(57)【要約】本開示は、種々のタイプの燃料の効率的な噴射、点火、及び完全燃焼を提供する、一体化された点火器を備えた噴射器に向けられる。これらの一体化された燃料噴射器／点火器は、例えば、給気を形状設定するのに用いられる複数のドライバ、イオン化パラメータに基づいて作動を修正するのに用いられるコントローラなどを含むことができる。
2013503297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射器であって、
ベース部とノズル部との間に延びる中間部を有する本体であり、燃料が前記ベース部と前記ノズル部との間を通過して燃料燃焼機関の燃焼室に流れることを可能にするように構成されたチャネルを含む、本体と、
前記本体の前記チャネル内に収容されるアクチュエータであり、遠位端と近位端とを有する、アクチュエータと、
前記チャネルに流体的に結合され、且つ前記アクチュエータの遠位端に作動可能に接続される、流量制御装置
前記アクチュエータの近位端に作動可能に接続される第１のドライバと、
前記アクチュエータの前記近位端に作動可能に接続される第２のドライバと、
前記ドライバに作動可能に接続され、且つ前記ドライバに作動命令を提供するように構成される、コントローラと、
を備える燃料噴射器。
【請求項２】
前記第１のドライバが、前記アクチュエータに前記流量制御装置を前記ノズル部から開位置に外向きに移動させて前記チャネル内の燃料を前記チャネルから出すように構成されるドライバであり、前記第２のドライバが、前記流量制御装置が開位置にあるときに前記流量制御装置の前記移動を変調するように構成されるドライバである、請求項１に記載の燃料噴射器−点火器。
【請求項３】
前記第１のドライバが、前記アクチュエータに前記流量制御装置を前記チャネルに対し横方向に移動させるように構成される電磁構成要素であり、前記第２のドライバが、前記流量制御装置の前記横方向移動を変調するように構成される圧電構成要素である、請求項１に記載の燃料噴射器−点火器。
【請求項４】
前記流量制御装置が弁である、請求項１に記載の燃料噴射器−点火器。
【請求項５】
前記燃料燃焼機関内の燃料点火イベントと関連付けられるパラメータを計測するように構成されるセンサと、
前記コントローラに位置し、前記センサから受信され且つ前記計測されるパラメータと関連付けられるデータに基づいて前記ドライバに提供される前記作動命令を修正するように構成される、流れ修正構成要素と、
をさらに備える、請求項１に記載の燃料噴射器−点火器。
【請求項６】
直接燃料噴射エンジンの中に燃料を噴射するための燃料噴射器のコントローラにおける方法であって、
直接燃料噴射エンジンの燃焼室の内部の空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップと、
燃料噴射器の弁を操作する１つ又は複数のドライバに命令を伝送するステップと、
を含み、前記命令が、
前記燃料噴射器から前記燃焼室の中に燃料を分与するための開位置への弁の運動と関連付けられる情報と、
前記燃焼室の中に分与される前記燃料の形状を修正するための前記弁が開位置にあるときの前記弁の移動の変調と関連付けられる命令と、
を含む、方法。
【請求項７】
前記空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップが、前記燃焼室内の前記空気−燃料混合気の点火中の前記空気−燃料混合気のイオン化度を計測することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップが、前記空気−燃料混合気内の空気と燃料の比を計測することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップが、燃焼室内の点火イベントの間の前記空気−燃料混合気の燃焼速度を計測することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼機関の燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される燃料噴射システムであって、
燃料分与構成要素であり、前記燃焼室の中に或る表面積対体積比を有する燃料を分与するように構成される、燃料分与構成要素と、
計測構成要素であり、前記燃焼室内の状態を計測するように構成される、計測構成要素と、
前記燃料分与構成要素及び前記計測構成要素と通信する制御構成要素であり、前記燃焼室の中に分与される前記燃料の前記或る表面積対体積比の修正と関連付けられる命令を前記燃料分与構成要素に提供するように構成される、制御構成要素と、
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記燃料分与構成要素が、
ベース部とノズル部との間に延びる中間部を有する本体であり、前記ノズル部が前記燃焼機関に前記本体を接続するように構成される、本体と、
燃料を貯蔵し、且つ前記ベース部から前記ノズル部に燃料が流れることを可能にするように構成される、前記本体内に位置するチャネルと、
前記チャネル内に位置するアクチュエータであり、遠位端と近位端とを有するアクチュエータと、
前記チャネルに流体的に結合され、且つ前記アクチュエータの前記遠位端に作動可能に接続される、弁と、
前記アクチュエータの前記近位端に作動可能に接続される第１のドライバであり、前記弁の開放と関連付けられる前記制御構成要素によって提供される前記命令の少なくとも第１の部分を受信する、第１のドライバと、
前記アクチュエータの前記近位端に作動可能に接続される第２のドライバであり、開放弁の変調と関連付けられる前記制御構成要素によって提供される前記命令の少なくとも第２の部分を受信する、第２のドライバと、
を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記計測構成要素が、燃焼イベントの間の前記燃焼室内の空気−燃料混合気のイオン化パラメータを計測するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記計測構成要素が、前記燃料分与構成要素内に位置するセンサである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御構成要素が、プロセッサとメモリとを含み、前記メモリが、前記燃焼室内の状態に対する分与される燃料の種々の表面積と体積との比に関する入力を含むリレーショナル・データベースを収容する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
エンジンの燃焼室の中に燃料を噴射するための方法であって、
燃料噴射器の弁に第１の駆動力を適用するステップであり、前記第１の駆動力が前記弁を開き、前記燃料噴射器内の或る形状を有する燃料をエンジンの燃焼室の中に流すことになるステップと、
前記燃料噴射器の弁に第２の駆動力を適用するステップであり、前記第２の駆動力が前記弁を或る周波数で動かし、修正された形状を有する前記燃料を前記燃焼室の中に流すことになるステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記燃焼室内の点火イベントの間の前記燃料と空気との混合物のイオン化と関連付けられる情報を受信するステップと、
受信した前記イオン化情報に基づいて前記或る周波数とは異なる周波数で前記弁を動かすために前記第２の駆動力を適用するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記或る形状が、前記燃料の前記表面積と前記燃料の前記体積との或る比率によって画定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
燃焼室内の燃料を点火するためのシステムであって、
燃料噴射器であり、燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される燃料噴射器と、
２つの電極を含む燃料点火器であり、前記２つの電極に印加される電圧に応答して前記燃焼室内の空気と前記噴射される燃料との混合気を点火する電流を生じるように構成される、燃料点火器と、
イオン化センサであり、前記点火された混合物の前記イオン化を計測するように構成される、イオン化センサと、
作動コントローラであり、前記点火された混合物の前記計測されたイオン化に応答して前記燃料点火器の作動を修正するように構成される、作動コントローラと、
を備えるシステム。
【請求項１９】
前記作動コントローラが、前記計測されたイオン化に基づいて前記２つの電極に印加される前記電圧の極性を反転させる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記作動コントローラが、前記計測されたイオン化に基づいて前記２つの電極に印加される前記電圧の極性を反転させる周波数を調整する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記燃料点火器が、前記燃料噴射器の中に一体化される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記燃料点火器が、前記燃料噴射器から分離されるスパークプラグである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
燃料燃焼機関を作動させる方法であって、
前記燃料燃焼機関の燃焼室の中に燃料を噴射するステップと、
前記燃焼室内の電極に或る極性での電圧を印加して前記燃焼室内の空気と前記噴射される燃料との混合気を燃焼させるステップと、
エンジンサイクルの完了後に、
前記燃焼室の中に付加的な燃料を噴射するステップと、
前記エンジンサイクルの完了後に前記燃焼室内の前記電極に前記或る極性とは逆の極性での電圧を印加して空気と前記噴射される燃料との混合気を燃焼させるステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
２つのエンジンサイクルの完了後に、
前記燃焼室の中に付加的な燃料を噴射するステップと、
前記２つのエンジンサイクルの完了後に前記燃焼室内に前記或る極性とは逆の極性での電圧を印加して空気と前記噴射される燃料との混合気を燃焼させるステップと、
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００９年８月２７日に出願されたＯＸＹＧＥＮＡＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４２５号、２００９年８月２７日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬ  ＭＵＬＴＩＢＵＲＳＴと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４６６号、２００９年８月２７日に出願されたＦＵＬＬ  ＳＰＥＣＴＲＵＭ  ＥＮＥＲＧＹと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４７９号、２００９年１０月１９日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬ  ＳＴＯＲＡＧＥ，  ＭＥＴＥＲＩＮＧ  ＡＮＤ  ＩＧＮＩＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭと題する米国特許出願第１２／５８１，８２５号、２００９年１２月７日に出願されたＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ  ＡＮＤ  ＩＧＮＩＴＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＵＳＥ  ＡＮＤ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥと題する米国特許出願第１２／６５３，０８５号、２００９年１２月７日に出願されたＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ  ＡＮＤ  ＩＧＮＩＴＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＵＳＥ  ＡＮＤ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０９／６７０４４号、２０１０年２月１３日に出願されたＦＵＬＬ  ＳＰＥＣＴＲＵＭ  ＥＮＥＲＧＹ  ＡＮＤ  ＲＥＳＯＵＲＣＥ  ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＣＥと題する米国特許仮出願第６１／３０４，４０３号、及び２０１０年３月９日に出願されたＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＲＦ  ＳＨＩＥＬＤＩＮＧ，  ＦＯＲ  ＥＸＡＭＰＬＥ，  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲと題する米国特許仮出願第６１／３１２，１００号に基づく優先権及びその利益を主張するものである。これらの出願の各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
以下の開示は、一般に、内燃機関における種々の燃料を噴射し及び点火するための燃料噴射器及び点火器並びに関連する構成要素に関する。
【背景技術】
【０００３】
石油ベースの燃料作動用に設計されるエンジンは、非効率的であることが知れわたっている。例証すると、作動中に、ガソリンは空気と混合されて均一混合物を形成し、これは吸気サイクルのスロットル状態の間にエンジンの燃焼室に入る。ガソリン（燃料）と空気との混合物は、次いで、上死点（ＴＤＣ）状態の付近に圧縮され、スパークプラグ又は燃料点火器によって発生させられた火花のような火花によって点火される。
【０００４】
しばしば、現代のエンジンは、エンジンの装備重量を最小にし、且つエンジン内のピーク燃焼温度を制限する試みにおいて希薄な燃料−空気比を使用するように設計される。ピーク燃焼温度を制限する試みはまた、均一給気の燃焼速度を減少させるために水噴射及び種々の添加剤を含む可能性がある。これらのエンジンは、一般に、小さいシリンダと高いピストン速度を有する。エア・スロットリング（ａｉｒ  ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ）は、すべての作動電力レベルで火花点火可能な混合物を達成することが認められることがある空気、したがって燃料の量を制限するが、これらのエンジンはまた、燃焼室に入る均一に混合された燃料及び空気の流れのインピーダンスを最小にするように設計され、燃焼室ヘッドは、しばしば２つ又は３つの吸込み弁と２つ又は３つの排気弁戸を収容する。また、多くのエンジンは、オーバーヘッドカム軸及び他の弁作動によって作動される弁を含む。これらのエンジン構成要素は、エンジンにおけるピストンにわたって利用可能なスペースの多くを使用し、直接シリンダ燃料噴射器（ディーゼル又は圧縮点火エンジンに対して）又はスパークプラグ（ガソリンエンジンに対して）を挿入するエンジンヘッドにおける領域を制限する。
【０００５】
燃料噴射器とスパークプラグのために利用可能なスペースを制約する複数の弁に加えて、複数の弁は、燃焼室からエンジンヘッド及び関係する構成要素への熱伝達の間のより大きいヒートゲインに起因するエンジンヘッドに大きい熱負荷をしばしば供給する。特に弁の高速作動において、カム摩擦、弁ばね、バルブリフタ、及び他の構成要素によってエンジンヘッドにおいて発生した、さらなる熱が存在する場合がある。
【０００６】
エンジンの火花点火は、空気と燃料の混合気の、高電圧であるが、しかし低エネルギーのイオン化（１２：１以下の圧縮比で作動するスパークプラグを装備する自然吸気エンジンでは０．０５〜０．１５ジュールのような）である。適切なイオン化を維持するために、火花ギャップにおける周囲圧力が増加するとき、要求される電圧もまた増加するはずである。例えば、希薄な混合物を提供する燃料と空気とのより小さい比、持続した点火を達成するより広い火花ギャップ、過給又はターボ過給若しくは他の状態が、火花ギャップにおけるイオン化ポテンシャル又は周囲圧力を変化させ、したがって印加電圧の増加を必要とする可能性がある。
【０００７】
一般に燃焼室の壁の近くに位置する従来のスパークプラグ又は燃料点火器に印加される高電圧は、ピストン、シリンダ壁、シリンダヘッド、及び弁を含む燃焼室内の表面での及びその付近での空気−燃料混合気の燃焼に起因する熱損失をしばしば引き起こす。こうした熱損失は、エンジンの効率を低下させ、酸化、侵食、熱疲労、熱膨張に起因する増加した摩擦、歪み、そり、及び過熱した又は酸化した潤滑膜摩耗の存続性の損失に起因する摩耗をし易い燃焼室構成要素を劣化させる場合がある。その結果として、燃焼室表面に奪われる熱の量が多くなると、燃焼プロセスを完了するのに失敗する度合いがより多くなる。
【０００８】
空燃比を制御して、より高い燃料効率のためのより有利な燃焼状態、より低いピーク燃焼温度、及び窒素酸化物の生成の低減を提供する試みは、多くの付加的な問題を引き起こす。例えば、より低い又はより希薄な空燃比は、理論混合気又は燃料リッチな混合気よりもゆっくり燃える。そのうえ、よりゆっくりとした燃焼は、エンジンの２−ないし４−ストローク作動を完了するのにより多くの時間を要求し、したがってエンジン設計の比出力（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｐｏｗｅｒ）ポテンシャルを低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
内燃機関に関するこれらの及び他の問題が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】適切な噴射器／点火器の概略図である。
【図２】適切な噴射器／点火器の側断面図である。
【図３Ａ】適切な点火システムの側面図である。
【図３Ｂ】適切な点火システムの側面図である。
【図３Ｃ】適切な点火システムの側面図である。
【図４Ａ】燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する図である。
【図４Ｂ】燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する図である。
【図４Ｃ】燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する図である。
【図４Ｄ】燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する図である。
【図５】燃焼室の中に燃料を噴射するためのルーチンを例証する流れ図である。
【図６Ａ】燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する図である。
【図６Ｂ】燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する図である。
【図７】燃焼室内での点火中の空気−燃料混合気のイオン化を制御するためのルーチンを例証する流れ図である。
【図８】燃焼機関における燃料点火装置を作動させるためのルーチンを例証する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本出願は、２００８年１月７日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬ  ＳＴＯＲＡＧＥ，  ＭＥＴＥＲＩＮＧ，  ＡＮＤ  ＩＧＮＩＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭと題する米国特許出願第１２／００６，７７４号（現在は米国特許第７，６２８，１３７号）の主題のその全体を参照により本明細書に組み込む。本出願は、以下の米国特許出願、すなわち、２０１０年７月２１日に本出願と同時に出願されたＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ  ＡＮＤ  ＩＧＮＩＴＥＲＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＵＳＥ  ＡＮＤ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ（代理人整理番号６９５４５−８０３１ＵＳ）、ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲ  ＡＣＴＵＡＴＯＲ  ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ  ＡＮＤ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＵＳＥ  ＡＮＤ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ（代理人整理番号６９５４５−８０３２ＵＳ）、ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ  ＡＮＤ  ＩＧＮＩＴＥＲＳ  ＷＩＴＨ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＣＡＢＬＥ  ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０３３ＵＳ）、ＣＥＲＡＭＩＣ  ＩＮＳＵＬＡＴＯＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＵＳＥ  ＡＮＤ  ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ  ＴＨＥＲＥＯＦ（代理人整理番号６９５４５−８０３６ＵＳ）、ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＯＦ  ＴＨＥＲＭＯＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＲＥＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＴＯ  ＰＲＯＶＩＤＥ  ＯＸＹＧＥＮＡＴＥＤ  ＦＵＥＬ，  ＦＯＲ  ＥＸＡＭＰＬＥ，  ＷＩＴＨ  ＦＵＥＬ−ＣＯＯＬＥＤ  ＦＵＥＬ  ＩＮＪＥＣＴＯＲＳ（代理人整理番号６９５４５−８０３７ＵＳ）、及びＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＩＮＧ  ＴＨＥ  ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＯＸＩＤＥＳ  ＯＦ  ＮＩＴＲＯＧＥＮ  ＤＵＲＩＮＧ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  ＥＮＧＩＮＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０３８ＵＳ）の各々の主題のそれらの全体を参照により本明細書に組み込む。
【００１２】
概要
本開示は、種々の異なる燃料と共に用いられるように構成される燃料噴射器を提供するためのデバイス、システム、及び方法を説明する。幾つかの実施形態において、燃料噴射器は、電極のような点火構成要素を含み、組合せ噴射器−点火器として作用する。幾つかの実施形態において、燃料噴射器は、エンジンの燃焼室の中に燃料を噴射するときの燃料の形状又は他の特徴を修正するために燃料分与装置（例えば、弁）に２つ又はそれ以上の駆動力を付与するように構成される２つ又はそれ以上のドライバ又は力発生器を含む。例えば、燃料噴射器は、弁を開かせる電磁気ドライバと、開いた弁の開きを調節させる圧電ドライバとを含んでもよい。こうした調節は、とりわけ、変化する燃料密度の燃料エアロゾル、分散、又は霧のような余剰オキシダントの入った燃料の或る形状及び／又は表面積と体積との比を提供してもよい。
【００１３】
幾つかの実施形態において、燃料噴射及び／又は点火デバイスは、内燃機関、並びに関連するシステム、組立体、構成要素、及び方法と一体化される。例えば、本明細書で説明される幾つかの実施形態は、とりわけ、燃焼室の状態に基づいて種々の燃料の噴射及び／又は燃焼を最適化し又は改善する適合可能な燃料噴射器／点火器に向けられる。
【００１４】
幾つかの実施形態において、燃料噴射器及び／又は点火システムと関連付けられたコントローラは、燃焼室の或る特徴を計測し、燃料噴射器及び／又は点火システムの作動を適宜修正する。例えば、コントローラは、燃焼室内の空気−燃料混合気のイオン化を計測し、計測値に基づいて燃料噴射器及び／又は燃料点火器の作動を修正してもよい。幾つかの事例において、コントローラは、噴射される燃料の形状又は特徴を修正する。幾つかの事例において、コントローラは、とりわけ、燃料点火器の電極に印加される電圧の極性を反転させることなどによって燃料点火器の作動を修正する。噴射される燃料及び／又は種々のデバイスの作動のこうした修正は、とりわけ、空気−燃料混合気の改善された又はより速い点火を提供する可能性があり、又は電極及び他の内部構成要素の侵食を低減し又は防ぐ可能性がある。
【００１５】
或る詳細が以下の説明に及び図１〜図８に記載される。しかしながら、本開示の種々の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、燃焼システムの内燃機関、噴射器、点火器、コントローラ、及び／又は他の態様としばしば関連付けられる周知の構造体及びシステムを説明する他の詳細は以下に記載されない。したがって、以下に記載される詳細のうちの幾つかは、当該技術分野の当業者が開示された実施形態を作製し及び用いることを可能にするのに十分な様式で以下の実施形態を説明するために提供されることが理解されるであろう。本明細書で説明される詳細及び利点のうちの幾つかは、しかしながら、本開示の或る実施形態を実施するのに必要ではない場合がある。
【００１６】
図面に示された詳細、寸法、角度、形状、及び他の機能部の多くは、本開示の特定の実施形態の単なる例証である。したがって、他の実施形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の詳細、寸法、角度、及び機能部を有することができる。加えて、以下で説明される詳細のうちの幾つかを無しにして、本開示のさらなる実施形態を実施できることが、当該技術分野の当業者には分かるであろう。
【００１７】
本明細書の全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」という言及は、実施形態と組み合わせて説明される特定の機能部、構造体、又は特徴が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して種々の場所での「一実施形態において」又は「実施形態において」というフレーズの出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を言及するわけでない。そのうえ、特定の機能部、構造体、又は特徴は、あらゆる適切な様式で１つ又は複数の実施形態において組み合わされてもよい。加えて、本明細書で提供される見出しは、便宜のためだけのものであって、特許請求される開示の範囲又は意味を説明するものではない。
【００１８】
適切なシステム及びデバイス
本明細書で解説されるように、種々の異なる燃料噴射器及び／又は燃料点火器は、噴射される燃料の形状の修正、燃料とオキシダントの混合物の形状の修正、システム及びデバイスの作動の修正などを含む、本明細書で説明される幾つかの又はすべてのプロセスを行ってもよい。図１は、本開示の種々の実施形態に従って構成される適切な一体化された燃料噴射器／点火器１１０の概略図である。噴射器１１０は、燃焼機関内の燃焼室のような燃焼室１０４に種々の異なる燃料を噴射してもよい。さらに、噴射器１０４は、燃焼特性、パラメータ、及び／又は燃焼室１０４内の状態に基づいて燃料噴射又はバーストのパターン及び／又は周波数を適応して調整してもよい。したがって、噴射器１１０は、急速点火のような利点を達成し、燃焼の終了にかかる時間を減少させ、又は完全燃焼を達成するのに燃料が移動する総距離を減少させ、若しくは燃焼イベントからの熱損失を減少させるように噴射される燃料の特徴（例えば、燃料の形状）を最適化し又は改善する可能性がある。燃料を噴射することに加えて、噴射器１１０はまた、噴射される燃料を点火するように構成される１つ又は複数の一体化された点火デバイス及び構成要素を用いて、噴射される燃料を点火してもよい。従って、噴射器１１０は、従来の内燃機関を多くの異なる燃料と共に用いられるように変換するのに使用することができる。
【００１９】
噴射器１１０は、ベース部１１４とノズル部１１８との間に延びる中間部１１６を有する本体１１２を含む。ノズル部１１８は、エンジンヘッド１０７のポートを通して燃焼室１０４との境界面におけるノズル部１１８の端１１９の位置に少なくとも部分的に延びる。噴射器１１０は、本体１１２を通してベース部１１４からノズル部１１８に延びる通路又はチャネル１２３を含む。チャネル１２３は、本体１１２を通して燃料が流れることを可能にするように構成される。チャネル１２３はまた、アクチュエータ１２２のような他の構成要素が噴射器１１０の本体１１２、並びに計装構成要素及び／又はエネルギー源構成要素を通過することを可能にするように構成される。幾つかの場合において、アクチュエータ１２２は、ノズル部１１８の端部１１９によって支えられる流量制御装置又は弁１２０に作動関係で結合される第１の端部を有するケーブル又はロッドである。従って、フローバルブ１２０は、燃焼室１０４との境界面の近傍に位置決めされる。幾つかの場合において、噴射器１１０は、２０１０年７月２１日に同時出願されたＦｕｅｌ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｕｓｅ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅと題する米国特許出願に示すように１つよりも多いフローバルブ、並びに燃焼室１０４の近傍に並びに本体１１２上の他の場所に位置決めされる１つ又は複数の逆止め弁を含むことができる。
【００２０】
アクチュエータ１２２は、１つ又は複数のドライバ１２４、１３０、１４０に作動関係で結合される第２の端部を含む。第２の端部は、コントローラ又はプロセッサ１２６にさらに結合することができる。コントローラ１２６及び／又はドライバ１２４、１３０、１４０は、アクチュエータ１２２を介して弁１２０に燃焼室１０４の中に燃料を噴射させるように構成される。幾つかの事例において、ドライバのうちの１つ又は複数によって駆動されるアクチュエータ１２２は、燃料を計量し及び噴射を制御するために、フローバルブ１２０を外向きに（例えば、燃焼室１０４の方に）動かす。幾つかの事例において、ドライバのうちの１つ又は複数によって駆動されるアクチュエータ１２２は、燃料を計量し及び噴射を制御するために、フローバルブ１２０を内向きに（例えば、燃焼室１０４から離れる方に）動かす。
【００２１】
ドライバ１２４、１３０、１４０は、コントローラ１２６並びに命令を提供する他の構成要素から受信した命令に応答する。噴射される燃料バーストの所望の周波数、パターン、及び／又は形状を達成するために、音響ドライバ、電磁気ドライバ、圧電ドライバなどのような種々の異なるドライバが、アクチュエータ１２２に力を付与してもよい。
【００２２】
本明細書で解説されるように、幾つかの実施形態において、燃料噴射器は、アクチュエータ１２２に駆動力を付与するのに用いられる２つ又はそれ以上のドライバを含む。例えば、第１のドライバ１２４は、フローバルブ１２０を閉位置又は着座位置に保持するためにアクチュエータ１２２に張力をかけてもよく、又はフローバルブ１２０に燃料を噴射させるためにアクチュエータ１２２を弛緩させてもよく、逆もまた同様である。第２のドライバ１３０又は１４０は、アクチュエータ１２２を開位置に閉じ、振動させ（ｖｉｂｒａｔｅ）、脈動させ（ｐｕｌｓａｔｅ）、又は調整してもよい。したがって、燃料噴射器１１０は、噴射される燃料バーストの所望の周波数、パターン、及び／又は形状を達成するために弁１２０に対する２つ又はそれ以上の駆動力を採用してもよい。
【００２３】
幾つかの実施形態において、燃料噴射器１１０は、燃焼室の特性及び状態を検出するために１つ又は複数の一体化された感知構成要素及び／又は伝送構成要素を含む。アクチュエータ１２２は、光ファイバケーブルから、ロッド又はケーブル内で一体化される絶縁されたトランスデューサから形成されてもよく、又は、燃焼室のデータを検出し且つ通信する他のセンサを含むことができる。燃料噴射器１１０は、燃料噴射器１１０上の又は中の種々の位置にある他のセンサ又は監視装置（図示せず）を含んでもよい。燃焼データをコントローラ１２６のような１つ又は複数のコントローラに通信するために、本体１１２は、本体１１２の材料の中に一体化される光ファイバを含んでもよく、又は本体１１２の材料が用いられてもよい。
【００２４】
加えて、フローバルブ１２０は、燃料噴射器１１０と関連付けられた１つ又は複数のコントローラに燃焼データを伝送するために、データを計測し又はセンサに搬送するように構成されてもよい。データは、無線、配線、光、又は他の伝送デバイス及びプロトコルを介して伝送されてもよい。こうしたフィードバックは、例えば、燃料送達圧、燃料噴射開始タイミング、複数の層にされた又は層状給気の生産のための燃料噴射持続時間、１つの、複数の、又は連続したプラズマの点火又は容量放電のタイミング、構成要素の侵食の防止などを含む燃料噴射因子及び特徴を最適化するための極めて迅速且つ適応的な調整を可能にする。
【００２５】
コントローラ１２６は、センサによって計測されたデータを受信し、センサから受信されたデータを格納し、燃料噴射器の燃料噴射、又は燃料点火器、プロセッサ、通信構成要素などの作動と関連付けられた他のデータを格納することができる及びそうするように構成される構成要素を含んでもよい。したがって、コントローラは、種々の作動を調整する及び／又は修正するのに用いられる種々のマイクロプロセッサ、メモリ構成要素、通信構成要素、及び他の構成要素を含んでもよい。コントローラ１２６及び／又はドライバ１２６、１３０、１４０の構成要素のような本明細書で説明されるこれらの構成要素、モジュール、又はシステムは、作動の遠隔地から中央コマンド及び制御位置への無線通信を含む本明細書で説明される目的に適したソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、若しくはソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアのあらゆる組合せ（単数又は複数）を備えてもよい。ソフトウェアは、点火システム又は点火システムを使用する車両と関連付けられるコンピュータのような汎用コンピュータによって実行されてもよい。システムの態様は、他の通信構成、データ処理構成、又はコンピュータシステム構成と共に実施できることが当該技術分野の当業者には分かるであろう。そのうえ、システムの態様は、本明細書で詳述されるコンピュータで実行可能な命令のうちの１つ又は複数を実行するために具体的にプログラムされ、構成され、又は構築される特殊用途のコンピュータ又はデータ処理装置で具体化することができる。本明細書で説明されるデータ構造は、本明細書で説明される目的に適したコンピュータファイル、変数、プログラミングアレイ、プログラミング構造、又はあらゆる電子情報格納スキーム又は方法、若しくはこれらのあらゆる組合せを備えてもよい。データ構造、ルーチン、アルゴリズムなどのようなデータ及び他の情報は、磁気的に又は光学的に可読のコンピュータディスク、配線接続される又は予めプログラムされたチップ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ半導体チップ）、ナノテクノロジーメモリ、生物学的メモリ、又は他のデータ記憶媒体を含むコンピュータ可読媒体上に格納され又は分散されてもよい。
【００２６】
幾つかの実施形態において、燃料噴射器１１０は、エンジンヘッド１０７に隣接する端部１１９によって支えられる点火及び流量調整装置又はカバー１２１を含む。カバー１２１は、フローバルブ１２０を少なくとも部分的に包囲し、又は取り囲む。カバー１２１はまた、噴射器１１０の或る構成要素を保護するように構成されてもよい、センサ又は他の監視構成要素のような。カバー１２１はまた、噴射される燃料の点火のための触媒、触媒担体、及び／又は第１の電極として作用してもよい。そのうえ、カバー１２１は、噴射される燃料の形状、パターン、及び／又は相に影響を及ぼすように構成されてもよい。
【００２７】
幾つかの実施形態において、フローバルブ１２０は、噴射される燃料のこれらの特性に影響を及ぼすように構成され、且つ噴射される燃料の点火のために用いられる１つ又は複数の電極を含んでもよい。例えば、カバー１２１及び／又はフローバルブ１２０は、これらの構成要素を通過して流れる燃料の突然のガス化をもたらすように構成することができる。カバー１２１及び／又はフローバルブ１２０は、迅速に流入する液体燃料又は液体及び固体燃料の混合物からガス又は蒸気を生じる鋭い縁部、触媒、又は他の機能部を有する表面を含むことができる。フローバルブ１２０の作動の加速及び／又は周波数はまた、噴射される燃料を突然にガス化することができる。作動時には、突然のガス化は、ノズル部１１８から発せられる蒸気又はガスを迅速に且つ完全に燃焼させる。突然のガス化は、過熱する液体燃料及びプラズマ又は発射される燃料バーストの音響的勢いとの種々の組合せで用いられてもよい。幾つかの事例において、複数の駆動力に起因する変調された運動のようなフローバルブ１２の運動が、噴射される燃料の形状及び／又はパターンに有益に影響を及ぼすようにプラズマ発射を誘起する。
【００２８】
幾つかの実施形態において、本体１１２の少なくとも一部は、未精製の燃料又は低いエネルギー密度の燃料を含む異なる燃料を燃焼させるために噴射される燃料の高エネルギー点火を可能にするのに適した１つ又は複数の誘電体材料１１７から作製される。これらの誘電体材料１１７は、点火のための火花又はプラズマの生産、分離、及び／又は送達に用いられる高電圧からの十分な電気絶縁を提供する可能性がある。幾つかの事例において、本体１１２は、単一の誘電体材料１１７から作製される。幾つかの事例において、本体１１２は、２つ又はそれ以上の誘電体材料から作製される。例えば、中間部１１６は、第１の絶縁耐力を有する第１の誘電体材料から作製されてもよく、ノズル部１１８は、第１の絶縁耐力よりも大きい第２の絶縁耐力を有する誘電体材料から作製されてもよい。比較的強い第２の絶縁耐力により、第２の誘電体材料は、燃料噴射器１１０を熱的及び機械的ショック、ファウリング、電圧トラッキングなどから保護してもよい
【００２９】
幾つかの実施形態において、燃料噴射器１１０は、点火イベントを発生させ、及び噴射される燃料を燃焼させるために、電源又は高電圧源に結合される。第１の電極は、燃料噴射器１１０を通して延びる１つ又は複数の導体を介して電源（例えば、容量放電、誘導、又は圧電システムのような電圧発生源）に結合することができる。ノズル部１１８、フローバルブ１２０、及び／又はカバー１２１の領域は、エンジンヘッド１０７における又はエンジンヘッド１０７と一体化される対応する第２の電極と共に、点火イベントを発生させるために第１の電極として動作してもよい。例となる点火イベントは、燃焼を迅速に誘起し、推進し、及び完了させる超音波の適用としばしば併せて、火花、プラズマ、圧縮点火作動、高エネルギー容量放電、延長された誘導により生じる火花（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅｄ  ｓｐａｒｋｓ）、及び／又は直流又は高周波プラズマを発生させることを含む。
【００３０】
図２は、点火システムと共に用いられる例となる燃料噴射器２１０の側断面図である。燃料噴射器２１０は、図１を参照して上記で説明された噴射器１１０の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器２１０は、ベース部２１４とノズル部２１８との間に延びる中間部２１６を有する本体２１２を含む。ノズル部２１８は、ノズル部２１８の端が燃焼室２０４との境界面に位置するようにエンジンヘッド２０７を少なくとも部分的に通して延びる。本体２１２は、燃料が噴射器２１０を通して流れるように、その一部を通して延びるチャネル２６３を含む。他の構成要素もまた、チャネル２６３を通ることができる。例えば、噴射器２１０は、コントローラ又はプロセッサ２２６に作動関係で結合される、２２４、２６０、及び２２２を含む組立体のようなアクチュエータをさらに含む。アクチュエータ・ロッド又はケーブル構成要素２２２はまた、弁又はクランプ部材２６０に結合される。アクチュエータ２２２は、ベース部２１４におけるドライバ２２４からノズル部２１８におけるフローバルブ２２０までチャネル２６３を通して延びる。特定の実施形態において、アクチュエータ２２２は、例えば、無線トランスデューサ・ノードと共に、光ファイバ、電気信号ファイバ、及び／又は音響通信ファイバを含む、ケーブル又はロッド組立体とすることができる。アクチュエータ２２２は、フローバルブ２２０に、燃焼室２０４の中に複数の燃料バーストを迅速に導入させるように構成される。アクチュエータ２２２はまた、燃焼特性を検出し、及び／又はコントローラ２２６に送信することができる。
【００３１】
例証される実施形態の１つの特徴によれば、アクチュエータ２２２は、閉位置において対応する弁座２７２に接触してとどまる状態でフローバルブ２２０を保持する。ベース部２１４は、２つ又はそれ以上の力発生器２６１又はドライバ（概略的に示される）を含む。力発生器２６１は、電磁力発生器、圧電力発生器、電磁力発生器と圧電力発生器との組合せ、又は空気圧式及び油圧式を含む他の適切なタイプの力発生器、並びに対応する組合せ及び順列であってもよい。力発生器２６１は、ドライバ２２４を動かす駆動力を生じるように構成される。ドライバ２２４は、アクチュエータ２２２と共にクランプ部材２６０を動かすためにクランプ部材２６０と接触する。例えば、力発生器２６１は、クランプ部材２６０を引っ張り、且つアクチュエータ２２２に張力をかけるために、ドライバ２２４に対して作用する力を生じることができる。張力をかけられたアクチュエータ２２２は、フローバルブ２２０を閉位置にある弁座２７２に保持する。力発生器２６１がドライバ２２４に対して作用する力を生じないとき、アクチュエータ２２２が弛緩され、これによりフローバルブ２２０が燃焼室２０４の中に燃料を導入できるようになる。
【００３２】
弛緩位置において、力発生器２６１は、フローバルブの運動を高周波数で変調することなどによってアクチュエータ２２２がフローバルブ２２０を動かすことになる、第２の力を生じてもよい。したがって、第１の力発生器は、弁を開く力を付与してもよく、第２の力発生器は、弁を振動させて開閉する、又は弁が開かれるときにアクチュエータを変調する力を付与してもよい。
【００３３】
ノズル部内２１８に、フローバルブ２２０の作動及び位置決めを容易にする構成要素を含んでもよい。例えば、フローバルブ２２０は、第１の強磁性材料から作製することができ、又は他の方法（例えば、フローバルブ２２０の一部のめっきを介して）で第１の強磁性材料を組み入れる。２７０又は２７２のようなノズル部内２１８で、第１の強磁性材料に引き付けられる対応する第２の強磁性材料を支えることができる。例えば、弁座２７２は第２の強磁性材料を組み入れることができる。このように、これらの引き付けることができる構成要素は、フローバルブ２２０を弁座２７２の中央に配置するのを助けるとともに、フローバルブ２２０の迅速な作動を容易にすることができる。幾つかの事例において、フローバルブ２２０を弁座２７２の少なくとも部分的に中央に配置するために、アクチュエータ２２２は、１つ又は複数のセンターライン・ベアリング（参照によりその全体が組み込まれる同時出願のＦｕｅｌ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｕｓｅ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅと関連付けられた図にさらに示される）を通ることができる。
【００３４】
噴射器２１０のこれらの引き付けることができる構成要素（例えば、フローバルブ２２０と関連付けられる磁気構成要素）を作動させるためにエネルギーを提供することで、フローバルブ２２０の閉鎖を促進するとともに、フローバルブ２２０に対して作用する増加した閉鎖力を提供してもよい。こうした構成は、とりわけ、フローバルブ２２０の極めて迅速な開放及び閉鎖サイクルタイムを可能にすることができる。最初の火花又はプラズマ生成のための電圧の印加は、弁座２７２の表面付近を通る燃料をイオン化する可能性があり、これはまた、完全点火及び燃焼をさらに促進するために、燃焼室２０４に隣接する燃料と空気との混合気をイオン化する可能性がある。
【００３５】
ベース部２１４はまた、伝熱フィン（例えば螺旋フィン）のような熱伝達機能部２６５を含む。ベース部２１４はまた、ラジエータのような排熱装置への閉ループ循環のために選択された物質と、エンジンの作動によって消費される燃料又は別の反応物のような物質を含む適切な冷却液であり、熱伝達機能部２６５の周りに流れることができるような冷却液を導入するための第１の取付具２６２ａ、並びに、冷却液がベース部２１４を出ることを可能にする第２の取付具２６２ｂを含む。燃料噴射器のこうした冷却は、膨張すると急速に冷える燃料のような低温燃料が用いられるときに凝縮及び／又は氷が生成するのを少なくとも部分的に防ぐことができる。高温燃料が用いられるときには、しかしながら、こうした熱交換は、とりわけ、燃焼室への通路内に収容された燃料の蒸気圧を局所的に減少させ又は維持し、且つ望ましくない時点でのドリブリングを防ぐのに使用されてもよい。
【００３６】
幾つかの実施形態において、フローバルブ２２０は、燃焼室のイベントを監視するための計装２７６を支えてもよい。例えば、フローバルブ２２０は、石英又はサファイアのような概して透明な材料から作製されたボール弁であってもよい。ボール弁２２０は、ボール弁２２０の内部に計装２７６（例えば、センサ、トランスデューサなど）を支えることができる。幾つかの事例において、エンジンヘッド２０７の面と概して平行な平面内でボール弁２２０を切断することによって、ボール弁２２０の中にキャビティが形成される。このように、ボール弁２２０は、ベース部２７７並びにレンズ部２７８に分けることができる。計装２７６を受け入れるために、ベース部２７７の中に円錐形キャビティのようなキャビティを形成することができる。次いで、ボール弁２２０の概して球形の形状を保持するために、ベース部２７７にレンズ部２７８を再び取り付ける（例えば接着する）、又は別のタイプのレンズを提供することが望まれる場合には修正することができる。このように、ボール弁２２０は、計装２７６を燃焼室２０４の境界面に隣接して配置する。したがって、計装２７６は、例えば、圧力データ、温度データ、動きデータ、及び他のデータを含む燃焼データを計測し及び通信することができる。
【００３７】
幾つかの事例において、フローバルブ２２０は、計装２７６を保護する処理面を含む。例えば、フローバルブ２２０の面は、ダイヤモンド状めっき、サファイア、光学的に透明な六方晶の窒化ホウ素、ＢＮ−ＡｌＮ複合材、酸窒化アルミニウム（Ａｌ23Ｏ27Ｎ5スピネルを含むＡｌＯＮ）、アルミン酸マグネシウムスピネル、及び／又は他の適切な保護材料のような比較的不活性な物質を堆積することによって保護されてもよい。
【００３８】
本体２１２は、中間部２１６からノズル部２１８に延びる導電めっき２７４を含む。導電めっき２７４は、導電体又はケーブル２６４に結合される。ケーブル２６４はまた、適切な噴射器２１０にエネルギーを送達するのに適した圧電、誘導性、容量性、又は高電圧回路のような発電機に結合することができる。導電めっき２７４は、ノズル部２１８にエネルギーを送達するように構成される。例えば、弁座２７２における導電めっき２７４は、エンジンヘッド２０７の対応する導電部と共に点火イベント（例えば、火花又はプラズマ）を発生させる第１の電極として作用することができる。
【００３９】
一実施形態において、ノズル部２１８は、火花侵食に耐える材料からなる外部スリーブ２６８を含む。スリーブ２６８はまた、導体２７４、２７２又は導電めっき２７４（例えば、ノズル部２１８の電極ゾーン）との間で伝達される火花堆積された材料に耐えることができる。ノズル部２１８は、熱及び燃焼室を劣化させる他の因子から噴射器２１０を少なくとも部分的に保護するように構成される、強化されたヒート・ダム又は保護部２６６を含んでもよい。保護部２６６はまた、燃焼室２０４の中の温度、熱的及び機械的ショック、及び／又は圧力イベントのような燃焼パラメータを計測し又は監視するための１つ又は複数のトランスデューサ又はセンサを含むことができる。
【００４０】
中間部２１６とノズル部２１８は、第２の絶縁体２１７ｂを少なくとも部分的に取り囲む第１の絶縁体２１７ａを含む、誘電絶縁体を含む。第２の絶縁体２１７ｂは、中間部２１６からノズル部２１８に延びる。したがって、少なくとも第２の絶縁体２１７ｂのセグメントは、燃焼室２０４に隣接して配置される。幾つかの事例において、第２の絶縁体２１７ｂは、第１の絶縁体２１７ａよりも大きい絶縁耐力をもつものである。このように、第２の絶縁体２１７ｂは、燃焼室２０４の近傍の厳しい燃焼条件に耐えるように構成することができる。幾つかの事例において、噴射器２１０は、単一の材料から作製された絶縁体を含む。
【００４１】
幾つかの実施形態において、ノズル部２１８における第２の絶縁体２１７ｂの少なくとも一部は、燃焼室２０４から離間される。これは、ノズル部２１８のエンジンヘッド２０７（例えば、第２の電極）と導電めっき２７４（例えば、第１の電極）との間に空気スペース２７０のギャップ又は体積を形成する。噴射器２１０は、燃料噴射イベントの前にスペース２７０の中で空気のようなイオン化オキシダントのプラズマを生成することができる。このイオン化空気のプラズマ発射は、プラズマに入る燃料の燃焼を加速することができる。そのうえ、プラズマ発射は、所定の燃焼室特徴に従って迅速に燃焼する燃料の形状に影響を及ぼすことができる。同様に、噴射器２１０はまた、高エネルギープラズマを生じるために燃料構成要素又は燃料構成要素とオキシダントとのイオン化された混合物をイオン化することができ、これはまた、燃焼する燃料の分布パターンの形状に影響を及ぼす又は変化させることができる。
【００４２】
したがって、燃料噴射器１１０及び２１０は、種々の燃料形状又はパターンをもたらす及び／又は修正するために、弁及び他の燃料分与装置に複数の駆動力を付与することができるドライバ、力発生器などのような種々の構成要素及びデバイスを含む。燃料噴射器１１０及び２１０はまた、燃焼室内の燃焼イベントと関連するパラメータ及び他のデータを計測し、且つ点火システム内の状態に基づいて燃料噴射器及び燃料点火器の作動を修正することができるコントローラのような種々の構成要素及びデバイスを含む。種々の適切な点火環境がここで解説されるであろう。
【００４３】
図３Ａは、燃料噴射器３１０を有する内燃システム３００に適した点火環境を例証する側面図である。燃焼室３０２は、燃料噴射器３１０及び弁を含むヘッド部と、可動ピストン３０１と、シリンダ３０３の内面との間に形成される。もちろん、燃料噴射器３１０は、種々のベーン、軸方向及び半径方向ピストン・エキスパンダ、多くのタイプの回転燃焼機関などを含む、他のタイプの燃焼室及び／又はエネルギー伝達装置を伴う環境のような他の環境で実装されてもよい。
【００４４】
燃料噴射器３１０は、燃焼室３０２内での異なる燃料の噴射及び点火を可能にするだけでなく、噴射器３１０が異なる燃焼条件又は要件に従ってこれらの異なる燃料を適応して噴射できる及び点火できるようにする、幾つかの機能部を含んでもよい。例えば、噴射器３１０は、未精製の燃料又は低いエネルギー密度の燃料を含む異なる燃料タイプの高エネルギー点火を可能にするように構成される１つ又は複数の絶縁材料を含んでもよい。絶縁材料はまた、例えば、高電圧条件、疲労条件、衝撃条件、酸化、侵食、及び侵食劣化を含む異なる燃料タイプを燃焼させるのに要求される条件に耐えてもよい。
【００４５】
噴射器３１０は、燃焼室３０２における種々の燃焼特性（例えば、燃焼プロセス、燃焼室３０２、エンジン３０４などの特性）を感知するための計装を含んでもよい。これらの感知される条件に応答して、噴射器３１０は、とりわけ、燃料効率及び電力生産の増加、並びにエンジン及び／又は車両寿命を延ばすためにノイズ、エンジンノック、熱損失、及び／又は振動の減少を達成するように、燃料噴射及び点火特徴を適応して最適化することができる。
【００４６】
噴射器３１０は、噴射される燃料の特定の流動パターン又はスプレー・パターン３０５、並びにその位相を達成するように燃焼室３０２の中に燃料を噴射する、作動構成要素を含んでもよい。例えば、噴射器３１０は、燃焼室３０２の境界面の近傍に位置決めされる１つ又は複数の弁を含んでもよい。噴射器３１０の複数のドライバ又は力発生器のような作動構成要素は、少なくとも以下の特徴、すなわち、燃料噴射開始及び終了のタイミング、繰り返される燃料噴射の周波数及び持続時間、噴射される燃料の形状、点火イベントのタイミング及び選択などを制御するために正確な弁の高周波作動を提供する。
【００４７】
図３Ｂは、上側絶縁部に位置し、且つ燃焼室の非常に近くに位置する燃料流量制御弁から電気的に分離される、適切な燃料弁オペレータと共に、実施形態に関して開示されたように作動する特徴的なエンジンブロック及びヘッド構成要素の及び噴射器３２８の部分図を示し、この場合、層状給気燃料噴射パターン３２６は、図示された燃焼室の幾何学的形状に適応するために図示のように非対称である。こうした非対称の燃料浸透パターンは、好ましくは、前の図に示されたスロットの部分におけるより広いギャップのような適切により大きい燃料送達通路を作成することによってもたらされ、図示のように適切な燃料浸透線のパターン３２７で燃焼室に入る燃料のより多くの浸透を引き起こして、燃焼剤（ｃｏｍｂｕｓｔａｎｔ）としての及び燃焼を取り巻く過剰の空気絶縁体としての最適化された空気利用を提供し、ピストン３２４、吸気弁又は排気弁３２２を含むヘッドの構成要素、又は通路の中の冷却液を含むエンジンブロックへの熱損失を最小にする。
【００４８】
図３Ｃは、適切な点火システム３４０の略側断面図である。点火システム３４０は、一体化された燃料噴射器／点火器３４２（例えば、本明細書で説明されるような噴射器）と、燃焼室３４６と、１つ又は複数のスロットルを絞られない（ｕｎｔｈｒｏｔｔｌｅｄ）空気フローバルブ３４８（第１のバルブ３４８ａ及び第２のバルブ３４８ｂとして個々に識別される）と、エネルギー伝達装置、すなわちピストン３４４とを含む。噴射器３４２は、燃焼室３４６の中に燃料３５２の層化された又は層状給気を噴射するように構成される。点火システム３４０は、空気のような豊富な又は過剰量のオキシダント中で燃料３５２を噴射し及び点火するように構成される。弁３４８は、燃焼イベントに先立って燃焼室３４６の中に空気のようなオキシダントが周囲圧力で又は正圧でも流入できるようにする。例えば、システム３４０は、燃料３５２を点火するのに先立って燃焼室３４６に空気が入るのを制約することによって真空が生じないように燃焼室への空気の流れにスロットルをかける又は他の方法で妨げることなく作動することができる。燃焼室３４６における周囲圧力又は正圧に起因して、過剰オキシダントが、燃焼室（例えば、シリンダ壁、ピストン、エンジンヘッドなど）の表面に隣接する絶縁性障壁３５０を形成する。
【００４９】
作動時には、燃料噴射器３４２は、過剰オキシダントが存在する状態で燃焼室３４６の中に層化された又は層状燃料３５２を噴射する。幾つかの事例において、ピストン３４４が上死点位置にある又はこれを越えるときに噴射が起こる。幾つかの事例において、燃料噴射器３４２は、ピストン３４４が上死点に到達する前に燃料３５２を噴射する。噴射器３４２は、本明細書で説明されるように層化された給気の生産を含む燃料３５２を適応して噴射するように構成されるので、燃料３５２は、オキシダントの絶縁性障壁３５０が存在する状態で迅速に点火し及び完全に燃焼するように構成される。従って、余剰オキシダントの絶縁ゾーンは、燃料３５２が点火するときに燃料３５２から与えられる熱から燃焼室３４６の壁を実質的に遮蔽する一種の障壁３５０として働き、これにより、燃焼室３４６の壁の熱損失を回避する。結果として、燃料３５２の急速燃焼によって放出される熱が、燃焼室表面に損失として伝達されるのではなく、ピストン３４４を駆動させる仕事に変換される。
【００５０】
本明細書で解説されるように、燃料は、種々のバースト・パターン又は形状で噴射される。図４Ａ〜図４Ｄは、噴射される燃料の幾つかの燃料バースト・パターン４０５（４０５ａ〜４０５ｄとして個々に識別される）を例証する。当該技術分野の当業者であれば分かるように、例証されるパターン４０５は、種々のパターンのうちの単なる代表的なものであり、他のパターンももちろん可能である。パターン４０５は異なる形状及び構成を有するが、これらのパターン４０５は、一連の燃料層４０７を有するという特徴を共有する。対応するパターン４０５の個々の層４０７は、噴射される燃料の比較的大きい表面対体積比の利点を提供する。大きい表面対体積比は、燃料給気のより高い燃焼率（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）を提供すると共に、燃料給気を絶縁し及びその完全燃焼を加速するのを支援する。速い且つ完全な燃焼は、より遅く燃える燃料給気を上回る幾つかの利点を提供する。例えば、より遅く燃える燃料給気は、より早期の点火を必要とし、燃焼室表面への多大な熱損失を引き起こし、より早期の点火からのより早期の圧力上昇を克服するために、より多くのバックワーク（ｂａｃｋｗｏｒｋ）又は出力トルク損失をもたらす。
【００５１】
複数の駆動力
本明細書で解説されるように、本明細書で説明されるシステム、デバイス、及びプロセスは、異なる燃料タイプに対する種々の燃焼要件を最適化する。それらは、一緒に作用して或る燃料噴霧パターンを噴射する又は燃焼機関の燃焼室への燃料の導入を他の方法で変調する多数のアクチュエータ又はドライバ（例えば、圧電、磁気、油圧など）を有する燃料噴射器／点火器を含む。
【００５２】
図５は、燃焼室の中に燃料を噴射するためのルーチン５００を例証する流れ図である。ステップ５１０において、燃料噴射器と関連付けられたコントローラが、燃焼室と関連付けられた状態のような燃焼機関における点火状態に関するフィードバックを受信する。コントローラは、燃料噴射器の中に一体化されるセンサのような情報及びデータを計測し及び受信する多くの異なるセンサを採用してもよい。センサは、圧力、温度、オキシダント・インベントリへの燃料浸透、その後の燃料分布パターン、燃料分布パターンの動き、混合物の燃焼中の空気−燃料混合気のイオン化と関連付けられたデータ、生産される混合物の燃焼率（ｒａｔｅ  ｏｆ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）、燃焼される混合物中の燃料と空気との比、過剰オキシダントへの燃焼生成物の浸透、燃焼生成物のパターン、燃焼生成物の動きなどを含む、燃焼室内の点火イベント及び燃焼イベントの種々のパラメータと関連付けられたデータを計測してもよい。
【００５３】
ステップ５２０において、コントローラは、燃料噴射器のアクチュエータに、燃料噴射器の弁又は他の燃料分与装置への第１の駆動力を付与させる。図４Ａ〜図４Ｄに示されたような所望の形状又はパターンで燃焼室の中に燃料を噴射するために、１２０又は２００のような燃焼室境界面における燃料制御弁又は同時係属出願（２０１０年７月２１日に同時出願され、上記の開示で参照することにより組み込まれる）の種々の他の構成を或る周波数で開閉させる或る駆動力を付与するのに、例えば、コントローラは、燃料噴射圧の調整、各燃料噴射の開始タイミングの調整、各燃料噴射イベントが終了するタイミング調整、各燃料噴射イベント間の時間の調整、及び調整を含む命令をドライバ又は力発生器に提供してもよい。
【００５４】
ステップ５３０において、コントローラは、アクチュエータに、燃料噴射器の弁又は他の燃料分与装置への第２の駆動力を付与させる。幾つかの事例において、コントローラは、燃料噴射器内のアクチュエータに、弁を開位置と閉位置との間で振動させる又は燃料の噴射中の燃料の形状又はパターンをさらに修正する第２の駆動力を付与させる。例えば、コントローラは、弁が開かれるときに弁の運動を高周波数で変調し、且つ燃料が燃料噴射器から及び燃焼室の中に流れることを可能にしてもよい。高周波変調は、種々の表面積対体積比を有する燃料形状又は給気形状を生じる。幾つかの事例において、コントローラは、燃焼室内の状態に対し適切な且つ効果的な燃料形状を提供するために、ステップ５１０で受信した情報に基づいて変調を行う。
【００５５】
ルーチン５００を実行することができる燃料噴射器は、種々の異なるドライバを採用してもよい。高いピストン速度の事例では、第１のドライバは圧電弁ドライバであってもよく、第２のドライバは圧電ドライバであってもよい。幾つかの事例において、アクチュエータ・ケーブルに共振振動（ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を付与することができるあらゆるドライバが、第２のドライバとして作用してもよい。例えば、ソレノイドは、（バイオリンの弦を爪弾くことと類似した）変調を達成するために、パルス幅変調を用いてアクチュエータ・ケーブルにパルスを印加してもよい。パルス幅変調は、複数の燃料噴射の所望の形状及び表面対体積比をもたらすように適応して調整されてもよい。他の例では、弁又は制御ケーブルの種々の複数の共振振動によって燃料のより濃密な層（単数又は複数）及びあまり濃密でない層（単数又は複数）が生じる場合がある。大きい燃焼室の事例では、第１のドライバは、油圧又は空気圧弁ドライバであってもよく、第２のドライバは、ソレノイド、圧電ドライバ、油圧ドライバ、空気圧ドライバなどを使用してもよい。
【００５６】
幾つかの事例において、燃料噴射器の燃焼室内の又はキャビティ内のプラズマは、噴射される燃料形状に対して第２の力を付与してもよい。プラズマの仕事性能（ｗｏｒｋ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）は、各燃料噴射の前に及び／又は各燃料噴射の後で燃料、燃料−空気混合気、又は空気を突然に加熱し、膨張し、突き進める、及び推進するために印加される電圧及び電流に依存する。したがって、点火イベントの間に生じるプラズマは、燃料形状を修正する可能性がある。点火イベントの間にもたらされる電流の恒久的な又は電磁加速は、プラズマが燃料形状を修正するのを支援する可能性がある。
【００５７】
例証すると、各燃料噴射の前の空気のようなオキシダント中のプラズマ発生が、燃焼室内の残りのオキシダントへのイオン化されるオキシダントの推力をもたらす。イオン化されるオキシダントのインベントリは、その後、燃焼室に入る燃料の点火及び燃焼終了を大いに加速する。燃焼室の中に発射されるイオン化されるオキシダントのパターンは、イオン化される空気の経路に従う燃料に残りのオキシダントの流れを付与する一助となる。燃焼室に入る燃料内のプラズマ発生は、イオン化されるオキシダントの流れを追い抜く目的で燃料を加速するのに十分なだけの電気エネルギーを提供するために増加されてもよい。他のモードにおいて、オキシダントを燃焼室内に浸透させる付加的なベクトルの群をもたらすために、その後噴射される燃料の中でプラズマが発生させられてもよい。プラズマ発射される燃料に関するこうしたプラズマ推力の方向付けられた線又はベクトル３２７の例が、図３Ｂに示される。図示のように、これは、燃料噴射器３２６に対する非対称の場所が提供される場合の、燃焼室の中のオキシダントの最適な利用を提供する。
【００５８】
燃料噴射及び酸化イベントのプラズマ形状設定及び特徴付けは、以下を含む。
１）燃料の到着に先立つオキシダントのプラズマイオン化。
２）燃料の到着に先立つオキシダントのプラズマイオン化、その後、噴射される燃料の引き続きのイオン化。
３）燃焼室内のオキシダントの中に噴射される燃料のプラズマイオン化。
４）燃料の層に隣接する少なくともオキシダントの層のプラズマイオン化。
５）オキシダントの層に隣接する燃料の層に隣接するオキシダントの層のプラズマイオン化。
６）燃料とオキシダントの混合気のプラズマイオン化。
７）上記で説明されたイベントのいずれかの後のオキシダントのプラズマイオン化。
８）燃焼室の中に電磁気により押し進められるイオン電流のプラズマ生産
９）燃焼室内の所望のベクトルに電磁気により押し進められ且つ電磁気により加速されるイオン電流のプラズマ生産。
【００５９】
オキシダント、オキシダントと燃料の混合気、又は燃料イオンのプラズマ推力は、高電流放電によって発生させられる電磁力によって提供される。こうしたプラズマ発生の一般的手法は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，１２２，８１６号、第４，７７４，９１４号、及び第５，０７６，２２３号のような例示的な参考文献で開示されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，６７７，９６０号で開示されたタイプを含む種々の高電圧発生システムを使用してもよい。オキシダント、燃料、及び／又はオキシダントと燃料の混合気の中で発生させられる場合があるプラズマの形状設定は、陰極線管における電子の流れを選択的に照準合せ（ａｉｍ）するのに使用されるような電磁レンズ又はイオンの流れに関する、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，７６０，８２０号で開示されるような電磁レンズによって達成されてもよい。一般に、高圧燃料送達システム（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，３７７，６３３号で開示される高圧燃料送達システムのような）を頼りにすることによって本発明が達成するエンジン効率の不利益と、所望のイオン発生のタイプの選択性及び適応的なイオン分布形状設定機能の損失を被ることは望ましくない。
【００６０】
作動時には、各燃料噴射イベントの前の過剰空気のようなオキシダント中のプラズマ発生が、燃焼室内の残りのオキシダントへのイオン化されるオキシダントの推力を選択的に生み出す。イオン化されるオキシダントのインベントリは、その後、燃焼室に入る燃料の点火及び燃焼終了を大いに加速する。
【００６１】
燃焼室の中に発射されるイオン化されるオキシダントのパターンは、形成されるプラズマに印加される電圧及び電流によって制御され、イオン化される空気の経路に従う燃料に残りのオキシダントの流れを付与する一助となる。燃焼室に入る燃料内のプラズマ発生は、イオン化されるオキシダントの流れを追い抜く目的で燃料を電磁気により加速するのに十分なだけの電気エネルギーを提供するために増加されてもよい。
【００６２】
他の作動モードにおいて、プラズマ発生は、燃焼室内のオキシダントへの燃料リッチな層又はバーストのより大きい速度及び浸透を提供するために、噴射される燃料の中に送達される電圧及びアンペア数の制御によって変調されてもよい。
【００６３】
本開示の別の実施形態は、ディーゼル燃料、溶融されたパラフィン、ガソリン、ケーシングヘッド又は「ドリップ」ガソリン、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アルコール燃料、水とメタノール、エタノール、ブタノール、又はイソプロパノールのような１つ又は複数のアルコールとの１６０−プルーフ混合物のようなウェット燃料、発生炉ガス、及び水素のような燃料の混合物を含む燃料選択肢の交換可能な利用を提供する。これは、燃料の蒸発／気化及び大きい分子をイオン化種を含むより小さい構成要素にさらに分割する化学クラッキングを含む、燃料が変化されたものを突然にもたらすのに十分なだけのプラズマを各燃料噴射送達において提供するための適応的な調整によって可能にされる。したがって、多様な燃料選択肢、特に、容認可能な「ディーゼル燃料」仕様とは程遠い水のような汚染物質及びセタン価をもつ燃料を含む非常に低コストの燃料を容認可能である。そのうえ、プラズマは、類似のオキシダント利用を達成するための典型的なディーゼル燃料の加圧要件に比べて比較的低い燃料送達圧を可能にするために、燃焼室内のオキシダントの中に所望の距離だけ浸透するのに十分なこうしたイオン化される燃料種のプラズマ推力をもたらす電極ノズルによって発生させられてもよい。これは、セタンにより特徴付けられる燃料選択、「ディーゼル遅延」、ノック、及び従来の圧縮点火システムを特徴付ける比較的制御されないピーク燃焼温度の欠点及び制限を克服する。
【００６４】
層状燃料送達の所望の形状及び表面対容積の特徴を発生させる、こうしたプラズマにより誘導される燃料準備及び推力発生は、収穫されたエネルギーの効率的な利用を可能にする。例証となる実施形態は、電気エネルギーを生産する及び／又は燃焼室で生じる放射エネルギー、圧力エネルギー、熱エネルギー、又は振動エネルギーを変換するために、車両、エレベータ、又は類似のイベントの回生制動を提供し、こうした収穫された電気は所望のプラズマを生じるのに使用される。これは、ディーゼル燃料をポンプし及び１３６０バール（２０，０００ＰＳＩ）のような高圧に加圧するのに必要とされる実質的な仕事と共に、燃焼室の意図的に冷却される壁を通じたこうした仕事により発生した熱の損失を含む、オキシダントをこれを３７０℃（７００°Ｆ）以上に加熱するのに十分なだけ圧縮するのに必要とされる圧力−体積仕事に起因するエンジン効率の実質的な損失を克服する。
【００６５】
本開示のさらなる態様によれば、及び本明細書で説明されるように、複数の駆動力（例えば、弁の開放及び弁の運動の変調）を用いて、種々の異なる燃料形状を提供する。図６Ａ〜図６Ｂは、複数の力に基づいて燃焼室に噴射される燃料の層状バースト・パターンを例証する。燃料形状６００、６５０は、噴射ノズルの幾何学的形状、燃料送達圧勾配、燃料粘度、圧縮比、オキシダント温度などに依存する場合がある。形状は、余剰空気６３０、６８０によって取り囲まれる空気の濃厚な空気−燃料混合気６２０、６７０によって分離される燃料の濃厚な空気−燃料混合気６１０、６６０の領域を含んでもよい。
【００６６】
すなわち、第２の駆動力を付与すること（例えば、噴射ノズル又は弁を変調すること、燃料パターンにプラズマで影響を及ぼすことなど）は、燃料噴射器に、燃焼室の中に燃料を噴射するために単純に弁を開くことによって発生した燃料パターン（図４Ａ〜図４Ｄ）とは異なる燃料パターン（図６Ａ〜図６Ｂ）を発生させる。図６Ａ〜図６Ｂの形状及びパターンは、透明なオキシダント中の透明な燃料によって確立されてもよいが、密度において霧状であると考えられ、霧内で燃料が濃厚な領域が空気が濃厚な領域と共に層状にされる。とりわけ、空気−燃料混合気の望ましい表面積対体積比を提供して、混合物のより速い点火時間及び完全点火を可能にするために、例えば、より濃厚な燃料リッチな燃料−空気領域を含有する霧状領域は、あまり濃厚でない燃料リッチな領域、空気リッチな領域、及び／又は空気燃料領域と共に点在させられてもよい。
【００６７】
点火イベントの間の空気−燃料混合気のイオン化の制御
本明細書で解説されるように、幾つかの実施形態において、コントローラは、燃焼室内の或る計測される及び／又は検出される状態及び噴射される燃料と空気との混合気の点火又は燃焼イベントと関連する状態に基づいて、燃料噴射器又は燃料点火器の作動を修正する。幾つかの事例において、計測される状態は、点火イベントの間の空気−燃料混合気のイオン化と関連付けられる。空気−燃料混合気のイオン化の監視及び／又は判定に基づいて作動を修正することは、燃料噴射システムが、とりわけ、燃焼室内の電極の火花侵食を減少させ又は無くすことを可能にする。
【００６８】
例えば、コントローラは、燃焼室内で電極に印加される電圧の極性を高周波数で反転させ（すなわち、１つの電極をカソードとアノードとして用いることの間で切換え）てもよい。極性の頻繁な反転は、とりわけ、電極への侵食を引き起こす１つの電極から別の電極へのイオンの正味移動を大いに減少させ又は防止することによって、点火システムが空気−燃料混合気内に多くのイオンをもたらすことを可能にし、したがって、イオンは反転する極性の間で回され、及び／又は燃焼室に推し進められる。
【００６９】
図７は、燃焼室内での点火中の空気−燃料混合気のイオン化を制御するためのルーチン７００を例証する流れ図である。ステップ７１０において、コントローラは、燃料噴射器の弁に対して第１の駆動力を付与する。例えば、システムは、弁を開かせ、且つ燃焼室の中に燃料を分与する。
【００７０】
ステップ７２０において、コントローラは、燃料噴射器の弁に対して若しくは噴射される燃又は空気−燃料混合気に対して第２の駆動力を付与する。例えば、コントローラは、弁が開位置にあるときに弁の運動を変調して、弁に、或る表面積対体積比を有する修正された燃料形状を生じさせる。
【００７１】
ステップ７３０において、燃料点火器は、燃焼室内の電極に電圧を印加することによって燃焼室内の空気−燃料混合気を点火する。例えば、システムは、エンジンヘッドにおいて燃料噴射器上に位置する第１の電極と燃焼室内に位置する第２の電極との間で火花を発生させる。点火中に、オキシダント及び／又は燃料分子がイオン化され、イオン化された燃料分子と周囲の空気（すなわち、プラズマ）が点火されてエネルギーを生じる。
【００７２】
ステップ７４０において、種々のセンサが、燃焼における２つの電極の間の空気−燃料混合気のイオン化のパラメータを計測する。計測されるパラメータの例は、イオン化度、空間電位、イオンの磁化、イオン化される領域のサイズ、イオン化の寿命、イオンの密度、イオン化される領域の温度、イオン化される領域の電気特徴、及び本明細書で解説されるパラメータのような他のパラメータを含む。もちろん、或るパラメータと関連付けられるトレンドを含む他のパラメータが計測されてもよい。例えば、センサは、点火イベントが次第にイオン化されることを示す、点火イベントの間の増加する温度のトレンドを示す情報を提供してもよい。
【００７３】
ステップ７５０において、コントローラは、計測されるパラメータに基づいて燃料噴射の作動を調整する。例えば、コントローラは、電極に印加される電圧の極性を調整してもよく、電極間の極性反転の周波数を上げてもよいし又は下げてもよい（すなわち、第１の電極をカソードからアノードに変化させる頻度）。
【００７４】
ライナ２６８の保護を伴わない電極として２０７内のボアのようなヘッドの一部を使用することが望ましいエンジンでは、極性を反転させることによってボアの火花侵食を回避することができる。こうした極性の反転は、火花侵食を回避するためにメガヘルツの周波数を含む非常に高い率であってもよい。
【００７５】
本明細書で解説されるように、発明者らは、その条件の下で点火システムを作動させると燃焼室の中の空気−燃料混合気を点火するのに用いられる電極のような点火システム内の構成要素を劣化させる又は他の方法で侵食する可能性がある条件を特定した。図８は、燃焼機関における燃料点火装置を作動させるためのルーチン８００を例証する流れ図である。
【００７６】
第１のエンジンサイクルの間の別の例証となる実施形態において、点火システムは、ステップ８１０において、第１の極性での点火装置を用いて空気−燃料混合気を燃焼させる。すなわち、点火システムは、燃料噴射器上の第１の電極及び燃焼室の中の第２の電極のような２つの電極、スパークプラグの２つの電極などの両端に第１の極性での電圧を印加する。
【００７７】
ステップ８２０において、点火システムは、所定のパラメータ、計測されるパラメータなどのような点火システムの作動パラメータに基づいて点火装置の極性を反転させる。例えば、点火システムは、エンジンサイクル毎に極性を反転させてもよい（例えば、６０００ＲＰＭでの４ストローク・エンジンでは、システムは、すべての他のクランク回転、すなわち５０Ｈｚでの極性を反転させる）。別の例として、点火システムは、電極の望ましくない侵食につながる可能性があるパラメータのような或るパラメータを検出すると、極性を反転させてもよい。
【００７８】
極性を反転させた後で、点火システムは、ステップ８３０において、第２の極性での点火装置を用いて空気−燃料混合気を燃焼させる。すなわち、点火システムは、２つの電極の両端に第１の極性から反転させられた極性での電圧を印加する。したがって、前のサイクルにおける「カソード」は、その後のサイクルにおける「アノード」として作用し、逆もまた同様である。
【００７９】
結言
文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、説明及び請求項の全体を通して、「備える」、「備えている」などの言葉は、排他的な又は網羅的な意味ではなく包括的な意味で、つまり、「〜を含むがこれらに限定されない」の意味で解釈されるべきである。単数形又は複数形を用いる言葉はまた、それぞれ複数形又は単数形を含む。請求項が２つ又はそれ以上のアイテムのリストに関して「又は」という言葉を用いるとき、該言葉は以下の言葉の解釈のうちのすべて、すなわち、リストにおけるアイテムのいずれか、リストにおけるアイテムのすべて、及びリストにおけるアイテムの任意の組合せを包含する。
【００８０】
上記で説明された種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本明細書で言及される及び／又は出願データ用紙（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ）に記載される米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許刊行物のすべては、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。本開示の態様は、本開示のまたさらなる実施形態を提供するために、種々の構成をもつ燃料噴射器及び点火装置、並びに種々の特許、出願、及び公開の概念を採用するように必要な場合に修正することができる。
【００８１】
上記の詳細な説明に照らして、開示内容にこれらの及び他の変化を加えることができる。一般に、以下の請求項において、用いられる用語は、開示内容を明細書及び請求項で開示される具体的な実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、請求項に従って作動するすべてのシステム及び方法を含むように解釈されるべきである。したがって、本発明は、開示内容によって限定されないが、代わりに、その範囲は以下の請求項によって広く定められるべきである。
【図１】
2013503297.tif 000003
【図２】
2013503297.tif 000004
【図３Ａ】
2013503297.tif 000005
【図３Ｂ】
2013503297.tif 000006
【図３Ｃ】
2013503297.tif 000007
【図４Ａ】
2013503297.tif 000008
【図４Ｂ】
2013503297.tif 000009
【図４Ｃ】
2013503297.tif 000010
【図４Ｄ】
2013503297.tif 000011
【図５】
2013503297.tif 000012
【図７】
2013503297.tif 000013
【図８】
2013503297.tif 000014
【図６Ａ】
2013503297.tif 000015
【図６Ｂ】
2013503297.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月20日(2012.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射器であって、
ベース部とノズル部との間に延びる中間部を有する本体であり、燃料が前記ベース部と前記ノズル部との間を通過して燃料燃焼機関の燃焼室に流れることを可能にするように構成されたチャネルを含む、本体と、
前記本体の前記チャネル内に収容されるアクチュエータであり、遠位端と近位端とを有する、アクチュエータと、
前記チャネルに流体的に結合され、且つ前記アクチュエータの遠位端に作動可能に接続される、流量制御装置と、
前記アクチュエータの近位端に作動可能に接続される第１のドライバであり、前記アクチュエータに前記流量制御装置を前記チャネルに対し横方向に移動させるように構成される、第１のドライバと、
前記アクチュエータの前記近位端に作動可能に接続される第２のドライバであり、前記流量制御装置の前記横方向の移動を変調し、複数の燃料層または層状給気を生じさせるように構成される、第２のドライバと、
前記ドライバに作動可能に接続され、且つ前記ドライバに作動命令を提供するように構成される、コントローラと、
を備える燃料噴射器。
【請求項２】
前記第１のドライバが、前記アクチュエータに前記流量制御装置を前記ノズル部から開位置に外向きに移動させて前記チャネル内の燃料を前記チャネルから出すように構成されるドライバであり、前記第２のドライバが、前記流量制御装置が開位置にあるときに前記流量制御装置の前記移動を変調するように構成されるドライバである、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記第１のドライバが、電磁構成要素であり、前記第２のドライバが、圧電構成要素である、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記流量制御装置が弁である、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記燃料燃焼機関内の燃料点火イベントと関連付けられるパラメータを計測するように構成されるセンサと、
前記コントローラに位置し、前記センサから受信され且つ前記計測されるパラメータと関連付けられるデータに基づいて前記ドライバに提供される前記作動命令を修正するように構成される、流れ修正構成要素と、
をさらに備える、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項６】
直接燃料噴射エンジンの中に燃料を噴射するための燃料噴射器のコントローラにおける方法であって、
直接燃料噴射エンジンの燃焼室の内部の空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップと、
燃料噴射器の弁を操作する１つ又は複数のドライバに命令を伝送するステップと、
を含み、前記命令が、
前記燃料噴射器から前記燃焼室の中に燃料を分与するための開位置への弁の移動と関連付けられる情報と、
前記燃焼室の中に分与される前記燃料の形状を修正し、複数層の層状給気を作り出すための前記弁が開位置にあるときの前記弁の移動の横方向の変調と関連付けられる命令と、
を含む、方法。
【請求項７】
前記空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップが、前記燃焼室内の前記空気−燃料混合気の点火中の前記空気−燃料混合気のイオン化度を計測することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップが、前記空気−燃料混合気内の空気と燃料の比を計測することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記空気−燃料混合気と関連付けられる少なくとも１つのパラメータを計測するステップが、燃焼室内の点火イベントの間の前記空気−燃料混合気の燃焼速度を計測することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼機関の燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される燃料噴射システムであって、
燃料分与構成要素であり、前記燃焼室の中に或る表面積対体積比を有する層状給気を有する層に燃料を分与するように構成される、燃料分与構成要素と、
計測構成要素であり、前記燃焼室内の状態を計測するように構成される、計測構成要素と、
前記燃料分与構成要素及び前記計測構成要素と通信する制御構成要素であり、前記燃焼室の中に分与される前記燃料の前記或る表面積対体積比の修正と関連付けられる命令を前記燃料分与構成要素に提供するように構成される、制御構成要素と、
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記燃料分与構成要素が、
ベース部とノズル部との間に延びる中間部を有する本体であり、前記ノズル部が前記燃焼機関に前記本体を接続するように構成される、本体と、
燃料を貯蔵し、且つ前記ベース部から前記ノズル部に燃料が流れることを可能にするように構成される、前記本体内に位置するチャネルと、
前記チャネル内に位置するアクチュエータであり、遠位端と近位端とを有するアクチュエータと、
前記チャネルに流体的に結合され、且つ前記アクチュエータの前記遠位端に作動可能に接続される、弁と、
前記アクチュエータの前記近位端に作動可能に接続される第１のドライバであり、前記弁の開放と関連付けられる前記制御構成要素によって提供される前記命令の少なくとも第１の部分を受信する、第１のドライバと、
前記アクチュエータの前記近位端に作動可能に接続される第２のドライバであり、開放弁の変調と関連付けられる前記制御構成要素によって提供される前記命令の少なくとも第２の部分を受信する、第２のドライバと、
を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記計測構成要素が、燃焼イベントの間の前記燃焼室内の空気−燃料混合気のイオン化パラメータを計測するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記計測構成要素が、前記燃料分与構成要素内に位置するセンサである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御構成要素が、プロセッサとメモリとを含み、前記メモリが、前記燃焼室内の状態に対する分与される燃料の種々の表面積と体積との比に関する入力を含むリレーショナル・データベースを収容する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
エンジンの燃焼室の中に燃料を噴射するための方法であって、
燃料噴射器の弁に第１の駆動力を適用するステップであり、前記第１の駆動力が前記弁を開き、前記燃料噴射器内の或る形状を有する燃料をエンジンの燃焼室の中に流すことになるステップと、
前記燃料噴射器の弁に第２の駆動力を適用するステップであり、前記第２の駆動力が前記弁を或る周波数で横方向に動かし、層状に重ねられた給気または層状給気のような修正された形状を有する前記燃料を前記燃焼室の中に流すことになるステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記燃焼室内の点火イベントの間の前記燃料と空気との混合物のイオン化と関連付けられる情報を受信するステップと、
受信した前記イオン化情報に基づいて前記或る周波数とは異なる周波数で前記弁を動かすために前記第２の駆動力を適用するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記或る形状が、前記燃料の前記表面積と前記燃料の前記体積との或る比率によって画定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
燃焼室内の燃料を点火するためのシステムであって、
燃料噴射器であり、燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される燃料噴射器と、
２つの電極を含む燃料点火器であり、前記２つの電極に印加される電圧に応答して前記燃焼室内の空気と前記噴射される燃料との混合気を点火する電流を生じるように構成される、燃料点火器と、
イオン化センサであり、前記点火された混合物の前記イオン化を計測するように構成される、イオン化センサと、
作動コントローラであり、前記点火された混合物の前記計測されたイオン化に応答して前記燃料点火器の作動を修正するように構成され、前記計測されたイオン化に基づいて前記２つの電極に印加される前記電圧の極性を反転させる、作動コントローラと、
を備えるシステム。
【請求項１９】
前記作動コントローラが、前記計測されたイオン化に基づいて前記２つの電極に印加される前記電圧の極性を反転させる周波数を調整する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記燃料点火器が、前記燃料噴射器の中に一体化される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記燃料点火器が、前記燃料噴射器から分離されるスパークプラグである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
燃料燃焼機関を作動させる方法であって、
前記燃料燃焼機関の燃焼室の中に燃料を噴射するステップと、
前記燃焼室内の電極に或る極性での電圧を印加して前記燃焼室内の空気と前記噴射される燃料との混合気を燃焼させるステップと、
エンジンサイクルの完了後に、
前記燃焼室の中に付加的な燃料を噴射するステップと、
前記エンジンサイクルの完了後に前記燃焼室内の前記電極に前記或る極性とは逆の極性での電圧を印加して空気と前記噴射される燃料との混合気を燃焼させるステップと、
を含む方法。
【請求項２３】
２つのエンジンサイクルの完了後に、
前記燃焼室の中に付加的な燃料を噴射するステップと、
前記２つのエンジンサイクルの完了後に前記燃焼室内に前記或る極性とは逆の極性での電圧を印加して空気と前記噴射される燃料との混合気を燃焼させるステップと、
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【国際調査報告】
2013503297.tif 000017
2013503297.tif 000018