ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КРУПНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ
INTEGRATED FUEL IGNITERS FOR USE IN LARGE ENGINES AND RELATED METHODS OF USE AND MANUFACTURING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Нижеследующее раскрытие в целом относится к интегрированным топливным воспламенителям для использования в крупных двигателях и двигателях других размеров, для впрыска и воспламенения различных топлив в камере сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы впрыска топлива обычно используются для впрыска струи топлива внутрь впускного трубопровода или камеры сгорания двигателя. Системы впрыска топлива стали основной системой доставки топлива, используемой в автомобильных двигателях, почти полностью заменив карбюраторы с конца 1980-х годов. Стандартные системы впрыска топлива обычно соединены с источником находящегося под давлением топлива, и топливные инжекторы, используемые в этих системах впрыска топлива, обычно впрыскивают или иным образом подают находящееся под давлением топливо внутрь камеры сгорания в определенное время относительно рабочего хода двигателя. Во многих двигателях и, в частности, в крупных двигателях размер канала или прохода, через который топливный инжектор входит в камеру сгорания, является небольшим. Этот небольшой проход, соответственно, ограничивает размер компонентов, которые могут использоваться для приведения в движение, или, иначе, впрыска топлива из инжектора. Кроме того, такие двигатели также обычно имеют содержащие много элементов механизмы впускного и выпускного клапанов, что еще больше ограничивает пространство, имеющееся для компонентов этих топливных инжекторов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематичный вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя («инжектора»), сконфигурированного согласно одному варианту реализации.
Фиг.2A показывает вид сбоку в разрезе в частично разобранном состоянии инжектора, сконфигурированного согласно другому варианту реализации.
Фиг.2B показывает вид сбоку в разрезе клапана подачи, сконфигурированного согласно одному из вариантов реализации.
Фиг.3A-5A показывают последовательность видов сбоку в разрезе инжекторов, сконфигурированных согласно другим вариантам реализации.
Фиг.5B показывает вид поперечного сечения по линии 5B-5B из фиг.5A, иллюстрирующий первую секцию течения топлива, а фиг.5C показывает вид поперечного сечения по линии 5C-5C из фиг.5A, иллюстрирующий вторую секцию течения топлива. Фиг.5D показывает вид поперечного сечения по линии 5B-5B из фиг.5A, иллюстрирующий альтернативный вариант реализации первой секции течения топлива, а Фиг.5E показывает вид поперечного сечения по линии 5C-5C из фиг.5A, иллюстрирующий альтернативный вариант реализации второй секции течения топлива.
Фиг.5F и 5G показывают виды сбоку клапанов подачи, сконфигурированных согласно приведенным вариантам реализации.
Фиг.6 показывает вид сбоку в разрезе инжектора, сконфигурированного согласно дополнительному варианту реализации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В настоящее изобретение полностью включены посредством ссылки следующие документы:
заявка на патент США № 12/841170, поданная 21 июля 2010 года и названная «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,
заявка на патент США № 12/804510, поданная 21 июля 2010 года и названная «УЗЛЫ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ТОПЛИВНОГО ИНЖЕКТОРА И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,
заявка на патент США № 12/841/146, поданная 21 июля 2010 года и названная «ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ ИНТЕГРИРОВАННОГО ТОПЛИВНОГО ИНЖЕКТОРА С БЛОКАМИ ПРОВОДЯЩИХ КАБЕЛЕЙ»,
заявка на патент США № 12/841149, поданная 21 июля 2010 года и названная «ФОРМИРОВАНИЕ ДОЗЫ ТОПЛИВА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ С НЕСКОЛЬКИМИ ПРИВОДНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ И/ИЛИ КОНТРОЛЕМ ИОНИЗАЦИИ»,
заявка на патент США № 12/841135, поданная 21 июля 2010 года и названная «КЕРАМИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР И СПОСОБЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,
заявка на патент США № 12/804509, поданная 21 июля 2010 года и названная «СПОСОБ И СИСТЕМА ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА, НАПРИМЕР, В ОХЛАЖДАЕМЫХ ТОПЛИВОМ ТОПЛИВНЫХ ИНЖЕКТОРАХ»,
заявка на патент США № 12/804508, поданная 21 июля 2010 года и названная «СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ВО ВРЕМЯ ГОРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ»,
заявка на патент США № 12/581825, поданная 19 октября 2009 года и названная «СИСТЕМА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ТОПЛИВ»,
заявка на патент США № 12/653085, поданная 7 декабря 2009 года и названная «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,
заявка на патент США № 12/006774 (на которую получен патент США № 7628137), поданная 7 января 2008 года и названная «СИСТЕМА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ТОПЛИВ»,
заявка PCT № PCT/US09/67044, поданная 7 декабря 2009 года и названная «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ»,
предварительная заявка на патент США № 61/237425, поданная 27 августа 2009 года и названная «ПРОИЗВОДСТВО КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕГО ТОПЛИВА»,
предварительная заявка на патент США № 61/237466, поданная 27 августа 2009 года и названная «СЖИГАТЕЛЬ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ТОПЛИВА»,
предварительная заявка на патент США № 61/237479, поданная 27 августа 2009 года и названная «ЭНЕРГИЯ ПОЛНОГО СПЕКТРА»,
предварительная заявка на патент США № 61/304403, поданная 13 февраля 2010 года и названная «ЭНЕРГИЯ ПОЛНОГО СПЕКТРА И РЕСУРСНАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ», и
предварительная заявка на патент США № 61/312100, поданная 9 марта 2010 года и названная «СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ, НАПРИМЕР, ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ТОПЛИВНЫМ ИНЖЕКТОРОМ».
В настоящую заявку полностью включены посредством ссылки заявки на патент США, поданные одновременно с настоящей заявкой 27 октября 2010 года и названные «АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ИНЖЕКТОРОВ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛЕЙ» (номер, присвоенный патентным поверенным 69545-8059US) и «ТОПЛИВНЫЙ ИНЖЕКТОР, ПОДХОДЯЩИЙ ДЛЯ ВПРЫСКА НЕСКОЛЬКИХ РАЗНЫХ ТОПЛИВ ВНУТРЬ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ» (номер, присвоенный патентным поверенным 69545-8054US).
A. Общее представление
Настоящее раскрытие описывает интегрированные устройства впрыска и воспламенения топлива для использования с двигателями внутреннего сгорания, а также соответствующие системы, узлы, компоненты и способы, относящиеся к ним. Например, несколько вариантов реализации, описанных ниже, относятся в целом к выполненным с возможностью адаптации инжекторам/воспламенителям топлива, которые могут оптимизировать впрыск и сжигание различных топлив на основании условий в камере сгорания. В некоторых вариантах реализации эти инжекторы/воспламенители топлива также конкретно предназначены для применения в крупных двигателях, таких как модернизированные узлы и новые узлы, имеющих ограниченное пространство для таких инжекторов/воспламенителей. Некоторые подробности изложены в нижеследующем описании и на Фиг.1-6 для обеспечения полного понимания различных вариантов реализации раскрытия. Однако другие подробности, описывающие хорошо известные структуры и системы, часто относящиеся к двигателям внутреннего сгорания, инжекторам, воспламенителям и/или другим аспектам систем сжигания топлива, не излагаются ниже, чтобы избежать чрезмерного усложнения описания различных приведенных вариантов реализации. Таким образом, необходимо понимать, что подробности, изложенные ниже, предоставлены для описания нижеследующих вариантов реализации таким способом, который достаточен для того, чтобы специалист в соответствующей области мог изготовить и использовать описанные варианты реализации. Подробности и преимущества, описываемые ниже, однако, могут не быть необходимыми для практического воплощения некоторых вариантов реализации.
Многие из подробностей, размеров, углов, форм и других признаков, показанных на фигурах, являются лишь признаками конкретных приведенных вариантов реализации. Соответственно, другие варианты реализации могут иметь другие подробности, размеры, углы и признаки без выхода за рамки сущности или объема настоящего раскрытия. Кроме того, специалисты, обладающие средним уровнем знаний в данной области, должны понимать, что другие приведенные варианты реализации могут быть воплощены на практике без некоторых из подробностей, описанных ниже.
Ссылка в настоящем документе на «один вариант реализации» или «вариант реализации» означает, что конкретные признак, структура или характеристика, описанные применительно к этому варианту реализации, включены по меньшей мере в один приведенный вариант реализации. Таким образом, использование выражений «в одном варианте реализации» или «в варианте реализации» в различных местах в настоящем документе не обязательно означает, что все они относятся к одному и тому же варианту реализации. Далее, конкретные признаки, структуры или характеристики, описываемые со ссылкой на конкретный вариант реализации, могут быть скомбинированы любым подходящим способом по меньшей мере в одном другом варианте реализации. Кроме того, заголовки, имеющиеся в настоящем документе, приведены лишь для удобства и не дают интерпретацию объема или значения заявленного раскрытия.
Фиг.1 показывает схематичный вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 100 («инжектора» 100), сконфигурированного согласно одному варианту реализации. Инжектор 100, показанный на фиг.1, предназначен для схематичной иллюстрации нескольких из признаков инжекторов и узлов, описываемых ниже. Соответственно, эти признаки, описываемые со ссылкой на фиг.1, не предназначены для ограничения каких-либо из признаков инжекторов и узлов, описываемых ниже. Как показано на фиг.1, инжектор 100 включает корпус 102, имеющий среднюю часть 104, проходящую между первой концевой частью, или базовой частью, 106 и второй концевой частью, или выпускной частью, 108. Базовая часть 106, соответственно, находится на расстоянии от выпускной части 108.
Выпускная часть 108 сконфигурирована с возможностью по меньшей мере частично проходить сквозь головку 110 цилиндра, чтобы впрыскивать и воспламенять топливо на границе 111 или вблизи границы 111 камеры 112 сгорания. В некоторых вариантах реализации выпускная часть 108 может включать компоненты, которые сконфигурированы с возможностью умещаться внутри относительно малого прохода для впрыска, часто используемого в крупных двигателях, таких как, например, корабельные двигатели. В изображенном варианте реализации, например, проход 107 для впрыска, такой как проход для впрыска современного дизельного двигателя, может иметь диаметр D приблизительно 8,4 мм (0,33 дюйма) или меньше. В других вариантах реализации, однако, диаметр D может быть больше чем приблизительно 8,4 мм. Как описано подробно ниже, инжектор 100 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать адаптивное и быстрое приведение в движение при высоком давлении подачи топлива и при этом устранять нежелательную утечку топлива внутрь камеры 112 сгорания даже в таких относительно малых проходах 107 для впрыска. Кроме того, как тоже описано подробно ниже, инжектор 100 также сконфигурирован таким образом, чтобы учитывалось относительно большое расстояние или относительно большая длина L между границей 111 камеры сгорания и несколькими приводимыми в движение компонентами, которые несет корпус 102, и которые находятся на расстоянии от головки 110 цилиндра. В современных дизельных двигателях или других крупных двигателях, например, содержащие много элементов механизмы впускного и выпускного клапанов на головке 110 цилиндра могут требовать расстояний L 12-36 дюймов или больше.
В варианте реализации, показанном на фиг.1, инжектор 100 включает центральный узел 113, проходящий от базовой части 106 к выпускной части 108. Инжектор 100 также включает изоляцию 142 корпуса, концентрично расположенную поверх по меньшей мере части центрального узла 113. Центральный узел 113 включает воспламеняющий стержень, или проводник, 114, изоляцию 116 воспламеняющего проводника и клапан 118. Воспламеняющий проводник 114 функционально соединен с источником напряжения в базовой части 106 и проходит от базовой части 106 до выпускной части 108. Воспламеняющий проводник 114 включает концевую часть 115, находящуюся вблизи границы 111 камеры 112 сгорания, которая (концевая часть 115) включает по меньшей мере один воспламеняющий элемент, который сконфигурирован с возможностью генерации акта воспламенения с головкой 110. Изоляция 116 воспламеняющего проводника концентрично расположена поверх по меньшей мере части воспламеняющего проводника 114 и проходит от базовой части 106 по меньшей мере частично внутрь выпускной части 108. Клапан 118 концентрично расположен поверх по меньшей мере части изоляции 116. В изображенном варианте реализации клапан 118 имеет первую длину, изоляция 116 воспламеняющего проводника имеет вторую длину, большую, чем первая длина, а воспламеняющий проводник 114 имеет третью длину, большую, чем вторая длина. Клапан 118 сконфигурирован с возможностью перемещения между открытой позицией (как показано на фиг.1) и закрытой позицией. В частности, клапан 118 включает герметизирующую концевую часть 119, которая прижата к соответствующему клапанному седлу 121, когда клапан 118 находится в закрытой позиции. Клапанное седло 121 может поддерживаться изоляцией 142 корпуса. Когда клапан 118 перемещается в открытую позицию, концевая часть 119 отходит от клапанного седла 121, с тем чтобы позволить топливу течь или иным образом проходить мимо клапанного седла 121.
Инжектор 100 также включает управляющий клапаном узел 125, который поддерживается базовой частью 106. Управляющий клапаном узел 125 включает по меньшей мере приводящее средство или привод 120 и процессор или контроллер 122. В частности, привод 120 расположен в базовой части 106 и функционально соединен с клапаном 118. Привод 120 также функционально соединен с контроллером 122. Привод 120 может приводиться в движение с помощью любого подходящего генерирующего усилие механизма (например, электрического, электромеханического, магнитного и т.д.) для взаимодействия с клапаном 118 и перемещения клапана 118. Контроллер 122 может также быть функционально соединен с по меньшей мере одним датчиком, который поддерживается инжектором 100 или расположен в ином месте в двигателе, в котором инжектор 100 установлен. Эти датчики могут определять данные камеры сгорания или иные относящиеся к двигателю данные, которые могут находиться в некотором соотношении с данными камеры сгорания. В одном варианте реализации, например, контроллер 122 может быть функционально соединен с датчиками, которые представляют собой оптические волокна, которые поддерживаются воспламеняющим проводником 114. Соответственно, контроллер 122 может направлять или иным образом контролировать привод 120 для приведения в движение клапана в ответ на по меньшей мере одно свойство камеры сгорания.
Во время работы топливо вводится в базовой части 106 внутрь пути или канала 124 течения топлива. Канал 124 течения топлива проходит между корпусом 102 и клапаном 118 от базовой части 106 через среднюю часть 104 к выпускной части 108. Точно дозированные количества топлива могут выборочно и адаптивно вводиться внутрь камеры 112 сгорания инжектором 100. Например, привод 120 приводит в движение клапан 118 таким образом, чтобы тот скользил или иным образом перемещался продольно вдоль изоляции 116, с тем, чтобы отвести герметизирующую концевую часть 119 клапана 118 от клапанного седла 121. Когда клапан 118 перемещается между открытой и закрытой позициями в направлениях, в целом параллельных продольной оси инжектора 100, воспламеняющий проводник 114 и изоляция 116 остаются неподвижными внутри корпуса 102. Изоляция 116, таким образом, действует в качестве центрального подшипника скольжения для клапана 118 и может, соответственно, иметь наружную поверхность с низким коэффициентом трения, контактирующую с клапаном 118. Кроме того, как описано подробно ниже, воспламеняющий проводник 114 может создавать акт воспламенения с целью воспламенения топлива до или во время вхождения топлива в камеру 112 сгорания. Как также описано подробно ниже, герметизирующая концевая часть 119 клапана 118 может быть расположена в разных местах внутри инжектора 100, в том числе, например, внутри прохода 107 для впрыска и/или вблизи границы 111 камеры 112 сгорания.
Фиг.2A показывает вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 200 («инжектора 200»), сконфигурированного согласно другому варианту реализации. Вариант реализации, изображенный на фиг.2A, включает несколько признаков, которые в целом подобны по структуре и функции соответствующим признакам инжектора 100, описанного выше со ссылкой на фиг.1. Например, инжектор 200, изображенный на фиг.2, включает корпус 202, имеющий среднюю часть 204, проходящую между первой концевой частью, или базовой частью, 206 и второй концевой частью, или выпускной частью, 208. Выпускная часть 208 сконфигурирована с возможностью по меньшей мере частичного введения внутрь прохода 207 для впрыска в головке 210 цилиндра. Как описано подробно ниже, инжектор 200 сконфигурирован с возможностью решать сложную проблему многих современных дизельных двигателей или иных крупных двигателей, которые ограничивают размер прохода 207 для впрыска диаметром приблизительно 8,4 мм (0,33 дюйма) или меньше, и которые также ограничивают доступное пространство содержащими много элементов механизмами впускного и выпускного клапанов, из-за чего нередко требуется расстояние длиной L, равной приблизительно 12-36 дюймов, между границей 211 камеры 212 сгорания и управляющими клапаном компонентами инжектора 200.
Согласно признакам изображенного варианта реализации, инжектор 200 также включает центральный узел 213, проходящий через корпус 202 от базовой части 206 по меньшей мере частично внутрь выпускной части 208. Центральный узел 213 обеспечивает впрыск и воспламенение топлива. В частности, центральный узел 213 включает изоляцию 216 воспламеняющего проводника или стержня, расположенную поверх воспламеняющего стержня, или проводника, 214. Центральный узел 213 также включает выполненный с возможностью перемещения трубчатый клапан 218, концентрично расположенный поверх изоляции 216 воспламеняющего стержня. В изображенном варианте реализации воспламеняющий проводник 214 представляет собой неподвижный воспламеняющий элемент, который может представлять собой электропроводящий стержень или многожильный провод. Воспламеняющий проводник 214 соединен с воспламеняющим разъемом 227 в базовой части для приема электроэнергии. В частности, воспламеняющий разъем 227 соединен с проводником 209 источника электроэнергии, который, в свою очередь, соединен с подходящим источником электроэнергии. В одном варианте реализации, например, воспламеняющий разъем 227 может подавать по меньшей мере приблизительно 80 кВ (постоянного или переменного тока) в воспламеняющий проводник 214. В других вариантах реализации, однако, воспламеняющий разъем 227 может подавать большее или меньшее напряжение в воспламеняющий проводник 214.
Воспламеняющий проводник 214 также включает по меньшей мере один воспламеняющий элемент 234, расположенный у выпускной части 208. В изображенном варианте реализации воспламеняющие элементы 234 могут представлять собой треугольные витки или другие типы выступов, отходящих в окружном направлении от воспламеняющего проводника 214. Воспламеняющие элементы 234 остаются неподвижными и действуют в качестве первого электрода. Внутренний диаметр прохода 207 для впрыска действует в качестве соответствующего второго электрода для создания акта воспламенения, такого как акт воспламенения плазмой. В некоторых вариантах реализации, например, как показано на Фиг.2A, выпускная часть 208 может включать тонкую проводящую втулку-электрод, или тонкое проводящее покрытие-электрод, 235 на по меньшей мере части внутренней поверхности или внутреннего диаметра прохода 207 для впрыска. Втулка-электрод 235 может использоваться для защиты внутренней поверхности прохода 207 для впрыска от эрозии плазмой. В вариантах реализации без втулки-электрода 235, однако, высокочастотный переменный ток может использоваться для устранения эрозии плазмой на внутренней поверхности прохода 207 для впрыска.
В изображенном варианте реализации воспламеняющий проводник 214 также включает по меньшей мере один датчик, такой как одно или более оптическое волокно 217, расположенный внутри воспламеняющего проводника 214. Оптические волокна 217 могут проходить продольно через воспламеняющий проводник 214 и сконфигурированы с возможностью передачи данных из камеры 212 сгорания по меньшей мере одному компоненту в инжекторе 200 или в двигателе, использующем инжектор 200.
Согласно некоторым признакам изображенного варианта реализации, изоляция 216 воспламеняющего проводника остается неподвижной на воспламеняющем проводнике 214 и может быть выполнена из керамического изолятора, как раскрыто в находящихся одновременно на рассмотрении заявках, перечисленных выше, ссылка на которые означает их полное включение в описание настоящей заявки. В одном варианте реализации, например, изоляция 216 воспламеняющего проводника может быть выполнена из винтообразного изделия с крупным шагом, изготовленного из мононити политетрафторэтилена или полиэфирэфиркетона. В других вариантах реализации, однако, изоляция 216 воспламеняющего проводника может быть выполнена из других материалов, подходящих для сдерживания напряжения, подаваемого в инжектор 200 и/или генерируемого внутри инжектора 200. Например, изоляция 216 воспламеняющего проводника может быть выполнена из изолирующих материалов, подходящих для сдерживания 80 кВ (постоянный ток или переменный ток) при температурах до приблизительно 1000°F. В других вариантах реализации изоляция 216 может быть сконфигурирована с возможностью сдерживания большего или меньшего напряжения, а также для работы в более высоких или более низких температурах. Как также описано подробно ниже, изоляция 216 воспламеняющего проводника может также служить в качестве центрального подшипника скольжения, имеющего поверхности с низким коэффициентом трения, для клапана 218, когда клапан 218 перемещается между открытой и закрытой позициями вдоль изоляции 216 воспламеняющего проводника.
Как показано в изображенном варианте реализации, клапан 218 представляет собой открывающийся наружу клапан (например, открывающийся в направлении к камере 212 сгорания), который выполнен с возможностью перемещения вдоль изоляции 216 для выборочного введения топлива из выпускной части 208 внутрь камеры 212 сгорания. В частности, клапан 218 сконфигурирован с возможностью скользить вдоль изоляции 216 между открытой и закрытой позициями и в направлениях, которые в целом параллельны продольной оси инжектора 200. Клапан 218 включает первую концевую часть 223, противоположную второй, или герметизирующей, концевой части 219. Герметизирующая концевая часть 219 формирует непроницаемую для текучей среды герметизацию с соответствующим клапанным седлом 221, когда клапан 218 находится в закрытой позиции. Другие подробности клапана 218 описаны ниже со ссылкой на фиг.2B.
Фиг.2B показывает вид сбоку в разрезе в частично разобранном состоянии клапана 218, показанного на фиг.2A. Как видно на фиг.2B, клапан 218 включает полый стержень, или корпус, 244, имеющий внутреннюю поверхность 246, противоположную наружной поверхности 248. Корпус 244 может быть выполнен из армированных конструкционных композитов, как раскрыто в заявке на патент США № 12/857461, поданной 16 августа 2010 года и названной «КОНСТРУКЦИОННЫЕ КОМПОЗИТЫ С ВНУТРЕННИМ АРМИРОВАНИЕМ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ», ссылка на которую означает ее полное включение в настоящий документ. Например, корпус 244 может быть выполнен из имеющих относительно низкую плотность разнесенных графитовой или графеновой структур, что обеспечивает преимущества уменьшения инерции, достижения высоких прочности и жесткости и обеспечения высокой усталостной прочности. В частности, корпус 244 может быть выполнен из легкого, но прочного стержня из графитовой структуры, который армирован по меньшей мере одним углерод-углеродным слоем. По меньшей мере один углерод-углеродный слой может быть подготовлен из подходящего источника углерода, прошедшего первичную обработку (например, из нефтяного пека или термопластика, такого как полиолефин или полиакрилонитрил). По меньшей мере один углерод-углеродный слой может также обеспечивать экранирование и защиту от электромагнитного излучения. Дополнительная защита может быть образована путем покрытия наружной поверхности 248 подходящим сплавом, таким как никелевый сплав, который может быть напаян на корпус 244 с помощью подходящего тугоплавкого припоя. Внутренняя поверхность 246 сконфигурирована с возможностью скользить или иным образом перемещаться вдоль изоляции 216 воспламеняющего проводника (фиг.2A). Соответственно, по меньшей мере часть внутренней поверхности 246 может включать подходящее покрытие с низким коэффициентом трения, например, покрытие из полиимида, полиэфирэфиркетона, парилена H или сополимера политетрафторэтилена, для облегчения перемещения клапана 218 вдоль изоляции 216 воспламеняющего проводника (фиг.2A). Кроме того, наружная поверхность 248 может также включать материалы высокой прочности, такие как армированный графитовым волокном полиимид или графитовая пленка с термоотверждающимся связующим.
Согласно другим признакам изображенного варианта реализации, клапан 218 включает увеличенную герметизирующую концевую часть 219, которая сконфигурирована с возможностью герметизации с клапанным седлом 221 или, иначе, для прижатия к клапанному седлу 221 (фиг.2A), когда клапан 218 находится в закрытой позиции. Герметизирующая концевая часть 219 имеет в целом воронкообразную форму или в целом кольцеобразно расширяющуюся форму, имея диаметр, который больше, чем диаметр корпуса 244. В частности, герметизирующая концевая часть 219 представляет собой концевую часть корпуса 244, которая имеет постепенно увеличивающийся диаметр. В некоторых вариантах реализации герметизирующая концевая часть 219 может включать эластомерное покрытие или эластомерную часть для улучшения герметизации с соответствующим клапанным седлом 221 (Фиг.2A). В изображенном варианте реализации, например, наружная поверхность 248 герметизирующей концевой части 219 может включать эластомерное кольцо или покрытие, такое как покрытие из фторосиликона, перфторэластомера или других фторэластомеров, с тем, чтобы по меньшей мере частично соответствовать форме соответствующего клапанного седла. В других вариантах реализации, таких как открывающиеся внутрь клапаны, как описано подробно ниже, внутренняя поверхность 246 может включать эластомерное кольцо или покрытие для улучшения герметизации с соответствующим клапанным седлом. Кроме того, в других вариантах реализации клапанное седло, которое контактирует с герметизирующей концевой частью 219, может включать эластомерное покрытие или эластомерную часть для улучшения герметизации.
В изображенном варианте реализации клапан 218 также включает по меньшей мере один упорный элемент, или по меньшей мере одно упорное кольцо, 230 (идентифицированные по отдельности как первое упорное кольцо 230a и второе упорное кольцо 230b), который или которое может быть прикреплен или прикреплено к наружной поверхности 248 первой концевой части 223. Хотя упорные кольца 230 на фиг.2B показаны как отдельные от клапана 218 компоненты, в других вариантах реализации упорные кольца 230 могут быть сформированы за одно целое с наружной поверхностью 248 клапана 218. Как подробно описано ниже, упорные кольца 230 сконфигурированы с возможностью контакта или иного вхождения во взаимодействия с приводящим средством или приводом в инжекторе 200 для перемещения клапана 218 между открытой и закрытой позициями.
Как показано на фиг.2A, и как подробно описано ниже, когда клапан 218 приводится в движение в открытую позицию, герметизирующая концевая часть 219 клапана 218 становится отделенной от клапанного седла 221 для выборочного введения топлива внутрь прохода 207 для впрыска. Как показано в изображенном варианте реализации, клапанное седло 221 расположено вблизи конца изоляции 216 воспламеняющего проводника. Клапанное седло 221 также расположено вблизи электрода 235, взаимодействующего с воспламеняющим проводником 214. В других вариантах реализации, однако, электрод 235 может быть расположен в других местах относительно клапанного седла 221, включая, например, место, находящееся на расстоянии от клапанного седла и вблизи границы 211 камеры 212 сгорания.
Первая концевая часть 223 клапана 218 функционально соединена с управляющим клапаном узлом 225. Управляющий клапаном узел 225 сконфигурирован с возможностью выборочного перемещения клапана 218 между открытой и закрытой позициями. В частности, управляющий клапаном узел 225 включает привод 220, функционально соединенный с клапаном 218, генератор 226 усилия (показанный схематично), сконфигурированный с возможностью вызывания перемещения привода 220, и процессор или контроллер 222, функционально соединенный с генератором 226 усилия. Генератор 226 усилия может представлять собой генератор усилия любого типа для вызывания перемещения привода 220, в том числе, например, электрический, электромагнитный, магнитный и другой генератор усилия, как раскрыто в любом из патентов и заявок на патент, перечисленных выше и включенных в настоящий документ. Кроме того, контроллер 222 может также быть соединен с одним или более датчиком, расположенным в инжекторе 200.
Привод 220 концентрично расположен поверх первой концевой части 223 клапана 218 и включает упорную полость 228, имеющую первую контактную поверхность 229, которая входит во взаимодействие с по меньшей мере одним упорным кольцом 230 на первой концевой части 223 клапана 218. Смещающий элемент, или пружина, 232 входит во взаимодействие со второй контактной поверхностью 231 привода 220, противоположной первой контактной поверхности 229. Пружина 232 расположена внутри полости 233 для пружины в базовой части 206. Соответственно, пружина 232 вынуждает привод 220 перемещаться в направлении от выпускной части 208 (например, к базовой части 206). Когда пружина 232 вынуждает привод 220 перемещаться к базовой части 206, первая контактная поверхность 229 входит во взаимодействие с упорным кольцом 230 на клапане 218, с тем, чтобы растянуть клапан 218, иначе, вынудить клапан 218 переместиться к базовой части 206 для удержания герметизирующей концевой части 219 клапана 218 прижатой к клапанному седлу 221 в закрытой при нормальных условиях позиции. В некоторых вариантах реализации управляющий клапаном узел 225 может также включать по меньшей мере один дополнительный смещающий элемент 236, такой как электромагниты или постоянные магниты, который может выборочно смещать привод 220 к базовой части 206, с тем, чтобы растягивать клапан 218 в закрытой при нормальных условиях позиции между актами впрыска.
Базовая часть 206 также включает топливный фитинг, или впуск, 238, сконфигурированный с возможностью введения топлива внутрь инжектора 200. Топливо может проходить от топливного впуска 238 через генератор 226 усилия, как показано путем 239 топлива в базовой части. Топливо выходит из генератора 226 усилия через множество выходных каналов 240, с возможностью обмена текучей средой соединенных с путем или каналом 224 течения топлива, проходящим продольно вблизи центрального узла 213. В частности, путь 224 течения топлива проходит между клапаном 218, внутренней поверхностью изоляции 242 корпуса средней части 204 и выпускной частью 208. Электрическая изоляция 242 корпуса может быть выполнена из керамического или полимерного изолятора, подходящего для удержания высокого напряжения, развиваемого в инжекторе 200, как раскрыто в заявках на патент, перечисленных выше и включенных в настоящий документ. Когда герметизирующая концевая часть 219 клапана 218 находится в контакте с клапанным седлом 221, герметизирующая концевая часть 219 герметизирует или, иначе, закрывает путь 224 течения топлива. Однако, когда привод 220 открывает клапан 218, топливо течет к камере 212 сгорания через клапанное седло 221 и герметизирующую концевую часть 219. Когда топливо течет к камере 212 сгорания, воспламеняющий проводник 214 передает напряжение постоянного тока и/или переменного тока от проводника 209 источника электроэнергии воспламеняющим элементам 234 для ионизации, быстрого распространения (ионизации) и толкания топлива к камере сгорания. В некоторых вариантах реализации, например, когда генератор 226 усилия приводит в движение привод 220, с тем чтобы тот, в свою очередь, переместил клапан 218, топливо течет мимо воспламеняющих элементов 234 воспламеняющего проводника 214. Когда топливо течет мимо воспламеняющих элементов 234, воспламеняющие элементы 234 выполняют акт воспламенения, с тем чтобы частично или существенно ионизировать топливо, путем приложения ионизирующего напряжения к воспламеняющему разъему 227 через проводник 209 источника электроэнергии. В частности, воспламеняющее напряжение, прикладываемое к воспламеняющим элементам 234, развивает струи плазменного разряда в ионизированном топливе, которое быстро ускоряется и впрыскивается внутрь камеры 212 сгорания. Генерация такого высокого напряжения на воспламеняющих элементах 234 инициирует ионизацию, которая затем быстро распространяется по мере того, как все большее количество ионов в плазме образуется и перемещается наружу для толкания топлива через границу 211 внутрь камеры 212 сгорания внутри избыточного воздуха для обеспечения изоляции более или менее адиабатного расслоенного сгорания в камере. Как таковой, инжектор 200, а также другие инжекторы, описываемые в настоящем документе, способен ионизировать воздух внутри инжектора перед введением топлива внутрь ионизированного воздуха, ионизировать топливо в сочетании с воздухом, а также ионизировать слои воздуха без топлива и ионизировать сочетания ионизированных топлива и воздуха, как раскрыто в заявках на патент, перечисленных выше и включенных в настоящий документ.
Фиг. 3A показывает вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 300a («инжектора 300a»), сконфигурированного согласно еще одному варианту реализации. Инжектор 300a, изображенный на фиг.3A, включает несколько признаков, которые в целом подобны по структуре и функции соответствующим признакам инжекторов, описанных выше со ссылкой на фиг.1-2B. Например, как показано на фиг.3A, инжектор 300a включает корпус 302, имеющий среднюю часть 304, проходящую между первой концевой частью, или базовой частью 306 и второй концевой частью, или выпускной частью 308. Выпускная часть 308 по меньшей мере частично проходит внутрь прохода 307 для впрыска в головке 310 цилиндра. В некоторых вариантах реализации выпускная часть 308 сконфигурирована с возможностью входить внутрь прохода 307 для впрыска, имеющего диаметр D приблизительно 8,4 мм (0,33 дюйма) или меньше, как, например, в современных дизельных проходах для впрыска. В других вариантах реализации, однако, выпускная часть 308 может входить внутрь большего диаметра D. Инжектор 300a также включает управляющий клапаном узел 325, который поддерживается базовой частью 306. Управляющий клапаном узел 325 функционально соединен с центральным узлом 313 для впрыска и воспламенения топлива внутри камеры 312 сгорания.
Центральный узел 313 включает неподвижную изоляцию 316 воспламеняющего проводника, концентрично расположенную поверх неподвижного воспламеняющего стержня, или проводника 314. Воспламеняющий проводник 314 может включать по меньшей мере один датчик, или по меньшей мере одно оптоволокно, 317, проходящий или проходящее продольно через него для передачи данных из камеры 312 сгорания в управляющий клапаном узел 325 или иной контроллер. Центральный узел 313 также включает трубчатый клапан 318, концентрично расположенный поверх изоляции 316 воспламеняющего проводника. Клапан 318 включает первую концевую часть 323 у базовой части 306, которая взаимодействует с управляющим клапаном узлом 325. Клапан 318 также включает вторую, или герметизирующую, концевую часть 319, которая входит во взаимодействие или, иначе, контактирует с клапанным седлом 321, которое поддерживается изоляцией 342 корпуса. Управляющий клапаном узел 325 приводит в движение или перемещает клапан 318 вдоль изоляции 316 воспламеняющего проводника между открытой позицией (как показано на фиг.3A) и закрытой позицией. В открытой позиции герметизирующая концевая часть 319 клапана 318 находится на расстоянии от клапанного седла 321, с тем, чтобы позволить топливу течь из пути или канала 324 течения топлива через клапанное седло 321 внутрь выпускной части 308. Канал 324 течения топлива проходит через корпус 302 в кольцеобразном пространстве между клапаном 318 и изоляцией 342 корпуса.
В варианте реализации, показанном на фиг.3A, герметизирующая концевая часть 319 клапана 318 меньше, чем проход 307 для впрыска. В частности, герметизирующая концевая часть 319 имеет максимальный наружный диаметр, который меньше, чем диаметр D прохода 307 для впрыска. Как также показано в изображенном варианте реализации, герметизирующая концевая часть 319 находится на расстоянии от границы 311 камеры сгорания, которое относительно велико и имеет длину L. В частности, в изображенном варианте реализации длина L приблизительно равна толщине головки 310 цилиндра, которая в некоторых случаях может составлять 12 или более дюймов. В других вариантах реализации, однако, как описано подробно ниже со ссылкой на фиг.3B, например, герметизирующая концевая часть 319 клапана 318 может быть расположена в других местах относительно границы 311. Соответственно, инжектор 300a, изображенный на фиг.3A, сконфигурирован с возможностью учитывать относительно большую длину L между границей 311 камеры сгорания и герметизирующей концевой частью 319 клапана 318. В современных дизельных двигателях или других крупных двигателях, например, содержащие много элементов механизмы впускного и выпускного клапанов могут требовать длины L 12-36 дюймов или больше.
Согласно дополнительным признакам изображенного варианта реализации, инжектор 300a также включает по меньшей мере один воспламеняющий элемент 334, проходящий вдоль части воспламеняющего проводника 314. Воспламеняющие элементы 334 сконфигурированы с возможностью обеспечения ионизации, проталкивающего усилия и/или акта воспламенения с головкой 310. В частности, как показано на фиг.3A, воспламеняющие элементы 334 могут быть выполнены из проводящего материала, который навит вокруг воспламеняющего проводника 314 наподобие винта или сверла, включая щеткообразные ворсинки или стержнеобразные проводники. Воспламеняющие элементы 334, соответственно, проходят от воспламеняющего проводника 314 к внутренней поверхности прохода 307 для впрыска. Когда воспламеняющая энергия прикладывается к воспламеняющим элементам 334 через воспламеняющий проводник 314, воспламеняющие элементы 334 генерируют акт воспламенения (например, создают плазменную искру) для воспламенения или ионизации топлива, воздуха и/или смесей воздуха и топлива. В варианте реализации, где акт воспламенения представляет собой акт генерации плазмы, воспламенение струей плазмы ионизирует топливо и ускоряет ионизированное топливо внутрь камеры 312 сгорания.
Фиг.3B показывает вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 300b («инжектора 300b»), сконфигурированного согласно еще одному варианту реализации. Изображенный инжектор 300b включает несколько таких же признаков, что и инжектор 300a, изображенный на фиг.3A. Например, инжектор 300b, изображенный на фиг.3B, включает центральный узел 313, функционально соединенный с управляющим клапаном узлом 325. Центральный узел 313 включает воспламеняющий проводник 314, изоляцию 316 воспламеняющего проводника и клапан 318 и проходит от базовой части 306 по меньшей мере частично внутрь выпускной части 308. В изображенном варианте реализации, однако, герметизирующая концевая часть 319 клапана 318 расположена вблизи или немного заглублена относительно границы 311 камеры 312 сгорания. В частности, клапанное седло 321 и герметизирующая концевая часть 319 клапана 318 расположены в проходе 307 для впрыска в месте, которое является близким или смежным относительно границы 311 камеры сгорания. Соответственно, воспламеняющий проводник 314 включает по меньшей мере один воспламеняющий элемент ниже по течению относительно герметизирующей концевой части 319 клапана 318 и вблизи границы 311 камеры сгорания для генерации акта воспламенения у границы 311 камеры сгорания.
Фиг.4 показывает вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 400 («инжектор 400»), сконфигурированного согласно еще одному варианту реализации. Инжектор 400, изображенный на фиг.4, включает несколько признаков, которые в целом подобны по структуре и функции соответствующим признакам инжекторов, описанных выше со ссылкой на фиг.1-3B. Например, как показано на фиг.4, инжектор 400 включает корпус 402, имеющий среднюю часть 404, проходящую между первой концевой частью, или базовой частью, 406 и второй концевой частью, или выпускной частью 408. Выпускная часть 408 сконфигурирована с возможностью проходить внутрь резьбового отверстия диаметром 14 мм свечи зажигания в головке цилиндра, или она может иметь выпуск, такой как показан на фиг.1, 3A, 3B или 6, вводимый внутрь отверстия, имеющего диаметр приблизительно 8,4 мм (0,33 дюйма) или меньше, такого как, например, проход для впрыска многих современных дизельных двигателей. В других вариантах реализации, однако, выпускная часть 408 может быть сконфигурирована для проходов для впрыска иных размеров. Выпускная часть 408 может также включать наружную поверхность 409 с другой резьбой, с тем, чтобы она подходила для надежного взаимодействия с камерой сгорания.
Инжектор 400 также включает управляющий клапаном узел 425, который поддерживается базовой частью 406. Управляющий клапаном узел 425 функционально соединен с центральным узлом 413 для впрыска и воспламенения топлива в камеру сгорания. Центральный узел 413 включает неподвижную изоляцию 416 воспламеняющего проводника, концентрично расположенную поверх неподвижного воспламеняющего стержня, или проводника 414. Воспламеняющий проводник 414 может включать по меньшей мере один датчик, или по меньшей мере одно оптическое волокно 417, проходящий или проходящее продольно через него для передачи данных из камеры сгорания в управляющий клапаном узел 425, который может включать контроллер или процессор 422 или блок беспроводной либо проводной связи с подходящей ЭВМ, подходящим контроллером или подходящим процессором. В изображенном варианте реализации воспламеняющий проводник 414 включает увеличенную, или расширенную, концевую часть 433, сконфигурированную с возможностью находиться вблизи границы с камерой сгорания. Расширенная концевая часть 433 обеспечивает увеличенную площадь для оптического волокна 417 у границы с камерой сгорания. Расширенная концевая часть 433 также несет по меньшей мере один воспламеняющий элемент 434, который сконфигурирован с возможностью генерации акта воспламенения с внутренней поверхностью 437 выпускной части 408. В частности, в изображенном варианте реализации воспламеняющие элементы 434 могут включать множество витков или треугольных выступов, проходящих в окружном направлении вокруг расширенной концевой части 433 воспламеняющего проводника 414. Расширенная концевая часть 433 также включает клапанное седло 421, как описано более подробно ниже.
Центральный узел 413 проходит через изоляцию 442 корпуса 402. Изоляция 442 корпуса может быть выполнена из керамического или полимерного изолятора, подходящего для удержания высокого напряжения, развиваемого в инжекторе 400. Центральный узел 413 также включает трубчатый клапан 418, концентрично расположенный поверх изоляции 416 воспламеняющего проводника. В варианте реализации, изображенном на фиг.4, однако, клапан 418 представляет собой открывающийся внутрь клапан (например, открывающийся в направлении от камеры сгорания) и выполнен с возможностью перемещения относительно изоляции 416 воспламеняющего проводника для выборочного введения топлива из выпускной части 408 внутрь камеры сгорания. В частности, клапан 418 сконфигурирован с возможностью скольжения, или, иначе, перемещения, относительно изоляции 416 воспламеняющего проводника в направлениях, которые в целом параллельны продольной оси инжектора 400. Клапан 418 может быть подобен по структуре клапану, описанному выше и может включать, например, легкий, но прочный графитовый структурный сердечник, армированный углерод-углеродным слоем. Клапан 418 включает первую концевую часть 423 в базовой части 406, которая взаимодействует с управляющим клапаном узлом 425. Клапан 418 также включает вторую, или герметизирующую, концевую часть 419, которая входит во взаимодействие или иным образом контактирует с клапанным седлом 421 в выпускной части 408, которое несет воспламеняющий проводник 414. Герметизирующая концевая часть 419 и/или клапанное седло 421 могут включать по меньшей мере одну эластомерную часть, как описано подробно выше. Управляющий клапаном узел 425 приводит в движение клапан 418 относительно изоляции 416 воспламеняющего проводника между открытой позицией (как показано на фиг.4) и закрытой позицией. В открытой позиции герметизирующая концевая часть 419 клапана 418 находится на расстоянии от клапанного седла 421 для обеспечения возможности протекания топлива из пути или канала 424 течения топлива мимо клапанного седла 421 и из выпускной части 408. Канал 424 течения топлива проходит через среднюю часть 404 между клапаном 418 и изоляцией 416 воспламеняющего проводника.
Управляющий клапаном узел 425 включает генератор 426 усилия (например, электрический, электромагнитный, магнитный и т.д. генератор усилия), который вызывает перемещение привода 420. Генератор 426 усилия может также быть функционально соединен с процессором или контроллером 422, который может, в свою очередь, быть соединен с по меньшей мере одним оптическим волокном 417, проходящим через воспламеняющий проводник 414. Как таковой, контроллер 422 может выборочно питать энергией или иначе активировать генератор 426 усилия, например, в ответ на по меньшей мере одно условие камеры сгорания или по меньшей мере один параметр двигателя. Привод 420 входит во взаимодействие с одним или более упором 430, сформированным за одно целое с первой концевой частью 423 клапана 418 или иначе присоединенным к концевой части 423 клапана 418, для перемещения клапана 418 между открытой и закрытой позициями. Управляющий клапаном узел 425 может также включать первый смещающий элемент 432, который контактирует с клапаном 418 и по меньшей мере частично вынуждает клапан 418 перемещаться в закрытую позицию в направлении к выпускной части 408. Управляющий клапаном узел 425 может также включать второй смещающий элемент 435, который по меньшей мере частично вынуждает привод 420 перемещаться к выпускной части 408. В некоторых вариантах реализации первый смещающий элемент 432 может представлять собой пружину, такую как цилиндрическая винтовая пружина, а второй смещающий элемент 435 может представлять собой магнит или постоянный магнит. В других вариантах реализации, однако, первый смещающий элемент 432 и второй смещающий элемент 435 могут включать другие компоненты, подходящие для приложения смещающего усилия к клапану 418 и приводу 420.
Согласно дополнительным признакам варианта реализации, изображенного на фиг.4, выпускная часть 408 может включать дополнительные признаки для выявления или, иначе, сбора, и передачи данных из камеры сгорания в по меньшей мере один контроллер через инжектор 400. Например, выпускная часть 408 может включать по меньшей мере одно отверстие 491 в герметизирующей концевой части 419 клапана 418 для возможности по меньшей мере частично передавать релевантные данные из камеры сгорания через инжектор 400. Выпускная часть 408 может также включать прижимное уплотнение 493, которое поддерживается клапанным седлом 421, а также по меньшей мере один температурный датчик 495, который поддерживается оптическим волокном 417. Эти регистрирующие элементы могут быть сконфигурированы с возможностью регистрации, измерения или иной передачи релевантных данных камеры сгорания, таких как температурные данные, оптические данные, данные о давлении, термические данные, акустические данные и/или любые другие данные, из камеры сгорания.
Во время работы топливо входит в базовую часть 406 через топливный фитинг, или впуск 438. Топливный впуск 438 вводит топливо внутрь генератора 426 усилия, и топливо выходит из генератора 426 усилия через множество выходных каналов 440, с возможностью обмена текучей средой соединенных с путем 424 течения топлива, проходящим продольно вблизи центрального узла 413. Когда управляющий клапаном узел 425 перемещает клапан 418 из закрытой позиции в открытую позицию (например, в направлении от камеры сгорания), выпускная часть 408 впрыскивает и воспламеняет топливо. В частности, когда генератор 426 усилия вызывает перемещение привода 420, привод 420 проходит первое расстояние D1 перед входом в контакт с упором 430, который поддерживается клапаном 418. Как таковой, привод 420 может приобрести импульс или кинетическую энергию перед взаимодействием с клапаном 418. После того, как привод 420 вошел в контакт с упором 430, привод 420 продолжает перемещение на расстояние D2 во взаимодействии с клапаном 418 для приложения растягивающего усилия к клапану 418 и перемещения клапана 418 в открытую позицию. Когда клапан находится в открытой позиции (как изображено на фиг.4), герметизирующая концевая часть 419 клапана 418 находится на расстоянии от клапанного седла 421, в целом равном второму расстоянию D2 за вычетом первого расстояния D1. Когда топливо течет через открытую герметизирующую концевую часть 419 клапана 418, по меньшей мере один воспламеняющий элемент 434 может выполнять акт ионизации топлива, ионизации воздуха и/или ионизации смешанных топлива и воздуха для воспламенения топлива в качестве послойного заряда в камере сгорания. Приводы или приводящие средства любого из инжекторов, описанных в настоящем документе, могут, соответственно, перемещаться на предварительно определенное расстояние для по меньшей мере незначительного приобретения импульса перед взаимодействием с соответствующим клапаном.
Фиг.5A показывает вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 500 («инжектора 500»), сконфигурированного согласно еще одному варианту реализации. Инжектор 500, изображенный на фиг.5, включает несколько признаков, которые в целом подобны по структуре и функции соответствующим признакам инжекторов, описанных выше со ссылкой на фиг.1-4. Например, как показано на фиг.5, инжектор 500 включает корпус 502, имеющий среднюю часть 504, проходящую между первой концевой частью, или базовой частью, 506 и второй концевой частью, или выпускной частью, 508. Выпускная часть 508 сконфигурирована с возможностью проходить внутрь резьбового прохода для впрыска в головке цилиндра, как показано, или она может быть сконфигурирована, как показано на фиг.1, 3A или 3B или 6, с возможностью входить внутрь отверстия, имеющего диаметр приблизительно 8,4 мм (0,33 дюйма) или меньше, как, например, в проходах для впрыска многих современных дизельных двигателей. В других вариантах реализации, однако, выпускная часть 508 может быть сконфигурирована для проходов для впрыска иных размеров. Выпускная часть 508 может также включать наружную поверхность 509 для подходящего взаимодействия с камерой сгорания.
Инжектор 500 также включает управляющий клапаном узел 525 в базовой части 506. Управляющий клапаном узел 525 сконфигурирован с возможностью приведения в движение множества клапанов, расположенных в корпусе 502 инжектора 500. В частности, управляющий клапаном узел 525 включает генератор 526 усилия (например, пьезоэлектрический, электромагнитный, магнитный и т.д. генератор усилия), который вызывает перемещение привода 520. Генератор 526 усилия может также быть функционально соединен с процессором или контроллером для выборочного перемещения или выборочной активации генератора 526 усилия, например, в ответ на по меньшей мере одно условие камеры сгорания или по меньшей мере один параметр двигателя. Привод 520 взаимодействует с первым обратным клапаном, или базовым клапаном, 554 в базовой части 506. В частности, базовый клапан 554 может включать по меньшей мере один упор 530, который входит во взаимодействие с приводом 520 таким образом, что привод 520 перемещает базовый клапан 554 между открытой и закрытой позициями (базовый клапан 554 показан в закрытой позиции на фиг.5A). По меньшей мере один упор 530 может быть прикреплен к первой концевой части 555 базового клапана 554 или, иначе, быть сформирован за одно целое с первой концевой частью 555 базового клапана 554. Базовый клапан 554 также включает головку, или герметизирующую часть, 556 базового клапана, противоположную первой концевой части 558 первой секции 562 течения топлива, как показано на чертежах. Таким образом, головка 556 базового клапана входит во взаимодействие с соответствующим клапанным седлом 558 при переходе из базовой части 506 в среднюю часть 504 инжектора 500.
Согласно дополнительным признакам изображенного варианта реализации, инжектор 500 также включает изоляцию 542 корпуса, проходящую через по меньшей мере среднюю часть 504 и выпускную часть 508. Изоляция 542 корпуса может быть выполнена из керамического или полимерного изолятора, подходящего для удержания высокого напряжения, развиваемого в инжекторе 500. Инжектор 500 также включает путь течения топлива, проходящий через изоляцию 542 корпуса. В частности, инжектор 500 имеет первую секцию 562 течения топлива, проходящую от обратного клапана 554 внутрь средней части 504. Первая секция 562 течения топлива с возможностью обмена текучей средой соединена со второй секцией 564 течения топлива и проходит от средней части 504 внутрь выпускной части 508.
В некоторых вариантах реализации первая секция 562 течения топлива и вторая секция 564 течения топлива могут быть выполнены из материалов, которые приспосабливаются к расширению и сжатию топлива для того, чтобы по меньшей мере частично предотвращать утечку топлива из выпускной части 508 на границе камеры сгорания. В частности, каждая из первой секции 562 течения топлива и второй секции 564 течения топлива может включать по меньшей мере один канал, проходящий сквозь пружину с закрытыми ячейками, такую как губчатая пружина с закрытыми ячейками, имеющий подходящее поперечное сечение для возможности течения топлива через него. В некоторых вариантах реализации первая и вторая секции 562, 564 течения топлива могут быть выполнены из материалов с подходящими тепловой стойкостью и химической стойкостью, а также усталостной прочностью. В частности, эти материалы могут включать силикон, фторсиликон и различные фторполимеры, в том числе, например, пенополиуретан, политетрафторэтилен, поливинилиденфторид и другие сополимеры. Эти компоненты могут изготавливаться экструдированием или литьем под давлением с множеством открытых или закрытых ячеек или закрытых объемов, которые заполнены газом или рабочей текучей средой. Например, такой газ может включать аргон, диоксид углерода, азот и т.д., а такая рабочая текучая среда может включать аммиак, пропан, бутан, фторированный метан, этан или бутан. Кроме того, этот газ или эта рабочая текучая среда выполняет переход в жидкую или газовую фазу, так что может служить испаряемым веществом при добавлении тепла и конденсирующимся веществом при уменьшении тепла, с тем чтобы служить одновременно пружиной и «термическим амортизатором» или барьером против неблагоприятного расширения и утечки топлива у границы камеры сгорания.
Фиг.5B и 5D иллюстрируют различные варианты реализации подходящих форм поперечного сечения первой секции 562 течения топлива, а фиг.5C и 5E иллюстрируют различные варианты реализации подходящих форм поперечного сечения второй секции 564 течения топлива. В частности, фиг.5B показывает вид в поперечном сечении первой секции 562 течения топлива по существу по линии 5B-5B, показанной на фиг.5A. В варианте реализации, изображенном на фиг.5B, первая секция 562 течения топлива включает первую направляющую 565 секции течения топлива, включающую множество первых проходов или каналов 567 течения. Первая направляющая 565 может быть выполнена из пружинного материала с закрытыми ячейками, а каналы 567 проходят продольно через первую направляющую 565. Фиг.5C показывает вид в поперечном сечении второй секции 564 течения топлива по существу по линии 5C-5C, показанной на фиг.5A. В варианте реализации, изображенном на фиг.5C, вторая секция 564 течения топлива включает вторую направляющую 569 секции течения топлива, включающую множество отдельных участков или секций 563 с соответствующими вторыми проходами или каналами 571 течения. Хотя шесть участков 563 показано в изображенном варианте реализации, в других вариантах реализации вторая направляющая 569 может включать большее или меньшее количество вторых каналов 571. Вторые каналы течения проходят продольно через вторую направляющую 569. Фиг.5D показывает вид в поперечном сечении альтернативного варианта реализации первой секции 562 течения топлива по существу по линии 5B-5B, показанной на фиг.5A. В варианте реализации, изображенном на фиг.5D, первая секция 562 течения топлива включает первую направляющую 565 секции течения топлива, включающую крестообразный первый проход или канал 567 течения. Первая направляющая 565 может быть выполнена из пружинного материала с закрытыми ячейками, а канал 567 проходит продольно через первую направляющую 565. Фиг.5E показывает вид в поперечном сечении второй секции 564 течения топлива по существу по линии 5C-5C, показанной на фиг.5A. В варианте реализации, изображенном на фиг.5E, вторая секция 564 течения топлива включает вторую направляющую 569 секции течения топлива, включающую звездообразный второй проход или канал 571 течения. Второй канал 571 течения проходит продольно через вторую направляющую 569.
Вернемся к рассмотрению фиг.5A. У выпускной части 508 инжектор 500 также включает радиально расширяющуюся трубку 566, или клапан подачи 566, функционально соединенную или соединенный с центральным, или воспламеняющим, узлом 575. Воспламеняющий узел 575 включает неподвижный воспламеняющий проводник 576, концентрично расположенный поверх по меньшей мере части второй секции 564 течения топлива. В некоторых вариантах реализации воспламеняющий проводник 576 может представлять собой проводящую оболочку или проводящее покрытие, например, металлическую оболочку или покрытую металлом керамику, расположенную или расположенное поверх второй секции 564 течения топлива. Воспламеняющий проводник 576 соединен с подающим напряжение проводником 509 через воспламеняющий разъем 574. Подающий напряжение проводник 509, в свою очередь, соединен с подходящим источником напряжения. В одном варианте реализации воспламеняющий разъем 574 может подавать по меньшей мере приблизительно 80 кВ (постоянный ток или переменный ток) на воспламеняющий проводник 576. В других вариантах реализации, однако, воспламеняющий разъем 574 может подавать большее или меньшее напряжение на воспламеняющий проводник 576. Воспламеняющий узел 575 также включает воспламеняющий переходник 578, соединенный с воспламеняющим проводником 576. Воспламеняющий переходник 578 предоставляет по меньшей мере один проход 578H для топлива, и соединен с выходным воспламеняющим проводником, или стержнем, 580. Воспламеняющий стержень 580 с помощью резьбового соединения введен внутрь воспламеняющего переходника 578 и проходит от воспламеняющего переходника 578 к дальней концевой части выпускной части 508, подлежащей расположению у границы с камерой сгорания. В изображенном варианте реализации воспламеняющий стержень 580 включает воспламеняющий элемент, или электрод, 584, расположенный в выпускной части 508. Воспламеняющий электрод 584 может представлять собой отдельный компонент, который прикреплен к воспламеняющему стержню 580. В других вариантах реализации, однако, воспламеняющий электрод 584 может быть сформирован за одно целое с воспламеняющим стержнем 580. Кроме того, воспламеняющие элементы 586 могут включать плавные неровности и/или треугольные витки или другие типы выступов, отходящих в окружном направлении от воспламеняющего электрода 584. Воспламеняющий электрод 584 и соответствующие воспламеняющие элементы 586 остаются неподвижными и действуют в качестве первого электрода. Внутренний диаметр выпускной части 508 действует в качестве соответствующего второго электрода для создания акта воспламенения, такого как акт воспламенения плазмой, с воспламеняющими элементами 586.
Воспламеняющий узел 575 также включает изоляцию 582 воспламеняющего электрода, концентрично расположенную поверх по меньшей мере части воспламеняющего электрода 584. Изоляция 582 воспламеняющего электрода может быть выполнена из подходящего изоляционного или диэлектрического материала и, соответственно, изолирует воспламеняющий стержень 580 от внутренней стороны выпускной части 508. Изоляция 582 воспламеняющего электрода включает увеличенную концевую часть 583, имеющую больший размер поперечного сечения (например, диаметр) вблизи воспламеняющего электрода 584. Увеличенная концевая часть 583 сконфигурирована с возможностью контактировать с клапаном 566 подачи, как показано, в закрытой при нормальных условиях позиции. Согласно дополнительным признакам изображенного варианта реализации, выпускная часть 508 может также включать по меньшей мере один смещающий элемент 581, сконфигурированный с возможностью смещения, или, иначе, притягивания, частей клапана 566 подачи.
В изображенном варианте реализации клапан 566 подачи представляет собой радиально открывающийся или расширяющийся клапан подачи. В частности, клапан 566 подачи представляет собой клапан, выполненный с возможностью деформации или представляющий собой эластомерную трубку, который концентрично расположен поверх по меньшей мере части второй секции 564 течения топлива, воспламеняющего проводника 576, воспламеняющего переходника 578, воспламеняющего стержня 580 и изоляции 582 воспламеняющего электрода, как показано на чертежах. Клапан 566 подачи включает первую, или неподвижную, концевую часть 568, которая закреплена, приклеена или иным образом присоединена к воспламеняющему проводнику 576 в месте ниже по потоку изоляции 582 воспламеняющего электрода. Например, первая концевая часть 568 может быть приклеена к воспламеняющему проводнику 576 подходящим клеем, термополимером, термоотверждающимся составом или другим подходящим связующим. Клапан 566 подачи также включает вторую деформируемую, или подвижную, концевую часть 570, противоположную неподвижной концевой части 568. Подвижная концевая часть 570 контактирует с увеличенной концевой частью 583 изоляции 582 воспламеняющего электрода и сконфигурирована с возможностью по меньшей мере частично радиально расширяться, увеличиваться или иным образом деформироваться, с тем, чтобы позволять топливу выходить из выпускной части 508 инжектора 500. Другие подробности вариантов реализации клапана 566 подачи описаны ниже со ссылкой на фиг.5F и 5G.
Фиг.5F показывает вид сбоку одного варианта реализации первого клапана 566a, сконфигурированного согласно варианту реализации, который может быть использован в выпускной части 508 инжектора 500 из фиг.5A. В варианте реализации, показанном на фиг.5F, первый клапан 566a подачи имеет в целом форму цилиндра или трубки, который или которая включает первую, или неподвижную, концевую часть 568, противоположную второй деформируемой, или подвижной, концевой части 570. Первый клапан 566a подачи может включать крепежное кольцо, или крепежный фиксатор, 569, проходящее или проходящий вокруг по меньшей мере части неподвижной концевой части 568. Крепежный фиксатор 569 сконфигурирован с возможностью помогать удерживать неподвижную концевую часть 568 в желаемом месте на воспламеняющем проводнике 576 посредством по меньшей мере частичного взаимодействия с изоляцией 542 корпуса (фиг.5A). Согласно дополнительным признакам изображенного варианта реализации, деформируемая, или подвижная, концевая часть 570 может включать множество расположенных на расстоянии друг от друга деформируемых выступающих частей или пластин 571. Пластины 571 расположены в выпускной части 508 таким образом, что по меньшей мере частично накрывают увеличенную концевую часть 583 изоляции 582 воспламеняющего электрода и контактируют с этой увеличенной концевой частью. Кроме того, пластины 571 сконфигурированы с возможностью деформироваться, или, иначе, расширяться радиально наружу, что показано пластинами 571, изображенными пунктирными линиями. Как таковое находящееся под давлением топливо и/или одно или более приводящее средство может отклонять или деформировать одну или более из пластин 571, с тем, чтобы позволить топливу выходить через накрытые и закрытые при нормальных условиях проходы для обеспечения впрыска топлива из выпускной части 508 инжектора 500. В одном варианте реализации первый клапан 566a подачи может быть выполнен из металлического материала, такого как пружинная сталь. В других вариантах реализации, однако, первый клапан подачи может быть выполнен из подходящего эластомера.
Фиг.5G показывает вид сбоку второго клапана 566b подачи, сконфигурированного согласно варианту реализации, который может тоже быть использован в выпускной части 508 инжектора 500 (фиг.5A). Второй клапан 566b подачи в целом подобен по структуре и функции первому клапану 566a подачи, показанному на фиг.5B. Второй клапан 566b подачи, однако, не включает отдельные деформируемые части или пластины. Вместо этого второй клапан 566b подачи включает вторую деформируемую или подвижную концевую часть 570, которая имеет в целом форму цилиндра или трубки. Деформируемая концевая часть включает множество расположенных на расстоянии друг от друга деформируемых секций 573, которые нанесены на второй клапан 566b подачи. В частности, в одном варианте реализации второй клапан 566b подачи может быть выполнен из подходящего эластомера или иного деформируемого материала, а деформируемые секции 573 могут включать отдельные секции или сегменты нанесенного ферромагнитного материала, например, металлическое покрытие. Например, деформируемые секции 573 могут включать металлическое покрытие, состоящее из таких материалов, как окрашенное железом стекло, сплав кобальта и железа (например, приблизительно 48% кобальта и 52% железа), железо-хромо-кремниевый сплав или другой подходящий сплав железа. Как таковые, деформируемые секции 573 могут выборочно деформировать вторую концевую часть 570 второго клапана 566b подачи в ответ на магнитное усилие, прикладываемое ко второму клапану 566b подачи.
Вернемся к рассмотрению фиг.5A. Согласно дополнительным признакам изображенного варианта реализации, инжектор 500 также включает проход 572 для выхода топлива в выпускной части 508, расположенный между клапаном 566 подачи и изоляцией 582 воспламеняющего электрода. Проход 572 для выхода топлива с возможностью обмена текучей средой соединен со второй секцией 564 течения топлива через воспламеняющий переходник 578. Во время работы топливо вводится внутрь прохода 572 для выхода топлива и выборочно рассеивается из выпускной части 508 путем приведения в движение клапана 566 подачи. В частности, во время работы топливо входит в инжектор 500 внутрь базовой части 506 через первый топливный фитинг или впуск 538a. Первый топливный фитинг или впуск 538a вводит топливо внутрь генератора 526 усилия, и топливо выходит из генератора 526 усилия через множество выходных каналов 540. Выходные каналы 540 с возможностью обмена текучей средой соединены с путем или каналом 524 течения топлива. В других вариантах реализации, однако, базовая часть 506 может включать необязательный второй впуск 538b топлива (показан пунктирными линиями) для введения топлива непосредственно внутрь пути 524 течения топлива, а не через генератор 526 усилия. Привод 520 включает множество каналов или проходов течения топлива, проходящих через него, с тем, чтобы позволить топливу течь в промежуточный объем 560 течения топлива. Когда головка 556 базового клапана прижата к клапанному седлу 558, головка базового клапана закрывает промежуточный объем 560 течения топлива.
Когда управляющий клапаном узел 525 перемещает обратный клапан, или базовый клапан, 554 в открытую позицию путем подъема головки 556 базового клапана от клапанного седла 558, находящееся под давлением топливо вводится внутрь первой секции 562 течения топлива. В некоторых вариантах реализации, например, генератор 526 усилия может приводить в движение привод 520 для его перемещения на первое расстояние перед контактом с упором 530 на базовом клапане 554. После приобретения импульса и входа в контакт с упором 530 привод 520 может перемещаться на второе расстояние вместе с базовым клапаном 554 для открытия головки 556 базового клапана. Находящееся под давлением топливо затем течет из первой секции 562 течения топлива через вторую секцию 564 течения топлива и через воспламеняющий переходник 578 внутрь прохода 572 для выхода топлива. В одном варианте реализации давление топлива в проходе 572 для выхода топлива является достаточным для по меньшей мере частичного радиального расширения или иного деформирования подвижной концевой части 570 клапана 566 подачи, с тем, чтобы позволить топливу течь через увеличенную концевую часть 583 изоляции 582 воспламеняющего электрода. Размещение клапана 566 подачи в выпускной части 508, соответственно, предотвращает утечку или нежелательное вытекание топлива из выпускной части 508. В других вариантах реализации по меньшей мере одно приводящее средство, по меньшей мере один привод, по меньшей мере один выборочно смещающий элемент или другой подходящий генератор усилия может по меньшей мере частично радиально расширять или иным образом деформировать подвижную концевую часть 570 клапана 566 подачи. Когда клапан 566 подачи выборочно дозирует топливо из прохода 572 для выхода топлива, топливо течет через по меньшей мере один воспламеняющий элемент 586, который может генерировать акт воспламенения для воспламенения и впрыска топлива внутрь камеры сгорания.
Фиг.6 показывает вид сбоку в разрезе интегрированного инжектора/воспламенителя 600 («инжектора 600»), сконфигурированного согласно еще одному варианту реализации. Как описано подробно ниже, инжектор 600 в особенности предназначен для крупных двигателей, в том числе, например, газовых турбин и различных высокоскоростных вращающихся двигателей сгорания, для выполнения выбора из нескольких топлив и/или сжигания сразу нескольких топлив. Инжектор 600 также в особенности предназначен для устройств, включающих относительно малые проходы для впрыска, как описано выше. Инжектор 600, изображенный на фиг.6, включает несколько признаков, которые в целом подобны по структуре и функции соответствующим признакам инжекторов, описанных выше со ссылкой на фиг.1-5G. Например, как показано на фиг.6, инжектор 600 включает корпус 602, имеющий среднюю часть 604, проходящую между первой, или базовой, частью 606 и второй, или выпускной, частью 608. Выпускная часть 608 сконфигурирована с возможностью проходить внутрь прохода для впрыска в головке цилиндра, например, прохода, имеющего диаметр приблизительно 8,4 мм (0,33) дюйма или меньше, как, например, в проходах для впрыска многих современных дизельных двигателей. В других вариантах реализации, однако, выпускная часть 608 может быть сконфигурирована для проходов для впрыска иных размеров.
Инжектор 600 также включает по меньшей мере один базовый узел 629 (идентифицированы по отдельности первый базовый узел 629a и второй базовый узел 629b), сконфигурированный с возможностью приема топлива внутрь базовой части 606 инжектора и выборочного дозирования топлива в выпускную часть 608. В частности, каждый базовый узел 629 включает управляющий клапаном узел 625, сконфигурированный с возможностью приведения в движение соответствующего тарельчатого клапана, или базового клапана 654. В частности, управляющий клапаном узел 625 включает генератор 626 усилия (например, электрический, электромагнитный, магнитный и т.д. генератор усилия), который вызывает перемещение привода 620. Генератор 626 усилия может также быть функционально соединен с соответствующим контроллером или процессором 622 (идентифицированы по отдельности первый контроллер 622a и второй контроллер 622b) для выборочного перемещения или выборочной активации генератора 626 усилия, например, в ответ на по меньшей мере одно условие камеры сгорания либо другие параметры двигателя. Привод 620 взаимодействует с первым обратным клапаном, или базовым клапаном, 654 в базовой части 606. В частности, базовый клапан 654 включает по меньшей мере один упор 630, который взаимодействует со смещающим элементом 619 (например, цилиндрической пружиной), расположенным в полости для смещающего элемента 619 и предназначенным для смещения базового клапана в закрытую позицию, как показано на фиг.6 (например, в направлении к выпускной части 608). Упор 630 базового клапана также входит во взаимодействие с приводом 620, так что привод 620 перемещает базовый клапан 654 между открытой и закрытой позициями. Базовый клапан 654 также включает головку, или герметизирующую часть 656 базового клапана, которая входит во взаимодействие с соответствующим клапанным седлом 658 в закрытой при нормальных условиях позиции, как показано на чертежах.
Согласно дополнительным признакам изображенного варианта реализации, инжектор 600 также включает топливовпускной фитинг 638 (идентифицированы по отдельности первый топливовпускной фитинг 638a и второй топливовпускной фитинг 638b), функционально соединенный с соответствующим базовым узлом 629 для введения топлива внутрь базового узла 629. В каждом базовом узле 629 топливо течет через генераторы 626 усилия и привод 620 с целью прохождения через головку 656 базового клапана, когда базовый клапан находится в открытой позиции. Инжектор 600 также включает топливные соединительные трубопроводы 657 (идентифицированы по отдельности первый топливный соединительный трубопровод 657a и второй топливный соединительный трубопровод 657b) для транспортировки топлива из базовой части 606 к пути или каналу 624 течения топлива, проходящему через среднюю часть 604 и выпускную часть 608 корпуса 602. Канал 624 течения топлива проходит продольно вблизи центрального узла 613, который проходит через корпус 602 от базовой части 606 по меньшей мере частично внутрь выпускной части 608. Центральный узел 613 также включает цилиндрический или трубчатый охватывающий элемент 688, который по меньшей мере частично определяет канал 624 течения топлива с изоляцией 616 воспламеняющего проводника. Центральный узел 613 проходит через изоляцию 642 корпуса 602. Воспламеняющий проводник 614 функционально соединен с воспламеняющим разъемом 627 для подачи воспламеняющего напряжения на воспламеняющий электрод 684, имеющий по меньшей мере один воспламеняющий элемент 686. Воспламеняющий электрод 684 представляет собой первый электрод, который может генерировать акт воспламенения со вторым электродом 685, который может представлять собой электропроводящую часть дальнего конца выпускной части 608. Изоляция 616 воспламеняющего проводника включает увеличенную концевую часть 683, имеющую больший размер поперечного сечения (например, больший диаметр поперечного сечения) вблизи воспламеняющего электрода 684.
Увеличенная концевая часть 683 изоляции 616 воспламеняющего проводника сконфигурирована с возможностью контакта с клапаном 666 подачи, который поддерживается выпускной частью 608. Клапан 666 подачи представляет собой радиально расширяющийся клапан, который включает первую, или неподвижную, концевую часть 668 в месте ниже по потоку увеличенной концевой части 683 изоляции 616 воспламеняющего проводника. Например, первая концевая часть 668 может быть приклеена к наружной поверхности охватывающего элемента 688 подходящим клеем, термополимером, термоотверждающимся составом или иным подходящим связующим. Клапан 666 подачи также включает вторую деформируемую, или подвижную, концевую часть 670, противоположную неподвижной концевой части 668. Подвижная концевая часть 670 контактирует с увеличенной концевой частью 683 изоляции 616 воспламеняющего проводника и сконфигурирована с возможностью по меньшей мере частично радиально расширяться, увеличиваться или иным образом деформироваться, с тем чтобы позволить топливу выходить из выпускной части 608 инжектора 600. В частности, охватывающий элемент 688 включает множество отверстий 669 для выхода топлива вблизи подвижной концевой части 670 клапана 666 подачи.
Во время работы топливо вводится внутрь базового узла 629 через топливовпускной фитинг 638. Топливо течет через генератор 626 усилия и привод 620, с тем, чтобы прибыть к головке 656 базового клапана. Когда управляющий клапаном узел 625 перемещает клапан 654 в открытую позицию путем отведения головки 656 базового клапана от клапанного седла 658, топливо течет через головку 656 базового клапана внутрь топливных соединительных трубопроводов 657. Из топливных соединительных трубопроводов 657 находящееся под давлением топливо течет внутрь канала 624 течения топлива. В одном варианте реализации давление топлива в канале 624 течения топлива является достаточным для того, чтобы по меньшей мере частично радиально расширять или иным образом деформировать подвижную концевую часть 670 клапана 666 подачи, с тем чтобы позволить топливу течь через увеличенную концевую часть 683 изоляции 616 воспламеняющего проводника. В других вариантах реализации, однако, по меньшей мере одно приводящее средство, по меньшей мере один привод, по меньшей мере один элемент выборочного смещения либо по меньшей мере один иной подходящий генератор усилия может по меньшей мере частично радиально расширять или иным образом деформировать подвижную концевую часть 670 клапана 666 подачи. Когда клапан 666 подачи выборочно дозирует топливо из отверстий 669 для выхода топлива, топливо течет через по меньшей мере один воспламеняющий элемент 686, который может генерировать акт воспламенения для воспламенения и впрыска топлива внутрь камеры сгорания.
В некоторых вариантах реализации каждый базовый узел 629, а также другие регуляторы расхода топлива могут быть сконфигурированы с возможностью выполнения: 1) регулировки расхода топлива путем открытия любого из клапанных узлов и 2) производства ионизирующего напряжения при завершении функции открытия клапана. Для выполнения обеих из этих функций в некоторых вариантах реализации, например, каждый генератор 626 усилия может представлять собой обмотку электромагнита, включающую первую, или первичную, обмотку и вторичную обмотку. Вторичная обмотка может включать больше витков, чем первичная обмотка. Каждая обмотка может также включать по меньшей мере один слой изоляции (например, из лака или другого подходящего изолятора), однако вторичная обмотка может включать больше изолирующих слоев, чем первая обмотка. Генератор 626 усилия может также быть электрически соединен с проводником 614. За счет намотки генератора 626 усилия или соленоида по принципу трансформатора с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, причем вторичная обмотка содержит гораздо большее число витков, первичная обмотка может нести высокий ток при приложении напряжения для производства тяги, или, иначе, вызывания перемещения привода 620 базового клапана. При открытии реле к первичной обмотке привод 620 активируется, и очень высокое напряжение будет производиться вторичной обмоткой. Высокое напряжение вторичной обмотки может быть применено для акта воспламенения плазмой, а именно для обеспечения начальной ионизации, после чего разряд относительно более низкого напряжения конденсатора, который был заряжен любым подходящим источником (включая энергию, собранную из камеры сгорания фотоэлектрическим, термоэлектрическим и пьезоэлектрическим генераторами), продолжает подавать ионизирующий ток и проталкивать топливо внутрь камеры сгорания.
Варианты реализации интегрированных инжекторов/воспламенителей и, в частности, клапанов подачи, описанные подробно в настоящем документе, обеспечивают несколько преимуществ перед стандартными инжекторами и воспламенителями. Одним преимуществом, например, является то, что эти клапаны подачи имеют радиально компактную форму и конфигурацию, которые в особенности подходят для помещения в выпускную часть инжектора, используемого в современных дизельных двигателях или других крупных двигателях с очень ограниченным размером прохода для впрыска. Как отмечено выше, например, отверстие для впрыска современного дизельного двигателя зачастую имеет диаметр приблизительно 8,4 мм (0,33 дюйма). Как раскрыто в настоящем документе, эти клапаны подачи и соответствующие приводящие в движение, изолирующие и воспламеняющие компоненты могут работать внутри такого ограниченного имеющегося пространства. Кроме того, расположение этих клапанов подачи вблизи границы камеры сгорания может по меньшей мере частично предотвращать нежелательную утечку топлива. В случаях, когда прирост тепла может вызвать расширение топлива с созданием давления между актами впрыска, варианты реализации, подобные тем, что показаны на фиг.5B, 5C, 5D и/или 5E, могут быть использованы для предотвращения утечки топлива внутрь камеры сгорания в нежелательные моменты. Кроме того, варианты реализации клапанов подачи, раскрытые в настоящем документе, в особенности подходят для резонирования, тем самым достигая очень высокого уровня эксплуатационных возможностей. Кроме того, варианты реализации, раскрытые в настоящем документе, способны обеспечивать жесткое соединение управляющего клапаном узла, такого как привод или толкатель, с соответствующим клапаном как при открывающейся внутрь, так и при открывающейся наружу конфигурациях. Кроме того, эти варианты реализации обеспечивают возможность работы при высокой температуре для применения в адиабатических двигателях и других применений, которые требуют приема относительно большого количества тепла от камеры сгорания. Кроме того, эти варианты реализации могут обеспечивать стабильный подвод воспламеняющего напряжения, чтобы тем самым обеспечивать доставку очень высокого напряжения и, как следствие, обеспечивать очень высокие токи в межэлектронном зазоре для быстрого преобразования жидких топлив при их впрыске в высокоскоростные струи ионизированных паров и плазм. Эти варианты реализации могут также обеспечивать гораздо большее количество лошадиных сил, например, 10000 л.с. на инжектор, для выбранной газовой турбины и крупного поршневого двигателя, в которой или котором может происходить чрезвычайно быстрое сгорание, за счет чего устранена необходимость в камерах предварительного сгорания и жаровых трубах. Кроме того, эти варианты реализации могут также обеспечивать то, что центральный воспламеняющий или электродный узел включает разные компоненты и имеет разные функции, в том числе измерительную функцию, обеспечиваемую волокнами 617, такими как оптические волокна, функцию проведения электрического тока и напряжения, а также функцию неподвижного клапанного седла для закрытого в нормальных условиях клапана. Далее, эти варианты реализации могут иметь весьма высокую диэлектрическую прочность, способную выдерживать ионизирующее напряжение в 50-150 кВ при токовых импульсах с мгновенным током в 1000 А и более в воспламеняющих электродах, как показано.
Кроме того, несколько из вариантов реализации, описанных подробно выше, топливных инжекторов могут быть использованы в двигателях, которые сконфигурированы с возможностью сжигания водородсодержащего топлива (например, аммиака) или других топлив с низкой удельной энергией (например, монооксида углерода и водорода), которые могут иметь в 3000 раз меньшую удельную энергию, чем дизельное топливо. Например, двигатели океанских танкеров, которые транспортируют жидкие метан, пропан, аммиак, метанол и/или другие вещества, могут иметь экономию эксплуатационных расходов, когда они оборудованы несколькими вариантами реализации инжекторов, раскрытыми в настоящем документе. В одном варианте реализации, например, перевозимое вещество может преобразовываться с использованием теплоотходов от двигателей следующим образом:
3
2
2
2NH → 3H+N
3
2
CHOH → CO+H
Это обеспечивается путем преобразования маршевых двигателей (к числу которых относятся тепловые двигатели, такие как дизельные двигатели с воспламенением от сжатия, различные ротационные двигатели сгорания и газовые турбины) таким образом, чтобы они работали на топливах, которые могут быть получены преобразованием из указанных грузов с помощью эндотермических реакций, в которых тепло, отводимое от таких тепловых двигателей, используется для приведения в действие таких реакций. В других вариантах реализации инжектор может также быть использован в энергетических установках, химических установках и/или других подходящих областях с производящими тепло двигателями.
В этих типах вариантов реализации термо-химическая регенерация с использованием тепла, отводимого от двигателя, обеспечивает привлекательную экономию топлива, поскольку водородсодержащие топлива, которые производятся, выдают на 15-30% больше энергии при их сжигании, чем сырье, из которого их получают. Кроме того, варианты реализации инжекторов, раскрытые в настоящем документе, могут позволять водородсодержащим топливам сгорать до 12 раз быстрее, чем дизельные или бункерные топлива, тем самым значительно повышая КПД двигателя и устраняя твердые частицы в выхлопе двигателя.
После изучения вышесказанного необходимо понимать, что конкретные варианты реализации были описаны в настоящем документе лишь в целях пояснения, и что различные модификации могут быть получены без выхода за рамки сущности и объема изобретения. Например, диэлектрическую прочность изоляций, раскрытых в настоящем документе, можно изменять или варьировать путем использования альтернативных материалов и способов обработки. Приводящие средства и приводы могут варьироваться в зависимости от топлива и/или области применения соответствующих инжекторов. Кроме того, компоненты инжектора могут варьироваться, в том числе, например, электроды, оптика, приводящие средства, клапаны и выпускные части корпусов могут выполняться из альтернативных материалов или могут включать альтернативные конфигурации, отличные от тех, что показаны и описаны, без выхода за рамки сущности раскрытия.
Если контекст явным образом не требует иного, в описании и формуле изобретения слова «содержит», «содержащий» и подобные следует истолковывать во включительном смысле, а не исключительном или исчерпывающем смысле; иными словами, в смысле «включает следующее, но не ограничен этим». Использование слов в единственном или множественном числе также подразумевает возможность множественного или единственного числа, соответственно. Когда используется союз «или» в списке из двух или более элементов, этот союз охватывает следующие интерпретации: любой из элементов в списке, все из элементов в списке и любое сочетание элементов в списке. Кроме того, различные варианты реализации, описанные выше, могут сочетаться для обеспечения других вариантов реализации. Все патенты США, публикации заявок на патент США, заявки на патент США, иностранные патенты, иностранные заявки на патент и непатентные публикации, упоминаемые в настоящем документе и/или перечисленные в листе данных заявки, считаются полностью включенными в настоящий документ. Аспекты раскрытия могут быть модифицированы, если это необходимо, для использования топливных инжекторов и воспламенителей с различными конфигурациями и концепциями различных патентов, заявок и публикаций с целью получения других вариантов реализации раскрытия.
Эти и другие изменения могут быть внесены в раскрытие в свете приведенного выше подробного описания. В целом, в нижеприведенной формуле изобретения используемые термины не следует истолковывать таким образом, что они ограничивают раскрытие конкретными вариантами реализации, раскрываемыми в описании и формуле изобретения, а следует истолковывать таким образом, чтобы обеспечивалось включение всех систем и способов, которые работают согласно формуле изобретения. Соответственно, изобретение не ограничено раскрытием, а, напротив, его объем определен широко нижеследующей формулой изобретения.