있다. 이들 섬유 (1082)는 작동기 (922) 주위로 직조 또는 감겨서 트러스 조립체 (1080)는 작동기 (922)를 인젝터 내에서 정렬시킨다. 1082의 외부 섬유로 적합한 재료는 흑연, 다이아몬드-피복 흑연, 섬유유리, 필라멘트 또는 섬유 세라믹, 폴리에테르에테르케톤, 및 여러 적합한 불화중합체를 포함한다. 이들 재료는 바람직한 단면계수 및 낮은 마찰 특성들을 제공하여 작동기 (922)가 트러스 조립체 (1080) 내에서 축방향 이동되도록 한다. 예를들면, 소정 실시예들에서, 튜브 트러스 조립체 (1080) 내경 표면은 초다듬질 및/또는 예를들면, 황화몰리브덴, 다이아몬드-유사 탄소, 질화붕소 또는 여러 적합한 중합체를 포함한 내마 코팅물로 피복될 수 있다. 이들 표면 처리들은 다양하게 조합되어 마찰 감소, 부식 보호, 열전달, 및 기타 내구 목적을 달성할 수 있다. 작동기 (922) 정렬 외에도, 트러스 조립체 (1080)는 작동 과정에서 작동기의 공명 링잉 (ringing), 휘핑 (whipping), 또는 축방향 스프링잉 (springing)을 방지할 수 있다.In certain embodiments, the
도 22C는 작동기 (922)를 정렬시키고 바람직하지 않은 공명 링잉, 휘핑, 또는 축방향 스피링잉을 방지하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 트러스 조립체 (1081)의 측면도이다. 도 22D는 실질적으로 도 22C의22D-22D선을 따라 절취된 정단면도이다. 도 22C 및 22D을 함께 참조하면, 트러스 조립체 (1081)는 작동기 (922) 주위로 연속하여 배열 구성되는 복수의 나선 스프링 또는 편향부재 (1083)를 포함한다. 따라서, 작동에 있어서 개별 스프링 (1083) 주파수는 타 주파수를 상쇄시켜 작동기 (922)를 안정화시킨다. 22C is a side view of a
도 22E는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 작동기 (1022) 정렬용 안내부재 (1090)를 포함하는 인젝터 (1010)의 부분 측단면도이다. 더욱 상세하게는, 도시된 인젝터 (1010)는 본원에 기재된 다른 인젝터와 대체로 구조 및 기능이 유사한 특징부들을 가진다. 예를들면, 도 22E에 도시된 인젝터 (1010)는 구동기 (1024) 및 유량 밸브 (1020) 사이 몸체 (1012)를 관통 연장하는 작동기 (1022)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 그러나, 안내부재 (1090)는 구동기 (1024) 하류에서 최소한 부분적으로 작동기 (1022)를 둘러싼다. 안내부재 (1090)는 작동기 (1022)를 지지하여 작동기 (1022)의 바람직하지 않은 공명 링잉, 휘핑, 및/또는 축방향 스피링잉을 방지한다. 도시된 실시예에서, 안내부재 (1090)는 구동기 (1024)에 인접한 제1 부분 (1091), 및 유량 밸브 (1020)에 인접한 제2 부분 (1092)을 포함한다. 제1 부분 (1091)은 작동기 (1022)를 둘러싸는 제1 내경을 가지고, 제2 부분 (1092)은 작동기 (1022)를 둘러싸는 제2 내경을 가진다. 도 22E에 도시된 바와 같이, 제2 내경는 제1 내경보다 작고, 따라서 인젝터 노즐부에 있는 유량 밸브 (1020)에 인접한 작동기 (1029)를 밀접하게 지지한다. 또한, 소정 실시예들에서, 안내부재 (1090)는 연료 분출 기동력을 발생할 수 있는 압전, 음향, 및/또는 전자기 장치를 결합할 수 있다. 또한 안내부재 (1090)는 통신 연소실 조건들을 감지하고 통신할 수 있는 계장, 변환기, 및/또는 센서를 통합할 수 있다.22E is a partial side cross-sectional view of an
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 구동기 (1124)의 측단면도이다. 구동기 (1124)는 상기 구동기들과 구조 및 기능이 대체로 유사한 특징부들을 포함한다. 도시된 실시예에서, 구동기는 작동기와 결합되어 연료를 통과시켜 흐르도록 한다. 더욱 상세하게는, 구동기 (1124)는 제2 단부 (1142)와 반대측의 제1 단부 (1140)를 가지는 몸체 (1138)를 포함한다. 또한 몸체 (1138)는 이를 관통하여 연장되는 채널 (1144)을 포함한다. 채널 (1144)은 몸체 (1138) 제2 단부 (1142)에서 더 작은 다중 채널들 또는 통로들로 분기된다. 예를들면, 제2 단부 (1142)는 연료 유동 통로들 (1146) (제1 연료 유동 통로 (1146a) 및 제2 연료 유동 통로 (1146b)로 각각 식별)을 포함하여 연료가 이를 통하여 구동기 (1124)를 빠져 나가게 한다. 또한 제2 단부 (1142)는 작동기를 수용하는 작동기 통로 (1148)를 포함한다.23 is a side sectional view of a
소정 실시예들에서, 구동기 (1124)는 인젝터로부터 연료를 분사하는 힘을 제공하도록 구성된다. 예를들면, 구동기 (1124)는 음향력을 제공하여 연료 분사 분출을 변형시키거나 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 구동기 (1124)는 복합 강자성체로 제조될 수 있다. 다른 실시예들에서, 구동기 (1124)는 적층 자기변형 변환기 재료 또는 압전 재료로 구성되어 음향 기동력을 생성할 수 있다. 구동기 (1124)에서 이러한 기능을 제공하는 적합한 방법은 예를들면, 본원에 전체가 참조로 통합되는 미국특허번호 5,980,251에 기재된 바와 같은 바람직한 재료의 적층을 포함하는 것이다. 또한, 이러한 바람직한 음향 기동력을 발생시키는 적합한 압전 방법은 Valpey Fisher Corporation 에서 제공되는 다음과 같은 교재에서 제공된다: Quartz Crystal Oscillator Training Seminar presented by Jim Socki of Crystal Engineering, November 2000.In certain embodiments, the
다시 도 21을 참조하면, 인젝터 (910)는 최소한 부분적으로 유량 밸브 (920)를 덮고 있는 노즐부 (918)에 의해 지지되는 점화 및 유량 조정 기구 또는 커버 (921)를 포함한다. 커버 (921)는 하나 이상의 전도성 부품들을 포함하여 커버 (921)는 엔진 헤드의 상응하는 제2 전극와 함께 점화 이벤트를 발생시키는 제1 전극일 수 있다. 커버 (921)는 연소 특성들을 감시 및/또는 검출하는 인젝터 (910) 부품들을 보호하도록 구성된다. 또한 커버 (921)는 분사 연료 형상, 패턴, 및/또는 위상에 영향을 가할 수 있다. 예를들면, 커버 (921)는 상기된 바와 같이 분사 연료의 급속 기화를 유도할 수 있다.Referring again to FIG. 21, the
또한 커버 (921)에 대한 상세한 설명은 도 24A을 참조하여 기술된다. 더욱 상세하게는, 도 24A는 본 발명의 실시예에 의한 제1 커버 (1221a)의 정면도이다. 도시된 실시예에서, 제1 커버 (1221a)는 제1 커버 (1221a)를 통하여 연소실로의 바람직한 연료 침투 및 연료 유동속도를 형성하기 위한 복수의 슬롯들 및 홀들을 포함한다. 또한 제1 커버 (1221a)는 연소실에 대한 불꽃, 플라즈마, 촉매적, 또는 고온 표면 점화를 위한 점화기로도 기능한다. 제1 커버 (1221a)에 있는 홀들 및 슬롯들은 연소 특성들 감시를 위하여 연소실에 부분적으로 노출된다. 더욱 상세하게는, 제1 커버 (1221a)는 방사방향으로 연장된 복수의 제1 슬롯들 (1223) 및 제2 슬롯들 (1227)을 포함한다. 도 24A에 도시된 바와 같이, 제1 슬롯들 (1223)은 제2 슬롯들 (1227)과 비교하여 더 짧고 더 넓다. 또한 제1 커버 (1221a)는 슬롯들 사이 커버 주위로 원형으로 이격된 복수의 제1 홀들 (1225), 및 커버 중심부에 제2 홀 (1229)을 포함한다. 제1 커버 (1221a) 뿐 아니라 본원에 기술된 다른 커버들의 슬롯들 및/또는 홀들은, 원하는 연료 유동율 및 연소율을 달성하기 위하여 연소실 면과 직교 또는 직교하지 않도록 설정될 수 있다.Further details of
도 24A의 제1 커버 (1221a)는 하나의 예시적 패턴 또는 슬롯들 및 홀들을 보이지만, 다른 실시예들은 원하는 분사 및 점화 특성들을 위하여 상이한 패턴을 포함할 수 있다. 예를들면, 도 24B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 다수의 날카로운 모서리들을 포함하는 제2 점화 및 유량 조정 기구 또는 커버 (1221b)의 정면도이고 도 24C는 측면도이다. 도 24B 및 24C를 함께 참조하면, 제2 커버 (1221b)는 제2 커버 (1221b) 중심부로부터 외향 방사방향 연장되는 복수의 슬롯들 (1223)을 포함한다. 슬롯들 (1223)은 기저면 (1224)에서 연장되는 전극부들 (1231) 사이에 형성된다. 전극부들 (1231)은 엔진 헤드의 상응 전극부와 함께 점화를 일으키도록 구성된다. 또한 제2 커버 (1221b)는 제2 커버 (1221b) 중심부에 홀 (1229)을 포함한다. 따라서, 연소 특성들은 홀 (1229) 뿐 아니라 전극부들 (1231) 및 기저면 (1224) 사이 간극들 (1233)을 통하여 감시될 수 있다.Although the
일부 경우에서 점화를 위하여 불꽃, 플라즈마, 고온(hot) 표면, 및/또는 촉매적 점화를 조합하는 것이 바람직할 수 있다. 촉매 점화의 경우, 예를들면, 전극부들 (1231) 및/또는 점화 포인트들 (1232)은 백금 금속 또는 백금흑과 같은 촉매를 포함할 수 있다. 고온 표면 점화의 경우, 전극부들 (1231) 및/또는 점화 포인트들 (1232)은 불꽃 또는 플라즈마 침식 및 이동 결과 적층되는 침상조직을 포함한 적층체를 포함할 수 있다. 이러한 적층체는 플라즈마가 점화 포인트들 (1232)에 인접하게 발생되도록 간헐적인 전압 극성 역전 및/또는 교류 적용으로 전극부들 (1231) 사이로 이동된다.In some cases it may be desirable to combine a flame, plasma, hot surface, and / or catalytic ignition. In the case of catalytic ignition, for example,
도시된 실시예의 하나의 이점은 제2 커버 (1221b)가 연소 특성들 감시에 사용되는 센서 또는 변환기를 보호할 수 있다는 것이다. 다른 이점은 전극부들 (1231) 사이에 연장되는 슬롯들 (1223)이 다중 점화 발생 포인트들 (1232)를 형성하거나 점화 개시를 위한 고온 표면으로 작용한다는 것이다. 제2 커버 (1221b)는 다수의 점화 포인트들 (1232)를 가지므로, 제2 커버 (1221b)는 장기적 사용에 특히 적합하다. 예를들면, 점화 포인트들 (1232) 중 하나가 오염되거나 달리 열화 또는 작동하지 않아도, 제2 커버 (1221b)는 점화를 발생시킬 여전히 다수의 다른 점화 포인트들 (1232)을 가진다.One advantage of the illustrated embodiment is that the
도 24D는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 제3 커버 (1221c)의 사시도, 도 24E는 정면도, 및 도 24F는 도 24E의24F-24F 선을 실질적으로 따라 절취한 측단면도이다. 도시된 실시예에서, 제3 커버 (1221c)는 기저부 (1224)와 이격된 제1 표면 (1226)을 포함한다. 홀 (1229)은 제1 표면 (1226) 중심부를 관통 연장되고, 복수의 슬롯들 (1223)은 제1 표면 (1226) 및 기저부 (1224) 사이에서 제3 커버 (1221c)를 관통 연장된다. 상기 실시예들와 유사하게, 홀 (1229) 및 슬롯들 (1223)으로 인젝터에 지지되는 계장은 연소 특성들을 감시할 수 있다. 도시된 실시예에서, 슬롯들 (1223)은 제1 표면 (1226)으로부터 약 45도 각도로 제3 커버 (1221c)를 관통 연장한다. 다른 실시예들에서, 그러나, 슬롯들 (1223)은 이보다 다소의 각도로 제3 커버 (1221c)에 형성될 수 있다. 또한 제3 커버 (1221c)는 기저부 (1224)를 관통 연장하는 통로 (1237)를 포함하고, 이를 통하여 연료는 제3 커버 (1221c)를 관통하여 흐를 수 있다.24D is a perspective view of a
도 21을 다시 참조하면, 일부 분야들에서 노즐부 (918)에 기계적 체크밸브를 포함하여 연소실 (904)에서 발생되는 연소 압력이 인젝터 (910)로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 소정 실시예들에서, 노즐부 (918)는 노즐부 (918)에 지지되는 베어링 가이드 (943)와 정렬되는 기계적 체크밸브를 포함할 수 있다. 도 25A-25C는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 이러한 체크밸브 (1345)를 도시하였다. 더욱 상세하게는, 도 25A는 체크밸브 (1345)의 사시도, 도 25B는 배면도, 및 도 25C는 도 25B의 25C-25C 선을 실질적으로 따라 절취한 측단면도이다. 도 25A-25C를 함께 참조하면, 도시된 실시예에서 체크밸브 (1345)는 기저부 (1347)에서 연장되는 분무부 (1351)를 포함한다. 분무부 (1351)는 해당 인젝터 노즐부 내에 최소한 부분적으로 수용되도록 구성된다. 체크밸브 (1345)는 기저부 (1347)에서 분무부 (1351)로 연장되는 유동 표면 (1353)을 포함한다. 분무부 (1351)에서, 유동 표면 (1353)은 임펠러 핀들 또는 슬롯들 (1349)을 포함한다. 또한 체크밸브 (1345)는 연소실과 대향하는 연소 표면 (1357)을 포함한다. 개구 또는 슬롯 (1355)은 연소 표면 (1357)에서 체크밸브 (1345) 내부로 연장된다. 개구 (1355)는 도 21의 베어링 가이드 (943)를 최소한 부분적으로 수용한다.Referring again to FIG. 21, in some applications it may be desirable to include a mechanical check valve in the
작동에 있어서, 체크밸브 (1345)는 연소실 압력, 기계적 스프링 및/또는 밸브시트 내부에 결합되는 전자석 또는 영구자석에 의한 것과 같은 자력으로 폐쇄 위치로 편향된다. 해당 밸브시트를 통하여 주어진 연료의 유동 정압으로 체크밸브 (1345)가 개방되어 연료가 흐르고 이에 따라 연소실로 분사된다. 이러한 유동으로 코안다 효과가 생기고 연료가 연소실로 흐를 때 체크밸브 (1345)는 개방 위치로 유지된다. 소정 실시예들에서, 체크밸브 (1345) 위치를 정하는 코안다 효과에 대한 (예를들면, 이에 따라 공급되는 연료 및 연소실 압력 사이 비율을 포함한) 유동 속도 및 압력 관계식이 감시될 수 있다. 이러한 정보는 가솔린, 디젤, 암모니아, 프로판, 연료 알코올 및 추가적인 순열을 가지거나 가지지 않는 이들의 다수의 순열을 포함하거나 수소 및 일산화탄소와 같은 열화학적 재생 생성물을 포함한 액체, 과열 액체, 또는 증기로 제공되는 다양한 기타 연료들과 같은 연료에 유용할 수 있다.In operation, the
도시된 실시예의 일 특징부에 의하면, 체크밸브 (1345)는 교번 영역들에 치밀한 연료 유동을 생성시켜 연료 연소를 개선할 수 있다. 예를들면, 나선 임펠러 핀들 또는 슬롯들 (1349)은 각속도를 체크밸브 (1345)에 부여하고, 또한 교번 영역들에 더욱 치밀한 연료 유동을 형성하도록 기능할 수 있다. 이러한 설계 특징은 향상된 혼합 속도 결과 더욱 신속한 연료 연소를 가능하게 하도록 활용될 수 있다. 또한 이러한 설계 특징은 연료가 각 운동량을 가지고 연소실로 들어가거나 연소실 기하구조에 따라 와류로 유입되는 공기 또는 다른 산화제 내부로 추진될 때 역류 경로에 따른 분사 연료 충돌, 직교류 경로에 따른 전단 혼합 생성에 활용될 수 있다. 따라서, 체크밸브 (1345)는 시계방향 또는 반시계방향 운동하도록 운동량을 분사 연료에 제공하여 연소실 표면에 열전달을 최소화 하면서 열 방출 프로세스가 바람직하게 가속되도록 한다.According to one feature of the illustrated embodiment, the
다음 도 26A에서, 도 26A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (1410)의 측단면도이다. 인젝터 (1410)는 상기 인젝터의 해당 특징부들와 구조 및 기능이 대체로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (1410)는 비교적 작은 디젤 엔진에서 매우 작은 엔진 헤드 (1407) 포트 내부에 체결하기에 특히 적합한다. 예를들면, 인젝터 (1410)는 기저부 (1414) 및 노즐부 (1418) 사이를 연장하는 중간부 (1416)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 인젝터 (1410)는 구동기 전기자 (1424)를 가지는 전자기 회로 일부로서 강자성 합금 케이스 (1402)를 이용한다. 구동기 (1424)는 통상 중간부 (1416)에서 구동기 (1424) 하류에 제1 자성체 또는 기계적 편향부재 또는 스프링 (1435)에 대향하여 놓여진다. 또한 구동기는 통상 중간부 (1416) 카운터 보어 (1433)에서 구동기 (1424) 상류에 제2 편향부재 (1413)에 대항하여 놓여질 수 있다. 솔레노이드 권선에 전류를 인가하면 구동기 (1424)는 인젝터 (1410) 길이방향 축을 따라 선형적으로 이동된다. 또한 케이스 (1402)는 상기된 임의의 절연체를 포함할 수 있는 고절연강도의 세라믹 절연체 (1417)를 수용하고 보호한다. 점화 에너지를 노즐부 (1418)로 전달할 목적으로 절연체 (1417)는 전도성 튜브 또는 도금막 (1408)을 절연한다. 예를들면, 케이블 (1438)은 점화 에너지를 도금막 (1408)으로 공급하며, 이는 점화 에너지를 연소실 (1404) 계면에 있는 점화 부재 또는 커버 (1421)로 전도한다.Next, in FIG. 26A, FIG. 26A is a side cross-sectional view of an
도 26B는 점화 부재 (1421)를 보이는 인젝터 (1410)의 정면도이다. 도 26A 및 26B를 함께 참조하면, 점화 부재 (1421)는 불꽃, 플라즈마, 고온 표면 및/또는 촉매 자극과 같은 점화 이벤트를 형성하는 다중 방사상 점화 포인트들 (1412)을 포함한다. 점화 포인트들 (1412) 외에도, 점화부재 (1421)는 상기된 바와 같이 연소실 (1404)로의 연료 유입을 위한 다중 개구들을 포함한다. 인젝터 (1410) 적용에 요구되는 공간 최소화를 위한 추가적인 특징부들은 기저부 (1414)에서 노즐부 (1418)로 연장되는 연료 공급 통로 (1442)로 제공된다. 다중실린더 엔진들에 대하여는 연료 공급 통로 (1442)는 적합한 연료 분배기 매니폴드로 연결되는 하나 이상의 유연한 공급 도관들과 연결될 수 있다.26B is a front view of the
작동에 있어서, 전자기 권선에 인가된 전류는 구동기 (1424)를 권선 (1411) 및 자극 부분 (1441)으로 이동시켜 가압 연료는 인젝터 (1410) 내부로 당겨진다. 구동기 (1424)는 작동기 (1422)를 보호하고 연결하여 잡고 있는 폴리에테르에테르케톤과 같이높은 물리적 및 절연 강도 중합체 차폐재 일부일 수 있는 정지 클램프 (1460)를 타격한다. 작동기 (1422)는 노즐부 (1418)에 있는 유량 밸브 (1420)와 연결된다. 유량 밸브 (1420)는 밸브시트 (1425)에 수용된다. 소정 실시예들에서, 작동기 (1422)는 도관 또는 다양한 광섬유 가닥군들이 통합되는 로드 또는 케이블을 포함할 수 있다. 또한, 유량 밸브 (1420) 및 밸브시트는 강자성일 수 있다. 또한 노즐부 (1418)는 역시 강자성인 체크밸브 (1458)를 포함한다. 체크밸브 (1458)는 중공관 (hollow bearing tube, 1426)을 통하여 연장되고 연소실 (1404)에서의 압력 측정 및 온도 및 운동 상황에 대한 종합적인 관찰을 제공한다. 피스톤 속도 결정을 위한 피스톤 운동 및 흡입, 압축, 분사, 점화, 화염 전파, 동력 및 배기 주기들에서 가속, 연소실 압력, 및 피스톤, 실린더 벽들, 밸브들 및 헤드 표면을 포함한 연소실 부품들 온도 및 연소 온도를 포함한 연소실 조건들 및 상황들을 감시할 수 있다. 광섬유 필라멘트 및 기타 계장 통신 부품들 (예를들면, 전기 전도성 계장 섬유의 다중 층상 절연체를 포함)은 자극 부분 (1441)의 연료 공급 경로 (1432)를 통하여 연장된다.In operation, the current applied to the electromagnetic windings moves the
도 26A 및 26B에 도시된 바와 같이, 연소실 (1404)에 접근되는 엔진 헤드 (1407) 포트에서 인젝터 (1410) 직경을 최소화 하기 위하여, 케이스 (1402) 및 에너지 공급 케이블 (1438)을 포함한 인젝터 (1410) 전체 직경이 최소화 된다. 또한, 작동기 (1422)는 인젝터 (1410)를 관통한다. 작동기 (1422)로부터 통신 섬유는 밀폐부를 통하여 출구로 기저부 (1414)에서 나와 외부 제어기, 처리기, 또는 메모리와 연결될 수 있다. 유사하게, 절연 케이블 (1440)이 기저부 (1414)를 관통하여 전력을 제공하여 예를들면, 구동기 (1424)를 포함한 하나 이상의 압전 또는 자기변형 장치들을 구동시킨다,.As shown in FIGS. 26A and 26B, an
일부 분야들에서, 체크밸브 (1458)는 도 25A-25C를 참조하여 상기된 체크밸브 (1345)와 대체로 유사한 임펠러 핀들 또는 슬롯들을 가질 수 있다. 이들 임펠러 핀들 또는 슬롯들은 연료에 각속도를 부여하여 교번 영역들에 더욱 치밀한 연료 유동을 형성하여, 노즐부 (1418)에서 방출되는 연료 분출 또는 패턴 유형을 개선할 수 있다. 이러한 설계 특징은 향상된 혼합 속도 결과 더욱 신속한 연료 연소를 가능하게 하도록, 연료가 각 운동량을 가지고 연소실로 들어가거나 연소실 기하구조에 따라 와류로 유입되는 공기 또는 다른 산화제 내부로 추진될 때 역류 경로에 따른 분사 연료 충돌, 직교류 경로에 따른 전단 혼합 생성에 활용될 수 있다. 따라서, 체크밸브 (1458)는 시계방향 또는 반시계방향 운동하도록 운동량을 연료에 제공하여 연소실 표면으로의 열전달을 최소화하면서 열 방출 프로세스가 바람직하게 가속되도록 한다.In some applications, the
다음 도 27A를 참조하면, 도 27A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (1500)의 측단면도이다. 도시된 인젝터 (1500)는 특히 더욱 빠르고 더욱 완전한 연료 연소를 제공하도록 높은 또는 낮은 압축비로 작동하는 엔진에 사용하기 적합하다. 이들 연료는 예를들면, 온도, 하나 이상의 혼합 위상, 점도, 에너지 밀도, 및 종래 운전에 필요한 표준보다 훨씬 낮은 것을 포함한 옥탄가 및 세탄가를 포함하는 거의 모든 조합의 연료 특성들을 포함한다. 도시된 실시예에서 인젝터 (1500)는 상기 인젝터의 해당 특징부들과 구조 및 기능이 대체로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (1500)는 기저부 (1580) 및 노즐부 (1584) 사이에 연장되는 중간부 (1582)를 포함한다. 또한 인젝터는 구동기 (1515)에서 연료 유량 밸브 (1524)까지 연장되는 작동기 (1518)를 포함한다.Referring next to FIG. 27A, FIG. 27A is a side cross-sectional view of an
도시된 실시예에서, (에너지작물, 동물성지방, 및/또는 기타 유기폐기물에서 제조되는 디젤 연료와 같은) 불꽃 점화로 연소되지 않는 임의의 연료가 입구 포트 (1502)를 통하여 인젝터 (1500)로 공급된다. 연료는 인젝터 (1500) 여러 부품들을 따라 연료 유동 경로로 흐른다. 예를들면, 연료는 적합하게 보강된 계장 신호 케이블 (1504), 스프링 유지구 덮개 (1506), 압축 스프링 (1508), 선택적인 자석 (1514), 구동기 (1515), 및 선택적인 압축 스프링 (1516)을 지나기저부(1580) 내로 흐른다. 연료 경로는 고절연강도 절연체 (1530) 경로 (1531)를 통하여 중간부, 및 전도성 도금막 또는 튜브 (1522) 구멍으로 이어져 노즐부 (1584)로 연료가 제공된다. 도시된 실시예에서, 노즐부 (1584)는 연소실 (1550) 계면에 시트를 포함하고 정상 폐쇄 유량 밸브 (1524)에 의해 밀폐된다. 소정 적용 분야에서, 유량 밸브 (1524)로 또는 이로부터의 전기 전도성을 보장하기 위하여 연소실과 근접한 영역 (1517) 내부 도금막 또는 튜브 (1522)는 고절연강도 재료 (1520)로 피복되거나 도금될 수 있다. 다른 적용 분야에서, 튜브 코팅물 (1520)은 불꽃 및 플라즈마 점화 프로세스에서 회로 요소로 기능할 필요로 인하여 고전도성 또는 불꽃 고내식성일 수 있다.In the illustrated embodiment, any fuel that is not combusted with spark ignition (such as diesel fuel made from energy crops, animal fat, and / or other organic waste) is supplied to
따라서 적용 분야에 따라, 도금막 또는 튜브 요소 (1522)는 유전 절연체 (1530) 구멍 상의 전도성 도금막 또는 전도성 금속, 세라믹, 중합체, 또는 복합체일 수 있고 유량 밸브 (1524)와의 계면에 특정한 밸브 밀폐를 제공한다. 작동기 (1518) 및 구동기 (1515)와 함께 이러한 도금막 또는 튜브 요소 (1522)로 인하여 인젝터 (1500)는 매우 작은 외경을 가질 수 있다. 또한 이러한 구성으로 인젝터는 비교적 길어져 하나 이상의 오버헤드 캠축들 및 밸브 조작기가 있는 영역들을 관통하여 도달할 수 있다.Thus, depending on the application, the plated or
예시적 편향부재 또는 추력 생성 부재는 필요한 경우 밀고 당길 수 있는 스프링 (예를들면, 나선 권선, 원뿔형 권선, 평판 및 만곡 리프 또는 적층 블레이드, 타원형, 회전형 (torsion), 및 다양한 원반, 성형 원반 스프링과 같은 기계적 스프링 형태 포함), 자석, 및/또는 압전 부품들을 포함한다. 많은 적용 분야에서, 이러한 선택을 조합하면 원하는 작동 속도, 공진 튜닝을 제공하고, 및/또는 바람직하지 않은 특성들을 줄이는데 효과적이다.Exemplary deflection members or thrust generating members are springs that can be pushed and pulled if necessary (eg, spiral winding, conical winding, flat and curved leaf or laminated blades, ovals, torsion, and various disc, molded disc springs). Mechanical spring forms), magnets, and / or piezoelectric components. In many applications, combining these choices is effective to provide the desired operating speed, resonant tuning, and / or to reduce undesirable characteristics.
도시된 실시예에서, 정상 폐쇄 유량 밸브 (1524)는 압축 스프링 (1508) 및 스프링 덮개 (1506)에 의해 제공되는 작동기 (1518) 장력에 의해 도금막 또는 튜브 (1522)의 밸브시트 (1521)에 대하여 밀폐되도록 당겨진다. 이들 스프링은 작동기 (1518)에 부착되어 유량 밸브 (1524)에 대한 폐쇄 장력을 인가하기 위하여 기계적으로 작동기 (1518)의 단방향 이동을 제한한다. 또한, 유량 밸브 (1524)는 날카로운 환상 특징부가 제공되거나, 또는 서로 원주상으로 이격되는 뾰족한 점화 포인트들을 가질 수 있다. 전도성 케이스(1510)는 솔레노이드 권선 (1519) 및 구동기 (1515)를 위한 자기 회로 일부로 기능할 수 있다. 또한 케이스(1510)는 다기능성 요소로서 기능하여 연소실 계면으로 연장될 수 있다. 연소실 계면에서, 또한 케이스(1510)는 방사상 내향 뾰족한 포인트들, 또는 환상 동심 특징부와 같은 내부 점화 특징부 (1528)을 포함할 수 있다. 또한, 기저부 (1580)에서, 인젝터는 하나 이상의 홈들 및 o-링 실들 (1537), 또는 기저부 (1580) 내부 연료 밀봉을 위한 우레탄 또는 에폭시와 같은 접착제 화합물을 포함할 수 있다.In the illustrated embodiment, the normally closed
작동에 있어서, 인젝터 (1500)는 입구 포트 (1502)를 통하여 가압 연료를 공급받는다. 연료는 정상 폐쇄 유량 밸브 (1524)로 흐르며 압전 또는 솔레노이드 기구와 같이 구동기 (1515)를 움직이는 적합한 힘 발생기에 의해 유량 밸브 (1524)를 작동시켜 계속하여 연소실로 들어가게 된다. 구동기 (1515)는 스프링 (1508) 장력에 대한 저항력을 유발시켜 따라서 연료가 노즐부 (1584)에서 연소실로 분출되도록 한다. 점화 특징부 (1528) 및 도금막 또는 튜브 (1522) 사이 간격, 및/또는 유량 밸브 (1524) 및 점화 특징부 (1528) 사이 간격에 고전류 전기펄스를 공급하는 임의의 설비들이 제공될 수 있다. 예를들면, 절연 케이블 (1532)은 이러한 전류를 작동기 (1518) 상부의 전도성 도금막 또는 섬유에 부착되는 가동 도체 케이블 (1533)로 제공하여 유량 밸브 (1524)로 전류를 공급할 수 있다.In operation,
이러한 동작은 공진주파수를 포함한 고주파수로 반복되어 일련의 연료 분출을 형성한다. 이러한 반복적 분출은 압전 또는 자기변형력에서 나오는 각각의 연료 분출에 대한 음향 기동력에 의해 진행될 수 있다. 이러한 기동력은 구동기 (1515)의 다기능적 구현에 의해 생성될 수 있다. 예를들면, 유량 밸브 (1524) 및 가장 근접한 케이스 (1522) 환상부 (1511) 사이 하나 이상의 환상 간격들에서 하나 이상의 공기 이온화들에 의해 점화가 인가될 수 있다. 환상 영역 (1517)으로부터 이러한 이온화 공기는 계속하여 공급되어 연료가 유량 밸브 (1524) 외향 개구로부터 분사될 때 연소실 (1550)로 분출되는 연료의 점화를 보장한다.This operation is repeated at high frequencies, including the resonant frequency, to form a series of fuel ejections. This repetitive ejection can be driven by the acoustic maneuvering force for each fuel ejection resulting from piezoelectric or magnetostriction forces. This maneuvering force can be generated by the multifunctional implementation of the
유량 밸브 (1524) 및 환상부 (1511) 점화 특징부 (1528) 사이 초기 존재하는 비교적 작은 간격에서 진행되는 불꽃은 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허번호 4,122,816에 개시된 바와 같이 정전 방전을 촉발시켜, 연속적으로 500 암페어 이상으로 서지되는 (surge) 플라즈마 커런트 (current)를 생성하여 밸브 (1524) 외향 이동 이후 초음속으로 연소실로 들어가 가속되고 극단적으로 신속한 연소를 위한 층상 충전 연료 분출과 충돌하고 기동력을 부여하는 신생 플라즈마를 유발시킨다. 이러한 분사된 점화 및 가속 연소 과정은 연료 분사 분출과 함께 적응적으로 반복되거나 하나 이상의 연속적인 연료 분사 분출에 대하여 분사된 급속 점화를 위하여 적응적으로 진행될 수 있다.Sparks that proceed at a relatively small gap initially present between the
일부 분야들에서, 시기 절절한 플라즈마 생성은 날카로운 또는 뾰족한 표면 또는 점화 특징부들 (1524 및 1528) 사이 간격으로 들어가는 이온화 연료 분자들로부터 촉발되거나 형성될 수 있다. 유량 밸브 (1524)가 계속하여 외향 개방되므로, 이온화 연료 분자의 플라즈마는 초음속으로 연소실로 유입되어 각각의 연료 분출에 대한 극단적으로 신속한 연소를 보장한다. 이러한 분사된 점화 과정은 각각의 연료 분사 분출로 조정되고 반복되거나 하나 이상의 연속적인 연료 분사 분출에 대하여 분사된 급속 점화를 위하여 적응적으로 진행될 수 있다. 본 발명자는 거의 모든 피스톤 속도에서 연료 칼로리 당 더 큰 토크 생성은 이러한 급속 점화 및 연소 과정들의 적응적 적용 결과라는 놀랍고도 가치 있는 사실을 알았다.In some applications, timely plasma generation may be triggered or formed from ionizing fuel molecules entering a sharp or pointed surface or a gap between ignition features 1524 and 1528. As the
플라즈마 추력에 따른 장점은 더욱 신속한 연료 분사, 점화, 및 연소 완료로 인하여, 연료 분사는 상사점 또는 이후에 개시될 수 있어 압축 과정에서 열손실를 감소시킨다. 따라서, 엔진은 더욱 유연하게 작동되고, 상대-운동 부품들 치수 변화를 유발하는 열손실로 인한 마찰, 및 히 실린더 벽들 및 링의 윤활막 열화로 인한 마찰이 줄어든다. 그 결과, 실린더 및 링 수명이 연장되고, 열손실이 줄어들고, 연료 효율이 증가되며, 유지 비용이 줄어든다.The advantages of plasma thrust are that fuel injection can be initiated at or after top dead center due to faster fuel injection, ignition, and combustion completion, reducing heat loss in the compression process. Thus, the engine operates more flexibly, and friction due to heat loss causing relative-motion parts dimensional change, and friction due to lubricating film degradation of the cylinder walls and ring, is reduced. As a result, cylinder and ring life is extended, heat loss is reduced, fuel efficiency is increased and maintenance costs are reduced.
도 27B는 본 발명의 실시예에 의한 기타 인젝터뿐 아니라 도 27A의 인젝터에 대한 여러 연소 특성들의 개략적인 그래프이다. 도 27B에 도시된 바와 같이, (특정 세탄가를 요구하는) 디젤 연료의 압축점화는 압축 행정에서 고압 연료 분사의 조기 개시가 필요하다. 디젤 액체를 작은 액적으로 전단하고 압축 가열 공기 속으로 추진하여 충분히 침투시켜 액체 연료를 증발시킬 충분한 열을 얻고 추가적인 고온 공기로 계속 침투시켜 연료의 큰 증발 분자를 연소를 개시할 수 있는 작은 분자로 분해 (crack)시키기 위하여는 고압이 요구된다. 공기가 충분히 가열되지 않은 경우, 및/또는 액적이 충분히 작지 않다면, 및/또는 피스톤 속도가 너무 낮거나 높다면, 디젤 연료는 정지 (quench) 영역들으로 들어가고 피스톤, 실린더 벽들 및 헤드 부품들과 같은 연소실 표면으로 열이 손실되고, 일부는 가시적 검은 연기로서 및 다른 일부는 인간 및 동물의 폐 및 심혈관계에 특히 유해한 더 작은 입자들로서 미연소 입자들 및 탄화수소가 방출될 것이다.FIG. 27B is a schematic graph of various combustion characteristics for the injector of FIG. 27A as well as other injectors in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 27B, compression ignition of diesel fuel (which requires a specific cetane number) requires early onset of high pressure fuel injection in the compression stroke. Shear the diesel liquid into small droplets and propagate it into compressed heated air to fully penetrate to obtain enough heat to evaporate the liquid fuel and continue to penetrate into additional hot air to break up the large evaporating molecules of the fuel into smaller molecules that can initiate combustion. High pressure is required to crack. If the air is not heated sufficiently, and / or if the droplets are not small enough, and / or if the piston speed is too low or high, the diesel fuel enters the quench zones, such as pistons, cylinder walls and head parts. Heat will be lost to the combustion chamber surface, and some will be released as unburned particles and hydrocarbons as visible dark smoke and some as smaller particles, particularly harmful to the lungs and cardiovascular system of humans and animals.
디젤 곡선 (1596)은 TDC 전에 압력 전개 부분을 보인다. (TDC 전) 이러한 압력 상승 부분은 ‘역행 작업 (back work)’이고 조기 분사 개시 및 연소 개시 동안 더 크다. 피스톤 속도가 빠를수록, 증발, 분해 및 연소를 완료하기 위하여 분사 개시 및 연소 개시가 더 빨라져야 한다. 연소 사이클 당 각 디젤 연료 분사 주기에서 고온 과잉 공기로 대부분 절연된 연료 일부가 신속하게 증발, 분해 및 질소산화물 형성 한계인 2,200°C (4,000°F) 이상으로 급격히 연속된다.
곡선 (1598)에 도시된 본 발명에 따라 구성되는 일체식 인젝터/점화기 작동은, 비교하자면, 모든 피스톤 속도 및 작동 조건들에서 더욱 빨리 연소를 개시하고 완료하고 압력 곡선 아래 더욱 큰 작업 면적을 제공하여 (토크 x rpm으로서 동력 행정에서 전부는 아니지만 대부분) 디젤 작동과 비교하여 연료 효율 및 마력을 개선시킨다. 연료는 더 넓은 경로를 통하여 (압축-점화보다 더욱 후에 또는 TDC 이후) 신속하게 분사되어 연소를 더욱 조기에 완료한다: 이는 질소산화물 형성, 핵심 엔진 부품들 가압, 또는 절연성 산화제 침투로 인한 열손실과 같은 이상 결과가 전개되는 어떠한 상황적 입구 공기 온도, 기압, 또는 연료 유형 (특히 연소 특성들 포함) 조건에서도 다중분출-다중연료 작동은 적응적으로 충분한 플라즈마 에너지 및/또는 가스-형성 (초-공동)을 제공하여 작은 전단 오리피스를 통한 디젤-유형의 고압 분사 및 연료가 고온 공기를 통하여 상당한 거리를 침투하여 연료 연소를 위한 연료 증발 및 분해해야 할 상응하는 필요성을 제거하기 때문이다. 또한, 본원에 개시된 인젝터는 최고 연소 온도가 2,200°C (4,000°F)에 도달하거나 연소 영역이 과잉 공기 절연 엔빌로프(envelope)를 넘어 정지 영역에 도달하는 임의의 순간에 연료의 다중 분사를 중단할 수 있다. 이후, 하나 이상의 추가적인 연료 분사가 재개되어 각 동작 사이클에 대하여 원하는 작업 생산성을 달성할 수 있다. 또한, 본원에 개시된 인젝터는 피스톤, 연결로드, 베어링, 또는 크랭크축에 대한 손상을 방지하거나 및/또는 압력-유발되는 다양한 질소산화물과 같은 라디칼 또는 화합물의 이상 형성을 회피하기 위하여 최고 연소 압력이 설정된 최대치에 접근하는 순간에 다중 분사를 중지할 수 있다.The integral injector / igniter operation configured according to the invention shown in
분사된 급속 점화 및 연소 프로세스로 부하 요건들을 즉시적으로 충족시킬 필요가 있는 많은 다중실린더 엔진 실린더들의 동작을 포함한 계속적인 더 큰 부하조정비율로 유연한 동작을 가능하게 한다. 예를들면, 분사 급속 점화는 토크 또는 엔진 속도 증가를 위한 조작기 요청 (또는 순항(cruise) 제어 요청)에 대한 더욱 빠르고 더욱 효과적인 대응을 포함한다. 또한 이것은 열손실 감소와 함께 더욱 장기적 실린더 및 링 수명의 장점으로 이어져 연료 효율 및 오염물 배출 감소 및 유지 비용 감소라는 극적인 개선을 제공한다.The injected rapid ignition and combustion process allows for flexible operation with an ever-increasing load adjustment ratio, including the operation of many multicylinder engine cylinders that need to meet load requirements immediately. For example, injection rapid ignition includes a faster and more effective response to manipulator requests (or cruise control requests) for increasing torque or engine speed. This, in turn, leads to the benefits of longer cylinder and ring life, along with reduced heat losses, resulting in dramatic improvements in fuel efficiency, pollutant emissions and reduced maintenance costs.
‘정지 및 출발’ 및 ‘냉시동’ 엔진 및 고온 엔진 정상 상태 작동 과정의 촉매적 교정이 수월하지 않은 촉매 반응기 조건들로부터 오염물 배출 문제가 생긴다. 그러나, 분사 급속 점화 및 연소 프로세스의 다른 장점은 예를들면 냉 엔진 또는 ‘정지 및 출발’ 상태 엔진에서의 모든 엔진 온도에서 더욱 청정한 배기에 있다. 따라서, 이러한 문제 조건들에서, 사용률은 시동 모터에 대한 또는 종래 엔진에 필요한 시동 에너지 소모에 대한 요건들을 줄이거나 제거하여 개시될 수 있다. 동력 행정에 있는 각각의 실린더에 대한 분사 급속 점화 및 연소 프로세스 구현으로 종래 엔진 시동을 위하여 비교적 큰 동력 소모라는 종래 요구없이도 시동이 가능하다. 종래 작동은 피스톤이 흡입 행정들을 왕복 운동하여여 흡입 시스템에 진공을 형성시키고 여기에 일부가 불꽃 점화되어야 하는 바람직하게는 균질 혼합물 생성을 위한 연료가 들어가도록 엔진을 크랭크로 회전시켜야 하고, 또한 흡입 시스템에서 생성되면 바람직한 다소간의 균질 충전물이 연소실로 이송될 때 흡입 밸브 개방 및 배기 밸브 폐쇄 작동을 제공하도록 캠축 회전을 위한 크랭크 회전이 필요하다다. 다소간의 균질 혼합물을 압축시키기 위한 추가적인 크랭크 회전 및 균질 혼합물 점화로 전개되는 압력에 대항하는 추가적인 크랭크 회전은 상사점 조건들를 통하여 역행 작업 프로세스를 진행시킨다. 연소 가스에 있는 어떠한 에너지도 엔진 시동을 유지하기 위하여 동력 행정에서 정적 작업 생산성 (positive work production)을 제공하도록 사용된다. Pollution emission problems arise from catalytic reactor conditions that are not easy to catalytically correct for 'stop and start' and 'cold start' engines and high-temperature engine steady state operation. However, another advantage of the injection rapid ignition and combustion process lies in cleaner exhaust at all engine temperatures, for example in cold engines or in 'stop and start' engines. Thus, in these problem conditions, the utilization can be initiated by reducing or eliminating the requirements for starter energy consumption for the starter motor or for a conventional engine. The implementation of the injection rapid ignition and combustion process for each cylinder in the power stroke enables starting without the conventional requirement of relatively high power consumption for a conventional engine start. Conventional operation requires the piston to reciprocate the intake strokes to create a vacuum in the intake system, in which the engine is cranked so that fuel for the creation of a homogeneous mixture, some of which must be spark ignited, enters the intake system. Crank rotation is required for camshaft rotation to provide inlet valve opening and exhaust valve closing operations when the desired somewhat homogeneous charge is transferred to the combustion chamber. Additional crank rotation to compress the somewhat homogeneous mixture and additional crank rotation against the pressure developed by the homogeneous mixture ignition lead the retrograde work process through top dead center conditions. Any energy in the combustion gases is used to provide positive work production in the power stroke to maintain engine starting.
유사하게 동력 행정에 있는 각각의 실린더에서 분사 급속 점화 및 연소 프로세스를 포함하는 본 발명에 의해 전환되는 디젤 압축-점화 엔진은 엔진 시동을 위하여 종래의 비교적 큰 동력 소모 요구 없이도 시동을 제공한다. 종래 디젤 엔진 압축-점화 작동은 피스톤이 흡입 행정들을 왕복 운동하여 공기를 흡입 시스템으로 이송시키기 위하여 엔진을 크랭크로 회전시키고, 또한 흡입 시스템에서 공기가 연소실로 이송될 때 흡입 밸브 개방 및 배기 밸브 폐쇄 작동 제공을 위한 캠축 회전을 위하여 크랭크로 회전시키고, 공기를 충분한 온도로 압축시켜 추가적인 크랭크 회전 결과 고압으로 분사되는 디젤 연료가 증발되고 분해되어 더욱 고온의 공기와 혼합될 때 바람직하게는 증발 및 분해 과정에 있는 연료의 점화 진행 및 상사점 조건들을 통하여 역행 작업 프로세스를 진행하고 연소 가스에 있는 어떠한 에너지도 엔진 시동을 유지하기 위하여 동력 행정에서 충분한 정적 작업 생산성을 달성하도록 추가적인 크랭크 회전이 필요하다 .Similarly, diesel compression-ignition engines converted by the present invention, including the injection rapid ignition and combustion processes in each cylinder in the power stroke, provide starting without the conventional relatively high power consumption requirements for starting the engine. Conventional diesel engine compression-ignition operations involve a piston cranking the engine to reciprocate the intake strokes to deliver air to the intake system, and also to operate the intake valve opening and exhaust valve closing when air is transferred from the intake system to the combustion chamber. Rotate into a crank to rotate the camshaft for provision, compress the air to a sufficient temperature, and as a result of further crank rotation, the diesel fuel injected at high pressure is evaporated, decomposed and mixed with hotter air, preferably in the evaporation and decomposition process. Additional crank rotation is required to achieve sufficient static working productivity in the power stroke to proceed the retrograde work process through the ignition progression and top dead center conditions of the fuel present.
다시 도 27A를 언급하면, 계장 및 신호 케이블 (1504)은 스프링 덮개 (1506) 및 연료 밸브 (1524)의 부착구 또는 기계적 행정 정지구 사이 중간부 (1518)에서 추가 보강구를 가질 수 있다. 이러한 보강구는 적절한 인장, 피로, 및 절연강도를 제공하여 장기간 안정한 작동을 보장하기 위하여 기계적 행정 정지 칼라 (1512)에 구동기 (1515)에 의한 작동력을 가하는 설비를 포함할 수 있다. 연소실 계면에 있는 계장 케이블 (1526)은 밸브 (1524)의 연소실 계면에서의 운동, 온도, 및 압력과 같은 특성들을 가질 수 있다. 이러한 계장은 또한 인젝터 (1500) 내에 위치하는 마이크로프로세서 (1539) 및/또는 원격 배치되거나 케이스(1510) 외부에 있는 다른 마이크로프로세서 또는 컴퓨터 (1540)로 무선 통신을 제공한다.Referring again to FIG. 27A, the instrumentation and
적외선, 가시광선, 및 자외선 주파수를 포함한 연소실의 가스, 플라즈마, 및 고체 표면으로부터의 열적 데이터는 압력 및 가속 데이터와 함께 처리되고 작동기 (1518) 내부의 투과성 및/또는 전도성 섬유와 함께 무선 통합 노드들에 의해 전송된다. 예를들면, 작동기 (1518)는 마이크로프로세서 (1539)로 통신하기 위한 변환기 및/또는 케이블 (1504)에 의해 적당한 밀폐를 통하여 원격 마이크로프로세서 또는 컴퓨터 (1540)로 연장되는 적합한 계장을 포함한다.Thermal data from the gas, plasma, and solid surfaces of the combustion chamber, including infrared, visible, and ultraviolet frequencies, are processed along with the pressure and acceleration data, and the wireless integrated nodes together with the permeable and / or conductive fibers inside the
광발전, 열전기, 전자기, 전기, 및 압전 발전기와 같은 적합한 에너지 전환 기구 또는 기구 조합은 킬로헤르츠 내지 기가헤르츠 주파수에서 작동하는 센서 노드를 가동하기 위하여 활용될 수 있다. 이러한 작동은 U.C. Berkeley에서 개발된 TinyOS, 무선 센서 네트워크를 위한 무료 및 오픈소스 요소-기반의 운영체계 및 플랫폼과 같은시스템으로 가능하다. 이러한 작동으로 릴레이 작동, 시스템 출력 및/또는 특정 상황들 발생 후 알람을 개시하고 가능하게 한다. 이것은 노즐부 (1584)에 있는 계장에 의해 또는 변환기 및 신호 분석기 (1535)에 의해 검출되는 기능적 커플링 또는 투명 절연체 (1530)를 통하여 또는 절연체 (1530)를 통한 섬유 또는 경로에 의해 전송되는 압력 및 광학 데이터를 포함하는 상황들을 포함한다.Suitable energy conversion devices or combinations of devices, such as photovoltaic, thermoelectric, electromagnetic, electrical, and piezoelectric generators, may be utilized to power sensor nodes operating at frequencies from kilohertz to gigahertz. This behavior is described in U.C. TinyOS, developed by Berkeley, is available as a free and open source element-based operating system and platform for wireless sensor networks. This operation triggers and enables alarms after relay operation, system output and / or specific situations. This is due to the pressure transmitted by the instrument in the
이러한 조합으로 인하여 적절한 기계 및 절연강도를 가지는 조립 부품들은 매우 작은 치수로 고에너지 플라즈마를 생성할 수 있다. 이것은 특히 플라즈마 분무를 유도하고 상대적으로 정제되지 않고 저렴한 사용 연료에서 나오는 재 및 잔류물로 인한 오염을 억제하도록 이동하는 다기능성 밸브를 제공하는데 도움이 된다. 또한 이러한 이점들은 연소-유발 압력을 차단하고, 연소실 계면에서 연료를 제어하여 원하지 않는 시간대에 연료 드립 (drip) 또는 후적을 제거할 수 있는 본원에 기재된 유량 밸브 및 체크밸브의 상승적 조합에 의해 제공될 수 있다.This combination allows assembly parts with adequate mechanical and dielectric strength to produce high energy plasmas with very small dimensions. This is particularly helpful in providing a multifunctional valve that induces plasma spraying and moves to suppress contamination by ash and residues from relatively inexpensive and less expensive fuels. These benefits are also provided by the synergistic combination of the flow valves and check valves described herein that can block combustion-induced pressures and control fuel at the combustion chamber interface to remove fuel drips or deposits at unwanted times. Can be.
또한 계장 처리 장점은 연소 프로세스 및/또는 연소 최고 온도를 제어할 목적으로 운동 검출 및 연소 프로세스 상황, 및 바람직한 열적 특징을 제공하는 조제를 연료에 첨가하여 제공될 수 있다. 작동에 있어서 상대적으로 소량의 이러한 첨가제는 가열, 이온화 또는 탈-이온화될 때 소정의 알려진 주파수에서 광자를 방출하는 혼용 조제 또는 콜로이드 현탁액으로 공급된다. 본 발명의 연료 보관 실시예들에 따라 흡열 반응으로 제공되는 일산화탄소를 저장하고 결합하는 미세 또는 달리 활성화된 전이금속는, 점화 및 연소 프로세스의 방사성 지표로 기능하는 다른 첨가제 군으로 사용될 수 있는 카보닐을 형성할 수 있다. 대안으로, 망간 또는 철과 같은 하나 이상의 선택된 전이금속 카르보닐이 제조되어 선택되는 사용 연료에 연속 또는 간헐적으로 첨가되도록 보관될 수 있다. 예시적으로, 망간, 철, 니켈, 붕소, 나트륨, 칼륨, 리튬, 칼슘, 또는 규소를 제공하는 이러한 유기 또는 무기 물질의 하나 이상의 첨가제는 이러한 운동 특성 및 온도 또는 프로세스 속도를 위한 구별된 방출 특징을 가지는 전형적인 조제들이다. 이러한 첨가제는 저장 탱크로부터 연속 또는 간헐적으로 제공되어 연소 프로세스의 다양한 반응물 및 생성물 점화 과정과 함께 온도를 감지하는 변환기를 설정할 수 있다. 이러한 특성들은 검출 및 분석 시스템에 의해 활용되어 온도 (질소산화물이 형성되는 온도 회피를 포함), 연소 프로세스 단계들, 및 연소 프로세스 속도를 결정한다. 이러한 결과들은 이산화탄소, 질소산화물, 및 미립자 배출 감소와 같은 추가적인 이점들과 함께 연료 효율 개선의 포괄적인 기록을 생성하는데 활용될 수 있다.Instrumentation treatment advantages may also be provided by adding to the fuel formulations that provide motion detection and combustion process conditions, and desirable thermal characteristics, for the purpose of controlling the combustion process and / or the highest combustion temperature. In operation, relatively small amounts of these additives are supplied as a mixed preparation or colloidal suspension that emits photons at a known frequency when heated, ionized or de-ionized. Fine or otherwise activated transition metals that store and bind carbon monoxide provided in endothermic reactions in accordance with fuel storage embodiments of the present invention form carbonyls that can be used as another group of additives that serve as radioactive indicators of ignition and combustion processes. can do. Alternatively, one or more selected transition metal carbonyls, such as manganese or iron, may be prepared and stored for continuous or intermittent addition to the fuel of choice. By way of example, one or more additives of such organic or inorganic materials providing manganese, iron, nickel, boron, sodium, potassium, lithium, calcium, or silicon may provide distinctive release characteristics for these kinetic properties and temperature or process speed. Eggplants are typical preparations. Such additives may be provided continuously or intermittently from the storage tank to set up a transducer that senses temperature with various reactants and product ignition processes in the combustion process. These characteristics are utilized by the detection and analysis system to determine temperature (including temperature avoidance at which nitrogen oxides are formed), combustion process steps, and combustion process rate. These results can be used to create a comprehensive record of fuel efficiency improvements along with additional benefits such as reduced carbon dioxide, nitrogen oxides, and particulate emissions.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (1600)를 도시한다. 더욱 상세하게는, 도 28은 도 27A를 참고하여 기재된 인젝터 (1500), 및 본원에 기재된 다른 인젝터의 해당 특징부들과 구조 및 기능이 대체로 유사한 여러 특징부들을 포함하는 인젝터 (1600)의 측단면도이다. 따라서, 인젝터 (1600)의 이러한 유사 특징부들은 도 28을 참고하여 설명되지 않는다. 도 28에 도시된 실시예에서, 그러나, 인젝터는 최소한 다음 항목들을 위한 일부 또는 대부분의 에너지 전환 프로세스들을 제공한다: 1) 예를들면, 피스톤 또는 로터 위치, 속도 및 가속과 함께 가스, 증기, 및 액체와 같은 유체의 온도, 연소 프로세스, 압력, 운동을 포함한 연소실 조건들 및 상황들 감시; 2) 연료 분사 개시, 연료 분사 완료, 연료 분사의 임의 연속적 개시들 사이 지연 조정의 적응적 최적화, 및 상당하게 최적화된 점화 프로세스들의 선택 및 타이밍을 위한 감시 조건들에 대응한 전자 변환기, 처리기, 컴퓨터, 및 제어기 (예를들면, 도 27A를 참고하여 상기된 처리기(1535 및 1539)) 작동; 3) 상응하는 유동 및/또는 체크밸브들에 힘을 인가하는밸브 조작기 및 구동기 작동 및 가동; 및 4) 적응적으로 최적화된 점화 시스템 기능들의 작동 및 가동.28 shows an
전자 제어기로부터 및 제어기로의 신호 전달 또는 무선 통신과 함께 이러한 목적의 열전기적 동력 생성은 연소 프로세스 및 더 낮은 온도 예를들면 주위 공기 온도 또는 이보다 더 낮은 유입 연료 사이 온도 차이로 전달되는 에너지 일부를 이용하여 제공된다. 예를들면, 반도체 열전기 발생기 (1620)를 포함한 하나 이상의 기구들이 인젝터 (1600)에 지지되어 연소 프로세스의 복사선을 포획하고 필요한 고온을 생성한다. 더 낮은 해당 온도은 전도성 튜브 (1622)를 통하여 흐르는 연료에 의해 설정된다. 적합한 열전기 필름 및 회로들이 Perpetua Power Source Technologies, Inc., 4314 SW Research Way, Corvallis, Oregon 97333 (예를들면, http://www.perpetuapower.com/ products.htm 참고)와 같은 소스에서 이용될 수 있다. 또한, 이러한 목적의 무선 센서 노드들은 Microchip, Atmel, 및 Texas Instruments와 같은 소스에서 유용될 수 있다.Thermoelectric power generation for this purpose, together with signal transmission or wireless communication to and from the electronic controller, utilizes some of the energy transferred to the temperature difference between the combustion process and lower temperature, such as ambient air temperature or lower incoming fuel. Is provided. For example, one or more instruments, including semiconductor
다른 실시예에 따른 동력 또는 전기 발생기는 열전기 발생기 (1620) 인근에 배치되거나 이와 일체인 광발전 발생기 (1625)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 광발전 발생기 (1625)는 연소실에서 방출되는 복사선을 전기로 전환시킨다. 또한 광발전 발생기 (1625)는 연소실 온도 또는 기타 연소 특성들 및 상황들을 측정하기 위한 계장 변환기로 기능할 수 있다. 광발전 발생기 (1625)는 인젝터 (1600) 노즐부를 관통하는 연료 경로 근처 연료로 열을 전달하여 냉각될 수 있다. 노즐부를 통과하는 연료로 열전달을 보장하기 위하여, 광발전 발생기 (1625) 및 열전기 발생기 (1620) 냉각 측은 열을 전도성 튜브 (1622)로 제공하는 은, 구리, 알루미늄, 산화베릴륨, 또는 다이아몬드과 같은 고전도성 재료에 장착되거나 이와 결합된다. The power or electricity generator according to another embodiment may include a
인젝터 (1600)에 결합될 수 있는 기타 동력 발생 부시스템은 진동-구동 일렉트릿 및 전자기 발생기를 포함한다. 더 큰 에너지는 인젝터 (1600) 절연체 (1630) 일부로 하나 이상의 압전 기구 (1631)로부터 생성될 수 있다. 압전 기구 (1631)는 불꽃 또는 플라즈마를 생성하여 연소실로 분사되는 연료를 점화시킨다. 이러한 압전 프로세스들로 인하여 생성된 불꽃은 본원에 참조로 전체가 통합되는 미국특허번호 4,122,816에 포괄적으로 개시된 바와 같이 고전류 플라즈마 방출을 촉발시킨다. 인젝터 (1600)의 일체 부품으로, 압전 기구 (1631)는 압전 기구 (1631)가 기계적으로 눌리도록 비교적 낮은 탄성계수의 절연체 (1630) 내에서 보유되는 연소실 상황들에 따라 부가되는 힘을 수용하도록 장착된다.Other power generation subsystems that may be coupled to the
따라서, 압전 기구 (1631)는 압력 변환기 및 발전기로 기능할 수 있다. 예를들면, 이것은 압축 및/또는 연소실의 연소 압력으로 압축될 때 생성된 변형을 전환하여 초기에 유량 밸브 (1624) 및 점화 특징부 (1628) 사이 불꽃 간격과 연결될 수 있는 전기적 개방 시스템으로 기능할 수 있다. 불꽃 간격에서 항복전압이 발생할 때 불꽃 간격에서 섬락이 생긴다. 일부 동작 모드에서, 섬락을 발생시키는 이러한 항복은 항복전압을 감소시키는 연료 첨가제로 자극되어 이러한 점화 타이밍은 간격을 통과하는 연료 통로에 적합하다. 이러한 목적의 연료 첨가제는 충분한 가열, 이온화, 및/또는 탈-이온화에서 원하는 복사선 배출 생성에 대하여 전기된 첨가제로부터 선택될 수 있다.Thus, the
일부 분야들에서, 연소에 의해 부가되는 힘의 결과로 생성되는 압전 기구 (1631)로부터의 추가적인 에너지는 고전압 케이블 (1632)을 통하여 다른 실린더로 작용하는 분리된 인젝터로 인가될 수 있다. 또한 이러한 추가적인 에너지는 압전 또는 솔레노이드 밸브 조작기, 작동기, 및/또는 구동기 구동과 같은 기타 목적으로 공급될 수 있다. 이러한 적용 분야에서, 에너지를 조절, 저장 및 전환시키는 적합한 회로는 다음 참조들에서 기재된 바와 같이 변압기, 콘덴서, 다이오드, 및 스위치을 포함한다: 각각 본원에 참조로 전체가 통합되는, 동력 발생과 함께 힘, 압력 측정을 위한 압전 센서 관련 적용 분야 가이드는 ‘압전 세라믹, 특성들 및 적용 분야’ (J.W. Waanders, N.V. Phillips, 1991.4) 및 에 개시된 정보를 참조.In some applications, additional energy from the
따라서, 도 28에 도시된 인젝터 (1600)는 각각의 동작 사이클 과정에서, 하나 이상의 연속적인 연료 분사 상황들의 연료 공급 타이밍을 적응적으로 최적화하도록 엔진의 각각의 실린더를 위하여 준비된다. 또한 인젝터 (1600)는 최고 연소 온도 제어와 함께 압전, 유도성, 정전방전, 및 플라즈마 분무에 관련된점화 시스템의 최적 타이밍 및 적응적 이용이 가능하도록 한다. 도시된 인젝터 (1600)는 연료 공급원과의 적합한 연결 만이 요구되는 적응적으로 최적화된 단독 연료 분사 및 점화 시스템으로 기능할 수 있다. 다른 실시예들에서, 인젝터 (1600)는 효율 개선을 위하여 대화형 인공지능을 적용하여 기타 유사한 인젝터와 합동하여 작동될 수 있다. 또한 도시된 인젝터 (1600)는 전기 에너지를 하나 이상의 다른 인젝터로 분배하여 연료 제어 밸브들 또는 계장을 가동하여 온도 및 압력 변환기를 검출하고, 점화시키고, 및/또는 마이크로프로세서 또는 컴퓨터를 작동시킬 수 있다.Thus, the
작동에 있어서, 본원에 개시된 다수의 실시예들 조합으로 거의 모든 연료를 효과적으로 활용할 수 있다. 예시적으로, 저 세탄가 식물성 또는 동물성 지방, 증류액, 파라핀, 또는 석유 젤리 (petroleum jelly)와 같은 통상적으로 냉 엔진을 시동할 수 없는 거대 분자량 성분들의 연료는 본 실시예들에 사용되어 본원에 개시된 인젝터 특히 예를들면, 도 27A를 참조하여 기술된 인젝터 (1500)에 의한 정전방전 프로세스들과 관련하여 개시된 분사 급속 점화 및 연소 프로세스에 따라 청정 배기 생성을 초기에 보장함으로써 냉 엔진을 쉽게 시동할 수 있다. 엔진이 하기 식 7에 요약된 수소 생성을 위한 열화학적 재생 프로세스 진행에 필요한 충분히 가온된 냉각수 및/또는 배기 유체 생성 후, 청정 연소 보장에 필요한 에너지는 크게 줄어들고 도 28 인젝터 (1600)에 포함된 압전 발생기 (1631) 또는 열전기 발생기 (1620)에 의한 점화가 활용되어 점화를 위한 에너지 소모를 크게 줄인다.In operation, the combination of many embodiments disclosed herein can effectively utilize almost any fuel. By way of example, fuels of large molecular weight components that are typically unable to start cold engines, such as low cetane vegetable or animal fats, distillates, paraffins, or petroleum jelly, are used in the present embodiments and disclosed herein. It is possible to easily start a cold engine by initially ensuring clean exhaust generation in accordance with the injection rapid ignition and combustion process disclosed in connection with the injector, in particular the electrostatic discharge processes by the
HxCy + yH2O + 열 → yCO + {y + 0.5(x)}H2 식 7HxCy + yH 2 O + Heat → yCO + {y + 0.5 (x)} H 2 Formula 7
유사하게, 식 8에 요약된 이러한 탄화수소의 부분 산화로 반응 생성물에 충분한 수소를 생성하여 압전 발생기 (1631) 또는 열전기 발생기 (1620)에 의해 발생되는 비교적 낮은 에너지 불꽃 플라즈마에 의한 점화를 보장한다.Similarly, partial oxidation of such hydrocarbons, summarized in Equation 8, produces sufficient hydrogen in the reaction product to ensure ignition by the relatively low energy flame plasma generated by the
HxCy + 0.5yO2 → 열 + yCO + 0.5(x)H2 식 8HxCy + 0.5yO 2 → Heat + yCO + 0.5 (x) H 2 Formula 8
식 8로 요약된 프로세스에 의한 열은 식 7에 기재된 바와 같은 흡열 반응들에 이용될 수 있다.Heat by the process summarized in Equation 8 can be used for endothermic reactions as described in Equation 7.
도 29는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (1700)의 측단면도이다. 도시된 실시예는 상기 인젝터 해당 특징부들와 대체로 유사한 구조 및 기능의 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (1700)는 기저부 (1701) 및 노즐부 (1705) 사이에 연장되는 중간부 (1703)를 포함한다. 또한 인젝터 (1700)는 솔레노이드 강자극으로 기능하는 튜브 피팅 (1704)을 포함하고 기저부 (1701) 환상 영역 (1710)에 절연 권선을 포함한다. 또한 인젝터 (1700)는 정지 칼러 (1716)에 대하여 구동기 (1714)를 압박하는 자기 회로 경로 (1708)를 포함한다. 정지 칼러 (1716)는 작동기 (1718)와 연결되고, 이것은 다시 노즐부 (1705)에 지지되는 유량 밸브 (1738)에 연결된다. 구동기 (1714)가 작동기 (1718)를 당기면, 작동기 (1718)는 유량 밸브 (1738)를 폐쇄 위치로 유지한다. 본원에 기재된 다른 실시예들의 인젝터와 유사하게, 도시된 인젝터 (1700)는 인젝터 (1700) 작동 부품들에 인가되는 적합한 공압, 유압, 압전, 및/또는 전기기계적 프로세스들의 하나 이상의 적용 결과 연료 제어, 계량, 및 분사 기능을 수행한다. 이에 따라, 인젝터 (1710)는 광범위한 엔진 유형에 상호교환적으로 적용될 수 있다. 또한, 인젝터 (1700)는 넓은 부하조정비율을 가지고 비교적 평탄한 토크 곡선이 요구되는 엔진에 사용된다. 29 is a side cross-sectional view of an
작동에 있어서, 권선 (1710)으로 전류를 통하면 유량 밸브 (1738)가 닫힌다. 더욱 상세하게는, 권선 (1710)에 전류를 인가하면 구동기 (1714)는 극 부분 (1704)으로 밀려지고, 이로써 작동기 (1718)가 당겨진다. 작동기 (1718) 장력을 이완시켜 유량 밸브 (1738)가 적응적으로 개방된다. 구동기 (1714)가 작동기 (1718)를 당기지 않으면, 편향부재 (1722)가 구동기 (1714)를 극 부분 (1704)으로부터 떨어뜨린다. 예시적으로 적합한 편향부재 (1722)는 적합한 링-유형의 영구 또는 전자석 스프링과 함께 기계적 스프링을 포함한다. 편향부재 (1722)는 구동기 (1714) 하류 인젝터 (1700) 중간부 (1703)에 놓일 수 있다. 구동기 (1714)가 극 부분 (1704)에서 가장 먼 위치에 있을 때보다 극 부분 (1704)을 향하여 편향되어 있을 때, 구동기 (1714)를 이동시키기 위하여 아주 작은 솔레노이드 힘이 필요하다.In operation, passing a current through the winding 1710 closes the
구동기 (1714)가 극 부분 (1704)으로 편향되어 있을 때, 전압이 코일 권선 (1710)에 인가되어 선택된 ‘홀드(hold)’ 주파수에 따라 펄스화 전류가 생성된다. 코일 (1710)에 전류가 펄스로 주어질 때 마다, 역기전력 (CEMF)이 생성된다. 충전회로 (1705) (개략적으로 도시)에 CEMF 인가로 도시된 위치에 놓일 수 있는 콘덴서 (1712)가 충전된다. 이러한 목적으로 다양한 회로들이 적합할 수 있다. 회로 (1705)는 인젝터 (1700) 내부, 인젝터 (1700) 표면, 또는 기타 적합한 위치에 놓일 수 있고, 각각 본원에 전체가 참조로 포함되는 미국특허번호 4,122,816 및 7,349,193에 기재된 원리가 적합하게 적용되는 하나 이상의 일체식 회로들를 포함할 수 있다. 출력은 작동기 (1718) 상의 전도성 섬유 또는 전도성 코팅물 (명료성을 위하여 미도시)로 및/또는 전기 케이블 (1707)에 의해 연결될 수 있다.When the
연소실 산화제(1740)로의 연료 분사가 적응적으로 마이크로-제어기 (1706)에 의해 최적화될 때, 코일 (1710)에 인가되는 전압이 차단되고 CEMF가 콘덴서 (1712)에 인가되고, 이것은 연료 점화 요건들을 적응적으로 최적화 하기에 적합한 전류를 공급하도록 전환된다. 이와 같이, 이들 연료 분사 요건들은 연소실 계면 (1736)에 있는 변환기, 및/또는 이러한 데이터를 무선 노드들 또는 작동기 (1718)에 통합될 수 있는 광학적 투과성 또는 전기 전도성 섬유에 의해 전송할 수 있는 센서 (1709) 및/또는 제어기 (1706)에 의해 전개된 광학적 및 압력 정보를 포함한 연소실 데이터 분석으로 결정된다.When fuel injection to the
냉 연료, 냉 엔진, 가속, 가온 엔진 순항, 또는 정지 및 출발 적용에 있어서, 적응적으로 결정된 충분히 높은 고전류 및 전압을 포함한 적응적으로 최적화된 전류는 상기된 바와 같이 하나 이상의 적합한 도체를 통하여 전달되어 유량 밸브 (1738)의 뾰족한 모서리에 있는 전도성 영역 및/또는 영역 (1725)의 튜브 (1738) 뾰족한 모서리에 있는 전도성 영역 사이에서 이온화를 일으킨다. 하나 이상의 연료 분사에서 추가적인 기동력을 위하여 전기된 바와 같이 음향 신호가 인가된다 . 따라서, 이들 날카로운 도체 영역들 사이 영역에 유입되는 연료가 이온화되고 추진되는 미-이온화 연료 성분과 함께이온화 연료 성분들이 산화제 (1740) 내로 분출될 때 전형적으로 음속 이상의 속도로 급속하게 가속되어 연소 프로세스를 신속하여 완료한다.In cold fuel, cold engine, acceleration, warm engine cruise, or stop and start applications, adaptively optimized currents, including sufficiently high high currents and voltages that are adaptively determined, are delivered through one or more suitable conductors as described above. Ionization occurs between the conductive region at the pointed edge of the
이러한 새로운 기술로 인하여 보통은 수소보다 연소 속도가 7 내지 12 배 늦은 매우 차거나 늦게 연소되는 연료는 종래 수소 연소 속도에 근접하거나 이를 초과할 수 있다. 이러한 새로운 기술이 수소 또는 수소 및 탄화수소 혼합물에 적용되는 경우, 더욱 신속하게 연소가 완료된다. 이러한 장점은 매우 작은 엔진에 적용되어 사이클 주파수 한계 (N) 증가와 함께 제동 평균 유효압력 (P) 개선을 위한 열손실 및 역행 작업 손실 감소에 따른 작동 효율 개선에 의해 예상치 못한 고비출력을 전개시킬 수 있다. 따라서 하기 식 9 에 기재된 바와 같이, 열기관 작동에 있어서 동력 생성 (HP)은 제동 평균 유효압력 (P) 및 사이클 주파수 (N) 증가로 증가된다.Due to this new technology, very cold or slow burning fuels, which are typically 7 to 12 times slower than hydrogen, can approach or exceed conventional hydrogen burning rates. When this new technique is applied to hydrogen or a mixture of hydrogen and hydrocarbons, combustion is completed more quickly. This advantage applies to very small engines, which can lead to unexpected high power outputs by increasing cycle frequency limits (N) and improving operating efficiency due to reduced heat losses and retrograde work losses for improved braking mean effective pressure (P). have. Therefore, as described in Equation 9 below, in heat engine operation, power generation (HP) is increased with increasing braking average effective pressure (P) and cycle frequency (N).
HP = PLAN 식 9HP = PLAN Equation 9
여기에서:From here:
HP는 제공 동력HP delivers power
L은 행정 길이L is the stroke length
A는 BMEP 인가 면적A is BMEP approved area
N은 사이클 완료 주파수 (RPM과 같은)N is the cycle completion frequency (such as RPM)
본원에 기재된 새로운 고강도 유전체 실시예들 역시 의료 지원을 위한 순수 및/또는 안전수 및 살균설비와 함께 냉동저장 및 얼음 생성을 포함한 응급구조 및 재난구조 목적으로 엔진-발생기-열교환기의 다양한 조합적 적용에 따라 열 및 동력을 제공하기 위하여 장기간 저장될 수 있는 다양한 탄화수소로 새로운 프로세스들을 가능하게 한다. 낮은 증기압 및/또는 점착성 연료 물질은 충분한 증기압 및 낮은 점도까지 가열되어 신속하게 유동되고 용적 당 높은 표면 비율의 연료 분사 분출을 가능하게 하여 신속하게 층상 또는 성층 충전물 연소 프로세스를 완료한다. 예시적으로, 큰 덩어리의 파라핀, 압축 셀룰로스, 안정화 동물성 또는 식물성 지방, 타르, 폴리에틸렌을 포함한 다양한 중합체, 증류 잔류물, 등외 디젤유 및 기타 긴 탄화수소 알칸, 방향족, 및 시클로알칸은 재난대응에 적합한 장소에 보관될 수 있다. 장기간 보관 장점을 제공하는 이들 예시적 연료는 종래 연료 기화 또는 분사 시스템으로는 이용될 수 없다. 그러나 본 실시예들은 이러한 연료들이 열교환기 (3436, 3426) (도 14) 내의 열기관으로부터의 고온 냉각수 또는 배기 스트림을 활용할 수 있는 설비를 포함하여 적절한 온도, 예를들면 약 150-425oC (300-800oF)로 가열될 수 있어 분사 및 플라즈마 분무 점화를 통해 매우 신속하게 연소를 완료하기 위한 본원에 기재된 인젝터 직접 분사가 가능하다.The new high strength dielectric embodiments described herein also incorporate various combination applications of engine-generator-heat exchangers for emergency and disaster relief purposes, including freezing storage and ice generation, along with pure and / or safe water and sterilization facilities for medical assistance. This enables new processes with various hydrocarbons that can be stored for long periods of time to provide heat and power. Low vapor pressure and / or tacky fuel material is heated to sufficient vapor pressure and low viscosity to allow rapid flow and high surface ratio fuel injection jets per volume to quickly complete a stratified or stratified charge combustion process. Illustratively, large chunks of paraffin, compressed cellulose, stabilized animal or vegetable fats, tars, various polymers including polyethylene, distillation residues, isodiesel diesel and other long hydrocarbon alkanes, aromatics, and cycloalkanes are suitable locations for disaster response. Can be stored at These exemplary fuels that provide long term storage advantages cannot be used with conventional fuel vaporization or injection systems. However, the present embodiments, however, include those facilities where these fuels may utilize hot coolant or exhaust streams from heat engines in
작동에 있어서, 이렇게 예열된 가열 액체 연료는 주위 공기와 또는 열교환기를 지나는 냉각수에 의해 열교환되어 냉각되어 증기압 따라서 본원에 개시된 인젝터 실시예들에 의해 요구되는 힘을 국부적으로 감소시켜 이러한 연료을 격납하고 이에 따라 바람직 하지 않은 시간에서의 후적을 방지한다. 또한 본원에 개시된 체크밸브와 같은 하나 이상의 밸브를 제공하여 특정 연료에 따라 요구되는 격납용기가 보장된다 .In operation, this preheated heating liquid fuel is heat exchanged and cooled by ambient air or by cooling water passing through a heat exchanger to contain such fuel by locally reducing the vapor pressure and thus the force required by the injector embodiments disclosed herein. Prevents deposits at undesirable times. It is also possible to provide one or more valves, such as the check valves disclosed herein, to ensure the containment vessel required for a particular fuel.
그러나, 일체식 인젝터/점화기가 연소실 내 들어갈 유용 공간이 거의 없기 때문에 매우 작은 엔진 및 출현하는 고속 디젤 엔진 설계에는 난제를 부여한다. 최적화 프로세스 작동은 연소실 계면으로 연장되는 인젝터 노즐부 (1705) 직경을 제한하는 매우 작은 접근 포트들을 가지는 엔진에 대하여 특히 가능할 수 있다. 히트댐 또는 보호 부분 (1728)은 높은 기계적, 피로, 및 절연 강도를 제공하며 이것은 노즐부 (1705)에서 금속 쟈켓에 의한 보강 없이 연장될 필요가 있다. 절연체 (1730)를 둘러싸는 노즐부 (1705)에 근접한 엔진의 금속 합금에 의한 전기 전도는 전도성 영역 (1734)을 통하여 이어질 수 있고, 이것은 적합한 금속성 도금막, 금속 합금 팁으로 구성되고 노즐부 (1730) 단부에 땜질되거나, 금속 형태로 형철되어 따라서 도시된 바와 같이 관형 절연체 (1730)에 부착된다. 이러한 각각의 방법은 개발 중인 새로운 엔진 설계를 포함한 다양한 엔진 공간 요건들을 충족시키기 위하여 적용될 수 있다.However, very small engines and emerging high speed diesel engine designs present challenges because integral injectors / ignitions have little useful space to enter the combustion chamber. Optimization process operation may be particularly possible for engines having very small access ports that limit the
도 29에 도시되고 본 발명의 다른 실시예들을 참고하는 공간 절약 특징부들 및 고속 작동 성능을 활용하는 인젝터 실시예들은 축방향 클램프 또는 포크형 리프 스프링 (미도시)을 포함하여 돌출부 (1727)에 조립체를 고정시켜 결착시켜 엔진 포트의 립 (lip)에 대향하여 연소실로 압착시키는 다양한 적합 배열로 제자리에 고정될 수 있다. 따라서, 돌출부 (1727)는 히트댐으로 기능하거나 조립체를 제자리에 고정시키는 편의 특징부를 제공한다. 압축성 또는 탄성 환상 실 (seal) 또는 원뿔 경사형 압축 실을 포함한 연소실에 대한 다양한 적합 밀폐가 적용된다.Injector embodiments utilizing high speed operating performance and space saving features shown in FIG. 29 and referring to other embodiments of the present invention include an axial clamp or a fork-shaped leaf spring (not shown) for assembly to the
본 발명에 의한 하나 이상의 인젝터가 매우 큰 엔진의 연소실에서 연료 분사 및/또는 점화를 위하여 사용되고, 비교적 작은 입구 포트들을 요구하는 계획적 위치에 이러한 인젝터를 배치하는 것이 바람직한 경우 , 인젝터의 연료 유량 밸브는 도 30A에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 도 30A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 유량 제어 밸브 (1850)를 보이는 인젝터의 부분 측단면도이다. 일 실시예에서, 도시된 유량 밸브 (1850)는 도 29를 참고하여 기술된 인젝터 (1700), 및/또는 본원에 기재된 다른 실시예들의 인젝터와 함께 사용될 수 있다. 도 30A에 도시된 바와 같이, 연료 제어 밸브 (1850)의 더 큰 직경 부분은 밸브시트 (1852)에 대향하여 근접하게 케이블 조립체 또는 작동기 (1818)에 의해 고정된다. 작동기 (1818)는 밸브 (1850)에 부착 (예를들면, 결합, 크림프(crimped), 기타 등)될 수 있다. 적합한 구동기 (예를들면, 압전 또는 전자기 구동기, 예를들면 도 29에 도시된 구동기 (1714))는 작동기 (1818)를 당기거나 이완시켜 밸브 (1850)를 이동시킬 수 있다. 또한, 밸브 (1850)는 케이지 직경 내에서 단방향 경로로 안내되거나 제한될 수 있다. 예를들면, 전극 재료는 밸브 (1850)를 안내할 수 있다. 다른 실시예들에서, 또한 밸브 (1850)는 안내핀 (1856)을 따라 이동되어 밸브 (1850)를 정렬시킬 수 있다.If at least one injector according to the invention is used for fuel injection and / or ignition in a combustion chamber of a very large engine, and it is desirable to place such an injector in a planned position requiring relatively small inlet ports, the fuel flow valve of the injector is shown in FIG. It may be configured as shown in 30A. More specifically, FIG. 30A is a partial side cross-sectional view of an injector showing a
연료 제어 밸브 (1850)는 블화물 유리 조성물들, 수정, 사파이어, 또는 중합체 조성물들 예를들면 다양한 복합체 즉 적외선, 가시광선, 및 자외선 복사선, 및 연소실 압력과 운동 (motion) 상황들을 감시하기에 적합한 재료와 같은 예를들면, 광학 창 재료를 포함한 적합한 재료로 제조될 수 있다. 또한 연료 제어 밸브 (1850)는 도금되거나 다양한 재료로 처리되어 렌즈 및 안내핀 (1850)에 의해 수용될 수 있는 원하는 복사선을 제한할 수 있다. 예를들면, 밸브 (1850)는 예를들면, 관심있는 소정의 복사선 주파수을 제공하고 및/또는 여과시키는 이러한 재료의 복합체를 포함한 적절히 보호된 사파이어, 불화리튬, 불화칼슘, 또는 ZBLAN 불화물 유리 재료로 피복될 수 있다.The
작동에 있어서, 케이블 또는 작동기 (1818) 장력이 원하는 값으로 줄거나 이완되어 밸브 (1850)를 지나 연료를 유동시켜 완전한 정상류, 하나 이상의 분사 연료 분출, 또는 적합한 음향 신호에 의한 기동력을 수용하는연료 분사를 생성한다. 연료 압력 및/또는 기타 부여되는 힘에 따라 밸브 (1850)가 외향 이동되면 연소실 사이클 당 하나 이상의 연료 분사가 제공된다. 또한 도시된 실시예는 영구자석 및/또는 전자석을 가지는 밸브시트 (1852)를 포함한다. 밸브 (1850)는 시트 (1852)를 대면하는 접촉부 (1854)를 포함한다. 밸브 (1850) 접촉부 (1854)는 강자성이거나 밸브시트 (1852) 영구자석 자극 또는 밸브시트 (1852) 전자석 작동으로 생성되는 자극 선택에 따라 척력이 작용하는 영구자석으로 구성될 수 있어, 원하는 분출 주파수 변이 및 연료 분사 분출 특성을 형성할 수 있다.In operation, a fuel injection in which the cable or
소정 실시예들에서, 연소실 특성들 및 조건들은 유량 밸브 (1850) 및/또는 안내핀 (1856)에 지지되는 센서에 의해 검출되고 통신된다. 안내핀 (1856)에서 광학적, 전기, 및/또는 자기 신호는 유연성 부-케이블 (1855), 또는 적합한 변환기 및/또는 무선 노드들과의 통신에 필요한 공간에 충전된 투과성 매질 예를들면 기체, 액체, 겔, 또는 탄성 재료을 통해 해당 통신기 또는 작동기 (1818) 내 섬유로 전송된다. 이에 따라 안내핀 (1856)에 지지되는 플라이-아이 렌즈 또는 기타 유형의 적합한 렌즈 (1853)는 원하는 감시 및 연소실 상황들의 특정이 가능하다. 이에 따라 정보는 창 재료 또는 통신 케이블 (1855)을 통한 전송을 포함하여 광학 핀 조립체 (156)를 통하여 전송된다. 또한 이러한 정보는 노즐부에 지지되는 제1 점화 및 유량 조정 기구 또는 커버 (1880)의 슬롯들 (1858) 또는 개구 (1858)를 통하여 밸브 (1850) 내 통신기 (1855)에 수용된다. 도 30B는 연료가 외부로 흐르도록 및 연소실 조건들 및 특성들을 노출시키도록 구성되는 해당 슬롯들 (1858) 및 개구 (1857)를 보이는 제1 커버 (1880a)의 정면도이다. 적합한 변환기, 무선 통신 노드들, 및/또는 작동기 (1818) 내 적당한 광 또는 전기 전도성 부-케이블은 이러한 정보를 인젝터에 배치된 제어기로 통신하여 적응적 연료 분사 및 점화 타이밍 작동을 구현한다.In certain embodiments, combustion chamber characteristics and conditions are detected and communicated by a sensor supported on
도 30C는 본 발명의 실시예에 의해 구성되는 제2 점화 및 연료 유동 조정 기구의 정면도이다. 제2 커버 (1880b)는 개구 (1857)를 포함하여 안내핀 (1856)으로 접근할 수 있다. 또한 제2 커버 (1880b)는 슬롯들 (1859)을 포함한다. 도 30B 및 30C의 커버들 (1880a 및 1880b)을 함께 참고하면, 또한 이들 커버는 점화 이벤트에 사용된다. 예를들면, 점화는 슬롯들 (1858, 1859) 및 엔진 헤드 접근 포트 립 (1860) 및 해당 커버의 날카로운 모서리(1857) (도 30B) 또는 날카로운 모서리 (1864) (도 30C) 사이 환상 영역 (1862)로부터 이온화 공기 또는 이온화 연료-공기 혼합물, 또는 이온화 연료를 추진하는 고온 표면, 촉매적 자극, 불꽃, 플라즈마, 또는 높은 피크 에너지 정전방전 플라즈마 배열로부터 선택될 수 있다.30C is a front view of a second ignition and fuel flow adjustment mechanism constructed by an embodiment of the present invention. The
도 31은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (1960)의 측단면도이다. 인젝터 (1960)는 여러 공간 절약 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (1960)는 인젝터 (1960) 노즐부에 지지되는 유량 밸브 (1950)에 연결되는 케이블 또는 작동기 (1968)를 포함한다. 또한 인젝터 (1960)는 유량 밸브 (1950)를 작동시키기 위하여 케이블 (1968)을 이동시키는 작동 조립체 (1959)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 또한 작동 조립체 (1959)는 케이블 (1968)을 변위시키는 작동기들 (1962) (각각 제1제-제3 작동기들 (1962a-1962c)로 식별)을 포함한다. 3개의 작동기들 (1962)이 도 31에 도시되지만, 다른 실시예들에서 인젝터 (1960)는 단일 작동기 (1962), 2개의 작동기들 (1962), 또는 3 개 이상의 작동기들 (1962)을 포함할 수 있다. 작동기들 (1962)은 압전, 전기기계적, 공압, 유압, 또는 기타 적합한 힘 발생 부품들일 수 있다.31 is a side sectional view of an
또한 작동 조립체 (1959)는 해당 작동기들 (1962) 및 케이블 (1968)과 작동적으로 연결되어 밀고, 당기고 및/또는 밀고 당겨 케이블 (1968)을 이동시키는 커넥터들 (1958) (각각 제1 및 제2 커넥터들 (1958a, 1958b)로 식별)을 포함한다. 케이블 (1968)은 인젝터 (1960)를 따라 축방향으로커넥터들 (1958) 사이에 자유로이 활주할 수 있다. 작동 조립체 (1959)의 다른 특징부에 의하면, 케이블 (1968) 제1 단부는 인젝터 (1960) 기저부 (1901)에 있는 제1 안내 베어링 (1976)를 관통한다. 케이블 (1968) 제1 단부는 또한 제어기 (1978)와 작동적으로 연결되어 연소 데이터를 제어기 (1978)로 전달하여 제어기를 적응적으로 제어하고 연료 분사 및 점화 프로세스를 최적화 한다. 케이블 (1968) 제2 단부는 인젝터 (1960) 노즐부 (1902)에 있는 안내 베어링 (1970)을 관통 연장하여 유량 밸브 (1950)와 케이블 (1968)을 정렬시킨다.The
작동에 있어서, 작동기들 (1962)은 케이블 (268B)을 긴장 또는 이완하도록 케이블 (1968)을 변위시켜 원하는 정도의 유량 밸브 (1950) 이동을 구현한다. 더욱 상세하게는, 작동기들 (1962)은 커넥터들로 하여금 인젝터 (1960) 길이방향 축에 대체로 수직한 방향에서 케이블 (1968)을 변위시키도록 한다.In operation, actuators 1962 displace
연료, 공기, 또는 연료-공기 혼합물을 이온화하여 연소실 계면에서 비교적 큰 플라즈마 전류 분출 공급이 바람직한 경우, 인젝터 (1960)는 노즐부 (1902)에 콘덴서 (1974)를 더욱 포함할 수 있다. 콘덴서 (1974)는 원통형일 수 있고 표 1에서 선택되는 적합한 절연체, 및 표 2에서 선택되는 임의의 조성물에 의해 분리되는 적합한 금속의 전도층들 또는 그라핀 층들 다수를 포함한다. 콘덴서 (1974)는 적합한 전원과 연결된 제1 절연 케이블 (1980)을 통하여 비교적 작은 전류로 충전될 수 있다. 또한 콘덴서 (1974)는 연속하여 콘덴서 (1974)에서 전도성 튜브 또는 도금막 (1984)으로 연장되는 더 큰 제2 케이블 (1982)을 통하여 비교적 높은 전류로 더욱 신속하게 방전될 수 있다. 도금막 (1984)은 상기된 점화 특성들 및 전파를 위하여 바람직한 날카로운 모서리를 포함할 수 있다. If a relatively large plasma current jet supply is desired at the combustion chamber interface by ionizing the fuel, air, or fuel-air mixture, the
도 32는 신속하고 정확하게 유량 밸브 (2050) 동작을 제어하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (2060)의 측단면도이다. 도시된 인젝터 (2060)는 본원에 개시된 기타 인젝터의 해당 특징부들과 대체로 구조 및 기능이 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 도 32에 도시된 바와 같이, 인젝터 (2060)는 유량 밸브 (2050)와 연결되는 작동기 또는 케이블 (2068)을 포함한다. 또한 인젝터 (2060)는 상이한 작동 조립체 (2070) (각각 제1 작동 조립체 (2070a) 및 제2 작동 조립체 (2070b)로 식별)을 포함하여 인젝터 (2060)를 따라 축방향으로 (예를들면, 제1 화살표 (2067) 방향으로) 케이블 (2068)을 이동시킨다.32 is a side cross-sectional view of an
제1 작동 조립체 (2070a) (개략적으로 도시됨)는 케이블 (2068)과 접촉하는 힘 발생 부재 (2071)를 포함한다. 힘 발생 부재 (2071)는 압전, 전기기계적, 공압, 유압, 또는 기타 적합한 힘을 발생시키는 부품들일 수 있다. 힘 발생 부재 (2071)에 동력이 가해지거나 달리 작동될 때, 힘 발생 부재 (2071)는 인젝터 (2060) 길이방향 축에 대체로 수직한 방향으로 (예를들면, 제2 화살표 (2065)) 방향으로) 움직인다. 따라서, 힘 발생 부재 (2071)는 케이블 (2068) 최소 일부를 변위시켜 케이블 (2068)에 장력을 가한다. 힘 발생 부재 (2071)에 더 이상 동력이 인가되지 않거나 작동하지 않으면, 케이블 (2068)은 더 이상 장력이 걸리지 않는다. 따라서, 제1 작동 조립체 (2070a)는 유량 밸브 (2050)로부터 신속하고 정확한 연료 분사 분출 (2003)을 제공한다.The
제2 작동 조립체 (2070b) (개략적으로 도시됨)는 인젝터 (2060) 내에서 축방향으로 케이블 (2068)을 이동시키기 위한 랙 및 피니온 유형으 구성을 포함한다. 더욱 상세하게는, 제2 작동 조립체 (2070b)는 케이블 (2068)과 연결되는 랙 또는 슬리브 (2072)를 포함한다. 해당 피니온 또는 기어 (2074)는 슬리브 (2072)와 체결된다. 작동에 있어서, 제2 작동 조립체 (2070b)는 기어 (2074)의 회전 운동을 슬리브 (2072) 계속하여 케이블 선형 운동으로 변환시킨다. 이에 따라, 제2 작동 조립체 (2070b) 또한 유량 밸브 (2050)로부터 신속하고도 정확하게 연료 분사 분출 (2003)을 제공한다.The
도 33A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 외향 개방 유량 밸브 (2150) 측단면도이고 도 33B는 좌측면도이다. 도 34A는 본 발명의 실시예에 의한 밸브시트 (2270) 측단면도, 도 34B는 좌측면도, 및 도 34C는 우 측면도이다. 도 33A-34C를 함께 참고하면, 유량 밸브 (2150)는 연소실 계면에서 연료 유동을 제어하고, 밸브시트 (2270)는 인젝터 내부에서 밸브 (2150)를 정렬시킨다. 도시된 실시예에서, 밸브 (2150)는 플랜지붙이(flanged) 제2 단부 (2152) 반대측에 긴 제1 단부 (2153)를 포함한다. 제1 단부 (2153)는 전기된 케이블 또는 작동기와 결합될 수 있는 공동 (2156)을 포함한다. 제2 단부 (2152)는 제1 접촉면 (2154)을 포함한다.33A is a side cross-sectional view of outwardly
밸브시트 (2270)는 제2 단부 (2271) 반대측에 제1 단부 (2273)를 포함한다. 제1 단부 (2273)는 연료 및/또는 계장이 밸브시트 (2270)를 관통할 수 있는 다중 채널 또는 통로들 (2276)를 포함한다. 채널들은 밸브시트 (2270) 제2 단부 (2271)에 있는 단일 통로 또는 보어 (2272)로 수렴된다. 또한 제2 단부 (2271)는 제2 접촉면 (2274)을 포함한다. 밸브시트 (2270)는 최소한 부분적으로 제1 단부 (2153)를 수용한다. 더욱 상세하게는, 중앙 채널 또는 통로 (2276)는 밸브 (2150) 제1 단부 (2153)를 수용할 수 있다. 밸브 (2150)가 밸브시트 (2270)에서 폐쇄 위치에 놓이면, 밸브 (2150) 제1 접촉면 (2154)은 밸브시트 (2270) 제2 접촉면 (2274)와 체결되어 이들 사이 연료 유동을 막는다. 소정 실시예들에서, 밸브 (2150) 및/또는 밸브시트 (2270) 표면은 이들 표면을 지나는 연료 흐름에 영향을 가하도록 구성된다. 예를들면, 이들 부품은 상기된 연료 급속 기화를 유도하는 날카로운 모서리를 포함할 수 있다. 또한, 이들 부품은 예를들면, 분사 연료 와류 운동 유도를 위한 나선 홈들과 같은 연료 유동에 영향을 주는 홈들 또는 패턴이 있는 표면을 가질 수 있다. 도 34A-34C에 도시된 실시예들은 유량 밸브 및 해당 밸브시트 (2270)의 일 구성을 보이지만, 본 분야의 숙련가는 기타 밸브들 및 밸브 시트들은 다른 구성 및 특징부들을 가진다는 것을 이해할 것이다.The
도 35A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (2300)의 측단면도이다. 인젝터 (2300)는 상기 인젝터 해당 특징부들과 구조 및 기능이 대체로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (2300)는 기저부 (2302) 및 노즐부 (2306) 사이를 연장하는 중간부 (2304)를 포함한다. 노즐부 (2306)는 엔진 헤드 (2303)를 통하여 연소실 (2301)로 연장된다. 또한 인젝터 (2300)는 유전 절연체 (2340)를 포함한다.35A is a side cross-sectional view of an
도시된 실시예의 일 특징부에 의하면, 유전 절연체 (2340)는 상이한 절연강도를 가지는 둘 이상의 부분들을 포함한다. 예를들면, 절연체 (2340)는 대략 인젝터 (2300) 중간부 (2304)에 위치하는 제1 유전부 (2342), 및 인젝터 (2300) 노즐부 (2306)에 위치하는 제2 유전부 (2344)를 포함한다. 소정 실시예들에서, 제2 유전부 (2344)는 제1 유전부 (2342)보다 더 높은 절연강도를 가지고 연소실 (2301) 근처 노즐부 (2306) 가혹 연소 조건들 (예를들면, 압력, 열적 및 기계적 충격, 오염, 기타 등)에 견디고 절연체 (2340) 열화를 방지하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 이들 유전부는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러나, 제2 유전부는 (2344) 제1 유전부 (2342)와 동일 재료로 제조될 수 있으나, 제2 유전부 (2344)는 제2 유전부 (2344) 절연강도를 높이기 위하여 밀폐 또는 달리 처리 (예를들면, 상기된 바와 같이 외부 표면에 압축 하중)될 수 있다. 제1 및 제2 유전부 (2342, 2344)는 예를들면, 표 1에 나열된 재료를 포함하여 상기 임의의 유전체들 및/또는 프로세스들로 제조될 수 있다.According to one feature of the illustrated embodiment,
도시된 실시예의 다른 양태에 의하면, 제2 유전부 (2344)는 연소실 (2301) 계면까지 전부 노즐부 (2306)를 따라 연장되지 않는다. 따라서, 노즐부 (2306)는 엔진 블록 (2303) 및 노즐부 (2306)로 점화용 전압을 공급하는 인젝터 (2300) 전도부 (2338) 사이 공기 간격 (2370)을 포함한다. 본 노즐부 (2306) 내 간격 (2370)은 노즐부 (2306)로부터 플라즈마 생성을 위한 용량성 방전 공간을 제공한다. 이러한 방전은 또한 최소한 부분적으로 오염물 (예를들면, 오일)을 세척하거나 제2 유전부 (2344)에 침착되는 것을 방지하여, 절연체 (2340) 트랙킹 또는 다른 유형의 열화를 회피한다.According to another aspect of the illustrated embodiment, the
도시된 실시예의 또 다른 특징부에 의하면, 또한 인젝터 (2300)는 인젝터 (2300) 기저부 (2302)에 제2 체크밸브 (2330) 및 체크밸브 시트 (2332)를 포함한다. 소정 실시예들에서, 체크밸브 (2330) 및 체크밸브 시트 (2332)는 서로 인력이 작용하는 자성 부분 (예를들면, 영구자석)을 포함할 수 있다. 작동에 있어서, 체크밸브 (2330)에 인가되는 힘 (예를들면, 체크밸브 시트 (2332) 인력을 극복하는 전자기 또는 기타 적합한 힘)은 체크밸브 (2330)를 체크밸브 시트 (2332)로부터 옮겨 연료가 인젝터 (2300)를 통하여 유동되도록 한다. 힘이 체크밸브 (2330)에 인가되지 않는 한 체크밸브 (2330)가 폐쇄 위치를 유지하므로, 동력 손실의 경우에 체크밸브 (2330)는 연료가 인젝터 (2330) 내부로 흐르거나 누출되는 것을 방지한다.According to another feature of the illustrated embodiment, the
도 35B는 도 35A에 도시된 인젝터 (2300) 노즐부 (2306)의 예시적 유량 밸브 (2350) 정면도이다. 도 35B에 도시된 바와 같이, 밸브 (2350)는 다중 슬롯들 (2358) 및/또는 개구 (2357)를 포함하여 이에 따라 연료의 유동을 가능하게 하거나 및/또는 영향을 가한다. 또한 이들 슬롯들 (2358) 및 개구 (2357)는 인젝터 (2300)가 밸브 (2350)를 통하여 연소실 특성들 및 상태들을 감지하도록 한다. 또한, 밸브 (2350)는 수정 또는 사파이어와 같은 최소한 부분적으로 투명한 재료로 제조되어 연소실 특성들 및 조건들을 감시할 수 있다. 35B is a front view of an
도 36A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (2400) 노즐부 (2402)의 부분 측단면도이다. 도시된 실시예에서, 인젝터 (2400)는 케이블 또는 작동기 (2440)를 제1 유량 밸브 (2450)로 연결시키는 커넥터 (2442)를 포함한다. 제1 밸브 (2450)는 내향 개방 유량 밸브이며 제1 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 밸브시트 (2452)에 대향하여 배치된다. 또한 노즐부 (2402)는 제2 체크밸브 (2460)를 포함하며, 제2 밸브 (2460)가 폐쇄 위치에 있을 때 제2 체크밸브 (2460)는 밸브시트 (2452)에 대향하여 배치된다. 이에 따라, 노즐부는 폐쇄된 제1 및 제2 밸브들 (2450, 2460) 사이 중간 볼륨 (2456)을 포함한다. 또한 노즐부 (2402)는 점화 및 유량 조정 기구 또는 커버 (2470)를 포함한다. 소정 실시예들에서, 또한 노즐부 (2402)는 연료 분사를 위한 밸브 상태를 제어하는 하나 이상의 편향 부품들을 포함한다. 이들 편향 부품은 예를들면 기계 스프링과 같은 스프링 및/또는 영구자석을 포함한 자석을 포함한다. 더욱 상세하게는, 제1 밸브는 제1 자성부 (2451)를 포함하고 제2 밸브 (2460)는 제2 자성부 (2463)를 포함하며, 이들 각각은 밸브시트 (2452)의 해당 제3 자성부 (2454)로 당겨지거나 편향된다. 또한, 커버 (2470)는 제4 자성부 (2472)를 포함하며, 그러나, 제4 자성부 (2472)는 밸브시트 (2460)와 대향되거나 달리 배척된다. 예를들면, 밸브시트 (2460)는 커버 (2470) 제4 자성부 (2472)와 배척되는 제5 자성부 (2462)를 포함한다. 따라서, 이들 편향부들은 밸브들이 폐쇄 위치에 유지되도록 조력한다. 이들 편향부들은 또한 최소한 부분적으로 복원력을 제공하여 이들 밸브들을 폐쇄 위치로 보다 신속하게 복귀시켜 밸브 작동을 개선한다. 도시된 노즐부 부품들 (예를들면, 작동기 (2440), 제1 밸브 (2450), 밸브시트 (2452), 제2 밸브 (2460), 및/또는 커버 (2470))은 연소실 상태들 및/또는 특성들을 감시하고 통신하기 위한 다양한 센서 및/또는 계장을 포함할 수 있다.36A is a partial side cross-sectional view of an
작동에 있어서, 화살표 (2439) 방향으로 작동기 (2440)를 이동시키면 제1 밸브 (2450)는 밸브시트 (2452)로부터 떨어지고 제1 밸브 (2450)가 개방된다. 제1 밸브 (2450)가 개방되면 연료는 제1 연료 경로 (2444a)를 따라 중간 볼륨 (2456)으로 들어간다. 연료가 중간 볼륨 (2456)으로 유입되면서, 연료 압력으로 제2 체크밸브 (2460)가 열리고 연료는 제2 연료 경로 (2444b)를 따라 중간 볼륨 (2456)에서 유출된다. 이어, 연료는 커버 (2470)를 넘어 유동되어 연소실로 분사된다. 작동기 (2440)가 원 위치로 복귀하면, 제1 밸브 (2450)는 밸브시트 (2452)에 대하여 닫혀 연료 흐름은 중지된다. 중간 볼륨 (2456)에서 압력이 떨어지므로, 제2 밸브 (2460)는 밸브시트 (2452)에 대하여 닫히고 이에 따라 노즐부 (2402)로부터 임의의 연료 후적 현상이 방지된다. 따라서, 작동기 (2440)를 신속하여 동작시켜 노즐부 (2402)로부터의 정확한 연료 분출을 가능하게 한다.In operation, moving the
도 36B는 본 발명의 실시예에 의한 점화 및 유량 조정 기구 또는 커버 (2470)를 보이는 도 36A 인젝터의 정면도이다. 도시된 커버 (2470)는 상세히 상기된 바와 같이 연료 유동 및 연소실 감시를 위한 슬롯들 (2474)을 포함한다. 또한, 커버 (2474)는 원주방향으로 이격된 다중 점화부 (2476)를 포함하여 엔진 헤드 점화를 가능하게 한다.36B is a front view of the FIG. 36A injector showing an ignition and flow adjustment mechanism or cover 2470 according to an embodiment of the present invention. The illustrated
도 37은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 시스템 (2500)의 개략적인 측단면도이다. 도시된 실시예에서, 시스템 (2500)은 일체식 연료 인젝터/점화기 (2502) (예를들면, 본 발명의 임의의 실시예들에 따른 인젝터), 연소실 (2506), 하나 이상의 무-트로틀 공기 유량 밸브들 (2510) (각각 제1 밸브 (2510a) 및 제2 밸브 (2510b)로 식별), 및 에너지 전달 기구 또는 피스톤 (2504)을 포함한다. 상세히 상기된 바와 같이, 인젝터 (2502)는 층상 또는 성층 충전 연료 (2520)를 연소실 (2506)로 분산한다. 도시된 실시예 일 양태에 의하면, 시스템 (2500)은 예를들면 공기와 같은 산화제 (2530)가 풍부하거나 과잉 상태에서 연료 (2520)를 분사하고 점화시킨다. 더욱 상세하게는, 시스템 (2500)은 밸브들 (2510)이 연소 전에 연소실 (2506)를 주위 압력 또는 심지어 정압을 유지시키도록 구성된다. 예를들면, 시스템 (2500)은 연료 (2520) 점화 전에 트로틀 또는 달리 연소실로의 공기 유동을 지연시켜 연소실 (2506)에 진공을 형성하지 않고도 작동될 수 있다. 연소실 (2506)에서 주위 또는 정압을 유지하므로, 과잉 산화제는 연소실 표면 (예를들면, 실린더 벽들, 피스톤, 엔진 헤드, 기타 등) 주변에 절연성 장벽 (2530)을 형성한다. 37 is a schematic side cross-sectional view of a
작동에 있어서, 인젝터 (2502)는 층상 또는 성층 연료 (2520)를 과잉 산화제가 존재하는 연소실 (2506)로 분사한다. 소정 실시예들에서, 피스톤 (2504)이 상사점 위치에 있거나 지날 때 분사가 일어난다. 다른 실시예들에서, 그러나, 피스톤 (2504)이 상사점에 도달하기 전에 인젝터 (2502)는 연료 (2520)를 분사할 수 있다. 인젝터 (2502)는 상기된 바와 같이 적응적으로 층상 충전물 (2520)을 분사하므로 (예를들면, 연료의 급속 기화, 플라즈마 분사 연료, 과냉각, 기타 등으로 점화들 사이 신속한 다중 층상 분출에 의함), 연료 (2520)는 산화제의 절연성 장벽 (2530) 존재에서 신속하게 점화되고 완전하게 연소된다. 이에 따라, 절연성 장벽 (2530)은 연소실 (2506) 벽들을 연료 (2520) 점화시 연료 (2520)로부터 발생되는 열로부터 차폐시키고 이에 따라 연소실 (2506) 벽들로의 열손실을 방지한다. 그 결과, 연료 (2520) 급속 연소로 방출되는 열은 연소실 표면으로의 손실로 전달되지 않고 일로 전환되어 피스톤 (2504)을 구동시킨다. 또한, 피스톤 (2504)이 상사점을 지난 후 인젝터 (2502)가 연료를 분사 및/또는 점화하는 실시예들에서, 피스톤이 이미 상사점에 있거나 지나므로 연료 (2520) 급속 연소로 방출되는 모든 에너지는 역행 작업으로 인한 임의의 손실 없이 피스톤 (2504) 구동을 위한 일로 전환된다. 다른 실시예들에서, 그러나, 피스톤 (2504)이 상사점에 도달하기 전에 인젝터 (2520)는 연료를 분사할 수 있다. In operation,
도 38A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (3800)의 측단면도이다. 인젝터 (3800)는 도 1-37를 참고하여 상기된 인젝터의 해당 특징부들과 대체로 구조 및 기능이 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (3800)는 제2 또는 노즐부 (3804) 반대측의 제1 또는 기저부 (3802)를 포함한다. 또한 인젝터 (3800)는 기저부 (3802) 및 노즐부 (3804) 사이 연장되는 슬리브 또는 몸체 (3808)를 포함한다. 몸체 (3808)는 인젝터 (3800)를 길이방향으로 관통하는 유전체 부분 또는 유전 절연체 (3810)를 둘러싼다. 몸체 절연체 (3810) 재료 및/또는 형성 관련 더욱 상세한 설명은 하기된다. 몸체 절연체 (3810)는 길이방향으로 중심을 관통하는 도체 개구 (3812)를 포함한다. 도체 개구 (3812)로 인하여 전극 또는 전기 도체 (3814)가 노즐부 (3804)에서 기저부 (3802)로 인젝터 (3800)를 관통 연장할 수 있다. 예를들면, 도체 (3814)는 전압원과 같은 에너지원과 연결되어, 점화 에너지를 노즐부 (3804) 노즐 팁에 있는 하나 이상의 전극 또는 점화 특징부 (3816)에 공급한다. 또한 도체 (3814)는 길이방향으로 이를 관통 연장하는 하나 이상의 광학적 감시 섬유 또는 특징부들 (3818)을 포함한다. 광학적 감시 특징부들 (3818)은 연소실 특성들을 검출 또는 달리 감지하여 이들 특성 관련 데이터를 제어기 또는 처리기로 전송한다. 38A is a side cross-sectional view of an
또한 기저부 (3802)는 도체 (3814)를 통하여 기저부 (3802)에 공급되는 고전압 격납을 위한 유전 기저부 절연체 (3807)를 포함한다. 예를들면, 기저부 절연체 (3807)는 도체 (3814)를 수용하는 기저부 (3802) 수용구 (3809)를 유전적으로 절연한다. 또한 기저부 절연체 (3807)는 강자성 힘 발생기 하우징 또는 케이스 (3820)에 대하여 스웨이징 (swaging), 브레이징 (brazing), 땜질, 또는 에폭시와 같은 접착제 적용, 또는 기타 임의의 적합한 밀폐 방법 또는 복합적 방법 (compound)으로 밀폐될 수 있다. 힘 발생기 케이스 (3820)에 대한 기저부 절연체 (3807) 브레이징 또는 납땜 생성 라인이 접촉 영역 (3813)에서 바람직한 경우, 접촉 영역 (3813)은 산화구리 및/또는 산화은을 차폐 또는 달리 국소적 수소 환원으로 금속화될 수 있다. 대안으로 접촉 영역 (3813)은 예를들면, 스퍼터링 또는 증기 증착을 포함한 기타 적합한 기술로 도금될 수 있다. The
도시된 실시예의 다른 특징부들에 따르면, 기저부 (3802)는 힘 발생기 케이스 (3820) 내부에 배치되는 힘 발생기 (3806) (예를들면, 적합한 공압, 유압, 전자기 솔레노이드, 압전 부품, 기타 등)를 포함한다. 케이스 (3820)는 연료 커플링 (3826)과 연통되는 연료 입구 (3822)를 포함하여 연료원으로부터 케이스 (3820) 내부로 연료를 공급 받는다. 또한 케이스 (3820)는 연료 출구 (3824)를 포함하여 연료가 도 38B에 상세히 도시되는 밸브 조립체 (3828)를 통하여 케이스 (3820)에서 유출되도록 한다. In accordance with other features of the illustrated embodiment, the
더욱 상세하게는, 도 38B는 인젝터 (3800) 밸브 조립체 (3828)의 확대 상세도이다. 도 38A 및 38B를 함께 참고하면, 힘 발생기 연료 출구 (3824)는 연료를 힘 발생기 케이스 (3820)로부터 밸브 공동 (3830)으로 통과시킨다. 밸브 공동 (3830)은 강자성 밸브과 같은, 즉 힘 발생기 (3806)로부터 유도된 힘에 반응하여 가동되는 유량 밸브 (3832)를 포함한다. 또한 밸브 (3832)는 밸브 (3832)를 관통 연장하는 하나 이상의 밸브 연료 통로들 (3834)을 포함한다. 밸브 연료 통로 (3834)로 인하여 연료는 밸브 (3832)를 통하여 연료 출구 경로 (3836)를 지나 밸브 공동 (3830)을 빠져 나간다. 도시된 실시예에서, 밸브 연료 통로 (3834)는 인젝터 (3800) 길이방향 축에 대하여 경사각으로 밸브 (3832)를 관통하며, 본 경사각은 인젝터 (3800) 길이방향 축에 대한 연료 출구 경로의 경사각과 최소한 거의 동일하다. 다른 실시예들에서, 그러나 밸브 연료 통로 (3834) 및 연료 출구 경로 (3836)는 길이방향 축에 대하여 다른 각들로 연장될 수 있다. 연료 출구 경로 (3836)는 또한 몸체 (3808) 및 절연체 (3810) 사이 절연체 (3810)를 따라 길이방향으로 연장되는 하나 이상의 절연체 연료 유동 채널들 (3840)과 연결된다. 절연체 연료 채널들 (3840)의 다른 특징부들은 상세하게 하기된다. More specifically, FIG. 38B is an enlarged detail view of the
도시된 실시예의다른 특징부에 의하면, 또한 밸브 조립체 (3828)는 밸브 (3832)를 제1또는 폐쇄 위치로 당기거나 달리 편향시키는 인력 요소 (3838) (예를들면, 자석, 영구자석, 기타 등)를 포함한다. 또한 밸브 조립체 (3832)는 밸브 (3832)를 폐쇄 위치로 편향시키는 편향부재 (3839) (예를들면, 도 38B에 개략적으로 도시된 스프링, 코일 압축 스프링, 기타 등)를 포함할 수 있다. According to another feature of the illustrated embodiment, the
밸브 조립체 (3828) 작동 과정에서, 힘 발생기 (3806)는 폐쇄 위치 및 제2 또는 개방 위치 사이로 밸브 (3832)를 신속하고도 반복적으로 이동시키는 힘을 발생시킨다. 도시된 실시예에서, 예를들면, 밸브 (3832)는 폐쇄 위치에 도시되어 밸브 (3832)는 연료가 연료 공동 (3830)으로부터 연료 출구 경로 (3836)를 통하여 빠져 나가는 것을 방지한다. 밸브 (3832)가 기저부 (3802)를 향하여 이동되어 개방되면, 연료 공동 (3830)에 있는 연료는 밸브 (3832)를 우회하거나 밸브 연료 통로 (3834)를 거쳐 밸브 (3832)를 통과한다. 밸브 연료 통로 (3834)를 통과한 후, 연료는 연료 공동 (3830)을 빠져나와 연료 출구 경로 (3836)를 거쳐 절연체 연료 채널들 (3840)을 따라 노즐부 (3804)로 이송된다. During operation of the
(예를들면, 압전, 공압, 유압, 또는 기계적 연결 보다는) 솔레노이드 힘 발생기 (3806) 조립체가 기저부 (3802) 밸브 (3832)를 작동시키도록 사용되는 경우, 24 내지 240 VDC을 절연 권선에 인가하면 솔레노이드 힘 발생기 (3806)는 극단적으로 신속한 강자성 밸브 (3832) 작동을 유도한다. 이로 인하여 작동 모드에 따라 약 3% 내지 21% 튜티 사이클에서 단기간 동안 매우 높은 전류 및 밸브 작동력이 전개되고, 힘 발생기 (3806)를 통하여 흐르는 연료로 열 전달되는 결과 이로 인하여 힘 발생기 (3806) 부품들 냉각이 가능하다.When solenoid
도 38A를 다시 참고하면, 절연체 연료 채널들 (3840)은 절연체 (3810) 외면을 따라인젝터 (3800)를 길이방향으로 관통 연장한다. 따라서, 절연체 연료 채널들은 절연체 (3810) 및 몸체 (3808) 사이로 인젝터 (3800)를 통한 연료 유동을 가능하게 한다. 또한 인젝터 (3800)는 노즐부 (3804)에 변형 또는 탄성 슬리브 밸브 (3842)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 슬리브 밸브 (3842)는 절연체 (3810) 및 몸체 (3808) 사이에 배치되도록 절연체 (3810) 상에 동축 배열된다. 노즐부 (3804)에서, 몸체 (3808)는 연소실 포트에 있는 밀봉부 (3844) (예를들면, o-링 또는 유사한 실)까지 연장되도록 구성된다. 슬리브 밸브 (3842)는, 그러나, 밀봉부 (3844)를 넘어 연소실을 향하여 연장된다. 상세하게 하기되는 바와 같이, 탄성 슬리브 밸브 (3842)는 변형 연장 밸브로 기능하여 인젝터 (3800) 내 충분한 유압 또는 압력 기울기에 반응하여 연료가 노즐부 (3804)를 빠져 나가도록 한다. 예를들면, 절연체 연료 채널들 (3840)이 노즐부 (3804)로 접근할수록 절연체 연료 채널들 (3840)은 절연체 (3810)를 따라 경사를 이루거나 달리 더 작아진다. 따라서 절연체 연료 채널들 (3840)은 연료를 노즐부 (3804)로 제공하지만, 최소한 부분적으로 슬리브 밸브 (3842)를 변형시켜 절연체 (3810) 주위로 환상 개구를 형성하고 연료를 분사하도록 밸브 조립체 (3828)가 슬리브 밸브 (3842) 상류에 충분한 압력 기울기를 형성할 때까지 슬리브 밸브 (3842)는 절연체 (3810)에 대하여 밀폐되어 연료 분사를 방지한다. 이에 따라, 인젝터 (3800) 및 본원에 기재된 여러 기타 인젝터들은 하나 이상의 연료 유량 제어를 가지는 장점을 제공한다. 도시된 실시예에서, 예를들면, 밸브 조립체 (3828)는 작동력에 대응하는 제1 또는 1차 연료 유량 제어를 제공하고, 슬리브 밸브 (3842)는 인젝터 (3800) 내부 연료 압력 (예를들면, 유압적)에 대응하는 제2차 유량 제어를 제공한다. Referring again to FIG. 38A,
소정 실시예들에서, 슬리브 밸브 (3842)는 적합한 고강도 중합체, 예를들면 폴리아미드-이미드 (Torlon) 또는 카프톤(Kapton), 유리 섬유, 및/또는 흑연 보강재와의 열경화성 복합체로 제조된다. 다른 실시예들에서, 슬리브 밸브 (3842)는 금속성일 수 있고 알루미늄, 티타늄, 강합금, 또는 기타 적합한 금속 재료로 제조될 수 있다. 또한, 포트 밀봉부 (3844)는 탄성 재료, 예를들면 FKM, 비톤(Viton), 및/또는 불화규소 탄성체로 제조되어 노즐부 (3804) 몸체 (3808)를 연소실 생성 가스 및/또는 엔진 윤활제에 대하여 밀폐시킨다. In certain embodiments, the
도 38C-38E는 절연체 (3810)를 따라 다양한 위치들에서의 일련의 인젝터 (3800) 측단면도들이다. 더욱 상세하게는, 도 38C는 도 38A의38C-38C 선을 실질적으로 따라 절취된 인젝터 (3800) 측단면도이다. 도 38C에 도시된 바와 같이, 기저부 (3802)에 근접한 절연체 (3810)를 따른 본 위치에서, 절연체 연료 채널들 (3840)은 절연체 (3810)에 대하여 비교적 크다. 예를들면, 절연체 연료 채널들 (3840)은 몸체 (3808) 내면에 인접한 절연체 (3810) 외면에 대체로 오목하거나 굽은 함몰부를 형성한다. 다른 실시예들에서, 그러나, 절연체 연료 채널들 (3840)은 예를들면, 곡선, 선형 및/또는 기타 형상을 포함한 다른 단면 프로파일 또는 형상을 가질 수 있다. 도시된 실시예는 6개의 절연체 연료 채널들 (3840)을 도시하지만, 다른 실시예들에서 절연체 (3810)는 6개 이상의 절연체 연료 채널들 (3840)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예의 다른 특징부에 의하면, 도체 (3814)는 절연체 (3810) 내 도체 개구 (3812)를 관통 연장할 수 있다. 또한, 광학적 감시 섬유 또는 특징부들 (3818)은 길이방향으로 도체 (3814)를 관통 연장할 수 있다. 38C-38E are a series of cross-sectional side views of the
다음 도 38D를 참조하면, 도 38D는 도 38A의38D-38D 선을 실질적으로 따라 절취된 측단면도이다. 절연체 (3810)를 따라 대체로 중간 위치에서 절연체 연료 채널들 (3840)은 축소되거나 경사를 이루어 비교적 더 작은 함몰부 또는 채널들을 절연체 (3810)에 및 몸체 (3808) 내면에 인접하게 형성한다. 예를들면, 도 38C에 도시된 개별 절연체 연료 채널들 (3840)과 대비하여, 도 38D에서 개별 절연체 채널들 (3840)은 더 작고 서로 떨어져 있다. Referring next to FIG. 38D, FIG. 38D is a side cross-sectional view cut substantially along the
다음 도 38E를 참조하면, 도 38E는 인젝터 (3800) 노즐부 (3804)에서 도 38A의 3E-3E 선을 실질적으로 따라 절취된 측단면도이다. 절연체 (3810)를 따라 본 위치에서, 절연체 연료 채널들은 더 이상 존재하지 않거나 기저부 (3802)에 가까운 절연체 (3810)를 따른 다른 위치들에서와 비교하여 상당히 축소되거나 경사를 이루고 있다. 또한, 절연체 (3810)를 따르는 본 위치에서 탄성 슬리브 (3842)가 절연체 주위에 동축으로 배치되고 (예를들면, 절연체 (3810) 및 몸체 (3808) 사이) 밀폐된다. 따라서, 다시 도 38A를 참고하면, 절연체 (3810)를 따라 노즐부 (3804)를 향하여 연장될수록 절연체 채널들 (3840)은 경사를 이루거나 축소된다. 연소실에 근접한 노즐부 (3804)에서, 탄성 슬리브 밸브 (3842)는 통상 폐쇄되고 절연체 (3810) 주위를 밀폐한다.Referring next to FIG. 38E, FIG. 38E is a side cross-sectional view cut substantially along line 3E-3E of FIG. 38A at the
작동에 있어서, 연료가 기저부 (3802) 밸브 조립체 (3828)로부터 절연체 연료 채널들 (3840)로 이송된다. 절연체 연료 채널들 (3840)에서 연료 가압에 의해 노즐부 (3804) 슬리브 밸브 (3842)가 팽창되거나 변형되어 절연체 (3810) 주위로 환상 개구를 형성하여 연소실 내부로 분사될 연료를 분사시킨다. 연료 분사 이후, 절연체 채널들 (3840) 내부 압력이 강하되어 슬리브 밸브 (3842)는 절연체 원통 부분에 대하여 다시 정상 폐쇄되거나 밀폐 위치로 복귀된다. In operation, fuel is transferred from the
본 발명의 소정 실시예들에 의하면, 유전 절연체는 전기 도체 (3814) 및 절연체 (3810) 외면 사이1.8mm (0.071’) 이내의 두께를 가지는 부분들에서 직류에서 메가헤르츠 주파수까지 80,000 볼트 이상의 유전 격납용기를 제공한다. 점화 특징부 (3816) 및 엔진 헤드 보어 전극들 사이 이온전류 또는 이온진동을 확립하기 위하여 고주파수 전압이 인가되는 경우, 구리 또는 은 전도층이 전극 (3814) 외면에 적용될 수 있다. 또한 추가 도금막으로 전도층이 증가되어 더 큰 고주파수 전도도를 제공할 수 있다. 대안적 실시예들에서, 그러나, Litz 와이어 브레이드가 도체 (3814) 코어에 있는 감시 특징부들 (3818) (예를들면, 광섬유) 위에 배치되어 저항손실을 줄일 수 있다. According to certain embodiments of the present invention, the dielectric insulator has a dielectric containment of at least 80,000 volts from direct current to megahertz frequency in portions having a thickness within 1.8 mm (0.071 ') between the
몸체 절연체 (3810) 및/또는 기저부 절연체 (3807)는 조성물 1에서 중량백분율로 다음과 같은 조성을 가지는 유리 재료로 제조될 수 있다. 이러한 유전 절연체는 백금, 실리카, 마그네시아, 또는 알루미나 재료에서 선택되는 적합한 도가니에서 볼-밀링, 융해되고, 압출, 압축 성형, 또는 괴 및 형상으로 주조되고, 이들은 재가열 및 부품으로 정밀 정형될 수 있다. 조성물 1은 예를들면: SiO2 24-48%; MgO 12-28%; Al2O3 9-20%; Cr2O3 0.5-6.5%; F 1-9%; BaO 0-14%; CuO 0-5%; SrO 0-11%; Ag2O 0-3.5%; NiO 0-1.5%; 및 B2O3 0-9%을 포함한다. 다른 실시예에서, 중량백분율로 표기된 조성물 2인 대안적으로 적합한 조성물은 덮개가 있는 백금, 알루미나, 마그네시아, 또는 실리카 도가니에서 최소한 약 1350°C 내지 1550°C 사이에 융해되어 적용될 수 있다. 조성물 2는 예를들면: SiO2 31%; MgO 22%; Al2O3 17%; Cr2O3 2.2%; F 4.5%; BaO 13%; CuO 0.4%; SrO 9.5%; Ag2O 0.3%; 및 NiO 0.1%을 포함한다.
이들 절연체의 관형 프로파일은 융해물 또는 약 1050°C 내지 1200°C에서 고온 성형된 냉각물로부터 압출될 수 있다. 튜브 또는 기타 프로파일로 고온 압출하거나, 또는 정밀정형 부품들로 단조하기 위하여 필요한 용적을 제공하도록 주조된 괴는 서냉된다. 이러한 괴는 열간 성형에 적합한 온도 약 1050°C 내지 1250°C로 가열되고 원하는 프로파일 형상 및 치수로 압출 성형되고, 백금, 몰리브덴 또는 흑연과 같은 내화재의 적합한 다이를 통하여 생산된다. 압출된 프로파일은 BN, B2O3, AlF3, B, AlB2, AlB12 또는 AlN와 같은 하나 이상의 적합한 결정 핵들을 비산시켜 중앙 영역들보다 형성된 표면 영역들에서 작은 결정의 수를 증가시키며 따라서 용적 충전 효율을 감소시켜 표면 영역들에서 압축응력 및 중앙 영역들에서 인장응력을 제공한다. 또한, 이러한 압축응력 전개는 필요한 경우 압출물이 더 작은 단면을 형성하도록 강제될 때 다이에 의해 유도되는 변형 및 항력에 의한 외층 결정의 신장에 의해서도 가능하다. 다른 실시예들에서, 예를들면, 거의 표면 영역들에서 유사한 압축응력을 얻기 위하여 B2O3 또는 BN와 같은 적합한 결정 핵들이 비산된 초 합금 또는 흑연 몰드 조립체에서더욱 복잡한 형상 및 형태가 압축 몰딩 또는 성형될 수 있다. The tubular profiles of these insulators may be extruded from the melt or hot formed coolant at about 1050 ° C. to 1200 ° C. The cast ingot is annealed to provide the necessary volume for hot extrusion into a tube or other profile, or forging into precision shaped parts. These ingots are heated to a temperature suitable for hot forming from about 1050 ° C. to 1250 ° C., extruded to the desired profile shape and dimensions, and are produced through suitable dies of refractory materials such as platinum, molybdenum or graphite. The extruded profile scatters one or more suitable crystal nuclei, such as BN, B 2 O 3 , AlF 3 , B, AlB 2 , AlB 12 or AlN, increasing the number of small crystals in the surface regions formed rather than the central regions and thus volume filling The efficiency is reduced to provide compressive stress in the surface regions and tensile stress in the central regions. This compressive stress development is also possible by stretching of the outer layer crystals by deformation and drag induced by the die when the extrudate is forced to form smaller cross sections if necessary. In other embodiments, more complex shapes and shapes may be compression molded, for example, in super alloy or graphite mold assemblies in which suitable crystal nuclei, such as B 2 O 3 or BN, are scattered to obtain similar compressive stresses in nearly surface areas. Or molded.
가공성 절연체를 생산하기 위한 종래 적용은 화학 조성물 및 열처리 조합이 요구되었다. 본 발명은, 그러나, 반대로 구현된다. 예를들면, 본 발명의 실시예들은 표면 영역들이 가공되기에는 너무 경성이고 압축응력을 가지는 영역들 사이 또는 인접한 중앙 영역들에서 인장응력에 의해 균형이 달성되는 압축응력에 특징이 있으므로 궁극적으로 가공될 수 없는 물품들을 생성한다. 이러한 실시예들은 따라서 가공성을 제공하기 위하여 점진적 칩 (chip) 형성을 가능하게 하는 절삭도구가 응력을 가하는 영역들 가까이 의도적으로 크랙이 형성되는 재료 생성에 대한 내재적 통상의 재료 문제들을 극복한다. 이러한 특징적 크랙 형성으로 가공성이 부여되지만, 이는 또한 근본적으로 엔진 윤활제, 계면활성제, 손의 기름기, 땀 등을 포함한 유기 화합물과 같은 물질의 절연체 내로 이러한 크랙으로의 부정적 침투를 유발시킨다. 이러한 유기 물질은 궁극적으로 탈수소화 또는 기타 방법으로 탄소 주게가 되고 이는 이어 전기적 전도 경로가 되고, 이러한 크랙에 도입되는 다양한 전해액은 가공성 세라믹 제품의 절연강도를 위협하여, 이에 따라 결국 전압 격납용기 실패로 이어질 수 있다. Conventional applications for producing workable insulators required chemical composition and heat treatment combinations. The invention is, however, implemented in reverse. For example, embodiments of the present invention are ultimately processed because surface areas are characterized by compressive stress that is too hard to be machined and is balanced by tensile stress between adjacent compressive stress areas or between areas having compressive stress. Create impossible items. These embodiments thus overcome the inherent conventional material problems for material creation intentionally cracking near stressed areas of the cutting tool, which allows for progressive chip formation to provide machinability. Although such characteristic crack formation imparts workability, it also essentially causes negative penetration of these cracks into the insulator of organic compounds such as engine lubricants, surfactants, hand oils, sweat, and the like. These organic materials ultimately give carbon by dehydrogenation or other means, which in turn become electrical conduction paths, and the various electrolytes introduced into these cracks threaten the dielectric strength of the processable ceramic product, which in turn leads to failure of the voltage containment vessel. Can lead.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 조성물 3에서 중량백분율로 표기되는 다른 적합한 조성물이 몸체 절연체 (3810) 및/또는 기저부 절연체 (3807) 형성에 사용될 수 있다. 예를들면, 조성물 3은 다음과 같은 근사 중량백분율을 가질 수 있다: SiO2 30%; MgO 22%; Al2O3 18%; Cr2O3 3.2%; F 4.3%; BaO 12%; SrO 3.6%; CuO 4.9%; Ag2O 1.3%; 및 NiO 0.1%. 소정 실시예에서, 절연체 튜브가 압출된 후 산화구리 및/또는 산화은을 환원시켜 구리 및/또는 은 및 구리 합금의 금속성 표면을 형성시키는보어를 통한 수소 통과에 의해 약 650°C로 냉각된다. 적합한 두께로 전도성 금속이 진행된 후, 튜브 외면은 유도 가열 튜브 또는 산화 화염, 예를들면 과잉 산소-수소 화염의 복사선과 같은 적합한 공급원으로 가열될 수 있고, 적합한 결정 및/또는 입도 (fineness) 조제가 표면에 투입되어 절연체 튜브 내부 영역의 장력에 의해 균형이 잡히는 압축응력을 형성할 수 있다 .According to another embodiment of the present invention, other suitable compositions, expressed in percent by weight in
솔레노이드 권선을 가지는 힘 발생기 (3806)를 포함한 실시예들에서, 이러한 적용에 적합한 동선 절연은 폴리이미드 바니시 및 동선의 알루미늄 도금막을 포함한다. 알루미늄 도금막은 산화 또는 부분 산화되어 알루미나를 생성한다. 이러한 알루미늄 도금막 및 산화는 폴리이미드 또는 폴리아미드-이미드 및/또는 파릴렌 절연 필름과 조합되어 활용될 수도 있다. 기저부 (3802) 강자성 부품들은 따라서 강자성 밸브 (3832)를 통과하는 힘 발생기 (3806) 권선에 의해 생성되는 자속을 안내하여 매우 신속한 밸브 (3832) 작동을 가능하게 한다. In embodiments including a
도 38F는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되고 도 38A의 38F-38F 선을 실질적으로 따라 절취한 예시적 힘 발생기 (3806) 측단면도이다. 도 38F에 도시된 실시예에서, 힘 발생기 (3806)는 다중 개별 힘 발생기들 또는 밸브 조작기들 (3850) (개략적으로 도시되고 개별적으로 제1 내지 제4 밸브 조작기들 (3850a-3850d)로 식별)을 포함한다. 각각의 밸브 조작기 (3850)는 선택적으로 밸브 조립체 (3828) 내 밸브 (3832)와 같은 해당 밸브를 작동하도록 구성된다. 따라서, 4개의 밸브 조작기들 (3850)을 가지는 도 38F의 힘 발생기 (3806)를 포함한 실시예에서, 밸브 조립체는 4개의 해당 유량 밸브들을 포함할 것이다. 도시된 실시예에서, 또한 힘 발생기 (3806)는 밸브 조작기들 (3850) 각각을 둘러싸는 연료 유동 영역 또는 구역 (3852)을 포함한다. 연료 유동 구역 (3852)으로 인하여 연료는 각각의 밸브 조작기들 (3850)을 지나 최소한 부분적으로 밸브 조작기들 (3850)을 냉각시킨다. 이러한 구성은 힘 발생기 (3806)에 대한 비교적 큰 냉각 표면 대 용적 비율의 이점을 제공한다.FIG. 38F is a side cross-sectional view of an
소정 실시예들에서, 밸브 조작기들 (3850)은 동시에 또는 상이한 또는 다른 시간대에 개방하도록 구성된다. 예를들면, 단일 밸브 조작기 (3850)가 제1 엔진 작동 조건, 예를들면 공회전 또는 낮은 동력 작동에서 연료가 흐르도록 사용되고, 두 밸브 조작기들 (3850)이 제2 엔진 작동 조건, 예를들면 순항 또는 보통의 동력 작동에서 동시에 사용되고, 및 3, 4, 또는 이상 밸브 조작기들 (3850)이 제3 엔진 작동, 예를들면 가속 또는 완전한 동력 작동에서 동시에 사용될 수 있다. In certain embodiments, valve manipulators 3850 are configured to open simultaneously or at different or different time periods. For example, a single valve manipulator 3850 is used to allow fuel to flow in a first engine operating condition, eg idling or low power operation, and two valve manipulators 3850 are used for a second engine operating condition, eg cruising. Or used simultaneously in normal power operation, and three, four, or more valve manipulators 3850 may be used simultaneously in a third engine operation, eg, acceleration or full power operation.
도 38A-38F를 참고하여 상기된 인젝터 (3800) 및 해당 부품들의 다양한 특징부들은 종래 연료 인젝터 대비 여러 이점들을 제공한다. 예를들면, 최신 디젤 엔진 연소실은 일반적으로 복잡하고 조밀한 입구 및 배기 밸브 작동 메커니즘 내에서 결합되어야 하는 ‘펜슬(pencil)’ 유형의 직접 연료 인젝터를 위한 매우 작은 직경 포트들을 가지도록 설계된다. 연소실로 진입되는 전형적인 디젤 연료 인젝터의 포트 직경은 약 8.4mm (0.331’)로 제한된다. 이러한 가혹한 공간 제한과 더불어, 고온 윤활유는 일정하게 밸브 커버 내부 엔진 헤드 환경에 분무되어 거의 백만-마일 수명이 요구되는연료 인젝터 조립체를 115°C (240°F) 이상 가열하고, 따라서 종래 공기-냉각 솔레노이드 밸브 설계를 적용할 수 없다. The various features of the
미입자들 및 물 제거를 위한 엄격한 요건들과 함께 디젤 엔진 작동이 압축점화 및 좁은 세탄가 및 점도의 디젤 연료 사용으로 제한되는 요건들을 극복하는 것이 바람직하다. 교체 비용을 덜 들이면서 더욱 풍부한 연료 선택에 대한 가능성이 존재한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들의 일 목적은 물, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 및 다양한 미립자들과 같은 불순물과 함께 세탄가 및/또는 옥탄가가 크게 변하는 저렴한 연료를 활용하는 것이다. 예를들면, 발효에 의해 생성되는 물 및 이산화탄소와 같은 비-연료 성분들을 분리하여야 현재 순수 에탄올을 생산하는 종래 에탄올 식물은 에탄올, 물, 및 메탄올 또는 부탄올 혼합물과 같은 유용한 연료를 2배 이상 생산할 수 있다. Along with stringent requirements for the removal of particulates and water, it is desirable to overcome the requirements that diesel engine operation is limited to compression ignition and the use of diesel fuel of narrow cetane number and viscosity. There is the possibility of a richer fuel choice at a lower cost of replacement. Accordingly, one object of embodiments of the present invention is to utilize inexpensive fuels in which the cetane number and / or octane number change significantly with impurities such as water, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, and various particulates. For example, conventional ethanol plants that currently produce pure ethanol by separating the non-fuel components such as water and carbon dioxide produced by fermentation can produce more than twice as much useful fuel as ethanol, water, and a mixture of methanol or butanol. have.
인젝터 (3800) 및 기타 본원에 기재된 인젝터는 최소한: 1) 매립지 가스, 혐기성 소화 메탄, 및 수소 및 수증기, 이산화탄소, 및 질소와 같은 상당한 함량의 비- 연료 물질을 가지는 기타 연료종들의 다양한 혼합물과 같은 저렴한 연료 활용이 가능한 디젤 연료 인젝터 보다 3000 배까지의 연료 유동 성능; 2) 이러한 연료가 연소실로 분사될 때의 플라즈마 점화; 및 3) 엔진 조정 시간에 디젤 연료 인젝터 대체에 의해 상기 문제점들을 해결할 수 있다The
도 39는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (3900)의 단면도이다. 인젝터 (3900)는 도 38A-38F을 참고하여 상기된 인젝터 (3800), 및 본원에 기재된 다른 인젝터의 해당 특징부들과 대체로 구조 및 기능이 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 도 39에 도시된 인젝터는 노즐부 (3804) 반대측에 기저부 (3802)를 포함한다. 기저부 (3802)는 힘 발생기 (3806) 및 해당 밸브 조립체 (3828)를 포함하며, 노즐부는 유전체 절연체 (3810) 일부 위로 동축 배열되는 탄성 슬리브 밸브 (3842)를 포함한다. 또한, 몸체 절연체 (3810)에 있는 도체 개구 (3812)로 인하여 전극 또는 전기 도체 (3814)가 인젝터 (3900)를 관통하여 노즐부 (3804)로부터 기저부 (3802)로 연장된다. 39 is a cross sectional view of an
또한 도체 (3814)는 길이방향으로 이를 관통 연장되는 하나 이상의 광학적 감시 섬유 또는 특징부들 (3918)을 포함한다. 광섬유 (3918)는 노즐부에서 연소실 특성들을 감시하거나 달리 검출한다. 도시된 실시예에서, 그러나, 광학적 감시 특징부들 (3918)는 기저부 (3802)로부터 빠져 나가 연소실 데이터를 제어기 또는 처리기 (3901)로 전달 또는 달리 전송한다. 소정 실시예들에서, 처리기 (3901)는 인젝터 (3900)에 지지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러나, 처리기 (3901)는 인젝터 (3900)에서 원격에 배치될 수 있다. 또한, 광섬유 (3818)는 연소실 데이터를 처리기로 유선 또는 무선 연결을 통하여 전송할 수 있다.
도시된 실시예의 또 다른 특징부에 의하면, 또한 기저부 (3802)는 도체 (3814)를 통하여 기저부 (3802)로 제공되는 고전압을 격리하는 유전 기저부 절연체 (3907)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 도체 (3814)는 기저부 (3802)에 광섬유 (3818)에서 분리되는 연장부 (3913)를 포함한다. 도시된 실시예에서 보이는 바와 같이, 기저부 (3802)는 인젝터 (3900) 길이방향 축에 대하여 90도 각도로 연장되는 입구 연료 커플링 (3926)을 포함한다. According to another feature of the illustrated embodiment, the
도 40A는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (4000)의 측단면도이다. 인젝터 (4000)는 도 1-39를 참고하여 상기된 인젝터 해당 특징부들와 대체적으로 구조 및 기능이 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 예를들면, 인젝터 (4000)는 제2 또는 노즐부 (4004) 반대측에 제1 또는 기저부 (4002)를 포함한다. 또한 인젝터 (4000)는 기저부 (4002) 및 노즐부 (4004) 사이에서 연장되는 슬리브 또는 몸체 (4008)를 포함한다. 몸체 (4008)는 인젝터 (4000)를 관통하여 길이방향 연장되고 제2 유전부 또는 유전체 절연체 (4010) 내에서 동축 배치되는 제1 유전부 또는 유전 절연체 (4009)를 포함한다. 제2 몸체 절연체 (4010)는 기저부 (4002)에서 노즐부 (4004)로 인젝터 (4000)를 따라 길이방향 연장되는 연료 유동 채널 (4011)을 형성하는 간격만큼 제1 몸체 절연체 (4009)로부터 방사방향으로 외향 이격된다. 40A is a side cross-sectional view of an
제1 몸체 절연체 (4009)는 길이방향으로 중앙에서 이를 관통 연장하는 도체 개구 (4012)를 포함한다. 도체 개구 (4012)는 전극 또는 전기 도체 (4014)가 노즐부 (4004)에서 기저부 (4002)까지 인젝터 (4000)를 관통 연장되도록 구성된다. 예를들면, 도체 (4014)는 전압원과 같은 에너지원과 연결되어, 점화 에너지를 노즐부 (4004)에 있는 하나 이상의 전극 또는 점화 특징부 (4016)에 공급한다. 또한 도체 (4014)는 길이방향으로 이를 관통 연장하는 하나 이상의 광학적 감시 섬유 또는 특징부들 (4018)을 포함한다. 광학적 감시 특징부들 (4018)은 연소실 특성들을 검출 또는 달리 감지하여 이들 특성 관련 데이터를 제어기 또는 처리기로 전송한다.The
도시된 실시예의 다른 특징부들에 따르면, 기저부 (4002)는 힘 발생기 케이스 (4020) 내부에 배치되는 힘 발생기 (4006) (예를들면, 적합한 공압, 유압, 전자기 솔레노이드, 압전 부품, 기타 등)를 포함한다. 케이스 (4020)는 연료 커플링 (4026)과 연통되는 연료 입구 (4022)를 포함하여 연료원으로부터 케이스 (4020) 내부로 연료를 공급 받는다. 또한 케이스 (4020)는 연료 출구 (4024)를 포함하여 연료가 밸브 조립체 (4028)를 통하여 케이스 (4020)에서 유출되도록 한다. 더욱 상세하게는, 밸브 조립체 (4028)는 밸브 공동 (4021)에 배치되는 밸브 (4032) (예를들면, 강자성 밸브)를 포함한다. 밸브 공동 (4021)은 연료 출구 (4024)를 통하여 힘 발생기 케이스 (4020) 내부와 유통하도록 결합된다. 도 40A에 도시된 바와 같이 밸브 (4032)가 정상 폐쇄 위치에 있을 때 밸브 (4032)는 연료 출구 (4024)를 밀폐하거나 폐쇄한다.In accordance with other features of the illustrated embodiment, the
또한 밸브 조립체 (4028)는 밸브 공동 (4021) 내 배치된 정지상 강자극 부분 또는 극 요소 (4033)를 포함한다. 밸브 (4032)가 폐쇄 위치에 있을 때, 공동 (4030)에 의해 밸브 (4032)는 극 부분 (4033)으로부터 이격된다. 또한 비-강자성 스프링, 원반 스프링, 기타 등과 같은 편향부재 (4830)는 선택적으로 극 부분 (4033) 및 밸브 (4032) 사이 공동 (4030) 내 에 배치되어 밸브 (4032)를 극 부분 (4033)에서 폐쇄 위치로 편향시킨다. 또한 밸브 조립체 (4028)는 밸브 (4032)를 폐쇄 위치로 당기거나 달리 편향시키는 인력 요소 (4038) (예를들면, 자석, 영구자석, 기타 등)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 도시된 실시예에서 밸브 (4032)는 인력 요소 (4038)에 인접하게 대체로 경사형, 원뿔형, 또는 원추대 단부 (4037)를 가지는 대체로 원통형 몸체를 가진다. 이에 따라, 원뿔형 단부 (4037)는 밸브 (4032)의 원통형 부분에 대하여 더 작은 단면 치수를 가진다. The
작동에 있어서, 힘 발생기 (4006)에 공급되는 전류는 극 부분 (4033)을 자화시켜 밸브 (4032)를 극 부분 (4033)으로 이동시켜 개방 위치 (예를들면, 노즐부 (4004)로부터 멀어지는 방향)로 설정한다. 밸브 (4032)가 밸브 공동 (4021) 내에서 폐쇄 위치로부터 극 부분 (4033) 근처 개방 위치로 이동할 때, 밸브 (4032)의 원뿔형 단부 (4037)는 힘 발생기 연료 출구 (4024)에 인접하게 배치되어 밸브 (4032)는 더 이상 연료 출구 (4024)를 밀폐하거나 막지 않는다. 이에 따라, 연료는 힘 발생기 (4006)로부터 밸브 공동 (4021) 내의 연료 슬롯 또는 오리피스 (4013)로 흘러 제1 몸체 절연체 (4009) 및 제2 몸체 절연체 (4010) 사이 연료 유동 채널 (4011)로 공급된다. 이에 따라, 밸브 (4032)가 개방 위치를 향하여 이동되면, 밸브 (4032)는 연료를 연료 출구 (4024)로부터 밸브 공동 (4021) 내 연료 슬롯 (4013)을 통하여 연료 유동 채널로 흘려보낸다. 밸브 (4032)가 정상 폐쇄 위치 (예를들면, 노즐부 (4004)쪽 방향)로 회복되면, 밸브 (4032)는 활주하듯 연료 출구 (4024)를 밀폐하여 연료 유동을 정지시킨다. In operation, the current supplied to the
따라서, 기저부 (4002)에 있는 밸브 (4032)는 길이방향으로 인젝터 (4000)를 관통하여 이동한다. 도시된 실시예의 다른 특징부들에 따르면, 그러나, 또한 인젝터 (4000)는 노즐부 (4004)에 제2 밸브 (4042)를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 제2 밸브 (4042)는 노즐부에서 제1 및 제2 몸체 절연체 (4009, 4010) 위에 동축 배치되는 변형 또는 탄성 슬리브 밸브 (4042)이다. 슬리브 밸브 (4042) 기저부는 적합한 접착제, 열중합체, 열경화성 화합물, 또는 기타 적합한 접착제을 이용하여 제2 몸체 절연체 (4010)에 부착될 수 있다. 또한, 도시된 실시예에서, 슬리브 밸브 (4042)는 제2 절연체 몸체 (4010)에 대하여 제2 탄성체 유지 특징부 (4041)로 슬리브 밸브 (4042)를 유지하는 단부 (4043)를 포함한다. 이에 따라, 유지 특징부 (4041)는 제2 절연체 몸체 (4010)에 대하여 압축하여 밸브 슬리브를 고정시킬 수 있다.Thus, the
또한, 밸브 슬리브 (4042)는 노즐부에서 복수의 출구 또는 분사 포트들 (4041) 상부로 연장된다. 더욱 상세하게는, 제2 절연체 몸체 (4010)는 제1 몸체 절연체 (4009) 및 제2 몸체 절연체 (4010) 사이 연료 유동 채널 (4011)과 유체 연통하도록 결합되는 다중 분사 포트들 (4041)을 포함한다. 따라서, 제1 밸브 (4032)가 개방되고 가압 연료를 노즐부 (4004)에 길이방향으로 연장되는 연료 유동 채널 (4011)로 도입하면, 슬리브 밸브 (4042)는 분사 포트들 (4041) 위로 연장되어 연료는 노즐부 (4004)를 빠져 나간다.Further, the
도 40B는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 도 40A의 편향부재 (4039)의 평면도이다. 도시된 실시예에서, 편향부재 (4039)는 편향부재 (4039)를 관통 연장되는 하나 이상의 채널들 (4053)에 의해 편향부재 주변부와 분리되는 편향 중심부 (4051)를 가진다. 소정 실시예들에서, 편향부재 (4039)는 0.1 mm (0.004’) 두께의 비-자성 스테인리스 강 시트 스톡 (sheet stock)으로 제조될 수 있다. 또한, 편향부재 (4039)는 도시된 기하 형태를 획득하기 위하여 압인되거나 광-식각 처리될 수 있다. 또한 편향부재 (4039)는 열처리되어 중심부 (4051)를 상승시키는 중심부 (4051)에서 원하는 스프링 기능을 형성할 수 있다. 편향부재 (4039)의 비-자성 특성으로 계속된 인력으로 형성될 수 있는 경자성 도메인이 밸브 (4032) 개방 시간을 지연하는 것을 방지하기 위한 약 0.1 mm (0.004’) 간격을 제공하면 도 40A의 밸브 (4032)는 신속하게 정상 폐쇄 위치로 복귀한다. 다른 실시예들에서, 그러나, 편향부재는 예를들면, 원뿔 스프링, 스프링 와셔, 코일 압축 스프링, 기타 등을 포함한 다른 유형의 편향부재일 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서, 편향부재 (4039)는 도 40A의 밸브 조립체 (4028)에서 생략될 수 있다.40B is a top view of the biasing
도 41은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (4100)의 부분 측단면도이다. 도시된 실시예에서, 인젝터 (4100)는 도 40A를 참고하여 상기된 밸브 조립체 (4028)와 대체로 유사한 구조 및 기능을 가지는 밸브 조립체 (4128)를 가지는 기저부 (4102)를 포함한다. 예를들면, 도 41의 밸브 조립체 (4128)는 밸브 공동 (4121)에 배치되는 밸브 (4132)를 포함한다. 밸브 공동 (4121)는 힘 발생기 연료 출구 (4124)와 유체적으로 연결된다. 도시된 실시예에서, 그러나, 연료 출구 (4124)를 둘러싸는 밸브 공동 (4121) 일부는 밸브 (4132) 원뿔형 또는 원추대 단부에 대체로 상응하는 경사 형상을 가진다. 더욱 상세하게는, 밸브 (4132) 단부는 제2 경사, 원뿔형, 또는 원추대 표면 (4139)에서 연장되는 제1 경사, 원뿔형, 또는 원추대 표면 (4138)을 포함한다. 밸브 (4132)와 접촉하는 밸브 공동 (4121) 표면은 밸브 (4132) 제2 경사 표면 (4139)과 동일하거나 대체로 유사한 경사, 원뿔형, 또는 원추대 형상을 가진다. 경사 또는 원뿔형 구성은 밸브 (4132) 및 밸브 (4132)와 접촉하는 밸브 공동 (4121) 표면 사이 완화된 공차를 허용한다는 것이 이러한 실시예의 일 장점이다.41 is a partial side cross-sectional view of an
도 42는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성되는 인젝터 (4200)의 측단면도이다. 인젝터 (4200)는 상기 인젝터, 및 특히 도 28를 참고하여 상기된 인젝터 (1600)와 구조 및 기능이 대체로 유사한 여러 특징부들을 포함한다. 도 42에 도시된 실시예에서, 예를들면, 인젝터 (4200)는 노즐부 (4204) 반대측에 기저부 (4202)를 포함한다. 작동기 로드 또는 케이블 (4214)은 길이방향 연료 경로 (4211) 내에서 기저부 (4202)로부터 노즐부 (4204)로 연장된다. 케이블 (4214)은 노즐부 (4204)에 있는 외향 개방 유량 밸브 (4224)와 연결된다. 케이블 (4214)은 광섬유 케이블과 같은 하나 이상의 감시 요소들을 포함하여, 연소실 데이터를 제어기 또는 처리기로 전송한다. 기저부에 있는 연료 입구 (4209)는 유체 연통되도록 연료 경로 (4211)와 연결된다. 42 is a side sectional view of an
또한 기저부 (4202)는 케이블 잠금구 또는 브레이크 (4266)를 위한 작동력을 제공하는 힘 발생기 (4206) (예를들면, 적합한 공압, 유압, 전자기 솔레노이드, 압전 부품, 기타 등)를 포함한다. 케이블 브레이크 (4266)는 케이블 (4214)에 대한 수축력 또는 방사상 수축력을 제공하여 케이블 (4214)을 긴장로 유지시켜 밸브 (4244)를 폐쇄 위치로 유지시킨다. 또한 기저부 (4202)는 자석 또는 영구자석과 같은, 케이블 브레이크 (4266) 하류의 케이블 (4214)과 연결되는 인력 요소 (4270)를 포함한다. 인력 요소 (4270)는 기저부 (4202)에 연결되고 인력 요소 (4270) 및 케이블 브레이크 (4266) 사이에 배치되는 정지상 강자성 원반 (4268)쪽으로 끌린다. 따라서, 인력 요소 (4270)는 케이블 (4214)을 당겨 최소한 부분적으로 밸브 (4224)를 폐쇄 위치에 유지시킨다.
도시된 실시예의 추가적 양태들에 의하면, 또한 기저부 (4202)는 케이블 (4214)에 연결되며 케이블 브레이크 (4266)와 접촉하여 케이블 (4214) 축방향 이동 정도를 제한하는 제1 정지 부재 (4264)를 포함한다. 또한 기저부 (4202) 제1 정지 부재 (4264) 상류에서 케이블 (4214)에 연결되는 제2 정지 부재 (4260)를 포함한다. 제1 정지 부재 (4260)는 편향부재 (4262) (예를들면, 스프링, 코일 압축 스프링, 기타 등)와 접촉하여 케이블 (4214)을 더욱 당겨 최소한 부분적으로 밸브 (4224)를 폐쇄 위치로 유지시킨다.According to further aspects of the illustrated embodiment, the
작동에 있어서, 연료가 연료 입구 (4209)를 통하여 연료 경로 (4211)로 도입된다. 케이블 브레이크 (4266)는 케이블 (4214)에 대하여 수축력을 제공하여 케이블 (4214)을 잠그고 밸브 (4224) 개방을 방지한다. 연료 분사가 필요한 경우, 힘 발생기 (4206)는 이완 위치로 이동되도록 케이블 브레이크 (4266)에 작용한다. 케이블 브레이크 (4266)가 이완 위치에 있을 때, 연료 경로 (4211)에 있는 연료의 압력으로 밸브 (4244)가 개방된다. 더욱 상세하게는, 연료 경로 (4211)에서 압력 기울기는 제2 정지 부재 (4260) 및 편향부재 (4262) 뿐 아니라 인력 요소 (4270) 및 강자성 원반 (4268)에 의해 제공되는 케이블 (4214) 장력을 극복하여야 한다. 또한, 제1 정지구 (4264)가 케이블 브레이크 (4266)와 접촉될 때 케이블 (4214)의 전체 이동은 제1 정지구 (4264)에 의해 제한된다. In operation, fuel is introduced into fuel path 4211 through
도 42에 도시된 인젝터 (4200) 실시예는 따라서 가변적 압력 제어 및 증가된 분사 제어를 제공한다. 예를들면, 케이블 브레이크 (4266)는 케이블 (4214)에 대하여 가변적인 제한적인 힘을 제공하여 밸브 (4224) 개방에 필요한 압력을 조정한다. 또한, 제2 정지 부재 (4260) 및 해당 편향부재 (4262)는, 단독 또는 인력 요소 (4270) 및 해당 강자성 원반 (4268)과 조합하여, 더욱 선택적으로 밸브 개방에 필요한 압력을 제어할 수 있다. 상기 다른 실시예들와 유사하게, 또한 연료 인젝터 (4200)는 하나 이상의 검사되는 연소실 특성들에 응답하여 적응적으로 제어될 수 있다. The
본 발명의 추가적인 실시예들에 의하면, 및 상세하게 상기된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 인젝터는 해당 인젝터 노즐부에 지지되는 하나 이상의 점화 특징부 또는 전극들을 가질 수 있다. 또한 이러한 인젝터는 노즐부에 연료 분사 패턴을 조정 또는 제어하는 커버를 가진다. 소정 실시예들에서, 예를들면, 이러한 노즐부들 및 해당 유량 밸브들, 전극들, 및 단마개는 최소한 다음 구성들을 가질 수 있다: 밸브 외부에 정지상 전극들을 가지는 외향 개방 연료 제어 밸브; 밸브 내부에 정지상 전극을 가지는 외향 개방 연료 유량 제어 밸브; 밸브 외부에 정지상 전극을 가지는 내향 개방 연료 유량 제어 밸브; 밸브 내부에 정지상 전극을 가지는 내향 개방 연료 유량 제어 밸브; 외향 가동 밸브를 가지고 외향 이동하는 전극들; 내향 가동 밸브를 가지고 내향 이동하는 전극들, 기타 등.According to further embodiments of the present invention and as described above in detail, an injector according to an embodiment of the present invention may have one or more ignition features or electrodes supported on the corresponding injector nozzle portion. This injector also has a cover for adjusting or controlling the fuel injection pattern in the nozzle portion. In certain embodiments, for example, such nozzle portions and corresponding flow valves, electrodes, and stoppers may have at least the following configurations: an outwardly open fuel control valve having stationary electrodes outside the valve; An outwardly open fuel flow control valve having a stationary phase electrode inside the valve; An inwardly open fuel flow control valve having a stationary phase electrode outside the valve; An inwardly open fuel flow control valve having a stationary phase electrode inside the valve; Electrodes moving outwardly with the outwardly movable valve; Electrodes moving inward with the inwardly actuated valve, etc.
또한, 소정 실시예들에서, 이들 노즐부 (예를들면, 밸브, 전극, 및/또는 덮개 조합)를 가지는 인젝터는 해당 축방향으로 노즐부에서 멀어지도록 플라즈마를 분사할 수 있다. 예를들면, 도 24a를 참고하여 상기된 단마개와 같은 단마개 또는 전극은 최소한 부분적으로 노즐부로부터 방사상 또는 축방향으로 멀어지도록 연장되는 플라즈마 발생을 유도할 수 있다. 더욱 상세하게는, 연료의 축방향 이동 경로에 있는 구조적 요소들을 가지는 단마개는 따라서 축방향에서 노즐부로부터 멀어지는 플라즈마를 유도할 수 있다. 이러한 방향, 및 특히 노즐부로부터 축방향의 유도 플라즈마는, 연료의 와류 운동을 상쇄 또는 달리 결정할 수 있다. 또한, 이러한 플라즈마 발생은 더욱 양호한 인젝터 연료 패턴 형성 및 제어를 가능하게 한다. Also, in certain embodiments, an injector having these nozzle portions (eg, a valve, electrode, and / or lid combination) can inject a plasma away from the nozzle portion in the corresponding axial direction. For example, a plug or electrode such as the plug described above with reference to FIG. 24A can induce plasma generation that extends at least partially away from the nozzle portion in a radial or axial direction. More specifically, the plug having structural elements in the axial movement path of the fuel can thus induce a plasma away from the nozzle portion in the axial direction. The directed plasma in this direction, and in particular in the axial direction from the nozzle portion, can offset or otherwise determine the vortex motion of the fuel. This plasma generation also enables better injector fuel pattern formation and control.
추가 Add 실시예들Examples
연료 밸브 수단에 의해 연료를 분사하는 연료 인젝터, 및 연료 인젝터와 일체화 된 연료 점화기를 포함하고, 연료 밸브 수단은 절연 로드 수단, 절연 케이블 수단, 및 절연 광섬유 개방 수단으로 이루어진 군에서 선택되는 개방 수단에 의해 간헐적으로 개방되고 개방 수단에 필요한 힘은 힘 발생 수단에 의해 제공되고 연료 밸브 수단 및 연료 분사 수단 및 연료 점화 수단은 연료 연소 수단과의 계면에서 통합되는 연료 분사 시스템.A fuel injector for injecting fuel by the fuel valve means, and a fuel igniter integrated with the fuel injector, the fuel valve means being provided with an opening means selected from the group consisting of insulated rod means, insulated cable means, and insulated optical fiber opening means. By the force generating means and the fuel valve means and the fuel injection means and the fuel ignition means are integrated at an interface with the fuel combustion means.
본원에서 기재된 시스템에서 개방 수단은 연소 수단으로부터 정보를 검출 또는 검출된 정보를 제어 수단으로 통신한다.In the system described herein the opening means detects or communicates the detected information from the combustion means to the control means.
본원에서 기재된 시스템에서 제어 수단은 연료 인젝터 수단에 통합된다.In the system described herein, the control means are integrated in the fuel injector means.
본원에서 기재된 시스템 에서 힘 발생 수단은 전기기계적이다.The force generating means in the system described herein is electromechanical.
본원에서 기재된 시스템에서 힘 발생 수단은 케이블, 로드, 또는 광섬유 수단으로 이루어진 군에서 선택되는 것에 충격을 가한다.The force generating means in the systems described herein impacts the selection from the group consisting of cable, rod, or fiber optic means.
본원에서 기재된 시스템에서 연료 점화 수단은 불꽃, 다중 불꽃, 및 플라즈마 수단으로 이루어진 군에서 선택된다.In the systems described herein the fuel ignition means is selected from the group consisting of sparks, multiple flames, and plasma means.
본원에서 기재된 시스템에서 제어 수단은 연료에 의해 냉각된다.In the system described herein the control means is cooled by fuel.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 최소한 힘 발생 수단 또는 밸부 수단을 냉각한다.In the system described herein the fuel cools at least the force generating means or the valve means.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 최소한 하나의 열기관 또는 연료 전지에 분사된다.In the systems described herein, fuel is injected into at least one heat engine or fuel cell.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 연료 보관 수단에 의해 보관되고, 연료 보관 수단은 초저온 액체, 초저온 고체 및 액체, 초저온 고체, 액체, 증기 및 가스; 비-초저온 액체, 비-초저온 고체 및 액체, 및 비-초저온 고체, 액체, 증기, 및 가스로 이루어진 연료의 보관을 위하여 선택된다.In the systems described herein the fuel is stored by fuel storage means, the fuel storage means comprising cryogenic liquids, cryogenic solids and liquids, cryogenic solids, liquids, vapors and gases; For storage of fuels consisting of non-cryogenic liquids, non-cryogenic solids and liquids, and non-cryogenic solids, liquids, vapors, and gases.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 초저온 액체 연료, 초저온 고체 연료 및 초저온 가스 연료로 이루어진 군에서 선택된다.In the systems described herein the fuel is selected from the group consisting of cryogenic liquid fuels, cryogenic solid fuels and cryogenic gas fuels.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 고체 연료, 액체 연료, 연료 증기, 및 가스 연료로 이루어진 군에서 선택된다.In the systems described herein the fuel is selected from the group consisting of solid fuels, liquid fuels, fuel vapors, and gaseous fuels.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 초저온 및 비-초저온 연료의 혼합물이다.In the systems described herein the fuel is a mixture of cryogenic and non-cryogenic fuels.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 공급되고 층상 충전물 연소 모드, 균일 충전물 연소 모드 및 균일 충전물 내에서 층상 충전물 연소 모드 중 하나에 의해 연소된다.In the system described herein the fuel is supplied and combusted by one of the layered charge combustion mode, the homogeneous charge combustion mode and the layered charge combustion mode in the homogeneous charge.
본원에서 기재된 시스템에서 밸브 수단은 사파이어, 수정, 유리, 및 고온 중합체로 이루어진 군에서 선택되는 재료 수단에 의해 보호된다.In the systems described herein the valve means are protected by a material means selected from the group consisting of sapphire, quartz, glass, and high temperature polymer.
본원에서 기재된 시스템에서 연료는 인젝터로 공급되기 전에 열교환수단을 통과한다.In the system described herein the fuel passes through the heat exchange means before being fed to the injector.
본원에서 기재된 시스템에서 점화 수단은 정전방전, 압전 전압 발생, 및 유도성 전압 발생으로 이루어진 군에서 선택되는 수단을 포함한다.Ignition means in the systems described herein include means selected from the group consisting of electrostatic discharge, piezoelectric voltage generation, and inductive voltage generation.
격납용기 수단에 하나 이상의 연료 물질을 보관하는 단계, 밸브 조작기 수단을 엔진 수단의 연소실 수단 계면에 배치되는 유량 제어 밸브 수단과 실질적으로 분리하고 연료 또는 연료 유도체를 전기적 절연 케이블 또는 로드 수단에 의해 제어하여 불확실한 시간대에 엔진 수단의 연소실 수단으로의 연료 후적을 제거할 수 있는 기구로연료 및/또는 연료 유도체를 전달하는 단계를 포함하는 에너지 전환 공정.Storing at least one fuel material in the containment means, substantially separating the valve manipulator means from the flow control valve means disposed at the combustion chamber means interface of the engine means and controlling the fuel or fuel derivative by means of an electrically insulated cable or rod means Delivering a fuel and / or a fuel derivative to an apparatus capable of removing fuel deposits from the engine means to the combustion chamber means at uncertain times.
본원에서 기재된 공정에서 제어 밸브 수단는 간헐적으로 충전되어 플라즈마 방전 수단을 제공한다.In the process described herein the control valve means is intermittently charged to provide a plasma discharge means.
본원에서 기재된 공정에서 전기 절연 케이블 또는 로드 수단는 또한 본 공정을 위하여 연소실 수단으로부터 정보를 검출하고 검출된 정보를 제어 수단으로 통신한다.In the process described herein the electrically insulated cable or rod means also detects information from the combustion chamber means for this process and communicates the detected information to the control means.
본원에서 기재된 공정에서 연료 유도체는 열교환기, 가역적 연료 전지, 및 촉매적 열교환기로 이루어진 군에서 선택되는 수단에 의해 생성된다.Fuel derivatives in the processes described herein are produced by means selected from the group consisting of heat exchangers, reversible fuel cells, and catalytic heat exchangers.
본원에서 기재된 공정에서 연료 또는 연료 유도체는 열전달 수단 및/또는 에너지 전환 공정의 상대 운동 요소 수단 작동 손실을 감소시키는 수단으로 활용되는 수소를 포함한다.The fuel or fuel derivative in the process described herein comprises hydrogen utilized as a means of reducing the heat transfer means and / or the relative kinetic element means operating loss of the energy conversion process.
본원에서 기재된 공정에서 상대 운동 요소 수단은 발전기이다.In the processes described herein the relative motion element means is a generator.
본원에서 기재된 공정에서 상대 운동 요소 수단은 열기관이다.In the processes described herein the relative kinetic element means is a heat engine.
본원에서 기재된 공정에서 용기 수단은 초저온 물질을 절연시킨다.In the process described herein, the container means insulate the cryogenic material.
본원에서 기재된 공정에서 용기 수단은 연료 및/또는 연료 유도체의 가압 목록들 (inventories)을 포함한다.Container means in the processes described herein comprise pressurized inventories of fuel and / or fuel derivatives.
연료 분사를 위한 간헐적 유동이 절연 수단에 의해 전기적으로 분리되는 밸브 수단 및 밸브 수단을 위한 작동 수단에 의해 제어되고 작동 수단은 전기 절연 수단에 의해 밸브 수단에 힘을 인가하는 연료 분사 및 점화 수단 일체화 시스템.Integrated system of fuel injection and ignition means, in which the intermittent flow for fuel injection is controlled by an actuating means for the valve means and the valve means which are electrically separated by the insulating means and the actuating means exerts a force on the valve means by the electric insulation means. .
본원에 기재된 시스템에서 작동 수단은 전기 절연 케이블 또는 로드 수단으로 이루어진 전기 절연 수단에 의해 밸브 수단에 힘을 인가한다.In the system described herein the actuation means exerts a force on the valve means by means of electrically insulating means consisting of an electrically insulating cable or a rod means.
본원에 기재된 시스템에서 케이블 또는 로드 수단은 또한 본 시스템 작동을 위하여 연소실 수단으로부터 정보를 검출하고 검출된 정보를 제어 수단으로 통신한다In the system described herein the cable or rod means also detects information from the combustion chamber means and communicates the detected information to the control means for operation of the system.
본원에 기재된 시스템에서 제어 밸브 수단은 간헐적으로 충전되어 제어 밸브 수단에 의해 통과되는 분사 연료를 간헐적으로 점화시킨다 .In the system described herein, the control valve means intermittently charges and intermittently ignites the injection fuel passed by the control valve means.
가동 밸브 요소 수단은 솔레노이드 메커니즘 수단, 캠 메커니즘 수단, 및 솔레노이드와 캠 메커니즘 수단의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 수단에 의해 강제되는 플런저 수단에 의해 변위되고 밸브 요소 수단은 솔레노이드 메커니즘 수단, 압전 메커니즘 수단 및 솔레노이드와 압전 메커니즘 수단의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 수단에 의해간헐적으로 유체 유동 허용 위치에 정지하는 유체 유량 밸브 기능을 제공하는 시스템.The movable valve element means is displaced by plunger means forced by means selected from the group consisting of solenoid mechanism means, cam mechanism means, and a combination of solenoid and cam mechanism means, and the valve element means being solenoid mechanism means, piezoelectric mechanism means and A system for providing a fluid flow valve function intermittently stopped in a fluid flow allowable position by means selected from the group consisting of a combination of solenoid and piezoelectric mechanism means.
본원에 기재된 시스템에서 최소 일부의 유체 유동은 엔진 수단으로 공급되어 공기 유입을 가속시키고 엔진 수단의 용적 효율을 증가시킨다.At least some fluid flow in the systems described herein is supplied to the engine means to accelerate air inflow and increase the volumetric efficiency of the engine means.
본원에 기재된 시스템에서 최소 일부의 유체 유동은 연료 분사를 위한 간헐적 유동이 절연 수단에 의해 전기적으로 분리되는 밸브 수단 및 밸브 수단을 위한 작동 수단에 의해 제어되고 작동 수단은 전기 절연 수단에 의해 밸브 수단에 힘을 인가하는 연료 분사 및 점화 수단 일체화 시스템 에 의해 엔진 수단의 연소실로 제공된다.In the system described herein at least some of the fluid flow is controlled by the valve means by which the intermittent flow for fuel injection is electrically separated by the insulating means and by the operating means for the valve means and the actuating means are connected to the valve means by the electrical insulating means. It is provided to the combustion chamber of the engine means by means of a fuel injection and ignition means integration system that applies force.
본원에 기재된 시스템에서 이러한 작동은 연료 옥탄, 세탄, 점도, 에너지 밀도, 또는 온도와 무관하게 선택되는 다양한 연료의 사이클 연소에 대하여 적응적으로 최적화된 제동 평균 유효압력을 제공한다.This operation in the systems described herein provides a braking mean effective pressure that is adaptively optimized for cycle combustion of various fuels selected regardless of fuel octane, cetane, viscosity, energy density, or temperature.
본원에 기재된 시스템에서 수소 함유 연료 및/또는 화합물은 엔진 열을 수소 함유 연료 및/또는 화합물로 전달하여 흡열 반응을 지원하는 열교환기에 의해 수소 및/또는 수소 및 기타 유체 성분들의 혼합물로 변환된다.In the systems described herein, the hydrogen containing fuels and / or compounds are converted into mixtures of hydrogen and / or hydrogen and other fluid components by heat exchangers that transfer engine heat to the hydrogen containing fuels and / or compounds to support endothermic reactions.
본원에 기재된 시스템에서 수소는 흡습 및 제거 매질로, 및 둘 이상의 혼성화 에너지 전환 적용 분야용 연료로서 회전 기계 냉각, 회전기계 편류 손실 감소로 이루어진 군에서 선택되는 용도로 활용된다.In the systems described herein, hydrogen is utilized for adsorption and removal media, and for use in the group selected from the group consisting of rotary machine cooling and rotary machine drift loss reduction as fuel for two or more hybridization energy conversion applications.
본원에 기재된 시스템에서 유체는 흡습 및 제거 매질로, 및 둘 이상의 혼성화 에너지 전환 적용 분야용 연료로서 회전 기계 냉각, 회전기계 편류 손실 감소로 이루어진 군에서 선택되는 용도로 활용되는 수소를 포함한다.Fluids in the systems described herein include hydrogen utilized for adsorption and removal media and for use selected from the group consisting of rotary machine cooling, rotary machine drift loss reduction as fuel for two or more hybridization energy conversion applications.
마이크로프로세서 및 밸브 요소 개방에 의해 분사되는 연료를 분사하는 연료 인젝터; 인젝터와 통합되는 연료 점화 수단을 포함하고; 밸브 요소는 작동기와 연결되는 케이블 또는 로드의 하나로 개방되고; 케이블 또는 로드는 전기적으로 절연되고 또한 연소 데이터를 마이크로프로세서로 통신하기 위한 광섬유 요소를 포함하는 연료 분사 시스템.A fuel injector for injecting fuel injected by the microprocessor and the valve element opening; A fuel ignition means integrated with the injector; The valve element is opened with one of the cables or rods connected to the actuator; The cable or rod is electrically insulated and includes a fiber optic element for communicating combustion data to the microprocessor.
본원에 기재된 시스템에서 연료 점화 수단은 밸브 요소 근처에 배치된다.In the system described herein the fuel ignition means is arranged near the valve element.
본원에 기재된 시스템에서 작동기는 전기기계적 작동기이다.In the systems described herein the actuator is an electromechanical actuator.
본원에 기재된 시스템에서 작동기는 케이블 또는 로드에 충격력을 가한다.In the systems described herein the actuator exerts an impact on the cable or rod.
본원에 기재된 시스템에서 연료 점화 수단은 불꽃, 다중 불꽃 또는 플라즈마 방전 중 하나에서 선택된다.In the systems described herein the fuel ignition means is selected from one of sparks, multiple sparks or plasma discharges.
본원에 기재된 시스템에서 마이크로프로세서는 연료 인젝터 몸체 내에 배치된다.In the system described herein the microprocessor is disposed within the fuel injector body.
본원에 기재된 시스템에서 마이크로프로세서는 연료를 인젝터로 공급하는 도관 옆에 배치되고, 도관을 통과하는 연료는 마이크로프로세서를 냉각시킨다.In the system described herein a microprocessor is placed next to a conduit that supplies fuel to the injector, and the fuel passing through the conduit cools the microprocessor.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 밸브 요소 또는 작동기 중 최소한 하나를 냉각시키기 위하여 사용된다.In the systems described herein, fuel is used to cool at least one of the valve element or the actuator.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 열기관 또는 연료 전지 중 최소한 하나에 분사된다.In the systems described herein, fuel is injected into at least one of a heat engine or a fuel cell.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 초저온 연료 저장에 적합한 연료 탱크에 저장된다.In the systems described herein the fuel is stored in fuel tanks suitable for cryogenic fuel storage.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 초저온 액체 연료, 초저온 고체 연료 및 초저온 가스 연료로 이루어진 군에서 선택된다.The fuel in the systems described herein is selected from the group consisting of cryogenic liquid fuels, cryogenic solid fuels and cryogenic gas fuels.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 고체 연료, 액체 연료 및 가스 연료로 이루어진 군에서 선택된다 .In the systems described herein the fuel is selected from the group consisting of solid fuels, liquid fuels and gaseous fuels.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 초저온 및 비-초저온 연료의 혼합물이다.In the systems described herein the fuel is a mixture of cryogenic and non-cryogenic fuels.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 공급되고 층상 충전물 연소 모드, 균일 충전물 연소 모드 및 균일 충전물 내에서 층상 충전물 연소 모드 중 하나에 의해 연소된다.In the systems described herein the fuel is supplied and combusted by one of the layered charge combustion mode, the homogeneous charge combustion mode and the layered charge combustion mode in the homogeneous charge.
본원에서 기재된 시스템에서 밸브 요소는 사파이어, 수정, 유리 및 고온 중합체의 군에서 하나로 제조된다.In the system described herein, the valve element is made one from the group of sapphire, quartz, glass and high temperature polymers.
본원에 기재된 시스템에서 연료는 인젝터에 공급되기 전에 열교환기를 통과한다.In the system described herein, fuel passes through a heat exchanger before being fed to the injector.
산화제 허용, 연료 분사, 점화, 연소, 및 작업 생산의 순환적 달성 수단을 가지고 산화제는 연료 분사에 의해 공급되는 연료 완전 연소에 필요한 양보다 과잉으로 허용되고 연료 분사는 각각의 작동 사이클에서 다중 연료 이송이 가능한 수단에 의하며 온도, 압력, 연소율, 및 연소 위치로 이루어진 군에서 선택되는 정보를 결정하기 위하여 점화 및 연소가 감시되고, 하나 이상의 연료 이송 이후 선택된 설정 포인트 미달 온도, 선택된 설정 포인트를 초과 온도, 선택된 설정 포인트 초과 압력, 선택된 설정 포인트 미달 연소율, 선택된 설정 포인트 초과 연소율, 선택된 설정 포인트에 의해 규정된 영역을 넘는 위치에서의 연소로 이루어진 군에서 선택되는 조건을 방지하기 위하여 연료 분사 개시 및 중지를 위한 제어기 수단에 의해 정보가 활용되는 에너지 전환 시스템.With oxidant tolerance, fuel injection, ignition, combustion, and cyclical means of working production, the oxidant is allowed in excess of the amount required for complete combustion of the fuel supplied by the fuel injection and fuel injection is carried out in multiple fuel transfers in each operating cycle. By this possible means, ignition and combustion are monitored to determine information selected from the group consisting of temperature, pressure, combustion rate, and combustion location, temperature below the selected set point, temperature exceeding the selected set point after one or more fuel transfers, Fuel injection start and stop to prevent conditions selected from the group consisting of selected set point overpressure, selected set point underburn rate, selected set point over burn rate, and combustion at locations above the area defined by the selected set point. The energy utilized by the controller means Switching system.
본원에 기재되는 에너지 전환 시스템에서 연료 분사는 에너지 전환 달성을 위한 연소실 계면 또는 실질적으로 인접하게 배치되는 밸브 수단에 의해 제공된다.In the energy conversion system described herein, fuel injection is provided by valve means disposed substantially adjacent to the combustion chamber interface for achieving energy conversion.
본원에 기재되는 에너지 전환 시스템에서 점화는 에너지 전환 달성을 위한 연소실 계면 또는 실질적으로 근접하게 제공된다 .In the energy conversion system described herein, ignition is provided at or substantially close to the combustion chamber interface for achieving energy conversion.
본원에 기재되는 에너지 전환 시스템에서 연료 분사, 하나 이상의 연료 분사들 중지 임의의 이벤트는 에너지 전환 시스템에 의해 원하는 정도의 작업이 달성될 때까지 재개된다 .In the energy conversion system described herein, fuel injection, one or more stops of fuel injections Any event is resumed by the energy conversion system until the desired degree of work is achieved.
본원에 기재된 에너지 전환 시스템에서 연료 분사에 의해 공급되는 연료를 완전 연소시키기에 필요한 함량을 초과하는 산화제는 각각의 연소 상황들을 절연하기 위한 엔빌로프로 유지된다. In the energy conversion system described herein, the oxidant in excess of the amount necessary to completely burn the fuel supplied by the fuel injection is maintained as an envelope to insulate the respective combustion situations.
본 발명의 범위를 이탈하지 않고다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 예를들면, 절연강도는 대안적 재료 및 처리 수단을 포함할 수 있도록 변경되거나 가변될 수 있을 것이다. 작동기 및 구동기는 연료 또는 인젝터 사용에 따라 바뀔 수 있을 것이다. 덮개는 연료 분배 형태 및 일체화를 보장히기 위하여 사용되고 덮개는 크기, 설계 또는 위치가 가변되어 상이한 효율 및 보호가 가능할 것이다. 대안으로, 인젝터는 변경될 수 있고, 예를들면, 전극, 광학, 작동기, 노즐 또는 몸체는 다른 재료로 제조되거나 도시되고 설명된 것과는 다르지만 여전히 본 발명의 사상 내에 있는 대안적 구성을 포함할 수 있다.It is apparent that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the dielectric strength may be changed or varied to include alternative materials and processing means. The actuator and driver may vary depending on fuel or injector usage. The shroud is used to ensure fuel distribution form and integration and the shroud may vary in size, design or location to allow for different efficiencies and protection. Alternatively, the injector may be modified, for example, the electrode, optics, actuator, nozzle or body may comprise alternative constructions made from other materials or different from those shown and described, but still within the spirit of the present invention. .
문맥에서 명백하게 달리 표기되지 않는 한, 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐, 단어들 ‘구성된다’, ‘구성되는’ 및 기타 등은 배제적 또는 전용적 의미와는 반대인 포괄적 의미로 해석되어야 한다; 즉, ‘포함하지만, 제한적이지 않는’다는 의미이다. 단수 또는 복수 사용하는 단어들 역시 각각 복수 또는 단수를 포함한다. 청구범위에서 둘 이상의 항목들을 나열함에 있어 ‘또는’이라는 단어를 사용할 때, 본 단어는 다음과 같은 단어의 모든 해석을 포함하는 것이다: 나열된 것에서 임의의 항목, 나열된 것에서 모든 항목, 및 나열된 것에서 임의 조합의 항목들.Unless expressly stated otherwise in the context, throughout the specification and claims, the words “comprise,” “comprise,” and the like are to be construed in an inclusive sense, as opposed to an exclusive or exclusive meaning; That means 'including but not limited to'. Singular or plural words also include plural or singular, respectively. When using the word 'or' in listing two or more items in a claim, the word includes all interpretations of the following words: any item in the listed, any item in the listed, and any combination in the listed Items in
상기된 다양한 실시예는 조합되어 또 다른 실시예들를 제공할 수 있다. 본 명세서 및/또는 출원 데이터 시트에 언급되는 모든 미국특허, 미국특허출원공개, 미국특허출원, 해외특허, 해외특허출원 및 비-특허문헌들은 본원에 전체가 참조로 포함된다. 본 발명의 양태들은, 필요하다면 다양한 특허, 출원, 및 공개들의 다양한 구성 및 개념을 연료 인젝터 및 점화 기구에 적용하도록 변형되어, 본 발명의 또 다른 실시예들을 제공할 수 있다. The various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. All U.S. patents, U.S. patent applications, U.S. patent applications, foreign patents, foreign patent applications, and non-patent documents referred to in this specification and / or application datasheets are incorporated herein by reference in their entirety. Aspects of the present invention may be modified to apply various configurations and concepts of various patents, applications, and publications to fuel injectors and ignition mechanisms, if desired, to provide further embodiments of the present invention.
상기 설명에 비추어 이러한 및 기타 변형들이 본 발명에 적용될 수 있다. 포괄적으로, 하기 청구범위에서, 사용되는 용어들은 본 명세서 및 청구범위에 개시된 특정 실시예들로 본 발명을 국한하는 것으로 해석되어서는 아니되고, 본 청구범위에 따라 작동 가능한 모든 시스템들 및 방법들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명은 본 개시에 의해 제한되지 않고, 오히려 본 범위는 하기 청구범위에 의해 광의로 판단되어야 한다.These and other variations can be applied to the present invention in light of the above description. In general, in the following claims, the terms used should not be construed as limiting the invention to the specific embodiments disclosed herein and in the claims, and include all systems and methods operable in accordance with the claims. Should be interpreted as. Accordingly, the present invention is not limited by the present disclosure, but rather the scope should be broadly determined by the following claims.
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