(57)【要約】  燃焼させるためにコロナ放電を利用する、燃料の噴射点火技術、装置、及び機器について開示している。一態様では、エンジン内で燃料に点火する方法には、イオン化燃料粒子をエンジンの燃焼室に噴射させる工程と、イオン化燃料粒子に点火するために燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させる工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程は、燃焼室のポートに設定された電極に電界を付与する工程を含み、この付与された電界は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与される。
2015536403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン内の燃料に点火する方法であって、前記方法が、
エンジンの燃焼室のパターンでイオン化燃料粒子を噴射する工程と、
前記噴射されたイオン化燃料粒子に点火するために前記燃焼室内の所定の位置で複数のコロナ放電を発生させる工程と、を含み、
前記複数のコロナ放電を発生させる工程は、前記燃焼室のポートに設定された電極に電界を付与する工程を含んで、前記電界は、前記電極に又は前記電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与する、
方法。
【請求項２】
前記複数のコロナ放電が、イオン化燃料粒子と前記燃焼室内に含まれる酸化剤との燃焼プロセスを開始させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極が、前記ポートに接合されたアンテナ構造物を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極が、前記ポートに接合された末端部に同軸配置で設定された第１電極及び第２電極を含み、前記第１電極が、前記第２電極との間にある環状空間の内部に沿って設定されており、前記第１電極が、前記環状空間に突出する１つ以上の先端部を備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２電極が、前記第１及び第２電極の間の前記環状空間を縮小させるように前記環状空間に突出しかつ前記第１電極の１つ以上の前記先端部と整列された１つ以上の先端部を備えている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記噴射する工程が、
前記電極間に燃料を供給する工程と、
前記電極間に電界を発生させることによって前記燃料のうち少なくとも一部をイオン化して前記イオン化燃料粒子を生じさせる工程と、
前記燃焼室へ向かう前記イオン化燃料粒子を加速させるためにローレンツ力を発生させる工程と、
を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ローレンツ力が、前記燃焼室へ向かう前記イオン化燃料粒子を筋状パターンで加速させる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
発生した前記複数のコロナ放電にかかる前記所定の位置が、前記加速されたイオン化燃料粒子の筋状パターンに基づいた前記燃焼室の前記ポートからの距離を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記イオン化燃料粒子が前記燃焼室へマッハ０．２〜マッハ１０の範囲の速度で加速される、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
イオン化酸化剤粒子を前記燃焼室へ噴射する工程を更に含み、前記噴射する工程が、
前記電極間に酸化剤粒子を含む空気を供給する工程と、
前記電極間で電界を発生させることによって前記酸化剤粒子のうち少なくとも一部をイオン化して前記イオン化酸化剤粒子を生じさせる工程と、
前記燃焼室へ向かう前記イオン化酸化剤粒子を加速させるためにローレンツ力を発生させる工程と、
を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ローレンツ力が、前記燃焼室へ向かう前記イオン化酸化剤粒子を筋状パターンで加速させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
発生した前記複数のコロナ放電にかかる前記所定の位置が、前記加速されたイオン化酸化剤粒子の筋状パターンに基づいた前記燃焼室の前記ポートからの距離を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記イオン化酸化剤粒子が前記燃焼室へマッハ０．２〜マッハ１０の範囲の速度で加速される、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化剤が、酸素ガス（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、酸素原子（Ｏ）、ヒドロキシド（ＯＨ−）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び亜酸化窒素（ＮＯｘ）を包含する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のコロナ放電が筋状パターンで発生する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記発生した複数のコロナ放電がナノ秒域の継続時間を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料が、メタン、天然ガス、アルコール燃料（メタノール又はエタノールのうち少なくとも１つを含む）、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、及び水素を包含する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
エンジン内で燃料を燃焼させる方法であって、前記方法が、
イオン化酸化剤粒子をエンジンの燃焼室のパターンで噴射する工程と、前記燃焼室は燃料を有し、
前記燃焼室内の所定の位置で複数のコロナ放電を発生させて前記噴射されたイオン化酸化剤粒子に点火する工程と、
を含み、
前記イオン化酸化剤粒子に点火する工程が、前記燃焼室のポートに設定された電極に電界を付与する工程を含み、前記電界が、前記電極に又は前記電極間にイオン電流又はスパークを発生させない周波数で付与され、
前記点火されたイオン化酸化剤粒子が前記燃料と燃焼プロセスを開始する、
方法。
【請求項１９】
前記噴射する工程が、
前記電極間に酸化剤を供給する工程と、
前記電極間で電界を発生させることによって前記酸化剤粒子のうち少なくとも一部をイオン化して前記イオン化酸化剤粒子を生じさせる工程と、
前記燃焼室へ向かう前記イオン化酸化剤粒子を加速させるためにローレンツ力を発生させる工程と、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ローレンツ力が、前記燃焼室に向かう前記イオン化酸化剤粒子を筋状パターンで加速し、前記発生した複数のコロナ放電にかかる前記所定の位置が、前記加速されたイオン化酸化剤粒子の筋状パターンに基づいた前記燃焼室の前記ポートからの距離を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
エンジン内で燃料を燃焼させる方法であって、前記方法が、
不活性ガス粒子をエンジンの燃焼室のパターンで噴射する工程であって、前記燃焼室に燃料と酸化剤とが含まれていることと、
前記噴射される不活性ガス粒子に点火するために前記燃焼室内の所定の位置で複数のコロナ放電を発生させる工程であって、当該コロナ放電発生工程が、前記燃焼室のポートに設定された電極に電界を付与する工程を含み、前記電界が、前記電極に又は前記電極間にイオン電流又はスパークを発生させない周波数で付与されることと、
を含み、前記複数のコロナ放電によって、前記燃焼室内で前記燃料と前記酸化剤との燃焼プロセスが開始する、方法。
【請求項２２】
前記不活性ガス粒子が、アルゴン、キセノン、ネオン、又はヘリウムのうち少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許文書は、燃料噴射器技術に関する。
【０００２】
［関連する出願の参照］
本特許文書は、２０１２年１１月２日出願の米国仮特許出願第６１／７２２，０９０号、表題「熱機関用燃料噴射燃焼装置（FUEL INJECTION AND COMBUSTION SYSTEM FOR HEAT ENGINES）」並びに２０１３年３月１５日出願の米国正規特許出願番号第１３／８４４，４８８号、表題「コロナ放電によるバーストが改善された燃料噴射装置（FUEL INJECTION SYSTEMS WITH ENHANCED CORONA BURST）」及び２０１３年３月１５日出願の米国正規特許出願番号第１３／８４４，２４０号、表題「推力が増強された燃料噴射装置（FUEL INJECTION SYSTEMS WITH ENHANCED THRUST）」の優先権を主張するものであって、前記公報第６１／７２２，０９０号、同第１３／８４４，４８８号及び同第１３／８４４，２４０号の全開示内容は事実上、参照として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
燃料噴射装置は、典型的に、エンジンの吸気マニホールド及び燃焼室に燃料噴霧を噴射するのに用いられる。燃料噴射装置は、１９８０年代後半からキャブレターとほぼ完全に置き換わって、自動車エンジンに用いられる主要な燃料供給系統となっている。この燃料噴射装置に用いられる燃料噴射器には、一般に、２つの基本機能がある。第一に、燃料噴射装置は、エンジンへの吸気行程毎に定量の燃料を供給するので、燃料の燃焼に好適な空気燃料比を維持することが可能である。第二に、燃料噴射装置は、燃料を供給して燃焼プロセスの効率を高める。従来の燃料燃焼装置は典型的に加圧燃料供給部に接続されており、燃料噴射器の開放時間を変えることによって燃焼室へ燃料を定量供給することが可能である。燃料はまた、小さなオリフィスから燃料噴射器へ押し出すことによって燃焼室へ分散することも可能である。
【０００４】
ディーゼル燃料は、原油由来の石油化学製品である。ディーゼル燃料は、さまざまな車両及び作業に動力を供給するのに用いられる。ガソリンに比べて、ディーゼル燃料はエネルギー密度が高い（例えば、ディーゼル燃料１ガロンは約１５５×１０６Ｊであるのに対し、ガソリン１ガロンは約１３２×１０６Ｊである）。例えば、大抵のディーゼルエンジンは、ディーゼル燃料液滴の点火を生じさせるほど十分に圧縮加熱された絞られていない空気に成層燃焼を生じさせるように燃料を直接噴射するので、絞られた空気と予混合燃焼とで作動させて前記点火プラグの点火に関する制限に対処するガソリンエンジンに比べて、燃料効率を更に向上させることができる。しかし、ディーゼル燃料は、ガソリンよりも一酸化炭素排出量が少ない一方で、地球温暖化、スモッグ、酸性雨のほかに、肺気腫、ガン、及び循環器疾患などの重篤な健康問題を引き起こす可能性のある窒素系の排気及び小さな粒子を排出する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】燃料噴射点火装置の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図１Ｂ】可変電極間隙を供給するための、図１Ａの装置の他の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図２】燃料噴射点火装置の別の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図３Ａ】燃料噴射点火装置の他の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図３Ｂ】代表的な電極構造の概略図を示す。
【図３Ｃ】燃料噴射点火装置の別の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図４】開示した技術を実施している間に生じる事象のタイミングを示す、代表的な電圧−対応電流プロットを示す。
【図５】開示した技術を実施している間に生じる事象のタイミングを示す、代表的な電圧−対応電流プロットを示す。
【図６】さまざまなエンジン性能レベルにおけるクランク角のタイミングと相関する、開示した技術を実施している間に生じる事象のタイミングを示す代表的なデータプロットを示す。
【図７】さまざまなエンジン性能レベルにおけるクランク角のタイミングと相関する、開示した技術を実施している間に生じる事象のタイミングを示す代表的なデータプロットを示す。
【図８】燃料噴射点火装置の他の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図９】燃料噴射点火装置の他の代表的な実施形態の概略図を示す。
【図１０Ａ】エンジンを変換するための部品のアセンブリに関する概略図を示す。
【図１０Ｂ】エンジンを変換するための部品のアセンブリに関する概略図を示す。
【図１０Ｃ】エンジンを変換するための部品のアセンブリに関する概略図を示す。
【図１０Ｄ】エンジンを変換するための部品のアセンブリに関する概略図を示す。
【図１０Ｅ】エンジンを変換するための部品のアセンブリに関する概略図を示す。
【図１０Ｆ】エンジンを変換するための部品のアセンブリに関する概略図を示す。
【図１１Ａ】熱機関を変化するための装置の他の実施形態の概略図を示す。
【図１１Ｂ】熱機関を変化するための装置の他の実施形態の概略図を示す。
【図１１Ｃ】熱機関を変化するための装置の他の実施形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
前記図面中、同様の参照記号及び名称は同様の要素を示す。
【０００７】
燃焼のためにコロナ放電を用いて燃料を噴射して点火する技術、装置、及び機器について開示する。
【０００８】
開示技術の一態様では、エンジン内で燃料に点火する方法には、イオン化燃料粒子をエンジンの燃焼室に噴射する工程と、燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させてイオン化燃料粒子に点火する工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程には、燃焼室のポートに設定された電極に電場をかける工程が含まれ、電場は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与される。
【０００９】
その他の態様では、エンジン内で燃料を燃焼させる方法には、燃料を入れたエンジンの燃焼室にイオン化酸化剤粒子を噴射する工程と、燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させてイオン化酸化剤粒子に点火する工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程には、燃焼室のポートに設定された電極に電界を付与する工程が含まれ、電界は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与され、そこで、点火されたイオン化酸化剤粒子が燃料と燃焼プロセスを開始する。
【００１０】
別の態様では、エンジン内で燃料を燃焼させる方法には、燃料と酸化剤とを入れたエンジンの燃焼室に不活性ガス粒子を噴射する工程と、燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させて不活性ガス粒子に点火する工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程には、燃焼室のポートに設定された電極に電場をかける工程が含まれ、電場は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与され、そこで、複数のコロナ放電が、燃焼室内で燃料と酸化剤とによる燃焼プロセスを開始する。
【００１１】
本特許文書に記載の主題は、以下の代表的な特徴を1つ以上もたらす具体的な方法で実施することが可能である。一部の実施例では、１回以上の急速な（例えば、ナノ秒間隔の）コロナ放電は、ローレンツ力による加速及び／又は圧力勾配によって燃焼室を貫通した、推力を与えられたイオン応じたパターンで確立され得る。例えば、コロナ放電は、燃焼室に接合されたアンテナ電極に電位を付与することにより発生することがあり、コロナ放電は、筋状パターンの形状しており、燃焼室内ではイオン化燃料及び／又は酸化剤粒子に点火する。本開示技術は、燃焼室において気体酸化剤物質中で燃料を燃焼させることにより熱を放出するために次の操作上の特性及び特徴を含み得る。例えば、層状の発熱は、燃焼室内の気体酸化剤が複数回添加された層状燃料を完全に酸化している場合、及び余剰の酸化剤が燃焼生成物を燃焼室表面から実質上保護している場合、達成され得る。例えば、層状の燃焼生成物によって発生する熱を仕事へ変換することは、かかる燃焼生成物を膨張させることにより及び／又は保護している酸化剤の周囲の保有量を拡大させることにより達成され得る。燃焼の開始を、上死点に達する前に、上死点において、又は上死点に達した後（ＡＴＤＣ）に加速して実質的に燃焼できるようにすることで、例えばクランク軸がＡＴＤＣから９０°回転する前に燃焼室圧を増加させてＡＤＴＣから１２０°回転する前に燃焼を終了させることが可能である。
【００１２】
本開示技術は、燃焼の開始と終了を促進する代替燃料（例えば、水素及びメタンなど）のより迅速なマルチバースト型成層給気を生じさせることにより、既存のディーゼルエンジンの燃焼−点火を改善することができる。例えば、メタン燃料が利用でき、イオン化燃料（例えば、イオン化メタン粒子）及び／又はイオン化酸化剤のローレンツ推力を用いて制御速度でエンジンに噴射することができる。例えば、制御速度は、マッハ０．２〜マッハ１０の範囲であり得る。例えば、成層給気燃料は、ローレンツ力によるマルチバーストで確立されたイオンパターンにコロナ放電を用いることで点火され得る。例えば、本開示技術は、燃焼室へ送り込まれるイオン（例えば、イオン化燃料粒子及び／又はイオン化酸化剤粒子）の速度、並びに燃焼室へ送り込まれるプラズマ中のイオンの占有数を制御することが可能である。さらに、本開示技術は、ベクトルの方向を、発射／推進パターンに加えて夾角でも制御することが可能である。このように推進速度、形成されるプラズマ中のイオン占有数、及びイオンの推進方向／角度を制御することは、粒子パラメータを制御することによって達成することができ、粒子パラメータには、印加電圧、送電される電流、磁気レンズ、燃料噴射器へ向けた燃料圧、及び／又は燃焼室圧のうち１つ以上が挙げられる。
【００１３】
更なる実施形態には、コロナ放電によって誘発される燃焼の開始、加速及び／又は終了の改善が包含されており、これらは、化学活性化剤及び／若しくはイオンのローレンツ推力によって生じるイオン浸透パターンのコロナ放電、並びに／又は以下の事象によって生じる高エネルギーパターンのコロナ放電によって提供される。すなわち、ジュール−トムソン膨張時に加熱される化合物を含む加熱燃料；熱化学再生（ＴＣＲ）作業の結果としての加熱及び／又は加圧された水素又は他の燃料の導入；燃焼噴射器本体への熱付加の結果としての予熱燃料の噴射；ＴＣＲで生じた高温水素が上死点（ＴＤＣ）に達した後の噴射などの選択工程を包含する、及び／又は燃料噴射器本体内で更に加熱される、並びに／又は予め膨張させた水素を酸化剤に第１速度で浸透させるときに酸化剤の音速を上回る第２速度（ただし、第１速度は第２速度よりも小さい）における水素によって誘発されるジュール−トムソン膨張及び／又は衝撃パターンによって更に加熱される、様々な組み合わせの噴射。
【００１４】
［実施形態］
コロナ放電とは、導体周囲の流体がイオン化することによって、電気付勢された導体材料から（例えば、導体材料の突起構造又は先端部から）流体媒質（例えば、空気など）へ電流が流れることにより生じる放電であり、プラズマが形成されることもある。コロナは、導体材料から広がる電界の電界強度が流体媒質の破壊電界強度を上回ると生じる可能性がある。けれども、前記電界強度は、周囲の物質に電気絶縁破壊又はアーク放電を生じさせるほど大きくはない。放電中、形成されたイオンは最終的に電荷を電位が更に低い周辺部位へ移動させるか又は再結合させて中性分子を形成する。一部の実施例では、突起部を有する導体に高電圧を印加したときに、導体周囲の図形上の条件（例えば、電気的アース様のソースまでの距離など）を含む他のパラメータに応じてコロナ放電が生じることがある。他の実施例では、電気的にアースされた導体（例えば、電圧０において）の突起構造を流体媒質の破壊電界強度を上回る高電界強度の荷電体近辺に近づけると、コロナ放電が生じることがある。例えば、これは、高圧の電気が流れている尖状金属導体に隣接した大気中の青白い（又は他の色の）グローとして現れることがある。
【００１５】
エンジンの燃焼室内では、中央電極に大きな電圧をかけることによりコロナ放電が生じ、それによって、燃焼室の構造内部での中央電極の配置に基づいて存在する不均一な電界勾配に起因して環境ガスに局所的なイオン化が引き起こされて導電性エンベロープが生じることがある。導電性境界は、電界強度によって決定されてかつ燃焼室内で形成されるコロナに相当しており、電界強度は中央電極から離れるにつれて低下する。発生したコロナは、発光電荷流を示すことがある。ただし、導電性境界は制御可能であるが、常套法では、コロナ放電の配置又はバーストパターンを制御することができない。
【００１６】
燃焼のためにコロナ放電を利用して燃料を噴射及び点火する技術、装置、及び機器について開示する。
【００１７】
一態様では、エンジン内で燃料に点火する方法には、イオン化燃料粒子をエンジンの燃焼室に噴射する工程と、イオン化燃料粒子に点火するために燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させる工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程には、燃焼室のポートに設定された電極に電界を付与する工程が含まれ、電界は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与される。
【００１８】
例えば、本方法の実施によれば、複数のコロナ放電によって、イオン化燃料粒子と燃焼室に含まれる酸化剤化合物との燃焼プロセスが開始され得る。複数のコロナ放電は、燃焼室内の制御可能な距離で生じ得る。例えば、コロナ放電の特定の位置は、加速されたイオン化燃料粒子の筋状パターンに基づいた燃焼室のポートからの距離であってよい。一部の実施において、例えば、コロナ放電は、制御可能な持続時間、例えばナノ秒域の速い持続時間で生じ得る。
【００１９】
一部の実施において、イオン化燃料粒子の噴射方法には、エンジンの燃焼室のポートに接合された統合型燃料噴射点火機器の電極間に燃料を供給する工程と、電極間に電界を付与して燃料の少なくとも一部をイオン化することによりイオン化燃料粒子のイオン電流を発生させる工程と、燃焼室に向かうイオン化燃料粒子を加速させるためにローレンツ力を発生させる工程と、が含まれ得る。例えば、ローレンツ力を用いることで、燃焼室へ向かうイオン化燃料粒子を筋状パターンで加速／推進することができる。コロナ放電発生工程に加えて又は代えて、例えば、本方法は、ローレンツ力により推進されたイオン化燃料粒子を利用して、燃焼室に含まれる酸化剤と燃焼を開始及び／又は加速させる工程を含むことも可能である。例えば、燃料としては、メタン、天然ガス、アルコール燃料（メタノール又はエタノールのうち少なくとも１つを含む）、ブタン、プロパン、ガソリン、ディーゼル燃料、アンモニア、尿素、窒素、及び水素を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００２０】
一部の実施において、本方法はまた、統合型燃料噴射点火機器の電極間に酸化剤を供給する工程と、電界を用いて少なくとも一部の酸化剤をイオン化させてイオン化酸化剤粒子を形成する工程と、燃焼室へ向かうイオン化酸化剤粒子を加速させるためにローレンツ力を発生させる工程と、を含むこともある。例えば、ローレンツ力を用いることで、燃焼室へ向かうイオン化燃料粒子を筋状パターンで加速／推進することができる。コロナ放電発生工程に加えて又は代えて、例えば、本方法は、ローレンツ力により推進されたイオン化酸化剤粒子を利用して、燃焼室内のイオン化燃料粒子又は燃焼室に含まれる燃料による燃焼を開始及び／又は加速させる工程を含むことも可能である。例えば、酸化剤（酸化剤化合物）としては、酸素ガス（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、酸素原子（Ｏ）、ヒドロキシド（ＯＨ−）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び亜酸化窒素（ＮＯｘ）を挙げることができるが、これらに限定されない。一部の実施では、空気を用いて酸化剤を供給することも可能である。
【００２１】
例えば、一部の実施において、イオン化酸化剤粒子は、イオン化燃料粒子と同じ電荷となるように生成される。一部の実施において、イオン化酸化剤粒子は、イオン化燃料粒子とは逆の電荷を持つように生成される。例えば、一部の実施において、イオン化燃料粒子（又は直接噴射される燃料）の速度は、かかる燃料粒子の酸化及び燃焼を確実に開始するために酸化剤粒子よりも十分大きくなるように設定する。
【００２２】
別の態様では、エンジン内で燃料を燃焼する方法には、燃料を入れたエンジンの燃焼室にイオン化酸化剤粒子を噴射する工程と、燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させてイオン化酸化剤粒子に点火する工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程には、燃焼室のポートに設定された電極に電場を付与する工程が含まれ、電場は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与され、点火されたイオン化酸化剤粒子が燃料と燃焼プロセスを開始する。本方法の一部の実施において、イオン化酸化剤粒子は、ローレンツ力を発生させることにより噴射され得る。例えば、ローレンツ力は、燃焼室に向かうイオン化酸化剤粒子を筋状パターンで加速させるので、発生した複数のコロナ放電の特定の位置には、加速されたイオン化酸化剤粒子の筋状パターンに基づいた、燃焼室内のポートからの距離が含まれる。
【００２３】
また別の態様では、エンジン内で燃料を燃焼させる方法には、燃料を入れたエンジンの燃焼室に不活性ガス粒子を噴射する工程と、不活性ガス粒子に点火するために燃焼室内の特定の位置で複数のコロナ放電を発生させる工程と、が含まれており、コロナ放電発生工程には、燃焼室のポートに設定された電極に電場を付与する工程が含まれ、電場は、電極に若しくは電極間にイオン電流又はスパークを生じさせない周波数で付与され、複数のコロナ放電が、燃焼室内で燃料と酸化剤との燃焼プロセスを開始する。例えば、不活性ガス粒子としては、アルゴン、キセノン、ネオン、又はヘリウムを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００２４】
一部の実施において、本開示の装置、機器、及び方法は、代替燃料（例えば、水素及びメタンなど）のより迅速なマルチバースト型成層給気を生じさせてエンジンを作動させることによりディーゼル燃料の燃焼−点火を改善するように、そして燃焼の開始及び終了を促進するように、実施され得る。一部の実施において、燃焼の開始及び終了を促進するのに用いられる更に迅速な燃料のマルチバースト型成層給気は、イオン化燃料（例えば、イオン化メタン及び／又はメタン由来若しくはメタン反応生成物由来の粒子）及び／又はイオン化酸化剤を制御された速度で（例えば、マッハ０．２〜マッハ１０の範囲であってよい）ローレンツ力により推進することによってメタン燃料と共に実施され、そして複数のローレンツ推力（マルチバースト）で確立されたイオンパターンへコロナ放電を用いて成層給気した燃料の燃焼を加速することが可能である。燃焼室へ推進されるイオン（例えば、イオン化燃料粒子及び／又はイオン化酸化剤粒子）の速度、並びに燃焼室へ送り込まれるプラズマ中のイオンの占有数は制御可能である。さらに、本開示技術、装置及び機器によれば、ベクトルの方向は、発射／推進パターン並びに夾角で制御することが可能である。このように推進速度、形成されるプラズマ中のイオン占有数、及びイオンの推進方向／角度を制御することは、特定のパラメータを制御することによって達成することができ、特定のパラメータとしては、印加電圧、送電される電流、磁気レンズ、燃料噴射器へ向けた燃料圧、及び／又は燃焼室圧のうち１つ以上が挙げられる。
【００２５】
例えば、高圧圧縮ガスの初期間隙は極めて小さくなるように、例えば、（代表的な燃料噴射器の）電極（１つ又は両方）の磨滅を制限して低圧縮の従来の点火プラグと同程度になるように制限することができる。さらに、例えば、かかる間隙の数は、更に適用寿命を延ばすために、単一間隙の代わりに１００以上であってもよい。一部の実施例では、初期電流を達成した後に、小さな間隙から押し込まれると、電流は、コンデンサ放電によって何千ピークアンペアまで急に増大することがある。その結果、ノンスパークコロナ放電は、追い越すように調整され、マッハ１〜１０のイオンでパターン形成されてもよい。
【００２６】
イオンのローレンツ推力に関する本開示の装置、機器及び技術は、酸化剤イオン及び燃料イオンのいずれか一方又は両方を推進する工程を含んでおり、これによって急速な燃焼の開始及び終了が展開され得る。例えば、ローレンツ推力を用いて酸化剤イオンの燃焼室への成層給気を発現させた後、逆の電荷をもつ燃料イオンを（例えば、ローレンツ推力を用いて）噴射すると、最も急速な燃焼が達成されるが、酸化剤イオン又は燃料イオンの一方のみをローレンツ力で推進してもやはり燃焼プロセスが加速される。酸化剤イオン及び燃料イオンをそれぞれ、バルブの開口及び／又はローレンツ推力に応じて適応的に調節された調整周波数でマルチバースト型噴射させることにより、燃焼の更なる改善が達成され得る。
【００２７】
点火を生じさせるコロナ放電に関する本開示の装置、機器、及び技術は、イオン化又はイオン電流若しくは「スパーク」には速すぎる速度又は周波数で電極に若しくは電極間に電界電位を付与することによって実施されてよい。例えば、バースト型コロナ放電を発生させる本開示の装置及び方法を実施することで生じる燃料点火は、例えば、電極はノンスパーク性であるために材料の実質的な摩耗又は損失が認められないので、電極の寿命の維持などのメリットをもたらす可能性がある。
【００２８】
本開示の方法を実施するのに利用可能な装置について説明する。
【００２９】
図１Ａは、燃料噴射点火装置を結合する装置１００の部品の少なくとも一部を模式的に示す断面図を示す。装置１００には、当該装置１００の部品の少なくとも一部を構造上支持するための格納ケース１３０が備わっている。一部の代表的な実施形態では、格納ケース１３０は絶縁材料から構成され得る。装置１００の一部の実施において、加圧燃料は、バルブアクチュエータによって固定バルブシート１０４から格納された内開き流量調節バルブ１０２へと送られて、燃料流を同軸アキュムレータ及び通路１０３から導管１０６を通って１つ以上の交差ポート１１０へ供給する。バルブ１０２を作動させる装置１００のバルブアクチュエータは、任意の好適な系統で備わっていてよく、例えば、油圧式、空気圧式、磁歪式、圧電式、磁気又は電磁動作するものが挙げられる。例えば、典型的なバルブアクチュエータは、環状空間内のプッシュプル同軸圧電式アクチュエータによって又はディスク状電機子上で作用する環状空間内で適切に接続された電磁気巻線によって接続され作動して、バルブ軸１４７から加えられた力によってバルブ１０２を開閉し得る。
【００３０】
装置１００には、電極１１４，１２６、及び１１６を含む多重電極からなる同軸電極サブシステムが備わっており、例えば空気から供給される酸化剤をイオン化するだけでなく、こうしてイオン化された燃料及び／又は酸化剤粒子へローレンツ推力も提供する。図１Ａに示すように、電極１１４は、燃焼室１２４へ続くポート（例えば、ディーゼルエンジン内でディーゼル燃料噴射器のために通常設けられているポート、など）に納まるように設定された外径を有している。一部の実施において、電極１１４は、チューブ状又は円筒形電極として構成することができ、例えば、薄肉構造物となるように構成されて、燃焼室１２４へのポートに接合することが可能である。例えば、電極１１４は、電極１２６と共に、内側チューブ状又は円筒形電極構造物１２６が外側チューブ状又は円筒形シェル電極構造物１１４に包囲され他状態の同軸電極を構成し得る。同軸電極１１４及び１２６は、突起部又は先端部１１２及び／又は１１１をそれぞれ備えるように構築され得る。同軸電極の典型的な突起部又は先端部特徴１１１及び／又は１１２は、付与された電界を集中させて初期イオン電流の初期生産用間隙を縮小することができ、例えば、高圧縮エンジンにおける通常の点火プラグ間隙要件に比べると初期イオン電流がかなり低電圧で発生し得る。さらに、例えば、突起部又は先端部１１１及び／又は１１２は、装置１００の動作に関与するエンジンポートの周囲材料によって電極１１４を実質上支持及び／又は遮蔽して保護することができる。電極１１６は、同軸構造物１１４の環状領域内に設定されて、燃焼室１２４へのポートに接合される。一部の実施において、例えば、電極１１６は、（燃焼室１２４のポートに接合された）遠位末端部において電極アンテナ１１８を収容するように構築される。
【００３１】
装置は、同軸絶縁体チューブ１０８の少なくとも一部を包囲する絶縁体コンデンサ構造体１３２を備えており、同軸絶縁体チューブ１０８は、図示するような突起部又は先端部１１１及び／若しくは１１２並びに／又は図１Ａの概念断面図に示されていない別の突起部若しくは先端部で規定される軸方向拘束によって所定の位置に保持され得る。例えば、空気冷却装置及び液体冷却装置を備えたエンジン冷却装置は、電極１１４の周囲に、電極１１４又は電圧閉じ込めチューブ１０８の過熱を防ぐのに有効な放熱部となる材料を提供する。
【００３２】
装置１００は、磁界を生じさせるためにバルブの環状通路に１つ以上の永久磁石（図１Ａには図示せず）を備えていてもよく、その磁界を、付与された電界と併用すると、イオン粒子にローレンツ加速が発生する。一部の実施において、例えば、磁界を操作することで、ねじれモーメントを有するローレンツ電流が発生し得る。例えば、かかる開始の後、急減した抵抗に応じてイオン電流が急速に増大し、その増大するイオン電流はローレンツ力によって燃焼室１２４に向かって加速される。
【００３３】
本開示のローレンツ力推進技術によって、燃焼室へ向かうイオン化燃料及び／又は酸化剤の侵入パターンに関する任意の夾角が発生し得る。例えば、アイドリング状態のエンジンでは、推力を与えられた粒子は比較的小さな侵入角で侵入するように制御することができるが、全出力で運転中のエンジンでは、推力を与えられた粒子は、燃焼室への最大侵入のために比較的広角及び高速で侵入するように制御され得る（例えば、最大夾角は、更に大量の空気利用を提供して最大燃焼出力を発生させる）。例えば、装置１００は、燃焼室１２４内で過剰空気を利用できるようにすることで、燃料の成層燃焼を隔離しかつ燃焼ガスによって生じる膨張仕事の発生時に（例えば、熱がピストン、シリンダー又はヘッドなどで失われてしまう前に）熱を利用することも可能である。
【００３４】
一実施例では、燃料及び／又は酸化剤粒子を推進するローレンツ推力は、先ず、電極特徴間の比較的小さな間隙（例えば、電極の突起部又は先端部１１１及び／又は１１２）全体に導電性イオン電流を発生させるのに十分な電界強度を付与することによって発生する可能性がある。イオン電流を利用してイオン電流のイオンにローレンツ力を発生させることで、図１Ａにおいてイオン化粒子（イオン）１２２の噴霧という描写で示されるように、燃焼室１２４へ向かうイオンを推進／加速させることができる。典型的な電極の突起部又は先端部１１１及び１１２の間にある狭い方の間隙の全域で開始される（例えば、電極１１６及び１１４全域で生じる後続の更に大きなイオン電流に比べて）比較的小さなイオン電流は、先ず、大きなイオン電流を確立することに対する抵抗を軽減する。その場合、大きなイオン電流は、粒子に更に大きなローレンツ力を発生させるのに利用され得る。
【００３５】
前記ローレンツ力による推進技術は、発生したローレンツ力の制御を提供する。例えば、ローレンツ力は、電界強度を制御して発生したイオン電流中のイオンの占有数を増やすことで増大し得る。さらに、例えば、ローレンツ力は、粒子のイオン化可能性を増大させてイオン電流を発生させることにより（例えば、電極間の空間に供給される空気及び／又は燃料の量を増加することにより）増大させることができる。さらに、例えば、典型的なローレンツ力による推進技術は、より少数のイオンをイオン化して初期イオン電流を発生させるために実施されることもあり、この場合、更に少ない占有数のイオン化粒子を用いて全粒子中の別の粒子（例えば、非イオン化粒子を含む）に推力を与えることも可能である。
【００３６】
その他の実施例では、例えば装置１００のマグネット（図１Ａには図示せず）によって磁界を発生させて制御することもでき、磁界は、発生したイオン電流と相互作用するとイオン電流のイオンにローレンツ力を生じさせて燃焼室１２４へ向けてイオン１２２を推進／加速させる。別の実施例では、イオン電流を発生させるのとは異なる本開示の装置、機器及び方法によってローレンツ力を発生させることもでき、その場合、電極（例えば、電極１１１及び１１２など）間に付与された電界は、酸化剤及び／又は燃料粒子をイオン化するが電流を発生させないように制御することができ、そして磁界は、電界中のイオン化粒子と相互作用させてローレンツ力を発生させることで燃焼室１２４へ向けてイオン化粒子１２２を加速／推進してそのパターンを形成するように、例えば装置１００の永久磁石又は電磁石によって、例えば一般的な位置領域に発生させて制御することができる。
【００３７】
エンジン運転の吸気及び／又は圧縮期間中にイオン電流へのローレンツ推力を付与させて、燃焼室から導入される空気中に通常含まれている成分（例えば、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２など）から活性化酸化剤粒子（例えば、電子、Ｏ３、Ｏ、ＯＨ−、ＣＯ及びＮＯｘなど）の成層給気を生じさせてもよい。燃料は、バルブ１０２を１回以上開けた後でピストンが上死点（ＴＤＣ）に到達して動力工程が開始する前に、開始したときに、又は開始した後に導入されてもよい。例えば、燃料粒子は、先ず、圧力低下によって環状通路１０３から同軸電極構造物１１４と電極１１６の間の環状通路に向けて加速され得る。電極１１６及び１１４は、燃料粒子を例えば酸化剤イオンと同じ電荷又は逆の電荷を持つようにイオン化して同軸電極１１４及び電極１１６の全域に電流を発生させる。ローレンツ力による加速は、掃引される燃料イオン及び他の粒子を、先に送り出された酸化剤イオンに追いつく又はそれと相交わるほど十分な速度で燃焼室１２４へ送り込むように制御することも可能である。例えば、燃料イオンが酸化剤イオンと同じ電荷を持つ（ので、このように同じ種類の電荷から離れるように加速される）場合、掃引される非荷電燃料粒子はイオン化酸化剤粒子によって点火されるが、イオン化燃料粒子は圧縮酸化剤の奥深くまで浸透して点火されるので燃焼プロセスを終了させる。
【００３８】
一部の実施において、ローレンツ力（推進パターン）によって誘導されたコロナ放電を適用して、燃焼プロセスの終了を更に促進してもよい。コロナイオン化及び放射は、（図１Ａに示すように）燃焼室へ向かってローレンツ推力を与えられたイオン１２２で表される誘導パターンで電極アンテナ１１８から発生することがある。コロナ放電は、電極の突起部又は先端部１１１及び／若しくは１１２又は電極１１４と電極アンテナ１１８との間にイオン電流又は「スパーク」を生じさせるほど非常に速い速度又は周波数で電界電位を付与することによって発生する可能性がある。具体例としては、例えば複数のコロナ放電は、迅速に付与された電界（例えば、数ナノ秒〜数十ナノ秒までの範囲の間隔で）によって発生する可能性があり、燃焼プロセスの終了を（例えば、燃焼室圧及び燃焼室に含まれている化学成分に応じて）更に促進するのに適している。電極アンテナ１１８は、セラミックキャップ１２０によって酸化又は他の劣化から保護され得る。例えば、セラミックキャップ１２０に好適な材料としては、石英、サファイア、多結晶アルミナ、及び定比性又は不定比性スピネルが挙げられるが、これらに限定されない。セラミックキャップ１２０は、バルブ１０２から延びた圧力及び温度センサ計測繊維又はフィラメントを保護するために装備されてもよく、繊維又はフィラメントの一部は、セラミックキャップ１２０の表面まで、及び／或いは電極アンテナ１１８に格納又は収容され得る電磁石若しくは永久磁石まで延びている。例えば、サファイア製計測フィラメントを、セラミックキャップ１２０（例えば、スピネル製）の中まで又はそれを介して延びる圧力及び／温度センサ計測繊維又はフィラメントとして用いて温度及び／若しくは圧力並びに／又は燃料噴射燃焼パターンを測定することで、例えば、燃料圧、バルブ１０２の動作、ローレンツ推力を与えるタイミング及びその大きさ、並びにコロナ放電のタイミング及び周波数などの動作を制御するための１種以上の調整可能な制御を適応的に最適化するための空気利用効率及びブレーキ平均有効圧力を求めることができる。
【００３９】
図１Ｂは、連結式先端部又はチップ１１２'及び１１１'間の可変電極間隙を規定する部品を示す、装置１００の代替実施形態の一部を示す。例えば、運転中、チップ１１２'は、ローレンツ推力が付与されたイオン電流をより小さな間隙内で開始することで、イオン電流の発生に必要なエネルギーを削減しかつ大きな電流を確立することに対する抵抗を軽減させることが可能である。選択時間（例えば、イオン電流が確立される直前など）において、燃料バルブ１０２'を作動させて開口して燃料のバーストを１回以上生じさせることで、バルブチップに作用してチップ１１１'の方へ回転させて間隙を縮小させ、そして（例えば、希薄燃焼空気／燃料比に適した相当大きな点火プラグ間隙においてアーク電流を発生させることに比べると）大幅な省エネ状態で導電性イオン電流の開始を行うことも可能である。例えば、初期イオン電流を確立した後、電極１１４の壁及び／又はチップ１１２'の付け根に埋め込まれた磁石１１５により、チップ１１２'がチップ１１１'から離れるように回転させることができる。例えば、かかる電極間隙は、最小値となるように設定することでローレンツ推力を与えたイオン電流を開始することが可能であり、及び／又は最大幅となるように設定することで、例えば、コロナ放電が電極アンテナ１１８'（例えば、保護用セラミックシールド１２０'を有していてもよい）によって開始される場合は燃焼室１２４において複数回のコロナ放電をローレンツ推力を与えたイオンの推進パターン１２２'で促進してその効率を高めることも可能である。
【００４０】
図２は、燃料噴射点火装置２００の実施形態の概略断面図を示す。装置２００は、例えば、ケーブル２５４及び／又はケーブル２５６から送電され得る低電圧電力で運転することもあり、この場合、かかる低電圧電力は、例えば、典型的な電磁式アセンブリを作動させることにより高電圧を発生させて燃料バルブを開けるため、及びローレンツ推力及び／又はコロナ点火事象を生じさせるために用いられる。装置２００には、外開きの燃料流量制御バルブ２０２が備わっており、これにより、加圧供給部から装置２００へ導管の継手部２０４を通じて燃料を断続的に流すことができる。装置２００には、燃料流量制御バルブ２０２を作動するためのバルブアクチュエータが備わっており、バルブアクチュエータには、任意の好適なシステム（例えば、油圧式、空気圧式、磁歪式、圧電式、磁気又は電磁動作するものが挙げられるが、これらに限定されない）が収容されていてよい。統合的磁気電磁気制御の代表的な例として、燃料流量制御バルブ２０２は、ネジ留めキャップ部品２１０の同軸領域において電磁石及び／又は永久磁石によってディスク電機子２０６に作用する力によって閉じたままである。ディスク電機子２０６は、チューブスカート２１４によって部品２１０の穴に挿入されて、そのチューブスカート内部では、圧力トリム調整器２０３及び導管２０４から導入された燃料が、バルブ軸を包囲するディスク電機子２０６及び燃料流量制御バルブ２０２のリテーナ２０１を通じて軸上の通路又は穴へ送られる。燃料流は、通路２０７からアキュムレータ容積２０９へと続いており、装置２００内部では絶縁体チューブ２３２（例えば、誘電圧閉じ込めチューブ）用の冷却材、誘電性流体、及び／又は放熱部として役立つ。
【００４１】
例えば、小吐出量高速エンジンなどの特定の用途において、絶縁体チューブ２３２を、通路２０４空供給される燃料又は他の流体の大気温度を超えかつ上限が約５０℃までの運転温度で保持する工程は、環状アキュムレータから流れてくる流体の重要な機能であり、環状アキュムレータは、電極チューブ２１１の外表面に間隙及び／又は１つ以上の直線状若しくはらせん状の通路として形成されてもよい。アキュムレータ２０９内を移動する流体及び導管２１１に装備されたバルブシートからバルブ２０２を開口したときに膨張冷却が生じるような流体へのこのような熱伝導を向上することにより、更に高い運転温度に達することがあれば誘電強度を低下させるかもしれない材料で絶縁体チューブ２３２を作製することが可能となる。
【００４２】
具体例としては、絶縁体チューブ２３２は、米国特許第８，１９２，８５２号に開示されている材料から選択されるものから作製されてもよく（前記特許は、その全体が参照により本特許文書の一部として組み込まれる）、絶縁体チューブ２３２の流体冷却実施形態に起因してより薄壁のものは、表１に挙げる材料又は米国特許第８，１９２，８５２号の図３に関連して開示されている材料の中でも薄壁ようのものからなる同軸層若しくはスパイラル層から作製されてもよい。一実施例において、特に頑丈な実施形態は、ポリイミド又は米国特許第８，１９２，８５２号の表１から選択される他のフィルム材料からなるスパイラル層又は同軸層内に、例えばポリマー、ガラス、石英、サファイア、フッ化アルミニウム、ＺＢＬＡＮフッ化物から作製された通信用光ファイバーフィラメント（例えば、米国特許第８，１９２，８５２号の図３の通信３３２）を提供する。絶縁体チューブ２３２の別の代表的な実施形態としては、ガラス、石英、又はサファイアチューブを包含する複合チューブ材料を挙げることができ、ポリイミド、パリレン、ポリエーテルスルホン、及び／又はＰＴＦＥからなる１つ以上の外層及び／又は内層と組み合わせてもよい。
【００４３】
図２に示す代表的な実施形態で例示されるように、燃料流量制御バルブ２０２を開ける作動は、電機子２０６が、電磁石及び／又は永久磁石から生じる磁力を征するように作動すると生じる。電機子２０６は、電磁石２１２と環状領域２０８内の永久磁石との間に設定される。電磁石２１２は、比較的平坦なソレノイド構造の電磁石巻線（例えば、絶縁磁気ワイヤからなる同軸巻線）を１つ以上備えるように構築される。永久磁石２０８は、電機子部品２０６に永久分極を提供するように設定される。一部の実施例では、電機子２０６には２つ以上の要素が備わっており、第１の要素は、永久磁石２０８に接合された電機子２０６の片面に設定され、そして第２の要素は、電磁石２１２に接続している電機子２０６のもう一方の面として設定される。第１の電機子要素は、飽和状態の永久磁石寄りに配置されており、第２の電機子要素を引き寄せてそれに載置することで、電機子２０６を「上向き」位置で固定する。電磁石２１２の作動により、最も近い電機子部品が電磁石２１２の方向に引っ張られることで加速されて運動エネルギーが得られる可能性があり、その運動エネルギーを直ちに別の部品に移動させることでバルブ２０２が素早く開く（例えば、燃料が流れる）。電磁石２１２を緩和させると、電機子アセンブリ２０６は「上向き」位置に戻る。装置２００に作動させた燃料のバーストはそれぞれ、本開示のローレンツ推力によって加速された燃料粒子からなる１つ以上のサブバーストの状態で燃焼室２２４に発射され得る。
【００４４】
代表的な実施形態では、燃料噴射点火装置２００には、図２に示すように、環状セル内のインダクタ巻線２１６〜２２０で例示される一連のインダクタ巻線が収容されている。一部の実施において、一連のインダクタ巻線２１６〜２２０は、補助的なインライントランスとしても利用することでバルブ２０２の開口作動時に電機子２０６に引力を発生させることも可能である。例えば、電磁石２１２コイルのパルシングにより、補助的なトランス環状セル２１６〜２２０内で電流及び電圧が発生する。そのため、電機子２０６を右側へ引き寄せてバルブを開けるのにエネルギー（例えば、電磁石２１２コイルの電流）はそれほど必要ではない。一部の実施において、一連のインダクタ巻線２１６〜２２０のうち少なくとも１つのインダクタ巻線に電圧を加えると、電磁場が生じる。例えば、電磁場は、第１セル（例えば、インダクタ巻線２１６）から巻コイルを通過すると増幅され、ここで第１電圧が後続の巻コイルに連続して印加される。一部の実施例では、一連のインダクタ巻線２１６〜２２０の後続の巻線に追加電圧が付与されることもあり、その場合、追加電圧は、例えば、所望の巻線セルに接続された追加のリード線を用いて付与される。さらに、例えば、トランスは、特有の高い電圧を発生させてＲＦ干渉を除去することも可能である。
【００４５】
一部の実施において、磁石２０８は、電磁石として設定されてもよい。かかる実施例では、電磁石２１２の作動は、例示された電磁石２０８の電磁場が衰弱するにつれて放出されるエネルギーを利用することによって促進されることがある。別法として、例えば、特定の付加サイクルでは、同軸領域空間内の例示された電磁石２０８及び／又は電磁石２１２の放電を、追加部品（例えば、他のインダクタ又はコンデンサ）と併用する又は追加部品なしで利用することで、環状セル（例えば、２１７，２１８，２１９、及び２２０）内で連続して巻き取られていてよい好適なトランス２１６の巻線に電流を迅速に誘発することもある。このような実施例は、米国特許第４，５１４，７１２号に開示されており、前記特許の全てが参照として本特許文書の開示の一部として組み込まれる。例えば、図２の挿入図に示すように、同軸領域空間内の例示した電磁石２０８及び／又は電磁石２１２の放電は、十分に高い電圧が各環状セルによって引き起こされると磁気ワイヤ巻線にかかるストレスを軽減して、電極２２８の電極特徴２２６と電極２３０との間の間隙の縮小によって生じたイオンをローレンツ推力によって推進することがある。
【００４６】
絶縁体チューブ２３２は、同軸チューブとして設定されており、トランスアセンブリのインダクタ巻線２１６，２１７，…２２０によって発生した電圧を閉じ込めることができる。例えば、絶縁体チューブ２３２は、電極２３０の内径にある電極の突起部及び／又は電極２２８の先端部２２６によって軸方向に保持される。一部の実施形態では、絶縁体チューブ２３２は、ピストン速度及びピストン、圧力、並びに電極２２８及び／又は２３０を超えて燃焼室２２５内で燃焼事象によって発生する電磁波の周波数をセンサ２３４にモニターさせるように透明である。例えば、かかる光速計測データにより、酸化剤のイオン化事象、１回以上の燃焼噴射バーストのタイミング、１回以上のローレンツ推力によるサブバーストのタイミング、複数のコロナ放電事象のタイミング、並びに燃料圧の調整に関して各燃焼室を適応的に最適化することができる。
【００４７】
かかるローレンツ推力の付与をエンジン運転の吸気及び／又は圧縮期間中に実行することで、空気中に通常含まれる成分（例えば、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２など）から活性化酸化剤粒子（例えば、電子、Ｏ３、Ｏ、ＯＨ−、ＣＯ及びＮＯｘなど）の成層給気を生じさせることも可能である。燃料流量制御バルブ２０２を１回以上開けた後で、ピストンが上死点に到達する前、到達したとき、又は到達した後に燃料を導入してもよい。燃料をイオン化して同軸電極２２６及び２３０全体に電流を発生させてもよく、また、先に送り出された酸化剤イオンに追いつくほど十分な速度で燃料イオン及び他の粒子を燃焼領域２２４へ送り込むようにローレンツ力による加速を制御してもよい。
【００４８】
例えば、かかるイオン化粒子としては、燃料の燃焼を開始するのに用いられるイオン化酸化剤粒子を挙げることができる（例えば、燃料は、かかるイオン化酸化剤粒子に分散されている）。別の実施例では、バルブ２０２を開けたときに導入される燃料を、同軸電極２３０及び２２８間に流す。燃料粒子を電界によってイオン化し、そのイオン化燃料粒子を、ローレンツ力によって燃焼室へ加速して燃焼を開始及び／又は加速する。別の実施例では、イオン化酸化剤粒子は、イオン化燃料粒子と同じ又はそれとは逆の電荷を持つように生成される。もう一つの実施例では、燃料粒子及び／又はイオン化燃料粒子の速度を、酸化剤粒子に比べて十分大きくなるように制御することで、かかる燃料粒子の酸化及び燃焼を確実に開始させることも可能である。
【００４９】
更に別の実施形態では、エネルギーを付与された粒子としては、一般には、イオン化酸化剤粒子、イオン化燃料粒子、熱エネルギーを付与された粒子、音波で制御して活性化された粒子、電気的に活性化された粒子、及び／又は化学的に活性化された粒子を挙げることができる。エネルギーを付与された粒子は、加熱されても、イオン化されても、酸化されても、音波で制御されるか又は別の様々な種類のエネルギーによってエネルギーを付与されてもよいと考えることができる。エネルギーを付与された粒子としては、酸化剤粒子、燃料粒子、希ガス粒子、化学的に活性化された粒子などを挙げることができる。
【００５０】
本装置２００の一部の実施において、ローレンツ力による推進パターン誘導コロナ放電を適用して、燃焼プロセスの終了を更に促進してもよい。酸化剤及び／又は燃料イオンの侵入パターンの成形は、図示するように、環状空間２２１内の電磁石及び／若しくは永久磁石の様々な組み合わせによって達成されてもよく、或いは電極２３０の内径又は電極２２８の外径に付けられたらせん状の溝又はフィンによって達成されてもよい。コロナイオン化及び放射は、電極アンテナ（例えば、電極２２８の燃焼室端部に位置するものなど）から発生させることもあり、装置２００内に収容された１つ以上のコンデンサ（例えば、２２３及び／又は２４０など）の放電により、燃焼室領域２２４に向かって発生して送り込まれるイオン２２２で示された誘導パターンで供給され得る。コロナ放電は、電極２３０とアンテナ（例えば、一部の実行では、電極２２８に収納可能なもの）の間にイオン電流又はスパークを生じさせるほど非常に速い速度又は周波数で電界電位を加えることにより発生する場合もある。
【００５１】
燃料噴射点火装置２００には、燃焼室計測データを受容しかつ次のものから選択される事象の適応タイミングを規定するコントローラ２５０が備わっている場合がある。事象は、例えば、（１）電極２２６及び２３０間の縮小された間隙内での圧縮中に生じる、酸化剤のイオン化、（２）電極間に電磁場（ＥＭＦ）を連用することにより発生する電流及び酸化剤イオン占有数に応じたローレンツ力の調整、（３）燃料流量制御バルブ２０２の開口及び燃料流が流れている時間の制御、（４）電極２２６及び／又は２３０間の縮小された間隙内での動力工程中、ＴＤＣに達する前、達したとき、又は達した後の燃料粒子のイオン化、（５）電極間にＥＭＦを連用することにより発生する電流及び酸化剤イオン占有数に応じたローレンツ力の調整、（６）燃料が絶縁体２３２を通過し終えた後の時間を調整して電極アンテナ（例えば、アンテナ２２８）から生じるナノ秒パルスのコロナ放電場を、コロナ放電場の適用頻度を制御しながら発生させること、及び（７）続いて、燃料イオンを生成して噴射した後、１回以上の適応的に決定された間隔「ｔｖ」をおいてからコロナ放電を行って、マルチバースト型成層燃焼を生じさせること、などである。
【００５２】
酸化剤のイオン電流に続いて燃料粒子のイオン電流を発生させて燃焼室に送り込む及び／又は燃焼を開始する燃料噴射点火装置２００の一つの典型的な実行について説明する。電圧を印加すると電磁石２１２の固定子コイルに電流を発生させることができる。例えば、導体に電圧（例えば１２Ｖ又は２４Ｖ）を印加すると電磁石コイル２１２に電流が発生する。前記電流は、補助的なインライントランスに電圧を発生させることができ、この場合、電圧を増大させるために環状セル内の一連のインダクタ巻線２１６〜２２０を用いる。
【００５３】
電磁石コイル２１２のパルシングにより、トランス（例えば、環状セル内で巻き上げられたインダクタ巻線２１６〜２２０）に電圧が発生する。一部の実施において、ローレンツ推力の開始は、電極２２６全域に約３０ｋＶ以下で生じることもあり、この電圧は最大圧縮時（例えば、低間隙及びプラズマによる燃焼完遂時）に達成され得る。これは、例えば、既知の最強ディーゼル機関改造装置に相当し、アイドリング時、加速時、走行時及び全出力燃料比における絞られていない空気中での有効な成層燃焼に加えて、好ましくない排気の大幅な減少又は削減をも実現する。これに対し、例えば、標準的な点火プラグ技術では、燃料と絞られた空気とからなる均一帯電燃料混合物の燃料には約８０ｋＶを要し、例えば、窒素酸化物の排気並びに低生産力及び低燃費を含む成果の低下を伴う。
【００５４】
例えば、印加電圧に基づいて、導電性チューブ２１１にエネルギーを付与することで、（電極２２８の）電極チップ２２６と電極２３０との間にイオン電流（例えば、空気からイオン化された酸化剤イオン粒子の形状のイオン電流）を発生させる。空気は、例えば、排気、吸気若しくは圧縮サイクル中に燃焼室２２４から装置２００の環状電極２２８及び３０間の空間に導入されてもよく、或いは他の実施例では、バルブ２０２を介して若しくは供給チューブを介して装置２００に送り込まれてもよく、バルブ２０２及び供給チューブはケーブル２５４及び／又は２５６に連結されていてもよい。例えば、上死点（ＴＤＶ）に達する前にイオン化酸化剤粒子をエンジンの燃焼室２２４へ送り込んで前記空間にエネルギーを付与されたイオンを放出する（例えば、酸化剤の事前コンディショニング及びイオン化行程）と、その後噴射される燃料の点火及び燃焼終了が促進されることもある。これにより、燃焼開始時間及び燃焼が終了するまでの時間を短縮するなどの効果が得られる。
【００５５】
例えば、イオン化酸化剤粒子を推進するために、エネルギーを付与された導電性チューブ２１１によって酸化剤イオン電流を（電極２２８の）電極チップ２２６と電極２３０の間に供給する。イオン電流は、イオン化酸化剤粒子にローレンツ力による加速を生じさせ、イオン化酸化剤粒子を燃焼室２２４へ送り込む。これは、例えば、いくつかのパラメータのうちいずれかを制御することにより、装置２００からローレンツ推力を与えられた酸化剤イオンのパターンとして生じることがあり、パラメータとしては、直流電圧印加プロファイル又は電極間の印加電場のパルス周波数を制御すること、などが挙げられる。
【００５６】
燃料流量制御バルブ２０２は、バルブ作動装置を作動することで開口可能であり、導電性チューブ２１１にエネルギーを再び付与すると、燃料イオン粒子のイオン電流が発生し得る。例えば、エネルギーを付与された導電性チューブ２１１は、（電極２２８の）電極チップ２２６と電極２３０との間にイオン化燃料粒子流を発生させ、その結果、装置２００によってローレンツ推力を与えられた燃料イオンのパターンが生じる。例えば、バルブアクチュエータによって電機子２０６を右側へ移動させることも可能である。さらに、例えば、アキュムレータ容積２０９内の流体が、燃料流量制御バルブ２０２を開口するのに役立ち、例えば、導管の継手部／通路２０４から加圧流体が供給されることもある。
【００５７】
燃料イオンが燃焼室２２４内で酸化剤イオン及び／又は酸化剤と接触すると、燃料イオンのローレンツ推力によって燃焼が開始され得る。例えば、燃料イオンは、高速で押し出されて活性化酸化剤に追いつく。次いで、高効率のコロナ放電を繰り返し付与すると、ローレンツ力で推進された燃料イオンのパターンで追加の燃焼活性化が生じ得る。例えば、コロナ放電２６４は、ローレンツ力で推進されたイオンのパターンに対し、音速を超える高周波（例えば、ＭＨｚ範囲）で繰り返し行われてもよい。コロナの形は、酸化剤及び／又は燃料イオンのパターンによって決定され得る。例えば、コロナの形は、ローレンツ推力だけでなく、イオン化の有無にかかわらず（例えば、後に図８で示すように、フィン又は溝に起因する）圧力低下及び／又は燃料のスワール、並びにローレンツ推力と圧力低下とスワールとの組み合わせによって生じるパターンであり得る。
【００５８】
例えば、複数のコロナ放電を開始することで、ローレンツ力で推進された燃料イオンのパターンで追加の活性化が生じる。例えば、更に１回以上の燃料のマルチバーストが、同一又は新たなローレンツ力により推進されたイオンのパターンで開始することもある。例えば、夾角は、印加電流及び／又は印加磁場を変化させることで調整可能であって、例えば、装置２００では、最大空気利用効率のためにあらゆる燃焼室構造に対処することができる。
【００５９】
さらに、例えば、ローレンツ力により推進された燃料イオンのパターンで追加の活性化を生じさせる（例えば、加速された燃焼の核形成サイトをより多く供給する）ために、装置２００を用い、更に１回以上の燃料のバーストに続いてコロナ放電を発生させることによって余剰の酸化剤内で熱を層状に発生させることも可能である。例えば、装置２００はナノ秒間隔で事象を制御することができるので、次のバーストは次のサイクルまで待つ必要がない。
【００６０】
図３Ａは、燃料噴射点火装置３００の実施形態の概略断面図を示しており、燃焼室３２６のエンジン頭部３１８の支持材料３１４に関する部分透視断面図も更に示している。装置３００の代表的な実施形態は、燃料噴射点火装置を結合するための可変チップケースアセンブリ３０４の内部に示されている。装置３００は、多機能の管状燃料送出電極３０６のバルブシート３１６に通常接した位置で作動する外開き燃料流量制御バルブ３０２を備えている。作動するとバルブ３０２が燃焼室３２６に向かって開いて、燃料が、アセンブリ３０４内部と好適に接続した通路を有する内部アキュムレータ容積３２８から流れ出す。燃料流は、バルブシート３１６を通過して加速して、電極３２０とバルブ３０２の環状部３３０との間の環状空間に入る。
【００６１】
一部の実施例では、電極３２０は、チップケース３０４の好適な薄壁管状延長部分であってよい。また、図３Ｂに示すように、電極３２０は、燃焼室ポート内にライナーとして延びる単独挿入キャップ３２４の管状部３２５であってもよい。他の典型的な応用では、電極３２０は、図３Ａに示すように、燃焼室３２６へ向かうエンジンポートの表面であってもよい。多くのエンジン用途に適したこの代表的な実施形態では、電極３２０は、アセンブリ本体３０４から延びかつ結束工具及び／又は燃焼ガスによって変形し易い比較的薄肉の管状電極として設置することで、図示するようなエンジンの燃焼室３２６へ向かうポートと適合しかつポートに載置することができる。
【００６２】
一部の実施では、周囲のポートの表面とうまく適合するように管状電極３２０を塑性改質することにより、改良された耐疲労性設備に固体力学的支持強度が付与され、また、エンジン頭部及びエンジンの冷却装置への熱伝導が大幅に改善されることで電極スリーブ３２０の性能及び寿命の改善を目的として温度が調節される。これにより、例えば、電極スリーブ３２０をアルミニウム、銅合金、鉄合金、ニッケル合金、又はコバルト合金から作製することができ、優れた熱伝導が付与され、そして過熱又は放電加工に起因する電極の劣化を抑える又はなくす。電極の３３０及び／又は３２０の対抗する面に好適なコーティングとしては、例えば、非合金アルミニウムが包含され、また、ＡｌＣｒＴｉＮｉ合金ファミリー（式中、Ａｌ成分はアルミニウムであり、Ｃｒ成分はクロムであり、Ｔｉ成分はチタン、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム又はこれら金属の組み合わせであり、Ｎｉ成分はニッケル、鉄、コバルト又はこれら金属の組み合わせであり得る。）からも選択される。例えば、より優れた耐疲労性及び高い熱伝導性能を支持材料３１４に与えるための設備で実現される耐食性及び構造適合性を高めるために、電極スリーブ３２０の外径表面をアルミニウム、銅、ＡｌＣｒＴｉＮｉ及び／又は銀でコーティングしてもよい。
【００６３】
送出電極チューブ３０６の特徴３２２（例えば、直径の増大及び／又は突起部若しくはスパイクの増加）は、電圧閉じ込め絶縁体３０８の機械的保定を提供する。典型的な特徴３２２は、好適な電気又は電子ドライバからの点火電圧の印加及び（図示されていないが、燃料噴射点火装置系（fuel injection and ignition system system）の様々な実施形態には含まれている）コントローラによる制御信号の付与に応じてイオン電流を発生させるための電極３２０へ通じる第１経路を示している。かかるドライバ及びコントローラの例は、米国特許出願公開、表題「化学燃料条件及び活性化（CHEMICAL FUEL CONDITIONING AND ACTIVATION）」、代理人書類整理番号６９５４５−８３２３．ＵＳ０１及び米国特許出願公開、表題「回転式センサ及びコントローラ（ROTATIONAL SENSOR AND CONTROLLER）」、代理人書類整理番号６９５４５−８３２４．ＵＳ００（両公報とも２０１３年３月１５日以前に出願されたもの）に開示されており、これら両公報の内容全てが参照として本特許文書の開示の一部として組み込まれる。かかる好適なドライバ及びコントローラの例はまた、米国特許第５，４７３，５０２号及び同第４，１２２，８１６号並びに米国特許出願公開公報第ＵＳ２０１０／０２８２１９８号にも開示されており、これら公報の内容全てが本特許文書の開示の一部として組み込まれる。
【００６４】
例えば、イオン電流が発生すると電気抵抗が急激に低下し、そのイオン電流は、必要な場合は更に低い印加電圧を制御印加することに応じて大幅に増幅させることも可能である。電極３３０及び３２０間で発生が確立された電流は、印加電圧にかかる電流量及び電界強度の関数であるローレンツ力により燃焼室３２６へ向けて送り出される。こうして発生したイオン電流は、加速されると送出速度を達成し、その送出速度を、コントローラによって提供される制御信号を介して電子ドライバから印加される電圧を制御することと電極３２０及び３３０間の環状空間内での流体の圧力を制御することとによって調整することで、アイドリング中、加速中、走行中及び全出力運転中に酸化剤の利用効率を最適化することが可能となる。
【００６５】
具体例としては、運転の吸気及び／又は圧縮期間中に電極３２０及び３３０間の環状空間に入る酸化剤（例えば、空気など）の前記イオン化によって発生する電流により、燃焼室３２６において余剰の酸化剤内で階層化されたイオンパターンが生じることがある。その後、電極３２０及び３３０の間の環状空間に入った燃料の速度は、前記のローレンツ推力によるイオン電流の送出に加えて燃焼室３２６へ向かう圧力誘起流によっても実質上増大され得る。こうして、燃焼室３２６へ掃引されたローレンツ推力を与えられた燃料イオン及び他の粒子は、酸化剤イオン（例えば、オゾン及び／又は窒素酸化物など）に追い付く亜音速又は超音速を得て、燃焼事象の開始及び／又は終了（例えば、かかる酸化剤イオンの放出を含む）を大幅に加速することがある。
【００６６】
一部の実施において、イオンが電極３２０及び３３０の間の間隙を横断することができないほど速すぎる速度又は周波数で電界をその後付与して電界形成アンテナ（例えば、アンテナ３１０であって、好適なセラミックコーティング３１２で保護された１つ以上の永久磁石及び／又は温度圧力センサを包含し得るもの）が及ばない領域にコロナ放電を生じさせることにより、燃焼の開始及び／又は終了の加速に対して更なる推力が付与される可能性もある。かかるコロナ放電による推力は、燃焼室を横断するイオンのパターンで現われるように形作られた高効率エネルギー変換によって発生するので、電気点火効率を更に改善するために燃焼を開始する及び／又は燃焼の終了を加速するローレンツ推力を与えられたイオンの利点を（例えば、点火プラグ運転の限界に比べて）更に拡大する。
【００６７】
図３Ｃは、装置３００の実施形態における部品の特定の役割（すなわち、燃料流量制御バルブ３０２と送出電極チューブ３０６）を入れ替えた燃焼噴射点火装置３００Ｃの別の実施形態を示す。図３Ｃ中、装置３００Ｃには、様々な器具類３４２を収容して保護する中実の又は管状の電極３０２が備わっており、器具類の一例としては、ファブリーペロー繊維及び／又は赤外線チューブ及び／又は光ファイバーを挙げることができ、例えば、燃焼室の圧力、温度、燃焼パターン、並びにピストンの位置及び加速をモニターするために選択されてよい。一部の実施において、管状電極３０２は、固定部品として設置されることもある。装置３００Ｃには、バルブシート３１６を通過して偶発的な燃料流を提供するのに好適なアクチュエータ（例えば、ソレノイド部品、磁歪部品又は圧電部品）によって格納可能な燃料流量制御バルブ３０６が備わっている。この場合、部品３４０は、絶縁体チューブ３０８を含むチューブアセンブリ３０６を通常の閉じた位置まで戻すように働きかける好適な機械バネ又はＯリングであってよい。
【００６８】
燃料噴射点火装置の様々な実施形態は、燃焼室計測データを受容しかつ選択された事象の適応タイミングを規定するコントローラ（例えば、図２に示すコントローラ２５０のようなもの）を備えていることもあり、事象としては、例えば、（１）電極３２０及び３２２間の縮小された間隙における圧縮中での酸化剤のイオン化、（２）例えば、図３Ａ又は図３Ｃに示すような、電極３２０及び３３０間でのＥＭＦの連用によって発生する、電流及び酸化剤イオン占有数に応じたローレンツ力の調整、（３）燃料流量制御バルブ（例えば、図１Ａに示すような燃料流量制御バルブ１０２、図２に示すような燃料流量制御バルブ２０２、図３Ａに示すような燃料流量制御バルブ３０２、及び図３Ｃに示すような燃料流量制御バルブ３０６）を開口して燃料流が生じる継続期間を制御すること、（４）例えば図３Ａ又は図３Ｃに示すような、電極３２０及び３２２間の縮小された間隙内での動力工程においてＴＤＣに達する前、達したとき、又は達した後の燃料粒子のイオン化、（５）例えば、図３Ａ又は図３Ｃに示すような、電極３２０及び３２２間へのＥＭＦの連用によって発生した電流及び酸化剤イオン占有数に応じたローレンツ力の調整、（６）絶縁体２３２を通過した燃料流の終了後の時間を調整して、アンテナ（例えば、アンテナ３１０）から生じたナノ秒パルスのコロナ放電電界を、コロナ放電電界の周波数を制御しながら発生させること、及び（７）続いて、燃料イオンを生成して噴射した後、１回以上の適応的に決定された間隔「ｔｖ」をおいてからコロナ放電を行って、マルチバースト型成層燃焼を生じさせること、などが挙げられる。
【００６９】
図４及び図５は、酸化剤のイオンが発生している間に生じるＥＭＦ又は電圧「Ｖ」を時間「ｔ」で（図４）及び対応する電流「Ｉ」を時間「ｔ」で印加し（図５）、次いで燃料のイオンを発生させた後、燃焼室へ向かうイオン侵入パターンのコロナ放電を、適応的に規定された周波数で生じさせることを含む各事象のタイミングを示すデータのプロットを示す。
【００７０】
図６及び図７は、選択された事象の開始によって最小限の燃料消費量でアイドリング（図６及７のデータプロットにおいて二点鎖線で示すもの）、走行（図６及７のデータプロットにおいて一点鎖線で示すもの）及び全出力（図６及７のデータプロットにおいて実線で示すもの）などの性能水準において必要なトルクを発生させるためのクランク角のタイミングに相応する様々な適応調整を示すデータプロットを示しており、事象としては、例えば、（１）イオン化、ローレンツ力による推進及び／又はコロナ放電による、燃料噴射前又は燃料噴射後の酸化剤の活性化、（２）イオン化、ローレンツ力による推進及び／又はコロナ放電による燃料粒子の活性化、（３）（例えば、活性化燃料推力に関するマルチバーストを発生させるための）酸化剤粒子と燃料粒子の逐次活性化中におけるタイミング、（４）活性化粒子の種類毎の送出速度、及び（５）燃焼室における酸化剤への侵入の程度及びパターン、などが挙げられる。
【００７１】
例えば、図６は、イオン電流を開始させるほど非常に大きな電圧から始めて、アイドリング、走行及び全出力などのエンジン性能水準に相応して同心電極表面３２０及び３３０間の間隙に沿って電流成長を存続させるための電圧振幅の維持又は低下までなどの、電極（例えば、３２０及び３２２）間に印加されたＥＭＦ又は電圧を示している。したがって、より大きな夾角及びより高い速度で燃料が送り出されてより大きな容積に浸透し、そしてより多くの酸素を活性化してより大きな燃料流量で燃焼を終了させることから、酸素利用効率は、走行又はアイドリング時よりも全出力時の方が高いが、一方、酸化剤を供給するための空気利用効率及び燃焼事象の断熱は、走行時及びアイドリング時の出力水準に比べて全出力時の方が低い。
【００７２】
例えば、電極３３０及び３２０間の間隙を横断するイオン粒子及び掃引粒子の角加速度は、次の様々な組み合わせによって達成され得る。すなわち、（１）電極３３０の内側若しくは電極３２０の外側にある電磁巻線又は回路を介して磁場をかけることによる磁気加速、（２）電極３３０の内側又は電極３２０の外側にある永久磁石を介して磁場をかけることによる磁気加速、（３）電極３２０及び／又は３３０の選択領域にある永久磁石材料の利用、（４）電極３３０上にある曲線状のフィンと電極３２０内の曲線状の溝などの組み合わせ及びこれらの逆の組み合わせを含む、電極３２０及び／又は３２２内の１つ以上の曲線状のフィン又は表面下の溝を利用して、吸気及び／又は圧縮及び／又は燃焼事象中に燃焼室内で発生したスワールに相補的なスワールを生じさせること、及び（５）電極３３０上にある曲線状のフィンと電極３２０内の曲線状の溝などの組み合わせ及びこれらの逆の組み合わせを含む、電極３３０及び／又は３２２内の１つ以上の曲線状のフィン又は表面下の溝を利用して、吸気及び／又は圧縮及び／又は燃焼事象中に燃焼室内で発生したスワールとは正反対のスワールを生じさせること、等が挙げられる。
【００７３】
図７は、電極３２０及び３２２間の印加電圧の変化に応じて生じる代表的なイオン電流量を示す。したがって、角度及び線形ベクトル成分を含む送出速度浸透パターンは、適応される燃料圧、イオン電流、及び電極表面３３０沿いの電極３２２から電極３２０が及ぶ範囲の燃料室までのイオンの加速距離と密接に関係している。
【００７４】
図８は、燃料噴射点火装置８００の実施形態の概略断面図を示す。この代表的な実施形態で示すように、装置８００には、バルブシート部品８０２、及びアクチュエータ（例えば、限定されないが、電磁式アクチュエータ、圧電式アクチュエータ、磁歪式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ又は油圧アクチュエータが挙げられる。）によってセラミック絶縁体８０３の低摩擦ベアリング表面に沿って固定バルブシート８０２から離れるように軸方向に動く管状バルブ８０６が備わっている。これにより、電極８２２と８２０及び／又は電極８２３から８２０の間の環状空間８０５へ１つ以上の燃料流が供給される。例えば、かかる燃料流の前及び／又はその後に、環状空間８０５へ入った酸化剤（例えば、空気など）は、リング又は連続点として設定され得る環状電極８２２間で先ずイオン化され、そしてらせん状のフィン又は溝特徴８０８及び／又は８０４によって直線的に及び／又は曲線通路内で加速されてもよい。
【００７５】
したがって、酸化剤のイオン及びそれに続く燃料のイオンは、掃引分子と共に、イオン電流によって、出発速度の程度を上回る送出速度に達する。ここで、イオン電流は、高効率の生産作業特性（例えば、高燃費、高トルク及び高生産力など）を目的とした燃焼室へ向かう酸化剤及び／又は燃料イオン特性化浸透パターン８３０を最適化するように、印加した電流プロファイルを操作するためのコントローラ８５０により及び／又は電磁石（例えば、電磁石８３２及び／又は永久磁石８２５及び／若しくは永久磁石８２７など）との相互作用により、様々な燃焼室設計内で操作する必要に応じた様々な組み合わせ及び位置に基づいて適応的に調整される。
【００７６】
一部の実施において、コロナ放電は、偶発的な作業の有無にかかわらず、燃焼室８４０内におけるローレンツ推力を与えられたイオンによる点火燃焼と共に燃料点火に利用され得る。前記装置８００は、電極８３６及び８２０間又は狭い間隙間でスパークが生じるには速すぎる速度において電極領域８３６から迅速に電界を生じさせる高周波数及び／又は他の方法によってコロナ放電を発生させることができ、また、注入された粒子及び／若しくはローレンツ推力によって先に発生したイオンのスワール加速によって並びに／又は１以上の磁気加速によって確立されるようなパターン８３０で、紫外線及び／又は電子のコロナ放電を発生させる。
【００７７】
電極８３６の典型的なコロナ放電を生じさせるアンテナ特徴は、磁石（例えば、電磁石８３２並びに／又は永久磁石８２５及び／若しくは８２７など）の熱取得を遮断しかつ酸化又は熱劣化を防ぐのに好適なセラミック材料からなるセラミックコーティング８３４及び／又は反射コーティング８３５によって保護されてもよい。流体冷却によって更に熱が除去される。例えば、フィン又は溝で画定される通路からの圧力勾配又はローレンツ力誘起流の影響を受けながら移動する流体は、部品（例えば、部品８２５，８２７，８３２、及び８３６など）を非常に効率よく冷却することができる。
【００７８】
図９は、燃料噴射点火装置９００の実施形態の概略断面図を示す。一部の実施において、装置９００は、放射状に開く、内開きの、又は外開きの燃料流量制御バルブを備えるように設定され得る。代表的な実施形態で例示するに、装置９００には、アクチュエータ９０２（例えば、電機子構造を有する電磁ソレノイドアセンブリ、又は好適な圧電式アクチュエータ）が備わっており、当該アクチュエータは、導電性シート９０６からセラミックバルブピン９０４を外すことで、取付部品９１７から内部回路を通じてポートへ伝わる適応調整された燃料圧であって、バルブ９０４を開けると電極特徴（例えば、電極チップ９０８）の方へ向けて電極９１０及び９１４間の環状通路に流れ込む適応調整された燃料圧を提供する。
【００７９】
装置９００には、高電圧ケーブル９１８を収容した１つ以上のケーブルを通じて電力を提供する（例えば、バルブ作動、ローレンツ加速、及び／又はコロナ放電を提供する）ために１つ以上の噴射及び／又は点火コントローラ（図９には示されていないが、燃料噴射及び他の実施形態に含まれるもの）が備わっている。電極チップ９０８は、比較的狭い間隙を提供するものであり、また、先の尖った特徴を備えるように構成されることで、モデムエンジンの燃焼室に供給される高圧の代替燃料による希薄燃焼に必要とされる広い間隙を用いた点火プラグに要求される６０ｋＶ〜８０ＫＶに比べると、かなり低い電圧で（例えば、１５ｋＶ〜３０ｋＶなど）イオン電流を開始する可能性がある。例えば、電極９１０及び９１４間の環状空間に燃料を流し込む前のイオン化適用において、かかるイオン電流は、活性化酸化剤粒子（例えば、Ｏ３、Ｏ、ＯＨ−、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、及び／又は電子などが挙げられるが、これらに限定されない）と、ローレンツ力による燃焼室領域９１６への加速と、から構成されてよい。例えば、電極９１０及び９１４間の環状空間に燃料を流し込んだ後のイオン化適用において、かかるイオン電流は、活性化燃料粒子から構成されてよい。具体例としては、メタンなどの炭化水素が燃料流に含まれる場合、活性化燃料フラグメント又はラジカル（例えば、ＣＨ３、ＣＨ２、ＣＨ、Ｈ３、Ｈ２、Ｈ、及び／又は電子、など）は、ローレンツ力により燃焼室領域９１６に向かって加速される。燃焼室９１６へ掃引される燃料イオン及び他の粒子の速度は、燃料が環状電極間隙に入るときに最初は局所音速に制限されているが、ローレンツ力によって超音波級まで急速に加速することが可能である。
【００８０】
一部の実施例では、例えばフィン９１２などの１つ以上のフィンは、図９に示すように電極９１０及び／又は電極９１４上の所望の位置に配置又は延長すると、環状通路から燃焼室９１６に向かって掃引されるイオン及び他の粒子のスワール流を生じさせることがある。誘導溝及び／又はフィン９１２は、燃焼室９１６に向けて広範囲の入射角を規定して燃料燃焼の促進と生じる熱の断熱といった複合役割で酸化剤を利用することに関する様々な配置上の問題点に対処することで、エンジンの動力工程中に成層給気熱を仕事へ効率よく変換する。
【００８１】
一部の実施において、装置９００は、装置８００の部品及び構造のうち少なくとも一部を組み込むこと（例えば、装置９００の末端部に配置する）ことも可能である。例えば、装置９００は、８２５，８２７及び／又は８３２と同様の部品を含むことができる。ローレンツ推力を与えられた電流は、永久磁石及び／又は電磁石（例えば、電極９１０に設置された磁石８２５及び／又は８３２と８２７との配置と同様に電極９１４内にあるもの）、溝及び／又はフィンの位置の電極間隙、並びに流れ全体における他の領域と対比した溝に供給される燃料流の割合による可変加速と相互作用するように制御すると、浸透の大きさ及びパターンを非常に広範囲に調整してアイドリング、加速、走行、及び全出力などのモードでの運転の最適化を可能にする。これにより、溝８０４及び／若しくは８０８並びに／又は外径若しくは内径フィン９１２の設計に準じた電極間隙及びイオン電流経路の変化に応じて適応範囲の送出速度及びパターンがもたらされる。電極９２０（例えば、電極アンテナ９２２を伴って設定され得るもの）からのローレンツイオン点火及び／又はコロナ点火、並びにこれらの組み合わせ（例えば、ローレンツ力によって浸透パターンを調製した後、かかるパターンにコロナ放電点火して燃焼の終了を加速すること、など）を選択することで、燃料効率及び性能を更に適応的最適化することが可能である。
【００８２】
図１０Ａは、熱機関（例えば、ピストンエンジンなど）をガス燃料での運転に変換するための部品のアセンブリを含む装置１００の実施形態を示す。熱機関の代表的な例としては燃焼室１０２４の一部の部分断面図が挙げられ、これには、エンジン頭部１０６０、吸気又は排気バルブ１０６２（例えば、一般には典型的なツー（２）バルブ〜４バルブエンジン方式）、ガラス本体１０４２、アダプター収容部１０４４、及びエンジン頭部鋳造物１０６０から燃焼室１０２４までの好適なポートに装置１０００を組み立てるためのエンジン固定クランプ１０４６が、備わっている。燃焼室１０２４から放出されるガスに対する好適な封止の形成を確実にするために、好適なガスケット、Ｏリングアセンブリ、及び／又はワッシャー１０６４を用いてもよい。
【００８３】
ガラス本体１０４２は、特に外表面において面圧縮力及びストレスを展開させて疲労及び腐食劣化に対し適度な抵抗をもたせて長寿命を提供するように製造され得る。ガラス本体１０４２には、１つ以上の技法によって複合燃料噴射点火機能を提供するための装置１０００の追加部品も収容されている。例えば、燃料流量制御バルブ１００２は、外側へ開いて内側へ閉まるように電極１０２８の中央の穴の中での軸方向運動によって操作され、好適な圧電式、磁歪式、又はソレノイド式アセンブリによって作動し得る。図１０Ａには、装置１０００を他の流体管、チューブ、又は他の装置と流体力学的に連結（して、例えば、燃料を装置１０００に供給）することができる燃料注入チューブ付属品１００１が示されている。
【００８４】
説明のために、電磁気−磁気アクチュエータアセンブリを、電磁石１０１２，１つ以上の強磁性電機子ディスク１０１４Ａ及び１０１４Ｂ、誘導ベアリングスリーブ１０１５（例えば、電機子ディスク１０１４Ａに関するもの）、そして電磁石及び／又は永久磁石１００８として示す。例えば、運転中、ディスク１０１４Ａの磁力が飽和状態に達したら、ディスク１０１４Ｂはディスク１０１４Ａで密閉される。電機子ディスク１０１４Ａは、摩擦抑制誘導ベアリングスリーブ１０１５に誘導されて軸方向に滑動し得る。電機子ディスク１０１４Ａは、リベット留めベアリングなどの１つ以上の好適な止め具によって電機子ディスク１０１４Ｂに結合されており、ディスク１０１４Ｂを１０１４Ａからあらかじめ設定された動力学的な駆動限界まで適切に軸方向に移動させ得る。バルブ１００２の通常閉じた位置では、ディスク１０１４Ａが、図示するようにバルブ１００２のバルブ軸の好適な先端部からバルブ１００２に閉じる力を与えるように磁石１００８から促されて、ディスク１０１４Ａの面でディスク１０１４Ｂが密閉されている。電磁石１０１２の１つ以上の巻線に電流が流れることにより、引力が生じてディスク１０１４Ｂに運動エネルギーが発生して不意に自由な軸移動限界に達し、ディスク１０１４Ａがバルブ１０１２と共に開口位置まで素早く引き寄せられて、電極チップ１０２６付近の放射状ポートから燃料が流出する。
【００８５】
図１０Ｂは、外開き燃料流量制御バルブ１００２、バルブシート、及び１０２６などの電極チップと１０２８などの様々な渦巻状又は直線状電極とを含む電極部品１０２３を含む、装置１０００の燃焼室付近の部品の拡大図を示している。図１０Ｂには更に、好適なポートに挿入すると封止１０６４の支持を固定しかつ交換式電極１０３０として働くエンジンアダプタ１０２５の代表的な実施形態も示されている。図１０Ｂは、燃料流量制御バルブ１００２と共に設定されたセンサ１０３１Ａ及び１０３１Ｂも示されており、センサについては後に詳述する。図１０Ｃ及び図１０Ｄは、代表的な型のバルブシート／電極部品１０２３の追加図を示している。図１０Ｅ及び図１０Ｆは、様々な渦巻状及び直線状電極（例えば、電極１０２８）を特徴とする、代表的な型のバルブシート／電極部品１０２３の追加図を示している。図１０Ｂを参照すると、バルブ１００２が通常閉じた状態にあって燃料流が食い止められている間、酸化剤（例えば、空気など）のイオン化は、コンピュータ１０７０から与えられる工程指示書に従って発生し得る。燃焼室１０２４内での吸気及び／又は圧縮事象の間、電極１０２６／１０２８と電極１０３０との間の環状空間に入った空気はイオン化されて電極チップ１０２６と電極１０３０との間に初期電流が生じる。これにより、電気抵抗は大幅に低下して、ローレンツ力と共に更に大きな電流が生じて、制御可能な浸透パターン１０２２で燃焼室１０２４へ送り込まれるイオン占有数の増大を加速する。
【００８６】
同様に、バルブ１００２を開けてポート１０２９から電極１０２６／１０２８と電極１０３０の間の環状空間に燃料を流しているときには、燃料粒子がイオン化されて電極チップ１０２６から１０３０の間に初期電流が生じる。これにより電気抵抗が大幅に低下し、そしてローレンツ力が増大するにつれて非常に大きな電流が制御可能に生じることで燃焼室１０２４へ送り込まれるイオン占有数の増大が加速され得る。かかるイオン及び他の粒子は、例えばバルブ１００２を通過するチョーク流量限界によって、先ず亜音速又は超音速（most sonic velocity）で掃引される。しかし、電極１０３０及び１０２８に沿ったローレンツ力による加速は、燃焼室１０２４内のより遅い酸化剤イオン集団に追い付くかせるためにこの流れを音速又は超音速まで迅速に加速するように制御することも可能である。
【００８７】
かかるイオン化及びローレンツ力による加速のための高電圧は、セル１０１６，１０１７，１０１８，１０１９，１０２０などの環状トランス巻線によって生成されてもよく、これは、高電流を流して電機子１０１４Ａ及び１０１４Ｂ並びにバルブ１００２を開口するより前にインダクタコイル１０１２のパルシングによる電流発生から始まる。電極１０２６／１０２８から１０３０の間のイオン集団に初期の及び／又は推力による電流レベルを迅速に発生させる前記変換工程中に発生したエネルギーは、１つ以上のコンデンサ１０２１に蓄積され得る。
【００８８】
一部の実施において、導体１０５から供給される進行程度の高い電界によって又はトランスから（例えば、セル１０１６，１０１７，１０１８，１０１９，１０２０などの中の環状トランス巻線から）発生した電圧を非常に迅速に印加することによってコロナ放電を発生させて、コンデンサ１０４０に蓄積して電界を発現させることで燃焼室１０２４内で更なるイオン化を引き起こすこともあり、ここで、更なるイオン化には、ローレンツ加速によるパターンで送り込まれたイオンによる規定の経路内でのイオン化も含まれる。
【００８９】
高誘電絶縁体チューブ１０３２は、図示するように電極チップ１０２６と管状部１０２８とを備えた電極を備えた導電性チューブ１０１１から送電された高電圧を確実に保有するために、コンデンサ１０２１内の領域まで延びていてよい。こうして、前記強誘電性ガラスケース１０４２及び絶縁体チューブ１０３２により、効率よく放電するためにコンデンサ１０４０で蓄積された高電圧を圧縮閉じ込めさせて燃焼室１０２４内でコロナ事象が発生する。一部の実施において、ガラスチューブ１０４２の選択部分は、アルミニウム、銅、グラファイト、ステンレス鋼又は別のＲＦ閉じ込め材料からなる導電層又はかかる材料からなるフィラメント織物を備えた構造でコーティングされていてもよい。
【００９０】
一部の実施において、装置１０００には、誘電性ガラスケースから鋼鉄又はステンレス鋼製ジャケットまで及ぶ移行部が備わっており、当該移行部にエンジンクランプ１０４６を適用して装置１０００をガスケットシール１０６４で密閉することができる。例えば、ジャケット１０４４は、ネジ式キャップアセンブリ１０１０を図示するような所定の位置に外部から保持させるための雌ネジを備えていることもある。
【００９１】
装置１０００は、ケーブル１０５４及び／又はケーブル１０５６から送電された低電圧電力で運転してもよく、例えば、かかる低電圧電力は、バルブ１００２を開けるため並びに／又は前述の通りローレンツ推力及び／又はコロナ点火事象を生じさせるために、圧電式、磁歪式又は電磁式アセンブリの作動を含む要求に応じて高電圧を発生させるのに用いられる。別法として、例えば、装置１０００は、ガラス又はセラミック部１０５２で絶縁された導電性チューブ１０５０などの１つ以上のポストを利用して、ローレンツ推力及び／又はコロナ放電を生じさせる所要の電圧印加プロファイルを実現させる１つ以上の高電圧供給源（図示せず）を備えた複数の電気エネルギー変換装置を組み合わせることによって運転されてもよい。
【００９２】
これにより、ローレンツ力により推進される電圧印加プロファイルを用いて先ずイオン電流を発生させた後、１つ以上の別の電源と共に迅速に電流を増大させることで、コロナ放電を酸化剤イオン及びラジカル及び／又は燃焼室１０２４内へ掃引された酸化剤注入のパターンで並びに燃焼室１０２４内へ放射された燃料イオン及びラジカル及び／又は掃引された燃料粒子のパターンで刺激するためにＲＦ、可変周波数の交流電流又は急速パルス状直流電流を利用することができる。したがって、ローレンツ力並びに／又はコロナ点火及び燃焼促進事象にかかるエネルギー変換効率が向上する。
【００９３】
図１１Ａは、図１０Ａ及び図１０Ｂに導入された装置１０００の特徴及び部品と同様の特徴及び部品を備えた熱機関を置き換えるための装置１１００の別の実施形態の概略図を示す。装置１１００の代表的な実施形態では、ディーゼル燃料噴射器に取って代わる寸法の円筒形をなす、又は別の型の、好適な金属合金製末端部品１１０４が示されており、前記部品１１０４は、図示するように、点火プラグ交換できるようにネジ式であってよい。装置１１００には、内部の環状空間で１つ以上のコンデンサ１０４０を絶縁させる、絶縁体ガラススリーブ１１０６が備わっている。装置１１００には、バルブアセンブリ１００４を作動する圧電式ドライバアセンブリ１１０２が備わっている。バルブアセンブリ１１０４部分は図１１Ｂの断面図により詳細に示しており、バルブシート／電極１０２３と、絶縁体スリーブ１０３２と、導電性チューブ１０１１と、コンデンサ１０４０のうち一つと、が収容されている。
【００９４】
加圧燃料は、装置１１００の可変圧力調整器１１１０に接続されると、典型的に気密封着処理された圧電式アセンブリ１１０２周囲の軸方向溝を通じて流れとして送られる。ここで、前記アセンブリは、例えば、バルブアクチュエータ１１０２及びバルブアセンブリ１００４によるプッシュプル作動式のベローズシール直接輸送手段を備えており、例えば、図１１Ｂ中の代表的なセンサ部分１０３１Ａ及び１０３１Ｂを含む図示するような電気絶縁バルブ軸チューブ（例えば、窒化ケイ素、ジルコニアなど）又は複合型高強度光ファイバー（例えば、ガラス、石英若しくはサファイアなど）を備えていることもある。
【００９５】
例えば、こうして生じる燃料流は、典型的な圧電式アクチュエータ１１０２及びバルブトレイン部品と同様にバルブシート／誘導電極部品１０２３及び関連部品をも冷却して、熱膨張不整合によって生じる寸法変化を最小限に抑える。装置１１００には、典型的な圧電式アクチュエータ１１０２の運転を含む装置操作用のコントローラ１１０８が備わっている。コントローラ１１０８（並びに図１０Ａのコントローラ１００８及び本開示の技術に関する他のコントローラ）は、例えば、様々な電圧比例バルブに近い位置からシート間隙位置までに及ぶ様々な位置又は測定値をモニターするためのセンサ１０３１Ａフィラメントで中継される計器によって検出される並びに／又は絶縁体スリーブ１０３２内の流量モニター計器に応じて検出される及び／又は計器及び光ファイバーリレー１０３１Ｂによる燃焼室内での燃料噴射燃焼パターンの検出に応じて検出される、あらゆる弾性歪み及び前記熱膨張不整合に起因にしたあらゆる流量誤差に対処するように設定することも可能である。例えば、イオン誘導酸化剤流を含む管理された燃料流量と実際比較された誤差は、例えば、必要に応じて正電圧バイアスへ負電圧を適応調整して印加するなどの、典型的な圧電式ドライバ１１０２からの適応圧力制御及び／又は電圧制御調整によって直ちに補正することができる。
【００９６】
装置１１００には、典型的な圧電式アクチュエータ１１０２の作動用のコントローラ１１０８が備わっており、これは、好適な通信経路によってコントローラ１１０８と通信するように設定され得る。例えば、一部の用途では、光ファイバーフィラメントは、圧電式アセンブリの気密封着処理されたコアを経由してバルブアセンブリの気密封着処理された中心コアに通じており、また、軸方向の運動は、コントローラ（例えば、コントローラ１１０８又は１００８など）に至る経路内の光ファイバーのわずかなたわみによって補正され、及び／又は光ファーバーフィラメントの一部若しくは全ては、コントローラから送られて燃料が流れている１つ以上の溝へと通じてわずかにたわむことで燃料バルブアセンブリの往復運動に適応する。図１１Ｃは、コントローラ及び圧電式アクチュエータアセンブリに至る／からの光ファイバー経路１００９を含む装置１１００の概略図を示している。
【００９７】
例えば、装置１１００は、コントローラ１１０８からの指令を用いて操作して、絶縁ケーブル１１１２及び１１１４から（例えば、−３０Ｖの直流電圧〜約＋２２０Ｖの直流電圧の範囲の）適応的に変化する電圧を印加することによって典型的な圧電式アクチュエータ１１０２を操作することが可能である。例えば、圧電式アクチュエータ１１０２に印加される電圧を適応調整することで、固定部品と動的部材（例えば、バルブアセンブリ１００４のバルブ軸及び他の部品など）との間の熱膨張のずれを補正することが可能である。例えば、かかる適応調整は、様々なセンサ（例えば、装置１１００内のセンサ１０３１Ａ及び１０３１Ｂ、頭部ガスケット中のセンサ、及び／又はバルブシート／電極部品１０２３とバルブ１００４との間の分離距離を検出する、バルブ１００４の絶縁体スリーブ１０３２内の光ファイバー位置センサなど）による燃焼室の燃料パターン及び燃焼特性の検出並びにポート１０２９から燃焼室１０２４へ向かう流れに応じて行うことが可能である。
【００９８】
コントローラ１１０８は、更に、絶縁された導体１１２０を通じて導電性チューブ１０１１へ、そして絶縁ガラススリーブ１１０６内の環状空間中のコンデンサ１０４０などの１つ以上のコンデンサへ、その後バルブシート／電極１０２３へと送電されて、燃焼室１１２４内で燃焼噴射浸透パターンでスパーク、ローレンツ推力を与えられたイオン、及び／又はコロナ点火放電を生じさせるためのエンジン電極１０２６及び／又は１０２８及び１０３０へと供給される高電圧を発生させるようにコイルアセンブリ１１１８のケーブル１１１６を通じて制御及び励起も提供する。一部の実施において、例えば、コントローラ１１０８は、米国特許第３，１４９，６２０号、同第４，１２２，８１６号、同第４，４０２，０３６号、同第４，５１４，７１２号及び同第５，４７３，５０２号、米国特許出願公開第２０１２／０１８０７４３号、並びに前記プロセスを開示している関連文献に開示されている少なくとも１つの回路を利用することも可能であり、これら全公報の内容全てが参照として組み込まれる。
【００９９】
本開示の装置、器具及び方法は、燃焼室内でローレンツ推力を与えられたイオンで特徴付けられる浸透パターンを発生させて、ローレンツ力により開始及び放射されたイオンで形成される１つ以上のパターンで繰り返し発現するコロナ放電を含むタイミングを適応調整するように実施可能である。かかる標的イオン又はパイロットイオンは、コロナエネルギー要件を大幅に軽減して紫外線のコロナエネルギー放電の配置を含むコロナ放電点火効率及び／又は燃料−空気混合物のパターンでの追加イオンの生成を改善することで燃焼事象の開始及び終了を促進する。ローレンツ力を生じさせる更なる典型的な技術、装置及び／又は器具については、２０１３年３月１５日に又はそれ以前に出願された米国特許出願公開公報、表題「推力が増強された燃料噴射装置（FUEL INJECTION SYSTEMS WITH ENHANCED THRUST）」、代理人の書類整理番号６９５４５−８３３２．ＵＳ０１に記載されており、前記公報の内容全てが参照として本特許文書の開示内容の一部として組み込まれる。
【０１００】
本開示技術の一部の態様では、燃料の成層燃焼に関し、コロナ誘導イオン化及び／又は電離放射線の発生（例えば、燃料−酸化剤混合物がある場所での紫外線放射）に電気エネルギーが充当される場合、コロナ点火効率は十分に高い可能性がある。例えば、好適な混合物は、例えば、空気、酸素、酸素の他のドナー、及び種々のハロゲン類などの酸化剤を含み得る。具体例としては、例えば、改善されたコロナ点火効率を提供する混合物には、次のものが挙げられる。（１）燃料と燃料イオンと酸化剤、（２）酸化剤イオンと燃料、及び（３）酸化剤イオンと酸化剤と燃料と燃料イオン。
【０１０１】
一部の実施において、例えば、放射燃料の浸透パターンでのコロナ放電は、当該パターンが酸化剤イオン、オゾン、窒素酸化物及び／又は他の活性化酸化剤粒子を含有する又は包含する場合、確実に生じ得る。同様に、放射燃料のパターンでのコロナ放電は、当該放射燃料のパターンがイオン、オゾン、窒素酸化物及び他の活性化酸化剤若しくは燃料ラジカルを含有する又は包含する場合、確実に生じ得る。
【０１０２】
コロナ放電の効率は、放射燃料がイオン化され易い不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、又はキセノン）を包含する場合にも向上し得る。これは、かかるガスが、窒素、酸素又は炭化水素などの燃料粒子（例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ガソリン又はディーゼル燃料）に比べて非常に低い印加電圧及び電気エネルギー消費量でイオン化されるためである。同様の典型的なコロナ点火効率の向上は、かかる不活性ガスを、燃料と酸化との混合パターンで表される酸化剤と混合することによっても達成され得る。
【０１０３】
非常に低い誘電強度を有する典型的な不活性ガスは、空気又は表１に示す炭化水素燃料よりもイオン化され易い。例えば、より少量のネオン、クリプトン及びキセノンを含むアルゴン系などのガスは、大気の約１％を構成する。アルゴンは、少量のかかる不活性ガスと共に選択的吸着及び遊離、液状化及び選択的気化によって又は様々な好適なろ過システムによって空気から分離可能である。ヘリウムも同様のプロセスによって天然ガスから抽出され得る。噴射されると成層給気を生じる燃料（例えば、天然ガス）に混合されている少量のかかる不活性ガスは、非常に効率の良いコロナ放電点火のための省エネルギーパターンを発現する。
【表１】
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【０１０４】
例えば、水素は、誘電強度が天然ガスのおよそ半分であることから、効率に良いコロナ誘発点火（corona triggering ignition）に優れた標的を提供し、効率良くコロナ点火が生じた後に、水素は点火後の９〜１５倍の速さで燃焼し熱を放出して天然ガスの燃焼を大幅に加速する。別の実施例では、水素と、天然ガスと、少量のヘリウム又はアルゴンとによって、かなり高いコロナ放電効率で天然ガスの点火を誘発する。
【０１０５】
また別の実施例では、水素に少量のアルゴン又はヘリウムを添加した混合物によって、更に高いコロナ点火効率が達成され得る。かかる水素の成層燃焼は、エンジンに送り込まれる空気を浄化して、ほこり、タイヤのかけら、ディーゼルすす、一酸化炭素、オゾン、窒素酸化物及び発がん物質（例えば、硝酸過酸化アセチル、ベンゼン及び他の未燃炭化水素など）だけでなく、交通渋滞地域の汚染大気中のその他の好ましくない成分をも軽減又は削減する可能性がある。
【０１０６】
さらに、例えば、後にローレンツ力の発生によって推進される電流を発生させる粒子のイオン化を含むローレンツ加速は、誘電強度が比較的低い物質であっても同様に高効率であり得る。かかるローレンツ推力を与えられたイオンは、燃焼室内の酸化剤へ送り込まれると、コロナ放電が点火及び／又は燃焼の終了を促進するのに特に効率のよい機会を示す。
【０１０７】
一部の実施において、例えば、本開示の技術では、より効率の良いローレンツ加速及び／又はコロナ点火を誘発するために不活性ガス（大気又は天然ガスから抽出されたもの）を利用することができ、不活性ガスは、大気環境に最終的に影響を及ぼさずにエンジンの排気から放出される。かかる誘発物質の利用により、本開示の実施形態を利用したエンジンによって大幅な高燃費化を促進することで大気環境が最終的に改善され得る。
【０１０８】
この特許文書には多くの特定事項が含まれているが、これらは、発明の範囲又は特許請求の範囲を制限するものではなく、特定の発明の特定の実施形態に特異的であり得る特徴の記述と解釈されるべきである。本特許文書において別個の実施形態の中で説明された特定の特徴はそれぞれ、一つの実施形態において組み合わせて実施することも可能である。これに対し、一つの実施形態中で説明された様々な特徴はそれぞれ、複数の実施形態で別個に又は任意の好適なサブコンビネーションで実施することも可能である。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するとして先に説明しかつ請求項にも初めはそのように記載しているが、請求項に記載の組み合わせのうち１つ以上の特徴は、場合により当該組み合わせから削除されてもよく、また、請求項に記載の組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変型を対象とすることもある。
【０１０９】
同様に、操作は、図面中に特定の順序で表示しているが、所望の結果を得るために、表示された特定の順序で又は順番に実施する必要はなく或いは示した操作を全て実施する必要もないと解されるべきである。加えて、本特許文書に記載の実施形態における様々な装置部品の区別は、全ての実施形態でそのように区別する必要はないものと解されるべきである。
【０１１０】
記載の実施及び実施例はほんの一部であることから、本特許文書の説明及び例示に基づいて他の実施、拡張及び多様化を行うことも可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2015536403.tif 000009
【図４】
2015536403.tif 000010
【図５】
2015536403.tif 000011
【図６】
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【図７】
2015536403.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
2015536403.tif 000016
【図１０Ｂ】
2015536403.tif 000017
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
2015536403.tif 000020
【図１０Ｆ】
2015536403.tif 000021
【図１１Ａ】
2015536403.tif 000022
【図１１Ｂ】
2015536403.tif 000023
【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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2015536403.tif 000027
2015536403.tif 000028
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