Интегрированные топливные воспламенители для использования в крупных двигателях и соответствующие способы использования и изготовления

Интегрированные топливные воспламенители для использования в крупных двигателях и соответствующие способы использования и изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 проводник