(57)【要約】【課題】パドリングおよび気泡トラッピングの問題がなくなり、または緩和されることになる。【解決手段】別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ３０であって、複数の発射チャンバ４４であって、それぞれがエネルギー散逸デバイス４６を有し、発射チャンバ４４に液体燃料を供給するよう構成された流体供給スロット４２に関連付けられる発射チャンバ４４と、  発射チャンバ４４と流体供給スロット４２との間に配置され、液体が通って流体供給スロット４２から発射チャンバ４４に引き込まれるくびれた入口５０とを備えている。【選択図】図６
2005195017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発射チャンバであって、それぞれがエネルギー散逸デバイスを有し、前記発射チャンバに液体燃料を供給するよう構成された流体供給スロットに関連付けられる発射チャンバと、
前記発射チャンバと前記流体供給スロットとの間に配置され、液体が通って前記流体供給スロットから前記発射チャンバに引き込まれるくびれた入口と、
を備えている、別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項２】
前記発射チャンバはそれぞれ出口オリフィスを備え、
前記エネルギー散逸デバイスは大きさが前記出口オリフィスよりも小さくなっている、請求項１に記載の別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項３】
前記くびれた入口は、対向する２つの突出した先端によって形成されている、請求項１に記載の別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項４】
前記突出した先端はそれぞれ、前記流体供給スロット内の液体燃料の流れと略垂直な平らな表面と、前記発射チャンバにおける角度の付いた表面とによって画定され、前記平らな表面と前記角度の付いた表面とは鋭角をなしている、請求項３に記載の別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項５】
前記くびれた入口の幅は、前記発射チャンバの幅および前記流体供給スロットの幅よりも小さくなっている、請求項１に記載の別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項６】
前記エネルギー散逸デバイスは抵抗器である、請求項１に記載の別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項７】
前記液体は液体燃料である、請求項１に記載の別個の液体滴を噴射する滴エジェクタ。
【請求項８】
可燃性蒸気を発生する装置であって、
空気流内に別個の液体燃料滴を噴射するよう構成された滴エジェクタを備え、該滴エジェクタは、
複数の発射チャンバであって、それぞれがエネルギー散逸デバイスを有し、前記発射チャンバに液体燃料を供給するよう構成された流体供給スロットに関連付けられる発射チャンバと、
前記発射チャンバと前記流体供給スロットとの間に配置され、液体燃料が通って前記流体供給スロットから前記発射チャンバに引き込まれるくびれた入口とを備えている、
装置。
【請求項９】
前記くびれた入口は、対向する２つの突出した先端によって形成されている、請求項８に記載の可燃性蒸気を発生する装置。
【請求項１０】
複数の別個の液体燃料滴を空気流に通過させることを含み、
前記液体燃料滴はそれぞれ、発射チャンバ内の液体燃料を加熱して、液体燃料の気泡が液体燃料滴を押し出して前記発射チャンバから出口オリフィスを通って噴射されるようにすることによって発生し、液体燃料の前記気泡がつぶれる結果として、液体燃料がくびれた入口を通って前記発射チャンバに引き込まれる、
可燃性蒸気を発生する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、別個の（discrete）液体滴を噴射する滴エジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
滴エジェクタは、インクジェットプリンタにおいて、液体インクを受け取るようになっている紙等の媒体上に別個の液体インク滴を噴射するのに用いる既知のデバイスである。Chenへの米国特許第６，１６２，５８９号には、別個の液体インク滴を噴射する例示的な滴エジェクタが説明されている。
【０００３】
本願の所有権者に普通に譲渡されている米国特許出願第１０／０８６，００２号において記載されているように、別個の液体燃料滴を噴射して内燃機関用の可燃性蒸気を作り出す改善した燃料噴射器における中心的な構成要素として、液体インク滴エジェクタを用いることが提案されている。滴エジェクタを用いることによって、内燃機関に提供される空気／燃料の混合物を、従来の燃料噴射器と比較してより精密に制御することが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガソリンやディーゼル燃料等の液体燃料は、滴エジェクタをこれまで用いてきた液体インクよりも粘度が低いこと等、異なる物性を有している。その結果、既知の液体インク滴エジェクタを用いて液体燃料ならびにその他のより低粘度の液体を分散供給する（dispense）という試みにはさまざまな問題が存在している。例えば、本発明者らは、既知の滴エジェクタを用いて比較的低粘度の液体を供給する場合には、「パドリング」および「気泡トラッピング（bubble trapping）」に関する問題がある、ということを認識した。これらの問題についてはすべて、以下に詳細に説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において説明する実施形態は、滴エジェクタを用いて比較的低粘度の液体の別個の滴を噴射することに関連するこのような問題およびその他の問題に鑑みて開発され、そのような問題に取り組んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
液体燃料等の別個の液体滴を噴射するために改善した滴エジェクタの実施形態を説明する。例示的な一実施形態において、改善した滴エジェクタは、滴エジェクタから噴射される別個の燃料滴から可燃性蒸気が発生する燃料噴射器において使用されるものとして説明する。滴エジェクタは、液体滴がそこから噴射される複数の発射チャンバを備えている。液体は、複数の流体供給スロットを通じてそれぞれの発射チャンバに供給され、それぞれの発射チャンバは、少なくとも１つの供給スロットに関連付けられている。それぞれの発射チャンバと、これに対応する供給スロットとの間には、くびれた（constricted）入口が設けられている。それぞれの発射チャンバには、対応する供給スロットからそのくびれた入口を通って液体燃料が引き込まれるようになっている。それぞれの入口は、流体供給スロットおよび発射チャンバよりも幅が狭く（すなわち、入口が「くびれ」ており）、発射チャンバに供給されている液体燃料と発射チャンバから噴射されている燃料滴との制御を改善することができるようになっている。くびれた入口によって、「パドリング」および「気泡トラッピング」の問題がなくなり、または緩和されることになる。これらの問題については、その他のものと同様に以下でより詳細に説明する。
【０００７】
図１を参照すると、液体燃料から可燃性蒸気が発生するシステム１０の一実施形態を示している。システム１０は、燃焼室（図示せず）のインテークマニホルド１４に取付けられた燃料噴射器１２を備えている。この燃料噴射器１２は、インテークマニホルド１４を通過して燃焼室に入る可燃性蒸気１６を発生させるものである。当業者であれば、燃料噴射器１２は、可燃性蒸気１６を燃焼室に供給することができるようなさまざまな他の方法で取付けられてもよい、ということを理解するであろう。可燃性蒸気１６は、燃料噴射器１２内の複数の一定量の液体燃料滴を空気流に通過させることによって、発生するようにしてもよい。空気流は、従来のエアフィルタ１８を通して燃料噴射器１２に供給してもよく、液体燃料は、自動車のガスタンク等の従来の燃料槽２４から燃料噴射器１２に供給してもよい。いかなる所与の時点において燃料噴射器１２により発生する特定の空気／燃料の混合物は、制御回路２２およびスロットル２０に応答して決定され、制御回路２２およびスロットル２０によって制御されるようになっている。
【０００８】
図２は、燃料噴射器１２の外部ハウジングを切欠いた状態にある図１のシステムを例示するものであり、それにより、一定量（体積または大きさが同じ）の液体燃料滴を噴射する燃料滴エジェクタ３０の例示的な一実施形態を示している。滴エジェクタ３０は燃料入口３２を備えている。燃料入口３２は燃料槽２４（図１）と流体連通しており、滴エジェクタ３０が液体燃料の連続供給を受けられるようになっている。滴エジェクタ３０はまた、制御回路２２に電気接続されたテープ・オートメーテッド・ボンディング（「ＴＡＢ」）回路３４も備えている。滴エジェクタ３０は、制御回路２２からＴＡＢ回路３４を通じて電気制御信号を受け取って、燃料滴の噴射を制御している。当業者にはその他の形式の相互接続が既知であり、本発明の精神および範囲内でそのような相互接続をＴＡＢ回路３４の代わりに用いてもよい。さらに、図２は燃料噴射器１２内の燃料滴エジェクタ３０のみを示すが、燃料噴射器１２内には他の構成要素（図示せず）もまた含まれていてよい。例えば、本願の出願人が普通の所有権を有する米国特許出願第１０／０８６，００２号（上で参照しその参照により本明細書に援用される）は、滴エジェクタ３０を有する例示的な燃料噴射器１２のさらなる構成要素を説明している。
【０００９】
図３は、図２の燃料噴射器１２の一部として示す滴エジェクタ３０の斜視図である。米国特許第６，１６２，５８９号（上で参照）において記載されているように、滴エジェクタ３０の一実施形態は一般的に、１つまたは複数の流体チャネル４０を備えている（図３は、２つの別個の流体チャネル４０を有する滴エジェクタ３０を示す）。図４に示すように、それぞれの流体チャネル４０は、１つまたは複数の分岐した流体供給スロット４２を備えている。それぞれの流体供給スロット４２は、発射チャンバ４４に関連付けられている。それぞれの発射チャンバ４４は、例えば抵抗器やフレックステンショナル（flextentional）デバイス等のエネルギー散逸（dissipation）デバイス４６を備えている。いくつかの実施形態においては（図４、図５、および図６に示すように）、エネルギー散逸デバイス４６は出口オリフィス４８よりも大きさが小さく、それが、以下に説明する「パドリング」および「気泡トラッピング」の問題を緩和するのに役立っている。それぞれの流体供給スロット４２は、流体チャネル４０とこれに関連する発射チャンバ４４との間の流体連通を促進し、それぞれの発射チャンバ４４への液体燃料の一定供給が行われるようにしている。
【００１０】
図５は、単一の例示的な発射チャンバ４４ならびにその対応するエネルギー散逸デバイス４６および供給スロット４２の側断面図である。図５はまた、流体供給スロット４２を介しての流体チャネル４０と発射チャンバ４４との間の流体連通も示している。以下でより詳細に説明するように、一定量の液体燃料滴は、発射チャンバ４４から出口オリフィス４８を通じて連続的に噴射されるようになっている。
【００１１】
制御回路２２（図１）から受け取る制御信号に応答して、エネルギー散逸デバイス（図４および図５）が選択的に作動し、それによって対応する発射チャンバ内の液体燃料が加熱されることになる。所与の発射チャンバ４４内の液体燃料が十分加熱されると、その液体は沸騰し、それによって気泡が形成されることになる。膨張していく気泡は、液体燃料のうちのいくらかを（一定量の滴の形で）出口オリフィス４８から押し出されることになる。
【００１２】
図６は、図５に例示された発射チャンバ４４の平面図を示し、同じ要素には同じ参照番号が付されている。図６に示すように、発射チャンバ４４は断面が多角形であってもよく、他の実施形態においては、発射チャンバが略円形であってもその他の形状を有していてもよい。発射チャンバ４４はくびれた入口５０を有し、この入口によって流体が供給スロット４２から発射チャンバ４４に流入することが可能となっている。入口５０は、発射チャンバ４４の幅および対応する供給スロット４２の幅の両方よりも狭いという意味で、「くびれ」ている。図６に示すように、くびれた入口は、対向する突出した先端５２ａ，５２ｂによって形成されている。
【００１３】
いくつかの実施形態においては、突出した先端５２ａ，５２ｂはそれぞれ、収束していく表面５４ａ，５６ａおよび５４ｂ，５６ｂによって形成されている。突出した先端５２ａ，５２ｂの供給スロット側に位置する表面５４ａ，５４ｂは、供給スロット４２を通る液体の流れと略垂直であるという意味で「平ら」である。他方、突出した先端５２ａ，５２ｂの発射チャンバ側に位置する表面５６ａ，５６ｂは、それぞれ平らな表面５４ａ，５４ｂと鋭角αをなしているという意味で「角度」が付いており、それによって、液体がくびれた入口５０を通過した後に発射チャンバ内に満ちる拡張した横方向の領域を提供している。
【００１４】
動作中（すべての図を参照して）、燃料噴射器１２は、空気流（エアフィルタ１８を通じて供給される）に複数の液体燃料滴を通過させることによって、可燃性蒸気１６を作り出している。制御回路２２から受け取る制御信号に応答して、滴エジェクタ３０が液体燃料滴を発生させている。滴エジェクタ３０は、エネルギー散逸デバイス４６に選択的に（制御信号に応答して）エネルギーを与えることによって燃料滴を発生および噴射し、それに基づいて、対応する発射チャンバ４４内の液体燃料が発射チャンバ４４内で沸騰することになる。入口５０がくびれているために、気泡もまた入口５０を通り少なくとも部分的に供給スロット４２内へと膨張することになる。発射チャンバ４４内では、膨張している気泡によって、発射チャンバ４４の出口オリフィス４８から液体燃料滴が噴射されることになる。いったんエネルギー散逸デバイス４６へのエネルギーを遮断すると、膨張している気泡はつぶれてしまう。気泡がつぶれると、供給スロット４２から発射チャンバ４４に液体燃料が引き込まれ（燃料の表面張力のため）、つぶれる気泡によって残された空隙を満たし、次に噴射する燃料滴に備えて発射チャンバを効果的に「再装填」するようにしている。
【００１５】
説明した発射チャンバ４４の実施形態および特に２つの突出した先端５２ａ，５２ｂによって形成される発射チャンバ４４へのくびれた入口５０は、その他の場合液体燃料の表面張力が比較的小さい（比較的低粘度である）結果として生じる可能性がある、「パドリング」および「気泡トラッピング」の問題を防止するのに役立っている。「パドリング」は、過剰な燃料が出口オリフィス４８およびその周りに付着する場合に生じ、それによって、その後の燃料滴がその過剰な「パドリング」燃料を通って噴射されなければならなくなる。「パドリング」は、その後の燃料滴の飛翔経路に影響を及ぼし、時には、その後の燃料滴が全く噴射されなくなることもある。くびれた入口５０は、そこを通る流体流を制限することによって、発射チャンバ４４に流入する燃料の運動量を低減させるため、「パドリング」を解消するのに役立っている。さらに、くびれた入口５０は、膨張している液体の気泡（エネルギー散逸デバイス４６の作動のため）が供給スロット４２内へと膨張することができる度合いを制限している。平らな表面５４ａ，５４ｂを有する実施形態において、このような平らな表面は、液体流に対する抵抗を生じ、その結果、膨張している液体の気泡が所望量を超えて供給スロット４２内へと膨張することを制限する助けとなる。したがって、発射チャンバ４４における気泡の膨張の大部分は出口オリフィス４８へと向かって生じ、それによって滴速度（滴が滴エジェクタから噴射される速度）が比較的高速に維持されることになる。滴エジェクタからの滴の速度を十分高く維持することは、「パドリング」をなくしたり、または制限するのに役立つものである。
【００１６】
「気泡トラッピング」は、発射チャンバからの燃料滴の噴射後、不十分な量の液体燃料が十分迅速に発射チャンバ４４を「再び満たす」場合に生じることになる。エネルギーが与えられて燃料滴を噴射した後、エネルギー散逸デバイス４６は、流入する燃料によって冷却されることになる。流入する燃料がエネルギー散逸デバイス４６を十分迅速に十分冷却しない場合には、エネルギー散逸デバイス４６によって供給スロット４２内で気泡が形成される可能性があり、この気泡が入口５０を塞いでさらなる燃料を発射チャンバ４４に引き込むのを妨げる可能性がある。発射チャンバ内に燃料がなければ、塞がれた発射チャンバを取り囲む材料（通常、シリコン）が過熱して、滴エジェクタにおいて短絡を起こしてしまう可能性がある。くびれた入口５０は、燃料滴の噴射後、十分な液体燃料が十分迅速に発射チャンバ４４を「再び満たす」ことを確実にすることによって、「気泡トラッピング」の問題を防止している。くびれた入口５０によって、発射チャンバ４４内で生じる気泡がくびれた入口５０を通り供給スロット４２内へと拡大して、気泡がつぶれるときに十分な燃料を供給スロット４２から発射チャンバ４４に引き込むようにしている。角度の付いた表面５６ａ，５６ｂを有する実施形態においては、このような角度の付いた表面が液体流に対する抵抗を小さくすることによって、発射チャンバを満たす液体の速度を増加させるのに役立っている。したがって、角度の付いた表面５６ａ，５６ｂは、入口５０の所与の大きさの開口部が発射チャンバ４４を再び満たすことができる速度を増大させることになる。
【００１７】
「パドリング」および「気泡トラッピング」の問題は、発射チャンバ４４の補充速度と滴エジェクタから噴射されている液体燃料の滴速度とを制御することによって、限界内にとどめることができる。補充速度および滴速度は、入口５０の大きさと、角度の付いた表面５６ａ，５６ｂおよび平らな表面５４ａ，５４ｂのそれぞれとの間の角度αの大きさとを調整することによって、効果的に制御することが可能となっている。
【００１８】
前述の好ましいおよび他にとり得る実施形態を参照して本発明を特に示し説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形を行ってもよいということを理解しよう。例えば、くびれた入口を有する滴エジェクタの一実施形態は、燃料噴射器装置に関連して説明されている。しかし当業者であれば、本開示に鑑みて、説明した滴エジェクタは、比較的低粘度の液体をデジタル式に別個の滴にして供給しなければならないさまざまな設定において用いてもよい、ということを理解しよう。本発明のこの説明は、本明細書において説明した各要素の新規かつ非自明の組合せをすべて含むよう解釈されるべきであり、本願または後の出願において、このような各要素のいかなる新規かつ非自明の組合せに特許請求の範囲を与えてもよい。前述の実施形態は例示的なものであり、いかなる単一の特徴または要素も、本願または後の出願において特許を請求することができるすべての可能な組合せに不可欠なものではない。特許請求の範囲にその均等物の「１つの」または「第１の」要素とある場合、このような特許請求の範囲は、１つまたは複数のそのような要素の組込みを含み、２つ以上のそのような要素を必要なわけでも、除外するわけでもないと解釈されるべきである。さらに、「第１の」、「第２の」、等の用語の使用は、それ単独では、識別される要素のいかなる時間的順序も含意するものではない。本発明は添付の特許請求の範囲によって限定されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】燃料供給システムの例示的な一実施形態の斜視図である。
【図２】図１の燃料供給システムの一部を切欠いた斜視図である。
【図３】液体滴エジェクタの例示的な一実施形態の斜視図である。
【図４】図３の液体燃料滴エジェクタの例示的な実施形態において用いる例示的な発射チャンバの拡大図である。
【図５】図３に示す例示的な発射チャンバの側断面図である。
【図６】図５に示す例示的な発射チャンバの平面図である。
【符号の説明】
【００２０】
３０  滴エジェクタ
４２  流体供給スロット
４４  発射チャンバ
４６  エネルギー散逸デバイス
５０  くびれた入口
【図１】
2005195017.tif 000003
【図２】
2005195017.tif 000004
【図３】
2005195017.tif 000005
【図４】
2005195017.tif 000006
【図５】
2005195017.tif 000007
【図６】
2005195017.tif 000008