(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料微粒化装置のための調量システムであって、
混合室を有するハウジングと、
該ハウジング内に位置し、前記混合室への酸化剤の流れを制御する働きをする第１の調量部材と、
前記ハウジング内に位置し、前記第１の調量部材と同軸に配置され、前記第１の調量部材を通って延在する第２の調量部材であって、前記混合室への燃料の流れを制御する働きをする、該第２の調量部材と、
前記第１の調量部材から前記混合室まで延在する複数の空気チャンネルであって、前記酸化剤を前記混合室に供給するように構成され、かつ、前記混合室において前記酸化剤の渦流を形成するように構成されている、該複数の空気チャンネルと、
前記第１の調量部材を移動させるよう構成された単一のソレノイドと、を備え、
前記ソレノイドによる前記第１の調量部材の移動が、前記第２の調量部材の移動を生じさせる調量システム。
【請求項２】
請求項１の調量システムであって、
前記ソレノイドは前記第１の調量部材を作動し、前記第１の調量部材を作動することで前記第２の調量部材を作動する、調量システム。
【請求項３】
請求項１の調量システムであって、
前記第２の調量部材が閉鎖位置から開放位置に移動する前に、前記第１の調量部材が閉鎖位置から開放位置に移動する、調量システム。
【請求項４】
請求項３の調量システムであって、
前記第１の調量部材が前記開放位置から前記閉鎖位置に移動する前に、前記第２の調量部材が前記開放位置から前記閉鎖位置に移動する、調量システム。
【請求項５】
請求項１の調量システムであって、
前記第１及び第２の調量部材の間に挟入された付勢部材をさらに備え、
第１の調量部材を閉鎖位置から開放位置に動かすことにより、付勢部材が解放され、前記第２の調量部材が閉鎖位置から開放位置に動くことができる、調量システム。
【請求項６】
請求項５の調量システムであって、
前記付勢部材のバネ定数は、前記第２の調量部材が開く前に前記第１の調量部材が開いている時間と、前記第２の調量部材が閉じた後に前記第１の調量部材が開いている時間と、を決定する、調量システム。
【請求項７】
請求項１の調量システムであって、
前記第１の調量部材は、酸化剤の流れを制御するために酸化剤シートと境界面を形成し、
前記第２の調量部材は、燃料の流れを制御するために燃料シートと境界面を形成し、
前記酸化剤シートは前記燃料シートより半径方向の外側に位置する、調量システム。
【請求項８】
燃料微粒化装置において流体を制御する方法であって、
混合室を有するハウジングと、該ハウジング内に位置する、第１の調量部材及び該第１の調量部材を通って延在し該第１の調量部材と同軸上に位置を定められる第２の調量部材と、単一のソレノイドと、前記第１の調量部材から前記混合室まで延在する複数の空気チャンネルと、を用い、
酸化剤が前記複数の空気チャンネルを通じて前記混合室へ流れ、前記混合室において前記酸化剤の渦流を形成するようにするために、前記ソレノイドを作動することにより、前記第１の調量部材を開く工程と、
前記酸化剤の前記混合室への流れと同時に燃料が前記混合室へ流れるようにするために、前記ソレノイドを作動することにより前記第１の調量部材を開いた後に、前記第２の調量部材を開く工程と、
前記酸化剤の前記混合室への流れが続く間、燃料が前記混合室に流れるのを止めるために、前記ソレノイドを作動することにより、前記第２の調量部材を閉める工程と、
前記酸化剤の前記混合室への流れを止めるために、前記第２の調量部材が閉められた後、前記ソレノイドを作動することにより、第１の調量部材を閉める工程と、
を有する方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、
前記第２の調量部材を閉める工程は、前記第１の調量部材を閉鎖位置に向かって動かしてすぐに、前記第２の調量部材に軸方向の力を作用させる工程である、方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法であって、
少なくとも１個の付勢部材をさらに備え、
前記ソレノイドを活動状態にすることにより前記第１及び第２の調量部材のうち少なくとも一つを付勢部材の付勢力に反して開き、前記ソレノイドを停止状態にすることにより前記少なくとも１個の付勢部材の付勢力で前記第１及び第２の調量部材のうち少なくとも一つを閉める、方法。
【請求項１１】
二重燃料供給装置であって、
混合室を有するハウジングと、
該ハウジング内に位置し、第１の流体の前記混合室への流れを制御する働きをする第１の調量装置と、
前記ハウジング内に位置し、第２の流体の前記混合室への流れを制御する働きをする第２の調量装置であって、前記第１の調量装置と同軸に配置され、前記第１の調量装置を通って延在する該第２の調量装置と、
前記第１の調量装置から前記混合室まで延在する複数の空気チャンネルであって、前記第１の流体を前記混合室に供給するように構成され、かつ、前記混合室において前記第１の流体の渦流を形成するように構成されている、該複数の空気チャンネルと、を備え、
開放及び閉鎖位置の間で前記第１の調量装置を自動的に作動することにより、
前記第１の調量装置が開き、前記第２の調量装置が開き、前記第２の調量装置が閉まり、前記第１の調量装置が閉まる、の順番で、前記第２の調量装置が開放及び閉鎖位置の間を移動する、二重燃料供給装置。
【請求項１２】
請求項１１の二重燃料供給装置であって、
前記第１の調量装置が閉鎖及び開放位置の間を移動するように構成された単一のソレノイドをさらに備える、二重燃料供給装置。
【請求項１３】
請求項１２の二重燃料供給装置であって、
前記第１及び第２の調量装置の間で連動する少なくとも１個の付勢部材をさらに備え、
前記第１の調量装置を動かすことにより、前記少なくとも１個の付勢部材によって前記第２の調量装置に対して作用する付勢力が変更する、二重燃料供給装置。
【請求項１４】
請求項１１の二重燃料供給装置であって、
前記第１の流体は、酸化体を備え、
前記第２の流体は、燃料を備える、二重燃料供給装置。
【請求項１５】
請求項１１の二重燃料供給装置であって、
前記第２の調量装置の少なくとも一部は、前記第１の調量装置の少なくとも一部を通って延在する、二重燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は燃料システムを対象とし、特に、燃料の蒸発を高めるために複数の段階を使用する燃料供給システムの調量工程を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
液体をエアロゾルまたは気体状態に容易に変化する微粒子に変換する目的で、長年にわたり多くの種類の装置が開発されてきた。例えば、内燃エンジンで使用する燃料を準備する装置が多く開発されてきた。エンジンの燃焼室内における燃料の酸化作用を最適化するためには、燃料が気化し、空気と均一化し、そして化学量論的に適比の気相混合物になければならない。理想的な燃料の微粒化および気化は、より完全な燃焼を可能とし、その結果として低汚染エンジンを可能にする。
【０００３】
さらに特に、内燃エンジンと比して、化学量論とは、与えられた量の燃料を完全に燃焼するために必要な量の酸素が調和された混合物に供給され、結果、不完全または非効率な酸化作用からの残存物がなく最適で適切に燃焼する状態のことである。理想的には、燃料は、完全に気化され、空気と混合され、及び適切な酸化作用の点火より先に均一化されるべきである。気化されていない燃料の小滴は、従来式の内部および外部の燃焼エンジンでは、点火せず、また完全に燃焼もしない。燃料の効率を下げ、エンジンの汚染を増加させる。
【０００４】
温度及び圧力を調整することによって排気の副産物を低減しまたは制御する試みは、典型的にはＮＯｘ副産物に影響を与える。排気基準に合わせるために、これらの残存物は典型的には触媒式ガス浄化装置またはガス洗浄機での処理後に必要とする処置がなされなければならない。これらの残存物に対するそのような処理により、触媒式ガス浄化装置またはガス洗浄機を作動させるため、結果、追加的な燃料コストに繋がり、また実装及び質量関係と同様に追加的な部品コストが必要となる。したがって、不完全な燃焼の結果生じるエンジンの残存物を任意的に削減することは経済的かつ環境的に有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記で考察した問題は別として、化学量論的に適比の空気／燃料混合物中の、完全に気化していない燃料は、燃焼エンジンがピーク効率より低い効率で実行する原因となる。燃料が完全に燃焼しないときは、燃料の化学的エネルギーが力学的エネルギーに変換される割合はより少ない。燃料エネルギーは無駄にされ、不要な汚染が生み出される。このように、燃料−空気混合物のさらなる分解及びさらなる完全な気化によって、さらによい燃料効率が得られる。
【０００６】
燃料気化及び不完全燃料燃焼に関する上述の問題を軽くするために、多くの試みがなされてきた。自動車エンジンでは、例えば、注入ポートまたは直接的燃料注入は、広く、燃料供給のキャブレターに代わってきている。燃料注入器は直接的に燃料を注入ポートまたはエンジンのシリンダーに吹きかけ、そして電子的に制御される。注入器は、キャブレターに対して独立した各々のシリンダーに供給された燃料の量をさらに正確に調量すること及び量の制御を容易にする。これより、瞬間的に最適な作動を促進する電荷の移動時間が短縮されまたは削減される。しかし、燃料注入のスプレーの燃料小滴の大きさは最適ではなく、燃料が点火より先に空気と混合する時間がほとんどない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で説明される原理は、上述した欠点と他のいくつかの欠点を克服するものである。特に、本明細書で説明されるいくつかの原理は、液体処理装置と方法に関する。
【０００８】
一態様は、ハウジングと、第１及び第２の調量部材と、少なくとも１個のソレノイドと、を含む燃料の微粒化装置に対する調量システムを提供する。ハウジングは混合室を含む。第１の調量部材は、混合室への酸化剤の流れを制御する働きをする。第２の調量部材は、混合室への燃料の流れを制御する働きをする。少なくとも１個のソレノイドは第１及び第２の調量部材のうち、少なくとも１個の調量部材を作動するよう構成される。
【０００９】
少なくとも１個のソレノイドは第１の調量部材を作動してもよく、第１の調量部材を作動することは第２の調量部材を作動することであってもよい。第２の調量部材が閉鎖位置から開放位置へ移動する前に、第１の調量部材が閉鎖位置から開放位置へ移動してもよい。第１の調量部材が開放位置から閉鎖位置へ移動する前に、第２の調量部材が開放位置から閉鎖位置へ移動してもよい。
【００１０】
調量システムは第１及び第２の調量部材の間に挟入されている付勢部材を含んでもよく、第１の調量部材を閉鎖位置から開放位置に動かすことで、付勢部材が解放され、第２の調量部材が閉鎖位置から開放位置に動くことができる。少なくとも１個のソレノイドは、第１の調量部材を作動する第１のソレノイドと、第２の調量部材を作動する第２のソレノイドと、を含む。第２の調量部材は第１の調量部材を通って延在していてもよい。付勢部材のバネ定数は、第２の調量部材が開く前に第１の調量部材が開いている時間と、第２の調量部材が閉じた後に第１の調量部材が開いている時間とを決定する。第１の調量部材は、酸化剤の流れを制御するために酸化剤シートと境界面を形成してもよく、第２の調量部材は燃料の流れを制御するために燃料シートと境界面を形成してもよい。酸化剤シートは燃料シートから半径方向外側に位置を定める。
【００１１】
本開示の別の態様は燃料微粒化装置における流れの制御の方法に関わる。この方法は、ハウジングと、第１及び第２の調量部材と、を用い、ハウジングは混合室を含み、第２の調量部材は第１の調量部材と同軸上に位置を定める。この方法は、酸化剤が混合室へ流れるようにするために第１の調量部材を開く工程と、燃料が混合室へ流れるようにするために第１の調量部材を開いた後に第２の調整部材を開く工程と、混合室への燃料の流れを止めるために第２の調量部材を閉める工程と、混合室への酸化剤の流れを止めるために第２の調量部材が閉められた後に第１の調量部材を閉める工程と、を含む。
【００１２】
第２の調量部材を閉める工程は、第１の調量部材を閉鎖位置に向かって動かしてすぐに、第２の調量部材に軸方向の力を作用させる工程を含んでもよい。この方法は、少なくとも１個のソレノイドを用いる工程を含んでもよく、少なくとも１個のソレノイドを作動することで第１及び第２の調量部材を順番に開閉する。この方法は、第１及び第２のソレノイドを含んでもよく、第１のソレノイドを作動することで第１の調量部材を開閉し、第２のソレノイドを作動することで第２の調量部材を開閉する。この方法は少なくとも付勢部材含んでもよく、少なくとも１個のソレノイドを作動することにより第１及び第２の調量部材のうち少なくとも一つを付勢部材の付勢力に反して開き、ソレノイドを停止状態にすることにより付勢部材の付勢力で第１及び第２の調量部材のうち少なくとも一つを閉めることが可能となる。
【００１３】
本開示の他の態様は第１及び第２の調量装置を含む二重流体供給装置に関する。第１の調量装置は第１の流体の流れを制御する働きをする。第２の調量装置は第２の流体の流れを制御する働きをし、第２の調量装置は第１の調量装置と同軸上に配置されている。開放及び閉鎖位置の間で第１の調量装置を自動的に作動することにより、第１の調量装置が開き、第２の調量装置が開き、第２の調量装置が閉まり、そして第１の調量装置が閉まる、の順番で、第２の調量装置が開放及び閉鎖位置の間を移動する。
【００１４】
二重流体供給装置は、第１の調量装置が閉鎖及び開放位置の間を移動するように構成された少なくとも１個のソレノイドを含んでもよい。二重流体供給装置は、第１及び第２の調量部材の間で連動する少なくとも１個の付勢部材を含んでもよく、第１の調量部材を動かすことにより、少なくとも１個の付勢部材によって第２の調量部材に対して作用させる付勢力が変化する。第１の流体が酸化体を含み、第２の流体が燃料を含んでもよい。二重流体供給装置は混合室を含んでもよく、第１の調量部材は、第２の調量部材によって供給された第２の流体と混合するため、第１の流体を混合室に供給する。第２の調量部材の少なくとも一部は、第１の調量部材の少なくとも一部を通って延在していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
添付図面は以下で考察される特定の実施形態を示し、明細書の一部となる。
【図１】本開示に従う燃料供給装置の一例の斜視図である。
【図２】図１の燃料供給装置の別の斜視図である。
【図３】図１の燃料供給装置の側面図である。
【図４】図１の燃料供給装置の正面図である。
【図５】図１の燃料供給装置の分解図である。
【図６Ａ】図４の燃料供給装置の６−６線に沿う断面図である。
【図６Ｂ】図４の燃料供給装置の６−６線に沿う断面図である。
【図６Ｃ】図４の燃料供給装置の６−６線に沿う断面図である。
【図６Ｄ】図４の燃料供給装置の６−６線に沿う断面図である。
【図６Ｅ】図４の燃料供給装置の６−６線に沿う断面図である。
【図７】本開示に従う燃料供給装置の別の例の斜視図である。
【図８】図７の燃料供給装置の別の斜視図である。
【図９】図７の燃料供給装置の側面図である。
【図１０】図７の燃料供給装置の正面図である。
【図１１】図７の燃料供給装置の分解図である。
【図１２Ａ】図１０の燃料供給装置の１２−１２線に沿う断面図である。
【図１２Ｂ】図１０の燃料供給装置の１２−１２線に沿う断面図である。
【図１２Ｃ】図１０の燃料供給装置の１２−１２線に沿う断面図である。
【図１２Ｄ】図１０の燃料供給装置の１２−１２線に沿う断面図である。
【図１２Ｅ】図１０の燃料供給装置の１２−１２線に沿う断面図である。
【００１６】
図面において、同一の参照を付した符号及び記述は同じものであることを示すが、必ずしも同一の要素とは限らない。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を用いた実施形態及び態様を以下で説明する。当然ながら、そのような任意の実際の実施形態の開発において、開発の特定の目的を実現するためには、例えば、システムと関連する法順守及びビジネスと関連する制約のような、一実装から別の実装に変更する、数多くの実装時固有の決定がなされなければならない、ことが認識される。さらに、そのような開発努力が複雑で時間のかかるものであるとしても、この発明の有益性を有する技術の当業者にとっては日常の業務であろうことが認識される。
【００１８】
本開示は一般的に二重流体供給装置に（注入器）を対象としたものである。二重流体供給装置によって取り扱われる流体は、燃料と、酸化体と、それらの組み合わせと、含んでもよい。二重流体注入器は複数の調量部材含み、各々の調量部材が供給装置を通して一流体の流れを制御する。調量部材は同軸上に配置されてもよい。調量部材を同軸に配置することは、注入器の規模を縮小することに役立つ。また、同軸の配置は、簡易化した機構設計を促進する。例えば、一調量部材を動かすことにより第２の調量部材が同時にまたは順番に動作する。
【００１９】
統合された二重流体供給装置は２個の調量システムを一つに実装することに対する並はずれの挑戦を示している。電子的及び機械的効率が内燃エンジンの統合及び実施の鍵になり得る。調量及び注入事象の位置を定めることが内燃エンジン内の燃焼に可能な限り近くにあることが望まれるとき、組立品の規模を縮小することが設計目標となる。
【００２０】
本明細書で開示される二重流体供給装置は、単一の電気ソレノイドを使用して、２個の調量事象を制御する働きをする。二つの流体の調量は順番に発生するが、同時作動のために機械的にプログラムされてもよい。他の例は複数のソレノイドを含み、各々の調量事象を独立して制御するために別々のソレノイドが使用される。
【００２１】
２個の調量要素を開く及び閉めるタイミングを、固定された機械的なインターフェイスで、設定してもよい。それは、電気ソレノイドによって直接的に作動される調量要素のバネ荷重を通してあらかじめプログラムされている。第２の調量要素は、第１の要素のバネ圧力が解放された後に完全作動してもよく、第２の要素の周りの流体の圧力により、第２の調量要素がその密閉位置から外れる。
【００２２】
一配置では、二重流体調量装置は別々のチャンネルで流体を供給する。一チャンネルは、混合室の上流にある装置に供給される液体流体の成分を収容してもよい。混合室は、例えば米国特許Ｎｏ．２０１１／０２８４６５２で開示されるようなマルチフィジックスである微粒化装置の構成要素を含んでもよく、この参照によって本明細書にそのまま組入れられる。二重流体調量装置は、液体流体の成分の流れを制御するソレノイドコイルを含んでもよい。気体状の成分は、例えば、連結管、レール、吸気マニフォルドまたは装置のシリンダーヘッドのような気体供給チャンネルと連通することによって、装置の混合室に供給されてもよい。
【００２３】
二重流体調量装置での使用として本明細書で主として参照される二つの流体は液体及び気体である一方で、装置で取り扱われる流体の他の組み合わせがあってもよい。例えば、気体−気体の組み合わせまたは液体−液体の組み合わせを使用してもよい。組み合わせは運転モードで変更してもよい。液体は、一種類の液体から、エンジンまたは、例えば、高度及び温度のような他のパラメータからの要求に依存する別の種類に転換してもよい。各々の応用例が最適な流体の要求を決定してもよい。
【００２４】
二重流体スプレーノズルの応用例では、二つの流体は、混合し分解して流体を微細粒子にするために、お互い及びノズルの物理的な構成要素と相互作用する反応室に解放される。本明細書で示されるように、固定された機械的タイミングは、流体を混合すること及び供給することに対して特に有用であり得る。
【００２５】
次に、第１及び第２の調量要素のうちの一つだけに直接的に作用する単独のソレノイドを含む２段階調量装置に関連して、２段階調量ソレノイド作動順序の例を説明する。２段階調量装置は、第１及び第２の流体の流れを防ぐ閉鎖位置にある第１及び第２の調量要素で始まる。第１の調量要素をその密閉面に持ち上げるためソレノイドに電流が流れ、第１の流体が混合室に流入できる。第１の調量要素を動かすことにより、第２の調量要素に付勢力を作用させている付勢部材の緊張が低減される。第２調量要素上の緊張が緩和されると、第２調量要素がその密閉面から持ち上げられ、第２の流体を混合室に解放する。混合した流体は供給装置から供給される。
【００２６】
調量事象の最後に、ソレノイドに対する電流が止められる。第２の付勢部材は、第１の調量要素がその密閉面から離れるとき圧縮されるが、第１の調量要素をその密閉面に向かって戻すために付勢力を作用させる。第１の調量要素が動き始めると、第２の流体の流れを止めるため、第２の調量要素を動かしてその密閉面と接触させる付勢力を作用させるために、第１のバネの緊張が増加する。第１の流体は、第２の調量要素がシートに着座した後まで流れを継続する。そして、第１の調量要素は、第１の流体の流れを止めるためにその密閉面と接触する。
【００２７】
少なくとも一例では、第２の調量要素に付勢力を作用させているバネは、例えば、直接的に第１の調量要素と連通する、機械的に移動するリフトリング及びストッパーなどで増強されてもよい。第１及び第２の調量要素間におけるこの連動により、第１の調量要素の作動と共同して、第２の調量要素をそのシートから物理的に持ち上げてもよく、それにより、流圧及びその他の力のみで持ち上げられている第２の調量要素に依存して生じる流れの変動の可能性を排除する。圧力及び流れの変動は、調量の反復性に影響を与える。
【００２８】
燃料供給装置で燃料及び酸化体の供給を制御することに特別な正確性を必要としないいくつかのエンジン応用例がある。いくつかの応用例では、流体（例えば、気体酸化体及び液体燃料）のより高精度な制御に必要とされる比較的複雑で高価となる制御を正当化しなくてもよい。そのような状況では、単一のソレノイドシステムまたは二重のソレノイド、複雑性の低いシステムが、使用されてもよい。一例では、単一のソレノイドに対する単一の制御信号が装置の開放を開始する。１個以上の機械的構成要素が圧力を緩和して、空気流が閉まり始めた後に続いて、先に空気流を開きそして燃料の流れを開いてもよく、空気流を閉めた後に続いて燃料の流れが閉まる。燃料供給装置の簡易な設計及び関連する複雑性がより低い制御システムにより、結果、小規模の組立品及びコスト低下に繋がる。これらの利点により、現在の複雑な制御システムを含まない燃料供給装置をエンジンに提供することが可能になる。いくつかの応用例は、例えば、発電機、園芸用具、園芸トラクター、芝刈り機、等のような、小規模エンジン及び発電セットエンジンを含む。これらの種類の応用例では、排出要求がますます厳重になっている。本明細書で開示される燃料供給装置の根本的な利点は、米国特許Ｎｏ．２０１１／０２８４６５２で開示されるマルチフィジックスである微粒化装置の利点を含むが、その規模、複雑性、コスト、その他のシステムの種類が要求されていない間に実現されるかもしれない。
【００２９】
次に、図１〜６Ｅを参照して、燃料供給装置１０の一例を示し、説明する。また、燃料供給装置１０は、二重調量装置、二重流体注入器、同軸燃料注入器、または二重流体供給装置として参照されてもよい。
【００３０】
燃料供給装置１０は、ハウジングアセンブリ１２と、燃料プランジャー１４と、燃料バネ１６と、空気プランジャー１８と、空気バネ２０と、ソレノイド２２と、プランジャーキャリア２４と、燃料フィルタ２６と、を含む（図５及び図６Ａ〜Ｅ参照）。燃料供給装置１０は、単一のソレノイドを使用して、燃料プランジャー１４及び空気プランジャー１８の両方の動作を制御する作動を実施することができる。例えば図７〜１２Ｅに関連して後述する燃料供給装置２００のような他の例では、少なくとも２個のソレノイドを含み、燃料プランジャー及び空気プランジャーの動作を制御するために別々に作動する。
【００３１】
再び図３を参照し、ハウジングアセンブリ１２は、供給チップ３０と、下部混合ハウジング３２と、上部混合ハウジング３４と、燃料内部ハウジング３６と、空気ハウジング３８と、ソレノイドハウジング４０と、カバーハウジング４２と、を含む。ハウジングアセンブリ１２は、第１、第２、第３及び第４のＯ―リング４４、４６、４８及び５０、を含んでもよい。ハウジングアセンブリ１２は、例えば、燃料プランジャー１４、空気プランジャー１８、ソレノイド２２及び関連する作動要素のような燃料供給装置１０の他の構成要素をハウジングする空洞を少なくとも１個以上区画する。ハウジングアセンブリ１２は、エンジン内で可能な限り燃焼事象に近づくように燃料供給装置１０の位置を定めることができるようにするため縮小された規模を有するよう構成してもよい。ハウジングアセンブリ１２内で燃料プランジャー１４及び空気プランジャー１８を同軸に配置することにより、ハウジングアセンブリ１２の寸法（例えば、最大直径及び長さ）の縮小に役立つ。
【００３２】
供給チップ３０は混合室５１を含んでもよい。上部混合ハウジング３２は、燃料密閉シート５２と、燃料開口５４と、燃料空洞５６と、複数の空気チャンネル５８と、空気密閉シート６０と、空気開口６２と、を含んでもよい。燃料密閉シート５２は、燃料プランジャー１４が接触して燃料開口５４の開閉を制御するための表面を提供する。燃料空洞５６は、十分な一定の燃料圧で維持されている大量の燃料を保持する。この容量の燃料は燃料フィルタ２６、プランジャーキャリア２４の中心チャンネル、軸方向の燃料チャンネル９２及び横方向の燃料チャンネル９４を通して供給される。
【００３３】
空気密閉シート６０は、空気プランジャー１８が接触して空気開口６２の開閉を制御するための表面を提供する。空気開口６２は空気チャンネル５８と流体連通し、燃料開口５４を通して供給された燃料と混合させるために酸化体（例えば、空気）を混合室に供給する。空気チャンネル５８は円周状に離れて区画されていてもよい。空気チャンネル５８は、空気が空気チャンネル５８を通して混合室５１に供給されたとき、混合室５１内で渦巻き効果を出すために、装置の長手方向の軸に対して接する角度及び半径方向の内側に向かう角度のうち少なくともいずれかの角度で配置されてもよい。
【００３４】
燃料内部ハウジング３６は燃料プランジャー１４を受け取る大きさに調整されたプランジャーシート７０を含んでもよい。燃料内部ハウジング３６は上部混合ハウジング３４内に設置されてもよい。燃料内部ハウジング３６は図６Ａに示すように空気プランジャー１８の燃料ハウジングシート１０２内に延在していてもよい。また、燃料バネ１６の一部がプランジャーシート７０内に延在していてもよい。
【００３５】
空気ハウジング３８は、空気空洞７２と、この空気空洞７２と流体連通する複数の空気注入口７４と、を含む。空気は典型的には空気空洞７２内で一定の圧力で維持されている。
【００３６】
ソレノイドハウジング４０は、ソレノイドシート７６と、接続シート７８と、空気バネシート８０と、を含む。ソレノイドシート７６はソレノイド２２を受け取る大きさに調整されている。接続シート７８はソレノイド２２と電気的な通信を行う電子コネクタを受容する。空気バネシート８０は図６Ａに示すように空気バネ２０をハウジングするように大きさが調整されていてもよい。空気バネ２０の近位端部は空気バネシート８０の近位面と接触する。空気バネ２０の遠位面は空気プランジャー１８の遠位面１０８に接する。
【００３７】
燃料バネ１６は空気プランジャー１８の燃料バネシート１０６の遠位面に接する遠位面を有する。燃料バネ１６の近位面は燃料プランジャー１４のバネシート９６の遠位面に接する。燃料バネ１６は燃料プランジャー１４の幹状部９８に載せて設置してもよい。
【００３８】
カバーハウジング４２は、燃料フィルタ２６を受容する切り穴８２及びプランジャーキャリア２４の遠位部分を含む。また、プランジャーキャリア２４はソレノイドハウジング４０を通り抜けて空気プランジャー１８の遠位部分内に近位的に延在し、そこでプランジャーキャリア２４内で燃料プランジャー１４の幹状部９８が受け取られる。
【００３９】
第１及び第２のＯ−リング４４及び４６は、空気注入口７４を挟む両側で、空気ハウジング３８への流体の密封を行う。第３のＯ−リング４８は、燃料空洞５６で流体の密封を行う。第４のＯ−リング５０は、燃料注入口の周りで、例えば燃料フィルタ２６による燃料供給装置１０への流体の密封を行う。
【００４０】
図６Ａ〜６Ｅは燃料供給順序に対する燃料供給装置１０の動作を示す。この動作順序は一般的には内燃エンジンの燃焼サイクルと関連している。図６Ａは、閉鎖位置にある燃料プランジャー１４及び閉鎖位置にある空気プランジャー１８をもって閉鎖状態にある燃料供給装置１０を示す。図６Ａの配置では、燃料及び空気は混合室５１へ移動することが制限される。燃料プランジャー１４の近位密閉面９０と上部混合ハウジング３４の燃料密閉シート５２との間の密閉された境界面によって、燃料空洞５６に維持される大量の燃料は混合室５１へ移動することが防止される。空気プランジャー１８の近位密閉面１００と上部混合ハウジング３４の空気密閉シート６０との間の密閉された境界面によって、空気空洞７２に維持される大量の空気は混合室５１へ移動することが防止される。燃料バネ１６は付勢力を燃料プランジャー１４に作用させ、燃料プランジャー１４を、図６Ａに示す前進した、密閉した位置に保持する。空気バネ２０は付勢力を空気プランジャー１８に作用させ、空気プランジャー１８を、図６Ａに示す、前進し、密閉した位置に保持する。
【００４１】
燃料供給順序はソレノイド２２を作動することによって開始される。ソレノイド２２を作動すると、切り穴１１０内に磁場が作り出される。この磁場は、空気プランジャー１８に作用し、空気プランジャー１８を軸方向に後方に向かって磁場中に動かす。
【００４２】
空気プランジャー１８は空気バネ２０の付勢力に反して後方に移動する。空気プランジャー１８は、空気バネ２０のバネ定数の一つ、完全に圧縮されたときの空気バネ２０の最小の長さ及びソレノイド２２で生成された磁場の強さ、のうち少なくとも一項目によって、少なくとも一部分において決定された距離を移動する。少なくとも一例では、空気プランジャー１８は空気バネ２０を完全に圧縮するのに十分な後方距離を移動し、完全に圧縮された状態での空気バネ２０の長さにより、空気プランジャー１８にとっての最大移動距離が決定される。図６Ｂは、少なくとも部分的に空気バネ２０を圧縮するのに後方に移動した空気プランジャー１８を示す。空気プランジャー１８の後方への動作により近位密閉面１００が空気密閉シート６０から離れ空気開口６２が開く。空気空洞７２内に保持される空気が空気開口６２を通して、空気チャンネル５８及び空気開口６２内に移動する。上記で考察したように、空気チャンネル５８は混合室５１内で空気の渦巻き効果を作り出すように配置されてもよい。混合室５１内の空気は供給チップを通して供給装置の外に流出する。
【００４３】
また、空気プランジャー１８を後方に動かすことにより、図６Ｂに示すように燃料バネ１６の緊張が軽減される。燃料バネ１６の緊張を軽減することにより、燃料密閉シート５２に接触して燃料プランジャー１４の近位密閉面９０を保持する燃料プランジャー１４に作用している付勢力が緩和される。空気プランジャー１８が後方向へ一定の距離を移動したのち、燃料バネ１６の緊張が十分に軽減し、図６Ｃに示すように燃料プランジャー１４がまた後方に移動できる。燃料プランジャー１４の後方への動作により近位密閉面９０が燃料密閉シート５２から取り除かれ、燃料開口５４が開く。そして燃料は燃料開口５４を通して混合室５１に流入し、上記で考察したように、燃料は空気と混合される。空気と燃料との混合物は供給ピン３０を通して燃焼室（不図示）に供給され、そこで燃料と空気との混合物は内燃エンジンで燃焼される。
【００４４】
次に図６Ｄを参照して、燃料注入順序はソレノイド２２を停止状態にするまで継続する。ソレノイド２２を停止状態にする工程は、ソレノイド２２の電荷を乗り除く工程を含んでもよく、それにより磁場を除去する。磁場が取り除かれると、空気プランジャー１８は空気バネ２０に作用する付勢力と引き換えに前方向に移動を開始する。空気プランジャー１８が前方へ移動を開始すると、燃料バネ１６に緊張が増す。燃料開口５４を閉めるため、燃料密閉シート５２に対して近位密閉面９０と接触するために、燃料プランジャー１４を前方方向に動かす付勢力を作用させる。この空気バネ２０は、空気プランジャー１８を前方に動かすために、近位密閉面１００が空気密閉シート６０に接触して空気開口６２を閉めるまで、空気プランジャー１８への作用を継続する。図６Ｅは、閉鎖位置における燃料プランジャー１４及び空気プランジャー１８を示す。ここで燃料供給の一連の順序が完了する。
【００４５】
燃料開口５４を閉めることと、空気開口６２を閉めることとの間に遅れを生じさせることで、止められている空気より先に供給チップ３０から燃料を十分に空にする混合室５１を通して空気の流れができる。供給チップ３０及び関連する混合室５１を空にすることは、燃料供給装置１０から発せられるさらに一定の粒子サイズの燃料を供給するのに役立つし、また複数の燃料供給順序を通して燃料供給装置１０の安定した性能に影響を与える供給チップ３０内の燃料の緊張状態を除去することに役立つ。
【００４６】
図７〜１２は別の燃料供給装置２００の例を示す。燃料供給装置２００は、燃料供給装置の混合室に供給される燃料と空気とを独立して制御するために、別々のソレノイドを含む。図７〜１１を参照して、燃料供給装置２００はハウジングアセンブリ２１２（図７〜８参照）と、燃料プランジャー２１４と、燃料バネ２１６と、空気プランジャー２１８と、空気バネ２２０と、第１のソレノイド２２２と、燃料フィルタ２２６と、第２のソレノイド２２８と、を含む。第１のソレノイド２２２は空気プランジャー２１８を開放及び閉鎖位置の間で移動するために空気バネ２２０と作動する。第２のソレノイド２２８は燃料プランジャー２１４を開放及び閉鎖位置の間で移動するために燃料バネ２１６と作動する。第１のソレノイド２２２は切り穴３１０を含み、少なくとも空気プランジャー２１８がその中に延在している。第２のソレノイド２２８は切り穴３１２を含み、少なくとも燃料プランジャー２１４がその中に延在している。燃料フィルタ２２６は空気バネ２２０の遠位面が接触する近位面３１４を含む。さらに詳細は後述する。
【００４７】
ハウジングアセンブリ２１２を図１１及び１２Ａを参照して説明する。ハウジングアセンブリ２１２は、供給チップ２３０と、下部混合ハウジング２３２と、上部混合ハウジング２３４と、燃料内部ハウジング２３６と、空気ハウジング２３８と、ソレノイドハウジング２４０と、カバーハウジング２４２と、を含む。また、ハウジングアセンブリ２１２は、第１、第２及び第３のＯ−リング２４４、２４６及び２４８、を含む。
【００４８】
供給チップ２３０は混合室２５１を含む。上部混合ハウジング２３４は燃料開口２５４と、複数の空気チャンネル２５８と、空気密閉シート２６０と、空気開口２６２と、を含む。燃料内部ハウジング２３６はプランジャーシート２７０及び燃料開口２７１を含む。空気ハウジング２３８は、空気空洞２７２及び複数の空気注入口２７４を含む。ソレノイドハウジング２４０は第１のソレノイドシート２７６と、接続シート２７８と、空気バネシート２８０と、第２のソレノイドシート２８１と、を含む。カバーハウジング２４２は切り穴２８２を含む。
【００４９】
燃料プランジャー２１４は近位密閉面２９０と、軸方向の燃料チャンネル２９２と、横方向の燃料チャンネル２９４と、バネシート２９６と、を含む。空気プランジャー２１８は近位密閉面３００と、遠位面３０８と、プランジャー切り穴３０４と、を含む。
【００５０】
燃料プランジャー２１４の近位密閉面２９０は燃料内部ハウジング２３６のプランジャーシート２７０と接触し、燃料内部ハウジング２３６内の燃料空洞２５６から混合室２５１への流量を制御するように配置される。図１〜６Ｅの配置と同様に、空気プランジャー２１８の近位密閉面３００は上部混合ハウジング２３４の空気密閉シート２６０に接触し、空気空洞２７２から混合室２５１への空気流を制御するように配置される。燃料内部ハウジング２３６及び燃料プランジャー２１４は、空気プランジャー２１８の軸方向の動作と独立して、軸方向に移動する。この独立した動作により、空気及び燃料の混合室２５１への流れを制御するために、燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８を任意の順序で動かすことが可能になる。さらに、図７〜１２Ｅの実施形態で提供される独立制御により、燃料供給装置１０と比して、燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８の開閉の間の遅れを制御し易くなる。燃料供給装置１０の空気プランジャー１８は、燃料及び空気バネの交換を必要としてもよく、または各々の燃料及び空気プランジャーを開閉する間の遅れを変更するために燃料及び空気圧の変更を必要としてもよい。
【００５１】
次に図１２Ａ〜１２Ｅを参照して、燃料供給順序または燃料注入事象の例を説明する。図１２Ａは閉鎖位置にある燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８を示す。燃料バネ２１６は付勢力を燃料プランジャー２１４に作用させ、混合室２５１への流量を防ぐために、近位密閉面２９０をプランジャーシート２７０に対して保持する。空気バネ２２０は付勢力を空気プランジャー２１８に作用させ、混合室２５１への空気流を防ぐために、近位密閉面３００を空気密閉シート２６０に対して保持する。
【００５２】
燃料注入順序は第１のソレノイド２２２を作動することによって開始され、近位密閉面３００を空気密閉シート２６０から離すために、空気プランジャー２１８を空気バネ２２０の付勢力に反して後方に引く磁場を生成する。空気空洞２７２からの空気は空気チャンネル２５８を通して、混合室２５１内に移動し、供給チップ２３０から流出する。空気バネ２２０は、空気プランジャー２１８が図１２Ｂに示す位置に引っ張られるとき、少なくとも部分的に圧縮される。
【００５３】
燃料注入順序の工程はさらに第２のソレノイド２２８を作動させる工程を含んでもよく、燃料バネ２１６の付勢力に反して燃料プランジャー２１４を軸方向に後方に向かって引く磁場を作り出す。図１２Ｃに示すように燃料プランジャー２１４を引くことにより、近位密閉面２９０がプランジャーシート２７０から離れ、燃料が燃料空洞２５６から燃料開口２７１及び燃料開口２５４を通して流れ、空気流と混合することができる。燃料及び空気は混合室２５１内で混合し、供給チップ２３０から内燃エンジンの燃焼室内での燃焼に供給される。
【００５４】
そして、燃料プランジャー２１４に作用する磁場を除去するため、第２のソレノイド２２８が停止状態にされる。磁場が取り除かれると、図１２Ｄに示すように、燃料バネ２１６は、混合室２５１への燃料の流れを止めるため、近位密閉面２９０がプランジャーシート２７０と接触する方向に前進を開始する付勢力を燃料プランジャー２１４に作用させる。
【００５５】
第１のソレノイド２２２を停止状態にすることにより空気流が止められる。図１２Ｅに示すように、空気プランジャー２１８に作用する磁場を除去し、空気バネ２２０が、空気プランジャー２１８の近位密閉面３００を空気密閉シート２６０に接触するよう前進させることができる。上記で考察したように、燃料プランジャー２１４を閉めること、空気プランジャー２１８を閉めることと、の間の遅れを生じさせることにより、空気流が混合室２５１及び供給チップ２３０内の燃料を空にできる。
【００５６】
燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８の開閉については、第１及び第２のソレノイド２２２及び２２８で提供される独立した制御により、他の多くの順序が可能である。一例では、空気プランジャーを閉めるより先に燃料プランジャーを閉めた後に、燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８を同時に開く。別の例では、燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８を同時に閉めた後に、燃料プランジャー２１４の前に空気プランジャー２１８を開く。さらなる例では、燃料プランジャー２１４及び空気プランジャー２１８の両方を同時に開き、同時に閉める。
【００５７】
本明細書で開示される例で、燃料プランジャー及び空気プランジャーの開閉の間の遅れは相対的に短くてもよい。一例では、空気プランジャーを開くことと、燃料プランジャーを開くこととの間の遅れは１０ミリ秒未満であってもよく、好ましくは略０ミリ秒〜略１ミリ秒の範囲にある。空気プランジャーを閉めることと、燃料プランジャーを閉めることとの間の遅れは略１０ミリ秒未満であってもよく、さらに好ましくは略０ミリ秒〜略２ミリ秒の範囲にある。
【００５８】
燃料プランジャー及び空気プランジャーが開いている時間間隔は様々なパラメータ、例えば、使用されている燃料の種類及びまたは酸化体、エンジンの種類、並びに燃料供給装置の様々な構成要素の寸法及び形状を含むパラメータ、によって変更してもよい。一例では、燃料プランジャー及び空気プランジャー両方が同時に開いている時間間隔は２０ミリ秒未満であり、さらに好ましくは略１ミリ秒〜略５ミリ秒の範囲にある。
【００５９】
上記で簡単に触れたように、空気プランジャーが開いた後に燃料プランジャーの動作の間のタイミングをより正確に制御するために、機械的に移動するリフトリング及びストッパーを使用することが可能である。リフトリング及びストッパーにより、少なくとも一方向の移動の間、燃料プランジャー及び空気プランジャーの間で作動するバネの一方または両方への依存度が下がるかもしれない。リフトリング及びストッパーを使用する場合、空気プランジャーは一定の距離を移動し、そしてリフトリングを燃料プランジャーと関連するストッパー構造に接触させその燃料プランジャーを持ち上げる。この配置により、燃料プランジャーが移動する前にバネの圧力が緩和されるのを待つ必要性が排除される。燃料バネはなお存在してもよく、典型的には、プランジャーを反対方向に動かすことに役立つ第２の役割を果たす。燃料バネは、燃料プランジャーを閉めるため燃料プランジャーを前方方向に動かすことにより有効であってもよい。
【００６０】
本明細書で考察した燃料供給装置で使用されるソレノイドは、最も近い位置にある鉄鋼材に作用する磁場を生成する。典型的には、燃料供給装置２００では、複数のソレノイドを含むが、そのソレノイドは離して軸方向に配置され、燃料及び空気プランジャーまたは燃料及び空気プランジャーを動かす関連要素に独立して作用する。また、ソレノイドは燃料供給装置の中心軸に対して半径方向の異なる位置に配置されてもよい。例えば燃料供給装置１０のような単一のソレノイドの場合、ソレノイドは最も近い位置にある鉄の構成部分に作用する。燃料供給装置１０の場合は空気プランジャー１８である。空気プランジャー１８は、燃料プランジャー１４よりもソレノイドが作用するように、燃料プランジャー１４よりもソレノイドに近い位置で半径方向に位置を定める。また、燃料プランジャーは空気プランジャーの外に、例えばソレノイドにより生成される磁場に敏感でない異なる要素を含んでもよい。燃料プランジャーまたは燃料供給装置の他の構成要素をソレノイドで生成される磁場による作用から保護するために、他の選択肢が可能である。
【００６１】
本明細書で開示される燃料供給装置に関する一利点は、複雑性が低減された燃料システムで空気及び燃料の供給及びまたは混合のために統合された本体を提供することの可能性があることである。他の利点は、エンジンを統合するため、組立品の規模を物理的に縮小できる潜在的な可能性があることである。また、空気流及び燃料の流れを制御するために単一のソレノイドを使用する時、制御の複雑性を低減できる。他の潜在的な利点は、単一の統合された組立品において、近接して連動する２個のソレノイドを使用することに関する。そこでは一つのソレノイドは燃料の制御に使用され、もう一方のソレノイドは空気の制御に使用される。電磁妨害または反応は二つのソレノイドの間で起こりうる。単一のソレノイドのみを使用するときは避けられる、磁気事象における二つの高周波数及びまたは高電流の制御信号による電磁妨害の潜在的な可能性を低減する。
【００６２】
他の利点は、二つの重なったまたは同心の（例えば、同軸）ソレノイドコイルの間でフィードバックを制限する潜在的な性能が排除される単一の磁気ソレノイドの応用例に関する。さらなる利点は、共通の連結管、レーキ角、吸気マニフォルド、または予備加熱の機会を提供するシリンダーヘッドを通じて、二重流体供給に関するものである。これにより、冷却した状態での開始及び冷却した環境で作動ができる。さらなる利点は、一つの注入制御パルス（例えば単独ソレノイド）の付いた一つの装置で２個の単独流体注入事象を促進することに関する。これにより、小型、オフロードまたは負荷制御が含まれなければならないかそれでなければ制限される消費者用のエンジン応用例、における唯一の応用例が提供される。
【００６３】
明細書及び請求項の全体に使用されるように、“含んでいる”“有する”の単語は、請求項を含む明細書に使用されるように、“備える”の単語と同じ意味を有する。
【００６４】
上述の説明は、以下の請求項で述べる原理の一定の態様、実施形態、及び例を記述し説明するためのみに示されたものである。網羅的であるように意図されたものでなく、また説明された原理を開示された任意の精密な形態に制限するように意図されるものでもない。上記の発明を踏まえると、多くの変更例及び変型例が可能である。そのような変更例は発明者により請求項の範囲内であると熟慮される。説明した原理の範囲は以下の請求項で明確にされる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、２００：燃料供給装置
１２、２１２：ハウジングアセンブリ
１４、２１４：燃料プランジャー
１６、２１６：燃料バネ
１８、２１８：空気プランジャー
２０、２２０：空気バネ
２２：ソレノイド
２４：プランジャーキャリア
２６、２２６：燃料フィルタ
３０、２３０：供給チップ
３２、２３２：下部混合ハウジング
３４、２３４：上部混合ハウジング
３６、２３６：燃料内部ハウジング
３８、２３８：空気ハウジング
４０、２４０：ソレノイドハウジング
４２、２４２：カバーハウジング
４４、２４４：第１のＯ−リング
４６、２４６：第２のＯ−リング
４８、２４８：第３のＯ−リング
５０：第４のＯ−リング
５１、２５１：混合室
５２：燃料密閉シート
５４、２５４、２７１：燃料開口
５６、２５６：燃料空洞
５８、２５８：空気チャンネル
６０、２６０：空気密閉シート
６２、２６２：空気開口
７０、２７０：プランジャーシート
７２、２７２：空気空洞
７４、２７４：空気注入口
７６：ソレノイドシート
７８、２７８：接続シート
８０、２８０：空気バネシート
９０、１００、２９０、３００：近位密閉面
８２、１１０、２８２、３１０、３１２：切り穴
９２、２９２：軸方向の燃料チャンネル
９４、２９４：横方向の燃料チャンネル
９６、２９６：バネシート
９８：幹状部
１０２：燃料ハウジングシート
１０６：燃料バネシート
２２２：第１のソレノイド
２２８：第２のソレノイド
２７６：第１のソレノイドシート
２８１：第２のソレノイドシート
３０４：プランジャー切り穴
３０８：遠位面
３１４：近位面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
0006329152.tif 000008
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
0006329152.tif 000013
【図９】
0006329152.tif 000014
【図１０】
0006329152.tif 000015
【図１１】
0006329152.tif 000016
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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