RU2556152C2 - Fuel nozzle (versions) and method of its operation - Google Patents
Fuel nozzle (versions) and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556152C2 RU2556152C2 RU2012111672/06A RU2012111672A RU2556152C2 RU 2556152 C2 RU2556152 C2 RU 2556152C2 RU 2012111672/06 A RU2012111672/06 A RU 2012111672/06A RU 2012111672 A RU2012111672 A RU 2012111672A RU 2556152 C2 RU2556152 C2 RU 2556152C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- valve
- nozzle
- actuator
- combustion chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение в целом относится к встроенным топливным форсункам и запальным свечам и связанным с ними компонентам для хранения, впрыска и воспламенения различных видов топлива.The present invention generally relates to integrated fuel injectors and spark plugs and related components for storing, injecting and igniting various types of fuel.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Возобновляемые источники энергии, необходимые для изготовления замещающей энергии в различных формах, такой как электроэнергия, водород, моторные спирты и метан, являются непостоянными. Солнечная энергия действует только в дневное время, и ее дневная концентрация меняется в зависимости от сезона и погодных условий. Энергия ветра в большинстве областей является неустойчивой, и ее величина сильно меняется. Ресурсы падающей воды зависят от сезона и подвержены обширному истощению из-за засухи. Биомасса на большей части земной суши варьируется от сезона к сезону и истощается в засуху. Во всем мире значительная энергия, которую можно было бы извлечь гидроэлектростанциями, ветроэлектростанциями, преобразованием биомассы и солнечными коллекторами, тратится впустую из-за нехватки практических способов сохранения кинетической энергии, топлива и/или электроэнергии до момента ее использования.Renewable energy sources necessary for the manufacture of substitute energy in various forms, such as electricity, hydrogen, motor alcohols and methane, are volatile. Solar energy is effective only in the daytime, and its daily concentration varies depending on the season and weather conditions. Wind energy in most areas is unstable, and its value varies greatly. Falling water resources depend on the season and are subject to extensive depletion due to drought. Biomass in most of the Earth’s land varies from season to season and is depleted in drought. All over the world, significant energy that could be extracted by hydroelectric power plants, wind farms, biomass conversion and solar collectors is wasted due to the lack of practical ways to save kinetic energy, fuel and / or electricity until it is used.
Население мира и потребность в энергии выросли до предела, за которым нефти требуется больше, чем может быть произведено. Будущие объемы производства будут уменьшаться, в то время как расширение потребностей увеличивающегося населения и рост зависимости от энергоемких товаров и услуг будут ускоряться. Это будет наращивать скорость истощения ископаемых ресурсов. Города страдают от смога, вызванного сжиганием ископаемого топлива. Использование в нетопливных целях природного газа, включая жидкие углеводороды, полученные из природного газа, такие как этан, пропан и бутан, экспоненциально растет в частности для изготовления упаковки, тканей, ковровых покрытий, красок и оборудования, которое в значительной степени содержит термопластичные и термореактивные полимерные материалы.The world's population and energy demand have grown to the point beyond which more oil is needed than can be produced. Future production will decrease, while the expansion of the needs of an expanding population and the increase in dependence on energy-intensive goods and services will accelerate. This will increase the rate of depletion of fossil resources. Cities suffer from smog caused by burning fossil fuels. The non-fuel use of natural gas, including liquid hydrocarbons derived from natural gas, such as ethane, propane and butane, is growing exponentially, in particular for the manufacture of packaging, fabrics, carpets, paints and equipment, which largely contains thermoplastic and thermosetting polymeric materials.
Уголь имеет относительно низкое отношение водорода к углероду. Нефть имеет более высокое отношение водорода к углероду, и природный газ имеет самое высокое отношение водорода к углероду из всех ископаемых углеводородов. Используя нефть в качестве репрезентативного носителя, можно сказать, что мировые темпы сжигания ископаемых углеводородов в настоящее время превышают эквивалент объемом 200 миллионов баррелей (31800 миллионов литров) нефти в день.Coal has a relatively low hydrogen to carbon ratio. Oil has a higher hydrogen to carbon ratio, and natural gas has the highest hydrogen to carbon ratio of all fossil hydrocarbons. Using oil as a representative carrier, we can say that the global rate of burning of fossil hydrocarbons currently exceeds the equivalent of 200 million barrels (31,800 million liters) of oil per day.
Мировая добыча нефти постоянно растет для удовлетворения растущих потребностей, но темпы разведки нефтяных месторождений отстают от темпов ее добычи. Достигнут максимальный уровень добычи нефти, и темпы ее добычи в почти всех известных месторождениях неизменно падают. После достижения пика добычи нефти мировая экономика переживает падение в каждой энергоемкой и связанной с нефтехимией отрасли производства. Борьба за оставшиеся запасы ископаемого топлива и использование нефти в качестве топлива и смазки для боевых машин явились причиной Первой и Второй мировых войн, а также всех последующих войн. Эквивалентная замена ископаемого топлива в объеме 200 миллионов баррелей (31800 миллионов литров) нефти каждый день потребует усовершенствования фактически каждого практического подхода к изготовлению, распределению, хранению и использованию возобновляемой энергии.World oil production is constantly growing to meet growing needs, but the pace of oil exploration is behind the pace of its production. The maximum level of oil production has been reached, and the rate of its production in almost all known fields is steadily declining. After reaching the peak of oil production, the global economy is experiencing a decline in every energy-intensive and petrochemical-related manufacturing industry. The struggle for the remaining reserves of fossil fuels and the use of oil as fuel and lubricant for military vehicles caused the First and Second World Wars, as well as all subsequent wars. An equivalent replacement of fossil fuels in the amount of 200 million barrels (31,800 million liters) of oil every day will require improvements in virtually every practical approach to the manufacture, distribution, storage and use of renewable energy.
Загрязнения воздуха и воды, вызванные добычей и сжиганием ископаемого топлива, в настоящее время отравляет каждый большой город с пригородами, а также рыбные угодья, сельские районы и леса. Отравление ртутью и другими тяжелыми металлами рыбных угодий и плодородных почв все больше является следствием сжигания угля. Глобальные изменения климата, проявляющиеся в мощных ураганах и торнадо, обильных ливнях, и увеличение убытков от вызванных молниями пожаров в лесах и городах, тесно связаны с увеличением концентрации в атмосфере "парниковых" газов, выделяющихся при сжигании ископаемого топлива. Увеличение сбора солнечной энергии парниковыми газами, присутствующими в атмосфере, увеличивает работу, которую совершает глобальная атмосферная машина, включая повышенное испарение морской воды, таяние ледников и полярных ледяных шапок, с последующими чрезвычайными метеорологическими явлениями, которые приводят к огромным потерям созданных человечеством ценностей и природных ресурсов.Air and water pollution caused by the extraction and burning of fossil fuels currently poisons every large city with its suburbs, as well as fishing grounds, rural areas and forests. The poisoning by mercury and other heavy metals of fish lands and fertile soils is increasingly a consequence of the burning of coal. Global climate changes, which are manifested in powerful hurricanes and tornadoes, heavy rains, and increased losses from lightning-caused fires in forests and cities, are closely associated with an increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere generated by burning fossil fuels. Increasing the collection of solar energy by the greenhouse gases present in the atmosphere increases the work done by the global atmospheric machine, including increased evaporation of sea water, the melting of glaciers and polar ice caps, with subsequent extreme weather events that lead to huge losses of human values and natural resources .
Предшествующие попытки использования мультитопливных вариантов, включая водород, генераторный газ, и топлива с более высоким отношением водорода к углероду, такого как метан, топливные спирты и различные другие альтернативные виды топлива наряду с бензином и дизельным топливом или вместо них, сталкивались с различными проблемами, которые не могли решить, причем эти попытки оказались дорогими, приводили к нежелательным результатам и часто вызывали ухудшение характеристик двигателя или его повреждение, включая:Previous attempts to use multi-fuel options, including hydrogen, generator gas, and fuels with a higher hydrogen to carbon ratio, such as methane, fuel alcohols and various other alternative fuels along with or instead of gasoline and diesel, have encountered various problems that they couldn’t decide, and these attempts were expensive, led to undesirable results and often caused deterioration in engine performance or damage, including:
(1) Увеличение собственного веса для повышения степени сжатия и соответствующих требований для более дорогих, более прочных и более тяжелых поршней, шатунов, коленчатых валов, подшипников, маховиков, блоков двигателя и опорной конструкции для приемлемой выработки энергии и таким образом более тяжелых рессор подвески, амортизаторов, стартеров, батарей, и т.п.(1) An increase in its own weight to increase the compression ratio and the corresponding requirements for more expensive, more durable and heavier pistons, connecting rods, crankshafts, bearings, flywheels, engine blocks and supporting structure for acceptable power generation and thus heavier suspension springs, shock absorbers, starters, batteries, etc.
(2) Необходимость использования более дорогих клапанов, упрочненных седел клапанов и установки в заводских условиях для предупреждения усиленного износа клапанов и седел.(2) The need to use more expensive valves, hardened valve seats and factory-installed to prevent increased wear on the valves and seats.
(3) Необходимость использования турбонаддува для компенсации потерь мощности и дорожных качеств автомобиля из-за уменьшения удельной энергии топлива и для повышения ухудшенных объемного и теплового КПД.(3) The need to use turbocharging to compensate for the loss of power and road performance of a car due to a decrease in the specific energy of the fuel and to increase the deteriorated volumetric and thermal efficiency.
(4) Многоступенчатое регулирование давления газообразного топлива с максимально тонкой фильтрацией и чрезвычайно небольшим допуском на изменение качества топлива, включая давление пара, а также и октановое и цетановое числа.(4) Multistage pressure regulation of gaseous fuels with the most fine filtration and extremely small tolerance for changing the quality of the fuel, including steam pressure, as well as octane and cetane numbers.
(5) Теплообменники в системе охлаждения двигателя для предотвращения замерзания в зимний период регулятора давления газообразного топлива.(5) Heat exchangers in the engine cooling system to prevent freezing of the gaseous fuel pressure regulator in the winter.
(6) Дорогие и громоздкие системы управляемого соленоидом клапана отключения бака (TSOV) и редукционного клапана (PRD).(6) Expensive and bulky solenoid-controlled tank shut-off valve (TSOV) and pressure reducing valve (PRD).
(7) Значительно увеличенные системы для регулирования расхода.(7) Significantly increased flow control systems.
(8) Остаточная капельная подача топлива в бесполезные периоды времени, а также в периоды действия обратного вращающего момента.(8) Residual drip fuel supply in useless periods of time, as well as during periods of reverse torque.
(9) Остаточная капельная подача топлива во вредоносные периоды времени, такие как выхлопной такт, влекущая за собой снижение экономии топлива и взывающая повреждение двигатели или выхлопной системы.(9) Residual drip of fuel during harmful periods of time, such as an exhaust cycle, resulting in reduced fuel economy and causing damage to engines or exhaust systems.
(10) Ухудшение характеристик двигателя или его повреждение из-за раннего воспламенения и детонации.(10) Deterioration of engine performance or damage due to early ignition and detonation.
(11) Перебои в работе двигателя или его повреждение из-за неточного соблюдения вязкости топлива, давления пара, октанового или цетанового чисел и скорости сгорания.(11) Engine malfunctions or damage due to inaccurate compliance with fuel viscosity, vapor pressure, octane or cetane numbers and combustion rate.
(12) Ухудшение характеристик двигателя или его повреждение из-за смывания топливом, испарения и выгорания масляной пленки со стенок цилиндра и кольцевых или роторных уплотнений.(12) Deterioration of engine performance or its damage due to flushing by fuel, evaporation and burning of oil film from cylinder walls and O-rings or rotary seals.
(13) Невозможность предотвращения формирования оксидов азота во время сгорания.(13) Inability to prevent the formation of nitrogen oxides during combustion.
(14) Невозможность предотвращения формирования макрочастиц из-за неполного сгорания.(14) Inability to prevent particulate formation due to incomplete combustion.
(15) Невозможность предотвращения загрязнения из-за формирования аэрозоля из смазки в верхних областях цилиндров.(15) Inability to prevent contamination due to the formation of aerosol from the lubricant in the upper regions of the cylinders.
(16) Невозможность предотвращения перегрева поршней, стенок цилиндра и клапанов, вызванного увеличением трения, и ухудшения характеристик.(16) Inability to prevent overheating of pistons, cylinder walls and valves caused by increased friction and deterioration.
(17) Невозможность предотвращения взывающей повреждения обратной вспышки во впускном коллекторе и компонентах воздушного фильтра.(18) Невозможность предотвращения вызывающих повреждения воспламенения и/или взрывов в выхлопной системе.(17) Failure to prevent crying damage to the backfire in the intake manifold and components of the air filter. (18) Failure to prevent damaging ignitions and / or explosions in the exhaust system.
(19) Невозможность предотвращения перегрева компонентов выхлопной системы.(19) Inability to prevent overheating of exhaust components.
(20) Невозможность предотвращения блокировки паров топлива и вытекающих из нее перебоев в работе или отказа двигателя.(20) Inability to prevent the blocking of fuel vapor and the resulting interruptions in operation or engine failure.
Кроме того, для топлива с низкой удельной энергоемкостью требуются специальные топливные баки. К резервуарам-хранилищам, предназначенным для бензина, пропана, природного газа и водорода, предъявляются разные требования, соответствующие широкому разнообразию химических и физических свойств каждого вида топлива. Для каждого вида топлива, которое использует транспортное средство, требуется отдельный топливный бак. Такой подход с отдельным баком для каждого вида топлива требует значительного места, приводит к увеличению веса, требует дополнительного усиления пружин и амортизаторов, смещает центр тяжести и центр осевого давления и увеличивает затраты.In addition, special fuel tanks are required for fuels with low specific energy consumption. Storage tanks designed for gasoline, propane, natural gas and hydrogen are subject to different requirements corresponding to a wide variety of chemical and physical properties of each type of fuel. For each type of fuel that the vehicle uses, a separate fuel tank is required. Such an approach with a separate tank for each type of fuel requires considerable space, leads to an increase in weight, requires additional strengthening of springs and shock absorbers, shifts the center of gravity and the center of axial pressure and increases costs.
В традиционных решениях дозированная подача в двигатель альтернативных видов топлива, таких как бензин, метанол, этиловый спирт, пропан, этан, смесь бутан-водород или метан, может быть достигнута с использованием по меньшей мере одного газового карбюратора, топливных форсунок, расположенных в корпусе дроссельных заслонок, или топливных форсунок для фазированной поцилиндровой подачи топлива. Потеря мощности, вызванная каждым из указанных традиционных подходов, варьируется из-за большого процентного содержания объема впускного воздуха, который занимают расширяющиеся молекулы газообразного топлива.Таким образом, при уменьшении подачи впускного воздуха сгорает меньше топлива и вырабатывается меньше энергии.In traditional solutions, the metered supply of alternative fuels, such as gasoline, methanol, ethyl alcohol, propane, ethane, a mixture of butane-hydrogen or methane, can be achieved using at least one gas carburetor, fuel nozzles located in the throttle body dampers, or fuel nozzles for phased cylinder fuel supply. The power loss caused by each of these traditional approaches varies due to the large percentage of the intake air volume occupied by the expanding molecules of the gaseous fuel. Thus, with a decrease in the intake air supply, less fuel is burned and less energy is generated.
При нормальных температуре и давлении (НТП) газообразный водород занимает объем, который в 2800 раз больше объема жидкого бензина, обеспечивающего при сгорании равную энергию. Газообразный метан занимает объем примерно в 900 раз больше объема жидкого бензина, обеспечивающего равную энергию сгорания.At normal temperature and pressure (NTP), gaseous hydrogen occupies a volume that is 2800 times larger than the volume of liquid gasoline, which provides equal energy during combustion. Methane gas occupies a volume of approximately 900 times the volume of liquid gasoline, providing equal combustion energy.
Создание устройств для прокачки таких больших объемов газообразного водорода или метана через вакуумную область впускного коллектора, через впускной клапан или впускные клапаны и подачи в вакуумную область цилиндра во время впускного периода, а также для выполнения всего этого одновременно с подачей достаточного количества воздуха для поддержания полного сгорания топлива и получения тепловой энергии, эквивалентной характеристикам бензина, представляет собой очень сложную задачу, которая до сих пор полностью не решена. Некоторая степень восстановления мощности может быть достигнута путем использования двигателей с большим рабочим объемом. Другой подход требует использования дорогих, более тяжелых, более сложных и менее надежных компонентов для достижения намного более высоких степеней сжатия и/или турбонаддува впускной системы. Однако указанные подходы сокращают срок службы двигателя и намного увеличивают исходные затраты и/или затраты на техническое обслуживание, если основная конструкция двигателя не обеспечивает соответствующие конструкционные профили для повышения жесткости и прочности.The creation of devices for pumping such large volumes of gaseous hydrogen or methane through the vacuum region of the intake manifold, through the intake valve or intake valves and supplying to the vacuum region of the cylinder during the intake period, and also to do all this while supplying enough air to maintain complete combustion fuel and thermal energy equivalent to the characteristics of gasoline, is a very difficult task, which is still not completely solved. Some degree of power recovery can be achieved by using engines with a large displacement. Another approach requires the use of expensive, heavier, more complex and less reliable components to achieve much higher degrees of compression and / or turbocharging of the intake system. However, these approaches shorten the life of the engine and significantly increase the initial costs and / or maintenance costs if the main engine design does not provide the appropriate structural profiles to increase rigidity and strength.
Общеизвестно, что бензиновые двигатели являются неэффективными. Основная причина состоит в том, что бензин смешивается с воздухом для формирования однородной смеси, которую подают в камеру сгорания с дроссельным регулированием во время впускного цикла. Затем этот заряд гомогенной смеси сжимают почти до состояния верхней мертвой точки (TDC) и воспламеняют свечой зажигания. Гомогенное сгорание заряда смеси вызывает непосредственную передачу тепла от продуктов сгорания с температурой от 4500°F до 5500°F (от 2482°C до 3037°C) к головке цилиндра, стенкам цилиндра и поршню или соответствующим компонентам роторных двигателей. При этом защитные пленки смазки сжигаются или испаряются, вызывая загрязнение окружающей среды, а цилиндр и поршневые кольца изнашиваются из-за нехватки смазки. При гомогенном сгорании заряда смеси также происходит потеря энергии, поскольку тепло передается к охлаждаемым поверхностям камеры сгорания, температура которых поддерживаются на относительно низком уровне от 160°F до 240°F (от 71°C до 115°C) жидкостной и/или воздушной системами охлаждения.It is well known that gasoline engines are inefficient. The main reason is that gasoline is mixed with air to form a homogeneous mixture, which is fed into the throttle-controlled combustion chamber during the intake cycle. Then this charge of the homogeneous mixture is compressed almost to the state of top dead center (TDC) and ignited by the spark plug. Homogeneous combustion of the charge of the mixture causes direct heat transfer from combustion products with temperatures from 4500 ° F to 5500 ° F (from 2482 ° C to 3037 ° C) to the cylinder head, cylinder walls and piston, or to the corresponding components of rotary engines. At the same time, grease protective films are burned or evaporate, causing environmental pollution, and the cylinder and piston rings wear out due to lack of lubricant. Homogeneous combustion of the charge of the mixture also results in energy loss, since heat is transferred to the cooled surfaces of the combustion chamber, the temperatures of which are kept at a relatively low level from 160 ° F to 240 ° F (from 71 ° C to 115 ° C) by the liquid and / or air systems cooling.
Использование водорода или метана в качестве гомогенного заряда топливной смеси вместо бензина представляет собой сложную задачу, имеющую дорогостоящее решение, требующее использования достаточно емкого резервуара для горючего для компенсации существенных потерь энергии, которые являются типичными для бензиновых двигателей. Использование такого более чистого сгорания и потенциально многочисленных видов газообразного топлива вместо дизельного топлива является еще более трудной задачей. Дизельное топливо имеет более высокую энергоемкость по сравнению с бензином. Дополнительные трудности связаны с тем, что газообразные виды топлива, такие как водород, генераторный газ, метан, пропан, бутан и топливные спирты, такие как этиловый спирт или метанол, имеют недостаточно высокое цетановое число и воспламеняются в быстро сжатом воздухе не так быстро, как это требуется для эффективной работы дизельного двигателя. Форсунки для дизельного топлива предназначены для работы с защитной пленкой смазки, которую создает дизельное топливо. Кроме того, форсунки для дизельного топлива только циклически пропускают относительно малый объем топлива, который при нормальных температуре и давлении примерно в 3000 раз меньше объема водорода, необходимого для получения эквивалентного количества теплоты.The use of hydrogen or methane as a homogeneous charge of the fuel mixture instead of gasoline is a complex task that has an expensive solution, requiring the use of a sufficiently capacious fuel tank to compensate for the significant energy losses that are typical of gasoline engines. Using such cleaner combustion and potentially numerous types of gaseous fuels instead of diesel is even more difficult. Diesel fuel has a higher energy intensity compared to gasoline. Additional difficulties are associated with the fact that gaseous fuels, such as hydrogen, generator gas, methane, propane, butane and fuel alcohols, such as ethanol or methanol, have a low cetane number and do not ignite in rapidly compressed air as fast as This is required for the efficient operation of the diesel engine. Nozzles for diesel fuel are designed to work with a protective film of lubricant, which creates diesel fuel. In addition, nozzles for diesel fuel only cyclically pass a relatively small volume of fuel, which at normal temperature and pressure is approximately 3000 times less than the volume of hydrogen required to produce an equivalent amount of heat.
Большинство современных двигателей проектируют с целью достижения минимального собственного веса и для работы по существу с высоким коэффициентом избытка кислорода в гомогенных смесях воздуха и топлива для уменьшения формирования оксидов азота путем ограничения пиковой температуры сгорания. Для достижения минимального собственного веса используются цилиндры меньшего размера и повышенные скорости поршней. Высокие скорости вращения двигателя для передачи тягового усилия уменьшают до необходимых скоростей вращения вала посредством трансмиссии с высоким передаточным числом и/или дифференциального блока шестерен.Most modern engines are designed to achieve a minimum dead weight and to operate with a substantially high coefficient of excess oxygen in homogeneous mixtures of air and fuel to reduce the formation of nitrogen oxides by limiting the peak combustion temperature. To achieve a minimum dead weight, smaller cylinders and higher piston speeds are used. High engine speeds for transmitting traction are reduced to the required shaft speeds by means of a transmission with a high gear ratio and / or differential gear unit.
Работа с высоким коэффициентом избыточности кислорода требует подачи большого количества воздуха, и головки камер сгорания часто имеют два или три впускных клапана и два или три выпускных клапана. Такая конструкция оставляет мало места в области головки для топливной форсунки непосредственного впрыска в цилиндр или свечи зажигания. Управление высокоскоростными клапанами посредством верхних распредвалов дополнительно усложняет конструкцию и уменьшает пространство для размещения топливных форсунок непосредственного впрыска и свечей зажигания. Проектировщики фактически использовали все доступное пространство над поршнями для клапанов и устройств управления клапанами, и оставили место для того, чтобы с трудом втиснуть свечи зажигания для воспламенения бензина или дизельные форсунки для двигателей с воспламенением путем сжатия.Operation with a high oxygen redundancy ratio requires a large amount of air to be supplied, and the heads of the combustion chambers often have two or three inlet valves and two or three exhaust valves. This design leaves little space in the area of the head for the fuel injector direct injection into the cylinder or spark plugs. The control of high-speed valves by means of overhead camshafts further complicates the design and reduces the space for accommodating direct injection fuel nozzles and spark plugs. Designers actually used all the available space above the pistons for valves and valve control devices, and left room for them to hardly squeeze spark plugs to ignite gasoline or diesel nozzles for compression ignition engines.
Таким образом, чрезвычайно трудно доставить посредством любого трубопровода, имеющего большее поперечное сечение, чем свеча зажигания бензинового двигателя или топливная форсунка дизельного двигателя, равную энергию с использованием альтернативных видов топлива, таких как водород, метан, пропан, бутан, этиловый спирт или метанол, которые имеют более низкую теплотворную способность на единицу объема по сравнению с бензином или дизельным топливом. Проблема ограниченного доступного пространства для свечей зажигания или дизельных форсунок усугубляется большими тепловыми нагрузками, действующими на головку блока цилиндров, из-за большого прироста тепла от трех-шести клапанов, которые передают тепло от камеры сгорания к головке цилиндров и компонентам, которые к ней относятся. Дополнительное усугубление пространственных проблем и проблем, связанных с тепловыми нагрузками происходит из-за большого тепловыделения в тесной основной области, вызванного трением кулачков, клапанных пружин и толкателей клапана при работе двигателя на высоких оборотах.Thus, it is extremely difficult to deliver through any pipeline having a larger cross-section than a spark plug of a gasoline engine or a fuel nozzle of a diesel engine, equal energy using alternative fuels, such as hydrogen, methane, propane, butane, ethyl alcohol or methanol, which have a lower calorific value per unit volume compared to gasoline or diesel fuel. The problem of limited available space for spark plugs or diesel injectors is exacerbated by large thermal loads acting on the cylinder head, due to the large increase in heat from three to six valves that transfer heat from the combustion chamber to the cylinder head and the components that relate to it. An additional aggravation of spatial problems and problems associated with thermal loads occurs due to the large heat generation in the cramped main area caused by the friction of the cams, valve springs and valve followers when the engine is operating at high speeds.
Во время промышленной революции поршневые двигатели различными способами стали причиной изменений и по существу обеспечили преобразование энергии. В настоящее время поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие по принципу компрессионного воспламенения и использующие высокоцетановое дизельное топливо, приводят в действие большую часть машин в сельском хозяйстве, горной промышленности, рельсовых и морских тяжелогрузных перевозках и стационарных энергетических системах наряду с новыми усилиями, предпринимаемыми в области создания двигателей меньшего размера с более высокой скоростью движения поршней для повышения топливной эффективности пассажирских и легкогрузных автотранспортных средств. Поршневые двигатели внутреннего сгорания с низкой степенью сжатия с искровым зажиганием менее дороги в изготовлении и используют высокооктановые виды топлива для приведения в действие большей части растущей совокупности из 900 миллионов пассажирских и легкогрузных автотранспортных средств.During the Industrial Revolution, reciprocating engines in various ways caused changes and essentially provided energy conversion. At present, compression-ignition piston internal combustion engines using high-cetane diesel fuel drive most of the machines in agriculture, mining, rail and offshore heavy haulage, and stationary power systems, along with new efforts to create smaller engines with higher piston speeds to increase the fuel efficiency of passenger and light cargo vehicles transport vehicles. Low compression piston internal combustion engines with spark ignition are less expensive to manufacture and use high-octane fuels to power most of the growing population of 900 million passenger and light-duty vehicles.
Применение высокооктановых и высокоцетановых видов углеводородного топлива в традиционных двигателях внутреннего сгорания создает недопустимо высокие уровни эмиссии, загрязняющей окружающую среду, такой как несгоревшие углеводороды, макрочастицы, оксиды азота, монооксид углерода и диоксид углерода.The use of high-octane and high-cetane hydrocarbon fuels in traditional internal combustion engines creates unacceptably high levels of polluting the environment, such as unburned hydrocarbons, particulate matter, nitrogen oxides, carbon monoxide and carbon dioxide.
Традиционное искровое зажигание использует высокое напряжение, но обеспечивает низкую энергию ионизации воздушно-топливной смеси. Традиционные значения энергии искры зажигания в диапазоне примерно от 0,05 джоуля до 0,15 джоуля являются типичными для обычных атмосферных (без наддува) двигателей, оборудованных свечами зажигания, которые работают со степенями сжатия 12:1 или меньше. При более высоком давлении окружающей среды в искровом зазоре соответствующее напряжение для создания такой ионизации должно быть увеличено. Факторы, требующие более высокое напряжение, включая сниженное соотношение компонентов топливной смеси (обедненную смесь) и более широкий искровой зазор, который может быть необходим для воспламенения, ведут к увеличению эффективной степени сжатия, турбонаддува и снижению величины сопротивления впуску воздуха в камеру сгорания. Известные системы искрового зажигания не обеспечивают адекватную выработку напряжения для надежного искрового зажигания например в дизельных двигателях со степенями сжатия от 16:1 до 22:1 и зачастую не обеспечивают адекватное напряжение для недросселируемых двигателей, в которых в целях увеличения выработки энергии и повышения экономии топлива используется турбонаддув.Traditional spark ignition uses high voltage, but provides low ionization energy of the air-fuel mixture. Conventional ignition spark energies ranging from about 0.05 joules to 0.15 joules are typical of conventional atmospheric (naturally aspirated) engines equipped with spark plugs that work with compression ratios of 12: 1 or less. At higher ambient pressure in the spark gap, the corresponding voltage must be increased to create such an ionization. Factors requiring a higher voltage, including a reduced ratio of the components of the fuel mixture (lean mixture) and a wider spark gap, which may be necessary for ignition, lead to an increase in the effective compression ratio, turbocharging and a decrease in the resistance to air inlet into the combustion chamber. Known spark ignition systems do not provide adequate voltage generation for reliable spark ignition, for example, in diesel engines with compression ratios of 16: 1 to 22: 1 and often do not provide adequate voltage for non-throttle engines, in which, in order to increase energy production and increase fuel economy, turbocharging.
Невозможность обеспечения адекватного напряжения в искровом зазоре чаще всего вытекает из недостаточной электрической прочности компонентов системы воспламенения, таких как фарфоровый изолятор свечи зажигания и провода высокого напряжения.The inability to provide adequate voltage in the spark gap most often results from the insufficient electrical strength of the components of the ignition system, such as the porcelain insulator of the spark plug and high voltage wires.
Высокое напряжение, приложенное к традиционной свече зажигания, которая по существу расположена в стенке камеры сгорания, вызывает тепловые потери воспламеняющихся гомогенных воздушно-топливных смесей, которые расположены вблизи всех поверхностей камеры сгорания, включая поршень, стенку цилиндра, головку цилиндра и клапаны. Указанные тепловые потери уменьшают эффективность двигателя и могут вызвать повреждение компонентов камеры сгорания, которые подвержены окислению, коррозии, тепловой усталости, увеличенному трению из-за теплового расширения, деформации, короблению и износу из-за потери свойств перегретых или окисленных смазывающих пленок.The high voltage applied to the traditional spark plug, which is essentially located in the wall of the combustion chamber, causes heat loss of flammable homogeneous air-fuel mixtures, which are located near all surfaces of the combustion chamber, including the piston, cylinder wall, cylinder head and valves. These heat losses reduce engine efficiency and can cause damage to combustion chamber components that are susceptible to oxidation, corrosion, thermal fatigue, increased friction due to thermal expansion, deformation, warping, and wear due to loss of properties of overheated or oxidized lubricating films.
Даже если искра зажигания у поверхности камеры сгорания вызывает задержанное сгорание гомогенной воздушно-топливной смеси, ограниченная скорость распространения факела задает предел для полного сгорания. Чем больше количество тепла, которое теряется на поверхности камеры сгорания, тем меньше возможность полного сгорания. Указанная нежелательная ситуация связана с проблемой повышенной концентрации в выхлопном газе несгоревшего топлива, например паров углеводородов, углеводородных макрочастиц и моноксидов углерода.Even if the ignition spark near the surface of the combustion chamber causes delayed combustion of a homogeneous air-fuel mixture, the limited flame propagation velocity sets a limit for complete combustion. The greater the amount of heat that is lost on the surface of the combustion chamber, the less is the possibility of complete combustion. This undesirable situation is associated with the problem of increased concentration of unburned fuel in the exhaust gas, for example, hydrocarbon vapors, hydrocarbon particulates and carbon monoxides.
В результате усилий, направленных на управление соотношением компонентов топливной смеси и обеспечение обедненных условий сгорания для повышения топливной экономичности и снижения пиковой температуры сгорания и возможно для уменьшения образования оксидов азота, возникают многочисленные дополнительные проблемы. Например, топливные смеси с обедненным соотношением компонентов сгорают медленнее по сравнению со стехиометрическими или обогащенными топливными смесями. Кроме того, более медленное сгорание требует больше времени для осуществления двух- или четырехтактной работы двигателя и таким образом снижает потенциальную проектную удельную мощность двигателя. При выборе природного газа в качестве замены бензинового или дизельного топлива следует признать тот факт, что природный газ воспламеняется намного медленнее бензина, и что природный газ не облегчает компрессионное воспламенение, если его используют вместо дизельного топлива.As a result of efforts to control the ratio of the components of the fuel mixture and provide lean combustion conditions to increase fuel economy and reduce peak combustion temperatures and possibly to reduce the formation of nitrogen oxides, numerous additional problems arise. For example, lean-burn fuel mixtures burn more slowly than stoichiometric or enriched fuel mixtures. In addition, slower combustion requires more time for two- or four-stroke operation of the engine and thus reduces the potential design specific power of the engine. When choosing natural gas as a replacement for gasoline or diesel, it should be recognized that natural gas ignites much slower than gasoline and that natural gas does not facilitate compression ignition if it is used instead of diesel fuel.
Кроме того, в современных двигателях оставлено слишком мало пространства для доступа к камере сгорания, оснащенной известными электрическими изолирующими компонентами, имеющими достаточную электрическую прочность и надежность для защиты компонентов, подверженных циклическому приложению высокого напряжения, коронных разрядов и наслаиваемого ухудшения характеристик из-за ударной нагрузки, вибрации и резких тепловых циклических перепадов между высокой и низкой температурами. Кроме того, известные подходы к сгоранию гомогенного заряда топливной смеси с послойным распределением не в состоянии преодолеть ограничения, относящиеся к октановой или цетановой зависимости, и не в состоянии устранить просачивание топлива в течение вредоносных периодов времени или обеспечить соответствующую скорость сгорания для повышения тепловой эффективности, а также не в состоянии предотвратить образование оксидов азота, вызванное сгоранием.In addition, in modern engines there is too little space for access to a combustion chamber equipped with well-known electrical insulating components having sufficient electrical strength and reliability to protect components susceptible to cyclic application of high voltage, corona discharges and layered degradation due to shock loading, vibration and sharp thermal cyclic differences between high and low temperatures. In addition, the well-known approaches to the combustion of a homogeneous charge of a fuel mixture with a layered distribution are not able to overcome the restrictions related to the octane or cetane dependence, and are not able to eliminate fuel leakage during malicious time periods or provide an appropriate combustion rate to increase thermal efficiency, and also unable to prevent the formation of nitrogen oxides caused by combustion.
Для обеспечения мультитопливного использования наряду с уменьшением собственного веса и увеличенным впуском воздуха прежде всего необходимо обеспечить возможность недросселируемого впуска воздуха в камеры сгорания, непосредственного впрыска газообразных, полностью сгорающих и недорогих видов топлива и обеспечить сгорание заряда топливной смеси с послойным распределением вместо бензина и дизельного топлива. Однако перечисленные требования сталкиваются с чрезвычайно сложными проблемами, связанными с обеспечением надежного дозирования изменяющихся в широких пределах параметров, таких как плотности топлива, давления паров и вязкости, для обеспечения последующей точной синхронизации воспламенения и полного сгорания. Для достижения принудительного воспламенения необходимо обеспечить воспламеняемую искрой зажигания воздушно-топливную смесь в относительно небольшом зазоре между электродами свечи зажигания.To ensure multi-fuel use, along with reducing its own weight and increased air inlet, it is first of all necessary to ensure the possibility of non-throttle air inlet to the combustion chambers, direct injection of gaseous, completely combustible and inexpensive types of fuel and to ensure combustion of the charge of the fuel mixture with layered distribution instead of gasoline and diesel fuel. However, the listed requirements face extremely difficult problems associated with providing reliable dosing of parameters that vary over a wide range, such as fuel density, vapor pressure, and viscosity, to ensure subsequent accurate synchronization of ignition and complete combustion. To achieve forced ignition, it is necessary to provide a flammable spark-ignition air-fuel mixture in a relatively small gap between the electrodes of the spark plug.
Если для формирования заряда топливной смеси с послойным распределением в каждую камеру сгорания топливо подают посредством отдельной топливной форсунки, должны быть выполнены тщательно проработанные условия, такие как мгновенное завихрение, рикошетирование или отбрасывание топлива от поверхностей камеры сгорания в искровой зазор, но указанные подходы всегда вызывают увеличение тепловых потерь на поверхности камеры сгорания, поскольку при этом жертвуют преимуществами концепции заряда топливной смеси с послойным распределением. Если топливом управляет дозирующий клапан, расположенный на расстоянии от камеры сгорания, то происходит "остаточное подтекание" топлива в бесполезные или вредоносные периоды времени, включая периоды действия обратного крутящего момента, противоположного рабочему выходному крутящему моменту. Любой из указанных подходов неизбежно вызывает "проливание" либо разбрызгивание большей части топлива на охлажденные стенки цилиндра с целью доставки в искровой зазор некоторого уменьшенного количества топлива в виде воспламеняемой искрой воздушно-топливной смеси в точное время желательного воспламенения. Это приводит к тепловым потерям, потере смазки стенками цилиндра, деформации цилиндров и поршней, вызванной повышенным выделением тепла из-за трения, и потере теплового КПД из-за тепловых потерь, обусловленных работой, совершаемой расширяющимися газами, действующими на нерасширяющиеся компоненты двигателя.If, in order to form a charge of a fuel mixture with a layered distribution, fuel is supplied to each combustion chamber by means of a separate fuel nozzle, carefully worked out conditions must be fulfilled, such as instant swirling, rebounding, or throwing fuel from the surfaces of the combustion chamber into the spark gap, but these approaches always cause an increase heat losses on the surface of the combustion chamber, since they sacrifice the advantages of the concept of charge of the fuel mixture with a layered distribution. If the fuel is controlled by a metering valve located at a distance from the combustion chamber, there is a “residual leakage” of fuel during useless or harmful periods of time, including periods of action of the reverse torque opposite to the operating output torque. Any of these approaches inevitably causes “spilling” or spraying of most of the fuel on the cooled cylinder walls in order to deliver to the spark gap a certain reduced amount of fuel in the form of a flammable spark of the air-fuel mixture at the exact time of the desired ignition. This leads to heat loss, loss of lubrication by the walls of the cylinder, deformation of the cylinders and pistons caused by increased heat generation due to friction, and loss of heat efficiency due to heat loss due to work performed by expanding gases acting on non-expanding engine components.
Попытки сформировать завихрение воздуха, поступающего в камеру сгорания, и ввести топливо с низкой плотностью в завихренный воздух страдают двумя существенными недостатками. Возбуждение завихрения вызывает сопротивление потоку воздуха в камеру сгорания и таким образом уменьшает количество воздуха, который поступает в камеру сгорания, и следовательно уменьшает объемную эффективность. После воспламенения продукты сгорания быстро переносятся вихревым потоком на поверхности камеры сгорания, и неблагоприятное действие тепловых потерь усугубляется.Attempts to form a swirl of air entering the combustion chamber and to introduce low density fuel into the swirling air suffer from two significant drawbacks. The excitation of the swirl causes resistance to the flow of air into the combustion chamber and thus reduces the amount of air that enters the combustion chamber, and therefore reduces the volumetric efficiency. After ignition, the combustion products are quickly carried by a vortex flow on the surface of the combustion chamber, and the adverse effect of heat loss is compounded.
Прошлые попытки обеспечить двигатели внутреннего сгорания мультитопливными возможностями, например возможностью работать на топливе различных видов, таких как бензин, природный газ, пропан, топливные спирты, генераторный газ и водород, оказались чрезвычайно сложными и в высшей степени неудачными. Прошлые подходы привели к отказу от настройки на все виды топлива и отмене способов оптимизации для конкретных топливных характеристик. Такие попытки обнаружили склонность работать со сбоями и требовали использования очень дорогих компонентов и средств управления. Указанные трудности усугубляются значительно различающимися значениями удельной энергии таких видов топлива, широким диапазоном давлений пара и вязкостей, и других различий в физических свойствах между газообразными видами топлива и жидким топливом. Кроме того, требуется мгновенная перенастройка угла опережения зажигания, поскольку метан сгорает медленнее всех перечисленных выше видов топлива, в то время как водород сгорает примерно в 7-10 раз быстрее любого другого из перечисленных видов топлива.Past attempts to provide internal combustion engines with multi-fuel capabilities, such as the ability to run on various types of fuel, such as gasoline, natural gas, propane, fuel alcohols, generator gas and hydrogen, have proven to be extremely complex and extremely unsuccessful. Past approaches have led to the rejection of tuning for all types of fuel and the abolition of optimization methods for specific fuel characteristics. Such attempts revealed a tendency to malfunction and required the use of very expensive components and controls. These difficulties are exacerbated by significantly different values of the specific energy of such fuels, a wide range of vapor pressures and viscosities, and other differences in the physical properties between gaseous fuels and liquid fuel. In addition, instantaneous retune of the ignition timing is required, since methane burns more slowly than all the above types of fuel, while hydrogen burns about 7-10 times faster than any other of the above types of fuel.
Дополнительные проблемы возникают между использованием низкотемпературных жидкостей или смесей и хранением горючего сжатого газа того же самого топливного вещества. Например, жидкий водород хранят при температуре -420°F (-252°C) при атмосферном давлении, при этом неизолированные питающие трубопроводы, регуляторы давления и форсунки вызывают конденсацию атмосферного водяного пара, замораживают его и превращают в лед, создавая опасность повреждения в результате их контакта с атмосферной влагой. Низкотемпературный метан создает подобные проблемы, связанные с образованием льда и опасностью повреждения. Схожим образом указанные низкотемпературные текучие среды также вызывают сбои в работе и забивку обычных дозирующих отверстий, в частности небольших отверстий.Additional problems arise between the use of low-temperature liquids or mixtures and the storage of combustible compressed gas of the same fuel substance. For example, liquid hydrogen is stored at -420 ° F (-252 ° C) at atmospheric pressure, while uninsulated supply lines, pressure regulators, and nozzles cause condensation of atmospheric water vapor, freeze it and turn it into ice, creating the risk of damage resulting from contact with atmospheric moisture. Low temperature methane creates similar problems associated with ice formation and the risk of damage. Similarly, these low temperature fluids also cause malfunctions and clogging of conventional metering openings, in particular small openings.
Очень сложная проблема, которая до сих пор остается нерешенной, состоит в способе быстрой заправки транспортного средства плотным жидким топливом в низкотемпературном состоянии (водородом или метаном) или при температуре окружающей среды (пропаном или бутаном), в способе использования паров топлива таких видов на холостых оборотах или при малой мощности, а также в способе использования жидкой подачи топлива таких видов при высоких уровнях мощности, в соответствии с требованиями выработки энергии.A very difficult problem that still remains unresolved is the method of quickly filling a vehicle with dense liquid fuel in a low temperature state (hydrogen or methane) or at ambient temperature (propane or butane), in the method of using such fuel vapors at idle or at low power, as well as in the method of using liquid fuel of these types at high power levels, in accordance with the requirements of energy production.
При атмосферном давлении впрыск низкотемпературного жидкого водорода или метана требует точного дозирования очень малого объема плотной жидкости по сравнению с очень большим объемом подачи газообразного водорода или метана. Кроме того, необходимо обеспечить точное формирование, воспламенение и сгорание заряда топливной смеси с послойным распределением топлива и воздуха независимо от конкретного вида топлива, которое подают в камеру сгорания.At atmospheric pressure, the injection of low-temperature liquid hydrogen or methane requires accurate dosing of a very small volume of dense liquid compared to a very large volume of supply of gaseous hydrogen or methane. In addition, it is necessary to ensure the accurate formation, ignition and combustion of the charge of the fuel mixture with a layered distribution of fuel and air, regardless of the specific type of fuel that is fed into the combustion chamber.
Достижение существенных целей, включая максимально высокий тепловой КПД, максимально высокий механический КПД, максимально высокий объемный КПД и максимально длинный срок службы двигателя с каждым видом топлива требует точного управления синхронизацией подачей топлива, заполнением камеры сгорания и конфигурацией распределения впущенного топлива, а также точной установкой угла опережения зажигания для оптимизации использования воздуха и поддержания избыточного количества воздуха для изоляции процесса сгорания работосовершающего расширяющегося носителя.Achieving essential goals, including the highest thermal efficiency, the highest mechanical efficiency, the highest volumetric efficiency and the longest engine life with each type of fuel, requires precise control of the timing of the fuel supply, filling the combustion chamber and the configuration of the intake of fuel, as well as fine-tuning the angle ignition timing to optimize air use and maintain excess air to isolate the combustion process expanding media.
Для эффективного удовлетворения энергопотребления мировой экономики необходимо усовершенствовать изготовление, транспортировку и хранение метана и водорода фактически всеми известными способами. Галлон низкотемпературного жидкого метана при температуре -256°C обеспечивает удельную энергоемкость 89000 БТЕ (британских тепловых единиц)/галлон (5902 ккал/дм3), т.е. примерно на 28% меньше, чем галлон бензина. Жидкий водород при температуре -252°C обеспечивает лишь примерно 29700 БТЕ/галлон (1967,3 ккал/дм3), или на 76% меньше, чем бензин.To effectively meet the energy consumption of the global economy, it is necessary to improve the manufacture, transportation and storage of methane and hydrogen by virtually all known methods. A gallon of low-temperature liquid methane at a temperature of -256 ° C provides a specific energy consumption of 89,000 BTUs (British thermal units) / gallon (5902 kcal / dm 3 ), i.e. about 28% less than a gallon of gasoline. Liquid hydrogen at -252 ° C provides only about 29,700 BTU / gallon (1967.3 kcal / dm 3 ), or 76% less than gasoline.
Уже давно назрела потребность во взаимозаменяемом использовании метана, водорода или смеси метана и водорода в форме низкотемпературных жидкостей или сжатых газов вместо бензина в двигателях с искровым воспламенением. Но эта задача до сих пор не имеет удовлетворительного решения, в результате чего огромное количество транспортных средств вынуждено потреблять бензин даже при том, что затраты на выработку метана и различных других форм из возобновляемого водорода гораздо ниже затрат на выработку бензина. Схожим образом давно существует потребность во взаимозаменяемом использовании метана, водорода или смеси метана и водорода в форме низкотемпературных жидкостей или сжатых газов вместо дизельного топлива в двигателях с компрессионным воспламенением, но эта задача остается еще более трудноразрешимой, и большая часть дизельных двигателей до сих пор потребляет загрязняющее окружающую среду и дорогое дизельное топливо.There has long been a need for the interchangeable use of methane, hydrogen or a mixture of methane and hydrogen in the form of low-temperature liquids or compressed gases instead of gasoline in spark ignition engines. But this task still does not have a satisfactory solution, as a result of which a huge number of vehicles are forced to consume gasoline even though the costs of producing methane and various other forms of renewable hydrogen are much lower than the costs of producing gasoline. Similarly, there has long been a need for the interchangeable use of methane, hydrogen or a mixture of methane and hydrogen in the form of low-temperature liquids or compressed gases instead of diesel in compression ignition engines, but this task remains even more difficult, and most diesel engines still consume polluting environment and expensive diesel fuel.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создана топливная форсунка, выполненная с возможностью впрыскивания топлива в камеру сгорания и содержащая: корпус, имеющий основную часть, противоположную сопловой части; топливопровод, проходящий через корпус от основной части до сопловой части; генератор усилия, расположенный в основной части; первый клапан, расположенный в основной части, причем первый клапан выполнен с возможностью перемещения в ответ на приведение в действие со стороны генератора усилия для перемещения из закрытого положения в открытое положение для ввода топлива в топливопровод; и второй клапан, расположенный в сопловой части, причем второй клапан выполнен с возможностью деформирования в ответ на давление в топливопроводе для деформирования из закрытого положения в открытое положение для впрыска топлива в камеру сгорания.Thus, according to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and comprising: a housing having a main portion opposite to the nozzle portion; a fuel line passing through the housing from the main part to the nozzle part; force generator located in the main part; a first valve located in the main part, the first valve being movable in response to actuation of force from the generator to move from a closed position to an open position for introducing fuel into the fuel pipe; and a second valve located in the nozzle portion, the second valve being able to deform in response to pressure in the fuel line to deform from the closed position to the open position for injecting fuel into the combustion chamber.
Предпочтительно, первый клапан выполнен из ферромагнитного материала, а второй клапан выполнен из эластомерного полимера.Preferably, the first valve is made of ferromagnetic material, and the second valve is made of elastomeric polymer.
Предпочтительно, первый клапан содержит проходящий через него топливный канал, причем топливо протекает через клапан по топливному каналу при перемещении клапана из закрытого положения в открытое положение.Preferably, the first valve comprises a fuel channel passing through it, the fuel flowing through the valve through the fuel channel as the valve moves from a closed position to an open position.
Предпочтительно, клапан содержит концевую часть в целом с конической или усеченной конической формой, обращенную к сопловой части.Preferably, the valve comprises an end portion generally with a conical or truncated conical shape facing the nozzle portion.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит кожух, в котором по меньшей мере частично расположен генератор усилия, причем кожух содержит топливное входное отверстие для ввода топлива в кожух и выходное топливное отверстие для обеспечения возможности выхода топлива из кожуха.Preferably, the fuel nozzle further comprises a casing in which at least partially a force generator is located, the casing comprising a fuel inlet for introducing fuel into the casing and an fuel outlet for allowing fuel to exit the casing.
Предпочтительно, в закрытом положении первый клапан блокирует выходное топливное отверстие, а в открытом положении первый клапан открывает выходное топливное отверстие и обеспечивает возможность протекания топлива из выходного топливного отверстия в топливопровод.Preferably, in the closed position, the first valve blocks the fuel outlet, and in the open position, the first valve opens the fuel outlet and allows fuel to flow from the fuel outlet to the fuel line.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит диэлектрический изолятор, проходящий через часть корпуса коаксиально с топливопроводом.Preferably, the fuel nozzle further comprises a dielectric insulator passing through a portion of the housing coaxially with the fuel line.
Предпочтительно, топливопровод содержит топливный канал, сформированный в изоляторе и проходящий продольно вдоль изолятора.Preferably, the fuel line comprises a fuel channel formed in the insulator and extending longitudinally along the insulator.
Предпочтительно, размер топливного канала уменьшается при его приближении к сопловой части.Preferably, the size of the fuel channel decreases as it approaches the nozzle portion.
Предпочтительно, топливопровод содержит несколько топливных каналов, сформированных в наружной поверхности изолятора и по окружности расположенных на изоляторе на расстоянии друг от друга.Preferably, the fuel line comprises several fuel channels formed in the outer surface of the insulator and circumferentially located on the insulator at a distance from each other.
Предпочтительно, диэлектрический изолятор является первым диэлектрическим изолятором, причем форсунка дополнительно содержит второй диэлектрический изолятор, проходящий через часть корпуса коаксиально и расположенный на расстоянии от первого изолятора.Preferably, the dielectric insulator is a first dielectric insulator, the nozzle further comprising a second dielectric insulator extending coaxially through a portion of the housing and spaced apart from the first insulator.
Предпочтительно, топливопровод выполнен между первым изолятором и вторым изолятором.Preferably, a fuel line is provided between the first insulator and the second insulator.
Предпочтительно, топливопровод в целом проходит параллельно продольной оси корпуса, причем форсунка дополнительно содержит несколько отверстий для впрыска, выполненных в сопловой части, которые сообщаются по текучей среде с топливопроводом, при этом отдельные отверстия для впрыска в целом непараллельны продольной оси корпуса.Preferably, the fuel line as a whole extends parallel to the longitudinal axis of the housing, the nozzle further comprising several injection holes made in the nozzle portion that are in fluid communication with the fuel pipe, with individual injection holes generally not parallel to the longitudinal axis of the housing.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит магнитную полюсную часть, расположенную в основной части, причем полюсная часть расположена на расстоянии от клапана, если клапан находится в закрытом положении.Предпочтительно, генератор усилия намагничивает полюсную часть для перемещения первого клапана из закрытого положения в открытое положение.Preferably, the fuel nozzle further comprises a magnetic pole portion located in the main portion, the pole portion being spaced apart from the valve when the valve is in the closed position. Preferably, the force generator magnetizes the pole portion to move the first valve from the closed position to the open position.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит смещающий элемент, расположенный между полюсной частью и клапаном, причем смещающий элемент, выполненный из немагнитного материала, вызывает перемещение клапана в направлении от полюсной части.Preferably, the fuel nozzle further comprises a biasing member located between the pole portion and the valve, the biasing member made of non-magnetic material causing the valve to move away from the pole portion.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит электрический проводник, проходящий продольно через центральную часть корпуса, причем проводник выполнен с возможностью соединения с источником энергии для зажигания.Preferably, the fuel nozzle further comprises an electrical conductor extending longitudinally through the central part of the housing, the conductor being adapted to be connected to an ignition energy source.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит зажигающий элемент, расположенный в сопловой части и функционально соединенный с проводником.Preferably, the fuel nozzle further comprises an ignition element located in the nozzle portion and operatively connected to the conductor.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит по меньшей мере одно или несколько оптических волокон, коаксиально расположенных в проводнике, причем по меньшей мере одно или несколько оптических волокон выполнены с возможностью обнаружения по меньшей мере одного параметра камеры сгорания.Preferably, the fuel nozzle further comprises at least one or more optical fibers coaxially located in the conductor, and at least one or more optical fibers are configured to detect at least one parameter of the combustion chamber.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создана топливная форсунка, выполненная с возможностью впрыскивания топлива в камеру сгорания и содержащая: корпус, имеющий основную часть, противоположную сопловой части, причем основная часть принимает топливо в корпус, а сопловая часть выполнена с возможностью расположения рядом с камерой сгорания; кожух, расположенный в основной части, в котором по меньшей мере частично размещен генератор усилия, причем кожух содержит входное топливное отверстие и выходное топливное отверстие, при этом входное топливное отверстие выполнено с возможностью приема топлива от топливного источника, а выходное топливное отверстие выполнено с обеспечением возможности выхода топлива из кожуха; топливопровод, сообщающийся по текучей среде с выходным топливным отверстием в кожухе, проходящий продольно через корпус от основной части к сопловой части; первый клапан, расположенный рядом с генератором усилия, причем первый клапан выполнен с возможностью перемещения в ответ на приведение в действие со стороны, генератора усилия для перемещения между закрытым положением и открытым положением и таким образом обеспечения возможности протекания топлива из выходного топливного отверстия в топливопровод; и второй клапан, расположенный в сопловой части, причем второй клапан выполнен с возможностью перемещения в ответ на заданное давление топлива в топливопроводе для перемещения в целом радиально наружу от продольной оси корпуса между закрытым положением и открытым положением и таким образом впрыскивания топлива в камеру сгорания.According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and comprising: a housing having a main portion opposite the nozzle portion, the main portion receiving fuel into the housing, and the nozzle portion configured to be adjacent to the combustion chamber; a casing located in a main part in which a force generator is at least partially located, the casing comprising an inlet fuel opening and an outlet fuel opening, wherein the inlet fuel opening is adapted to receive fuel from a fuel source, and the outlet fuel opening is configured to fuel outlet from the casing; a fuel line in fluid communication with the fuel outlet in the casing extending longitudinally through the housing from the main part to the nozzle part; a first valve located adjacent to the force generator, the first valve being movable in response to external actuation of the force generator to move between the closed position and the open position and thereby allowing fuel to flow from the fuel outlet to the fuel line; and a second valve located in the nozzle portion, the second valve being adapted to move in response to a predetermined pressure of the fuel in the fuel line to move generally radially outward from the longitudinal axis of the housing between the closed position and the open position, and thereby injecting fuel into the combustion chamber.
Предпочтительно, первый клапан является ферромагнитным клапаном, а второй клапан является деформируемым полимерным клапаном.Preferably, the first valve is a ferromagnetic valve and the second valve is a deformable polymer valve.
Предпочтительно, корпус имеет продольную ось, причем первый клапан перемещается в целом параллельно продольной оси между закрытым и открытым положениями, а второй клапан перемещается в целом радиально во внешнем направлении от продольной оси между закрытым и открытым положениями.Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит проводник, проходящий продольно через корпус от основной части до сопловой части, причем проводник выполнен с возможностью соединения с источником энергии для зажигания; и по меньшей мере один из зажигающих элементов функционально соединен с проводником и выполнен с возможностью осуществления зажигания в камере сгорания для воспламенения топлива.Preferably, the housing has a longitudinal axis, the first valve moving generally parallel to the longitudinal axis between the closed and open positions, and the second valve moving generally radially outward from the longitudinal axis between the closed and open positions. Preferably, the fuel nozzle further comprises a conductor extending longitudinally through the housing from the main part to the nozzle part, the conductor being configured to be connected to an ignition energy source; and at least one of the ignition elements is operatively connected to the conductor and configured to ignite in the combustion chamber to ignite the fuel.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит по меньшей мере один отслеживающий элемент, коаксиально расположенный относительно проводника и проходящий от основной части к сопловой части.Preferably, the fuel nozzle further comprises at least one tracking element coaxially located relative to the conductor and extending from the main part to the nozzle part.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создана топливная форсунка, выполненная с возможностью впрыскивания топлива в камеру сгорания и содержащая: корпус, имеющий основную часть, противоположную сопловой части; клапан, расположенный в сопловой части, причем клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением; исполнительное устройство, функционально соединенное с клапаном и проходящее от клапана к основной части, причем исполнительное устройство перемещает клапан в закрытое положение, если на исполнительное устройство по меньшей мере частично действует растягивающее усилие; и тормоз исполнительного устройства, выполненный с возможностью входа в контакт с исполнительным устройством, причем исполнительное устройство выполнено с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, при этом в первом положении тормоз исполнительного устройства прикладывает сжимающее усилие к исполнительному устройству для по меньшей мере частичного обездвиживания исполнительного устройства под действием растягивающего усилия для удерживания клапана в закрытом положении, а во втором положении тормоз исполнительного устройства освобождает исполнительное устройство.According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and comprising: a housing having a main part opposite the nozzle part; a valve located in the nozzle portion, wherein the valve is movable between an open position and a closed position; an actuator operably connected to the valve and extending from the valve to the main body, the actuator moving the valve to the closed position if a tensile force is at least partially applied to the actuator; and an actuator brake adapted to come into contact with the actuator, the actuator being movable between the first position and the second position, wherein in the first position the actuator brake exerts a compressive force on the actuator to at least partially immobilize the actuator devices under the action of tensile forces to hold the valve in the closed position, and in the second position the brake is used ADDITIONAL device releases the actuator.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит генератор усилия, который вызывает перемещение тормоза исполнительного устройства между первым и вторым положениями.Preferably, the fuel nozzle further comprises a force generator that causes the actuator brake to move between the first and second positions.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит ограничитель, соединенный с исполнительным устройством, причем ограничитель выполнен с возможностью входа в контакт с тормозом исполнительного устройства для ограничения расстояние, на которое клапан перемещается из закрытого положения в открытое положение.Preferably, the fuel nozzle further comprises a stop connected to the actuator, the stop being arranged to contact the brake of the actuator to limit the distance the valve moves from the closed position to the open position.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит ограничитель, соединенный с исполнительным устройством; и смещающий элемент, расположенный рядом с ограничителем, причем смещающий элемент вызывает перемещение ограничителя в направлении от сопловой части для натяжения исполнительного устройства и по меньшей мере частичного удерживания клапана в закрытом положении.Preferably, the fuel nozzle further comprises a stop connected to the actuator; and a biasing element adjacent to the restrictor, the biasing element causing the restrictor to move away from the nozzle portion to tension the actuator and at least partially hold the valve in the closed position.
Предпочтительно, топливная форсунка дополнительно содержит притягивающий элемент, соединенный с исполнительным устройством; и неподвижный ферромагнитный диск, соединенный с основной частью, причем притягивающий элемент смещен к диску в направлении от сопловой части для натяжения исполнительного устройства и по меньшей мере частичного удерживания клапана в закрытом положении.Preferably, the fuel nozzle further comprises an attractive element connected to an actuator; and a stationary ferromagnetic disk connected to the main part, and the attracting element is biased towards the disk in the direction from the nozzle part to tension the actuator and at least partially hold the valve in the closed position.
Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создан способ работы топливной форсунки для впрыскивания топлива в камеру сгорания, при котором: вводят топливо в основную часть топливной форсунки, приводят в действие первый клапан в направлении, в целом параллельном продольной оси топливной форсунки, для обеспечения возможности протекания топлива из основной части в топливопровод, проходящий от основной части к сопловой части топливной форсунки, и приводят в действие второй клапан в направлении, в целом непараллельном продольной оси для дозированной подачи топлива из топливопровода в камеру сгорания.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of operating a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber, in which: fuel is injected into the main part of the fuel injector, the first valve is actuated in a direction generally parallel to the longitudinal axis of the fuel injector to allow fuel to flow from the main part into the fuel line extending from the main part to the nozzle part of the fuel nozzle, and actuate the second valve in a direction generally non-parallel to the longitudinal si for dosed supply of fuel from the fuel line to the combustion chamber.
Предпочтительно, приведение в действие первого клапана включает перемещение первого клапана из закрытого положения в открытое положение путем использования соленоидной обмотки.Preferably, actuating the first valve includes moving the first valve from a closed position to an open position by using a solenoid coil.
Предпочтительно, приведение в действие второго клапана включает перемещение второго клапана путем по меньшей мере частичного деформирования второго клапана в ответ на заданное давление в топливопроводе.Preferably, actuating the second valve involves moving the second valve by at least partially deforming the second valve in response to a predetermined pressure in the fuel line.
Предпочтительно, второй клапан содержит золотниковый клапан, коаксиально расположенный на сопловой части, причем приведение в действие второго клапана включает радиальное расширение по меньшей мере части золотникового клапана.Preferably, the second valve comprises a spool valve coaxially located on the nozzle portion, the actuation of the second valve comprising radially expanding at least a portion of the spool valve.
Предпочтительно, приведение в действие первого клапана включает электромагнитное приведение в действие первого клапана, а приведение в действие второго клапана включает приведение в действие второго клапана посредством текучей среды.Preferably, actuation of the first valve includes electromagnetic actuation of the first valve, and actuation of the second valve includes actuation of the second valve by means of fluid.
Предпочтительно, приведение в действие второго клапана включает автоматическое приведение в действие второго клапана в ответ на заданное давление в топливопроводе.Preferably, actuating the second valve includes automatically actuating the second valve in response to a predetermined pressure in the fuel line.
Предпочтительно, дополнительно воспламеняют топливо в камере сгорания с использованием зажигающего элемента, расположенного в сопловой части.Preferably, the fuel in the combustion chamber is additionally ignited using an ignition element located in the nozzle portion.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг. 1 схематически показан разрез вида сбоку встроенной форсунки/запальной свечи, выполненной в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of a built-in nozzle / spark plug made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 2 показан вид сбоку системы, выполненной в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 2 shows a side view of a system made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 3A-3D показаны репрезентативные шаблоны послойного сгорания топлива, которое может быть введено форсунками, выполненными в соответствии с вариантами реализации изобретения.In FIG. 3A-3D show representative stratified fuel combustion patterns that can be injected by nozzles made in accordance with embodiments of the invention.
На фиг. 4 показан продольный разрез узла компонента согласно варианту реализации, которым управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a component assembly according to an embodiment that is controlled in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 5 показан вид с торца узла компонента, показанного на фиг. 4, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 5 shows an end view of the component assembly shown in FIG. 4, made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 6 показан продольный разрез узла компонента согласно варианту реализации, которым управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a component assembly according to an embodiment that is controlled in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 7 показан вид с торца узла компонента, показанного на фиг. 6, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 7 is an end view of the component assembly shown in FIG. 6, made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 8A и 8B показаны узлы блока клапанов, выполненные в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 8A and 8B show valve unit assemblies made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 9 схематически показано расположение схемы управления топливом согласно одному варианту реализации изобретения.In FIG. 9 schematically shows an arrangement of a fuel control circuit according to one embodiment of the invention.
На фиг. 10 показан продольный разрез узла компонента согласно варианту реализации, которым управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a component assembly according to an embodiment that is controlled in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 11 показан вид с торца узла компонента, показанного на фиг. 10, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 11 is an end view of the component assembly shown in FIG. 10, made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 12 показан вариант выполнения форсунки, которой управляют в соответствии с принципами настоящего изобретения.In FIG. 12 shows an embodiment of a nozzle that is controlled in accordance with the principles of the present invention.
На фиг. 13 показан увеличенный вид с торца уплощенного шланга, показанного на фиг. 10.In FIG. 13 is an enlarged end view of the flattened hose shown in FIG. 10.
На фиг. 14 схематически показаны разрезы некоторых компонентов системы, которой управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 14 is a schematic sectional view of some components of a controlled system in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 15A-15D показана работа устройства согласно настоящего изобретения в соответствии с его принципами.In FIG. 15A-15D illustrate the operation of a device according to the present invention in accordance with its principles.
На фиг. 16 показан частичный разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 16 is a partial sectional side view of a nozzle made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 17A показан вид сбоку изолятора или диэлектрического корпуса, выполненного в соответствии с одним вариантом реализации изобретения, и на фиг. 17B показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 17B-17B, показанных на фиг. 17A.In FIG. 17A is a side view of an insulator or dielectric housing made in accordance with one embodiment of the invention, and FIG. 17B is a cross-sectional side view essentially along
На фиг. 18A и 18B показаны разрезы видов сбоку по сути вдоль линий 18-18, показанных на фиг. 16, показывающие изолятор или диэлектрический корпус, выполненный в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.In FIG. 18A and 18B show sectional side views essentially along lines 18-18 shown in FIG. 16 showing an insulator or dielectric housing made in accordance with another embodiment of the invention.
На фиг. 19A и 19B схематически показаны системы для формирования изолятор или диэлектрического корпуса путем сжимающих сил в необходимых областях согласно другому варианту реализации изобретения.In FIG. 19A and 19B schematically illustrate systems for forming an insulator or dielectric housing by compressive forces in the required areas according to another embodiment of the invention.
На фиг. 20 и 21 показаны разрезы видов сбоку форсунок, выполненных в соответствии с дополнительными вариантами реализации изобретения.In FIG. 20 and 21 are sectional side views of nozzles made in accordance with further embodiments of the invention.
На фиг. 22A показан вид сбоку узла выравнивания труб в связке, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения для выравнивания исполнительного устройства, и на фиг. 22B показан разрез вида спереди по существу вдоль линий 22B-22B, показанных на фиг. 22A.In FIG. 22A is a side view of a bundle alignment unit made in accordance with an embodiment of the invention for aligning an actuator, and FIG. 22B is a front view sectional view substantially along
На фиг. 22C показан вид сбоку узла выравнивающей связки, выполненного в соответствии с другим вариантом реализации изобретения, для выравнивания привода, и на фиг. 22D показан разрез вида спереди по существу вдоль линий 22D-22D, показанных на фиг. 22C.In FIG. 22C is a side view of an alignment ligament assembly made in accordance with another embodiment of the invention for aligning a drive, and FIG. 22D is a front view sectional view substantially along
На фиг. 22E показан разрез частичного вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии еще с одним вариантом реализации изобретения.In FIG. 22E is a sectional view of a partial side view of a nozzle made in accordance with yet another embodiment of the invention.
На фиг. 23 показан разрез вида сбоку привода, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 23 is a cross-sectional side view of a drive constructed in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 24A-24F показаны репрезентативные форсуночные воспламеняющие и регулирующие поток устройства или крышки, выполненные в соответствии с вариантами реализации изобретения.In FIG. 24A-24F illustrate representative nozzle igniters and flow control devices or caps in accordance with embodiments of the invention.
На фиг. 25A показан перспективный вид, на фиг. 25B - вид сзади и на фиг. 25C - разрез вида сбоку по существу вдоль линий 25C-25C, показанных на фиг. 25B, затворного клапана, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 25A is a perspective view; FIG. 25B is a rear view and in FIG. 25C is a cross-sectional side view essentially along
На фиг. 26A показан разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, и на фиг. 26B показан вид спереди форсунки, показанной на фиг. 26A, иллюстрирующего устройство для регулировки потока и воспламенения.In FIG. 26A is a cross-sectional side view of a nozzle made in accordance with yet another embodiment of the invention, and FIG. 26B is a front view of the nozzle shown in FIG. 26A illustrating a device for adjusting flow and ignition.
На фиг. 27A показан разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения, и на фиг. 27B схематически показан графическое представление характеристик сгорания, относящихся к форсунке, показанной на фиг. 27A.In FIG. 27A is a sectional side view of a nozzle made in accordance with another embodiment of the invention, and FIG. 27B is a diagrammatic representation of the combustion characteristics related to the nozzle shown in FIG. 27A.
На фиг. 28-30A показаны разрезы видов сбоку форсунок, выполненных в соответствии с другими вариантами реализации изобретения.In FIG. 28-30A are cross-sectional side views of nozzles made in accordance with other embodiments of the invention.
На фиг. 30B и 30C показаны виды спереди устройств для воспламенения и регулирования потока, выполненных в соответствии с вариантами реализации изобретения.In FIG. 30B and 30C show front views of ignition and flow control devices in accordance with embodiments of the invention.
На фиг. 31 и 32 показаны разрезы видов сбоку форсунок, выполненных в соответствии дополнительными вариантами реализации изобретения.In FIG. 31 and 32 are sectional side views of nozzles made in accordance with further embodiments of the invention.
На фиг. 33A показан разрез вида сбоку, и на фиг. 33B показан вид сзади затворного клапана, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 33A is a side view sectional view, and in FIG. 33B is a rear view of a shutter valve in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 34A показан разрез вида сбоку, на фиг. 34B показан вид сзади, и на фиг. 34C показан вид спереди седла клапана, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 34A is a cross-sectional side view, FIG. 34B is a rear view, and in FIG. 34C is a front view of a valve seat made in accordance with an embodiment of the invention.
На фиг. 35A показан разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.In FIG. 35A is a cross-sectional side view of a nozzle made in accordance with another embodiment of the invention.
На фиг. 35B показан вид спереди форсунки, показанной на фиг. 35A, иллюстрирующий устройство для воспламенения и регулирования потока, выполненное в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 35B is a front view of the nozzle shown in FIG. 35A illustrating a device for ignition and flow control, made in accordance with a variant implementation of the invention.
На фиг. 36A показан разрез частичного вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии еще с одним вариантом реализации изобретения.In FIG. 36A is a sectional view of a partial side view of a nozzle made in accordance with yet another embodiment of the invention.
На фиг. 36B показан вид спереди форсунки, показанной на фиг. 36A, иллюстрирующий устройство для воспламенения и регулирования потока, выполненное в соответствии с вариантом реализации изобретения.In FIG. 36B is a front view of the nozzle shown in FIG. 36A illustrating a device for ignition and flow control, made in accordance with a variant implementation of the invention.
На фиг. 37 схематически показан разрез вида сбоку системы, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.In FIG. 37 is a schematic cross-sectional side view of a system made in accordance with another embodiment of the invention.
На фиг. 38A показан разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии еще с одним вариантом реализации изобретения.In FIG. 38A is a cross-sectional side view of a nozzle made in accordance with yet another embodiment of the invention.
На фиг. 38B показан увеличенный подробный вид узла клапана форсунки, показанной на фиг. 38A.In FIG. 38B is an enlarged detail view of the nozzle valve assembly of FIG. 38A.
На фиг. 38C показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 38C-38C, показанных на фиг. 38A; на фиг. 38D показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 38D-38D, показанных на фиг. 38A; и на фиг. 38E показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 38E-38E, показанных на фиг. 38A.In FIG. 38C is a cross-sectional side view essentially along
На фиг. 38F показан разрез вида сбоку варианта реализации генератора усилий по существу вдоль линий 38F-38F, показанных на фиг. 38A.In FIG. 38F is a side sectional view of an embodiment of a force generator substantially along
На фиг. 39 показан разрез форсунки, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.In FIG. 39 is a sectional view of a nozzle made in accordance with another embodiment of the invention.
На фиг. 40A показан разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии еще с одним вариантом реализации изобретения.In FIG. 40A is a cross-sectional side view of a nozzle made in accordance with yet another embodiment of the invention.
На фиг. 40B показан вид сверху верхней части смещающего элемента форсунки, показанной на фиг. 40A.In FIG. 40B is a plan view of the upper portion of the nozzle biasing element shown in FIG. 40A.
На фиг. 41 показан разрез частичного вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.In FIG. 41 is a sectional view of a partial side view of a nozzle made in accordance with another embodiment of the invention.
На фиг. 42 показан разрез вида сбоку форсунки, выполненной в соответствии еще с одним вариантом реализации изобретения.In FIG. 42 is a sectional side view of a nozzle made in accordance with yet another embodiment of the invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Настоящая заявка полностью включает в себя по ссылке объект изобретения, описанного в предварительной патентной заявке США № 12/006774 (ныне патент США № 7628137), поданной 7 января 2008 и поименованной "Многотопливная система для хранения, дозирования и воспламенения топлива". Настоящая заявка полностью включает в себя по ссылке объекты изобретений, описанных в следующих патентных заявках США, поданных одновременно с ней 21 июля 2010 и поименованных: "Узлы привода топливной форсунки и способы их использования и изготовления" (реестр поверенного № 69545-8032US); "Встроенные топливные форсунки и запальные свечи с проводящими кабельными узлами" (реестр поверенного № 69545-8033US); "Формирование заряда топливной смеси в камере сгорания с различными приводами и/или управлением ионизацией" (реестр поверенного № 69545-8034US); "Керамический изолятор и способы его использования и изготовления" (реестр поверенного № 69545-8036US); "Способ и система для термохимической регенерации для насыщения кислородом топлива, например с топливными форсунками для охлажденного топлива" (реестр поверенного № 69545-8037US); и "Способы и системы для уменьшения образования оксидов азота во время сгорания в двигателях" (реестр поверенного № 69545-8038US).This application fully includes by reference the subject matter of the invention described in provisional patent application US No. 12/006774 (now US patent No. 7628137), filed January 7, 2008 and named "Multi-fuel system for storing, dispensing and igniting the fuel." This application fully includes by reference the objects of the inventions described in the following US patent applications filed simultaneously with it on July 21, 2010 and named: "Units for driving a fuel injector and methods for their use and manufacture" (Attorney Register No. 69545-8032US); "Built-in fuel nozzles and glow plugs with conductive cable assemblies" (Attorney Register No. 69545-8033US); “Formation of a charge of a fuel mixture in a combustion chamber with various drives and / or ionization control” (Attorney Register No. 69545-8034US); "Ceramic insulator and methods for its use and manufacture" (attorney register No. 69545-8036US); "Method and system for thermochemical regeneration for oxygen saturation of fuel, for example with fuel nozzles for refrigerated fuel" (attorney registry No. 69545-8037US); and "Methods and systems for reducing the formation of nitrogen oxides during combustion in engines" (Attorney Register No. 69545-8038US).
A. КРАТКИЙ ОБЗОРA. SUMMARY
В настоящей спецификации описаны устройства, системы и способы для обеспечения топливной форсунки, выполненной с возможностью использования с различными видами топлива и с встроенной запальной свечой. Кроме того, в настоящей спецификации описана встроенная система для впрыска топлива и воспламеняющие устройства для использования с двигателями внутреннего сгорания, а также относящиеся к ним системы, узлы, компоненты и способы их изготовления и использования. Например, некоторые из вариантов реализации, описанных ниже, в целом направлены на адаптивные топливные форсунки/запальные свечи, которые могут оптимизировать впрыск и сгорание различных видов топлива на основании условий в камере сгорания. Некоторые подробности сформулированы в следующем описании и показаны на фиг. 1-42 для обеспечения полного понимания различных вариантов реализации изобретения. Однако другие детали, описывающие известные структуры и системы, зачастую связанные с двигателями внутреннего сгорания, форсунками, запальными свечами и/или другими аспектами систем сгорания, не описаны ниже в целях избежания излишнего усложнения описания различных вариантов реализации изобретения. Таким образом, следует понимать, что некоторые из подробностей, сформулированных ниже, приведены для описания следующих вариантов реализации способом, достаточным для помощи специалисту в использовании описанных вариантов реализации. Однако некоторые из подробностей и преимуществ, описанных ниже, не являются необходимыми для практического осуществления некоторых вариантов реализации изобретения.This specification describes devices, systems and methods for providing a fuel injector configured to be used with various fuels and with an integrated glow plug. In addition, this specification describes an integrated fuel injection system and ignition devices for use with internal combustion engines, as well as related systems, components, components and methods for their manufacture and use. For example, some of the embodiments described below are generally directed to adaptive fuel injectors / glow plugs that can optimize the injection and combustion of various fuels based on conditions in the combustion chamber. Some details are set forth in the following description and shown in FIG. 1-42 to provide a thorough understanding of various embodiments of the invention. However, other details describing known structures and systems, often associated with internal combustion engines, nozzles, glow plugs and / or other aspects of combustion systems, are not described below in order to avoid unnecessarily complicating the description of various embodiments of the invention. Thus, it should be understood that some of the details set forth below are provided to describe the following implementation options in a manner sufficient to assist a person skilled in the use of the described implementation options. However, some of the details and advantages described below are not necessary for the practical implementation of certain embodiments of the invention.
Многие из подробностей, размеров, углов, форм и других отличительных особенностей, показанных на чертежах, являются простыми иллюстрациями конкретных вариантов реализации изобретения. Соответственно, другие варианты реализации могут иметь другие подробности, размеры, углы и отличительные особенности без отступления от идеи или объема настоящего изобретения. Кроме того, специалисты согласятся, что могут быть осуществлены дополнительные варианты реализации изобретения без некоторых подробностей, описанных ниже.Many of the details, sizes, angles, shapes, and other distinguishing features shown in the drawings are simple illustrations of specific embodiments of the invention. Accordingly, other embodiments may have other details, dimensions, angles and features without departing from the idea or scope of the present invention. In addition, those skilled in the art will agree that further embodiments of the invention may be practiced without some of the details described below.
Ссылка по всему настоящему описанию на "один вариант реализации" или "вариант реализации" означают, что отличительная особенность, структура или характеристика, описанная в связи с указанным вариантом реализации, включены по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, фразы "в одном варианте реализации" или "в варианте реализации", встречающиеся в различных местах настоящего описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту реализации. Кроме того, отличительные особенности, структуры или характеристики могут быть комбинированы любым подходящим способом по меньшей мере в одном варианте реализации. Заголовки, использованные в настоящем описании, приведены только для удобства и не интерпретируют объем или значение заявленного изобретения.A reference throughout the present description to “one embodiment” or “embodiment” means that the distinguishing feature, structure or characteristic described in connection with said embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” found in various places of the present description do not necessarily refer to the same embodiment. Furthermore, features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in at least one embodiment. The headings used in the present description are for convenience only and do not interpret the scope or meaning of the claimed invention.
Встроенные форсунки/запальные свечиIntegrated nozzles / spark plugs
На фиг. 1 схематически показан разрез вида сбоку встроенной форсунки/запальной свечи 110 ("форсунка 110"), выполненной в соответствии с вариантом реализации изобретения. Форсунка 110, показанная на фиг. 1, выполнена с возможностью впрыскивания различных видов топлива в камеру 104 сгорания и адаптивного регулирования шаблона и/или частоты впрыскиваний топлива или воспламенений на основании параметров сгорания и условий в камере 104 сгорания. Как подробно описано ниже, форсунка 110 может оптимизировать впрыснутое топливо для быстрого воспламенения и полного сгорания. В дополнение к впрыскиванию топлива, форсунка 110 содержит по меньшей мере одно встроенное средство, выполненное с возможностью воспламенения впрыснутого топлива. Кроме того, форсунка 110 может быть использована для преобразования традиционных двигателей внутреннего сгорания для работы с различными видами топлива. Несмотря на то, что некоторые из отличительных особенностей описанной форсунки 110 в целях иллюстрации показаны схематично, некоторые из указанных схематично показанных отличительных особенностей подробно описаны ниже в связи с различными отличительными особенностями вариантов реализации настоящего изобретения. Соответственно, положение, размер, ориентация и т.п. схематично показанных на фиг. 1 компонентов форсунки, не предназначены для ограничения настоящего изобретения.In FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of an integrated nozzle / spark plug 110 (“nozzle 110”) made in accordance with an embodiment of the invention. The nozzle 110 shown in FIG. 1, is configured to inject various types of fuel into a combustion chamber 104 and adaptively control a pattern and / or frequency of fuel injection or ignitions based on combustion parameters and conditions in the combustion chamber 104. As described in detail below, the nozzle 110 can optimize the injected fuel for quick ignition and complete combustion. In addition to fuel injection, the nozzle 110 comprises at least one integrated means configured to ignite the injected fuel. In addition, the nozzle 110 can be used to convert traditional internal combustion engines to work with various fuels. Although some of the distinguishing features of the described nozzle 110 are shown schematically for purposes of illustration, some of these schematically shown distinctive features are described in detail below in connection with various distinguishing features of embodiments of the present invention. Accordingly, the position, size, orientation, etc. schematically shown in FIG. 1 nozzle components are not intended to limit the present invention.
В описанном варианте реализации форсунка 110 содержит корпус 112, имеющий среднюю часть 116, проходящую между основной частью 114 и сопловой частью 118. Сопловая часть 118 проходит по меньшей мере частично сквозь отверстие в головке 107 двигателя таким образом, что концевая часть 119 сопловой части 118 расположена на граничной поверхности камеры 104 сгорания. Форсунка 110 дополнительно имеет проход или канал 123, проходящий сквозь корпус 112 от основной части 114 к сопловой части 118. Канал 123 выполнен с обеспечением возможности протекания топлива сквозь корпус 112. Канал 123 также выполнен с обеспечением возможности прохождения сквозь корпус 112 других компонентов, такие как привод 122, а также измерительных компонентов и/или компонентов, связанных с источником энергии форсунки 110. Согласно некоторым вариантам реализации привод 122 может быть кабелем или стержнем, который имеет первую концевую часть, в рабочем положении соединенную с регулирующим расход устройством или редукционным клапаном 120, расположенным на концевой части 119 сопловой части 118. Как таковой, редукционный клапан 120 расположен вблизи граничной поверхности камеры 104 сгорания. Несмотря на то, что это не показано на фиг. 1, согласно некоторым вариантам реализации форсунка 110 может содержать по меньшей мере один редукционный клапан, а также по меньшей мере один затворный клапан, расположенный рядом с камерой 104 или в других местах на корпусе 112.In the described embodiment, the nozzle 110 comprises a housing 112 having a middle portion 116 extending between the main portion 114 and the nozzle portion 118. The nozzle portion 118 extends at least partially through an opening in the engine head 107 so that the end portion 119 of the nozzle portion 118 is located on the boundary surface of the combustion chamber 104. The nozzle 110 further has a passage or channel 123 extending through the housing 112 from the main body 114 to the nozzle portion 118. The channel 123 is configured to allow fuel to flow through the housing 112. The channel 123 is also configured to allow other components to pass through the housing 112, such as the actuator 122, as well as the measuring components and / or components associated with the energy source of the nozzle 110. According to some embodiments, the actuator 122 may be a cable or rod that has a first end portion, in operation position it is connected with the control device or flow pressure relief valve 120 disposed on the end portion 119 of the nozzle portion 118. As such, the reducing valve 120 is located near the boundary surface of the combustion chamber 104. Although not shown in FIG. 1, in some embodiments, the nozzle 110 may include at least one pressure reducing valve as well as at least one shutter valve located adjacent to the chamber 104 or elsewhere on the housing 112.
Согласно другой отличительной особенности показанного варианта реализации привод 122 также содержит вторую концевую часть, в рабочем положении соединенную с приводом 124. Вторая концевая часть дополнительно может быть соединена с контроллером или процессором 126. Как подробно описано ниже в связи с различными вариантами реализации изобретения, контроллер 126 и/или привод 124 выполнены с возможностью быстрого и точного приведения в действие привода 122 для впрыска топлива в камеру 104 сгорания через редукционный клапан 120. Например, согласно некоторым вариантам реализации редукционный клапан 120 может перемещаться во внешнем направлении (например в направлении к камере 104 сгорания), и согласно другим вариантам реализации редукционный клапан 120 может перемещаться во внутреннем направлении (например в направлении от камеры 104 сгорания) для дозирования и управления впрыском топлива. Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации привод 124 может тянуть привод 122 для удерживания редукционного клапана 120 в закрытом или прижатом к седлу положении, и привод 124 может освобождать привод 122 для обеспечения возможности впрыскивания топлива редукционным клапаном 120, и наоборот. Привод 124 может быть приведен в действие контроллером или другими возбуждающими усилие компонентами (например акустическими, электромагнитными и/или пьезоэлектрическими компонентами) для достижения необходимой частоты и шаблона впрыскивания топливных зарядов.According to another distinguishing feature of the illustrated embodiment, the actuator 122 also comprises a second end portion operatively connected to the actuator 124. The second end portion may further be connected to a controller or processor 126. As described in more detail below in connection with various embodiments of the invention, the controller 126 and / or actuator 124 is configured to quickly and accurately actuate actuator 122 to inject fuel into combustion chamber 104 through pressure reducing valve 120. For example, according to certain in other embodiments, the pressure reducing valve 120 may be moved in an external direction (e.g., towards the combustion chamber 104), and according to other embodiments, the pressure-reducing valve 120 may be moved in the internal direction (e.g., in the direction from the combustion chamber 104) for dispensing and controlling fuel injection. In addition, according to some embodiments, the actuator 124 can pull the actuator 122 to hold the pressure relief valve 120 in a closed or pressed position, and the actuator 124 can release the actuator 122 to allow fuel to be injected by the pressure relief valve 120, and vice versa. The drive 124 may be driven by a controller or other force exciting components (e.g., acoustic, electromagnetic, and / or piezoelectric components) to achieve the desired frequency and pattern of fuel charge injection.
Согласно некоторым вариантам реализации привод 122 может содержать по меньшей мере один встроенный распознающий и/или передающий компоненты для обнаружения свойств и условий камеры сгорания. Например, привод 122 может содержать волоконно-оптические кабели, изолированные преобразователи, встроенные внутрь стержня или кабеля, или может содержать другие датчики для обнаружения и передачи данных о камере сгорания. Несмотря на то, что это не показано на фиг. 1, согласно другим вариантам реализации и как описано подробно ниже форсунка 110 может содержать другие датчики или отслеживающие измерительные средства, расположенные в различных местах на форсунке 110. Например, корпус 112 может содержать оптические волокна, встроенные в материал корпуса 112, или материал корпуса 112 непосредственно может использоваться для передачи данных о сгорании по меньшей мере одному контроллеру. Кроме того, редукционный клапан 120 может быть выполнен с возможностью обнаружения или может содержать датчики для передачи данных о сгорании по меньшей мере одному контроллеру, связанному с форсункой 110. Эти данные могут быть переданы посредством беспроводного, проводного, оптического или других средств связи. Такая обратная связь обеспечивает чрезвычайно быструю и адаптивную регулировку для оптимизации факторов и характеристик впрыскивания топлива, включая, например, давление подачи топлива, синхронизацию инициирования впрыскивания топлива, длительности впрыскивания топлива для формирования многослойных или стратифицированных зарядов топливной смеси, синхронизации одного, нескольких или непрерывных плазменных воспламенений или электрических разрядов с использованием конденсаторов, и т.п.In some embodiments, drive 122 may include at least one integrated recognition and / or transmitting component for detecting properties and conditions of the combustion chamber. For example, drive 122 may include fiber optic cables, insulated transducers embedded within the rod or cable, or may contain other sensors for detecting and transmitting data about the combustion chamber. Although not shown in FIG. 1, according to other embodiments, and as described in detail below, the nozzle 110 may include other sensors or tracking measuring means located at different places on the nozzle 110. For example, the housing 112 may include optical fibers embedded in the material of the housing 112, or the material of the housing 112 directly can be used to transmit combustion data to at least one controller. In addition, the pressure reducing valve 120 may be configured to detect, or may include sensors for transmitting combustion data to at least one controller associated with the nozzle 110. This data may be transmitted via wireless, wired, optical, or other means of communication. This feedback provides extremely fast and adaptive adjustment to optimize factors and characteristics of fuel injection, including, for example, fuel injection pressure, synchronization of fuel injection initiation, duration of fuel injection to form multilayer or stratified charges of the fuel mixture, synchronization of one, several or continuous plasma ignitions or electrical discharges using capacitors, etc.
Такая обратная связь и адаптивная регулировка посредством контроллера 126, привода 124 и/или исполнительного устройства 126 также обеспечивают возможность оптимизации результатов, таких как выработка энергии, экономия топлива и минимизация или устранение загрязняющих окружающую среду выбросов, включая оксиды азота. В публикации патентной заявки США № 2006/0238068, которая полностью включена в настоящую заявку по ссылке, описаны подходящие приводы для приведения в действие ультразвуковых преобразователей в форсунке 110 и других форсунках, описанных в настоящей заявке.Such feedback and adaptive adjustment by the controller 126, drive 124 and / or actuator 126 also provide the ability to optimize results such as power generation, fuel economy, and minimizing or eliminating polluting emissions, including nitrogen oxides. US Patent Application Publication No. 2006/0238068, which is incorporated herein by reference in its entirety, describes suitable drives for actuating ultrasonic transducers in nozzle 110 and other nozzles described herein.
Форсунка 110 также дополнительно может содержать воспламеняющее и регулирующее расход устройство или крышку 121 (на фиг. 1 показано пунктирными линиями), расположенное на концевой части 119 рядом с головкой 107 двигателя. Крышка 121 по меньшей мере частично закрывает или окружает редукционный клапан 120. Крышка 121 также может быть выполнена с возможностью защиты некоторых компонентов форсунки 110, таких как датчики или другие отслеживающие компоненты. Крышка 121 также может действовать в качестве катализатора, носителя катализатора и/или первого электрода для воспламенения впрыснутого топлива. Кроме того, крышка 121 может быть выполнена с возможностью воздействия на форму, шаблон и/или фазу впрыснутого топлива. Редукционный клапан 120 также может быть выполнен с возможностью воздействия на выше указанные свойства впрыснутого топлива. Например, согласно некоторым вариантам реализации крышка 121 и/или редукционный клапан 120 могут быть выполнены с возможностью осуществления быстрой газификации топлива, протекающего мимо указанных компонентов. Более конкретно, крышка 121 и/или редукционный клапан 120 могут содержать поверхности, имеющие острые края, катализаторы или другие отличительные особенности, которые способствуют образованию газа или пара из поданного с высокой скоростью жидкого топлива или смеси жидкого топлива и твердого топлива. Ускорение и/или повышенная частота работы редукционного клапана 120 также могут способствовать быстрой газификации впрыснутого топлива. Во время работы указанная быстрая газификация вызывает образование пара или газа, выпущенного из сопловой части 118, для более быстрого и полного сгорания. Кроме того, указанная быстрая газификация может использоваться в различных комбинациях с перегретым жидким топливом и плазменными или акустическими импульсами распространяющихся вспышек топлива. Согласно другим дополнительным вариантам реализации повышенная частота работы редукционного клапана 120 может возбуждать распространение плазмы для предпочтительного воздействия на форму и/или шаблон впрыснутого топлива. В публикации патентной заявки США № 672636, (Патент США № 4122816), которая полностью включена в настоящую заявку по ссылке, описаны подходящие приводы для возбуждения распространения плазмы форсункой 110 и другими форсунками, описанными в настоящей заявке.The nozzle 110 may also further comprise an ignition and flow control device or cap 121 (shown in dashed lines in FIG. 1) located on the end portion 119 adjacent to the engine head 107. The cap 121 at least partially closes or surrounds the pressure reducing valve 120. The cap 121 may also be configured to protect some components of the nozzle 110, such as sensors or other tracking components. Cover 121 may also act as a catalyst, a catalyst carrier, and / or a first electrode for igniting the injected fuel. In addition, cap 121 may be configured to affect the shape, pattern, and / or phase of the injected fuel. Pressure reducing valve 120 may also be configured to affect the above indicated properties of the injected fuel. For example, in some embodiments, cap 121 and / or pressure reducing valve 120 may be configured to rapidly gasify fuel flowing past said components. More specifically, cap 121 and / or pressure reducing valve 120 may include surfaces having sharp edges, catalysts, or other distinctive features that contribute to the formation of gas or vapor from a high speed liquid fuel or a mixture of liquid fuel and solid fuel. The acceleration and / or increased frequency of operation of the pressure reducing valve 120 may also contribute to the rapid gasification of the injected fuel. During operation, said rapid gasification causes the formation of steam or gas discharged from the nozzle portion 118 for faster and more complete combustion. In addition, this rapid gasification can be used in various combinations with superheated liquid fuel and plasma or acoustic pulses of propagating outbreaks of fuel. According to other further embodiments, the increased frequency of operation of the pressure reducing valve 120 may cause plasma propagation to advantageously affect the shape and / or pattern of the injected fuel. U.S. Patent Application Publication No. 672636, (U.S. Patent No. 4122816), which is incorporated herein by reference in its entirety, describes suitable actuators for exciting plasma propagation by nozzle 110 and other nozzles described herein.
Согласно другому аспекту показанного варианта реализации и как описано подробно ниже по меньшей мере часть корпуса 112 выполнена по меньшей мере из одного диэлектрического материала 117, подходящего для обеспечения зажигания искрой высокого напряжения для воспламенения различных видов топлива, включая нерафинированные виды топлива или виды топлива с низкой удельной энергоемкостью. Указанные диэлектрические материалы 117 могут обеспечивать достаточную высоковольтную электрическую изоляцию для выработки, изолирования и/или доставки искры зажигания или плазмы для воспламенения. Согласно некоторым вариантам реализации корпус 112 может быть выполнен из одиночного диэлектрического материала 117. Однако согласно другим вариантам реализации корпус 112 может содержать по меньшей мере два диэлектрических материала. Например, по меньшей мере один сегмент средней части 116 может быть выполнен из первого диэлектрического материала, имеющего первую электрическую прочность, и по меньшей мере один сегмент сопловой части 118 может быть выполнен из диэлектрического материала, имеющего вторую электрическую прочность, которая больше первой электрической прочности. Второй диэлектрик, имеющий относительно высокую вторую электрическую прочность, может защищать форсунку 110 от тепловой и механической ударной нагрузок, засорения, трекинга (образования на поверхности следов пробоя) и т.п. Примеры подходящих диэлектрических материалов, а также расположение этих материалов на корпусе 112 подробно описаны ниже.According to another aspect of the illustrated embodiment, and as described in detail below, at least a portion of the housing 112 is made of at least one dielectric material 117 suitable for providing ignition with a high voltage spark to ignite various fuels, including unrefined fuels or low specific fuels energy intensity. Said dielectric materials 117 may provide sufficient high voltage electrical insulation to generate, isolate and / or deliver an ignition spark or plasma for ignition. In some embodiments, the housing 112 may be made of a single dielectric material 117. However, in other embodiments, the housing 112 may comprise at least two dielectric materials. For example, at least one segment of the middle portion 116 may be made of a first dielectric material having a first dielectric strength, and at least one segment of a nozzle portion 118 may be made of a dielectric material having a second dielectric strength that is greater than the first dielectric strength. A second dielectric having a relatively high second dielectric strength can protect the nozzle 110 from thermal and mechanical shock, clogging, tracking (formation of breakdown traces on the surface), and the like. Examples of suitable dielectric materials, as well as the arrangement of these materials on the housing 112 are described in detail below.
В дополнение к диэлектрическим материалам, форсунка 110 также может быть соединена с источником энергии или высокого напряжения для формирования условий воспламенения, необходимых для сгорания впрыснутого топлива. Первый электрод может быть соединен с источником энергии (например источником, генерирующим напряжение, таким как конденсаторная разрядная, индукционная или пьезоэлектрическая системы) посредством по меньшей мере одного проводника, проходящего сквозь форсунку 110. Области сопловой части 118, редукционный клапан 120 и/или крышка 121 могут действовать в качестве первого электрода для формирования условий для воспламенения (например, искры зажигания, плазмы, условий компрессионного воспламенения, разряда конденсатора большой емкости, продолжительной искры зажигания от индукционного источника, и/или постоянного тока или высокочастотной плазмы в соединении с применением ультразвука для быстрого возбуждения, воспламенения и полного сгорания) с соответствующим вторым электродом головки 107 двигателя. Как подробно описано ниже, первый электрод может быть выполнен с обеспечением повышенной надежности и увеличенного срока службы. Согласно другим вариантам реализации форсунка 110 может быть выполнена с возможностью обеспечения преобразования энергии от источников камеры сгорания и/или восстановления отходящего тепла или энергии путем термохимической регенерации для приведения в действие по меньшей мере одного компонента форсунки 110 от энергии, полученной от сгорания топлива.In addition to dielectric materials, the nozzle 110 may also be connected to an energy or high voltage source to form ignition conditions necessary for combustion of the injected fuel. The first electrode may be connected to an energy source (eg, a voltage generating source, such as a capacitor discharge, induction or piezoelectric system) via at least one conductor passing through the nozzle 110. The area of the nozzle portion 118, the pressure reducing valve 120 and / or cover 121 can act as the first electrode to form conditions for ignition (for example, an ignition spark, plasma, conditions of compression ignition, discharge of a large capacitor, tion ignition spark source of induction and / or DC or RF plasma in conjunction with the use of ultrasound for quick excitation, the ignition and complete combustion) with the appropriate second electrode 107 of the engine head. As described in detail below, the first electrode may be configured to provide increased reliability and extended service life. According to other embodiments, the nozzle 110 may be configured to provide energy conversion from the sources of the combustion chamber and / or recover the waste heat or energy by thermochemical regeneration to drive at least one component of the nozzle 110 from the energy received from the combustion of the fuel.
Системы впрыска/воспламененияInjection / ignition systems
[00115] На фиг. 2 показан вид сбоку, показывающий окружение части системы 200 внутреннего сгорания, содержащей топливную форсунку 210, выполненную согласно одному варианту реализации изобретения. В показанном варианте реализации в качестве простой иллюстрации одного типа форсунки схематично показана форсунка 210, которая выполнена с возможностью впрыскивания и воспламенения различных видов топлива в камере 202 сгорания двигателя 204 внутреннего сгорания. Как показано на фиг. 2, камера 202 сгорания сформирована между головкой, содержащей форсунку 210 и клапаны, поршнем 201, выполненным с возможностью перемещения, и внутренней поверхностью цилиндра 203. Однако согласно другим вариантам реализации форсунка 210 может использоваться в другом окружении с другими типами камер сгорания и/или устройствами для передачи энергии, включая различные направляющие лопасти, осевые и радиальные расширители поршня, наряду с различными типами роторных двигателей внутреннего сгорания. Как описано более подробно ниже, форсунка 210 содержит некоторые особенности, которые не только обеспечивают возможность впрыскивания и воспламенения различных видов топлива в камере 202 сгорания, но также обеспечивают адаптивное впрыскивание и воспламенение форсункой 210 указанных различных видов топлива в соответствии с различными условиями или требованиями сгорания. Например, форсунка 210 может содержать по меньшей мере один изолирующий материал, который выполнен с возможностью обеспечения высоковольтной искры зажигания для воспламенения различных видов топлива, включая нерафинированное топливо или топливо с низкой удельной энергоемкостью. Указанные изолирующие материалы также могут быть выполнены с возможностью выдерживания тяжелых условий работы, необходимых для сгорания различных видов топлива, включая, например, высокое напряжение, усталостные нагрузки, ударные нагрузки, окисление и ухудшение характеристик из-за коррозии.[00115] In FIG. 2 is a side view showing the environment of a portion of an
Согласно другому аспекту показанного варианта реализации форсунка 210 дополнительно может содержать измерительное средство для распознавания различных свойств сгорания в камере 202 сгорания (например свойств процесса сгорания, камеры 202 сгорания, двигателя 204, и т.п.). В ответ на указанные измеренные условия форсунка 210 может адаптивно оптимизировать систему для впрыскивания топлива и характеристики воспламенения для достижения увеличенной топливной экономичности и выработки энергии, а также для снижения уровня шума, детонации двигателя, тепловых потерь и/или вибрации для увеличения срока службы двигателя и/или транспортного средства. Кроме того, форсунка 210 также содержит активирующие компоненты для впрыскивания топлива в камеру сгорания 202 для достижения конкретных шаблонов 205 потока или распыла, а также фазы впрыснутого топлива. Например, форсунка 210 может содержать по меньшей мере один клапан, расположенный рядом с граничной поверхностью камеры 202 сгорания. Активирующие компоненты форсунки 210 обеспечивают точную, высокочастотную работу клапана для управления по меньшей мере следующими отличительными особенностями: синхронизацией системы для инициирования и завершения впрыскивания топлива; частотой и длительностью повторных впрысков топлива; и/или синхронизацией и выбором условий воспламенения.According to another aspect of the illustrated embodiment, the
На фиг. 3A-3D показаны некоторые шаблоны 305 воспламенения топлива (индивидуально идентифицированные как с первого по четвертый шаблоны 305a-305d), с которыми топливо может быть впрыснуто форсункой, выполненной в соответствии с вариантами реализации изобретения. Специалисты должны признать, что показанные на чертежах шаблоны 305 просто являются репрезентативными для некоторых вариантов реализации настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается шаблонами 305, показанными на фиг. 3A-3D, и согласно другим вариантам реализации форсунки могут дозировано подавать топливо в соответствии с шаблонами воспламенения, которые отличаются от шаблонов 305, показанных на чертеже. Несмотря на то, что шаблоны 305, показанные на фиг. 3A-3D, имеют различные формы и конфигурации, они совместно используют отличительную особенность, состоящую в формировании последовательных слоев 307 топлива. Отдельные слои 307 из соответствующих шаблонов 305 обеспечивают преимущество, состоящее в относительно большой поверхности к объемным долям впрыснутого топлива. Указанная большая поверхность в отношении к объемным долям обеспечивает более высокие скорости сгорания зарядов топливной смеси, а также способствует изолированию и ускорению полного сгорания зарядов топливной смеси. Такое быстрое и полное сгорание обеспечивает некоторые преимущества по сравнению с более медленным сгоранием зарядов топливной смеси. Например, медленно сгорающие заряды топливной смеси требуют более раннего воспламенения, вызывают значительные тепловые потери на поверхности камеры сгорания и приводят к совершению увеличенной обратной работы или потере выходного крутящего момента из-за необходимости преодоления раннего повышения давления по причине более раннего воспламенения. Такая работа двигателя из-за раннего сгорания также приводит к увеличению выбросов, загрязняющих окружающую среду (например, богатых углеродом углеводородных макрочастиц, оксидов азота, моноксида углерода, диоксида углерода, потушенных и несгоревших углеводородов, и т.п.), а также к ухудшающим характеристики двигателя нагреву и износу поршней, колец, стенок цилиндра, клапанов и других компонентов камеры сгорания.In FIG. 3A-3D show some fuel ignition patterns 305 (individually identified as first through
Таким образом, системы и форсунки согласно настоящему изобретению обеспечивают возможность замены традиционных форсунок, запальных свечей или свечей зажигания (например форсунок дизельного топлива, свечей зажигания для бензина, и т.п.) и выработки полной номинальной мощности при использовании широкого разнообразия видов возобновляемого топлива, таких как водород, метан и различные недорогие топливные спирты, изготовленные из широко доступных сточных вод, мусора и отходов сельского хозяйства и животноводства. Несмотря на то, что указанные виды возобновляемого топлива могут иметь удельную энергоемкость, которая примерно в 3000 раз меньше по сравнению с очищенным ископаемым топливом, системы и форсунки согласно настоящему изобретению обеспечивают возможность впрыскивания и воспламенения указанных видов возобновляемого топлива для эффективной выработки энергии.Thus, the systems and nozzles according to the present invention provide the ability to replace traditional nozzles, glow plugs or spark plugs (e.g. diesel nozzles, spark plugs for gasoline, etc.) and generate full rated power using a wide variety of renewable fuels, such as hydrogen, methane, and various low-cost fuel alcohols made from widely available wastewater, garbage, and agricultural and livestock waste. Despite the fact that these types of renewable fuels can have a specific energy consumption, which is about 3000 times less compared to purified fossil fuels, the systems and nozzles according to the present invention provide the possibility of injection and ignition of these types of renewable fuels for efficient energy generation.
Система для впрыскивания топлива различных видовVarious fuel injection system
[00119] На фиг. 4 показан продольный разрез узла компонента согласно одному варианту реализации, которым управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения. На фиг. 5 показан вид с торца узла компонента, показанного на фиг. 4, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения. Согласно аспектам указанного варианта реализации, показанного на фиг. 4, форсунка 3028 обеспечивает взаимозаменяемое использование исходных топливных веществ или разновидностей топлива на основе водорода, которые могут быть получены в результате описанных процессов. Они включают бензиновые смеси, пропан, этан, бутан, топливные спирты, низкотемпературную массу, те же виды топлива или вновь сформированное распыленное топливо в жидкой, паровой или газовой формах, изготовленное с использованием регенеративных термохимических реакций согласно настоящему изобретению.[00119] In FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a component assembly according to one embodiment, which is controlled in accordance with an embodiment of the invention. In FIG. 5 shows an end view of the component assembly shown in FIG. 4, made in accordance with an embodiment of the invention. According to aspects of the embodiment shown in FIG. 4,
Как показано на фиг. 4, форсунка 3028 обеспечивает выбор оптимальных видов топлива, включая выбор потоков различными клапанами, показанными на фиг. 4, посредством схем, выполненных в форме клапанов для использования распыленного топлива и условий, включая исходное топливо из бака, нагретое исходное топливо из теплообменников 3036, испаренное исходное топливо из теплообменников 3036, вновь сформированное распыленное топливо из реактора 3036, нагретое топливо из реактора 3036 в комбинации с топливом из теплообменника, а также выбор давления для доставки распыленного топлива в форсунку 3028 путем управления регулятора давления для оптимизации переменных, включая скорость подачи в камеру сгорания и распространение в ней локальных и общих воздушно-топливных смесей в момент времени, выбранный для воспламенения, скорости сгорания топлива и различные другие комбинации и перестановки указанных переменных. Конструкция топливной форсунки 3028 улучшает управление адаптивным впрыскиванием топлива, шаблоном распространения топлива, использованием воздуха, воспламенением и сгоранием и способствует достижению различных других целей оптимизации согласно настоящему изобретению.As shown in FIG. 4,
На фиг. 4 показан пример варианта выполнения форсунки 3028 с соленоидным приводом, использующегося в системе для впрыскивания топлива и принудительного воспламенения, показанной на других чертежах иллюстрирующих систему. Согласно аспектам варианта реализации форсунка 3028 обеспечивает точный объемный впрыск и воспламенение топлива, температура, вязкость и плотность которого может изменяться в больших пределах, включая густые водородные смеси из твердого и жидкого водорода при температуре -254°C (-425°F), горячего водорода и моноксида углерода, полученного из преобразованного метанола при температуре 150°C (302°F) или более высоких температурах, вплоть до жидкого дизельного топлива и бензина при температуре окружающей среды. Огромный диапазон объемов, который необходим для достижения частичной или полной номинальной мощности при использовании таких видов топлива путем эффективного управления работой двигателя, требует адаптивной синхронизации подачи и принудительно синхронизированного воспламенения точных объемов в точно заданные моменты времени с быстрым повторением в течение одного цикла работы двигателя, и все это без подтекания форсунки до или после заданного оптимально синхронизированного момента впрыска. Предотвращение такого подтекания является чрезвычайно трудным и важным для избежания потерь топлива во время такта выпуска, обратной работы и/или тепловых потерь из-за самопроизвольной и неправильной подачи топлива во время выпуска, впуска или ранних периодов сжатия.In FIG. 4 shows an example embodiment of a
Согласно некоторым вариантам реализации снижение подтекания топлива достигается разделяющим промежутком между регулирующим клапаном 3074 и исполнительным устройством клапана, таким как соленоидный привод клапана, содержащий изолированную обмотку 3046, мягкий магнитный сердечник, якорь 3048 и пружину 3036, показанные на чертеже. Для соответствия требованиям чрезвычайно ограниченного пространства в условиях "горячего конденсата" внутри клапанной группы двигателя и распредвалов современных двигателей нижняя часть форсунки 3028 имеет ту же резьбу, длину резьбовой части и диаметр корпуса что и обычная свеча зажигания в частях 3076 и 3086 ниже высоковольтного изолированного гнезда 3066. Подобным образом, для замены форсунок для дизельного топлива предусмотрены отсеки небольшого размера для форсунок с сохранением существенных преимуществ точного искрового зажигания и формирования стратифицированного заряда топлива, которое может иметь различные свойства от дизельного топлива с низким давлением паровой фазы до водородаи/или содержащего водород топлива.In some embodiments, a reduction in fuel leakage is achieved by dividing the gap between the
Согласно варианту реализации, показанному на фиг. 4, конструкция форсунки обеспечивает возможность приложения высоковольтного напряжения для искрового зажигания к проводнику 3068 в гнезде 3066 и таким образом обеспечивает передачу ионизирующего напряжения через проводящее сопло 3070 и аккумулирующий заряд элемент 3085, расположенный внутри резьбовой части 3086 рядом с граничной поверхностью камеры сгорания, как показано на фиг. 4 и 5. Согласно некоторым вариантам реализации регулирующий клапан 3074 может быть поднят прочным изолированным кабелем или волоконно-оптическим кабелем 3060, который перемещается силой привода или якоря 3048 узла соленоидного исполнительного устройства, как показано на чертеже. Согласно аспектам одного варианта реализации диаметр кабеля 3060 составляет 0,04 мм (0,015 дюйма) и сформирован жгутом из прочных оптических волокон, включая типы волокон, которые эффективно передают излучение в инфракрасном, видимом и/или ультрафиолетовом диапазонах длин волн.According to the embodiment shown in FIG. 4, the nozzle design allows the application of a high voltage spark ignition to the
Одна отличительная особенность показанного варианта реализации состоит в том, что этот жгут заключен в защитную термоусадочную трубку или собран в термопластичном или термореактивном связующем веществе и формирует высокопрочное и гибкое исполнительное устройство с высокими изолирующими свойствами для регулирующего клапана 3074 и собирающего данные компонента, который непрерывно сообщает данные о давлении в камере сгорания, температуре и условиях шаблона сгорания с использованием инфракрасного, видимого и/или ультрафиолетового света. Согласно дополнительным вариантам реализации граничная поверхность 3083 камеры сгорания снабжена защитной линзой или покрытием для кабеля 3060, передающими данные о давлении сгорания, полученные от волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо, микродатчика на основе резонатора Фабри-Перо или оптического волокна с боковой полировкой. В использовании данные о давлении от конца кабеля 3060, расположенного в граничной поверхности или по существу рядом с граничной поверхностью камеры сгорания, передаются посредством указанного светопроводного жгута, как показано на чертеже, который, например, может быть защищен от абразивного изнашивания и термической деструкции. Согласно аспектам настоящего изобретения подходящие материалы для защитной линзы включают помимо прочего алмаз, сапфир, кварц, окись магния, карбид кремния и/или другие керамические материалы в дополнение к жаропрочным суперсплавам и/или канталам.One distinctive feature of the shown embodiment is that this bundle is enclosed in a protective heat-shrink tube or assembled in a thermoplastic or thermosetting binder and forms a high-strength and flexible actuator with high insulating properties for the
На фиг. 6 показан продольный разрез узла компонента согласно варианта реализации, которым управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения. На фиг. 7 показан вид с торца узла компонента, показанного на фиг. 6, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения. Согласно дополнительному варианту выполнения форсунки, показанной на фиг. 6, форсунка 3029 содержит прозрачный диэлектрический изолятор 3072. Изолятор 3072 обеспечивает передачу света на частотах излучения от камеры сгорания к оптоэлектронному датчику 3062P, а также изменяющийся сигнал деформации, соответствующий условиям давления в камере сгорания, к датчику 3062D механического напряжения.In FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a component assembly according to an embodiment that is controlled in accordance with an embodiment of the invention. In FIG. 7 is an end view of the component assembly shown in FIG. 6, made in accordance with an embodiment of the invention. According to a further embodiment of the nozzle shown in FIG. 6, the
Согласно дополнительным вариантам реализации встроенный контроллер 3062 предпочтительно принимает сигналы от датчиков 3062D и 3062P для формирования аналогового или цифрового сигналов о событиях подачи топлива и искрового воспламенения в качестве дополнительного повышения КПД, усовершенствования выработки энергии, повышения плавности работы двигателя, достижения отказоустойчивых условий и увеличения срока службы компонентов двигателя. Согласно некоторым вариантам реализации контроллер 3062 сохраняет показания датчика для определения времени между каждым ускорением крутящего момента цилиндра и получения положительного и отрицательного ускорений двигателя как функцию данных адаптивного впрыскивания топлива и синхронизации искрового зажигания и потока для определения регулировок, необходимых для оптимизации желательных параметров работы двигателя. Соответственно, контроллер 3062 служит в качестве основного компьютера, управляющего системой, показанной на фиг. 14 (как описано ниже), включая различные режимы работы форсунок, например форсунок 3028, 3029 или 3029', показанных на фиг. 4, 5, 6, 7, 9, 11 и 13.According to additional embodiments, the on-
Согласно некоторым вариантам реализации защита оптоволоконного жгута или кабеля 3060 ниже регулирующего клапана 3074 обеспечена по существу прозрачным затворным клапаном 3084, как показано на фиг. 6 и 7. Согласно одному варианту реализации быстродействующий затворный клапан содержит ферромагнитный элемент, расположенный внутри прозрачного корпуса. Эта комбинация функций может быть обеспечена различными геометрическими конфигурациями, включая ферромагнитный диск, расположенный внутри прозрачного диска, или ферромагнитный шарик, расположенный внутри прозрачного шарика, как показано на чертеже. В использовании такие конфигурации обеспечивают возможность расположения затворного клапана 3084, который магнитным способом переключается в нормально закрытое положение, очень близко к регулирующему клапану 3074 и концу кабеля 3060, как показано на чертеже. При подъеме регулирующего клапана 3074 для обеспечения возможности протекания топлива затворный клапан 3084 переходит в открытое положение внутри отверстия гнезда, которое удерживает его внутри пересекающихся прорезей 3088, что обеспечивает возможность топливу проходить сквозь седло магнитного клапана 3090 мимо затворного клапана 3084 и в прорези 3088 для образования увеличенной поверхности объемного проникновения топлива в воздух в камере сгорания, как показано на фиг. 12 и 14 и описано ниже. Соответственно, кабель 3060 продолжает отслеживать развитие событий в камере сгорания путем приема и передачи сигналов на частотах излучения, которое проходит сквозь затворный клапан 3084. Согласно аспектам настоящего изобретения подходящие материалы для прозрачных частей затворного клапана 3084 включают сапфир, кварц, высокотемпературные полимеры и керамику, которые являются прозрачными для представляющих интерес частот.In some embodiments, the protection of the fiber optic bundle or
В целом желательна выработка наибольшего крутящего момент при наименьшем потреблении топлива. В областях, таких как переполненные городские улицы, в которых являются нежелательными выбросы оксидов азота, адаптивные впрыск топлива и угол опережения зажигания обеспечивают максимальный крутящий момент без достижения пиковых температур сгорания 2200°C (4000°F). Согласно одному способу определения пиковой температуры сгорания используют датчик температуры пламени, который содержит волоконно-оптический кабель 3060 небольшого диаметра или прозрачный изолятор 3072 большего диаметра. Изолятор 3072 может быть снабжен жаропрочным и износостойким покрытиями, такими как сапфир, или алмазным покрытием, нанесенными на поверхность камеры сгорания, выполненным из жаропрочного полимера или из кварца, сапфира, или стекла для осуществления комбинированных функций в форсунке 3028, включая оптоволоконную передачу света, излученного во время сгорания, к датчику 3062D контроллера 3062, как показано на чертежах. Кроме того, как показано на фиг. 4 и 5, контроллеры 3062 и/или 3043 отслеживают сигнал от датчика 3062D в каждой камере сгорания для адаптивных регулирования впрыска топлива и/или синхронизации искрового зажигания и предотвращения формирования окиси азота.In general, it is desirable to produce the highest torque at the lowest fuel consumption. In areas such as crowded city streets where nitrogen oxide emissions are undesirable, adaptive fuel injection and an ignition timing provide maximum torque without reaching peak combustion temperatures of 2200 ° C (4000 ° F). According to one method for determining the peak combustion temperature, a flame temperature sensor is used that includes a small diameter
Таким образом, в современном двигателе управляющие топливом усилия вместе с интегрированным искровым зажиганием могут быть переданы к нормально закрытому регулирующему клапану 3074 посредством изолирующего кабеля 3060 в наиболее оптимальное местоположение свечи зажигания или форсунки для дизельного топлива от граничной поверхности камеры сгорания до местоположения над нею, т.е. фактически на любое расстояние, существенно разделяющее клапаны и их исполнительные устройства. Такая конструкция топливной форсунки со встроенным зажиганием согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность замены свечи зажигания или форсунки для дизельного топлива для обеспечения точной синхронизации впрыска топлива и адаптивного искрового зажигания для воспламенения высокоэффективного стратифицированного заряда при широким выборе видов топлива, включая менее дорогие виды топлива, независимо от октанового и цетанового чисел, вязкости, температуры или удельной энергоемкости топлива. Двигатели, работа которых прежде была ограничена использованием видов топлива с заданными октановым или цетановым числами, теперь могут быть преобразованы на основе настоящего изобретения для более эффективной продолжительной работы с использованием видов топлива, которые имеют меньшую стоимость и более предпочтительны в отношении охраны окружающей среды. Кроме того, имеется возможность управления форсункой 3028, 3029 или 3029' в пилотном режиме подачи топлива и воспламенения, или только в режиме воспламенения для возврата двигателя к исходному режиму работы на бензине с формированием топливной смеси посредством карбюратора или с использованием впускных коллекторных систем впрыска топлива. Подобным образом форсунка 3028, 3029 или 3029' может быть выполнена для работы на дизельном топливе или других видах топлива с искровым воспламенением в соответствии с описанными комбинациями дозирования и воспламенения топлива различных видов.Thus, in a modern engine, fuel control efforts together with integrated spark ignition can be transferred to a normally closed
Согласно дополнительным аспектам настоящего изобретения предотвращение формирования оксидов азота обеспечивается при адаптивном управлении синхронизацией впрыска топлива и синхронизацией искрового зажигания в таких целях как максимизация экономии топлива и удельной мощности двигателя, сохранение пленки смазки в цилиндрах камеры сгорания и/или минимизация шума. Согласно некоторым вариантам реализации предпочтительно кабель 3060 проходит с фиксацией сквозь регулирующий клапан 3074 к обращенной к камере сгорания поверхности топливораспределительного сопла или рядом с ней для отслеживания событий в камере сгорания через центральную часть прорезей 3088, как показано на фиг. 5, 7 и 11. Согласно дополнительным вариантам реализации кабель 3060 формирует по меньшей мере одно свободно изгибающееся продолжение, такое как петля, расположенная над шариковым ограничителем 3035 хода якоря, которая предпочтительно обеспечивает возможность начала перемещения якоря 3048 и увеличения момента количества движения перед началом подъема кабеля 3060 и таким образом для резкого подъема регулирующего клапана 3074, и проходит с фиксацией сквозь мягкий сердечник магнита для доставки излучения с используемой длиной волны от камеры сгорания к датчику 3040, как показано на чертеже. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения датчик 3040 может быть выполнен отдельно или встроен в контроллер 3043, как показано на чертеже. Согласно одному из вариантов реализации система на основе оптоэлектронного датчика обеспечивает всестороннее отслеживание условий в камере сгорания, включая воспламенение, расширение, выхлоп, впуск, впрыск топлива и результаты воспламенения как функцию давления и/или обнаружения излучения в камере сгорания двигателя, как показано на чертеже. Таким образом, как показано на фиг. 4 и 6, во время сгорания топлива датчик 3040 и/или датчик 3062D, и/или датчик 3062Р передают сигналы о температуре и соответствующемдавлении для немедленного коррелирования температуры и времени выдержки температуры с давлением в камере сгорания, положением поршня и с химическим составом продуктов сгорания.According to additional aspects of the present invention, the prevention of the formation of nitrogen oxides is provided by adaptively controlling the timing of the fuel injection and the synchronization of spark ignition for such purposes as maximizing fuel economy and specific power of the engine, preserving the lubricant film in the cylinders of the combustion chamber and / or minimizing noise. According to some embodiments, preferably
Такая корреляция легко достигается путем управления двигателем с использованием комбинированной технологии сбора данных о положении поршней и давлении в камере сгорания, описанной в патентах США №№ 6015065; 6446597; 6503584; 5343699 и 5394852; наряду с находящей в рассмотрении патентной заявкой № 60/551219, и данных, излученных из камеры сгорания и переданных волоконно-оптическим жгутом/ светопроводным узлом/ кабелем 3060 к датчику 3040, как показано на чертеже. Полученные таким образом корреляционные функции обеспечивают передачу излученного сигнала посредством кабеля 3060 к датчику 3040 и данных о положении поршней для индицирования давления в камере сгорания, температуры и шаблона условий сгорания, необходимых для адаптивной оптимизации различных функций двигателя, таких как максимизация экономии топлива, выработки энергии, предотвращения образования оксидов азота, предотвращения тепловых потерь, и т.п. После этого данные, переданные кабелем 3060 и датчиком 3040 к контроллеру 3043, могут обеспечивать быстрое и адаптивное управление функциями двигателя с использованием высокоэффективной в отношении затрат форсунки.Such a correlation is easily achieved by controlling the engine using a combined technology for collecting data on the position of the pistons and pressure in the combustion chamber, described in US patent No. 6015065; 6,446,597; 6503584; 5343699 and 5394852; along with the pending patent application No. 60/551219 and the data emitted from the combustion chamber and transmitted by the fiber optic bundle / light guide assembly /
Таким образом, согласно одному варианту реализации максимально всесторонняя адаптивная система впрыска может содержать как датчик 3040, так и кабель 3060, вместе по меньшей мере с одним датчиком давления, известным из уровня техники и/или описанным в патентах, ссылка на которые была сделана выше, и в находящихся в совместном рассмотрении патентных заявках, которые включены в настоящую заявку по ссылке. Таким образом, предпочтительным является отслеживание вращательного ускорения двигателя для адаптивного усовершенствования управления выработкой энергии и экономии топлива. Разгон двигателя соответственно может быть отслежен различными способами, включая синхронизацию коленчатого вала или распредвала, синхронизацию распределителя зажигания, синхронизацию шестерен в коробке передач или определение скорости поршня. Разгон двигателя в зависимости от регулируемых переменных, включая выбор распыленного топлива, температуру распыленного топлива, синхронизацию впрыска топлива, давления впрыска, частоту повторения впрысков, угол опережения зажигания и отображение температуры в камере сгорания, обеспечивает значительное улучшение рабочих характеристик двигателя, повышение экономии топлива, улучшенный контроль выхлопных газов и увеличение срока службы двигателя с использованием традиционных или менее дорогих видов топлива.Thus, according to one embodiment, a maximally comprehensive adaptive injection system may include both a
Согласно аспектам настоящего изобретения эта новая комбинация дистанционного исполнительного устройства 3048 клапана и регулирующего клапана 3074, расположенного в граничной поверхности камеры сгорания или по существу рядом с ней, обеспечивает усовершенствование плазмоструйного воспламенения с адаптивной синхронизацией для оптимизации сгорания топлива со значительно изменяющимися вязкостью, теплотворной способностью и давлением паровой фазы. Эта конфигурация фактически устраняет вредоносную предварительное или остаточное капельное подтекание благодаря тому, что объем между регулирующим клапаном 3074 и камерой сгорания является минимальным или отсутствует совсем. Благодаря расположению регулирующего клапана 3074 в граничной поверхности камеры сгорания устранено сопротивление потоку топлива, обычно присутствующее в обходных каналах, по которым оно доставляется. Согласно некоторым вариантам реализации регулирующий клапан 3074 может быть приведен в нормально закрытое положение посредством подходящей механической пружины или сжимающим усилием, приложенным к жесткому кабелю или стержню 3060, в зависимости от силы пружины 3036, или магнитным притяжением пружины к седлу клапана 3090, а также с использованием комбинаций таких закрывающих действий.According to aspects of the present invention, this new combination of a
Согласно аспектам настоящего изобретения стойкие к давлению характеристики достигаются обеспечением разгона привода 3048 якоря без нагрузки, сопровождаемого ударным действием на шарик 3035, закрепленный на кабеле 3060 в заданном положении с возможностью резкого подъема или перемещения. Согласно некоторым вариантам реализации привод 3048 перемещается относительно свободно в направлении к полюсной части электромагнита мимо неподвижного кабеля 3060, как показано на чертеже. После получения значительного импульса привод 3048 ударяет в шарик 3035, расположенный внутри пружины, как показано на чертеже. В показанном на чертеже варианте реализации шарик 3035 соединен с кабелем 3060 внутри пружины 3036. Таким образом, при использовании резкое приложение намного большего усилия, обеспеченного этим ударом, по сравнению с усилием, которое развивает соленоидный клапан прямого действия, вызывает относительно небольшую инерцию, и нормально закрытый регулирующий клапан 3074 резко подниматься от верхнего клапанного седла прохода в седле 3090.According to aspects of the present invention, pressure-resistant characteristics are achieved by providing acceleration of the
В описанном варианте реализации для регулирующего клапана 3074 может быть использовано любое подходящее седло; однако для случаев применения с камерами сгорания в двигателях малой мощности предпочтительно использование встроенного постоянного магнита в седле 3090 или в качестве седла 3090 для перевода регулирующего клапана 3074 в нормально закрытое положение, как показано на чертеже. Такая быстрая активация удара регулирующего клапана 3074 якорем 3048 обеспечивает гарантированную точность потока топлива независимо от температуры топлива, его вязкости, наличия в нем кристаллизованных масс или приложенного давления, что может быть необходимым для обеспечения желательных скоростей подачи топлива. Постоянные магниты на основе сплавов, таких как SmCo и NdFeB, с легкостью обеспечивают необходимое магнитное усилие при рабочих температурах до 205°C (401°F) и обеспечивают переход регулирующего клапана 3074 в нормально закрытое положение на магнитном седле 3090 клапана, и таким образом фактически устраняют объем "мертвого" пространства в камере сгорания и остаточное капельное подтекание.In the described embodiment, any suitable seat may be used for
В приведенном выше сравнении, если регулирующий клапан 3074 содержит встроенный якорь 3048, выполненный с возможностью доставки топлива в отверстии изолятора 3064 в направлении к проводящему соплу 3070, остаточное капельное подтекание топлива, которое временно расположено в указанном мертвом объеме, может быть в таком количестве, которое соответствует заданному количеству подачи топлива в желательный момент времени рабочего цикла двигателя. Такой поток остаточного капельного подтекания может формироваться во время последних тактов расширения или во время такта выхлопа и таким образом может быть большей частью, если не полностью, потрачен впустую и в то же время вызывать выброс пламени, выжигающий защитную смазку стенок цилиндра, бесполезный нагрев поршня, а также увеличенное трение из-за относительного расширения и перегрев компонентов выхлопной системы. Настоящее изобретение является чрезвычайно важным для обеспечения взаимозаменяемого использования традиционных видов топлива или топлива, имеющего меньшую стоимость, независимо от октанового числа, давления паровой фазы или энергоемкости топлива на единицу его объема.In the above comparison, if the
Кроме того, традиционные исполнительные системы для клапанов могут быть ограничены перепадами давления до примерно 7 атмосфер по сравнению с перепадом давления более чем 700 атмосфер, возникающим при быстром ударе привода 3048, действующем на кабель 3060 и таким образом на регулирующий клапан 3074. Низкотемпературные топливные массы с предельно густыми консистенциями и вязкостями, сопоставимые с яблочным соусом или творогом, легко доставляются посредством относительно больших каналов к нормально закрытому регулирующему клапану 3074, который лежит на отверстии большого диаметра в седле 3090. Быстрое ускорение с последующим быстрым ударом электромагнитного якоря 3048, имеющего большую инерцию, передает очень большое подъемное усилие посредством диэлектрического кабеля 3060 для резкого и полного подъема регулирующего клапана 3074 над отверстием большого диаметра в седле 3090 и тем самым открывает нормально закрытый затворный клапан 3084, если таковой имеется, и впрыскивает массу топливной смеси в камеру сгорания. Такая же надежная доставка топлива осуществляется без остаточного капельного подтекания при использовании различных видов топлива в любой фазе или смеси фаз, включая водород и другие маловязкие виды топлива при температурах 400°F (204°C) или выше, которые могут использоваться попеременноIn addition, traditional valve actuator systems can be limited to pressure drops of up to about 7 atmospheres compared to pressure drops of more than 700 atmospheres resulting from a quick impact of the 3048 actuator acting on
Согласно аспектам настоящего изобретения независимо от того, имеет ли используемое топливо плотность жидкого бензина или низкотемпературного водорода при холодном запуске двигателя и затем становится в сотни или тысячи раз менее плотным при нагреве двигателя и выработки тепла для преобразования жидкого топлива в газообразное, точное дозирование и воспламенение топлива, впущенного в камеру сгорания, обеспечивается без нежелательного остаточного капельного подтекания. Такой подход предоставляет водителю транспортного средства возможность выбрать наиболее подходящее и доступное топливо для очередного пополнения топливного бака 3404 (показанного на фиг. 14). После этого тепло выхлопа двигателя восстанавливается теплообменником или теплообменниками, показанными на фиг. 14, и форсунка обеспечивает самую подходящую оптимизацию топлива, выбранного при использовании отходящего тепла двигателя, для реализации преимуществ сгорания стратифицированного водородосодержащего заряда. В регионах с очень холодным климатом и в целях минимизации выбросов диоксида углерода предпочтительно транспортировать и хранить водород или водородосодержащие газы в аккумуляторе с передачей через соленоидный клапан в момент времени, когда достаточное тепло двигателя становится доступным для реактора 3036. В использовании, во время холодного запуска двигателя клапан открывается, и водород или водородосодержащее топливо проходит сквозь клапан к регулятору давления и к форсунке или форсункам 3028 для осуществления чрезвычайно быстрого, высокоэффективного и чистого запуска двигателя.According to aspects of the present invention, regardless of whether the fuel used has the density of liquid gasoline or low temperature hydrogen when the engine is cold started and then becomes hundreds or thousands of times less dense when the engine is heated and heat is generated to convert the liquid fuel into a gaseous, accurate fuel metering and ignition introduced into the combustion chamber is provided without undesirable residual drip leakage. This approach provides the vehicle driver with the opportunity to choose the most suitable and affordable fuel for the next replenishment of the fuel tank 3404 (shown in Fig. 14). After that, the heat of the engine exhaust is recovered by the heat exchanger or heat exchangers shown in FIG. 14, and the nozzle provides the most suitable optimization of the fuel selected when using engine exhaust heat to realize the benefits of burning a stratified hydrogen-containing charge. In regions with very cold climates and in order to minimize carbon dioxide emissions, it is preferable to transport and store hydrogen or hydrogen-containing gases in an accumulator with transmission through the solenoid valve at the time when sufficient engine heat becomes available for the 3036 reactor. In use, during engine cold start the valve opens, and hydrogen or hydrogen-containing fuel passes through the valve to the pressure regulator and to the nozzle or
На фиг. 8A и 8B показаны узлы клапанного блока, выполненные в соответствии с вариантом реализации изобретения. Обеспечение возможности использования возобновляемых видов топлива и увеличение КПД и срока службы больших двигателей в морских грузоперевозках, сельском хозяйстве, горной промышленности, строительстве и тяжелогрузных железнодорожных перевозках, а также в грузовом автотранспорте является существенным, но в больших двигателях, первоначально предназначенных для работы на дизельном топливе, чрезвычайно трудно осуществлять доставку достаточной энергии газообразного топлива. На фиг. 8A и 8B показан частичный разрез клапанного блока 3100, обеспечивающего управляемую доставку больших объемов находящегося под повышенным давлением топлива, имеющего относительно низкую удельную энергоемкость, к каждому цилиндру двигателя. Согласно аспектам настоящего изобретения клапанный блок 3100 в частности является предпочтительным для обеспечения использования топлива с низкой удельной энергоемкостью в больших двигателях в соединении с форсункой в качестве по существу стратифицированного заряда сгораемых веществ при более высоких тепловых КПД по сравнению с традиционными видами топлива. Клапанный блок 3100 также обеспечивает возможность частичного использования таких видов топлива для значительного улучшения объемного КПД преобразованных двигателей путем увеличения количества воздуха, который вводится в камеру сгорания во время каждого такта впуска.In FIG. 8A and 8B show valve manifold assemblies made in accordance with an embodiment of the invention. Ensuring the possibility of using renewable fuels and increasing the efficiency and service life of large engines in sea freight, agriculture, mining, construction and heavy railway transport, as well as in freight vehicles, is essential, but in large engines originally designed to run on diesel fuel It is extremely difficult to deliver enough gaseous fuel energy. In FIG. 8A and 8B show a partial section through a
В использовании, находящееся под повышенным давлением топливо подается посредством входного штуцера 3102 в клапанную камеру, в которой пружина 3104 переводит клапан, например шарик 3106, в закрытое положение на седле 3108, как показано на чертеже. В высокооборотных двигателях или в двигателях, в которых использование пружины 3104 является нежелательным по той причине, что при этом наблюдается тенденция к увеличению количества твердых частиц в топливной массе, предпочтительно выполнение седла 3108 в форме полюса постоянного магнита, способствующего быстрому закрыванию отверстия в седле шариком 3106. Если в камеру сгорания необходимо подать топливо, толкатель 3112 поднимает шарик 3106 над седлом 3108, и топливо может протекать вокруг шарика 3106 и через проход к показанному на чертеже штуцеру 3110 для доставки в камеру сгорания. Согласно некоторым вариантам реализации толкатель 3112 уплотнен посредством точного соответствия размеру отверстия 3122 или посредством эластичного уплотнения, такого как уплотнение 3114. Толкатель 3112 может быть приведен в действие любым подходящим способом или комбинацией способов.In use, the pressurized fuel is delivered via an
Согласно одному варианту реализации подходящее управление потоком топлива может быть обеспечено действием соленоида, которое является результатом протекания электрического тока в кольцевой обмотке 3126, расположенной в стальной крышке 3128, в которой плунжер 3116 соленоида, соединенный с толкателем 3112, перемещается в осевом направлении, как показано на чертеже. Согласно некоторым вариантам реализации плунжер 3116 предпочтительно является ферромагнитным материалом, который отличается мягкими магнитными свойствами. Прямолинейное перемещение плунжера 3116 направляется подшипником 3124 скольжения, который предпочтительно является самосмазывающимся или выполнен из сплава с низким коэффициентом трения, таким как сплав Nitronic, или представляет собой подшипник, выполненный в соответствии с технологией порошковой металлургии с масляной пропиткой, не требующий регулярной смазки, который может быть ввинчен, посажен с натягом, зафиксирован на месте подходящим адгезивом, зафиксирован обжимом или впаян с возможностью постоянного размещения на ферромагнитной полюсной части 3122 клапанного блока 3100, как показано на чертеже.According to one embodiment, suitable control of the fuel flow can be ensured by the action of the solenoid, which is the result of the flow of electric current in the ring winding 3126 located in the
Согласно другим вариантам реализации шарик 3106 клапана также может быть открыт импульсным действием, при котором плунжеру 3116 придается значительный импульс перед обеспечением значительно большего открывающего усилия после свободного перемещения указанного шарика перед резким ударом толкателя 3112 по указанному шарику 3106. Согласно данному варианту реализации предпочтительно в состоянии покоя имеется достаточный люфт между шариком 3106 и концом толкателя 3112, если плунжер 3116 находится в нейтральном положении в начале ускорения при перемещении в направлении к шарику 3106 для обеспечения возможности развития значительного импульса перед резким ударом по шарику 3106.According to other embodiments, the
Дополнительный способ периодического управления толкателем 3112 и таким образом шариком 3106 может быть осуществлен с использованием поворотного соленоида или механически управляемого кулачка, действующих с той же частотой, с которой управляют клапаном или клапанами для впуска воздуха и/или рабочим тактом двигателя. Такая механическая активация может быть использована как в качестве единственного источника смещения для шарика 3106, так и в соединении с возвратно-поступательным или поворотным соленоидами. В использовании скоба 3118 удерживает шарикоподшипниковый узел 3120, в котором ролик или наружное кольцо антифрикционного подшипникового узла вращаясь проходит по соответствующему кулачку и тем самым вызывает прямолинейное перемещение плунжера 3116 и толкателя 3112 в направлении к шарику 3106. После удара по шарику 3106 и протекания необходимого количества топлива шарик 3106 и плунжер 3116 возвращаются в нейтральное положение магнитным седлом и/или пружинами 3104 и 3105, как показано на чертеже.An additional method of periodically controlling the
Подобным образом предполагается, что подходящее управление клапанным блоком 3100 может быть осуществлено смещением кулачка шарикоподшипникового узла 3120 с функцией удерживания в открытом положении посредством тормоза с пьезоэлектрическим управлением (не показан) или активацией электромагнита 3126, соединенного с плунжером 3116, для продолжения период протекания топлива после прохода распредвала 3120, как показано на фиг. 8A и 9. Это обеспечивает функции клапана для потока текучей среды, в которых выполненный с возможностью перемещения клапанный элемент, такой как шарик 3106, перемещается плунжером 3112, приведенный в действие подходящими механизмами, включая соленоид, кулачковое исполнительное устройство и комбинацию соленоида и кулачковых исполнительных устройств, в которых клапанный элемент 3106 в случае необходимости удерживается в положении, обеспечивающем возможность протекания текучей среды, таким соленоидом, пьезоэлектрическим тормозом и/или комбинацией соленоида и пьезоэлектрических механизмов.Similarly, it is contemplated that suitable control of the
Поток топлива из клапанного блока 3100 может быть доставлен к отверстию впускного клапана двигателя, подходящей топливной форсунке цилиндра, и/или доставлен к форсунке, содержащей выбранные комбинации вариантов реализации, более подробно показанные на фиг. 4, 5, 6, 7, 10 и 11. В некоторых случаях применения, таких как двигатели с большим объемом цилиндров, необходимо доставлять топливо ко всем трем точкам впуска. В случаях, если топливо под давлением доставляется к отверстию впускного клапана камеры сгорания синхронизированным впрыском в момент времени, когда впускной канал или клапан являются открытыми, увеличенная подача воздуха и повышение объемного КПД достигаются путем импульсной передачи топлива чтобы вызвать нагнетание воздуха для повышения плотности воздуха в камере сгорания.The fuel flow from
В таком случае топливо доставляется со скоростью, которая значительно превышает скорость воздуха, чтобы таким образом вызвать ускоренную подачу воздуха в камеру сгорания. Это преимущество может быть усилено путем управления количеством топлива, вводимого в камеру сгорания, которое должно быть меньше, чем требуется для инициирования или поддержания воспламенения искровым зажиганием. Однако такие обедненные воздушно-топливные смеси легко воспламеняются при впрыске топлива, а также с использованием воспламенения согласно вариантам выполнения форсунки, показанным на фиг. 4, 5, 6, 7, 10 и 11, которые предусматривают надежное воспламенение и быстрое проникновение воспламененного топлива в обедненную воздушно-топливную смесь, образованную при синхронизированном поцилиндровом впрыске топлива.In this case, the fuel is delivered at a speed that is significantly higher than the speed of air, so as to cause an accelerated flow of air into the combustion chamber. This advantage can be enhanced by controlling the amount of fuel introduced into the combustion chamber, which should be less than that required to initiate or maintain ignition by spark ignition. However, such depleted air-fuel mixtures are easily ignited by fuel injection, as well as using ignition according to the injector embodiments shown in FIG. 4, 5, 6, 7, 10, and 11, which provide for reliable ignition and rapid penetration of the ignited fuel into the lean air-fuel mixture formed during synchronized cylinder fuel injection.
Дополнительная энергия может быть обеспечена непосредственным поцилиндровым впрыском посредством отдельной топливной форсунки, которая добавляет топливо к сгоранию, инициированному форсункой. Непосредственный впрыск посредством по меньшей мере одной отдельной цилиндровой форсунки в соответствии с шаблоном сгорания, который инициируется и управляется форсункой/запальной свечей, обеспечивает быстрое и полное сгорание в среде избыточного воздуха и снижает тепловые потери, обычно связанные с отдельным непосредственным впрыском и компонентами искрового зажигания, которые требуют, чтобы топливо образовывало завихрения, рикошетировало и/или отбрасывалось от поверхностей камеры сгорания и затем сгорало на поверхностях вокруг источника искрового зажигания или рядом с ними.Additional energy can be provided by direct cylinder injection through a separate fuel nozzle, which adds fuel to the combustion initiated by the nozzle. Direct injection by means of at least one separate cylinder nozzle in accordance with a combustion pattern, which is initiated and controlled by the nozzle / spark plug, provides quick and complete combustion of excess air in the medium and reduces heat losses, usually associated with separate direct injection and spark ignition components, which require the fuel to form turbulences, ricochet and / or drop off the surfaces of the combustion chamber and then burn on the surfaces around Sources of ignition or spark near them.
В больших высокооборотного двигателях и в случае, если необходимо минимизировать электрический ток и тепловыделение в кольцевой обмотке 3126, в частности предпочтительно объединенное использование кулачка с механическим приводом и соленоидного плунжера 3116 с шариком 3112. Такой подход обеспечивает основное перемещение плунжера 3116 за счет распределительного вала, такого как распредвал 3212, показанный на фиг. 9. После установления исходного клапанного действия шарика 3106, активированного кулачком, с подачей топлива, соответствующей режиму холостого хода двигателя, увеличенная подача топлива и повышенная выработка энергии достигаются увеличением "времени удерживания", в течение которого плунжер 3116 продолжает удерживаться вблизи ограничителя 3122 в результате формирования относительно малого электрического тока в кольцевой обмотке 3126. Таким образом, надежная работа клапана и точное управление повышенной мощностью обеспечиваются путем увеличения времени удерживания плунжера 3116 действием соленоида после быстрого открытия шарика 3106 под действием кулачка, как показано на фиг. 8A, 8B, 9 и 12.In large high-speed engines and if it is necessary to minimize electric current and heat generation in the ring winding 3126, in particular, the combined use of a cam with a mechanical drive and a
Согласно аспектам настоящего изобретения двигатели с несколькими камерами сгорания обеспечиваются точно синхронизированной доставкой топлива посредством клапанного блока 3200 согласно варианту реализации настоящего изобретения, как показано на схеме управления топливом, представленной на фиг. 9. Как показано на чертеже, шесть клапанных блоков (3100) расположены в корпусе 3202 на равном угловом расстоянии друг от друга. Корпус 3202 обеспечивает подачу топлива под давлением в каждое входное отверстие 3206 клапанного блока посредством коллектора 3204. Кулачок, расположенный на распредвале 3212, периодически приводит в действие каждый узел 3210 толкателя и тем самым обеспечивает точное протекание топлива от входного отверстия 3206 к выходному отверстию 3208, соответствующему отверстию 3110 в клапанном блоке, показанном на фиг. 8B, из которого топливо доставляется к желательному отверстию впускного клапана и/или в камеру сгорания непосредственно или посредством форсунки/запальной свечи, как показано на фиг. 6, 7 и 10. Согласно некоторым вариантам реализации предпочтительно угловое положение корпуса 3202 адаптивно регулируется относительно распредвала 3212 для формирования искры зажигания и опережения впрыскивания в ответ на адаптивные алгоритмы оптимизации, которые осуществляются контроллером 3220, как показано на чертеже.In accordance with aspects of the present invention, engines with multiple combustion chambers are provided with precisely synchronized fuel delivery via
Согласно некоторым вариантам реализации контроллер 3220 и относящиеся к нему компоненты предпочтительно могут обеспечивать адаптивную оптимизацию подачи топлива в каждую камеру сгорания и результатов искрового зажигания, таких как дополнительное повышение КПД, увеличение выработки энергии, улучшение плавности работы двигателя, повышение отказоустойчивости и увеличение срока службы компонентов двигателя. Контроллер 3220 сохраняет показания датчика для определения времени между каждым ускорением крутящего момента цилиндра и получения положительного и отрицательного ускорений двигателя как функцию данных адаптивного впрыскивания топлива и синхронизации искрового зажигания для определения регулировок, необходимых для оптимизации желательных параметров работы двигателя.In some embodiments, the 3220 controller and related components can preferably provide adaptive optimization of the fuel supply to each combustion chamber and spark ignition results, such as an additional increase in efficiency, increased energy production, improved engine smoothness, increased fault tolerance, and increased engine component life. . The 3220 controller stores sensor readings to determine the time between each acceleration of cylinder torque and to obtain positive and negative engine accelerations as a function of adaptive fuel injection and spark ignition timing to determine the adjustments needed to optimize the desired engine performance.
В целом предпочтительно достижение максимального крутящего момента при минимальном потреблении топлива. Однако в местах, таких как переполненные городские улицы, в которых выбросы оксидов азота являются нежелательными, адаптивный впрыск топлива и угол опережения зажигания обеспечивают максимальный крутящий момент без пиковых температур сгорания, достигающих 2200°C (4000°F). Это достигается описанными и показанными вариантами реализации настоящего изобретения.In general, it is preferable to achieve maximum torque with minimum fuel consumption. However, in places such as crowded city streets where nitrogen oxide emissions are undesirable, adaptive fuel injection and an ignition timing provide maximum torque without peak combustion temperatures reaching 2200 ° C (4000 ° F). This is achieved by the described and shown embodiments of the present invention.
Пиковая температура сгорания предпочтительно определяется датчиком температуры пламени, в котором используется волоконно-оптический кабель малого диаметра или прозрачный изолятор 3072 большего диаметра, как показано на фиг. 10. Согласно некоторым вариантам реализации изолятор 3072 снабжен жаропрочным и износостойким покрытиями, такими как сапфир или алмазное покрытие, на поверхности, обращенной к камере сгорания, выполненной из высокотемпературного полимера или кварца, сапфира, или стекла в случае осуществления комбинированных функций в форсунке, включая световодную передачу излучения, испускаемого при сгорании, датчику 3062D контроллеров 3043 и/или 3432, как показано на чертеже. Контроллер 3043, например, отслеживает беспроводной сигнал от датчиков 3062D, расположенных в каждой камере сгорания, для адаптивного регулирования впрыска топлива и/или синхронизации искрового зажигания с целью предотвращения формирования окиси азота или других оксидов азота.The peak combustion temperature is preferably detected by a flame temperature sensor using a small diameter fiber optic cable or a larger diameter
Согласно некоторым вариантам реализации предпочтительно использование выполненного литьем в форму изолирующего полимера со сквозным отверстием 3064 в светопроводе 3072 для высоковольтного контакта 3068, который защищает и герметизирует указанный контакт 3068, сопло 3070 и контроллер 3062, расположенный рядом с датчиками 3062D и 3062P, и в котором сформировано изолирующее гнездо 3066, как показано на чертеже. Согласно другим вариантам реализации предпочтительно использование этого же изолятора для формирования другого изолирующего гнезда 3066, подобного гнезду 3050, расположенного рядом но ниже и в повернутом положении относительно гнезда 3050, для защиты электрических соединений с контроллером 3062.In some embodiments, it is preferable to use an injection molded insulating polymer with a through
Согласно некоторым вариантам реализации в высокооборотных двигателях, а также в однороторных или одноцилиндровых двигателях может быть предпочтительным использование твердотельного контроллера 3062, как показано на фиг. 10, для обеспечения оптического отслеживания процессов в камере сгорания. Также предпочтительно использование встроенного по меньшей мере одного датчика 3062P давления на поверхности контроллера 3062 в местоположении, подобном местоположению датчика 3062D, или рядом с ним для выработки сигнала, пропорционального давлению в камере сгорания. Согласно некоторым вариантам реализации датчик 3062P давления отслеживает и сравнивает характеристики впуска, сжатия, выпуска и энергии в камере сгорания и формирует сравнительную основу для адаптивного управления впрыском топлива и углом опережения зажигания, как показано на чертеже.In some embodiments, in high speed engines as well as in single or single cylinder engines, it may be preferable to use a
Согласно одному варианту реализации управление дозированием топлива и воспламенением обеспечивается регулировкой длительности периода времени "включенного состояния" посредством распредвала 3212, как показано на фиг. 9, для работы двигателя в режиме холостого хода. Согласно некоторым вариантам реализации кулачок может быть расположен на расстоянии от клапанного элемента 3106 и воздействовать на него посредством толкателя, такого как толкатель 3112, и/или коромысла для дополнительной адаптации в случае необходимости к модифицированным условиям применения, а также к конкретным конфигурациям двигателей новых конструкций. Увеличенная частота вращения двигателя и выработка энергии обеспечиваются за счет увеличении времени "удерживания" плунжера 3116, толкатель 3112 и шарика 3106 посредством протекания слабого электрического тока в кольцевой обмотке 3126 для увеличения интервала времени подачи топлива после первоначального прохода вращающегося распредвала 3212. Таким образом может быть сформирована комбинированная механическая и электромеханическая система, действующая в полном диапазоне желательных частот вращения двигателя и мощностей.According to one embodiment, the control of fuel metering and ignition is provided by adjusting the length of the on-time period by means of a
Согласно настоящему изобретению воспламенение может быть инициировано различными средствами, включая эффект Холла, пьезоэлектрическую кристаллическую деформацию, фотооптическое или магнитное сопротивление, или другие бесконтактные датчики, которые обнаруживают распредвал 3212 или другие синхронно действующие средства и способы, такие как подсчет зубцов шестерни или использование оптического, магнитного, емкостного, индуктивного, магнитоэлектрического или других электрических эффектов, вызывающих изменение сигнала при перемещении плунжера 3116 внутри втулки 3124 и кольцевой обмотки 3126. После выработки указанного сигнала о перемещении плунжера предпочтительным является использование компьютера 3072 или отдельного вычислительного блока для двигателя, такого как 3220 или 3062, для обеспечения адаптивного впрыска топлива и синхронизации зажигания с целью оптимизации по меньшей мере одного желательного результата, выбранного из увеличенной выработки энергии, улучшенной экономии топлива, уменьшенного формирования окиси азота и облегченного запуска двигателя с минимальным потреблением энергии стартера, или с целью реверсирования направления вращения двигателя для устранения необходимости реверсной шестерни в трансмиссии.According to the present invention, ignition can be initiated by various means, including the Hall effect, piezoelectric crystalline deformation, photo-optical or magnetic resistance, or other proximity sensors that detect a 3212 camshaft or other synchronously acting means and methods, such as counting gear teeth or using optical, magnetic , capacitive, inductive, magnetoelectric or other electrical effects that cause a change in signal when moving the
Настоящее изобретение решает задачу отходов топлива, которые возникают, в случае если клапан, управляющий дозированием топлива, расположен на расстоянии от камеры сгорания. Указанная проблема состоит в продолжении протекания топлива после закрытия управляющего клапана и имеет результатом подачу топлива, когда оно не может быть воспламенено в течение оптимального временного интервала, наиболее предпочтительного в рабочем такте. Эта порция топлива пропадает впустую и вызывает ухудшение характеристик двигателя и выхлопной системы, особенно если топливо продолжает подтекать во время такта выпуска. Для преодоления этой трудной задачи доставки достаточных объемов газообразного топлива без подтекания и просачивания во момент времени, когда указанное топливо не может быть оптимально использовано, предпочтительным является использование форсунки 3028, 3029 или 3029 в качестве конечной точки доставки для быстрого и точного впрыскивания топлива в камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания, которые питают энергией систему, показанную на фиг. 14, местных двигателей или двигателей для транспортных средств, которые питаются топливом, доставленным согласно настоящему изобретению.The present invention solves the problem of fuel waste that occurs when the valve controlling the dosage of fuel is located at a distance from the combustion chamber. This problem consists in continuing the flow of fuel after closing the control valve and results in the supply of fuel when it cannot be ignited during the optimal time interval, the most preferred in the operating cycle. This portion of the fuel is wasted and causes a deterioration in the performance of the engine and the exhaust system, especially if the fuel continues to leak during the exhaust stroke. To overcome this difficult task of delivering sufficient volumes of gaseous fuel without leakage and seepage at a point in time when the specified fuel cannot be optimally used, it is preferable to use
Топливо для сгорания доставляется в форсунку, как показано на фиг. 10, с использованием подходящего давления, согласованного посредством входного отверстия 3042. В момент времени, подходящий для впрыска топлива в камеру сгорания модифицированного дизельного двигателя или двигателя с искровым зажиганием, используется узел 3043, 3044, 3046, 3048 и 3054 соленоидного исполнительного устройства. Ферромагнитный привод 3048 перемещается в ответ на электромагнитное усилие, возникающее при приложении к расположенному в изолирующем гнезде 3050 контакту 3052 напряжения, вызывающего электрический ток в кольцевых обмотках изолированного проводника 3046, в результате чего привод 3048 перемещается в направлении к полюсной части соленоидного сердечника, как показано на чертеже.Fuel for combustion is delivered to the nozzle as shown in FIG. 10 using an appropriate pressure matched by
Привод 3048 относительно свободно перемещается в направлении к полюсной части электромагнита, как показано на чертеже, мимо неподвижного в данный момент времени диэлектрического волоконно-оптического кабеля 3060. После получения значительного импульса привод 3048 ударяет в шарик 3035, расположенный внутри пружины, как показано на чертеже. Шарик 3035 соединен с диэлектрическим волоконно-оптическим кабелем 3060, проходящим внутри пружины 3036. Такое быстрое приложение намного большего усилия, вызванного передачей импульса, чем может быть приложено соленоидным клапаном прямого действия, вызывает относительно небольшую инерцию нормально закрытого клапанного элемента 3074 при его резком подъеме от верхнего седла 3090 клапана, как показано на фиг. 10.The
На фиг. 10 показан продольный разрез сборочного узласогласно варианту реализации, которым управляют в соответствии с вариантом реализации изобретения. На фиг. 11 показан вид с торца уплощенной упругой трубки 3094 сборочного узла, показанного на фиг. 10, выполненного в соответствии с вариантом реализации изобретения. На фиг. 12 показан вариант выполнения форсунки, которой управляют в соответствии с принципами настоящего изобретения. На фиг. 13 показан увеличенный вид с торца уплощенной трубки, показанной на фиг. 10. Согласно другому варианту выполнения многотопливной форсунки 3029' выбранное топливо доставляется в заданный момент времени для впрыска в уплощенную упругую трубку 3094, которая обычно является плоской и надувается топливом, которое входит в нее и придает указанной трубке скругленную форму для снижения сопротивления потоку, протекающему в камеру сгорания, как показано на фиг. 10 и 11. После завершения такого направленного потока топлива в камеру сгорания уплощенная упругая трубка 3094 сжимается по существу до нулевого "мертвого" объема в закрытом положении и таким образом эффективно действует в качестве затворного клапана, препятствующего обратному потока находящихся под повышенным давлением газов из камеры сгорания. Волоконный световод 3060 проходит сквозь регулирующий клапан 3074' ниже магнитного седла 3090 для отслеживания событий в камере сгорания при прохождении топлива в уплощенной трубке 3094 к центральной точке схождения прорезей 3088, как показано на чертеже, или согласно другому варианту реализации для прохождения как 3096 сквозь центральное отверстие из группы отверстий, расположенных под заданными углами, которые могут служить также и для распределения топлива для осуществления желательного сгорания стратифицированного заряда. (Этот дополнительный конкретный вид не показан).In FIG. 10 shows a longitudinal section through an assembly according to an embodiment which is controlled in accordance with an embodiment of the invention. In FIG. 11 shows an end view of the flattened
На фиг. 10 показан профиль уплощенной упругой трубки 3094, который является плоским между впрыскиваниями топлива для эффективного действия в качестве затворного клапана, препятствующего выходу газов из камеры сгорания между впрыскиваниями топлива. На фиг. 13 показаны увеличенные виды с торца трубки в сплющенной форме и трубки, раздутой топливом до круглой формы, которая поочередно служит в качестве нормально закрытого затворного клапана и открытого канала для доставки топлива в камеру сгорания. Подходящие упругие полимеры, которые могут быть использованы в качестве материала изготовления для уплощенной упругой трубки 3094, включают политетрафторэтилен, этилентетрафторэтилен, перфторированный сополимер, полиэфирэфиркетон, и фторполимер, подходящие для широкого диапазона рабочих температур от -251°C до 215°C (от -420°F до +420°F). Предполагается, что такие плоские/круглые трубки при передаче топлива упруго раздуваются примерно до размера канала 3092 и сжимаются, занимая минимальное пространство в интервалах между впрыскиваниями порций топлива. Таким образом, уплощенная трубка, показанная на фиг. 13, может принимать серповидную, сплетенную, изогнутую и/или гофрированную форму в соответствии с размерами и геометрией канала 3092. Синергические преимущества состоят в охлаждении трубки 3094 протекающим топливом из теплообменника, как показано на фиг. 14, что способствует увеличению срока службы упругой трубки 3094.In FIG. 10 shows a profile of a flattened
В использовании, поскольку уплощенная упругая трубка 3094 сжимается после вспышек впрыснутого топлива, продукты горения проходят внутрь сквозь прорези 3088 и 3089 и заполняют пространство, оставленное между стенками канала 3092 сопла 3072 и уплощенной трубкой, как показано на виде с торца, представленном на фиг. 13. В адиабатических двигателях и двигателях, имеющих очень высокие характеристики, такая конструкция способствует передаче большого количества тепла к указанной плоской трубке и таким образом к топливу, которое циклически проходит через нее. В таких случаях особенным преимуществом является возможность нагрева протекающего в трубке плотного охлажденного или сверхохлажденного топлива. Эта уникальная конструкция также обеспечивает охлаждение верхних областей узла форсунки, сопровождаемое передачей тепла к топливу для повышения давления паровой фазы и/или возбуждения фазовых переходов непосредственно перед впрыском и воспламенением в камере сгорания. Таким образом, упругая трубка 3094 дополнительно может служить в качестве циклического теплообменника для улучшенной работы с различными видами топлива и условиями его использования, изменяющимися в широких пределах.In use, since the flattened
В случаях, если необходимо обеспечить запуск холодного двигателя и работать на топливных жидкостях с низким давлением паровой фазы, таких как метанол, этиловый спирт, дизельное топливо или бензин, форсунка 3028 или 3029 выполняет очень быстро повторяющиеся циклы открывания и закрывания регулирующего клапана 3074 и тем самым осуществляет подачу топлива новым способом, который обеспечивает чрезвычайно большую удельную поверхность (поверхность на единицу объема). При действии регулирующего клапана в рабочих циклах, таких как 0,0002 секунды в открытом положении и 0,0001 секунды в закрытом положении, которые достигаются ударным открывающим действием якоря 3048 на кабель или стержень 3060 и шарик 3074, имеющие очень малую инерционность, топливо впрыскивается из прорезей 3088 и 3089, как показано на фиг. 4 и 5, в форме структурированной последовательности разреженных и сгущенных волн, как показано на фиг. 2, 3A, 3B, 3C и 3D. Такой подход обеспечивает надежное искровое воспламенение, сопровождаемое высокой скоростью сгорания тонких, имеющих высокую удельную поверхность топливных слоев, в результате чего общие полные циклы впрыскивания составляют от примерно 0,001 секунды в режиме холостого хода до примерно 0,012 секунды во время ускорения двигателя. Такие структурированные плоские волны пленок впрыснутого из прорезей 3088 топлива обеспечивают значительно более поздний впрыск и более надежное воспламенение по сравнению с традиционными способами формирования воздушно-топливных смесей в форме гомогенного заряда смеси или компромиссных воздушно-топливных смесей в форме стратифицированного заряда путем отталкивания или рикошетирования от поверхностей камеры сгорания, как это требуется для нормальной работы отдельной топливной форсунки в сочетании со свечой зажигания.In cases where it is necessary to start a cold engine and work on fuel liquids with low vapor pressure, such as methanol, ethanol, diesel fuel or gasoline, the
Адаптивная синхронизация искрового зажигания с каждой волной впрыснутого топлива обеспечивает значительно улучшенное управление пиковой температурой сгорания. В использовании во время сгорания изначально обогащенной топливом смеси в первую очередь происходит сжигание топливной пленки, сопровождаемое переходом расширяющегося фронта горения в область избыточного воздуха, который окружает сгорающий стратифицированный заряд, в результате чего происходит сгорание удаленных обогащенных воздухом областей, и таким образом осуществляется надежное полное сгорание без превышения пиковой температуры сгорания, составляющей 2204°C (4000°F), и таким образом без формирования оксидов азота.Adaptive synchronization of spark ignition with each wave of injected fuel provides significantly improved control of the peak combustion temperature. In using the mixture initially enriched in fuel during combustion, the fuel film is primarily burned, accompanied by the transition of the expanding combustion front to the region of excess air that surrounds the burning stratified charge, resulting in the combustion of remote areas enriched in air, and thus reliable complete combustion without exceeding a peak combustion temperature of 2204 ° C (4000 ° F), and thus without the formation of nitrogen oxides.
Сочетание описанных вариантов реализации обеспечивает способ и надежный процесс преобразования энергии, содержащий этапы, на которых сохраняют по меньшей мере одно топливное вещество в резервуаре, передают такое топливо и/или тепловую, термохимическую или электрохимическую производные такого топлива в устройство, которое по существу разделяет исполнительное устройство клапана, такое как исполнительное устройство 3048, от регулирующего клапана 3074, расположенного на граничной поверхности камеры сгорания двигателя, для управления указанным топливом или его производными посредством электрически изолированного кабеля и тем самым по существу для устранения подтекания топлива в произвольные моменты времени в камеру сгорания двигателя. Это сочетание обеспечивает эффективное использование фактически любого газообразного, парообразного, жидкого или сгущенного топлива независимо от удельной энергоемкости топлива, вязкости, или октанового или цетанового чисел. Подача достаточного электрического потенциала на или сквозь клапан 3074, расположенный рядом с камерой сгорания, обеспечивает адаптивное плазменное или искровое воспламенение впрыскиваемого топлива в точные моменты времени и таким образом оптимизирует работу двигателя.The combination of the described embodiments provides a method and a reliable energy conversion process comprising the steps of storing at least one fuel substance in a tank, transferring such fuel and / or thermal, thermochemical or electrochemical derivatives of such fuel to a device that essentially divides the actuator a valve, such as an
Согласно аспектам настоящего изобретения система для многотопливного впрыска и воспламенения для преобразования энергии может быть применена к мобильным и стационарным двигателям. Гибридные транспортные средства и распределенные энергетические системы представляет собой особенно характерные примеры таких применений. В случаях, когда от двигателя 3430 необходимо получить максимальную мощность, предпочтительным является использование водорода, если таковой может быть подан из топливного бака 3404, или водородосодержащего топлива, изготовленного согласно варианту реализации 236, которое затем охлаждают в устройстве 3426 согласно варианту реализации, и/или путем смешивания с охлажденным исходным топливом из топливного бака 3404, и осуществляют впрыск стратифицированного заряда во время такта сжатия в двигателе 30 для охлаждения недросселируемого заряда воздуха для уменьшения обратной работы из-за работы сжатия, с адаптивной синхронизацией угла опережения зажигания для ускоренного сгорания водорода или водородосодержащего топлива и таким образом максимизации тормозного среднего эффективного давления (BMEP).According to aspects of the present invention, a multi-fuel injection and ignition system for energy conversion can be applied to mobile and stationary engines. Hybrid vehicles and distributed energy systems are particularly representative examples of such applications. In cases where it is necessary to obtain maximum power from the
В случаях, когда необходимо минимизировать оксиды азота, предпочтительным является использование водорода или водородосодержащего топлива и адаптивное регулирование синхронизации впрыскивания и угла опережения зажигания для достижения максимального тормозного среднего эффективного давления без превышения пиковой температуры в камере сгорания, составляющей 2204°C (4000°F). В случаях, если необходимо обеспечить максимально тихую работу двигателя, предпочтительным является отслеживание рабочего шума с использованием по меньшей мере одного акустического датчика, такого как датчик 3417, расположенного рядом с выпускным коллектором и выхлопной трубой, и адаптивное регулирование синхронизации впрыска топлива и угла опережения зажигания с целью минимизации шума с акустическими длинами волн, воспринимаемых человеческим ухом. В случаях, если необходимо обеспечить максимальный срок службы двигателя, предпочтительным является адаптивное регулирование синхронизации впрыска топлива и угла опережения зажигания с целью достижения максимального тормозного среднего эффективного давления с минимальной передачей тепла к поверхностям камеры сгорания.In cases where it is necessary to minimize nitrogen oxides, it is preferable to use hydrogen or hydrogen-containing fuel and adaptively control the injection timing and the ignition timing to achieve maximum braking average effective pressure without exceeding the peak temperature in the combustion chamber of 2204 ° C (4000 ° F). In cases where it is necessary to ensure the quietest operation of the engine, it is preferable to monitor working noise using at least one acoustic sensor, such as a 3417 sensor located next to the exhaust manifold and the exhaust pipe, and adaptive regulation of the fuel injection timing and ignition timing with The goal is to minimize noise with acoustic wavelengths perceived by the human ear. In cases where it is necessary to ensure the maximum engine life, it is preferable to adaptively control the synchronization of fuel injection and the ignition timing in order to achieve maximum braking average effective pressure with minimal heat transfer to the surfaces of the combustion chamber.
На фиг. 12 показан частичный вид типичного блока двигателя и компонентов головки и форсунки 3328, которые действуют согласно описанным вариантам реализации 3028, 3029 или 3029', с соответствующим исполнительным устройством топливного клапана, расположенным в верхней изолированной части 3340 и электрически изолированным от топливного регулирующего клапана, расположенного рядом с камерой сгорания, в которой шаблон 3326 впрыска стратифицированного топливного заряда является асимметричным, как изображено на чертеже, для реализации показанной на чертеже геометрии камеры сгорания. Такие асимметричные шаблоны распространения топлива предпочтительно формируются путем использования соответственно больших каналов для подачи топлива, таких как широкие промежутки в частях прорезей 3088 и 3089, показанных на фиг. 4, 5, 6, 7 и 10, для увеличения проникновения топлива, входящего в камеру сгорания, вдоль соответствующих лучей проникновения топлива по шаблону 3326, как показано на чертеже, для оптимизированного использования воздуха в качестве агента горения и изолирующего избыточного воздуха, окружающего область горения, для минимизации потерь тепла, отходящего к компонентам поршневой головки, включая впускной или выпускной клапан 3322, или блоку двигателя, включая охладитель в каналах, как показано на чертеже.In FIG. 12 is a partial view of a typical engine block and components of the head and
В случаях, если необходимо максимизировать выход оксидов азота для целей медицинского, промышленного, химико-синтетического и сельскохозяйственного применений, предпочтительным является максимизация температуры сгорания стратифицированного заряда и работа поршней с высокими скоростями для быстрого образования и выпуска оксидов азота, сформированных в камере сгорания. В этом случае обеспечивается комбинированное изготовление необходимых химических элементов и эффективная выработка двигательной энергии для выработки электричества, тягового усилия и/или для других применений, использующих мощность на валу двигателя. Система, комбинирующая работу, как описано выше и показано на фиг. 4, 6, 8, 9, 10 и 12, является особенно эффективной в обеспечении указанных новых результатов и преимуществ.In cases where it is necessary to maximize the yield of nitrogen oxides for medical, industrial, chemical and synthetic and agricultural applications, it is preferable to maximize the combustion temperature of the stratified charge and to operate pistons at high speeds for the rapid formation and release of nitrogen oxides formed in the combustion chamber. In this case, the combined production of the necessary chemical elements and the efficient generation of motor energy for generating electricity, traction and / or for other applications using power on the motor shaft are provided. A system combining work as described above and shown in FIG. 4, 6, 8, 9, 10, and 12, is particularly effective in providing these new results and benefits.
На фиг. 14 схематически показаны разрезы некоторых компонентов системы 3402, выполненный в соответствии с вариантом реализации изобретения. В частности, на фиг. 14 показана система 3402, посредством которой варианты выбора топлива с изменяющимися в широких пределах температурой, удельной энергоемкостью, давлением паровой фазы, скоростью сгорания и потребностью в использовании воздуха надежно сохраняются и с возможностью взаимозамены используются при впрыскивании и воспламенении в камере сгорания. Система 3402 может содержать топливный бак 3404, имеющий непроницаемую и химически совместимую с топливом облицовку 3406, которая обернута достаточным количеством армирующего волокна и выдерживает испытательное давления по меньшей мере 7000 атмосфер и циклическое рабочее давление по меньшей мере 3000 атмосфер, необходимое для хранения газов и/или паров жидкостей, имеющих плотность охлажденных паров, жидкостей или твердых частиц.In FIG. 14 is a schematic sectional view of some components of a
Как дополнительно показано на фиг. 14, регулятор 3412 может доставлять топливо в топливный элемент 3437 посредством регулирующего клапана 3439. Согласно одному варианту реализации топливный элемент 3437 может быть обратимым топливным элементом, выполненным с возможностью выработки водорода из сырья, такого как вода, и может быть любого подходящего типа, включая низкотемпературный и высокотемпературный топливные элементы, а также топливные элементы с различными типами электролита. Согласно настоящему варианты реализации топливо, сохраненное в топливном баке 3404, может быть преобразовано в распыленное топливо, которое является более подходящим для более эффективного преобразования в топливном элементе 3437 по сравнению с системой, которая вырабатывает такое предпочтительное распыленное топливо традиционными способами. Таким образом, сочетание таких компонентов и операций обеспечивает чрезвычайно эффективную гибридизацию и удобство в достижении высоких КПД и функциональности.As further shown in FIG. 14, the
Согласно одному варианту реализации топливный бак 3404 может быть быстро заполнен топливом, протекающим сквозь различные клапаны, например, заправочную горловину 3410, первый четырехходовой клапан 3411 и второй четырехходовой клапан 3414, как показано на фиг. 14. Отражающие диэлектрические слои 3416 и уплотняющий слой 3418 обеспечивают теплоизоляцию и поддержку узла давления, конструкция которого предназначена для поддержки и защиты системы хранения при минимальной передаче тепла к хранилищу 3406 или от него, как показано на чертеже. Согласно аспектам варианта реализации диэлектрические слои 3416 и уплотняющий слой 3418 могут быть покрыты отражающими металлами. Например, прозрачные пленки из стекла или полимеров с одной стороны могут быть покрыты очень тонким слоем отражающих металлов, такими как алюминий или серебро, для обеспечения отражения лучистой энергии и уменьшения теплопроводности. Согласно дополнительным вариантам реализации сами диэлектрические материалы могут обеспечивать отражение благодаря разности коэффициентов преломления между материалами, выбранными для перемежающихся слоев.According to one embodiment, the
Согласно дополнительным аспектам настоящего изобретения может быть учтен период времени, необходимый для существенного использования наиболее охлажденного топлива, сохраненного в узле давления. Например, выбранные эффективная длина теплопроводящего пути и количество отражающих слоев изоляции 3416 могут обеспечить блокирование теплопередачи, достаточное для минимизации или предотвращения влажности, конденсации иобразования льда в снабженной уплотнением поверхности 3418. Соответственно, топливный бак 3404 может быть соответствующим образом усовершенствован для хранения под давлением как низкотемпературных твердых веществ и жидкостей, так и паров, которые под давлением превращаются в жидкость с очень большой удельной энергоемкостью при температуре окружающей среды. Подобным образом узел 3404 может быть заполнен текучими средами, например охлажденными этаном и пропаном, без риска повышения давления, которое происходит, если топливный бак нагревается до температуры окружающей среды.According to additional aspects of the present invention, the time period necessary for the substantial use of the most cooled fuel stored in the pressure unit can be taken into account. For example, the selected effective heat-conducting path length and the number of
Согласно дополнительным аспектам настоящего изобретения топливный бак 3404 также может обеспечивать безопасное хранение твердых веществ, таких как сгустки сверхохлажденного твердого водорода в низкотемпературном жидком водороде и сверхохлажденного твердого метана в низкотемпературном жидком водороде или метане. Плавление таких твердых веществ и формирование из них жидкостей с последующим нагревом таких жидкостей для образования пара является предпочтительным в безопасных условиях хранения узла давления, в то время как образование льда на поверхности 3418 и вытекающее из него повреждение компонентов предотвращено теплоизолирующей системой 3416 и уплотняющим слоем 3418.According to additional aspects of the present invention,
Согласно дополнительным аспектам настоящего изобретения виды жидкого топлива, подходящие для передачи в топливный бак 3404 и хранения в нем, включают низкотемпературный водород и/или метан. В использовании может быть удобным заполнение топливного бака 3404 этаном, пропаном, бутаном, метанолом или этанолом и хранение в нем указанных видов топлива. Кроме того, бензин или чистое дизельное топливо также могут храниться в топливном баке 3404 после соответствующей обработки топливного бака 3404 по меньшей мере с двумя топливными баками этанола или метанола перед очередным заполнением бака низкотемпературным топливом. Соответственно, обеспечивается удобное хранение широкого диапазона наиболее предпочтительных видов топлива с предотвращением загрязнения и низкими затратами. Согласно аспектам настоящего изобретения в городских районах предполагается использование водорода для предотвращения загрязнения воздуха при взаимозаменяемом использовании возобновляемых производных газообразных смесей водорода и моноксида углерода, метанола, этанола, этана или пропана. Это обеспечивает возможность и облегчает конкуренцию для фермеров и предпринимателей, изготавливающих и продающих различные виды топлива для удовлетворения потребностей владельцев транспортных средств и поставщиков комбинированной энергии, которые осуществляют длительное хранение различных видов топлива и/или малозатратных видов топлива.According to additional aspects of the present invention, liquid fuels suitable for transfer to and storage in
Как показано на фиг. 14, при открывании/закрывании клапана 3414 осуществляется забор топлива из нижней части топливного бака 3404 с использованием сетчатого фильтра 3420 или из верхней части указанного топливного бака с использованием сетчатого фильтра 3422 в соответствии с выбранным путем потока топлива, как показано на чертеже. В случаях, если сохраняющие узлы давления топливного бака эксплуатируются в тяжелых условиях, топливо, содержащееся в баке, поддерживается в безопасности благодаря облицовке 3406 и встроенной арматуре. Согласно аспектам настоящего изобретения узел внешней рубашки, выполненный в форме диэлектрического слоя 3416 и уплотняющего слоя 3418, минимизирует излучающую, проводящую и конвекционную теплопередачу, повышает класс пожаростойкости при отраженном излучении, изолирует от всех форм приема тепла и рассеивает собственное тепло в течение значительно более длительного времени по сравнению с традиционными топливными баками.As shown in FIG. 14, when opening /
Согласно дополнительным вариантам реализации в случае расширенного контакта с огнем температура узла давления или давление хранения в конечном счете могут достичь уровня, на котором требуется спуск давления. В точке, в которой температура и/или давление поднялись до соответствующей процентной доли от максимального допустимого уровня хранения, используются встроенный датчик 3431 давления и датчик 3433 температуры, передающие информацию посредством беспроводного, волоконно-оптического или проводного соединения в контроллер 3432 "черного ящика", который сигнализирует четырехходовому клапану 3414 о необходимости первоочередной передачи дополнительного топлива в двигатель 3430, как показано на чертеже. Если двигатель 3430 в данный момент не действует, контроллер 3432 опрашивает его состояние для определения безопасности немедленного пуска двигателя с нагрузкой или без нагрузки. В использовании, двигатель 3430 может быть запущен и/или переведен в режим работы с достаточной скоростью потребления топлива для предотвращения превышения порогового давления или пороговой температуры в узле 3404 топливного бака.According to additional embodiments, in the case of extended contact with fire, the temperature of the pressure unit or the storage pressure can ultimately reach the level at which pressure release is required. At the point at which the temperature and / or pressure has risen to an appropriate percentage of the maximum allowable storage level, an
Как показано на фиг. 14, система 3402 содержит форсуночное устройство 3428 для облегчения быстрого автоматического запуска двигателя 3430 и, в отличие от предпочтительного нормального режима работы с высокой производительностью, изменением впрыска и углом опережения зажигания может задавать режим работы двигателя с низкой топливной экономичностью для осуществления сгорания гомогенного заряда топливной смеси и значительной обратной работой. Согласно аспектам данного варианта реализации в указанном режиме топливо может потребляться намного быстрее, чем в режиме с высокоэффективным сгоранием стратифицированного заряда при адаптивном управлении впрыском топлива и углом опережения зажигания для оптимизации теплового КПД. Согласно настоящему изобретению форсуночное устройство 3428 также облегчает работу двигателя во время ненормального ограничения подачи воздуха в двигатель 3430 ("дросселируемого впуска воздуха") для формирования впускного вакуума, в результате чего система подачи топлива значительно снижает давление и тем самым обеспечивает возможность парообразования в баке 3404 или отсасывает топливные пары и таким образом вызывает испаряющее охлаждение топлива в случае, если необходимо скомпенсировать значительный прирост тепла из-за длительного действия огня на топливный бак 3404. Такие способы полезного применения топлива из топливного бака 3404 вместо выброса топлива в атмосферу для уменьшения давление во время контакта с огнем являются более предпочтительными, поскольку мощность двигателя может быть использована в водонасосных установках с одновременным охлаждением топливного бака и гашением огня или обеспечением тягового усилия для выхода из зоны огня. Этот режим безопасного управления ресурсами для устранения опасности является наиболее подходящим для стационарных энергоустановок и для транспортных средствах аварийно-спасательных служб, в частности лесных и гражданских противопожарных служб.As shown in FIG. 14, the
Если такие меры предосторожности не достаточны для предотвращения превышения давления или температуры в топливном баке 3404, дополнительное топливо выпускается средством для сброса давления, расположенным в клапане 3414, в воздух с использованием безопасной выводной трубы 3434, как показано на чертеже. Безопасная выводная труба 3434 предпочтительно выходит в безопасную зону 3465, предназначенную для отвода горячих газов, такую как дымоход или выхлопная труба транспортного средства, и таким образом предотвращает нанесение ущерба человеку или материальным ценностям.If such precautions are not sufficient to prevent overpressure or temperature in the
Как дополнительно показано на фиг. 14, является предпочтительным использование водорода из аккумулятора 3419 посредством регулятора или подобного регулятору устройства для подачи обработанного топлива в качестве буферного газа для вращающегося оборудования, такого как генераторы электроэнергии и двигатель 3430, с целью удаления тепла, выработанного указанным вращающимся оборудованием, и для уменьшения потерь из-за сопротивления воздуха и фрикционных потерь. Было выяснено, что чистота такого водорода не является критическим фактором, и может присутствовать существенное количество метана, моноксида углерода и т.п. без вреда для вращающегося оборудования, и что в результате такого использования могут быть значительно повышены КПД и производительность преобразования энергии. Таким образом, фактически любое исходное топливо, которое содержит водород или реагирует с соединением, содержащим водород, таким как вода, с последующим изготовлением водорода, может быть преобразовано согласно вариантам реализации настоящего изобретения для охлаждения водорода и снижения потерь сопротивления воздуха в генераторах и повышения КПД и безопасности двигателей внутреннего сгорания. Варианты реализации, показанные на фиг. 14, наряду с устройствами 3028, 3029, 3100, 3200 и 3029' обеспечивают использование водород, имеющего низкую удельную энергоемкость, в качестве превосходного теплоносителя и в качестве предпочтительного топлива для топливного элемента 3437 и двигателя 3430.As further shown in FIG. 14, it is preferable to use hydrogen from the
Особенно важное применение состоит в использовании такого водорода для снижения рабочей температуры в обмотках вращающихся электрогенераторов для повышения эффективности их работы и производительности преобразования энергии. После нагрева при проходе сквозь такое вращающееся оборудование водород может быть направлен к картеру поршневого двигателя и затем к форсункам и/или клапанному узлу 3200 таких двигателей для использования в качестве топлива. Это повышает эффективность применений, связанных с комбинированной генерацией, и увеличивает производительность результирующей системы. Заполнение картера 3455 поршневого двигателя водородной атмосферой повышает эксплуатационную безопасность за счет того, что в картере не может образоваться горючая смесь воздуха и водорода для поддержания непреднамеренного воспламенения. Такая атмосфера с низкой вязкостью синергически уменьшает сопротивление воздуха и фрикционные потери при относительном движении компонентов двигателя. Это также значительно увеличивает срок службы смазочных материалов благодаря устранению нежелательных окислительных реакций между кислородом и масляными пленками и капельками, которые образуются в картере. Поддержание сухой водородной атмосферы в картере, температура которой выше температуры испарения воды, обеспечивает дополнительное преимущество, состоящее в удалении воды и предотвращении коррозии подшипников и кольцевых уплотнений, и т.п., благодаря присутствию электролитической воды.A particularly important application is the use of such hydrogen to reduce the operating temperature in the windings of rotating electric generators to increase their efficiency and energy conversion performance. After heating, when passing through such rotating equipment, hydrogen can be directed to the crankcase of the piston engine and then to the nozzles and / or
Такое увлажнение водородом в соединении с удалением воды из картера является чрезвычайно предпочтительным для обслуживания протонообменной мембраны (PEM) в топливных элементах, таких как 3437, в частности в гибридизированных применениях. Это обеспечивает чрезвычайно гибкую и эффективную работу систем, основанных на вариантах реализации настоящего изобретения, показанных на фиг. 14, которые пользуются большим спросом в диапазоне выходных мощностей от нескольких киловатт, как у топливного элемента 3437, до нескольких мегаватт при объединении указанного мотор-генератора с таким топливным элементом для удовлетворения спроса, изменяющегося из-за суточных колебаний, потребностей, вызванных сезонными изменениями погоды, или в силу технологических требований.Such hydration with hydrogen in conjunction with the removal of water from the crankcase is extremely preferred for serving the proton exchange membrane (PEM) in fuel cells such as 3437, in particular in hybrid applications. This provides extremely flexible and efficient operation of systems based on the embodiments of the present invention shown in FIG. 14, which are in great demand in the range of output powers from a few kilowatts, like the 3437 fuel cell, to several megawatts when combining the specified motor generator with such a fuel cell to meet demand changing due to daily fluctuations, needs caused by seasonal changes in weather , or due to technological requirements.
При нормальной работе, в условиях запуска холодного двигателя с холодным топливом в топливном баке 3404, из верхней части топливного бака 3404 извлекают пары топлива через сетчатый фильтр 3422, многоходовой клапан 3414 и подают по изолированному трубопроводу 3425 к форсуночному устройству 3428 для впрыскивания и воспламенения с последующим сгоранием стратифицированного заряда и быстрым нагревом избыточного воздуха во всех камерах сгорания двигателя 3430, которые выполняют рабочий такт. Если необходимо получить более высокую мощность по сравнению с обеспеченной устойчивым текущим расходом топливных паров, поданных из верхней части топливного бака 3404, то из нижней части топливного бака 3404 через сетчатый фильтр 3420 берут жидкое топливо, которое доставляют к форсуночному устройству 3428. Согласно аспектам настоящего изобретения после разогрева двигателя тепло выхлопа может быть использовано для повышения давления и выпаривания жидкого топлива в теплообменнике 3436. Согласно другим дополнительным аспектам настоящего изобретения теплообменник 3436 может содержать по меньшей мере один встроенный подходящий катализатор для выработки нового распыленного топлива из жидкого топлива, пара или газообразных компонентов топлива.During normal operation, under conditions of starting a cold engine with cold fuel in a
Согласно настоящему изобретению и в зависимости от химического состава топлива, размещенного в топливном баке 3404, теплообменник 3436 может формировать различные виды водородосодержащего топлива для улучшения работы двигателя 3430. Например, влажный метанол может быть выпарен и диссоциирован добавлением тепла для изготовления водорода и моноксида углерода, как показано в Равенстве 1:According to the present invention and depending on the chemical composition of the fuel housed in the
Выражение 1Expression 1
2CH3OH+H2O+ТЕПЛО --> 5H2+CO+CO2.2CH 3 OH + H 2 O + HEAT -> 5H 2 + CO + CO 2 .
Как показано в Равенстве 2, эндотермическое преобразование недорогого влажного этанола может быть обеспечено теплом и/или добавлением донора кислорода, такого как вода:As shown in Equality 2, the endothermic conversion of inexpensive wet ethanol can be provided by heat and / or the addition of an oxygen donor such as water:
Выражение 2Expression 2
C2H5OH+H2O+ТЕПЛО --> 4H2+2COC 2 H 5 OH + H 2 O + HEAT -> 4H 2 + 2CO
Соответственно, настоящий вариант реализации обеспечивает использование спиртов, изготовленных из биомассы намного более дешевыми способами, при которых существенное количество воды остается смешанным со спиртом, поскольку он изготовлен путем деструктивной дистилляции, синтезом моноксида углерода и водорода и/или ферментацией и дистилляцией. В использовании это обеспечивает более предпочтительную экономию энергии, поскольку для изготовления влагосодержащего спирта требуется меньшее количество энергии и менее дорогое производственное оборудование, чем для изготовления чистого спирта. Без теоретических подробностей, процесс и система, описанные здесь, дополнительно облегчают использование отходящего тепла от двигателя для эндотермического создания водорода и топливных производных моноксида углерода и получения до 25% больше энергии сгорания по сравнению с чистым спиртом. Дополнительные преимущества могут быть получены за счет улучшенных характеристик более быстрого и чистого сгорания, обеспеченных водородом. Соответственно, использование форсуночного устройства 3428 для дозирования и воспламенения таких водородосодержащих топливных производных, как стратифицированный заряд в недросселируемом воздухе позволяет повысить общую топливную экономичность более чем на 40% по сравнению со сгоранием гомогенного заряда топливной смеси на основе чистого спирта или спиртов.Accordingly, this embodiment provides the use of alcohols made from biomass in much cheaper ways in which a substantial amount of water remains mixed with alcohol, since it is made by destructive distillation, synthesis of carbon monoxide and hydrogen and / or fermentation and distillation. In use, this provides a more preferable energy saving, since the production of moisture-containing alcohol requires less energy and less expensive production equipment than for the production of pure alcohol. Without theoretical details, the process and system described here further facilitate the use of exhaust heat from the engine to endothermally produce hydrogen and carbon monoxide fuel derivatives and produce up to 25% more combustion energy compared to pure alcohol. Additional benefits can be obtained through improved characteristics of faster and cleaner combustion provided by hydrogen. Accordingly, the use of a
Согласно другим дополнительным вариантам реализации вода для эндотермических реакций, показанных в Равенствах 1 и 2, может быть извлечена из вспомогательного водного резервуара-хранилища 3409 и/или отобрана из потока выхлопа и добавлена в дополнительный бак 3409, или получена путем предварительного смешивания воды и, в случае необходимости, стабилизатора растворимости с топливом, сохраненным в топливном баке 3404, и/или может быть собрана из атмосферного конденсата в канале 3423 для воздушного потока, проходящего над поверхностью теплообменника 3426. Как показано на фиг. 14, насос 3415 обеспечивает доставку воды через затворный клапан 3407 в теплообменный реактор 3436 со скоростью, пропорциональной расходу топлива через клапан 3411 и затворный клапан 3407, для поддержания реакций стехиометрического преобразования.According to other further embodiments, the water for the endothermic reactions shown in Equals 1 and 2 can be removed from the auxiliary
Топливные спирты, такие как этанол, метанол, изопропиловый спирт, и т.п., растворяются в воде в стехиометрических пропорциях и при эндотермическом преобразовании образуют значительно больше водорода, как в целом показано и получено в итоге в Равенствах 1 и 2. Это обеспечивает возможность изготовления большого количества дешевого топлива для предпочтительного использования, например, на фермах и в других малых предприятиях. Экономия стоимости происходит помимо прочего за счет снижения энергии на рафинацию для удаления воды и транспортировку из отдаленных перерабатывающих предприятий.Fuel alcohols, such as ethanol, methanol, isopropyl alcohol, and the like, dissolve in water in stoichiometric proportions and form much more hydrogen upon endothermic conversion, as generally shown and summarized in Equations 1 and 2. This makes it possible the manufacture of large quantities of cheap fuel for preferred use, for example, on farms and other small enterprises. Cost savings occur, among other things, by reducing energy for refining to remove water and transportation from remote processing plants.
При сжигании любого углеводородного, водородного или водородосодержащего топлива в двигателе 3430 в выхлопе двигателя образуется вода. Согласно аспектам настоящего изобретения значительная часть такой воды в выхлопном потоке может быть извлечена посредством, например, водосъемника 3405 после охлаждения отработанных газов до температуры ниже точки росы. Согласно одному варианту реализации противоточный теплообменник/реактор 3436 обеспечивает большую часть тепла, если не все тепло, необходимое для эндотермических реакций, описанных Равенствами 1 и 2, и в значительной мере охлаждает выхлоп. В зависимости от скоростей противотекущих потоков и площади поверхности, выхлопные газы могут быть охлаждены до температуры, близкой к температуре хранения топлива. Это легко обеспечивает конденсацию воды, и в многочисленных дополнительных новых вариантах реализации настоящее изобретение, использующее это применение, может сочетаться с процессами хранения топлива, и/или для использования тепла выхлопа для питания циклов дополнительной выработки энергии, и/или в сочетании с гибридизированными двигателями, электролизерами, обратимыми топливными элементами, и/или для сбора воды, как описано в патентах США №№ 6756140; 6155212; 6015065; 6,446,597; 6503584; 5343699; 5394852 и в любой безусловной патентной заявке, заявляющей приоритет над находящейся в совместном рассмотрении предварительной патентной заявке № 60/551219, которые посредством ссылки полностью включены в настоящую заявку.When any hydrocarbon, hydrogen, or hydrogen-containing fuel is burned in an
В случаях, если недостаточно тепла или температура, необходимая для эндотермических реакций преобразования в реакторе 3436, не достигается, насос 3403 может подавать обогащенные кислородом отработанные газы в реактор 3436, как показано на фиг. 14. Использование насоса согласно настоящему варианту реализации облегчает сочетание экзотермических реакций между кислородом и присутствующим распыленным топливом для выработки моноксида углерода и/или диоксид углерода наряду с водородом вместе с эндотермическими реакциями преобразования, которым способствует дополнительная теплоотдача. При традиционном использовании продуктов реакций в реакторе 3436 вырабатываются нежелательные побочные продукты, такие как азот, однако форсуночное устройство 3428 выполнено с возможностью впрыскивания и быстрой доставки в камеру сгорания больших объемов газа в момент верхней мертвой точки или около него, или в течение периода рабочего такта и при условиях, которые не ухудшают объемный или тепловой КПД двигателя 3430.In cases where there is insufficient heat or the temperature required for the endothermic conversion reactions in the
Таким образом, топливо, содержащее водород, хранится в топливном баке 3404 в любом из следующих состояний, включая низкотемпературное сгущенное топливо, низкотемпературную жидкость, холодный пар под давлением, адсорбированное вещество, сверхкритическую текучую среду при окружающей температуре и текучую среду при окружающей температуре, с добавлением тепла от выхлопа двигателя и от преобразованного топливного вещества с повышенной температурой, включая горячие пары, новые химические вещества и смеси новых химических веществ с горячими парами, впрыснутых в камеру сгорания двигателя и воспламененных в ней. Из отработанных газов двигателя 3430 также может быть извлечено достаточное тепло для значительной конденсации воды, которая предпочтительно собирается для использования в эндотермических реакциях в более высоких температурных областях реактора 3436 с топливом, содержащим водород, для изготовления водород, как показано на чертеже. В равенстве 3 показано получение тепла и воды в результате сжигания углеводородного топлива, такого как метан:Thus, hydrogen containing fuel is stored in the
Выражение 3Expression 3
CH4+3O2 --> CO2+2H2OCH 4 + 3O 2 -> CO 2 + 2H 2 O
В равенстве 4 показан общий процесс преобразования углеводородов, таких как метан, этан, пропан, бутан, октан, бензин, дизельное топливо, и других видов топлива, имеющих более тяжелые молекулы, с водой для формирования смесей водорода и моноксида углерода:Equality 4 shows the general process for the conversion of hydrocarbons, such as methane, ethane, propane, butane, octane, gasoline, diesel, and other fuels having heavier molecules with water to form mixtures of hydrogen and carbon monoxide:
Выражение 4Expression 4
CxHy+XH2O+ТЕПЛО --> (0,5Y+X) H2+XCOC x H y + XH 2 O + HEAT -> (0,5Y + X) H 2 + XCO
Из равенств 3, 5 и 6 видно, что количество воды, полученное после сгорания углеводорода, такого как метан, в два или три раза больше, чем необходимо для преобразования метана в более предпочтительное водородосодержащее топливо:Equations 3, 5 and 6 show that the amount of water obtained after the combustion of a hydrocarbon, such as methane, is two or three times more than is necessary to convert methane to a more preferred hydrogen-containing fuel:
Выражение 5Expression 5
CH4+H2O+ТЕПЛО --> 3H2+COCH 4 + H 2 O + HEAT -> 3H 2 + CO
В равенстве 6 показано преимущество преобразования углеводорода, такого как метан, и сжигания результирующего распыленного топлива из Равенства 5 для изготовления газов, расширяющихся в большей степени во время рабочего такта в камере сгорания, наряду с изготовлением большего количества воды для реакции преобразования в реакторе 3436.Equality 6 shows the advantage of converting a hydrocarbon such as methane and burning the resulting atomized fuel from Equality 5 to produce gases that expand more during the working cycle in the combustion chamber, along with the production of more water for the conversion reaction in
Выражение 6Expression 6
3H2+CO+2O2 --> 3H2O+CO2 3H 2 + CO + 2O 2 -> 3H 2 O + CO 2
Соответственно, реакция преобразования метана с водой для изготовления и сжигания генераторного газа (водород и моноксида углерода) обеспечивает большую энергию сгорания и примерно в три раза больше воды, чем необходимо для эндотермического преобразования метана в реакторе 3436. Таким образом, в транспортном средстве или стационарной установке согласно настоящему изобретению наряду с водой, конденсированной в теплообменнике 3426, может быть собрано вполне достаточное количество воды. Сбор воды уменьшает собственный вес, поскольку в двигателе 3430 большая весовая часть воды, используемой в реакторе 3436, получена из сгорания содержащегося в воздухе кислорода с водородом или водородосодержащим топливом. Таким образом, каждый грамм водорода соединяется с восьмью граммами атмосферного кислорода для получения девяти граммов воды, собранной из выхлопа двигателя 3430.Accordingly, the methane-water conversion reaction for the manufacture and combustion of generator gas (hydrogen and carbon monoxide) provides greater combustion energy and about three times more water than is necessary for the endothermic conversion of methane in a 3436 reactor. Thus, in a vehicle or stationary installation according to the present invention, along with the water condensed in the
Согласно другим дополнительным вариантам реализации соответствующим образом очищенная вода может быть использована для управления по меньшей мере одним процессов электролиза при высокой или низкой температурах, которые могут быть достигнуты за счет теплообмена с двигателем 3430 или холодным топливом из топливного бака 3404 для поддержания операций регенерации в гибридных транспортных средствах и/или выравнивающих нагрузку операций наряду с каталитическими реакциями в теплообменнике 3436. Этот вариант реализации способствует повышению общей эффективности использования энергии, полученной в результате синергических сочетаний, описанных в настоящей заявке, и является дополнительно предпочтительной, поскольку такая вполне достаточная чистой подача воды не требует использования громоздкой и нуждающейся в частом обслуживании обратноосмотический системы дистилляции или другого дорогостоящего и энергозатратного оборудования.According to other further embodiments, suitably treated water can be used to control at least one electrolysis process at high or low temperatures, which can be achieved by heat exchange with an
Другие преимущества, которые обеспечиваются изготовленными согласно настоящему изобретению водородосодержащими видами топлива, состоят в следующем:Other advantages provided by hydrogen-containing fuels made according to the present invention are as follows:
Водород горит в 7-10 раз быстрее метана и подобных ему углеводородов, что позволяет задавать угол опережения зажигания намного позже по сравнению с исходными углеводородными видами топлива, а также позволяет предотвратить значительную обратную работу и тепловые потери, которые могут быть вызваны воспламенением в ранние моменты тактов сжатия.Hydrogen burns 7-10 times faster than methane and similar hydrocarbons, which allows you to set the ignition timing much later compared to the original hydrocarbon fuels, and also helps to prevent significant reverse work and heat losses that can be caused by ignition in the early moments of cycles compression.
Водород и моноксид углерода, изготовленные в результате эндотермических реакций преобразования, во время сгорания повышают выработку тепла до 25% по сравнению с исходным углеводородным топливом. Этот эффект имеет место благодаря термодинамическому вкладу эндотермического тепла при формировании водорода и моноксида углерода из исходного углеводорода. Этот способ в частности является предпочтительным для использования отходящего тепла от рубашки водяного охлаждения двигателя или системы воздушного охлаждения наряду с более высоким количеством тепла от выхлопной системы, как показано на чертеже.Hydrogen and carbon monoxide produced as a result of endothermic conversion reactions during combustion increase heat production by up to 25% compared to the original hydrocarbon fuel. This effect takes place due to the thermodynamic contribution of endothermic heat during the formation of hydrogen and carbon monoxide from the initial hydrocarbon. This method is particularly preferred for utilizing waste heat from a water jacket of an engine or air cooling system along with a higher amount of heat from an exhaust system, as shown in the drawing.
Водород сгорает очень чисто, надежно обеспечивает чрезвычайно быстрое распространение фронта пламени и в среде избыточного воздуха обеспечивает полное сгорание любых углеводородов, полученных в результате реакции преобразования, которые становятся дополнительными компонентами водородосодержащих воздушнотопливных смесей.Hydrogen burns very cleanly, reliably provides an extremely fast propagation of the flame front and in an environment of excess air provides complete combustion of any hydrocarbons resulting from the conversion reaction, which become additional components of hydrogen-containing air-fuel mixtures.
Быстрое сгорание водорода и/или другого распыленного топлива в присутствии водяных паров, которые доставляются форсуночным устройством 3428, быстро нагревает такие пары для расширения изолированного стратифицированного заряда и совершения работы в камере сгорания с обеспечением намного большей производительности по сравнению со способами расширения гомогенного заряда на основе водяного пара.The rapid combustion of hydrogen and / or other atomized fuel in the presence of water vapor, which is delivered by the
Быстрый нагрев водяных паров наряду с изготовлением водяных паров при сгорании существенно уменьшает содержание оксидов азота путем снижения пиковой температуры продуктов сгорания и синергичной реакцией таких реактивных водяных паров с оксидами азота для значительного уменьшить конечного выхода и наличия оксидов азота в отработанных газах.Rapid heating of water vapor along with the production of water vapor during combustion significantly reduces the content of nitrogen oxides by lowering the peak temperature of the combustion products and the synergistic reaction of such reactive water vapor with nitrogen oxides to significantly reduce the final yield and presence of nitrogen oxides in the exhaust gases.
Быстрое воспламенение и нагрев путем быстрого сгорания водородосодержащего окисленного топлива благодаря уникальной конструкции форсуночного устройства 3428 обеспечивает больше времени в камере сгорания для предпочтительных синергичных реакций, в результате которых полностью окисляются все компоненты топлива и уменьшается содержание оксидов азота в выхлопном потоке.The rapid ignition and heating by rapid combustion of hydrogen-containing oxidized fuel, thanks to the unique design of the 3428 nozzle device, provides more time in the combustion chamber for preferred synergistic reactions, which completely oxidize all fuel components and reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust stream.
На фиг. 15A-15D последовательно показаны результаты сгорания стратифицированного заряда при использовании исполнительного устройства для активации клапана, такого, как в целом описанный пьезоэлектрический или электромагнитный якорь, который расположен в верхней части форсуночного устройства 3428 и является электрически изолированным от регулирующего клапана 3584, но механически связан с регулирующим клапаном 3584, расположенным у граничной поверхности камеры сгорания, как показано на чертеже. В этом случае управляющий расходом элемент 3584 служит в качестве выполненного с возможностью перемещения регулирующего клапана, который смещается в направлении к камере сгорания для впрыскивания топлива и перемещается вверх в нормально закрытое положение, чтобы служить в качестве затворного клапана, противостоящего давлению газообразных продуктов сгорания. Происходит воспламенение впрыснутого топлива, плазменный разряд распространяется под действием электрического потенциала, приложенного между заземленными на корпус головкой или блоком двигателя и изолированным узлом регулирующего клапана 3584, как показано на чертеже.In FIG. 15A-15D successively show the results of stratified charge combustion using an actuator for activating a valve, such as the generally described piezoelectric or electromagnetic armature, which is located at the top of
Диэлектрические особенности встроенных форсунок/запальных свечDielectric Features of Injectors / Glow Plugs
На фиг. 16 показан частичный разрез вида сбоку форсунки 410, выполненной в соответствии с вариантом реализации изобретения. Форсунка 410, показанная на фиг. 16, иллюстрирует некоторые особенности диэлектрических материалов, которые могут быть использованы согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Показанная на чертеже форсунка 410 содержит некоторые особенности, которые могут быть по меньшей мере в целом подобными по своей структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше и показанных на фиг. 1-3D. Например, форсунка 410 содержит корпус 412, который имеет сопловую часть 418, проходящую от средней части 416. Сопловая часть 418 проходит в отверстие или впускной канал 409, выполненный в головке двигателя 407. Различные двигателей, такие как дизельные двигатели, имеют впускные каналы 409 с очень малыми диаметрами (например примерно 7,09 мм или 0,279 дюйма в диаметре). Такие малые размеры с трудом обеспечивают достаточную изоляцию для искрового или плазменного воспламенения распыленного топлива, которые предполагаются в настоящем изобретении (например, видов топлива, энергетическая плотность которых примерно в 3000 раз меньше, чем у дизельного топлива). Однако, как подробно описано ниже, форсунки согласно настоящему изобретению имеют корпуса 412 с диэлектрическими или изолирующими материалами, которые обеспечивают достаточную электрическую изоляцию для изготовления высоковольтного (например 60000 В) провода и/или зажигания (например, искрового или плазменного зажигания) при очень малых расстояниях. Эти диэлектрические или изолирующие материалы также отличаются стойкостью и защищенностью против окисления или другого ухудшения характеристик из-за циклического контакта с высокотемпературными газами под высоким давлением, образующимися при сгорании топлива. Кроме того, как подробно описано ниже, эти диэлектрические материалы могут быть выполнены с возможностью встраивания в них оптических или электрических каналов связи, проходящих от камеры сгорания к датчику, такому как преобразователь, измеритель, фильтр, усилитель, контроллер и/или компьютер. Кроме того, изолирующие материалы могут быть жестко соединены или интегрированы в месте расположения уплотнения с металлической основной частью 414 корпуса 412.In FIG. 16 is a partial sectional side view of a
Особенности спиральной навивки диэлектрикаFeatures of spiral dielectric winding
Согласно одному варианту выполнения корпуса 412 форсунки 410, показанной на фиг. 16, диэлектрические материалы, содержащие среднюю часть 416 и/или сопловую часть 418 форсунки 410, показаны на фиг. 17A и 17B. Более конкретно, на фиг. 17A показан вид сбоку изолятора или диэлектрического корпуса 512, и на фиг. 17B показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 17B-17B, показанных на фиг. 17A. Несмотря на то, что корпус 512, показанный на фиг. 17A, в целом имеет цилиндрическую форму, согласно другим вариантам реализации корпус 512 может иметь другие формы, включая, например, сопловые части, проходящие от корпуса 512 в направлении к граничной поверхности 531 камеры сгорания. Как показано на фиг. 17A и 17B, в показанном варианте реализации диэлектрический корпус 512 имеет спиральный или навитый нижний слой 528. Согласно некоторым вариантам реализации нижний слой 528 может быть выполнен из искусственной или натуральной слюды (например листовой слюды без микроканалов). Однако согласно другим вариантам реализации нижний слой 528 может быть выполнен из других материалов, обеспечивающих достаточную электрическую прочность при их относительно малой толщине. В показанном варианте реализации по меньшей мере одна сторона нижнего слоя 528 покрыта относительно тонким диэлектрическим покрывающим слоем 530. Покрывающий слой 530 может быть выполнен из высокотемпературного высокочистого полимера, такого как тефлон NXT, динеон TFM, парилен HT, полиэфирсульфон и/или полиэфирэфиркетон. Однако согласно другим вариантам реализации покрывающий слой 530 может быть выполнен из других материалов, подходящих для соответствующего уплотнения нижнего слоя 528.According to one embodiment of the
Нижний слой 528 и покрывающий слой 530 могут иметь плотную спиральную навивку, которая формирует трубку и таким образом образует последовательные слои листов комбинированных нижнего слоя 528 и покрывающего слой 530. Согласно некоторым вариантам реализации эти слои могут быть соединены в навитой конфигурации подходящими адгезивами (например керамоцемент). Согласно другим вариантам реализации эти слои могут быть пропитаны полимером, стеклом, высокодисперсным оксидом кремния или другими подходящими материалами для обертывания корпуса 512 в форме плотно навитой трубки. Кроме того, листы или слои корпуса 512 могут быть разделены наложенными последовательно разнородными пленками. Например, разделяющие пленки между слоями корпуса 512 могут включать парилен N, уложенный поверх парилена C, уложенного поверх парилена HT, а также слои пленки и/или слои, разделенные пленками из других материалов, таких как тонкий нитрид бора, полиэфирсульфон или полиолефин, такой как полиэтилен, или другие подходящие для разделения материалы. Такие разделяющие пленки также могут быть сформированы под действием высокой температуры или давления из волокон, например, из волокон монокристаллического сапфира. Такие волокна могут быть изготовлены выращиванием методом пьедестала с использованием теплового лазера и впоследствии могут быть покрыты перфторированным этиленпропиленом (фторполимером) или другими материалами с подобным коэффициентом преломления для предотвращения утечки энергии из волокон в потенциально поглощающие пленки, которые окружают такие волокна.The
Покрывающий слой 530, примененный в форме относительно тонких пленок (например от 0,1 до 0,3 мм), может обеспечить электрическую прочность примерно от 2,0 КВ/0,001 дюйма до 4,0 КВ/0,001 (от 787,4 КВ/см до 1574,8 КВ/см) при температуре от -30°C (например -22°F) до примерно 230°C (например 450°F). Было выяснено, что покрывающие слои 530 с большей толщиной не обеспечивают достаточную изоляцию для обеспечения необходимого напряжения для воспламенения. В частности, как показано в Таблице 1, представленной ниже, покрывающие слои с большей толщиной имеют значительно уменьшенную электрическую прочность. Эта уменьшенная электрическая прочность может оказаться недостаточной для предотвращения электрической сквозной дуги и утечки тока через изолирующий корпус 512 в моменты времени, когда в камере сгорания необходимо осуществить воспламенение (например искровое или плазменное). Например, в различных двигателях с высоким давлением сжатия, например типичных дизельных двигателях или двигателях с турбонаддувом, напряжение, необходимое для инициирования воспламенения (например, путем искрового или плазменного зажигания) составляет примерно 60 КВ или больше. Традиционный диэлектрический корпус, содержащий трубчатый изолятор с эффективной толщиной стенки только 0,04 дюйма (1 мм) или больше, выполненной из традиционного изолирующего материала, обеспечивает электрическую прочность лишь 500 В/0,001 дюйма (196,85 КВ/см) и соответственно не выдержит указанное необходимое напряжение.The
Сравнение электрической прочности выбранных материалов Table 1
Comparison of dielectric strength of selected materials
(пленки толщиной < 0,06 мм или 0,002 дюйма)Dielectric Strength (kV / mil)
(films <0.06 mm or 0.002 inches thick)
(пленки толщиной > 1,0 мм или 0,04 дюйма)Dielectric Strength (kV / mil)
(films with a thickness> 1.0 mm or 0.04 inches)
(866,14 -1574,8 КВ/см)2.2-4.0 kV / mil
(866.14 - 1574.8 KV / cm)
(157,48-196,85 КВ/см)0.4-0.5 kV / mil
(157.48-196.85 KV / cm)
(2913,38 КВ/см)7.4 kV / mil
(2913.38 kW / cm)
(157,48-196,85 КВ/см)0.4-0.5 kV / mil
(157.48-196.85 KV / cm)
(787,4-1771,65 КВ/см)2.0-4.5 kV / mil
(787.4-1771.65 kW / cm)
(629,92 КВ/см)1.6 kV / mil
(629.92 kW / cm)
(551,18 КВ/см)1.4 kV / mil
(551.18 kW / cm)
(118,11-196,85 КВ/см)0.3-0.5 kV / mil
(118.11-196.85 KV / cm)
(118,11-196,85 КВ/см)0.3-0.5 kV / mil
(118.11-196.85 KV / cm)
[00209] Вариант выполнения изолирующего корпуса 512, показанный на фиг. 17A и 17B, может обеспечить электрическую прочность примерно 3000 В/0,001 дюйма (1181,1 КВ/см) при температурах в пределах от -30°C (например -22°F) до примерно 450°C (например 840°F). Кроме того, покрывающие слои 530 также могут служить в качестве уплотнения для нижнего слоя 528, которое препятствует проникновению газов сгорания и/или других загрязнителей в корпус 512. Покрывающие слои 530 также могут обеспечивать коэффициент преломления в достаточно широких пределах для повышения эффективности светопередачи через корпус 512 для оптических каналов связи, проходящих в корпусе 512.[00209] An embodiment of the insulating
Согласно другой особенности показанного варианта реализации корпус 512 содержит каналы 532, проходящие в продольном направлении сквозь корпус 512 между листами или слоями нижних слоев 528. Согласно некоторым вариантам реализации каналы 532 могут быть проводниками, например высоковольтными проводами для искрового зажигания или кабелями. Эти провода для зажигания могут быть выполнены из металлической проволоки, которую изолируют или оксидируют алюминием и таким образом наносят на проволоку оксид алюминия. Каналы 532 проходят продольно сквозь корпус 512 между соответствующими нижними слоями 528 и потому не способствуют прохождению заряда радиально во внешнем направлении сквозь корпус 512. Соответственно, каналы 532 не нарушают или иным способом ухудшают диэлектрические свойства корпуса 512. Дополнительно к доставке напряжения для зажигания согласно некоторым вариантам реализации каналы 532 также могут быть в рабочем положении соединены по меньшей мере с одним исполнительным устройством и/или контроллером для управления редукционным клапаном для впрыска топлива.According to another feature of the illustrated embodiment, the
Согласно другим вариантам реализации каналы 532 могут быть выполнены с возможностью передачи данных о сгорании топлива от камеры сгорания по меньшей мере к одному преобразователю, усилителю, контроллеру, фильтру, обрабатывающему компьютеру, и т.п. Например, каналы 532 могут быть оптическими волокнами или другими каналами, сформированными из оптических слоев или волокон, таких как кварц, фтористый алюминий, фторид ZBLAN, стекло и/или полимеры, и/или другие материалы, подходящие для передачи данные через форсунку. Согласно другим вариантам реализации каналы 532 могут быть выполненными из подходящих трансмиссионных материалов, таких как цирконий, барий, лантан, алюминий и фторид натрия (ZBLAN), а также могут быть керамическими или стеклянными трубками.According to other embodiments, the
Особенности ориентации диэлектрических доменовFeatures of the orientation of dielectric domains
[00212] Согласно другому варианту выполнения форсунки 410, показанному на фиг. 16, диэлектрические материалы корпуса 412 (например, средняя часть 416 и/или сопловая часть 418) могут быть выполнены с заданной ориентацией доменов для достижения желательных диэлектрических свойств, способных к выдерживанию высоких напряжений, которые используются согласно настоящему изобретению. Например, структура домена может содержать кристаллизованные домены, совмещенные по окружности, а также расположенные послойно вокруг трубчатого корпуса 412, которые таким образом формируют сжимающие усилия у наружной поверхности, которые уравновешиваются растяжением приповерхностного слоя. В частности, на фиг. 18A и 18B показаны сечения видов сбоку диэлектрического корпуса 612, выполненного согласно другому варианту реализации изобретения, взятые по существу вдоль линии 18-18, показанной на фиг. 16. Как показано на фиг. 18A, корпус 612 может быть выполнен из керамического материала, имеющего высокую электрическую прочность, такого как кварц, сапфир, стеклянная матрица, и/или другого подходящего керамического материала.[00212] According to another embodiment of the
Согласно настоящему варианту реализации корпус 612 содержит прозрачные домены 634, которые ориентированы в целом в одном направлении. Например, домены 634 ориентированы таким образом, что собственная продольная ось каждого отдельного домена 634 выровнена в направлении, проходящем в целом по окружности вокруг корпуса 612. С доменами 634, послойно расположенными в этой ориентации, корпус 612 обеспечивает превосходную электрическую прочность фактически при любой его толщине. Это благодаря тому, что послойно расположенные длинные, плоские домены препятствуют образованию проводящего пути в радиальном направлении к внешней стороне корпуса 612.According to the present embodiment, the
На фиг. 18B показаны сжимающие усилия в конкретных областях корпуса 612. В частности, согласно варианту реализации, показанному на фиг. 18B, корпус 612 обработан таким образом, что домены 634 по меньшей мере частично расположены по меньшей мере в одной сжимаемой области 635 (т.е. области, в которой действуют сжимающие усилия согласно ориентации доменов 634) рядом с внешней наружной поверхностью 637 и внутренней наружной поверхностью 638 корпуса 612. Корпус 612 также имеет несжимаемую область 636, образованную доменами 634, расположенными между сжимаемыми областями 635. Несжимаемая область 636 формирует уравновешивающие растягивающие усилия в средней части корпуса 612. Согласно некоторым вариантам реализации каждая из сжимаемых областей 635 может содержать большее количество доменов 634 на единицу объема для достижения сжимающих усилий. Согласно другим вариантам реализации каждая из сжимаемых областей 635 может содержать домены 634, обработанные с возможностью локального сохранения аморфной структуры, или первоначально изготовленные с аморфной структурой или кристаллической решеткой с более низким коэффициентом упаковки по сравнению с доменами 634, расположенными в несжимаемой области 636. Согласно другим дополнительным вариантам реализации внешняя поверхность 637 и внутренняя поверхность 638 могут быть приведены в сжатое состояние ионным легированием, металлизацией поверхностных слоев и/или диффузией в поверхность по меньшей мере одного вещества, так что указанная поверхность имеет более низкий коэффициент упаковки по сравнению с несжимаемой областью 636 корпуса 612. Согласно варианту реализации, показанному на фиг. 18B, сжимаемые области 635 внешней поверхности 637 и внутренней поверхности 638 корпуса 612 имеют более высокую анизотропную электрическую прочность.In FIG. 18B shows compressive forces in specific areas of the
Одно преимущество варианта реализации, показанного на фиг. 18B, состоит в том, что в результате вышеуказанной разности коэффициентов упаковки в сжимаемых областях 635 и несжимаемой области 636 поверхность, на которую действует давление, становится сжатой и намного более прочной и стойкой к растрескиванию или разрушению. Например, такое усовершенствование на основе сжимающего усилия по меньшей мере частично предотвращает проникновение веществ (например электролитов, таких как вода с растворенными веществами, богатые углеродом материалы, и т.п.), которые могут формировать проводящие каналы в корпусе 612 и таким образом вызвать ухудшение электрической прочности корпуса 612. Такое усовершенствование на основе сжимающего усилия также по меньшей мере частично предотвращает ухудшение характеристик корпуса 612 из-за тепловых и/или механических ударных нагрузок при контакте с быстро изменяющимися температурой, давлением, химическими деградантами и импульсными силами во время каждого эпизода сгорания. Например, вариант реализации, показанный на фиг. 18B, в частности выполнен с возможностью длительного выдерживания электрического напряжения на корпусе 612, имеет повышенную прочность против растрескивания благодаря большим нагружающим усилиям, включая сосредоточенную нагрузку, а также малоцикловую или многоцикловую усталостную прочность.One advantage of the embodiment shown in FIG. 18B, that as a result of the above difference in packing coefficients in the
Другое преимущество ориентированных кристаллических доменов 634, комбинированных со сжимаемыми областями 635, состоит в том, что указанная конфигурация доменов 634 обеспечивает максимальную электрическую прочность при действии напряжения, установленного на корпусе 612. Например, описанная конфигурация обеспечивает значительное улучшение электрической прочности до 2,4 КВ/0,001 дюйма (944,88 КВ/см) в секциях, толщина которых больше 1 мм или 0,040 дюйма. Эти значения являются более высокими по сравнению с керамическими материалами, имеющими тот же состав, без описанной выше новаторской ориентации доменов, электрическая прочность которых составляет всего лишь примерно от 1,0 КВ/0,001 дюйма до 1,3 КВ/0,001 дюйма (от 393,7 КВ/см до 511,81 КВ/см).Another advantage of oriented
Ниже подробно описаны некоторые процессы для изготовления изоляторов, описанных выше, со сжимающими поверхностными особенностями. Согласно одному варианту реализации, например, изолятор, выполненный согласно варианту реализации изобретения, может быть выполнен из материалов, описанных в патенте США № 3,689,293, который посредством ссылки полностью включен в настоящую заявку. Например, изолятор может быть выполнен из материала, содержащего следующие ингредиенты по весу: SiO2 в количестве 25-60%, R2O3 в количестве 15-35% (где R2O3 представляет собой B2O3 в количестве 3-15% и Al2O3 в количестве 5-25%), MgO в количестве 4-25% + Li2O в количестве 0-7% (с общим количеством MgO + Li2O составляющим примерно 6-25%), R2O в количестве 2-20% (где R2O представляет собой Na2O в количестве 0-15%, K2O в количестве 0-15%, Rb2O в количестве 0-15%), Rb2O в количестве 0-15%, Cs2O в количестве 0-20% и F в количестве 4-20%. В частности, согласно одному варианту реализации иллюстративная рецептура содержит SiO2 в количестве 43,9%, MgO в количестве 13,8%, Al2O3 в количестве 15,7%, K2O в количестве 10,7%, B2O3 в количестве 8,1% и F в количестве 7,9%. Однако согласно другим вариантам реализации изоляторы, выполненные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, могут быть выполнены с большими или меньшими процентными количествами перечисленных выше материалов, а также других различных материалов.Some processes for making the insulators described above with compressive surface features are described in detail below. According to one embodiment, for example, an insulator made according to an embodiment of the invention may be made of materials described in US Pat. No. 3,689,293, which is incorporated herein by reference in its entirety. For example, the insulator may be made of a material containing the following ingredients by weight: SiO 2 in an amount of 25-60%, R 2 O 3 in an amount of 15-35% (where R 2 O 3 represents B 2 O 3 in an amount of 3- 15% and Al 2 O 3 in an amount of 5-25%), MgO in an amount of 4-25% + Li 2 O in an amount of 0-7% (with a total amount of MgO + Li 2 O of approximately 6-25%), R 2 O in an amount of 2-20% (where R 2 O represents Na 2 O in an amount of 0-15%, K 2 O in an amount of 0-15%, Rb 2 O in an amount of 0-15%), Rb 2 O in the amount of 0-15%, Cs 2 O in the amount of 0-20% and F in the amount of 4-20%. In particular, according to one embodiment, the illustrative formulation contains SiO 2 in an amount of 43.9%, MgO in an amount of 13.8%, Al 2 O 3 in an amount of 15.7%, K 2 O in an amount of 10.7%, B 2 O 3 in the amount of 8.1% and F in the amount of 7.9%. However, according to other embodiments, insulators made according to the embodiments of the present invention can be made with larger or lower percentages of the materials listed above, as well as other various materials.
Согласно одному варианту реализации изобретения ингредиенты для материала изолятора измельчаются в шаровой мельнице и плавятся в подходящем закрытом плавильном тигле, который выполнен из материалов, невосприимчивых к указанным ингредиентам, формирующим изолятор, и не реагирующих с ними. Ингредиенты выдерживаются при температуре примерно 1400°C (например 2550°F) в течение периода времени, достаточного для их надежного полного смешивания в расплаве. Затем расплавленная масса охлаждается и вновь измельчается в шаровой мельнице вместе с добавками, которые могут быть выбраны из группы, включающей связующие вещества, смазки и подставки для обжига. Затем ингредиенты прессуют выдавливанием в различных заданных формах, включая, например, трубчатую, нагреваются до примерно 800°C (1470°F) и выдерживаются некоторое время при температуре выше температуры преобразования. Нагревом выше температуры преобразования стимулируется образование центров кристаллизации фтористой слюды. Затем выпрессованные выдавливанием ингредиенты могут быть дополнительно нагреты и вторично отформованы под давлением или выпрессованы выдавливанием при температуре примерно от 850°C до 1100°C (1560°F-2010°F). При этом вторичном нагреве кристаллы, которые уже сформированы, окончательно формируются, как в целом описано выше, для максимизации электрической прочности в предпочтительных направлениях результирующего продукта.According to one embodiment of the invention, the ingredients for the insulator material are ground in a ball mill and melted in a suitable closed melting crucible, which is made of materials that are insensitive to, and do not react with, these insulator forming ingredients. The ingredients are aged at a temperature of about 1,400 ° C (e.g., 2,550 ° F) for a period of time sufficient to allow them to fully mix in the melt. Then the molten mass is cooled and again crushed in a ball mill along with additives that can be selected from the group including binders, lubricants and supports for firing. The ingredients are then extruded in various desired forms, including, for example, tubular, heated to about 800 ° C (1470 ° F), and held for a while at a temperature above the conversion temperature. By heating above the transformation temperature, the formation of crystallization centers of fluoride mica is stimulated. Then extruded by extrusion of the ingredients can be further heated and re-molded under pressure or extruded by extrusion at a temperature of from about 850 ° C to 1100 ° C (1560 ° F-2010 ° F). With this secondary heating, crystals that are already formed are finally formed, as generally described above, to maximize electrical strength in the preferred directions of the resulting product.
Кристаллизация таких материалов, включая, например, стеклослюденит, имеющий состав K2Mg5Si8O20F4, осуществляет экзотермическую теплоотдачу, поскольку объемный коэффициент упаковки доменов увеличивается, и соответственно увеличивается плотность. Параметры преобразования, такие как образование центров кристаллизации, экзотермическая скорость теплоотдачи, характеристики кристаллизации и температура кристаллизации, зависят от содержания в изоляторе фтора и/или содержания B2O3. Соответственно, изготовление изолятора с управлением этих переменных обеспечивает улучшение выходного продукта, его прочность на разрыв, усталостную прочность и/или электрическую прочность, а также увеличивает химическую стойкость изолятора.The crystallization of such materials, including, for example, glass microfibre, having the composition K 2 Mg 5 Si 8 O 20 F 4 , exothermically transfers heat, since the volume coefficient of domain packing increases and, accordingly, the density increases. Transformation parameters, such as the formation of crystallization centers, exothermic heat transfer rate, crystallization characteristics and crystallization temperature, depend on the content of fluorine in the insulator and / or the content of B 2 O 3 . Accordingly, the manufacture of an insulator with the control of these variables provides an improvement in the output product, its tensile strength, fatigue strength and / or electric strength, and also increases the chemical resistance of the insulator.
Этот процесс обеспечивает важный новый анизотропный продукт, имеющий максимальную электрическую прочность, которая может быть задана и достигнута путем направленного формования, включая прессование выдавливанием трубки-полуфабриката в трубку меньшего диаметра или тонкостенную трубку, для формирования удлиненных и/или ориентированных кристаллических доменов, типичных для репрезентативной выборки, показанной на фиг. 104B, которые сформированы и послойно расположены для более или менее плотного окружения необходимой особенности, такой как внутренний диаметр, сформированный вокруг штыря, который используется в процессе горячего формования или прессования выдавливанием.This process provides an important new anisotropic product having the maximum dielectric strength that can be set and achieved by directional molding, including extrusion, by extruding a semi-finished tube into a tube of a smaller diameter or thin-walled tube, to form elongated and / or oriented crystalline domains typical of a representative the sample shown in FIG. 104B, which are formed and layered in order to more or less densely surround a desired feature, such as an inner diameter formed around a pin that is used in a hot molding or extrusion process.
Согласно другому варианту реализации способ по меньшей мере частичного ориентирования и/или сжатия доменов 634 согласно описанному варианту реализации может быть осуществлен добавлением B2O3 и/или фтора на поверхности, которые необходимо сделать компрессионно напряженными при противодействии уравновешивающего растягивающего напряжения в подложке сформированных продуктов, прошедших тепловую обработку. Такое добавление B2O3, фтора или подобных активирующих реагентов может быть достигнуто добавлением легирующих присадок, которые добавляются и напыляются в желательные места на полупроводниках. Эти активирующие реагенты также могут быть добавлены в качестве обогащающих смесей в состав компонента, которые могут быть применены путем разбрызгивания, осаждением паровой фазы, окрашиванием и/или промывкой. Кроме того, эти активирующие реагенты могут быть изготовлены с использованием реакций экспозиции реагента и конденсации.According to another embodiment, the method of at least partially orienting and / or compressing the
Увеличенное содержание B2O3 и/или фтора в материале и около поверхностей, которые желательно сделать компрессионно нагруженными, вызывает ускоренное образование центров кристаллизации фтористой слюды. Такое образование центров кристаллизации вызывает увеличение количества небольших кристаллов, конкурирующих с добавленным путем диффузии материалом, по сравнению с несжимаемыми областями подложки продукта. Этот процесс соответственно обеспечивает более высокий коэффициент упаковки в несжимаемых областях подложки, чем в близких к поверхности сжимаемых областях, которые обогащены такими реагентами, как B2O3, фтор и/или другие активирующие реагенты, которые способствуют дополнительному образованию центров кристаллизации фтористой слюды. В результате, желательное поверхностное предварительно сформированное компрессионное сжатие повышает стойкость компонента против действия воспламенения и химических реагентов.The increased content of B 2 O 3 and / or fluorine in the material and near surfaces that it is desirable to make compression-loaded causes an accelerated formation of crystallization centers of fluoride mica. This formation of crystallization centers causes an increase in the number of small crystals competing with the material added by diffusion, compared with incompressible regions of the product substrate. This process accordingly provides a higher packing coefficient in incompressible regions of the substrate than in compressible regions close to the surface, which are enriched with reagents such as B 2 O 3 , fluorine and / or other activating reagents, which contribute to the formation of crystallization centers of fluoride mica. As a result, the desired surface preformed compression compression increases the resistance of the component against the effects of ignition and chemicals.
Другой способ формирования или повышения сжимающих усилий, уравновешенных растягивающими силами в соответствующих подложках, включает нагрев целевой области, в которой необходимо сформировать сжатие. Целевая область может быть достаточно нагрета до превращения кристаллов в аморфную структуру. Затем подложка может быть быстро охлаждена для достаточного сохранения существенной части аморфной структуры. В зависимости от типа охваченных компонентов, такой нагрев может быть осуществлен в плавильной печи. Такой нагрев также может быть осуществлен излучением резистивного или индукционного источника нагрева, а также электронным лучом или лазером. Другой вариант этого процесса может быть осуществлен увеличением числа небольших кристаллов или доменов при обработке нагреванием и/или добавлением реагентов, образующих центры кристаллизации, и стимуляторов роста (например B2O3 и/или фтора) к частично покрытым раствором областям для быстрой перекристаллизации и тем самым для формирования необходимого компрессионного напряжения.Another method for generating or increasing compressive forces balanced by tensile forces in the respective substrates involves heating the target region in which compression is to be formed. The target region can be sufficiently heated until the crystals turn into an amorphous structure. The substrate can then be rapidly cooled to sufficiently preserve a substantial portion of the amorphous structure. Depending on the type of components covered, such heating can be carried out in a melting furnace. Such heating can also be carried out by radiation of a resistive or induction heating source, as well as an electron beam or laser. Another variant of this process can be carried out by increasing the number of small crystals or domains during heat treatment and / or by adding reagents that form crystallization centers and growth stimulants (for example, B 2 O 3 and / or fluorine) to regions partially covered by the solution for fast recrystallization and most to form the necessary compression stress.
На фиг. 19A схематично показана система 700a для осуществления процесса, включающего плавление и прессование выдавливанием для формирования изолятора с компрессионными напряжениями в желательных областях согласно другому варианту реализации изобретения. В частности, в показанном варианте реализации система 700a содержит плавильный тигель 740a, который может быть выполнен из огнеупорного металлического, керамического или пиролитического графитного материала. Плавильный тигель 740a может иметь подходящее конверсионное покрытие или непроницаемую и нереактивную футеровку, такую как тонкое защитное покрытие из платины или металла платиновой группы. Плавильный тигель 740a загружается с зарядом смеси 741a, состав которой в целом описан выше (например, зарядом смеси, содержащей SiO2 в количестве примерно 25-60%, R2O3 в количестве 15-35% (где R2O3 представляет собой B2O3 в количестве 3-15% и Al2O3 в количестве 5-25%), MgO в количестве 4-25%+Li2O в количестве 0-7% (где общее количество MgO+Li2O составляет примерно 6-25%), R2O в количестве 2-20% (где R2O представляет собой Na2O в количестве 0-15%, K2O в количестве 0-15%, Rb2O в количестве 0-15%), Rb2O в количестве 0-15% и Cs2O в количестве 0-20% и F в количестве 4-20%), или подходящими веществами для изготовления стеклослюденита, такого материала с приблизительным составом K2Mg5Si8O20F4.In FIG. 19A schematically shows a
В плавильном тигле может быть нагрет и расплавлен заряд 741a смеси в защитной атмосфере. Например, в плавильном тигле 740a заряд 741a смеси может быть нагрет любым подходящим способом, включая, например, резистивный, электронно-лучевой, лазерный, индуктивный нагрев и/или излучение от источников, которые нагреваются такими способами преобразования энергии. После подходящего смешивания и плавления для изготовления по существу гомогенного заряда 741a кожух или крышка 742a прикладывает давление к заряду 741a в плавильном тигле 740a. Из источника 743a газа в плавильный тигель 740a, закрытый имеющей уплотнение крышкой 742a, также может быть подан инертный и/или технологический газ. Регулятор 744a давления может регулировать давление в плавильном тигле 740a, под действием которого расплавленный заряд 741a перетекает в пресс-форму 745a. Пресс-форма 745a выполнена таким образом, что формирует трубчатый диэлектрический корпус. Пресс-форма 745a содержит розеточную втулку 746a, в которую принят штекерный штырь 747a. Пресс-форма 745a также содержит по меньшей мере одну поддерживающую звездообразную крестовину 748a. Формируемая трубка проходит сквозь пресс-форму 745a в первую область 749a, в которой она охлаждается и отвердевает как аморфный материал и в которой начинается образование центров кристаллизации фтористой слюды. Затем трубка перемещается во вторую область 750a пресс-формы 745a, в которой она подвергается дополнительной обработке путем уменьшения толщины ее стенки для дальнейшего облегчения образования кристаллов фтористой слюды.In a melting crucible,
На фиг. 19B схематично показана система 700b для осуществления процесса, также включающего плавление и прессование выдавливанием для формирования изолятора с компрессионными напряжениями в желательных областях согласно другому варианту реализации изобретения. В частности, в показанном варианте реализации система 700b содержит плавильный тигель 740b, который может быть выполнен из огнеупорного металлического, керамического или пиролитического графитного материала. Плавильный тигель 740b может иметь подходящее конверсионное покрытие или непроницаемую и нереактивную футеровку, такую как тонкое защитное покрытие из платины или металла платиновой группы. В плавильный тигель 740b загружают заряд 741b смеси, состав которой в целом описан выше (например заряд, содержащий SiO2 в количестве примерно 25-60%, R2O3 в количестве 15-35% (где R2O3 представляет собой B2O3 в количестве 3-15% и Al2O3 в количестве 5-25%), MgO в количестве 4-25%+Li2O в количестве 0-7% (где общее количество MgO+Li2O составляет примерно 6-25%), R2O в количестве 2-20% (где R2O представляет собой Na2O в количестве 0-15%, K2O в количестве 0-15%, Rb2O в количестве 0-15%), Rb2O в количестве 0-15% и Cs2O в количестве 0-20% и F в количестве 4-20%), или подходящие вещества для изготовления стеклослюденита, такого материала с приблизительным составом K2Mg5Si8O20F4.In FIG. 19B schematically shows a
Система 700b также содержит кожух или крышку 742b, содержащую отражающий узел и нагреватели 744b. Система 700b может нагревать и плавить заряд 741b в защитной атмосфере, такой как вакуум или инертный газ, закачанный между плавильным тиглем 740b и крышкой 742b. Например, система 700b может нагревать заряд 741b посредством нагревателей 745b плавильного тигля, нагревателей 744b крышки, и/или посредством любого подходящего нагревающего процесса, включая, например, резистивный, электронно-лучевой, лазерный, индуктивный нагрев, и/или излучением от источников, которые нагреваются такими способами преобразования энергии. После соответствующего смешивания и плавления для изготовления по существу гомогенного заряда 741b, крышка 742b прикладывает давление к заряду 741b в плавильном тигле 740b. В плавильный тигель 740b, герметично закрытый крышкой 742b у граничной поверхности 747b уплотнения, также может быть подан инертный газ и/или технологический газ из источника 746b газа. Регулятор давления может регулировать давление в плавильном тигле 740b, под действием которого расплавленный заряд 741b перетекает в пресс-форму 749b. Пресс-форма 749b выполнена таким образом, что формирует трубчатый диэлектрический корпус. Пресс-форма 749b содержит розеточную втулку 750b, в которую принят штекерный штырь 751b. Пресс-форма 749b также может содержать по меньшей мере одно упрочняющее звездообразное ребро 752b. Формируемая трубка 701b проходит сквозь пресс-форму 749b в первую область 753b, в которой она охлаждается для затвердевания как аморфный материал и начала образования центров кристаллизации фтористой слюды.
Затем по меньшей мере часть пресс-формы 749b, включая формируемую трубку 701b с образованными центрами кристаллизации фтористого стеклослюденита, вращается или иным способом перемещается в положение 702b, расположенное во второй пресс-форме. Цилиндр 755b перемещает формируемую трубку 701b из первой области 756b во вторую область 757b. Во второй области 757b вторая пресс-форма может повторно нагревать формируемую трубку 701b для ускорения роста кристаллов, а также для дополнительной очистки, во время продолжения изготовления предпочтительно ориентированных доменов, как описано выше. Затем формируемая трубка 701b перемещается в третью область 758b для дополнительной обработки и ориентации доменов. Выбранные контактные поверхности третьей области 758b время от времени присыпают или смазывают добавкой, ускоряющей образование центров кристаллизации доменов, включая, например, AlF3, MgF2 и/или B2O3. В третьей области 758b формируемая трубка 701b дополнительно очищается путем снижения толщины ее стенки для дополнительного облегчения образования кристаллов фтористой слюды и таким образом формирования необходимых компрессионных сил в областях согласно структурам доменов, описанным выше, наряду с уравновешивающими растягивающими силами в областях, описанных выше. В конце процесса сформированная трубка 701b, имеющая исключительно высокую механическую и электрическую прочность благодаря компрессионному напряжению и непроницаемым поверхностям, может быть уложена на конвейер 759b для транспортировки.Then, at least a portion of the
В дополнительных системах и способах изготовления изолирующей трубки с указанными усовершенствованными диэлектрическими свойствами могут использоваться градиент давления, как описано в патенте США № 5863326, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, для образования заданной формы, процессы порошкового уплотнения и спекания. Кроме того, указанные системы и способы могут включать процесс преобразования монокристаллов, описанный в патент США № 5549746, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, а также процесс формования, описанный в патенте США № 3608050, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, для преобразования поликристаллического материала по существу в монокристаллический материал, имеющий более высокую электрическую прочность. Согласно вариантам реализации изобретения преобразование поликристаллических материалов (например оксида алюминия), имеющих электрическую прочность только примерно от 0,3 КВ/0,001 дюйма до 0,4 КВ/0,001 дюйма (от 118,11 КВ/см до 157,48 КВ/см), в монокристаллические материалы может обеспечивать достижение электрической прочности по меньшей мере примерно от 1,2 КВ/0,001 дюйма до 1,4 КВ/0,001 дюйма (от 472,44 КВ/см до 551,18 КВ/см). Эта усовершенствованная электрическая прочность обеспечивает возможность использования форсунок согласно настоящему изобретению в различных случаях применения, включая, например, использование в дизельных двигателях с высокими степенями сжатия и очень малыми отверстиями в камере сгорания, а также с форсированными и оборудованными турбонаддувом двигателями.Additional systems and methods for manufacturing an insulating tube with these improved dielectric properties can use a pressure gradient, as described in US Pat. No. 5,863,326, which is incorporated herein by reference in its entirety to form a given shape, powder compaction and sintering processes. In addition, these systems and methods may include a single crystal conversion process described in US Pat. No. 5,549,746, which is incorporated by reference in its entirety into the present patent application, as well as a molding process described in US Pat. No. 3,608,050, which is incorporated by reference in its entirety into the present patent. application for converting a polycrystalline material essentially into a single crystal material having a higher dielectric strength. According to embodiments of the invention, the conversion of polycrystalline materials (e.g. alumina) having an electric strength of only about 0.3 KV / 0.001 inch to 0.4 KV / 0.001 inch (118.11 KV / cm to 157.48 KV / cm) monocrystalline materials can achieve an electrical strength of at least about 1.2 KV / 0.001 inch to 1.4 KV / 0.001 inch (472.44 KV / cm to 551.18 KV / cm). This improved dielectric strength makes it possible to use the nozzles of the present invention in various applications, including, for example, use in diesel engines with high compression ratios and very small openings in the combustion chamber, as well as with boosted and turbocharged engines.
Согласно еще одному варианту реализации изобретения для формирования изоляторов с высокой электрической прочностью может быть использован любой из составов, представленных в Таблице 2. В частности, в Таблице 2 показаны примеры формул приблизительных составов на окисной основе с количествами, указанными в процентах от веса, согласно некоторым вариантам реализации изобретения. According to another embodiment of the invention, any of the compositions shown in Table 2 can be used to form insulators with high electrical strength. embodiments of the invention.
Примеры диэлектрических составовDielectric Composition Examples
16% Al2O3
15% MgO
9% K2O
8% B2O3
8% F44% SiO2
16% Al2O3
15% MgO
9% K2O
8% B2O3
8% F
21% MgO
16% Al2O3
9% B2O3
9% F
4% K2O41% SiO2
21% MgO
16% Al2O3
9% B2O3
9% F
4% K2O
Выбранные предшествующие вещества, которые включены согласно процентному составу в конечную оксидную композицию, такие как материалы, показанные в Таблице 2, могут быть размолоты в шаровой мельнице и расплавлены в закрытом плавильном тигле при температуре примерно от 1300°C до 1400°C с выдержкой в течение примерно 4 часов для обеспечения гомогенности раствора. Затем расплав может быть отлит для формования трубок, которые затем отжигаются при температуре примерно от 500°C до 600°C. Затем трубки могут быть подвергнуты дополнительной термической обработке при температуре примерно 750°C в течение примерно 4 часов, и затем их посыпают стимулятором образования центров кристаллизации, таким как B2O3. Затем трубки могут быть преобразованы при температуре примерно от 1100°C до 1250°C для стимуляции образования центров кристаллизации и формирования необходимой кристаллической ориентации. Эти трубки также могут быть дополнительно термически обработаны в течение примерно 4 часов для придания им электрической прочности по меньшей мере примерно от 2,0 КВ/0,001 дюйма до 2,7 КВ/0,001 дюйма (от 787,4 КВ/см до 1062,99 КВ/см).Selected precursors that are included according to the percentage of the final oxide composition, such as the materials shown in Table 2, can be milled in a ball mill and melted in a closed melting crucible at a temperature of about 1300 ° C to 1400 ° C with holding for approximately 4 hours to ensure homogeneity of the solution. The melt can then be cast to form tubes, which are then annealed at a temperature of about 500 ° C to 600 ° C. Then the tubes can be subjected to additional heat treatment at a temperature of about 750 ° C for about 4 hours, and then they are sprinkled with a stimulator of the formation of crystallization centers, such as B 2 O 3 . Then the tubes can be converted at a temperature of from about 1100 ° C to 1250 ° C to stimulate the formation of crystallization centers and the formation of the necessary crystalline orientation. These tubes can also be further heat treated for about 4 hours to give them an electrical strength of at least about 2.0 KV / 0.001 inch to 2.7 KV / 0.001 inch (787.4 KV / cm to 1062.99 KV / cm).
Согласно другим дополнительным вариантам реализации гомогенный раствор может быть размолот в шаровой мельнице и дополнен подходящим связующим веществом и смазочными добавками для прессования выдавливанием при температуре окружающей среды для изготовления трубок с хорошими поверхностями. Затем результирующая трубка может быть покрыта пленкой, которая содержит стимулятор образования центров кристаллизации, такой как B2O3, и термически обработана для обеспечения электрической прочности по меньшей мере примерно от 1,9 КВ/0,001 дюйма до 2,5 КВ/0,001 дюйма (от 748,03 КВ/см до 984,25 КВ/см) и повышения физической прочности. В зависимости от способности сохранять подходящие размеры трубки, включая, например, "правильность круглой формы" выпрессованной выдавливанием трубки или профиля трубки, для обеспечения подобных высоких характеристик диэлектрической и физической прочности может быть осуществлена термообработка при более высоких температурах в течение более коротких периодов времени.According to other further embodiments, the homogeneous solution can be milled in a ball mill and supplemented with suitable binder and lubricants for extrusion pressing at ambient temperature to produce tubes with good surfaces. The resultant tube may then be coated with a film that contains a stimulator of the formation of crystallization centers, such as B 2 O 3 , and is heat treated to provide an electrical strength of at least about 1.9 KV / 0.001 inch to 2.5 KV / 0.001 inch ( from 748.03 KV / cm to 984.25 KV / cm) and increase physical strength. Depending on the ability to maintain suitable tube dimensions, including, for example, “roundness” of the extruded tube or tube profile, heat treatment can be performed at higher temperatures for shorter periods of time to provide similar high dielectric and physical strength characteristics.
Описанные выше варианты реализации систем и способов для изготовления диэлектрических материалов облегчают достижение высокой электрической прочности материалов в различных сочетаниях и таким образом решают достаточно сложные задачи, связанные с выдерживанием высоковольтного напряжения, необходимого для сгорания топлива с низкой удельной энергоемкостью. Например, форсунки, выполненные на основе материалов с высокой электрической прочностью, могут быть чрезвычайно прочными и способными к работе с различными видами топлива от низкотемпературных смесей твердых частиц, жидкостей и паров до перегретого дизельного топлива, а также другими видами топлива.The above-described embodiments of systems and methods for the manufacture of dielectric materials facilitate the achievement of high dielectric strength of materials in various combinations and thus solve rather complex problems associated with maintaining the high voltage voltage necessary for burning fuel with a low specific energy consumption. For example, nozzles made on the basis of materials with high electric strength can be extremely durable and capable of working with various types of fuel from low-temperature mixtures of solid particles, liquids and vapors to superheated diesel fuel, as well as other types of fuel.
Топливные форсунки и относящиеся к ним компонентыFuel Injectors and Related Components
Любой из описанных здесь форсунок может быть выполнен из любого из диэлектрических материалов, описанных выше. Например, на фиг. 20 показан разрез вида сбоку форсунки 810, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения, который содержит диэлектрический изолятор, имеющий описанные выше свойства. Показанная на чертеже форсунка 810 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунки 110, описанной выше и показанной на фиг. 1. Например, как показано на фиг. 20, форсунка 810 содержит корпус 812, имеющий среднюю часть 816, проходящую между основной частью 814 и сопловой частью 818. Сопловая часть 818 по меньшей мере частично проходит сквозь головку двигателя 807, причем конец сопловой части 818 расположен в граничной поверхности камеры 804 сгорания. Корпус 812 дополнительно имеет канал 863, проходящий сквозь его часть и обеспечивающий возможность протекания топлива сквозь форсунку 810. В канале 863 также могут проходить другие компоненты. Например, форсунка 810 дополнительно содержит исполнительное устройство 822, которое в рабочем положении соединено с контроллером или процессором 826. Исполнительное устройство 822 также соединено с клапанным или зажимным элементом 860. Исполнительное устройство 822 проходит в канале 863 привода 824, расположенного в основной части 814, к редукционному клапану 820, расположенному в сопловой части 818. Согласно некоторым вариантам реализации исполнительное устройство 822 может быть кабельным или стержневым узлом, содержащим, например, оптические волокна, электрические сигнальные провода и/или акустические волокна для связи, наряду с беспроводными преобразующими узлами. Как подробно описано ниже, исполнительное устройство 822 выполнено с возможностью приведения в действие редукционного клапана 820 для быстрого ввода порций многотопливной смеси в камеру 804 сгорания. Исполнительное устройство 822 также может обнаруживать и/или передавать данные о характеристиках сгорания в контроллер 826.Any of the nozzles described herein may be made of any of the dielectric materials described above. For example, in FIG. 20 is a cross-sectional side view of a
Согласно одной особенности показанного варианта реализации исполнительное устройство 822 удерживает редукционный клапан 820 в закрытом положении на соответствующем седле 872 клапана. В частности, основная часть 814 содержит по меньшей мере один генератор 861 усилия (показан схематично). Генератор 861 усилия может быть электромагнитным, пьезоэлектрическим или другим генератором усилия подходящего типа. Генератор 861 усилия выполнен с возможностью выработки усилия, которое перемещает привод 824. Привод 824 соединен с зажимным элементом 860 с возможностью перемещения указанного зажимного элемента 860 вместе с исполнительным устройством 822. Например, генератор 861 усилия может вырабатывать усилие, которое действует на привод 824, который в свою очередь оттягивает зажимной элемент 860 и создает напряжение растяжения, действующее на исполнительное устройство 822. Исполнительное устройство 822 под действием указанного напряжения сохраняет редукционный клапан 820 в седле 872 в закрытом положении. Если генератор 861 не вырабатывает усилие, которое действует на привод 824, исполнительное устройство 822 освобождается и таким образом обеспечивает возможность ввода топлива посредством редукционного клапана 820 в камеру 804 сгорания.According to one feature of the illustrated embodiment, an
Согласно еще одной особенности показанного варианта реализации сопловая часть 818 может содержать некоторые притягивающие компоненты, которые облегчают активацию и позиционирование редукционного клапана 820. Например, согласно одному варианту реализации редукционный клапан 820 может быть выполнен из первого ферромагнитного материала или иным способом содержать встроенный первый ферромагнитный материал (например путем металлизации части редукционного клапана 820). Сопловая часть 818 может содержать соответствующий второй ферромагнитный материал, который притягивается к первому ферромагнитному материалу. Например, седло 872 клапана может содержать второй ферромагнитный материал. Этим способом указанные притягивающиеся компоненты могут способствовать центрированию редукционного клапана 820 в седле 872, а также облегчать быструю активацию редукционного клапана 820. Согласно другим вариантам реализации исполнительное устройство 822 может проходить по меньшей мере сквозь один осевой подшипник (не показан) по меньшей мере для частичного центрирования редукционного клапана 820 в седле 872.According to yet another aspect of the illustrated embodiment, the
Подача энергии для приведения в действие указанных притягивающихся компонентов форсунки 810 (например, магнитных компонентов, относящихся к редукционному клапану 820), может ускорить закрытие редукционного клапана 820, а также обеспечить увеличенное закрывающее усилие, действующее на редукционный клапан 820. Соответственно, такая конфигурация может обеспечивать чрезвычайно быстрые временные циклы открывания и закрывания редукционного клапана 820. Другое преимущество обеспечения электрической проводимости для части редукционного клапана 820 состоит в том, что приложенное напряжения для исходного формирования искры или плазмы может ионизировать топливо, проходящее около поверхности седла 872 клапана. Это напряжение также может ионизировать топливо и воздух, расположенные рядом с камерой 804 сгорания для дополнительного ускорения полного воспламенения и сгорания.Energy supply for driving said attracting components of the nozzle 810 (for example, magnetic components related to the pressure reducing valve 820) can accelerate the closing of the
В показанном на чертеже варианте реализации основная часть 814 также содержит теплопередающие средства 865, такие как теплопередающие ребра (например, спиральные ребра). Основная часть 814 также содержит первый штуцер 862a для ввода охладителя, который может протекать вокруг теплопередающих средств 865, а также второй штуцер 862b, обеспечивающий возможность вывода охладителя из основной части 814. Такое охлаждение форсунки может по меньшей мере частично препятствовать конденсации влаги и/или формированию льда использовании холодного топлива, например топлива, которое быстро охлаждается при расширении. Однако при использовании горячего топлива такой теплообмен может быть использован для локального снижения или поддержания давления паровой фазы топлива, содержавшегося в проходе, ведущем к камере сгорания, и предотвращения подтекания в нежелательные моменты времени.In the embodiment shown in the drawing, the
Согласно другой особенности показанного на чертеже варианта реализации редукционный клапан 820 может нести на себе измерительное средство 876 для отслеживания событий в камере 804 сгорания. Например, редукционный клапан 820 может быть шаровым клапаном, выполненным в целом и прозрачного материала, такого как кварц или сапфир. Согласно некоторым вариантам реализации шаровой клапан 820 может нести на себе измерительное средство 876 (например датчики, преобразователи, и т.п.), расположенные в шаровом клапане 820. Согласно одному варианту реализации, например, в шаровом клапане 820 может быть сформирована полость путем разрезания указанного клапана в плоскости, в целом параллельной поверхности головки 807 двигателя. Таким образом шаровой клапан 820 может быть разделен на основную часть 877, а также на линзовую часть 878. В основной части 877 может быть образована полость, например коническая полость, для приема измерительного средства 876. Затем линзовая часть 878 может быть вновь прикреплена (например, приклеена) к основной части 877 для сохранения в целом сферической формы шарового клапана 820. Таким образом, измерительное средство 876, размещенное в шаровом клапане 820, может быть расположено рядом с граничной поверхностью камеры 804 сгорания. Соответственно, измерительное средство 876 может измерять и передавать данные о сгорании, включая, например, давление, температуру, перемещение и данные. Согласно другим вариантам реализации редукционный клапан 820 может содержать обработанную поверхность, которая защищает измерительное средство 876. Например, поверхность редукционного клапана 820 может быть защищена путем осаждения относительно инертного вещества, например плакирования такими веществами, как алмаз, сапфир, оптически прозрачные шестиугольники нитрида бора, состав BN-AlN (бор-нитрид-алюминий-нитрид), оксинитрид алюминия (AlON, включая шпинель Al23O27N5), шпинель алюмината магния, и/или другими подходящими защитными материалами.According to another feature of the embodiment shown in the drawing, the
Как показано на фиг. 20, корпус 812 имеет проводящую металлизацию 874, проходящую от средней части 816 к сопловой части 818. Проводящая металлизация 874 соединена с электрическим проводником или кабелем 864. Кабель 864 также может быть соединен с генератором энергии, таким как подходящая пьезоэлектрическая, индуктивная, емкостная или высоковольтная схема, для питания энергией форсунки 810. Проводящая металлизация 874 выполнена с возможностью доставки энергии к сопловой части 818. Например, проводящая металлизация 874 в седле клапана 872 может действовать в качестве первого электрода, который вызывает эффект воспламенения (например, искру или плазму) с соответствующими проводящими частями головки 807 двигателя.As shown in FIG. 20, the
Согласно другой особенности показанного на чертеже варианта реализации сопловая часть 818 может содержать наружную втулку 868, выполненную из материала, который является стойким к искровой эрозии. Втулка 868 также может быть выполнена из материала, который является стойким к искровому осаждению веществ, передающихся во время дуги к проводящей металлизации 874 (например, электроду сопловой части 818) или от нее. Кроме того, сопловая часть 818 может дополнительно содержать армированный тепловой барьер или защитную часть 866, выполненную с возможностью по меньшей мере частичной защиты форсунки 810 от термических и других разрушающих факторов, действующих в камере сгорания. Защитная часть 866 также может содержать по меньшей мере один преобразователь или датчик для измерения или отслеживания параметров сгорания, таких как температура, тепловая и механическая ударная нагрузки и/или результирующее давление в камере 804 сгорания.According to another feature of the embodiment shown in the drawing, the
На фиг. 20 также показано, что средняя часть 816 и сопловая часть 818 содержат диэлектрический изолятор, который может быть выполнен согласно вариантам реализации, описанным выше. В частности, в показанном на чертеже варианте реализации средняя часть 816 содержит первый изолятор 817a, которым по меньшей мере частично окружен второй изолятор 817b. Второй изолятор 817b проходит от средней части 816 к сопловой части 818. Соответственно, по меньшей мере один сегмент второго изолятора 817b расположен рядом с камерой 804 сгорания. Согласно одному варианту реализации второй изолятор 817b может иметь более высокую электрическую прочность по сравнению с первым изолятором 817a. Таким образом, второй изолятор 817b может выдерживать жесткие условия сгорания, существующие рядом с камерой 804 сгорания. Однако согласно другим вариантам реализации форсунка 810 может содержать изолятор, выполненный из однокомпонентного материала.In FIG. 20 also shows that the
Согласно еще одной особенности показанного на чертеже варианта реализации по меньшей мере часть второго изолятора 817b в сопловой части 818 может быть расположена на расстоянии от камеры 804 сгорания. Это формирует промежуток или объем воздушного пространства 870 между головкой 807 двигателя (например вторым электродом) и проводящей металлизацией 874 (например первым электродом) сопловой части 818. Форсунка 810 может формировать плазму из ионизированного воздуха в пространстве 870 перед впрыском топлива. Это плазменное распространение ионизированного воздуха может ускорить сгорание топлива, которое входит в плазму. Кроме того, такое распространение плазмы может влиять на форму быстро сгорающего топлива согласно заданным характеристикам камеры сгорания. Схожим образом форсунка 810 также может ионизировать компоненты топлива для изготовления высоковольтной плазмы, которая также может влиять на форму шаблона распределения сгорающего топлива или изменять ее.According to another feature of the embodiment shown in the drawing, at least a portion of the
Форсунка 810 может дополнительно адаптировать характеристики сгорания и распределение впрыснутого топлива путем создания сверхкавитационной или быстрой газификации впрыснутого топлива. В частности, и как подробно описано ниже в отношении дополнительных вариантов реализации изобретения редукционный клапан 820 и/или седло 872 клапана могут быть сформированы с обеспечением возможности осуществления быстрой газификации топлива, протекающего мимо указанных компонентов. Например, редукционный клапан 820 может иметь по меньшей мере один выступ с острым краем в части редукционного клапана, который входит в контакт с седлом 872 клапана. Кроме того, частота открывания и закрывания редукционного клапана 820 также может вызывать быструю газификацию впрыснутого топлива. В результате указанной быстрой газификации из быстро поступающего жидкого топлива или смеси жидких и твердых компонентов топлива формируется газ или пар. Например, эта быстрая газификация может способствовать образованию пара при протекании жидкого топлива вокруг поверхности редукционного клапана 820 перед входом в камеру сгорания. Быстрая газификация топлива обеспечивает намного более быстрое и полное сгорание впрыснутого топлива по сравнению с негазифицированным топливом. Кроме того, быстрая газификация впрыснутого топлива может способствовать формированию различных шаблонов или форм впрыска топлива, включая, например, вытянутые эллипсоиды, которые значительно отличаются от обычных традиционных конических шаблонов впрыска топлива. Согласно другим дополнительным вариантам реализации быстрая газификация впрыснутого топлива может быть использована с различными другими усовершенствованными способами воспламенения и сгорания топлива. Например, быстрая газификация может сочетаться с повышенным нагревом жидкого топлива, плазменным и/или акустическим импульсом распространяющихся порций топлива. Для воспламенения этих усовершенствованных порций топлива требуется намного меньшее количество катализатора и также меньшее каталитическое пространство по сравнению с каталитическим воспламенением жидких компонентов топлива.The
На фиг. 21 показан разрез вида сбоку форсунки 910, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Форсунка 910 содержит некоторые особенности, в целом подобные по структуре и функциям форсунок, описанных выше. Например, форсунка 910 содержит по меньшей мере один высоковольтный диэлектрический изолятор 917 (идентифицированный индивидуально как первый изолятор 917a и второй изолятор 917b), имеющий свойства, описанные выше. Второй изолятор 917b по меньшей мере частично окружает сопловую часть 918, расположенную рядом с камерой 904 сгорания. Соответственно, второй изолятор 917b может иметь более высокую электрическую прочность по сравнению с первым изолятором 917a. Второй изолятор 917b также может иметь более высокую механическую прочность (например, благодаря компрессионно напряженной внешней поверхности) и выдерживать жесткие эксплуатационные режимы, действующие в сопловой части 918.In FIG. 21 is a cross-sectional side view of a
Форсунка 910 также содержит корпус 912, имеющий среднюю часть 916, проходящую между основной частью 914 и сопловой частью 918. Сопловая часть 918 по меньшей мере частично проходит сквозь головку 907 двигателя таким образом, что ее конец расположен в граничной поверхности камеры сгорания 904. Корпус 912 дополнительно имеет канал 963, проходящий сквозь его часть и обеспечивающий возможность протекания топлива сквозь форсунку 910. В канале 963 также могут проходить другие компоненты. Например, форсунка 910 дополнительно содержит исполнительное устройство 922, которое в рабочем положении соединено с контроллером или процессором 926. Исполнительное устройство 922 в рабочем положении также соединено с приводом 924, расположенным в основной части 914. Дополнительные подробности относительно подходящего привода описаны ниже и показаны на фиг. 23. Согласно варианту реализации, показанному на фиг. 21, исполнительное устройство 922 проходит в канале 963 от привода 924 к редукционному клапану 920, расположенному в сопловой части 918. Согласно некоторым вариантам реализации исполнительное устройство 922 может быть кабельным или стержневым узлом, включая, например, оптические волокна, электрические сигнальные провода и/или акустические сигнальные волокна, а также узлами беспроводных преобразователей. Исполнительное устройство 922 выполнено с возможностью приведения в действие редукционного клапана 920 для быстрого ввода порций многотопливной смеси, впрыснутой в камеру 904 сгорания. Исполнительное устройство 922 также может обнаруживать и/или передавать параметры сгорания контроллеру 926. Если редукционный клапан 920 находится в закрытом положении, он сближен с седлом 972 клапана.The
Основная часть 914 имеет входное отверстие 902 для ввода топлива в форсунку 910. Согласно некоторым вариантам реализации входное отверстие 902 может иметь средства для обнаружения протечки, выполненные с возможностью обнаружения просачивания топливо при его вводе в форсунку 910. Например, входное отверстие 902 или другие части форсунки 910 могут содержать индикаторы, отслеживающие подачу топлива, как описано в находящихся в совместном рассмотрении патентных заявках США №№ 10/236820 и 09/716664, каждая из которых посредством ссылки полностью включена в настоящую патентную заявку.The
Основная часть 914 также содержит магнитный полюсной компонент 903 магнитной обмотки 961, навитой вокруг концентрической катушки 932. Катушка 932 имеет внутреннюю поверхность 933, которая может служить линейным подшипником для однонаправленных перемещений привода 924. Полюсной компонент 903 может иметь уплотнение между ним и катушкой 932 для предотвращения утечки топлива между ними. Например, полюсной компонент 903 может содержать по меньшей мере одну канавку и соответствующее кольцевое уплотнение 930. Кроме того, катушка 932 может иметь уплотнение между ней и изолятором 917 также для предотвращения утечки топлива между ними. Например, изолятор 917 может содержать по меньшей мере одну канавку и соответствующее кольцевое уплотнение 938.The
Форсунка 910 дополнительно имеет отверстие 964 для подачи электроэнергии (например, высоковольтного напряжения для синхронизированного формирования искры, плазмы, плазмы переменного тока, резистивного нагрева, и т.п.) в корпусе 924, выполненном из металлического сплава, и изоляторе 917 для соединения с проводящими металлизацией или втулкой 974. Проводящая втулка 974 передает электроэнергию к сопловой части 918 для осуществления воспламенения в камере 904 сгорания. В частности, проводящая втулка 974 передает электроэнергию к первому электроду или закрывающей части 921, расположенной на сопловой части 918. Закрывающая часть 921 может представлять собой устройство для регулирования воспламенения и потока топлива, по меньшей мере частично закрывающее редукционный клапан 920. Часть головки 907 двигателя может действовать в качестве второго электрода для соответствующей закрывающей части 921 для осуществления воспламенения.The
Согласно другим вариантам реализации энергия для зажигания может быть обеспечена посредством питания пьезоэлектрического или магнитострикционного привода 934, расположенного на технологически нижней части привода 924. Кроме того, в случаях применения с ограниченным пространством для доступа в камеру 904 сгорания, высокое напряжение может быть доставлено посредством проводящей металлизации 974 и/или закрывающей части 921 сопловой части 918 с использованием проводника, проходящего в изоляторе 917 (например, спирально навитом послойно расположенном изоляторе, как описано выше). Согласно настоящему варианту реализации проводник может проходить от изолятора 917 сквозь основную часть 914 для соединения с источником напряжения. В частности, проводник может выходить из основной части 914 сквозь первое отверстие 906 и второе отверстие 908 в полюсном компоненте 903. Подходящие системы для подачи и/или согласования электроэнергии (например, для генерации искры или плазмы) для работы соленоидных сборок согласно настоящего изобретения описаны в патенте США №№ 4122816 и 7349193, каждый из которых посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку.In other embodiments, ignition energy can be provided by powering a piezoelectric or
Согласно другому варианту реализации изобретения сопловая часть 918 форсунки 910 содержит тепловой барьер или защитную часть 966, которая выполнена с возможностью ограничения передачи тепла от камеры 904 сгорания. Кроме того, основная часть 914 может содержать теплопередающие средства 965 (например теплопередающие ребра). В форсунке 910 может быть размещена теплопередающая текучая среда, которая протекает вокруг теплопередающих средств 965. Теплопередающая текучая среда может поддерживаться при относительно постоянной температуре, такой как подходящая температура термостата, составляющая примерно от 70°C до 120°C (от 160°F до 250°F). Как таковая, теплопередающая текучая среда, протекающая вокруг теплопередающих средств 965, может поддерживать рабочую температуру форсунки 910 для препятствования формированию инея или льда из атмосферной влаги при протекании холодного топлива (например низкотемпературных видов топлива) в форсунке 910.According to another embodiment of the invention, the
Форсунка 910 выполнена с возможностью впрыскивания топлива в камеру 904 сгорания в ответ на подходящий пневматический, гидравлический, пьезоэлектрический и/или электромеханический входной сигнал. Например, при использовании электромеханического или электромагнитного управления, электрический ток, приложенный к магнитной обмотке 961, создает магнитный полюс в мягком магнитном материале, обращенном к приводу 924. Это магнитное усилие вызывает перемещение привода 924 и таким образом создает растягивающее напряжение в исполнительном устройстве 922 для удерживания редукционного клапана 920 в закрытом положении на седле 972. При реверсировании или выключении электрического тока привод 924 не создает растягивающее напряжение в исполнительном устройстве 922, и таким образом обеспечивается возможность протекания топлива мимо редукционного клапана 920.The
Согласно некоторым вариантам реализации форсунка 910 выполнена с возможностью устранения нежелательного перемещения и/или остаточного движения исполнительного устройства 922 при быстром впрыскивании порций топлива. Форсунка 910 также может быть выполнена с возможностью надежного выравнивания средней линии исполнительного устройства 922, которое может содержать измерительное средство, такое как оптоволоконное измерительное средство. Например, форсунка может содержать по меньшей мере один компонент или узел, расположенные в канале 963 корпуса 912, для выравнивания исполнительного устройства 922. В частности, на фиг. 22A показан вид сбоку открытого узла 1080 связки трубок, выполненного согласно варианту реализации изобретения, для выравнивания исполнительного устройства. На фиг. 22B показан разрез вида спереди узла 1080 связки по существу вдоль линии 22B-22B, показанной на фиг. 22A. Как показано на фиг. 22A и 22B, согласно настоящему варианту реализации узел 1080 связки содержит плетеные волокна 1082, окружающие исполнительное устройство 922. Волокна 1082 могут содержать оптические волокна, электрические провода, измерительные преобразователи и/или армирующие волокна. Эти волокна 1082 могут быть сплетены или свернуты в спираль вокруг исполнительного устройства 922, так что узел 1080 связки выравнивает исполнительное устройство 922 в форсунке. Материалы, подходящие для внешних волокон 1082, могут включать графит, покрытый алмазом графит, стекловолокно, керамические нити или волокна, полиэфирэфиркетон и различные подходящие фторполимеры. Эти материалы могут быть выполнены с возможностью обеспечения желательного осевого момента сопротивления и низкого коэффициента трения для обеспечения возможности перемещения исполнительного устройства 922 в осевом направлении в узле 1080. Например, согласно некоторым вариантам реализации внутренний диаметр узла 1080 связки трубок может быть подвержен сверхтонкой обработке и/или покрыт антифрикционными покрытиями, включая, например, сульфид молибдена, алмазоподобный углерод, нитрид бора или различные подходящие полимеры. Эти виды обработки поверхности могут быть использованы в различных сочетаниях для снижения трения, защиты от коррозии, теплопередачи и других износостойких целей. В дополнение к совмещению исполнительного устройства 922, узел 1080 также предотвращает резонансные колебания, вибрацию или осевое отпружинивание исполнительного устройства во время работы.According to some embodiments, the
На фиг. 22C показан вид сбоку узла 1081 связки, выполненного согласно другому варианту реализации изобретения, для выравнивания исполнительного устройства 922 и предотвращения нежелательных резонансных колебаний, вибрации или осевого отпружинивания. На фиг. 22D показан разрез вида спереди, взятый по существу вдоль линий 22D-22D, показанных на фиг. 22C. Как показано на фиг. 22C и 22D, узел 1081 содержит несколько цилиндрических пружин или смещающих элементов 1083, расположенных последовательно вокруг исполнительного устройства 922. Соответственно, при использовании колебания отдельных пружин 1083 подавляют друг друга, и таким образом стабилизируется исполнительное устройство 922.In FIG. 22C is a side view of a
На фиг. 22E показан разрез частичного вида сбоку форсунки 1010, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения, который содержит направляющий элемент 1090 для выравнивания исполнительного устройства 1022. В частности, показанная на чертеже форсунка 1010 может иметь особенности, в целом подобные по структуре и функциям другим форсункам, описанным выше. Например, форсунка 1010, показанная на фиг. 22E, содержит исполнительное устройство 1022, которое проходит сквозь корпус 1012 между приводом 1024 и редукционным клапаном 1020. Однако в показанном на чертеже варианте реализации направляющий элемент 1090 по меньшей мере частично окружает исполнительное устройство 1022 технологически ниже привода 1024. Направляющий элемент 1090 поддерживает исполнительное устройство 1022 и предотвращает нежелательные резонансные колебания, вибрацию или осевое отпружинивание исполнительного устройства 1022. В показанном на чертеже варианте реализации направляющий элемент 1090 имеет первую часть 1091, расположенную рядом с приводом 1024, и вторую часть 1092, расположенную рядом с редукционным клапаном 1020. Первая часть 1091 имеет первый внутренний диаметр, окружающий исполнительное устройство 1022, и вторая часть 1092 имеет второй внутренний диаметр, окружающий исполнительное устройство 1022. Как показано на фиг. 22E, второй внутренний диаметр меньше первого внутреннего диаметра, благодаря чему обеспечена более точная поддержка исполнительного устройства 1029, расположенного рядом с редукционным клапаном 1020 в сопловой части форсунки. Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации направляющий элемент 1090 может содержать встроенные пьезоэлектрические, акустические и/или магнитоэлектрические устройства, которые могут использоваться для выработки импульса для порций топлива. Направляющий элемент 1090 также может содержать встроенные измерительное средство, преобразователи и/или датчики для обнаружения и передачи данных о состоянии камеры сгорания.In FIG. 22E is a sectional view of a partial side view of a
На фиг. 23 показан разрез вида сбоку привода 1124, выполненный в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Привод 1124 содержит особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям описанным выше приводам. Согласно показанному на чертеже варианту реализации привод выполнен с возможностью соединения с исполнительным устройством, а также обеспечения возможности протекания топлива сквозь него. В частности, привод 1124 содержит корпус 1138, имеющий первую концевую часть 1140 и противоположную ей вторую концевую часть 1142. Корпус 1138 также имеет канал 1144, проходящий сквозь него. Канал 1144 разветвляется на несколько каналов или проходов меньшего размера, расположенных во второй концевой части 1142 корпуса 1138. Например, вторая концевая часть 1142 имеет каналы 1146 для топлива (идентифицированные индивидуально как первый канал 1146a для топлива и второй канал 1146b для топлива), обеспечивающие возможность протекания в них топлива и вытекания из привода 1124. Вторая концевая часть 1142 также имеет канал 1148 для исполнительного устройства, выполненный с возможностью приема исполнительного устройства.In FIG. 23 is a cross-sectional side view of a
Согласно некоторым вариантам реализации привод 1124 может быть выполнен с возможностью обеспечения усилия, необходимого для впрыскивания топлива из форсунки. Например, привод 1124 может обеспечивать акустическое усилие для изменения или улучшения вспышек впрыснутого топлива. Согласно одному варианту реализации привод 1124 может быть выполнен из составного ферромагнитного материала. Согласно другим вариантам реализации привод 1124 может содержать слоистый материал для магнитострикционного датчика или пьезоэлектрический материал для выработки акустического импульса. Подходящие способы обеспечения таких функций в приводе 1124 включают послойное наложение желательных материалов, как описано, например, в патенте США № 5980251, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку. Кроме того, подходящие пьезоэлектрические способы выработки такого желательного акустического импульса описаны в следующих образовательных материалах, изданных компанией Valpey Fisher Corporation: "Учебный семинар на тему кварцевого кристаллического генератора", проведенный Джимом Соки (Jim Socki) из компании Crystal Engineering, ноябрь 2000.According to some embodiments, the
Как показано на фиг. 21, форсунка 910 содержит устройство для регулирования воспламенения и потока или крышку 921, расположенную на сопловой части 918, которая по меньшей мере частично закрывает редукционный клапан 920. Крышка 921 содержит по меньшей мере один проводящий компонент, так что крышка 921 может быть первым электродом, который вырабатывает искру для воспламенения вместе с соответствующим ему вторым электродом, т.е. головкой двигателя. Крышка 921 может быть выполнена с возможностью защиты компонентов форсунки 910, предназначенных для отслеживания и/или обнаружения характеристик сгорания. Крышка 921 также может быть выполнена с возможностью воздействия на форму, шаблон и/или фазу впрыснутого топлива. Например, крышка 921 может быть выполнена с возможностью индуцирования быстрой газификации впрыснутого топлива, как описано выше.As shown in FIG. 21, the
Далее описаны дополнительные подробности крышки 921 и показаны на фиг. 24A. В частности, на фиг. 24A показан вид спереди первой крышки 1221a, выполненной согласно варианту реализации изобретения. В показанном на чертеже варианте реализации первая крышка 1221a имеет несколько прорезей и отверстий, сквозь которые топливо проникает в камеру сгорания. Первая крышка 1221a также действует в качестве запальной свечи для искрового, плазменного, каталитического или калильного зажигания топлива в камере сгорания. Отверстия и прорези в первой крышке 1221a обеспечивают частичный доступ к камере сгорания для отслеживания характеристик сгорания. В частности, первая крышка 1221a имеет несколько радиально проходящих первых прорезей 1223 и вторых прорезей 1227. Как показано на фиг. 24A, первые прорези 1223 имеют укороченную длину и увеличенную ширину по сравнению с вторыми прорезями 1227. Первая крышка 1221a также имеет несколько первых отверстий 1225, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности вокруг крышки между прорезями, и несколько вторых отверстий 1229, расположенных в центральной части крышки. Прорези и/или отверстия в первой крышке 1221a, а также в других описанных здесь крышках, могут быть ориентированы под прямыми или непрямыми углами относительно поверхности камеры сгорания для достижения желательных скоростей расхода и сгорания топлива.Further details of the
Несмотря на то, что первая крышка 1221a, показанная на фиг. 24A, представляет собой один демонстрационный шаблон или набор прорезей и отверстий, согласно другим вариантам реализации могут быть использованы различные шаблоны, выполненные с возможностью достижения желательных характеристик впрыска и воспламенения. Например, на фиг. 24B и 24C показаны виды сбоку второго устройства для регулирования воспламенения и потока или крышки 1221b, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения и имеющей острые края. Как показано на фиг. 24B и 24C, вторая крышка 1221b имеет несколько прорезей 1223, проходящих радиально во внешнем направлении от центральной части второй крышки 1221b. Прорези 1223 сформированы между электродными частями 1231, проходящими от базовой поверхности 1224. Электродные части 1231 выполнены с возможностью возбуждать воспламенение даже с соответствующей электродной частью головки двигателя. Вторая крышка 1221b также имеет отверстие 1229, расположенное в ее центральной части. Соответственно, характеристики сгорания могут быть отслежены сквозь отверстие 1229, а также сквозь промежутки 1233 между электродными частями 1231 и базовой поверхностью 1224.Although the
В некоторых случаях для надежного воспламенения может быть желательным сочетание искрового, плазменного, калильного и/или каталитического зажиганий. Например, в случае каталитического зажигания электродные части 1231 и/или зажигающие точки 1232 могут содержать катализатор, такой как металл платиновой группы или губчатая платина. В случае калильного зажигания электродные части 1231 и/или зажигающие точки 1232 могут содержать игольчатые структуры, сформированные в результате осаждения при искровой или плазменной эрозии и переносе. Такие осаждения могут перемещаться между электродными частями 1231 при случайном реверсировании полярности напряжения и/или при использовании переменного тока для улучшения плазмы, которая формируется рядом с зажигающими точками 1232.In some cases, for reliable ignition, a combination of spark, plasma, glow, and / or catalytic ignition may be desirable. For example, in the case of catalytic ignition, the
Одно преимущество показанного на чертеже варианта реализации состоит в том, что вторая крышка 1221b может обеспечивать защиту для датчиков или преобразователей, которые используются для отслеживания характеристик сгорания. Другое преимущество состоит в том, что прорези 1223, проходящие между электродными частями 1231, образуют множественные точки 1232 возбуждения искры или действуют в качестве горячих поверхностей для инициирования воспламенения. Поскольку вторая крышка 1221b имеет многочисленные зажигающие точки 1232, она в частности подходит для расширенного использования. Например, даже если одна из зажигающих точек 1232 загрязнена или иным способом вышла из строя или потеряла свои функции, у второй крышки 1221b все еще остаются другие зажигающие точки 1232 для выработки зажигания.One advantage of the embodiment shown in the drawing is that the
На фиг. 24D показан перспективный вид, на фиг. 24E показан вид спереди, и на фиг. 24F показан разрез вида сбоку по существу вдоль линии 24F-24F, показанной на фиг. 24E, третьей крышки 1221c, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. В показанном на чертеже варианте реализации третья крышка 1221c имеет первую поверхность 1226, расположенную на расстоянии от основной части 1224. Отверстие 1229 проходит сквозь центральную часть первой поверхности 1226, и несколько прорезей 1223 проходят сквозь третью крышку 1221c между первой поверхностью 1226 и основной частью 1224. Подобно вариантам реализации, описанным выше, отверстие 1229 и прорези 1223 обеспечивают возможность отслеживать характеристики сгорания с использованием измерительного средства, расположенного в форсунке. В показанном на чертеже варианте реализации прорези 1223 проходят сквозь третью крышку 1221c под углом примерно 45° по отношению к первой поверхности 1226. Однако согласно другим вариантам реализации прорези 1223 в третьей крышке 1221c могут быть выполнены с большим или меньшим углом. Третья крышка 1221c дополнительно имеет канал 1237, проходящий сквозь основную часть 1224, по которому топливо протекает сквозь третью крышку 1221c.In FIG. 24D is a perspective view; FIG. 24E is a front view, and FIG. 24F is a cross-sectional side view essentially along
Как показано на фиг. 21, в некоторых случаях применения может быть желательным использование механического затворного клапана в сопловой части 918 для предотвращения проникновения давления сгорания, развитого в камере 904 сгорания, в форсунку 910. Соответственно, согласно некоторым вариантам реализации сопловая часть 918 может содержать механический затворный клапан, выровненный направляющей 943 подшипника, расположенной на сопловой части 918. На фиг. 25A-25C показан такой затворный клапан 1345, выполненный согласно одному варианту реализации изобретения. В частности, на фиг. 25A показан перспективный вид, на фиг. 25B показан вид сзади, и на фиг. 25C показан разрез вида сбоку по существу вдоль линии 25C-25C, показанной на фиг. 25B, затворного клапана 1345. Как показано на фиг. 25A-25C, в данном варианте реализации затворный клапан 1345 содержит выступающую часть 1351, проходящую из основной части 1347. Выступающая часть 1351 выполнена с возможностью по меньшей мере частичного приема в сопловую часть соответствующей форсунки. Затворный клапан 1345 имеет обтекаемую поверхность 1353, проходящую от основной части 1347 к выступающей части 1351. Обтекаемая поверхность 1353, расположенная на выступающей части 1351, содержит ребра или шлицы 1349, формирующие лопастное колесо. Затворный клапан 1345 дополнительно имеет поверхность 1357 сгорания, обращенную к камере сгорания. В затворный клапан 1345 от поверхности 1357 сгорания проходит отверстие или прорезь 1355. Отверстие 1355 может по меньшей мере частично принимать направляющую 943 подшипника, показанную на фиг. 21.As shown in FIG. 21, in some applications, it may be desirable to use a mechanical shutoff valve in the
В использовании затворный клапан 1345 может быть переведен в закрытое положение давлением в камере сгорания, механической пружиной и/или магнитным усилием, которое обеспечивает электрический или постоянный магнит, встроенный в седло клапана. Положительное давление потока топлива, протекающего сквозь седло соответствующего клапана, открывает затворный клапан 1345 для обеспечения возможности протекания таким образом и впрыскивания топлива в камеру сгорания. Этот поток может создать эффект Коанда, благодаря которому затворный клапан 1345 удерживается в открытом положении во время протекания топлива в камеру сгорания. Согласно некоторым вариантам реализации может быть отслежено отношение скорости потока к давлению (включая, например, соотношение между доставляемым соответствующим образом топливом и давлением в камере сгорания), которое в силу эффекта Коанда соответствует положению затворного клапана 1345. Эта информация может быть использована для различных видов топлива, такого как бензин, дизельное топливо, аммиак, пропан, топливные спирты и различные другие виды топлива, которые могут быть использованы в форме жидкости, перегретой жидкости или пара, включая их различные сочетания с дополнительными комбинациями или без них, дополнительно включающими продукты термохимической регенерации, такие как водород и моноксид углерода.In use, the
Согласно одной особенности показанного на чертеже варианта реализации затворный клапан 1345 выполнен с возможностью формирования плотного потока топлива в чередующихся областях для улучшения сгорания топлива. Например, спиральные ребра или шлицы 1349 лопастного колеса служат для придания угловой скорости затворному клапану 1345 и в то же время формируют уплотненный поток топлива в чередующихся областях. Эта особенность конструкции может быть использована для облегчения ускоренного сгорания топлива в результате повышенной скорости смешивания. Эта особенность конструкции также может быть использована для столкновения впрыснутого топлива, направленного встречными потоками, как и формирование такого смещенного смешивания в соответствии с взаимно пересекающимися путями потока при вбросе топлива в воздух или другой окислитель, который вводится в камеру сгорания с угловым моментом, или который вводится для формирования завихрений благодаря геометрии камеры сгорания. Соответственно, затворный клапан 1345 может быть выполнен с возможностью придания углового момента потоку впрыснутого топлива в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки для желательного ускорения процесса теплоотдачи наряду с минимизацией передачи тепла к поверхности камеры сгорания.According to one feature of the embodiment shown in the drawing, the
На фиг. 26A показан разрез вида сбоку форсунки 1410, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Форсунка 1410 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше. Например, форсунка 1410 в частности подходит для использования в пределах очень малого отверстия в головке относительно маломощного дизельного двигателя 1407. Например, форсунка 1410 содержит среднюю часть 1416, проходящую между основной частью 1414 и сопловой частью 1418. В показанном на чертеже варианте реализации форсунка 1410 использует корпус 1402 из ферромагнитного сплава в качестве части электромагнитной схемы с якорем привода 1424. Привод 1424 обычно опирается на первый магнитный или механический смещающий элемент или пружину 1435, расположенные технологически ниже привода 1424 в средней части 1416. Привод также может обычно опираться на второй смещающий элемент 1413, расположенный технологически выше привода 1424 в раззенкованном отверстии 1433 в средней части 1416. Электрический ток, протекающий в обмотке соленоида, перемещает привод 1424 линейно вдоль продольной оси форсунки 1410. Корпус 1402 также содержит и защищает керамический изолятор 1417 с высокой электрической прочностью, который может быть любым из изоляторов, подробно описанных выше. Изолятор 1417 изолирует проводящую трубку или металлизацию 1408, доставляющую электроэнергию для зажигания к сопловой части 1418. Например, кабель 1438 может передавать электроэнергию для зажигания металлизации 1408, которая передает электроэнергию для зажигания элементу зажигания или крышке 1421, расположенным у граничной поверхности камеры 1404 сгорания.In FIG. 26A is a cross-sectional side view of a
На фиг. 26B показан вид спереди форсунки 1410, содержащей элемент 1421 зажигания. Как показано на фиг. 26A и 26B, элемент 1421 зажигания содержит многочисленные радиальные зажигающие точки 1412 для инициирования эффекта зажигания, такого как искровая, плазменная, калильная и/или каталитическая стимуляция. В дополнение к зажигающим точкам 1412, элемент 1421 зажигания содержит многочисленные отверстия для ввода топлива в камеру 1404 сгорания, как описано выше. Дополнительные особенности для минимизации пространства, необходимого для использования форсунки 1410, могут быть обеспечены каналом 1442 для подачи топлива, проходящим от основной части 1414 к сопловой части 1418. Для многоцилиндровых двигателей канал 1442 для подачи топлива может быть соединен по меньшей мере посредством одного гибкого нагнетательного трубопровода с подходящим коллектором для распределения топлива.In FIG. 26B is a front view of a
В использовании электрический ток протекает в электромагнитной обмотке, которая притягивает привод 1424 к полюсной части 1441 для подачи топлива под давлением в форсунку 1410. Привод 1424 ударяет в зажим 1460 ограничителя, который может быть частью оболочки из полимера, имеющего высокую механическую и электрическую прочность, такого как полиэфирэфиркетон, который защищает и зажимает с возможностью соединения исполнительное устройство 1422. Исполнительное устройство 1422 соединено с редукционным клапаном 1420 в сопловой части 1418. Редукционный клапан 1420 принят в седло 1425 клапана. Согласно некоторым вариантам реализации исполнительное устройство 1422 может содержать стержень или кабель, в которые встроен кабелебопровод или группа различных нитей оптического волокна. Кроме того, редукционный клапан 1420 и седло клапана могут быть выполнены из ферромагнетика. Сопловая часть 1418 дополнительно содержит затворный клапан 1458, который также может быть выполнен из ферромагнетика. Затворный клапан 1458 проходит в полой трубке 1426 для подшипника и обеспечивает доступ для измерения давления и исчерпывающего просмотра очертаний температуры и перемещений в камере 1404 сгорания. Это обеспечивает отслеживание условий и событий в камере сгорания, включая перемещение поршня для определения его скорости и ускорения, давление в камере сгорания в периоды впуска, сжатия, впрыска, зажигания, распространения пламени, рабочего и выпускного тактов, а также температуру сгорания наряду с температурой компонентов камеры сгорания, включая поверхности поршня, стенок цилиндра, клапанов и головки. Нити оптического волокна и другие измерительные компоненты, предназначенные для передачи данных (включая, например, многослойную изоляцию электрически проводящих измерительных волокон), проходят в канале 1432, транспортирующем топливо, расположенном в полюсной части 1441.In use, an electric current flows in an electromagnetic coil that draws the
Как показано на фиг. 26A и 26B, для минимизации диаметра форсунки 1410 в отверстии в головке 1407 двигателя, обеспечивающем доступ к камере 1404 сгорания, минимизирован общий диаметр форсунки 1410, включая кожух 1402 и кабель 1438 источника энергии. Кроме того, внутри форсунки 1410 может быть расположено исполнительное устройство 1422. Линии для передачи данных от исполнительного устройства 1422 могут проходить из основной части 1414 через выходное отверстие и уплотнение и могут быть соединены с внешним контроллером, процессором или запоминающим устройством. Подобным образом, изолированный кабель 1440 может быть расположен в основной части 1414 и может передавать электроэнергию для управления по меньшей мере одним пьезоэлектрическим или магнитострикционным устройством, включая, например, привод 1424.As shown in FIG. 26A and 26B, to minimize the diameter of the
В некоторых случаях применения затворный клапан 1458 может иметь ребра или прорези, образующие лопастное колесо, в целом подобно затворному клапану 1345, описанному выше и показанному на фиг. 25A-25C. Эти образующие лопастное колесо ребра или прорези могут придавать топливу угловую скорость для формирования уплотненного потока топлива в чередующихся областях, так что таким образом может быть усовершенствован тип порции топлива или шаблон сгорания топлива, впрыснутого сопловой частью 1418. Эта особенность конструкции может быть использована для облегчения ускоренного сгорания топлива в результате повышения скорости смешивания при столкновении встречных потоков топлива и/или формирования смещенного смешивания в соответствии с пересекающимися путями потоков во время впрыскивания топлива в воздух или другой окислитель, который введен в камеру сгорания с угловым моментом, или который образует завихрения в соответствии с геометрией камеры сгорания. Соответственно, затворный клапан 1458 может быть выполнен с возможностью сообщения углового момента, направленного по часовой стрелке или против часовой стрелки, потоку топлива для придания необходимого ускорения процессу теплоотдачи вместе с минимизацией передачи тепла к поверхности камеры сгорания.In some applications, the
На фиг. 27A показан разрез вида сбоку форсунки 1500, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Показанная на чертеже форсунка 1500 в частности подходит для использования в двигателях с высокой или низкой степенью сжатия для обеспечения ускоренного и более полного сгорания различных видов топлива. Эти виды топлива могут иметь фактически любую комбинацию характеристик, включая, например, температуру, по меньшей мере одну смешанную фазу, вязкость, удельную энергоемкость, а также октановое и цетановое числа, включая октановое и цетановое числа, далеко отступающие от стандартов для обычной работы. В показанном на чертеже варианте реализации форсунка 1500 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше. Например, форсунка 1500 содержит среднюю часть 1582, проходящую между основной частью 1580 и сопловой частью 1584. Форсунка также содержит исполнительное устройство 1518, проходящее от привода 1515 к топливному редукционному клапану 1524.In FIG. 27A is a cross-sectional side view of a
В показанном на чертеже варианте реализации любое топливо, которое не воспламеняется искровым зажиганием (такое как дизельное топливо, изготовленное из энергетических сельскохозяйственных культур, жира животных и/или других органических отходов), может быть доставлено в форсунку 1500 через входное отверстие 1502. Топливо может протекать вдоль топливного пути мимо некоторых компонентов форсунки 1500. Например, топливо может протекать в основной части 1580 мимо армированного соответствующим образом измерительного сигнального кабеля 1504, крышки 1506 держателя пружины, сжимающей пружины 1508, дополнительного магнита 1514, привода 1515 и дополнительной сжимающей пружины 1516. Путь топлива продолжается в средней части по каналу 1531, выполненному в изоляторе 1530 с высокой электрической прочностью, и проходит в отверстие, выполненное в проводящей металлизации или трубке 1522, для доставки в сопловую часть 1584. В показанном на чертеже варианте реализации сопловая часть 1584 содержит седло, расположенное у граничной поверхности камеры 1550 сгорания, которое герметизировано нормально закрытым редукционным клапаном 1524. В некоторых случаях применениях металлизация или трубка 1522 может быть покрыта или плакирована материалом 1520, имеющим высокую электрическую прочность, в пределах области 1517 рядом с камерой сгорания с целью обеспечения надежного электрического контакта с редукционным клапаном 1524. В других случаях применения покрытие трубки 1520 может иметь высокую электрическую проводимость или высокую стойкость против искровой эрозии, необходимые для использования в качестве компонента схемы в процессах искрового и плазменного зажигания.In the embodiment shown, any fuel that is not ignited by spark ignition (such as diesel fuel made from energy crops, animal fat, and / or other organic waste) can be delivered to
Таким образом, в зависимости от случая применения, металлизация или трубчатый компонент 1522 могут быть проводящей металлизацией, нанесенной на отверстие в диэлектрическом изоляторе 1530, или проводящим металлом, керамикой, полимером или композитом, которые обеспечивают у граничной поверхности специальное уплотнение для редукционного клапана 1524. Эта металлизация или трубчатый компонент 1522 вместе с исполнительным устройством 1518 и приводом 1515 позволяют минимизировать наружный диаметр форсунки 1500. Благодаря такой конструкции форсунка может иметь относительно большую длину, необходимую для достижения областей, в которых расположены по меньшей мере один верхний распредвал и исполнительное устройство для клапана.Thus, depending on the application, the metallization or
Смещающие элементы или элементы, создающие тяговое усилие, могут быть пружинами (включая, например, механические пружинные формы, такие как спиральные, конические, плоские и криволинейные листовые или многослойные, эллиптические, витые пружины, а также различные диски, формирующие тарельчатые пружины), магнитами и/или пьезоэлектрическими компонентами, которые могут быть выполнены с возможностью создания при необходимости тягового или толкающего усилия. В различных применениях могут быть эффективными сочетания таких вариантов для обеспечения желательного быстродействия, резонансной настройки и/или демпфирования нежелательных характеристик.The biasing or traction generating elements may be springs (including, for example, mechanical spring forms such as spiral, conical, flat and curved sheet or multilayer, elliptical, coil springs, as well as various disk-forming disk springs), magnets and / or piezoelectric components that can be configured to create traction or pushing force if necessary. In various applications, combinations of such options can be effective to provide the desired performance, resonant tuning and / or damping of undesired characteristics.
В показанном на чертеже варианте реализации нормально закрытый редукционный клапан 1524 принудительно плотно сближен с седлом 1521 металлизации или трубки 1522 под действием растягивающего усилия, переданного исполнительным устройством 1518 и созданного сжимающей пружиной 1508 и пружинной крышкой 1506. Эти пружины могут быть соединены с исполнительным устройством 1518 с возможностью механического ограничения однонаправленного перемещения исполнительного устройства 1518 с целью приложения растягивающего закрывающего усилия к редукционному клапану 1524. Кроме того, редукционный клапан 1524 может быть оснащен острым кольцевым элементом или может иметь острые зажигающие точки, расположенные по окружности на расстоянии друг от друга. Проводящий корпус 1510 может служить частью магнитной схемы для обмотки 1519 соленоида и привода 1515. Корпус 1510 также может служить в качестве многофункционального компонента, проходящего к граничной поверхности камеры сгорания. Часть корпуса 1510, расположенная у граничной поверхности камеры сгорания, также может содержать внутренние зажигающие элементы 1528, такие как направленные внутрь в радиальном направлении острые выступы или кольцевой концентрический элемент. Кроме того, основная часть 1580 может содержать по меньшей мере одну канавку и кольцевое уплотнение 1537 или адгезивный состав, такой как уретан или эпоксидная смола, для герметизации топлива в пределах основной части 1580.In the embodiment shown in the drawing, the normally closed
При использовании форсунка 1500 может принимать топливо под давлением через входное отверстие 1502. Топливо протекает к нормально закрытому редукционному клапану 1524 и затем выпускается в камеру сгорания путем активации редукционного клапана 1524 подходящим генератором усилия, таким как пьезоэлектрическое устройство или соленоидное устройство, для перемещения привода 1515. Привод 1515 противодействует растягивающему усилию, приложенному пружиной 1508, и таким образом обеспечивает возможность впрыска топлива в камеру сгорания из сопловой части 1584. В данном случае могут быть использованы любые способы доставки импульсов электрического тока большой силы в пространство между зажигающими элементами 1528 и металлизацией или трубкой 1522, и/или в зазор между редукционным клапаном 1524 и зажигающими элементами 1528. Например, изолированный кабель 1532 может передавать такой электрический ток выполненным с возможностью перемещения проводящим кабелям 1533, соединенным с проводящими металлизацией или волокнами, расположенными поверх исполнительного устройства 1518, для передачи таким образом электрического тока редукционному клапану 1524.In use,
Такая операция может быть повторена с высокой частотой, включая настроенную в резонанс частоту, для формирования последовательности впрыска порций топлива. Эти повторные порции могут сопровождаться приложением акустического импульса к каждой порции топлива, который может быть создан пьезоэлектрическими или магнитострикционными силами. Эти импульсные силы могут включать силы, сформированные многофункциональным вариантом реализации привода 1515. Например, зажигание может быть осуществлено путем по меньшей мере одной ионизации воздуха по меньшей мере в одном из кольцевых зазоров между редукционным клапаном 1524 и ближайшей кольцевой частью 1511 кожуха 1522. Такой ионизированный воздух может продолжать выходить из кольцевой области 1517 для обеспечения надежного воспламенения топлива, впрыснутого в камеру 1550 сгорания через открытое наружу отверстие редукционного клапана 1524.Such an operation can be repeated with a high frequency, including a resonance-tuned frequency, to form a sequence of injection of portions of fuel. These repeated portions can be accompanied by the application of an acoustic impulse to each portion of the fuel, which can be created by piezoelectric or magnetostrictive forces. These pulsed forces can include forces generated by the multifunctional embodiment of
Развитие искры в относительно малом зазоре, который первоначально существует между редукционным клапаном 1524 и зажигающими элементами 1528 кольцевой части 1511, может быть инициировано конденсаторным разрядом, как описано в патенте США № 4122816, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, для формирования тока плазмы, импульсы которого последовательно могут превышать 500 А для инициирования плазмы вслед за перемещением клапана 1524, направленным наружу, для впрыска и ускорения топлива в камере сгорания со сверхзвуковой скоростью и для его разбрызгивания и придания импульса порциям стратифицированного заряда топлива для ускоренного завершения процессов сгорания. Этот процесс распространяющегося воспламенения и ускоренного сгорания может адаптивно повторяться с каждой порцией впрыснутого топлива или адаптивно развиваться для осуществления распространяющегося быстрого воспламенения по меньшей мере двух последовательных порций впрыснутого топлива.The development of a spark in the relatively small gap that originally exists between the
В некоторых случаях применения формирование плазмы может быть синхронизировано путем инициирования и формирования из ионизированных молекул топлива, которые входят в зазор между острыми или выступающими поверхностями или зажигающими элементами 1524 и 1528. При продолжении открывания редукционного клапана 1524 наружу плазма ионизированных молекул топлива впрыскивается в камеру сгорания со сверхзвуковой скоростью для надежного и быстрого сгорания каждой порции топлива. Этот распространяющийся процесс воспламенения может адаптивно регулироваться и повторяться с каждой порцией впрыснутого топлива или адаптивно развиваться для осуществления распространяющегося быстрого воспламенения по меньшей мере двух последовательных порций впрыснутого топлива. Был выяснен неожиданный и примечательный факт, состоящий в том, что благодаря адаптивному применению указанного процесса быстрого воспламенения и сгорания фактически при любой скорости поршня может быть обеспечен намного больший крутящий момент на одну калорию энергетического потенциала топлива.In some applications, plasma formation can be synchronized by initiating and generating from ionized fuel molecules that enter the gap between sharp or protruding surfaces or
Дополнительное преимущество этого выброса плазмы состоит в том, что благодаря очень быстрому впрыску, воспламенению и сгоранию, впрыск топлива может быть начат в верхней мертвой точке или после нее для снижения тепловых потерь во время периода сжатия. Соответственно, двигатель работает более гладко, и уменьшается трение, вызванное тепловыми потерями, которые могут быть причиной изменения размеров компонентов, перемещающихся относительно друг друга, а также трение, вызванное ухудшением характеристик пленок смазки, в частности на стенках цилиндра и поршневых кольцах. В результате увеличивается срок службы цилиндра и поршневых колец, уменьшаются тепловые потери, увеличивается топливная экономичность, и снижаются затраты на техническое обслуживание.An additional advantage of this plasma discharge is that, due to the very fast injection, ignition and combustion, fuel injection can be started at or after top dead center to reduce heat loss during the compression period. Accordingly, the engine runs more smoothly and friction caused by heat loss, which can cause a change in the size of components moving relative to each other, as well as friction caused by deterioration of the characteristics of the lubricant films, in particular on the cylinder walls and piston rings, are reduced. As a result, the life of the cylinder and piston rings increases, heat loss is reduced, fuel efficiency is increased, and maintenance costs are reduced.
На фиг. 27B схематически показано графическое представление некоторых характеристик сгорания, относящихся к форсунке, показанной на фиг. 27A, а также другим форсункам, выполненным согласно вариантам реализации изобретения. Как показано на фиг. 27B, для компрессионного воспламенения дизельного топлива (которое должно иметь заданное цетановое число) требуется инициирование впрыска топлива под высоким давлением в начале такта сжатия. Под действием высокого давления жидкое дизельное топливо разбивается на микрокапли, и затем эти микрокапли продвигаются и распространяются достаточно далеко в нагретом сжатом воздухе для обеспечения достаточного тепла, причем жидкое топливо испаряется и продолжает проникать в дополнительно разогретый воздух с последующим расщеплением больших молекул испаренного топлива на микромолекулы, которые начинают процесс воспламенения. Если воздух недостаточно нагрет, и/или если микрокапли недостаточно малы, и/или если скорость поршня слишком низка или слишком высока, то дизельное топливо достигает более холодных областей камеры сгорания, и тепло теряется на поверхностях камеры сгорания, таких как поверхности поршня, стенок цилиндра и компонентов головки, а несгоревшие частицы и углеводороды уходят в выхлоп, часть которого имеет вид черного дыма, в то время как другая часть в форме микрочастиц выбрасывается в окружающую среду и является особенно вредной для легких, сердца и сосудов людей и животных.In FIG. 27B is a schematic diagram of some combustion characteristics relating to the nozzle shown in FIG. 27A, as well as other nozzles made in accordance with embodiments of the invention. As shown in FIG. 27B, compression ignition of diesel fuel (which must have a predetermined cetane number) requires initiating high pressure fuel injection at the beginning of the compression stroke. Under the action of high pressure, liquid diesel fuel breaks up into microdrops, and then these microdrops advance and spread far enough in heated compressed air to provide sufficient heat, and the liquid fuel evaporates and continues to penetrate additionally heated air, followed by the splitting of large molecules of evaporated fuel into micromolecules, that start the ignition process. If the air is not sufficiently heated, and / or if the microdrops are not small enough, and / or if the piston speed is too low or too high, then diesel fuel reaches cooler areas of the combustion chamber and heat is lost on the surfaces of the combustion chamber, such as piston surfaces, cylinder walls and components of the head, and unburned particles and hydrocarbons go into the exhaust, part of which looks like black smoke, while the other part in the form of microparticles is released into the environment and is especially harmful to the lungs, heart tsa and vessels of people and animals.
Кривая 1596 на графике работы дизельного двигателя содержит часть, отражающую рост давления перед верхней мертвой точкой (далее ВМТ). Эта часть (перед TDC) отражает рост давления и характеризует "обратную работу", которая больше для более раннего инициирования впрыска и начала сгорания. Чем выше скорость поршня, тем раньше должно начинаться инициирование впрыска и сгорания для полного завершения событий испарения, расщепления и сгорания. В каждый период впрыска дизельного топлива в течение цикле сгорания часть топлива, которая наиболее изолирована горячим избыточным воздухом, быстро испаряется, расщепляется и быстро сгорает, достигая температуры выше 2200°C (4000°F), которая является пороговой для формирования оксидов азота.
Для сравнения, использование встроенных форсунок/запальных свечей согласно настоящему изобретению, как показывает кривая 1598, обеспечивает более быстрое инициирование и завершение сгорания при всех скоростях поршня и эксплуатационных режимах и формирует увеличенную рабочая зону графика под кривой давления (значительную часть, если не все пространство рабочего такта для крутящего момента на обороты в минуту) с результирующим улучшением топливной экономичности и повышением номинальной мощности по сравнению с работой обычного дизельного двигателя. Топливо может быть быстро впрыснуто посредством больших топливопроводов (намного позже, чем при компрессионном воспламенении или после ВМТ) для полного ускоренного сгорания. Это потому, что при любом ситуативном состоянии входной температуры воздуха, атмосферного давления, или типа топлива (в частности включая характеристики сгорания), которые вызывают нежелательные результаты, такие как формирование оксидов азота, чрезвычайно высокое давление на критичные компоненты двигателя или потеря тепла из-за развития проникновения изолирующего окислителя, многопорционная многотопливная работа может адаптивно обеспечить достаточные энергию плазмы и/или газообразование (сверхкавитацию) для устранения необходимости в характерном для двигателей дизельного типа впрыске под высоким давлением сквозь малые смещенные отверстия и соответствующей необходимости проникновения топлива в горячем воздухе на протяженное расстояние для испарения, расщепления и сгорания. Кроме того, форсунки, описанные в настоящей заявке, могут прекратить многочисленное впрыскивание топлива в любой момент, если достигнута максимальная температура сгорания 2200°C (4000°F), или если область сгорания выходит за пределы избыточной изоляции воздуха и приближается к области быстрого охлаждения. После такого прекращения впрыска может быть возобновлено по меньшей мере одно дополнительное впрыскивание топлива для достижения желательного совершения работы в каждом рабочем цикле. Кроме того, форсунки, описанные здесь, могут прекращать многочисленное впрыскивание топлива в любой момент, если давление сгорания приближается к заданному максимуму, для предотвращения повреждения поршня, шатуна, подшипников или коленчатого вала и/или избежания вызванного давлением нежелательного формирования радикалов или составов, таких как различные оксиды азота.For comparison, the use of the built-in nozzles / spark plugs according to the present invention, as shown by
Процесс распространяющегося быстрого воспламенения и сгорания облегчает плавную работу двигателя по всему намного увеличенному диапазону мощностей, включая работу такого количества цилиндров многоцилиндрового двигателя, которое необходимо для мгновенного удовлетворения нагрузочных требований. Например, распространяющееся быстрое воспламенение обеспечивает намного более быстрый и более эффективный ответ на требование водителя (или запрос системы круиз-контроля, т.е. системы автоматического регулирования скорости) в отношении увеличенных крутящего момента или частоты вращения двигателя. Это дополнительно умножает преимущества, состоящие в более длительном сроке службы цилиндров и поршневых колец, наряду со снижением тепловых потерь, для обеспечения значительного повышения топливной экономичности и снижения загрязняющих окружающую среду выбросов, а также для снижения затрат на техническое обслуживание.The process of pervasive rapid ignition and combustion facilitates smooth engine operation over a much larger range of capacities, including the number of cylinders of a multi-cylinder engine that is necessary to instantly satisfy load requirements. For example, pervasive rapid ignition provides a much faster and more efficient response to a driver’s requirement (or requesting a cruise control system, i.e., an automatic speed control system) with respect to increased torque or engine speed. This further enhances the benefits of a longer cylinder and piston ring life, along with lower heat losses, to significantly increase fuel economy and reduce polluting emissions, as well as lower maintenance costs.
Проблемы выбросов, загрязняющих окружающую среду, являются следствием "старт-стопного" режима работы и запуска холодного двигателя, а также состояния каталитического фильтра, при котором не происходят процессы каталитической коррекции работы разогретого двигателя в установившемся режиме. Однако другое преимущество процесса распространяющегося быстрого воспламенения и сгорания состоит в намного более чистом выхлопе при любой температуре двигателя, включая, например, холодный двигатель или двигатель, работающий в старт-стопном режиме. Соответственно, в этих проблематичных состояниях рабочий цикл может быть начат с облегченными или отсутствующими требованиями к энергопотреблению стартера или расходу пусковой энергии, которая требуется для традиционных двигателей. Благодаря применению процесса распространяющегося быстрого зажигания и сгорания к каждому цилиндру, который выполняет рабочий такт, может быть обеспечен запуск без традиционного требования относительно большой пусковой мощности для запуска двигателя. Обычная работа требует, чтобы при запуске двигателя поршни совершали возвратно-поступательное перемещение и проходили такт всасывания для образования вакуума во впускной системе, в которую добавлено топливо для изготовления гомогенной смеси, любая часть которой должна быть воспламенена искрой, с последующим пусковым поворотом распредвала для обеспечения открывания впускного клапана и закрывания выпускного клапана, в то время как более или менее гомогенный заряд смеси, который, как ожидается, изготовлен во впускной системе, передается в камеру сгорания. Дальнейшее вращение коленвала вызывает сжатие более или менее гомогенной смеси и требует усилия, противостоящего давлению, которое растет, если достигнуто воспламенение гомогенной смеси, для выполнения процесса обратной работы вплоть до перехода через верхнюю мертвую точку. Какая бы энергия ни оставалась в воспламененных газах, она используется для совершения положительной работы в течение рабочего такта для поддержания режима запуска двигателя.The problems of emissions polluting the environment are a consequence of the "start-stop" mode of operation and starting of a cold engine, as well as the state of the catalytic filter, in which the processes of catalytic correction of the operation of a heated engine in a steady state do not occur. However, another advantage of the propagating rapid ignition and combustion process is a much cleaner exhaust at any engine temperature, including, for example, a cold engine or a start-stop engine. Accordingly, in these problematic states, the duty cycle can be started with light or absent requirements for starter power consumption or starting energy consumption, which is required for conventional engines. Through the application of the propagating fast ignition and combustion process to each cylinder that performs a working cycle, starting can be achieved without the traditional requirement of a relatively high starting power for starting the engine. Normal operation requires that when starting the engine, the pistons reciprocate and take a suction stroke to create a vacuum in the intake system, into which fuel is added to make a homogeneous mixture, any part of which must be ignited by a spark, followed by a starting rotation of the camshaft to ensure opening the intake valve and closing the exhaust valve, while a more or less homogeneous charge of the mixture, which is expected to be manufactured in the intake system, is transmitted the combustion chamber. Further rotation of the crankshaft causes compression of a more or less homogeneous mixture and requires an effort to withstand the pressure that increases if ignition of the homogeneous mixture is achieved in order to carry out the reverse work process until the transition through top dead center. Whatever energy remains in the ignited gases, it is used to perform positive work during the working cycle to maintain the engine starting mode.
Подобным образом, дизельный двигатель с компрессионным воспламенением, который модернизирован согласно настоящему изобретению и использует процессы распространяющегося быстрого зажигания и сгорания в каждом цилиндре, который выполняет рабочий такт, обеспечивает запуск без традиционного требования в отношении большого расхода мощности для запуска двигателя. Обычная работа дизельного двигателя с компрессионным воспламенением требует, чтобы при повороте коленвала двигателя поршни совершали возвратно-поступательное перемещение, проходя такты всасывания для передачи воздуха во впускную систему, и последующий поворот коленвала вызывает поворачивание распредвала для обеспечения открывания впускного клапана и закрывания выпускного клапана, при этом воздух из системы впуска передается в камеру сгорания, и последующее вращение коленвала вызывает сжатие воздуха до достижения достаточной температуры, при этом дизельное топливо, впрыснутое под высоким давлением в результате последующего вращения коленвала, испаряется и расщепляется, чтобы, как ожидается, инициировать воспламенение испаренного и расщепленного топлива при его смешивании с горячим воздухом, и при дальнейшем вращении коленвала происходит процесс совершения обратной работы до верхней мертвой точки, а энергия, оставшаяся в воспламененных газах, должна достичь достаточного количества для совершения положительной работы в течение рабочего такта для поддержания режима запуска двигателя.Likewise, a compression ignition diesel engine that is modernized according to the present invention and uses propagating fast ignition and combustion processes in each cylinder that performs a working cycle, provides starting without the traditional requirement of high power consumption for starting the engine. The normal operation of a compression ignition diesel engine requires that the pistons reciprocate when turning the crankshaft, passing suction strokes to transfer air to the intake system, and then turning the crankshaft causes the camshaft to rotate to open the intake valve and close the exhaust valve, air from the intake system is transferred to the combustion chamber, and subsequent rotation of the crankshaft causes air compression until a sufficient rate is reached In this case, diesel fuel injected under high pressure as a result of subsequent rotation of the crankshaft evaporates and splits so as to initiate ignition of the evaporated and split fuel when it is mixed with hot air, and with further rotation of the crankshaft, reverse work is performed until top dead center, and the energy remaining in the ignited gases must reach a sufficient amount to perform positive work during the working cycle to maintain p engine start mode.
Как показано на фиг. 27A, измерительное средство и сигнальный кабель 1504 могут иметь дополнительное армирование в средней секции 1518 между верхним гнездом 1506 пружины и креплением или механическим ограничителем хода в топливном клапане 1524. Такое армирование может содержать средства для приложения рабочего усилия приводом 1515 к кольцевому выступу 1512 механического ограничителя хода для обеспечения соответствующей прочности на растяжение, усталостной прочности и электрической прочности и в результате для надежного устойчивого режима работы, способствующего увеличению срока службы. Измерительный кабель 1526, расположенный в граничной поверхности камеры сгорания, выполнен с возможностью перемещения и может выдерживать высокую температуру и давление, действующие на клапан 1524, расположенный у граничной поверхности камеры сгорания. Это измерительное средство также может обеспечивать беспроводную связь с микропроцессором 1539, расположенным в форсунке 1500, и/ или с другим микропроцессором или компьютером 1540, расположенным в дальнем конце корпуса 1510 или за его пределами.As shown in FIG. 27A, the measuring means and
Тепловые данные о газообразных, плазменных и твердых веществах на поверхностях камеры сгорания, включая инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые частоты электромагнитного спектра, могут быть обработаны, наряду с данными о давлении и ускорении, и переданы посредством интегрированных беспроводных узлов или передающих и/или проводящих волокон в исполнительное устройство 1518. Например, исполнительное устройство 1518 может содержать подходящие измерительные средства, такие как преобразователи, для передачи данных в микропроцессор 1539, и/или для передачи через соответствующее уплотнение посредством кабеля 1504 в дистанционный микропроцессор или компьютер 1540.Thermal data on gaseous, plasma and solid substances on the surfaces of the combustion chamber, including infrared, visible and ultraviolet frequencies of the electromagnetic spectrum, can be processed, along with pressure and acceleration data, and transmitted via integrated wireless nodes or transmitting and / or conducting fibers to
Для питания узла датчика, который может работать на частотах от нескольких килогерц до нескольких гигагерц, могут быть использованы подходящее устройство для преобразования энергии или комбинация устройств, таких как фотогальванические, термоэлектрические, электромагнитные, электрические и пьезоэлектрические генераторы электроэнергии. Работу датчиков могут обеспечивать операционные системы, такие как TinyOS, компонентная операционная система с открытым исходным кодом и платформа для беспроводных сетей датчиков, разработанная в Калифорнийском университете в Беркли. Такие операционные системы могут быть использованы для инициирования и облегчения работы реле, системных выходов и/или систем аварийной сигнализации, срабатывающих при возникновении заданных событий. Эти события могут быть обнаружены измерительным средством, расположенным в сопловой части 1584, или преобразователем и анализатором 1535 сигналов, и могут включать данные, зарегистрированные датчиками давления и оптическими датчиками, переданные посредством функционального соединения или прозрачного изолятора 1530, или с использованием волокон или каналов, проходящих в изоляторе 1530.To power a sensor assembly that can operate at frequencies from a few kilohertz to several gigahertz, a suitable energy conversion device or a combination of devices such as photovoltaic, thermoelectric, electromagnetic, electrical and piezoelectric power generators can be used. Sensors can be supported by operating systems such as TinyOS, an open source component operating system, and a wireless sensor networking platform developed at the University of California, Berkeley. Such operating systems can be used to initiate and facilitate the operation of relays, system outputs and / or alarm systems that trigger when specified events occur. These events can be detected by a measuring tool located in the
Эти комбинации повышают соответствующую механическую и электрическую прочность собранных компонентов для обеспечения выработки высоковольтной плазмы компонентами, которые имеют очень малые размеры. В частности, может быть обеспечен многофункциональный клапан, который перемещается для возбуждения выброса плазмы и препятствует загрязнению золой и осадочными отложениями при использовании неочищенных и относительно недорогих видов топлива. Такие преимущества также могут быть обеспечены синергическим сочетанием редукционных клапанов и описанных здесь затворных клапанов, которые блокируют давление, созданное во время сгорания, а также обеспечивают управление топливом у граничной поверхности камеры сгорания для устранения просачивания или подтекания топлива в нежелательные моменты времени.These combinations increase the corresponding mechanical and electrical strength of the assembled components to ensure the production of high voltage plasma by components that are very small. In particular, a multi-function valve can be provided that moves to excite the ejection of plasma and prevents ash and sediment contamination when using untreated and relatively inexpensive fuels. Such advantages can also be provided by a synergistic combination of pressure reducing valves and shutter valves described herein, which block the pressure created during combustion and also provide fuel control at the boundary surface of the combustion chamber to prevent leakage or leakage of fuel at undesirable times.
Дополнительные преимущества, облегчающие обработку измерений, могут быть обеспечены добавлением к топливу реагентов, которые способствуют обнаружению перемещения и очертания процесса сгорания, а также предпочтительные тепловые сигнатуры, в целях управления процессами сгорания и/или пиковой температурой сгорания. При использовании такие добавки в относительно малом количестве доставляются в качестве смешивающихся реагентов или коллоидных суспензий, которые излучают фотоны на некоторых известных частотах после нагрева, ионизации или деионизации. Также могут быть использованы мелкодисперсные или иным способом активированные переходные металлы, которые могут храниться и сочетаться с моноксидом углерода, выделяющимся в результате эндотермических реакций, в соответствии с вариантами реализации хранения топлива согласно настоящему изобретению, или для формирования карбонилов, которые могут быть использованы в качестве другого семейства добавок, используемых в качестве излучающих индикаторов для результатов процесса воспламенения и сгорания. В качестве варианта, по меньшей мере один из выбранных карбонилов переходного металла, такого как марганец или железо, может быть подготовлен и сохранен для регулярного или эпизодического добавления к используемому топливу. Например, по меньшей мере одна из добавок таких органических или неорганических веществ, которые содержат марганец, железо, никель, бор, натрий, калий, литий, кальций или кремний, является типичным реагентом с четко различимыми образами источника эмиссии для целей такого характеризования динамики и отображения температуры или скорости процесса. Такие добавки могут непрерывно или эпизодически подаваться из резервуаров-хранилищ для калибровки преобразователей, которые обнаруживают температуру, наряду с динамикой процесса воспламенения различных реагентов и продуктов процесса сгорания. Такие свойства используются системами обнаружения и анализа для определения температуры (включая предотвращение температур, при которых формируются оксиды азота), этапов процесса сгорания и скорости процесса сгорания. Эти результаты могут быть использованы для всесторонней регистрации улучшений топливной экономичности наряду с совокупными итогами преимуществ, таких как снижение содержания в выхлопе диоксида углерода, оксидов азота и твердых частиц.Additional benefits that facilitate measurement processing can be achieved by adding reagents to the fuel that help detect the movement and shape of the combustion process, as well as preferred thermal signatures, in order to control the combustion processes and / or peak combustion temperature. When used, such additives in relatively small quantities are delivered as miscible reagents or colloidal suspensions that emit photons at some known frequencies after heating, ionization or deionization. Finely dispersed or otherwise activated transition metals can also be used, which can be stored and combined with carbon monoxide released as a result of endothermic reactions, in accordance with embodiments of the fuel storage according to the present invention, or for the formation of carbonyls, which can be used as another family of additives used as emitting indicators for the results of the ignition and combustion process. Alternatively, at least one of the selected transition metal carbonyls, such as manganese or iron, can be prepared and stored for regular or occasional addition to the fuel used. For example, at least one of the additives of such organic or inorganic substances that contain manganese, iron, nickel, boron, sodium, potassium, lithium, calcium or silicon is a typical reagent with clearly distinguishable images of the emission source for the purpose of characterizing the dynamics and display temperature or process speed. Such additives can be continuously or occasionally supplied from storage tanks for calibrating transducers that detect temperature, along with the dynamics of the ignition process of various reagents and products of the combustion process. Such properties are used by detection and analysis systems to determine the temperature (including the prevention of temperatures at which nitrogen oxides are formed), the stages of the combustion process, and the speed of the combustion process. These results can be used to comprehensively record improvements in fuel economy along with cumulative benefits, such as reduced emissions of carbon dioxide, nitrogen oxides and particulate matter.
На фиг. 28 показана форсунка 1600, выполненная согласно другому варианту реализации изобретения. В частности, на фиг. 28 показан разрез вида сбоку форсунки 1600, которая содержит некоторые особенности, в целом подобные по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунки 1500, описанной и показанной на фиг. 27A, а также других форсунок, описанных в настоящей заявке. Соответственно, эти подобные особенности форсунки 1600 не будут описаны и показаны на фиг. 28. Однако форсунка согласно варианту реализации, показанному на фиг. 28, выполнена с возможностью обеспечения некоторых или большей части процессов преобразования энергии по меньшей мере для следующего: 1) отслеживания состояния и событий в камере сгорания, включая, например, температуру, процессы сгорания, давление, движение текучих сред, таких как газы, пары и жидкости, а также положение поршня или ротора, скорость и ускорение; 2) управления электронными преобразователями, процессорами, компьютерами и контроллерами (например, процессорами 1535 и 1539, описанными выше и показанными на фиг. 27A) в ответ на отслеженные состояния с целью адаптивной оптимизации инициирования впрыска топлива, завершения впрыска топлива, регулировки задержек между любым следующим инициированием впрыска топлива, а также выбора и синхронизации соответственно оптимизированных процессов воспламенения; 3) активации и питания исполнительных устройств для клапана и приводов, которые прикладывают усилие к соответствующим редукционным и/или затворным клапанам; и 4) активации и питания функций адаптивно оптимизированной системы зажигания.In FIG. 28 shows a
Термоэлектрическая выработка энергии в этих целях наряду с проводной или беспроводной передачей сигналов к электронному контроллеру и от него могут быть обеспечены за счет части энергии, переданной посредством перепада температур между процессом сгорания и более низкой температурой, такой как температура вводимого топлива, которое может иметь температуру окружающего воздуха или ниже. Например, по меньшей мере одно устройство, включая любое из таких как полупроводниковый термоэлектрический генератор 1620, может быть расположено в форсунке для захвата лучистой энергии от процесса сгорания и выработки необходимой высокой температуры. Соответствующая низкая температура может быть равна температуре топлива, которое протекает в проводящей трубке 1622. Подходящие термоэлектрические пленки и схемы могут быть приобретены в компаниях, таких как Perpetua Power Source Technologies, Inc, 4314, Юго-западное Шоссе Ресеч, г. Корвалис, штат Орегон, 97333 (См., например, http://www.perpetuapower.com/products.htm). Кроме того, беспроводные узлы датчика для этих целей могут быть приобретены в компаниях, таких как Microchip, Atmel и Texas Instruments.Thermoelectric power generation for these purposes, along with wired or wireless transmission of signals to and from the electronic controller, can be provided due to the part of the energy transferred through the temperature difference between the combustion process and a lower temperature, such as the temperature of the fuel injected, which may have an ambient temperature air or lower. For example, at least one device, including any one such as a semiconductor
Согласно другому варианту реализации генератор мощности или электроэнергии может содержать фотогальванический генератор 1625, который может быть расположен рядом с термоэлектрическим генератором 1620 или составлять с ним одно целое. Также, фотогальванический генератор 1625 может преобразовывать излучение, испущенное из камеры сгорания, в электроэнергию. Фотогальванический генератор 1625 может дополнительно служить в качестве измерительного преобразователя для измерения температуры или других характеристик сгорания и событий в камере сгорания. Фотогальванический генератор 1625 может охлаждаться за счет передачи тепла топливу, которое протекает рядом в топливопроводе в сопловой части форсунки 1600. Для надежной передачи тепла топливу, протекающему в сопловой части, фотогальванический генератор 1625, а также холодная сторона термоэлектрического генератора 1620, могут быть установлены на материале с высокой теплопроводностью или соединены с ним, таком как серебро, медь, алюминий, оксид бериллия или алмаз, который передает тепло проводящей трубке 1622.According to another embodiment, the power or electricity generator may comprise a
Другие подсистемы для выработки энергии, которые могут быть встроены в форсунку 1600, включают управляемые вибрацией электреты и электромагнитные генераторы. Несколько большие количества энергии могут быть выработаны по меньшей мере одним пьезоэлектрическим устройством 1631 в качестве части изолятора 1630 форсунки 1600. Пьезоэлектрическое устройство 1631 может быть использовано для выработки искры или плазмы для воспламенения топлива, которое впрыскивается в камеру сгорания. Выработка искры в таких пьезоэлектрических процессах может быть использована инициирования разряда сильноточной плазмы, как в целом описано в патенте США № 4122816, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку. Пьезоэлектрическое устройство 1631 в качестве интегрированного компонента форсунки 1600 может быть установлено для приема усилия, приложенного в результате событий в камере сгорания, путем выбора материала для изолятора 1630 с относительно низким модулем упругости, который обеспечивает механическое напряжение пьезоэлектрического устройства 1631.Other power generation subsystems that can be integrated into the 1600 nozzle include vibration-controlled electrets and electromagnetic generators. A slightly larger amount of energy can be generated by at least one piezoelectric device 1631 as part of the
Соответственно, пьезоэлектрическое устройство 1631 может служить в качестве датчика давления и в качестве электрогенератора. Например, оно может преобразовывать деформацию, возникающую при его сжатии во время такта сжатия и/или при увеличении давления сгорания в камере сгорания, и на начальной стадии служить в качестве электрически открытой системы, которая может быть соединена с искровым зазором между редукционным клапаном 1624 и зажигающим элементом 1628. Вследствие пробивного напряжения в искровом зазоре происходит искровой разряд. В некоторых режимах работы такой пробой для формирования разряда может стимулироваться добавками к топливу, которые снижают пробивное напряжение, так что синхронизация такого зажигания совпадает с подачей топлива в искровой зазор. Добавки к топливу в таких целях могут включать описанные выше добавки для формирования желательного испускаемого излучения после их достаточного нагрева, ионизации и/или деионизации.Accordingly, the piezoelectric device 1631 can serve as a pressure sensor and as an electric generator. For example, it can transform the deformation that occurs when it is compressed during a compression stroke and / or with an increase in the combustion pressure in the combustion chamber, and at the initial stage serve as an electrically open system that can be connected to the spark gap between the
В некоторых случаях применения дополнительная энергия, которая вырабатывается пьезоэлектрическим устройством 1631 в результате давления, созданного сгоранием, может быть приложена посредством высоковольтного кабеля 1632 к отдельной форсунке, которая используется в другом цилиндре. Эта дополнительная энергия также может быть использована в других целях, таких как управление пьезоэлектрическим или соленоидным приводом клапана, исполнительными устройствами и/или приводами. В таких случаях применения подходящая схема для согласования, хранения и переключения энергии может содержать трансформатор, конденсатор, диод и переключатель, как показано в следующих источниках: Руководство по эксплуатации пьезоэлектрических датчиков для измерения усилия и давления одновременно с выработкой энергии, "Пьезоэлектрическая керамика, характеристики и применение", Дж. В. Ваандерс (J.W. Waanders), опубликовано компанией N.V. Phillips в апреле 1991; а также информация, опубликованная на сайте www.morganelectroceramics.com/pzbook.html, каждый из которых посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку.In some applications, the additional energy that is generated by the piezoelectric device 1631 as a result of the pressure created by combustion can be applied via a
Соответственно, форсунка 1600, показанная на фиг. 28, может обеспечивать для каждого цилиндра двигателя во время каждого цикла работы адаптивно оптимизированную синхронизацию подачи топлива по меньшей мере в один из последовательных актов впрыска топлива. Форсунка 1600 также может обеспечивать оптимизированную синхронизацию и адаптивное использование систем воспламенения, выбранных из пьезоэлектрического, индуктивного, конденсаторного разрядов и плазменного выброса, наряду с управлением пиковой температурой сгорания. Показанная на чертеже форсунка 1600 может действовать в качестве автономной адаптивно оптимизированной системы для впрыска и воспламенения топлива, которая нуждается только в подходящем соединении с источником топлива. Согласно другим вариантам реализации форсунка 1600 может работать совместно с другими подобными форсунками, включая случаи применения интерактивного искусственного интеллекта для улучшения рабочих характеристик. Показанная на чертеже форсунка 1600 также может распределять электрическую энергию по меньшей мере одной другой форсунке в таких случаях применения, как питание регулирующих топливных клапанов или измерительных средств для обнаружения температуры и датчиков давления, питание зажигания и/или управление микропроцессорами или компьютерами.Accordingly, the
При использовании многочисленные комбинации вариантов реализации, описанных здесь, обеспечивают эффективное использование фактически любого вида топлива. Например, согласно вариантам реализации настоящего изобретения для облегчения запуска холодного двигателя с обеспечением начального надежного формирования чистого выхлопа путем применения процесса распространяющегося быстрого зажигания и сгорания, описанного на примере процессов конденсаторного разряда, с использованием форсунок, описанных в настоящей заявке, включая в частности, например, форсунку 1500, описанную выше и показанную на фиг. 27A, может использоваться топливо, которое содержит компоненты с большой молекулярной массой, такие как низкоцетановые растительные или животные жиры, очищенная нефть, парафин или вазелин, которые обычно не могут использоваться для запуска холодного двигателя. После того, как двигатель начнет производить достаточно теплые охладитель и/или выхлопные газы для управления термохимическим процессом регенерации с целью изготовления водорода, как получено в приведенном ниже Равенстве 7, энергия, необходимая для полного чистого сгорания, значительно уменьшается, и для значительного сокращения расходов энергии для зажигания может быть использовано зажигание пьезоэлектрическим генератором 1631 или термоэлектрический генератор 1620, расположенными в форсунке 1600, показанной на фиг. 28.When used, numerous combinations of the embodiments described herein provide efficient use of virtually any type of fuel. For example, according to embodiments of the present invention, to facilitate the starting of a cold engine with the initial reliable formation of a clean exhaust by applying the propagating fast ignition and combustion process described in the example of capacitor discharge processes using the nozzles described in this application, including, for example,
Выражение 7Expression 7
HxCy+yH2O+ТЕПЛО --> yCO+{y+0,5(x)}H2 H x C y + yH 2 O + HEAT -> yCO + {y + 0,5 (x)} H 2
Схожим образом, неполное окисление таких углеводородов может быть использовано как представлено в Равенстве 8 для изготовления достаточного водорода, содержащегося в продуктах реакции, для обеспечения надежного зажигания относительно низкоэнергетической искровой плазмой, выработанной пьезоэлектрическим генератором 1631 или термоэлектрическим генератором 1620.Similarly, the partial oxidation of such hydrocarbons can be used as presented in Equality 8 to produce sufficient hydrogen contained in the reaction products to provide reliable ignition of the relatively low-energy spark plasma generated by the piezoelectric generator 1631 or
Выражение 8Expression 8
HxCy+0,5yO2 --> ТЕПЛО+yCO+0,5(x)H2 H x C y + 0.5yO 2 -> HEAT + yCO + 0.5 (x) H 2
Теплота, выделяемая в процессе, описанном Выражением 8, может быть использована в эндотермических процессах, таких как показанный в Равенстве 7.The heat generated in the process described by Expression 8 can be used in endothermic processes, such as those shown in Equality 7.
На фиг. 29 показан разрез вида сбоку форсунки 1700, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Показанный на чертеже вариант реализации содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше. Например, форсунка 1700 содержит среднюю часть 1703, проходящую между основной частью 1701 и сопловой частью 1705. Форсунка 1700 также содержит трубчатый фитинг 1704, который также служит в качестве ферромагнитного полюса соленоида и который содержит изолированную обмотку, расположенную в кольцевой области 1710 в основной части 1701. Форсунка 1700 также содержит магнитную цепь 1708, которая вынуждает привод 1714 к сближению с кольцевым выступом 1716 ограничителя. Кольцевой выступ 1716 соединен с исполнительным устройством 1718, которое также соединено с редукционным клапаном 1738, расположенным в сопловой части 1705. Привод 1714 создает растягивающее напряжение в исполнительном устройстве 1718, которое удерживает редукционный клапан 1738 в закрытом положении. Подобно другим вариантам выполнения форсунок, описанным в настоящей заявке, показанная на чертеже форсунка 1700 выполнен с возможностью осуществления функций управления топливом, дозирования и впрыска топлива, обеспеченных использованием по меньшей мере одного из подходящих пневматического, гидравлического, пьезоэлектрического и/или электромеханического процессов, примененных к активирующим компонентам форсунки 1700. Кроме того, форсунка 1710 подходит для взаимозаменяемого использования широкого разнообразия различных видов топлива. Кроме того, форсунка 1700 также выполнена с возможностью использования с двигателями, которые имеют широкий диапазон мощностей и от которых требуется относительно плоская кривая крутящего момента.In FIG. 29 is a cross-sectional side view of a
При использовании протекание электрического тока в обмотке 1710 вызывает закрывание редукционного клапана 1738. В частности, электрический ток в обмотке 1710 вынуждает привод 1714 к сближению с полюсной частью 1704, которая прикладывает к исполнительному устройству 1718 растягивающее усилие. Редукционный клапан 1738 может быть адаптивно открыт при ослаблении растягивающего усилия, действующего на исполнительное устройство 1718. Если привод 1714 не прикладывает растягивающего усилия к исполнительному устройству 1718, смещающий элемент 1722 может вызвать перемещение привода 1714 в направлении от полюсной части 1704. Примеры подходящих смещающих элементов 1722 включают механические пружины наряду с соответствующими подпружиненными постоянными магнитами кольцевого типа или электромагнитами. Смещающий элемент 1722 может быть расположен в средней части 1703 форсунки 1700 технологически ниже привода 1714. Если привод 1714 смещен к полюсной части 1704, для перемещения привода 1714 соленоид должен приложить намного меньшее усилие по сравнению с моментами, когда привод 1714 расположен в наиболее удаленном от полюсной части 1704 положении.In use, the flow of electric current in the winding 1710 closes the
Если привод 1714 смещен к полюсной части 1704, для формирования импульса электрического тока в соответствии с выбранной частотой "удерживания" к обмотке 1710 катушки должно быть приложено напряжение. Каждый раз при прохождении импульса электрического тока в обмотке 1710 возникает противоэлектродвижущая сила (противо-ЭДС). Зарядная схема 1705 (показана схематично) может использовать противоэлектродвижущую силу для заряда конденсатора 1712, который может быть расположен в показанном на чертеже положении. Для этой цели могут подходить различные схемы. Схема 1705 может быть расположена в форсунке 1700, на поверхности форсунки 1700 или в других подходящих местах и может содержать по меньшей мере одну интегральную схему, которая обеспечивает соответствующие применение принципов, описанных в патентах США №№ 4122816 и 7349193, каждый из которых посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку. Выход может быть соединен с проводящими волокнами или проводящим покрытием (не показаны в целях ясности), расположенными на исполнительном устройстве 1718, и/или посредством электрического кабеля 1707.If the
В соответствующий момент времени, когда акт впрыска топлива в окислитель 1740 камеры сгорания адаптивно оптимизирован микроконтроллером 1706, напряжение, приложенное к обмотке 1710, отключается, и противоэлектродвижущая сила может быть приложена к конденсатору 1712, который переключается для передачи электрического тока, который является адаптивно соответствует оптимизации требований зажигания топлива. Как указано выше, эти требования впрыска топлива могут быть определены путем анализа данных о камере сгорания, включая оптическую и напорную информацию, переданную преобразователями, расположенными в граничной поверхности 1736 камеры сгорания, и/или датчиками 1709 и/или контроллером 1706, которые передают эти данные с использованием беспроводных узлов или оптически передающих или электрически проводящих линий связи, которые могут быть встроены в исполнительное устройство 1718.At the appropriate point in time, when the act of injecting fuel into the
При холодном топливе, холодном двигателе, в режиме ускорения, в режиме круиз-контроля при разогретом двигателе или в случаях применения старт-стопного режима для возбуждения ионизации между проводящей частью острого обода редукционного клапана 1738 и/или проводящей частью острого обода трубки 1738 в области 1725 адаптивно оптимизированный электрический ток, включая адаптивно определенные значения достаточно сильного электрического тока и достаточно высокого напряжения, может быть доставлен посредством по меньшей мере одного подходящего проводника, как описано выше. Дополнительный импульс, приложенный по меньшей мере к одной порции впрыснутого топлива, может быть создан звуковым сигналом, как описано выше. Соответственно, топливо, которое входит в область между такими острыми частями проводника, ионизируется и быстро ускоряется до сверхзвуковых скоростей при впрыске ионизированных компонентов топлива вместе с активированными неионизированными компонентами топлива в окислитель 1740, в результате чего достигается очень быстрое и полное сгорание.With cold fuel, a cold engine, in acceleration mode, in cruise control mode with a hot engine or in cases where the start-stop mode is used to initiate ionization between the conductive part of the sharp rim of the
Эта новая технология позволяет достичь или превысить скорость обычного сгорания водорода при использовании очень холодного или медленно сгорающего топлива, скорость сгорания которого обычно в 7-12 раз ниже скорости сгорания водорода. В случае, если эта новая технология применяется к водороду или водородным и углеводородным смесям, происходит еще более быстрое сгорание. Эти преимущества могут быть применены к двигателям малой мощности, которые могут обеспечивать очень высокий коэффициент удельной мощности путем повышения эксплуатационной эффективности, которое обеспечивается сокращением тепловых потерь и потерь на обратную работу для улучшения среднего эффективного давления (P) при испытании на тормозной установке наряду с увеличением пределов частоты (N) выполнения цикла. Таким образом, как показано в Равенстве 9, приведенном ниже, выработка энергии (НР) в тепловой машине увеличивается при увеличении среднего эффективного давления (P) и частоты (N) циклов.This new technology allows achieving or exceeding the rate of conventional hydrogen combustion using very cold or slowly burning fuel, the rate of combustion of which is usually 7-12 times lower than the rate of hydrogen combustion. If this new technology is applied to hydrogen or hydrogen and hydrocarbon mixtures, even faster combustion occurs. These advantages can be applied to low-power engines, which can provide a very high specific power factor by increasing operational efficiency, which is achieved by reducing heat losses and reverse work losses to improve the average effective pressure (P) when tested on a brake system along with an increase in the limits the frequency (N) of the cycle. Thus, as shown in Equality 9 below, energy production (HP) in a heat engine increases with increasing average effective pressure (P) and frequency (N) of the cycles.
Выражение 9Expression 9
НР=PLAN,HP = PLAN,
где: НР - полученная мощность;where: НР - received power;
L - длина хода;L is the stroke length;
A - область применения тормозного среднего эффективного давления;A is the area of application of the braking mean effective pressure;
N - частота циклов (скорость вращения в об\мин).N is the frequency of the cycles (rotation speed in rpm).
Варианты выполнения новых высокопрочных диэлектрических материалов, описанные здесь, также делают возможным осуществление новых процессов с различными углеводородами, которые могут храниться в течение длительного периода для обеспечения тепла и энергии в различных сочетаниях и случаях применения мотор-генераторов с теплообменниками для использования при срочных аварийно-спасательных работах, включая холодильное хранение и изготовление льда наряду с чистой и/или безопасной водой и оборудованием для стерилизации в медицинских целях. Топливные вещества с низким давлением паровой фазы и/или вязкие топливные вещества могут быть нагреты для достаточного повышения давления паровой фазы и уменьшения вязкости для быстрого протекания и изготовления порций впрыснутого топлива с высоким коэффициентом удельной поверхности, при которых быстро протекают процессы сгорания стратифицированных или послойно сформированных топливных зарядов. Например, большие блоки парафина, прессованной целлюлозы, стабилизированных животных или растительных жиров, гудрона, различные полимеры, включая полиэтилены, отходы дистилляции, низкосортное дизельное топливо и другие длинные углеводородные алканы, ароматические углеводороды и циклоалканы могут сохраняться на случай стихийного бедствия. Эти показательные варианты топлива, которые обеспечивают преимущества длительного хранения, не могут быть использованы в системах с обычной карбюрацией или инжекционных системах. Однако настоящие варианты реализации обеспечивают использование таких видов топлива, которые могут быть нагреты с использованием горячего охладителя или выхлопных потоков из тепловой машины в теплообменниках 3436, 3426 (как показано на фиг. 14) для обеспечения соответствующих температур, например, примерно от 150°С до 425°C (от 300°F до 800°F) для осуществления непосредственного впрыска форсунками, описанными в настоящей заявке для очень быстрого сгорания с использованием инжекционного и плазменного распространяющегося воспламенения.The embodiments of new high-strength dielectric materials described here also make it possible to carry out new processes with various hydrocarbons that can be stored for a long period to provide heat and energy in various combinations and in cases where motor generators with heat exchangers are used for emergency rescue works, including cold storage and ice making along with clean and / or safe water and equipment for sterilization for medical purposes . Fuel substances with a low vapor pressure and / or viscous fuel substances can be heated to sufficiently increase the vapor pressure and decrease the viscosity for quick flow and manufacture of injected fuel portions with a high specific surface area coefficient, during which the combustion processes of stratified or layer-by-layer fuel charges. For example, large blocks of paraffin, pressed cellulose, stabilized animal or vegetable fats, tar, various polymers, including polyethylene, distillation waste, low-grade diesel fuel and other long hydrocarbon alkanes, aromatic hydrocarbons and cycloalkanes can be saved in the event of a natural disaster. These representative fuel options, which provide the benefits of long-term storage, cannot be used in conventional carbureted or injection systems. However, these embodiments provide for the use of fuels that can be heated using a hot cooler or exhaust streams from a heat engine in
При использовании такое подвергнутое предварительному нагреву жидкое топливо может быть охлаждено до некоторой степени теплообменом с окружающей атмосферой или охладителем, который проходит через теплообменные устройства, с целью локального снижения давления паровой фазы и таким образом для уменьшения усилия, необходимого согласно вариантам реализации форсунок, описанных в настоящей заявке, для хранения таких видов топлива, чтобы таким образом предотвратить подтекание в нежелательные моменты времени. Дополнительная надежность хранения может быть при необходимости достигнута в зависимости от конкретного вида топлива путем использования по меньшей мере двух клапанов, таких как затворные клапаны, описанные в настоящей заявке.In use, such a preheated liquid fuel can be cooled to some extent by heat exchange with the surrounding atmosphere or a cooler that passes through heat exchangers in order to locally reduce the vapor phase pressure and thereby reduce the force required according to the nozzle embodiments described in this application, for storing such fuels, so as to prevent leakage at undesirable times. Additional storage reliability can be achieved, if necessary, depending on the specific type of fuel by using at least two valves, such as shut-off valves, described in this application.
Однако с двигателями малой мощности и передовыми конструкциями высокоскоростных дизельных двигателей связаны сложные проблемы, поскольку для доступа встроенной форсунки/запальной свечи в камеру сгорания оставлено очень небольшое пространство. Оптимизированные операции процесса могут быть предусмотрены в частности для тех двигателей, которые имеют очень малые входные каналы, ограничивающие диаметр сопловой части форсунки 1705, которая проходит к граничной поверхности камеры сгорания. Тепловой барьер или защитная часть 1728 может обеспечивать высокую механическую, усталостную и электрическую прочность, которые необходимы для использования без армирования металлической рубашкой в сопловой части 1705. Электропроводность, обеспеченная металлическим корпусом двигателя рядом с сопловой частью 1705, окружающим изолятор 1730, может быть продолжена посредством проводящей области 1734, которая может представлять собой подходящую металлическую металлизацию, наконечник из металлического сплава, который соединен сваркой с концом сопловой части 1705 или обжатой на месте металлической формой, которая таким образом соединена с трубчатым изолятором 1730, как показано на чертеже. Каждый из этих способов может быть использован в соответствии с требованиями к размерам для различных двигателей, включая двигатели новой конструкции, которые только разрабатываются.However, low-power engines and advanced designs of high-speed diesel engines have complex problems, since there is very little space left for the built-in nozzle / glow plug to enter the combustion chamber. Optimized process operations can be provided in particular for those engines that have very small inlet channels that limit the diameter of the nozzle part of the
Варианты реализации форсунки, которые обеспечивают экономию пространства и скоростные рабочие характеристики, как показано на фиг. 29, а также другие варианты реализации настоящего изобретения могут быть зафиксированы на месте различными соответствующим средствами, включая осевой зажим или вильчатую плоскую пружину (не показаны), которые надежно фиксируют узел в защитной части 1727 таким образом, что он плотно взаимодействует с кромкой отверстия в двигателе, ведущего к камере сгорания. Таким образом, защитная часть 1727 может служить тепловым барьером и дополнительно обеспечивать удобное средство для надежного удерживания узла на месте. Также могут быть использованы различные подходящие уплотнения для камеры сгорания, включая например сжимаемое или эластомерное кольцевое уплотнение или конусообразное компрессионное уплотнение.Injector embodiments that provide space saving and high-speed performance, as shown in FIG. 29, as well as other embodiments of the present invention, can be locked in place by various appropriate means, including an axial clamp or a forked flat spring (not shown), which securely lock the assembly in the
В случаях, в которых для впрыска и/или воспламенения топлива в камере сгорания очень большого двигателя должны быть использованы по меньшей мере две форсунки согласно настоящему изобретению, и при этом желательно размещение таких форсунок в ключевых местах, которые требуют использования относительно небольших впускных каналов, топливный редукционный клапан форсунки может быть выполнен как показано на фиг. 30A. В частности, на фиг. 30A показан разрез частичного вида сбоку форсунки, содержащей регулирующий клапан 1850, выполненный в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Согласно одному варианту реализации показанный на чертеже клапан 1850 может быть использован вместе с форсункой 1700, описанной выше и показанной на фиг. 29, и/или с другими вариантами описанных здесь форсунок. Как показано на фиг. 30A, часть регулирующего клапана 1850, имеющая больший диаметр, может удерживаться в закрытом положении вплотную с седлом 1852 посредством кабельного узла или исполнительного устройства 1818. Исполнительное устройство 1818 может быть соединено (например, сваркой, посадкой, и т.п.) с клапаном 1850. Подходящий привод (например, пьезоэлектрический или электромагнитный привод, такой как привод 1714, показанный на фиг. 29) может натягивать и отпускать исполнительное устройство 1818 для перемещения клапана 1850. Кроме того, клапан 1850 может быть направлен или ограничен однонаправленным перемещением в пределах внутреннего диаметра клапанной коробки. Например, клапан 1850 может направляться электродом. Согласно другим вариантам реализации клапан 1850 для обеспечения выравнивания также может проходить вдоль направляющего штифта 1856.In cases in which at least two nozzles according to the present invention should be used for injection and / or ignition of fuel in the combustion chamber of a very large engine, and it is desirable to place such nozzles in key locations that require the use of relatively small inlets, the fuel nozzle pressure reducing valve may be made as shown in FIG. 30A. In particular, in FIG. 30A is a sectional view of a partial side view of a nozzle comprising a
Регулирующий топливо клапан 1850 может быть выполнен из любого подходящего материала, включая, например, оптически прозрачные материалы, такие как соединения на основе фтористого стекла, кварц, сапфир или полимерные материалы, включая различные композиты на основе таких материалов, для отслеживания инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения, а также давления и актов перемещения в камере сгорания. Регулирующий топливо клапан 1850 также может быть плакирован или обработан различными материалами для усиления желательного излучения, которое может быть принято линзой и направляющим штифтом 1850. Например, клапан 1850 может быть покрыт материалами, включая, например, соответственным образом защищенные сапфир, фтористый литий, фтористый кальций или фтористое стекло марки ZBLAN, содержащее составы таких материалов, для передачи и/или фильтрации некоторых представляющих интерес частот излучения.The
При использовании растягивающее усилие, приложенное к кабелю или исполнительному устройству 1818, устраняют или ослабляют до желательного значения, чтобы обеспечить возможность протекания топлива мимо клапана 1850 и формирования полного устойчивого потока по меньшей мере для одной порции впрыснутого топлива, или впрысков топлива, которые получают импульс от подходящего акустического сигнала. Перемещение клапана 1850 во внешнем направлении под действием давления топлива и/или иной силы, которая может быть приложена к клапану, обеспечивает по меньшей мере один впрыск топлива за цикл камеры сгорания. Показанный на чертеже клапан согласно варианту реализации также содержит седло 1852, которое может содержать постоянный магнит и/или электромагнит. Клапан 1850 содержит контактную часть 1854, который расположена перед седлом 1852. Контактная часть 1854 клапана 1850 может быть ферромагнетиком или содержать постоянный магнит, который может отталкиваться полюсом постоянного магнита, расположенного в седле 1852 клапана, или полюсом, возбужденным действием электромагнита, расположенного в седле 1852, для желательного изменения частоты впрыска порций топлива и характера порций впрыснутого топлива.In use, the tensile force exerted on the cable or
Согласно некоторым вариантам реализации свойства и состояния камеры сгорания могут быть обнаружены и переданы датчиками, которые размещены в клапане 1850 и/или направляющем штифте 1856. Оптические, электрические и/или магнитные сигналы от направляющего штифта 1856 могут быть переданы соответствующими каналами или волокнами, проходящими в исполнительном устройстве 1818, посредством гибких субкабелей 1855 или передающей среды, такой как газ, жидкость, гель или эластичный материал, который при необходимости заполняет пространство, для передачи данных соответствующим преобразователям и/или беспроводным узлам. Это обеспечивает возможность отслеживания и определения параметров событий в камере сгорания с использованием фасеточной или другого типа соответствующей линзы 1853, размещенной в направляющем штифте 1856. Отслеженная информация может быть передана соответствующим образом посредством узла 156 оптического штифта, включая передачу через материал окна или кабели 1855 для передачи данных. Эта информация также может быть принята каналами 1855, проходящими в клапане 1850, через прорези 1858 или отверстие 1858, выполненные в первом устройстве для зажигания и регулирования потока или крышке 1880, которая расположена на сопловой части. На фиг. 30B показан вид спереди, показывающий первую крышку 1880a и соответствующие прорези 1858 и отверстие 1857, которые выполнены с возможностью протекания топлива с внешней стороны, а также обеспечения доступа в камеру сгорания для регистрации ее состояния и параметров. Соответствующие преобразователи, узлы беспроводной связи и/или световые или электрические подкабели, расположенные в исполнительном устройстве 1818, могут передавать эту информацию контроллеру, расположенному в форсунке, для управления адаптивным впрыском топлива и углом опережения зажигания.According to some embodiments, the properties and conditions of the combustion chamber can be detected and transmitted by sensors that are located in the
На фиг. 30C показан вид спереди второго устройства для регулирования зажигания и расхода топлива, выполненного согласно варианту реализации изобретения. Вторая крышка 1880b содержит отверстие 1857, обеспечивающее доступ к направляющему штифту 1856. Вторая крышка 1880b дополнительно содержит прорези 1859. Крышки 1880a и 1880b, показанные на фиг. 30B и 30C, также могут быть использованы для зажигания. Например, устройство для зажигания может быть выбрано из устройств для калильного, каталитического, искрового, плазменного зажигания или для зажигания посредством высокоэнергетической плазмы, возбужденной в результате конденсаторного разряда, который выталкивает ионизированный воздух или ионизированную смесь воздуха и топлива, или ионизированное топливо из прорезей 1858, 1859, а также из кольцевой области 1862, образованной между выступом 1860 отверстия для доступа в головке двигателя и острым ободом 1857 (как показано на фиг. 30B) или острым ободом 1864 (как показано на фиг. 30C) соответствующих крышек.In FIG. 30C is a front view of a second ignition and fuel consumption control device according to an embodiment of the invention. The
На фиг. 31 показан разрез вида сбоку форсунки 1960, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Форсунка 1960 содержит некоторые сохраняющие пространство средства. Например, форсунка 1960 содержит кабель или исполнительное устройство 1968, соединенное с редукционным клапаном 1950, который расположен в сопловой части форсунки 1960. Форсунка 1960 также содержит узел 1968 исполнительного устройства, который выполнен с возможностью перемещения кабеля 1968 для приведения в действие редукционного клапана 1950. В частности, узел 1959 исполнительного устройства также содержит исполнительные устройства 1962 (индивидуально идентифицированные как с первого по третье исполнительные устройства 1962a-1962c), которые выполнены с возможностью перемещения кабеля 1968. Несмотря на то, что на фиг. 31 показаны три исполнительные устройства 1962, согласно другим вариантам реализации форсунка 1960 может содержать одно исполнительное устройство 1962, два исполнительных устройства 1962, или больше трех исполнительных устройств 1962. Исполнительные устройства 1962 могут быть пьезоэлектрическими, электромеханическими, пневматическими, гидравлическими компонентами или другими компонентами, вырабатывающими соответствующее усилие другим способом.In FIG. 31 is a cross-sectional side view of a
Узел 1959 исполнительного устройства также содержит соединители 1958 (индивидуально идентифицированные как первый и второй соединители 1958a, 1958b), в рабочем положении соединенные с соответствующими исполнительными устройствами 1962 и с кабелем 1968 для осуществления толкающего, оттягивающего и/или толкающего и оттягивающего смещений кабеля 1968. Кабель 1968 может свободно скользить между соединителями 1958 в осевом направлении вдоль форсунки 1960. Согласно другому варианту выполнения узла 1959 исполнительного устройства первая концевая часть кабеля 1968 может проходить сквозь первый радиальный подшипник 1976, расположенный в основной части 1901 форсунки 1960. Первая концевая часть кабеля 1968 в рабочем положении также соединена с контроллером 1978 для передачи данных о сгорании в контроллер 1978 для обеспечения адаптивного управления процессами зажигания и впрыском топлива и оптимизации указанных процессов посредством контроллера. Вторая концевая часть кабеля 1968 проходит через радиальный подшипник 1970, расположенный в сопловой части 1902 форсунки 1960, для выравнивания кабеля 1968 с редукционным клапаном 1950.The
При использовании исполнительные устройства 1962 перемещают кабель 1968 для натяжения или ослабления кабеля 268B для перемещения редукционного клапана 1950 на желательное расстояние. В частности, исполнительные устройства 1962 принуждают соединители перемещать кабель 1968 в направлении, которое в целом перпендикулярно продольной оси форсунки 1960.In use, actuators 1962
В случаях, если желательно доставить относительно большие текущие порции плазмы к граничной поверхности камеры сгорания путем ионизации топлива, воздуха или смеси воздуха и топлива, форсунка 1960 также может содержать конденсатор 1974, расположенный в сопловой части 1902. Конденсатор 1974 может быть цилиндрическим и может содержать большое количество проводящих слоев, которое может быть обеспечено соответствующим выбором металла, или графеновых слоев, которые разделены подходящим изолятором, таким как представленные в Таблице 1, а также любым составом, таким как представленные в Таблице 2. Конденсатор 1974 может быть заряжен относительно слабым электрическим током, протекающим в первом изолированном кабеле 1980, который может быть соединен с соответствующим источником энергии. Затем конденсатор 1974 также может быть очень быстро разряжен с относительно большим электрическим током, протекающим во втором кабеле 1982, проходящим от конденсатора 1974 к проводящей трубке или металлизации 1984. Металлизация 1984 может иметь желательные острые края для облегчения зажигания и распространения плазмы как описано выше.In cases where it is desirable to deliver relatively large current portions of plasma to the boundary surface of the combustion chamber by ionizing the fuel, air, or a mixture of air and fuel, the
На фиг. 32 показан разрез вида сбоку форсунки 2060, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения, для быстрого и точного управления активацией редукционного клапана 2050. Показанная на чертеже форсунка 2060 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям других форсунок, описанных в настоящей заявке. Как показано на фиг. 32, форсунка 2060 содержит исполнительное устройство или кабель 2068, соединенный с редукционным клапаном 2050. Форсунка 2060 также содержит различные узлы 2070 исполнительных устройств (индивидуально идентифицированных как первый узел 2070a исполнительного устройства и второй узел 2070b исполнительного устройства) для перемещения кабеля 2068 в осевом направлении вдоль форсунки 2060 (например, в направлении первой стрелки 2067).In FIG. 32 is a cross-sectional side view of a
Первый узел 2070a (схематично показанный на чертеже) содержит вырабатывающий усилие элемент 2071, который входит в контакт с кабелем 2068. Вырабатывающий усилие элемент 2071 может быть пьезоэлектрическим, электромеханическим, пневматическим, гидравлическим компонентом или другим компонентом, вырабатывающим соответствующее усилие иным способом. При возбуждении или приведении в действие иным способом вырабатывающий усилие элемент 2071 перемещается в направлении, в целом перпендикулярном продольной оси форсунки 2060 (например, в направлении второй стрелки 2065). Соответственно, вырабатывающий усилие элемент 2071 перемещает по меньшей мере часть кабеля 2068 и тем самым натягивает его. Если вырабатывающий усилие элемент 2071 не возбужден или не приводится в действие, на кабель 2068 не действует растягивающее усилие. Соответственно, первый узел 2070a исполнительного устройства может обеспечивать очень быстрые и точные порции 2003 впрыска топлива редукционным клапаном 2050.The
Второй узел 2070b исполнительного устройства (схематично показан на чертеже) содержит зубчатую рейку и шестеренчатую конструкцию для перемещения кабеля 2068 в осевом направлении в форсунке 2060. В частности, второй узел 2070b содержит зубчатую рейку или втулку 2072, соединенную с кабелем 2068. Соответствующая шестерня или зубчатая передача 2074 взаимодействует с втулкой 2072. При использовании второй узел исполнительного устройства 2070b преобразует вращательное перемещение редуктора 2074 в прямолинейное перемещение втулки 2072 и, следовательно, кабеля. Кроме того, второй узел 2070b также может обеспечивать очень быстрые и точные порции впрыски 2003 топлива, испускаемые редукционным клапаном 2050.The
На фиг. 33A показан разрез вида сбоку и на фиг. 33B показан вид слева открытого наружу редукционного клапана 2150, выполненного согласно другому варианту реализации изобретения. На фиг. 34A показан разрез вида сбоку, на фиг. 34B показан вид слева, и на фиг. 34C показан вид справа седла 2270 клапана, выполненного согласно варианту реализации изобретения. Как показано на фиг. 33A-34C, редукционный клапан 2150 выполнен с возможностью управления потоком топлива у граничной поверхности камеры сгорания, и седло 2270 клапана выполнено с возможностью выравнивания клапана 2150 в форсунке. В показанном на чертеже варианте реализации клапан 2150 содержит удлиненную первую концевую часть 2153, противоположную оснащенной фланцем второй концевой части 2152. Первая концевая часть 2153 содержит полость 2156, которая может быть соединена с кабелем или исполнительным устройством, как подробно описано выше. Вторая концевая часть 2152 содержит первую контактную поверхность 2154.In FIG. 33A is a side sectional view of FIG. 33B is a left side view of an outwardly open
Седло 2270 клапана содержит первую концевую часть 2273, противоположную второй концевой части 2271. Первая концевая часть 2273 содержит многочисленные каналы или проходы 2276, выполненные с обеспечением возможности протекания топлива и/или прохода измерительного средства через седло 2270. Каналы соединяются в один канал или отверстие 2272, выполненное во второй концевой части 2271 седла 2270. Вторая концевая часть 2271 также содержит вторую контактную поверхность 2274. Седло 2270 выполнено с возможностью по меньшей мере частичного приема первой концевой части 2153. В частности, центральный канал или проход 2276 могут принимать первую концевую часть 2153 клапана 2150. Если клапан 2250 приведен в закрытое положение в седле 2270, первая контактная поверхность 2154 клапана 2150 входит в контакт или взаимодействует с второй контактной поверхностью 2274 седла 2270, и тем самым предотвращено протекание топлива между ними. Согласно некоторым вариантам реализации поверхности клапана 2150 и/или седла 2270 могут быть выполнены с возможностью воздействия на топливо, протекающее мимо этих поверхностей. Например, эти компоненты могут содержать острые края, которые способствуют быстрой газификации топлива, как описано выше. Кроме того, эти компоненты могут иметь поверхности, снабженные канавками или рельефами, воздействующими на поток топлива, такими как спиральные канавки, например, для образования завихрений впрыснутого топлива. Несмотря на то, что в вариантах реализации на фиг. 34A-34C показана одна конструкция редукционного клапана и соответствующего седла 2270, специалисту понятно, что другие клапаны и седла могут иметь другие конструкции и особенности.The
На фиг. 35A показан разрез вида сбоку форсунки 2300, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Форсунка 2300 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше. Например, форсунка 2300 содержит среднюю часть 2304, проходящую между основной частью 2302 и сопловой частью 2306. Сопловая часть 2306 проходит сквозь головку 2303 двигателя к камере 2301 сгорания. Форсунка 2300 также содержит диэлектрический изолятор 2340.In FIG. 35A is a cross-sectional side view of a
Согласно одной особенности показанного на чертеже варианта реализации диэлектрический изолятор 2340 содержит по меньшей мере две части, имеющие различную электрическую прочность. Например, изолятор 2340 может содержать первую диэлектрическую часть 2342, расположенную в целом в средней части 2304 форсунки 2300, и вторую диэлектрическую часть 2344, расположенную в сопловой части 2306 форсунки 2300. Согласно некоторым вариантам реализации вторая диэлектрическая часть 2344 может иметь более высокую электрическую прочность чем первая диэлектрическая часть 2342 и выдерживать жесткие условия сгорания в сопловой части 2306, расположенной рядом с камерой 2301 сгорания (например, высокие давление, тепловую и механическую ударные нагрузки, образование нагара, и т.п.), и препятствовать ухудшению характеристик изолятора 2340. Согласно некоторым из вариантов реализации эти диэлектрические части могут быть выполнены из различных материалов. Однако согласно другим вариантам реализации вторая диэлектрическая часть 2344 может быть выполнена из того же материала, что и первая диэлектрическая часть 2342, однако вторая диэлектрическая часть 2344 может быть уплотнена или обработана иным способом для увеличения ее электрической прочности (например, компрессионным нагружением ее наружных поверхностей, как описано выше). Первая и вторая диэлектрические части 2342, 2344 могут быть выполнены из любого из диэлектрических материалов и/или с использованием процессов, описанных выше, включая, например, материалы, перечисленные в Таблице 1.According to one feature of the embodiment shown, the
Согласно другому аспекту показанного на чертеже варианта реализации вторая диэлектрическая часть 2344 не проходит вдоль сопловой части 2306 полностью к граничной поверхности камеры 2301 сгорания. Соответственно, сопловая часть 2306 содержит воздушный зазор 2370 между блоком 2303 двигателя и проводящей частью 2338 форсунки 2300, которая передает напряжение сопловой части 2306 для зажигания. Этот промежуток 2370 в сопловой части 2306 обеспечивает пространство для емкостного разряда, в результате которого вырабатывается плазма, выходящая из сопловой части 2306. Такой разряд также может очищать или по меньшей мере частично предотвращать осаждение примеси (например, нефти) на второй диэлектрической части 2344 и таким образом устранять трекинг или иное ухудшение характеристик изолятора 2340.According to another aspect of the embodiment shown in the drawing, the
Согласно еще одной особенности показанного на чертеже варианта реализации форсунка 2300 может дополнительно содержать второй затворный клапан 2330 и седло 2332 затворного клапана, расположенные в основной части 2302 форсунки 2300. Согласно некоторым вариантам реализации затворный клапан 2330 и седло 2332 затворного клапана могут содержать магнитные части (например, постоянные магниты), которые притягиваются друг к другу. При использовании усилие, приложенное к затворному клапану 2330 (например, электромагнитное или другое соответствующее усилие, которое преодолевает силу притяжения к седлу 2332), перемещает затворный клапан 2330 в направлении от седла 2332 для обеспечения возможности протекания топлива сквозь форсунку 2300. Поскольку затворный клапан 2330 остается в закрытом положении, если к нему не приложено усилие, в случае потери питания затворный клапан 2330 препятствует протеканию или просачиванию топлива в форсунку 2330.According to another feature of the embodiment shown in the drawing, the
На фиг. 35B показан вид спереди, показывающий вариант реализации редукционного клапана 2350, расположенного в сопловой части 2306 форсунки 2300, показанной на фиг. 35A. Как показано на фиг. 35B, клапан 2350 может содержать многочисленные прорези 2358 и/или отверстие 2357, обеспечивающие таким образом возможность протекания топлива и/или воздействия на протекание топлива. Эти прорези 2358 и отверстие 2357 также могут обеспечивать возможность распознавания через клапан 2350 свойств и состояния камеры сгорания посредством форсунки 2300. Кроме того, клапан 2350 может быть выполнен по меньшей мере частично из прозрачного материала, такого как кварц или сапфир, для обеспечения отслеживания свойств и состояний камеры сгорания.In FIG. 35B is a front view showing an embodiment of a
На фиг. 36A показан разрез частичного вида сбоку сопловой части 2402 форсунки 2400, выполненной согласно еще одному варианту реализации изобретения. В показанном на чертеже варианте реализации форсунка 2400 содержит соединитель 2442, который соединяет кабель или исполнительное устройство 2440 с первым редукционным клапаном 2450. Первый клапан 2450 представляет собой открывающийся внутрь редукционный клапан, который в закрытом положении опирается на седло 2452. Сопловая часть 2402 также содержит второй затворный клапан 2460, который в закрытом положении опирается на седло 2452. Кроме того, сопловая часть содержит промежуточный объем 2456 между закрытыми первым и вторым клапанами 2450, 2460. Сопловая часть 2402 также содержит устройство для регулирования зажигания и протекания топлива или крышку 2470. Согласно некоторым вариантам реализации сопловая часть 2402 также может содержать по меньшей мере один смещающий компонент, выполненный с возможностью управления клапанным устройством для впрыска топлива. Эти смещающие компоненты могут содержать, например, пружины, такие как механические пружины, и/или магниты, включая постоянные магниты. В частности, первый клапан может содержать первую магнитную часть 2451, и второй клапан 2460 может содержать вторую магнитную часть 2463, каждая из которых притягивается или смещаются в направлении к соответствующей третьей магнитной части 2454 седла 2452. Кроме того, крышка 2470 также может содержать четвертую магнитную часть 2472, которая, однако, проходит или иным образом смещена в направлении от седла 2460 клапана. Например, седло 2460 клапана может содержать пятую магнитную часть 2462, которая смещена в направлении от четвертой магнитной части 2472 крышки 2470. Соответственно, эти смещающие части могут способствовать удерживанию клапанов в их закрытом положении. Эти смещающие части могут дополнительно улучшать активацию клапана по меньшей мере частично путем приложения упругой силы для ускоренного возвращения этих клапанов в их закрытое положение. Компоненты показанной на чертеже сопловой части (например, исполнительное устройство 2440, первый клапан 2450, седло 2452 клапана, второй клапан 2460 и/или крышка 2470) могут содержать различные датчики и/или измерительные средства для отслеживания и передачи состояний и/или свойств камеры сгорания.In FIG. 36A is a sectional view of a partial side view of a
При использовании перемещение исполнительного устройства 2440 в направлении, указанном стрелкой 2439, вызывает перемещение первого клапана 2450 в направлении от седла 2452 и тем самым открывает первый клапан 2450. Открывание первого клапана 2450 обеспечивает возможность протекания топлива вдоль первого пути 2444a с последующим входом топлива в промежуточный объем 2456. При входе топлива в промежуточный объем 2456 давление, созданное топливом, открывает второй затворный клапан 2460, так что топливо может выйти из промежуточного объема 2456 вдоль второго пути 2444b. Затем топливо может протекать мимо крышки 2470 для впрыска в камеру сгорания. При возврате исполнительного устройства 2440 в его основное положение первый клапан 2450 закрывается сближением с седлом 2452 и останавливает поток топлива. При снижении давления в промежуточном объеме 2456 второй клапан 2460 закрывается сближением с седлом 2452 и таким образом предотвращает подтекание топлива из сопловой части 2402. Соответственно, быстрая активация исполнительного устройства 2440 обеспечивает точное дозирование порций топлива из сопловой части 2402.In use, moving the
На фиг. 36B показан вид спереди форсунки, показанной на фиг. 36A, иллюстрирующий устройство для регулирования зажигания и расхода топлива или крышку 2470, выполненную согласно варианту реализации изобретения. Показанная на чертеже крышка 2470 содержит прорези 2474 для протекания топлива и мониторинга камеры сгорания, как подробно описано выше. Кроме того, крышка 2474 может содержать многочисленные расположенные по окружности зажигающие части 2476, которые вместе с головкой двигателя облегчают воспламенение.In FIG. 36B is a front view of the nozzle shown in FIG. 36A illustrating an apparatus for controlling ignition and fuel consumption, or a
На фиг. 37 схематически показан разрез вида сбоку системы 2500, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Показанная на чертеже система 2500 согласно варианту реализации содержит встроенную топливную форсунку/запальную свечу 2502 (например, форсунку согласно любому из вариантов реализации настоящего изобретения), камеру сгорания 2506, по меньшей мере один недросселируемый воздушный редукционный клапан 2510 (индивидуально идентифицированные как первый клапан 2510a и второй клапан 2510b), и передающее энергию устройство или поршень 2504. Как описано выше, форсунка 2502 выполнена с возможностью впрыскивания послойно расположенного или стратифицированного заряда топлива 2520 в камеру 2506 сгорания. Согласно одному аспекту показанного на чертеже варианта реализации система 2500 выполнена с возможностью впрыскивания и воспламенения топлива 2520 в обогащенный или присутствующий в избыточном количестве окислитель 2530, например, такой как воздух. В частности, система 2500 выполнена таким образом, что клапаны 2510 до акта сгорания поддерживают в камере 2506 сгорания давление окружающей атмосферы или даже выше атмосферного. Например, система 2500 может работать без дросселирования или препятствования иным способом протеканию воздуха в камеру сгорания, так что вакуум в камере 2506 сгорания не создается до акта воспламенения топлива 2520. Благодаря давлению, которое равно давлению окружающей среды или выше него, в камере 2506 сгорания, избыточный окислитель формирует изолирующий барьер 2530 рядом с поверхностью камеры сгорания (например, стенкой цилиндра, поршнем, головкой двигателя, и т.п.).In FIG. 37 is a schematic cross-sectional side view of a
При использовании форсунка 2502 впрыскивает послойно расположенное или стратифицированное топливо 2520 в камеру 2506 сгорания, содержащую избыточный окислитель. Согласно некоторым вариантам реализации, впрыск может происходить при положении поршня 2504 в верхней мертвой точке и после нее. Однако согласно другим вариантам реализации форсунка 2502 может впрыскивать топливо 2520 перед тем, как поршень 2504 достигнет положения верхней мертвой точки. Поскольку форсунка 2502 выполнена с возможностью адаптивного впрыскивания послойно расположенного заряда 2520, как описано выше (например, быстрого впрыскивания многослойных порций между актами зажигания с быстрой газификацией топлива, плазменного распространяющегося топлива, переохлаждения, и т.п.), топливо 2520 быстро воспламеняется и полностью сгорает в присутствии изолирующего барьера 2530, сформированного из окислителя. Как таковой, изолирующий барьер 2530 экранирует стенки камеры 2506 сгорания от тепла, которое испускается топливом 2520 при его воспламенении, и таким образом устраняет тепловые потери на стенках камеры 2506 сгорания. В результате тепло, освобожденное при быстром сгорании топлива 2520, преобразуется в работу и управляет поршнем 2504, вместо передачи в качестве потерь к поверхностям камеры сгорания. Кроме того, в вариантах реализации, в которых форсунка 2502 впрыскивает и/или воспламеняет топливо после того, как поршень 2504 проходит верхнюю мертвую точку, вся энергия, освобожденная при быстром сгорании топлива 2520, преобразуется в работу и управляет поршнем 2504 без потерь на обратную работу, поскольку поршень уже расположен в верхней мертвой точке или за ней. Однако согласно другим вариантам реализации форсунка 2520 может впрыскивать топливо до того, как поршень 2504 достигнет верхней мертвой точки.In use, an
На фиг. 38A показан разрез вида сбоку форсунки 3800, выполненной в соответствии еще с одним вариантом реализации изобретения. Форсунка 3800 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше со ссылкой на фиг. 1-37. Например, форсунка 3800 содержит первую или основную часть 3802, противоположную второй или сопловой части 3804. Форсунка 3800 также содержит втулку или корпус 3808, проходящий между основной частью 3802 и сопловой частью 3804. Корпус 3808 окружает диэлектрическую часть или диэлектрический изолятор 3810 корпуса, проходящий вдоль форсунки 3800. Дополнительные подробности относительно материалов и/или формирования изолятора 3810 подробно описаны ниже. Изолятор 3810 содержит проходящее в продольном направлении электропроводящее отверстие 3812, продольная ось которого совпадает с продольной осью изолятора. Проводящее отверстие 3812 выполнено с обеспечением возможности прохода электрода или электрического проводника 3814 через форсунку 3800 от сопловой части 3804 к основной части 3802. Например, проводник 3814 может быть соединен с источником энергии, таким как источник напряжения, для обеспечения энергией зажигания по меньшей мере один электрод или зажигающий элемент 3816, расположенный в наконечнике сопла сопловой части 3804. Проводник 3814 также может содержать по меньшей мере одно оптическое волокно или средство 3818 для отслеживания, проходящее вдоль него. Оптическое средство 3818 для отслеживания выполнено с возможностью обнаружения или распознавания иным способом свойств камеры сгорания и передачи данных, относящиеся к этим свойствам, контроллеру или процессору.In FIG. 38A is a cross-sectional side view of a
Основная часть 3802 также содержит диэлектрический изолятор 3807, который выполнен с возможностью выдерживать высокое напряжение, переданное в основную часть 3802 через проводник 3814. Например, изолятор 3807 основной части может диэлектрически изолировать приемник 3809, расположенный в основной части 3802, в который может быть принят проводник 3814. Изолятор 3807 основной части может быть дополнительно герметично соединен с ферромагнитным корпусом или кожухом 3820 генератора усилия штамповкой, твердой пайкой, мягкой пайкой или адгезивом, таким как эпоксидная смола, или любым другим подходящим уплотняющим способом или составом. В случаях, если соединение твердой пайкой или мягкой пайкой изолятора 3807 основной части с корпусом 3820 генератора усилия должно быть сделано в контактной области 3813, указанная контактная область 3813 может быть металлизирована маскированными или локализованными иным способом продуктами водородного восстановления из оксида меди и/или оксида серебра. Согласно другому варианту реализации изобретения контактная область 3813 может быть плакирована с использованием других подходящих способов, включая, например, металлизацию или осаждение из паровой фазы.The
Согласно дополнительным особенностям показанного на чертеже варианта реализации основная часть 3802 содержит генератор 3806 усилия (например, соответствующий пневматический, гидравлический, электромагнитный соленоидный, пьезоэлектрический компонент, и т.п.), расположенный в кожухе 3820. Кожух 3820 имеет входное отверстие 3822, соединенное с топливным штуцером 3826, для приема топлива от источника топлива. Кожух 3820 также содержит выходное отверстие 3824, обеспечивающее возможность выхода топлива из кожуха 3820 через клапанный узел 3828, который подробно показан на фиг. 38B.According to additional features of the embodiment shown in the drawing, the
[00340] В частности, на фиг. 38B показан увеличенный подробный вид клапанного узла 3828 форсунки 3800. Как показано на фиг. 38A и 38B, выходное отверстие 3824 для топлива в генераторе усилия обеспечивает возможность выхода топлива из кожуха 3820 генератора усилия в полость 3830 клапана. Полость 3830 клапана охватывает редукционный клапан 3832, такой как ферромагнитный клапан, который выполнен с возможностью перемещения в ответ на усилие, выработанное генератором 3806 усилия. Клапан 3832 также содержит по меньшей мере один проходящий через него топливный канал 3834. Топливный канал 3834 выполнен с обеспечением возможности протекания топлива через клапан 3832 и выхода из полости 3830 клапана через выходной топливопровод 3836. В показанном на чертеже варианте реализации топливный канал 3834 проходит через клапан 3832 под наклонным углом относительно продольной оси форсунки 3800, который по меньшей мере примерно равен наклонному углу выходного топливопровода относительно продольной оси форсунки 3800. Однако согласно другим вариантам реализации топливный канал 3834 и выходной топливопровод 3836 могут проходить под другими углами относительно продольной оси форсунки. Выходной топливопровод 3836 дополнительно соединен по меньшей мере с одним топливным каналом 3840, проходящим в изоляторе 3810 между корпусом 3808 и изолятором 3810. Дополнительные особенности топливных каналов 3840, проходящих в изоляторе, подробно описаны ниже.[00340] In particular, in FIG. 38B is an enlarged detail view of the
Согласно другой особенности показанного на чертеже варианта реализации клапанный узел 3828 также содержит притягивающий элемент 3838 (например, магнит, постоянный магнит, и т.п.), который притягивает или иным способом смещает клапан 3832 в направлении к исходному или закрытому положению. Клапанный узел 3832 также может дополнительно содержать смещающий элемент 3839 (например, пружину, спиральную пружину сжатия, и т.п., схематично показанную на фиг. 38B), который перемещает клапан 3832 в закрытое положение.According to another feature of the embodiment shown in the drawing, the
При использовании клапанного узла 3828 генератор 3806 усилия вырабатывает усилие для быстрого и неоднократного перемещения клапана 3832 между закрытым положением и вторым или открытым положением. В показанном на чертеже варианте реализации, например, клапан 3832 показан в закрытом положении, так что клапан 3832 препятствует выходу топлива из топливной полости 3830 через выходной топливопровод 3836. При открывании клапана 3832 перемещением в направлении к основной части 3802 топливо, имеющееся в топливной полости 3830, может протекать вокруг клапана 3832 или сквозь клапан 3832 по топливному каналу 3834 клапана. После прохождения через топливный канал 3834 клапана топливо может выйти из топливной полости 3830 через выходной топливопровод 3836 для передачи к сопловой части 3804 по топливным каналам 3840 изолятора.When using the
В случаях применения, в которых узел соленоидного генератора 3806 усилия используются для приведения в действие (например, иным способом, кроме пьезоэлектрического, пневматического, гидравлического или механического) клапана 3832, расположенного в основной части 3802, соленоидный генератор 3806 усилия может обеспечивать чрезвычайно быструю работу ферромагнитного клапана 3832 путем приложения к изолированным обмоткам постоянного напряжения 24-240 В. Это используется для развития исключительно сильного электрического тока и усилия активации клапана в течение краткого периода времени, составляющего примерно от 3% до 21% рабочего цикла в зависимости от режима работы, и таким образом обеспечения охлаждения компонентов генератора 3806 усилия в результате передачи тепла топливу, которое проходит сквозь генератор 3806 усилия.In applications where the assembly of the
Как показано на фиг. 38A, топливные каналы 3840 в изоляторе проходят в форсунке 3800 вдоль внешней поверхности изолятора 3810. Соответственно, топливные каналы изолятора облегчают протекание топлива через форсунку 3800 между изолятором 3810 и корпусом 3808. Форсунка 3800 также содержит деформируемый или эластомерный золотниковый клапан 3842, расположенный у сопловой части 3804. В частности, золотниковый клапан 3842 коаксиально расположен на изоляторе 3810 между изолятором 3810 и корпусом 3808. В сопловой части 3804 корпус 3808 проходит до уплотнения 3844 (например, кольцевого или подобное уплотнения) в отверстии камеры сгорания. Однако золотниковый клапан 3842 проходит за пределы уплотнения 3844 к камере сгорания. Как подробно описано ниже, эластомерный золотниковый клапан 3842 действует в качестве деформируемого удлиненного клапана, который обеспечивает возможность выхода топлива из сопловой части 3804 в ответ на достаточное гидравлическое давление или перепад давления в форсунке 3800. Например, топливные каналы 3840 изолятора сужаются или уменьшаются иным способом вдоль изолятора 3810 с их приближением к сопловой части 3804. Топливные каналы 3840 изолятора соответственно доставляют топливо в сопловую часть 3804, однако золотниковый клапан 3842 герметично взаимодействует с изолятором 3810 и тем самым предотвращает впрыск топлива до тех пор, пока в клапанном узле 3828 не образуется достаточный перепад давления технологически выше золотникового клапана 3842 по меньшей мере для частичной деформации золотникового клапана 3842 и образования кольцевого отверстия вокруг изолятора 3810 для впрыскивания топлива. Как таковая, форсунка 3800, а также некоторые другие описанные в настоящей заявке форсунки, обеспечивают преимущество, которое состоит в использовании по меньшей мере двух средств для управления расходом топлива. Например, в показанном на чертеже варианте реализации клапанный узел 3828 обеспечивает первичное или исходное регулирование расхода топлива, которое реагирует на приложенное для приведения в действие усилие, в то время как золотниковый клапан 3842 обеспечивает вторичное регулирование расхода топлива, которое реагирует на давление (например, гидравлическое) топлива в форсунке 3800.As shown in FIG. 38A, the
Согласно некоторым вариантам реализации золотниковый клапан 3842 может быть выполнен из подходящего прочного полимера, такого как полиамидоимид (материал Torlon) или термореактивный композит с материалом Kapton, стекловолокном, и/или армированное графитовое волокно. Согласно другим вариантам реализации золотниковый клапан 3842 может быть металлическим и выполненным из алюминия, титана, легированной стали или другого подходящего металлического материала. Кроме того, уплотнение отверстия 3844 может быть осуществлено с использованием эластичных материалов, таких как фтор-каучук (FKM), вайтон и/или фторкремниевого эластомера, для уплотнения корпуса 3808 в сопловой части 3804 против газов, образованных в камере сгорания, и/или против смазки двигателя.In some embodiments, the 3842 spool valve may be made of a suitable, durable polymer, such as polyamidoimide (Torlon material) or a thermoset composite with Kapton material, fiberglass, and / or reinforced graphite fiber. In other embodiments,
На фиг. 38C-38E показана последовательность разрезов вида сбоку форсунки 3800 в различных положениях вдоль изолятора 3810. В частности, на фиг. 38C показан разрез вида сбоку форсунки 3800 по существу вдоль линии 38C-38C, показанной на фиг. 38A. Как показано на фиг. 38C, в этом положении вдоль изолятора 3810 рядом с основной частью 3802 топливные каналы 3840 изолятора выполнены достаточно большими относительно изолятора 3810. Например, топливные каналы 3840 формируют в целом вогнутую поверхность или выполненные с наклоном углубления во внешней поверхности изолятора 3810, расположенной рядом с внутренней поверхностью корпуса 3808. Однако согласно другим вариантам реализации топливные каналы 3840 изолятора могут иметь другие профили или формы поперечного сечения, включая, например, изогнутые, прямолинейные и/или иные формы. Несмотря на то, что показанный на чертеже вариант реализации содержит шесть топливных каналов 3840, согласно другим вариантам реализации изолятор 3810 может содержать больше или меньше шести топливных каналов 3840. Согласно другой особенности показанного на чертеже варианта реализации проводник 3814 проходит через проводящее отверстие 3812 в изоляторе 3810. Кроме того, в проводнике 3814 проходят оптические волокна или средства 3818 для отслеживания.In FIG. 38C-38E shows a sequence of cutaways of a side view of
На фиг. 38D показан разрез вида сбоку по существу вдоль линии 38D-38D, показанной на фиг. 38A. В этом в целом среднем положении вдоль изолятора 3810 топливные каналы 3840 изолятора являются суженными или имеют коническую форму и образуют относительно уменьшенные углубления или каналы между изолятором 3810 и расположенной рядом внутренней поверхностью корпуса 3808. Например, по сравнению с размером отдельных топливных каналов 3840, показанных на фиг. 38C, показанные на фиг. 38D отдельные каналы 3840 являются уменьшенными и расположены на расстоянии друг от друга.In FIG. 38D is a side view sectional view substantially along
На фиг. 38E показан разрез вида сбоку по существу вдоль линии 3E-3E, показанной на фиг. 38A, сопловой части 3804 форсунки 3800. В этом положении вдоль изолятора 3810 топливные каналы отсутствуют совсем или значительно уменьшены или сужены по сравнению с другими положениями вдоль изолятора 3810, расположенными ближе к основной части 3802. Кроме того, в этом положении вдоль изолятора 3810 эластомерная втулка 3842 коаксиально расположена и уплотнена вокруг изолятора (например, между изолятором 3810 и корпусом 3808). Соответственно, как показано на фиг. 38A, каналы 3840 являются суженными или уменьшенными при прохождении вдоль изолятора 3810 к сопловой части 3804. В сопловой части 3804 рядом с камерой сгорания эластомерный золотниковый клапан 3842 является нормально закрытым и уплотнен вокруг изолятора 3810.In FIG. 38E is a side view sectional view substantially along the line 3E-3E shown in FIG. 38A,
При использовании топливо протекает по топливным каналам 3840 изолятора от клапанного узла 3828, расположенного в основной части 3802. Давление топлива в топливных каналах 3840 растягивает или деформирует золотниковый клапан 3842, расположенный в сопловой части 3804, и таким образом формирует кольцевое отверстие вокруг изолятора 3810 для впрыскивания топлива в камеру сгорания. После акта впрыскивания топлива давление в каналах 3840 снижается, в результате чего обеспечивается возможность возврата золотникового клапана 3842 в нормально закрытое или герметичное положение сближением с цилиндрической частью изолятора 3810.In use, fuel flows through the fuel channels of the
Согласно некоторым вариантам реализации изобретения диэлектрический изолятор корпуса обеспечивает электрическую прочность более 80000 В постоянного напряжения с частотой несколько мегагерц в секциях, размер которых составляет меньше 1,8 мм (0,071 дюйма), между электрическим проводником 3814 на внешней поверхности изолятора 3810. В случаях, если для возбуждения ионные электрических токов или ионных колебаний между электродами, которыми являются зажигающие элементы 3816 и отверстие в головке двигателя, используется высокочастотное напряжение, внешняя поверхность электрода 3814 может быть покрыта проводящим слоем меди или серебра. Проводящий слой также может быть усилен дополнительной металлизацией, обеспечивающей увеличенную высокочастотную проводимость. Однако согласно другим вариантам реализации поверх средств 3818 для отслеживания (например, оптических волокон), расположенных в сердечнике проводника 3814, для снижения резистивных потерь может быть размещен многожильный высокочастотный обмоточный провод.According to some embodiments of the invention, the dielectric insulator of the housing provides an electric strength of more than 80,000 V DC with a frequency of several megahertz in sections whose size is less than 1.8 mm (0.071 inches) between the
Изолятор 3810 корпуса и/или изолятор 3807 основной части могут быть выполнены из такого материала, как стекло, имеющее примерно следующий процентный состав по весу согласно Формуле 1. Это могут быть диэлектрические изолирующие материалы, измельченные в шаровой мельнице и расплавленные в подходящем плавильном тигле, покрытом платиной, кремнием, оксидом магния или оксидом алюминия, и затем отформованные под давлением, отштампованные, выпрессованные или отлитые в форму, подходящие для повторного нагревания и литья в виде частей с заданными формой и размерами. Формула 1 может содержать, например: SiO2 в количестве 24-48%; MgO в количестве 12-28%; Al2O3 в количестве 9-20%; Cr2O3 в количестве 0,5-6,5%; F в количестве 1-9%; BaO в количестве 0-14%; CuO в количестве 0-5%; SrO в количестве 0-11%; Ag2O в количестве 0-3,5%; NiO в количестве 0-1,5%; и B2O3 в количестве 0-9%. Согласно другому варианту реализации в Формуле 2 может использоваться дополнительный соответствующий процентный состав по весу, когда материал расплавляют при температуре по меньшей мере между примерно 1350°C и 1550°C в покрытом платиной, оксидом алюминия, оксидом магния или кремнием плавильном тигле. Формула 2, например, может содержать: SiO2 в количестве 31%; MgO в количестве 22%; Al2O3 в количестве 17%; Cr2O3 в количестве 2,2%; F в количестве 4,5%; BaO в количестве 13%; CuO в количестве 0,4%; SrO в количестве 9,5%; Ag2O в количестве 0,3%; и NiO в количестве 0,1%.The
Трубчатые профили этих изолирующих материалов могут быть экструдированы из расплавленного материала или охлажденного материала, который был подвергнут горячему формованию при температурах между примерно 1050°C и 1200°C. Затем литьевые массы, обеспечивающие объем, необходимый для горячего прессования выдавливанием в форме трубки или в другой форме, или для штампования частей в форме и с размерами, близкими к заданным, могут быть медленно охлаждены. Такие объемные массы могут быть нагреты для горячего формования до соответствующей температуры, такой как между примерно 1050°C и 1250°C, и отформованы выдавливанием в желательной форме с необходимыми размерами с использованием соответствующих штампов из огнеупорного материала, такого как платина, молибден или графит. Экструдированный профиль может быть покрыт по меньшей мере одним подходящим кристаллизатором, образующим центры кристаллизации, таким как нитрид бора, B2O3, AlF3, бор, AlB2, AlB12 или алюмонитрид, для изготовления большего количества малых кристаллов в результирующих поверхностных областях в отличие от центральных областей, чтобы таким образом уменьшить объемный коэффициент упаковки и обеспечить компрессионные напряжения в поверхностных областях и растягивающее напряжение в центральных областях. Кроме того, дополнительно усовершенствование таких компрессионных напряжений в случае необходимости может быть достигнуто удлинением кристаллов в наружных слоях за счет деформации и вытягивания во время прессования, поскольку при этом изделию придают форму с меньшим сечением. Согласно другим вариантам реализации более сложные конфигурации и формы могут быть достигнуты литьем под давлением или формованием в пресс-форме из жаропрочного сплава или графита, покрытой подходящим кристаллизатором, образующим центры кристаллизации, таким как B2O3 или нитрид бора, например, для формирования подобных компрессионных напряжений в подповерхностных областях.The tubular profiles of these insulating materials can be extruded from molten material or chilled material that has been hot formed at temperatures between about 1050 ° C and 1200 ° C. Then, the injection masses providing the volume necessary for hot pressing by extrusion in the form of a tube or in another form, or for stamping parts in the form and with sizes close to the specified ones, can be slowly cooled. Such bulk masses can be heated for hot molding to an appropriate temperature, such as between about 1050 ° C and 1250 ° C, and formed by extrusion in the desired shape with the required dimensions using appropriate dies from a refractory material such as platinum, molybdenum or graphite. The extruded profile may be coated with at least one suitable crystallizer, forming crystallization centers, such as boron nitride, B 2 O 3 , AlF 3 , boron, AlB 2 , AlB 12 or aluminitride, to produce more small crystals in the resulting surface regions in difference from the central regions in order to thereby reduce the packing volume factor and provide compression stresses in the surface regions and tensile stress in the central regions. In addition, further improvement of such compression stresses, if necessary, can be achieved by elongating the crystals in the outer layers due to deformation and stretching during pressing, since the product is shaped into a smaller cross section. In other embodiments, more complex configurations and shapes can be achieved by injection molding or molding of a heat-resistant alloy or graphite coated with a suitable mold to form crystallization centers such as B 2 O 3 or boron nitride, for example, to form like compression stresses in subsurface areas.
В обычных случаях применения для механизированного изготовления изолирующих материалов используют необходимые сочетания химических формул и способов термообработки. Однако согласно настоящему изобретению предложен противоположный способ. Например, варианты реализации согласно настоящему изобретению в конечном счете обеспечивают изготовление изделий, которые не подходят для машинной обработки, поскольку их поверхностные области отличаются высокой твердостью и характеризуются компрессионными напряжениями, которые уравновешиваются растягивающим напряжением в центральных областях между областями с компрессионным напряжением или рядом с ними. Предложенные варианты реализации соответствующим образом преодолевают проблемы, присущие изготовленному материалу, путем выборочного ухудшения свойств материала в областях, в которых резцы прикладывают механическое напряжение, для обеспечения улучшенного трещинообразования и повышения технологичности. Несмотря на то, что такое характерное трещинообразование обеспечивает возможность повышения технологичности, оно также по своей природе обеспечивает возможность неблагоприятного проникновения в изолирующий материал через такие трещины нежелательных веществ, таких как органические соединения, включая машинную смазку, поверхностно-активные вещества, присутствующий на руках жир, отпотевание, и т.п. Такой органический материал в конечном счете имеет тенденцию к дегидрации или иными способами становится донором углерода, который впоследствии образует в изолирующем материале электрически проводящие каналы, такие как различные электролиты, которые проникают в такие трещины, и может поставить под угрозу электрическую прочность керамического изделия, прошедшего машинную обработку, и таким образом в конечном счете приводит к неспособности изолятора выдерживать высокое напряжение.In ordinary applications for the mechanized manufacture of insulating materials, the necessary combinations of chemical formulas and heat treatment methods are used. However, the present invention provides an opposite method. For example, the embodiments of the present invention ultimately provide the manufacture of products that are not suitable for machining, since their surface areas are highly hard and are characterized by compression stresses that are balanced by tensile stress in the central areas between or adjacent to areas with compression stress. The proposed embodiments accordingly overcome the problems inherent in the fabricated material by selectively worsening the material properties in areas in which the cutters apply mechanical stress to provide improved crack formation and increase manufacturability. Despite the fact that this characteristic cracking provides the possibility of improving manufacturability, it also by its nature provides the possibility of adverse penetration into the insulating material through such cracks of undesirable substances, such as organic compounds, including machine lubricant, surfactants, fat present on the hands, fogging, etc. Such an organic material ultimately tends to dehydrate or otherwise becomes a carbon donor, which subsequently forms electrically conductive channels in the insulating material, such as various electrolytes that penetrate such cracks, and can compromise the dielectric strength of the ceramic machine-made processing, and thus ultimately leads to the inability of the insulator to withstand high voltage.
Согласно еще одному варианту реализации изобретения для формирования изолятора 3810 корпуса и/или изолятора 3807 основной части может использоваться другой соответствующий процентный состав по весу, указанный в Формуле 3. Например, Формула 3 может содержать следующие вещества в примерном процентном количестве по весу: SiO2 в количестве 30%; MgO в количестве 22%; Al2O3 в количестве 18%; Cr2O3 в количестве 3,2%; F в количестве 4,3%; BaO в количестве 12%; SrO в количестве 3,6%; CuO в количестве 4,9%; Ag2O в количестве 1,3%; и NiO в количестве 0,1%. Согласно одному варианту реализации, трубка изолятора после формирования выдавливанием охлаждается до примерно 650°C водородом, проходящим через отверстие, в результате чего уменьшается расход оксида меди и/или оксида серебра для изготовления металлизированной медью и/или сплавом серебра и меди поверхности. После достижения соответствующей толщины проводящего металла внешняя поверхность трубки может быть нагрета теплом из подходящего источника, такого как излучение нагретой индукционно трубки или окислительным пламенем, таким как избыточное пламя кислородно-водородной горелки, и затем к поверхности могут быть применены подходящие кристаллизатор и/или реагент для окончательной отделки для формирования компрессионных напряжений, которые уравновешиваются растягивающими усилиями в области внутренней части трубки изолятора.According to another embodiment of the invention, another suitable percentage by weight specified in Formula 3 can be used to form the
В вариантах реализации, содержащих генератор 3806 усилия с соленоидной обмоткой, соответствующая изоляция медной проволоки для магнита для таких случаев применения может содержать полиимидный лак и алюминиевую металлизацию, нанесенную на медную проволоку. Алюминиевая металлизация может быть окислена или частично окислена для формирования оксид алюминия. Такая алюминиевая металлизация и окисление также могут быть использованы в сочетании с полиимидной или полиамидоимидной, и/или париленовой изоляционными пленками. Ферромагнитные компоненты основной части 3802 могут соответствующим образом направлять магнитный поток, возбужденный обмоткой в генераторе 3806 усилия, через ферромагнитный клапан 3832 для обеспечения ускоренного срабатывания клапана 3832.In embodiments comprising a solenoidal winding
На фиг. 38F показан разрез вида сбоку варианта выполнения генератора 3806 усилия по существу вдоль линии 38F-38F, показанной на фиг. 38A, выполненного согласно другому варианту реализации изобретения. В варианте реализации, показанном на фиг. 38F, генератор 3806 усилия содержит многочисленные отдельные генераторы усилия или клапанные исполнительные устройства 3850 (схематично показанные и индивидуально идентифицированные как с первого по четвертое клапанные исполнительные устройства 3850a-3850d). Каждое из исполнительных устройств 3850 выполнено с возможностью выборочного приведения в действие соответствующего клапана в клапанном узле 3828, такого как клапан 3832. Соответственно, в варианте реализации, содержащем генератор 3806 усилия, показанный на фиг. 38F, с четырьмя клапанными исполнительными устройствами 3850, клапанный узел может содержать четыре соответствующих редукционных клапана. В показанном на чертеже варианте реализации генератор 3806 усилия также содержит область для протекания топлива или область 3852, окружающую каждый из клапанных исполнительных устройств 3850. Область 3852 выполнена с обеспечением возможности протекания топлива мимо каждого из исполнительных устройств 3850 и таким образом по меньшей мере частично для охлаждения исполнительных устройств 3850. Такая конструкция обеспечивает преимущество, состоящее в относительно большой удельной охлаждающей поверхности генератора 3806 усилия.In FIG. 38F is a side sectional view of an embodiment of a
Согласно некоторым вариантам реализации клапанные исполнительные устройства 3850 могут быть выполнены с возможностью открывания одновременно, в различные моменты времени или по отдельности. Например, одиночное исполнительное устройство 3850 может использоваться для обеспечения возможности протекания топлива для первого режима работы двигателя, такого как режим холостого хода или с пониженной мощностью, два исполнительных устройства 3850 могут использоваться одновременно для второго режима работы двигателя, такого как режим круиз-контроля или с умеренной мощностью, и три, четыре или больше исполнительных устройств 3850 могут использоваться одновременно для третьего режима работы двигателя, такого как ускорение или работа с полной мощностью.In some embodiments, valve actuators 3850 may be openable simultaneously, at different times, or individually. For example, a single actuator 3850 can be used to allow fuel to flow for a first engine operation, such as idle or reduced power, two actuators 3850 can be used simultaneously for a second engine operation, such as cruise control or moderate power, and three, four or more actuators 3850 can be used simultaneously for the third mode of operation of the engine, such as acceleration or work with full power.
Различные особенности форсунки 3800 и соответствующие компоненты, описанные выше со ссылкой на фиг. 38A-38F, обеспечивают некоторые преимущества по сравнению с известными топливными форсунками. Например, камера сгорания современного дизельного двигателя в целом оснащена отверстиями с очень малым диаметром для топливной форсунка непосредственного впрыска типа "карандаш", которая должна быть расположена в сложном и тесном пространстве приводных механизмов для впускных и выпускных клапанов. Обычный диаметр отверстия для установки форсунки для впрыска дизельного топлива в камеру сгорания ограничен значением примерно 8,4 мм (0,331 дюйма). В дополнение к таким серьезным ограничениям пространства, в среде головки двигателя под крышкой клапанного механизма постоянно разбрызгивается горячее моторное масло, нагревающее узел топливной форсунки до температуры больше 115°C (240°F), с учетом требований для большей части пробега в 1 миллион миль (1,6 млн. км), которые соответственно запрещают использование традиционных конструкций соленоидных клапанов с воздушным охлаждением.Various features of the
Таким образом, имеется потребность в преодолении проблемы ограничения работы дизельного двигателя, состоящего в использовании только компрессионного зажигания и дизельного топлива с узким диапазоном цетанового числа и вязкостей наряду со строгими требованиями устранения макрочастиц и воды. Предложенное решение обеспечивает возможность использования большого разнообразия видов топлива при чрезвычайно малых затратах на переоборудование двигателя. Как таковая, одна задача предложенных вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в использовании менее дорогих видов топлива с широким разнообразием цетанового и/или октанового чисел, наряду с наличием примесей, таких как вода, азот, диоксид углерода, моноксид углерода и различные макрочастицы. Например, традиционные установки для производства этанола, которые в настоящее время изготавливают чистый этиловый спирт, отделенный от нетопливных составов, таких как вода и диоксид углерода, представляющих собой побочный продукт ферментации, могут с избытком удвоить изготовление подходящего для использования топлива, такого как смесь этанола, воды и метанола или бутанола.Thus, there is a need to overcome the problem of limiting the operation of a diesel engine, which consists in using only compression ignition and diesel fuel with a narrow range of cetane number and viscosities, along with strict requirements for the elimination of particulate and water. The proposed solution provides the possibility of using a wide variety of fuels at extremely low costs for the conversion of the engine. As such, one objective of the proposed embodiments according to the present invention is to use less expensive fuels with a wide variety of cetane and / or octane numbers, along with the presence of impurities such as water, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and various particulates. For example, traditional ethanol plants that currently produce pure ethanol, separated from non-fuel compounds, such as water and carbon dioxide, which are a by-product of fermentation, can double the production of a suitable fuel, such as a mixture of ethanol, in excess water and methanol or butanol.
Форсунка 3800 и другие описанные в настоящей заявке форсунки преодолевают вышеуказанные проблемы уровня техники обеспечением и разрешением по меньшей мере следующего: 1) увеличение в 3000 раз и более расхода топлива по сравнению с известной форсункой для обычного дизельного топлива, для обеспечения возможности использования дешевых видов топлива, такого как газ из органических отходов, метан, полученный в результате анаэробной ферментации, и различные смеси водорода и другого распыленного топлива, наряду с существенным количеством нетопливных веществ, таких как водяной пар, диоксид углерода и азот; 2) плазменное зажигание такого топлива при его распространении в камере сгорания; и 3) замена форсунок для дизельного топлива во время регулировки.The
На фиг. 39 показан разрез форсунки 3900, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Форсунка 3900 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунки 3800, описанной выше со ссылкой на фиг. 38A-38F, а также других описанных в настоящей заявке форсунок. Например, форсунка, показанный на фиг. 39, содержит основную часть 3802, противоположную сопловой части 3804. Основная часть 3802 содержит генератор 3806 усилия и соответствующий клапанный узел 3828, а сопловая часть содержит эластомерный золотниковый клапан 3842, коаксиально расположенный поверх части диэлектрического корпуса изолятора 3810. Кроме того, проводящее отверстие 3812 в корпусе изолятора 3810 обеспечивает возможность прохода электрода или электрического проводника 3814 через форсунку 3900 от сопловой части 3804 к основной части 3802.In FIG. 39 shows a section through a
Проводник 3814 также содержит проходящее вдоль него по меньшей мере одно оптическое волокно или средство 3918 для отслеживания. Оптические волокна 3918 выполнены с возможностью отслеживания или обнаружения иным способом свойств камеры сгорания в сопловой части. Однако согласно другим вариантам реализации оптическое отслеживающее средство 3918 выходит из основной части 3802 для ретрансляции или передачи иным способом данных о камере сгорания контроллеру или процессору 3901. Согласно некоторым вариантам реализации в форсунке 3900 может быть расположен процессор 3901. Однако согласно другим вариантам реализации процессор 3901 может быть расположен на расстоянии от форсунки 3900. Кроме того, оптические волокна 3818 могут быть выполнены с возможностью передачи данных о камере сгорания процессору посредством проводного или беспроводного соединения.
Согласно еще одной особенности показанного на чертеже варианта реализации основная часть 3802 также содержит диэлектрический изолятор 3907, который выдерживает высокое напряжение, поданное к основной части 3802 посредством проводника 3814. В частности, проводник 3814 содержит продолжающуюся часть 3913 в основной части 3802, отдельную от оптических волокон 3818. Кроме того, в показанном на чертеже варианте реализации основная часть 3802 содержит входной топливный штуцер 3926, который проходит под углом 90° относительно продольной оси форсунки 3900.According to yet another aspect of the embodiment shown in the drawing, the
На фиг. 40A показан разрез вида сбоку форсунки 4000, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. Форсунка 4000 содержит некоторые особенности, которые в целом подобны по структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше со ссылкой на фиг. 1-39. Например, форсунка 4000 содержит первую или основную часть 4002, противоположную второй или сопловой части 4004. Форсунка 4000 также содержит втулку или корпус 4008, проходящий между основной частью 4002 и сопловой частью 4004. Корпус 4008 окружает первую диэлектрическую часть или диэлектрический изолятор 4009, проходящий вдоль форсунки 4000 и коаксиально расположенный во второй диэлектрической части или диэлектрическом изоляторе 4010 корпуса. Второй изолятор 4010 корпуса отделен радиально с внешней стороны от первого изолятора 4009 корпуса промежутком, формирующим канал 4011 для протекания топлива, проходящий вдоль форсунки 4000 от основной части 4002 к сопловой части 4004.In FIG. 40A is a cross-sectional side view of a
Первый изолятор 4009 корпуса имеет проводящее отверстие 4012, проходящее коаксиально вдоль корпуса. Проводящее отверстие 4012 выполнено с обеспечением возможности прохода электрода или электрического проводника 4014 через форсунку 4000 от сопловой части 4004 к основной части 4002. Например, проводник 4014 может быть соединен с источником энергии, таким как источник напряжения, для подачи энергии зажигания по меньшей мере к одному электроду или зажигающему элементу 4016, расположенному в сопловой части 4004. Проводник 4014 также может содержать по меньшей мере одно оптическое волокно или средство 4018 для отслеживания, проходящее вдоль него. Оптическое отслеживающее средство 4018 выполнено с возможностью обнаружения или распознавания другим способом свойств камеры сгорания и передачи данных об этих свойствах контроллеру или процессору.The
Согласно дополнительным особенностям показанного на чертеже варианта реализации основная часть 4002 содержит генератор 4006 усилия (например, подходящий пневматический, гидравлический, электромагнитный соленоидный, пьезоэлектрический компонент, и т.п.), расположенный в кожухе 4020 генератора усилия. Кожух 4020 содержит входное топливное отверстие, соединенное с топливным штуцером 4026, для приема топлива в кожух 4020 от источника топлива. Кожух 4020 также содержит выходное топливное отверстие 4024, выполненное с обеспечением возможности выхода топлива из кожуха 4020 через клапанный узел 4028. В частности,клапанный узел 4028 содержит клапан 4032 (например, ферромагнитный клапан), который расположен в полости 4021 клапана. Полость 4021 клапана гидравлически сообщается с внутренней частью кожуха 4020 генератора усилия через выходное топливное отверстие 4024. Клапан 4032 герметизирует или закрывает выходное топливное отверстие 4024, если клапан 4032 находится в нормально закрытом положении, как показано на фиг. 40A.According to additional features of the embodiment shown in the drawing, the
Клапанный узел 4028 также содержит неподвижную ферромагнитную полюсную часть или полюсной элемент 4033, расположенный в полости 4021 клапана. В закрытом положении клапан 4032 расположен на расстоянии от полюсной части 4033, заданном полостью 4030. Смещающий элемент 4830, такой как неферромагнитная пружина, тарельчатая пружина, и т.п., также дополнительно может быть расположен между полюсной частью 4033 и клапаном 4032 в полости 4030 и перемещать клапан 4032 в направлении от полюсной части 4033 в закрытое положение. Клапанный узел 4028 дополнительно содержит притягивающий элемент 4038 (например, электромагнит, постоянный магнит, и т.п.), который притягивает или иным способом смещает клапан 4032 в направлении к закрытому положению. В частности, в показанном на чертеже варианте реализации клапан 4032 имеет в целом цилиндрический корпус и в целом клиновидную, коническую или усеченно-коническую концевую часть 4037, расположенную рядом с притягивающим элементом 4038. Как таковая, коническая концевая часть 4037 имеет меньший размер сечения по сравнению с цилиндрической частью клапана 4032.The
При использовании электрический ток, поданный в генератор 4006 усилия, намагничивает полюсную часть 4033 и тем самым вызывает перемещение клапана 4032 в направлении к полюсной части 4033 в открытое положение (например, в направлении от сопловой части 4004). При перемещении клапана 4032 в полости 4021 из закрытого положения в открытое положение рядом с полюсной частью 4033 коническая концевая часть 4037 клапана 4032 расположена рядом с выходным топливным отверстием 4024 генератора усилия, так что клапан 4032 не герметизирует или закрывает топливное выходное отверстие 4024. Как таковое, топливо может вытекать из генератора 4006 усилия в топливное окно или отверстие 4013 в полости 4021 клапана и затем в топливный канал 4011 между первым изолятором 4009 корпуса и вторым изолятором 4010 корпуса. Кроме того, при перемещении в открытое положение клапан 4032 обеспечивает возможность протекания топлива из топливного выходного отверстия 4024 в топливный канал через топливное окно 4013 в полости 4021 клапана. После возвращения в нормально закрытое положение (например, к сопловой части 4004) клапан 4032 путем скользящего перемещения закрывает топливное выходное отверстие 4024 и тем самым останавливает протекание топлива.In use, the electric current supplied to the
Соответственно, клапан 4032 в основной части 4002 перемещается продольно в форсунке 4000. Однако согласно дополнительным особенностям показанного на чертеже варианта реализации форсунка 4000 также может содержать второй клапан 4042, расположенный в сопловой части 4004. В частности, второй клапан 4042 является деформируемым или эластомерным золотниковым клапаном 4042, который коаксиально расположен поверх первого и второго изоляторов 4009, 4010 корпуса, расположенных в сопловой части. Основная часть золотникового клапана 4042 может быть прикреплена к второму изолятору 4010 корпуса подходящим адгезивом, термополимером, термореактивным составом или другими соответствующими адгезивами. Кроме того, в показанном на чертеже варианте реализации золотниковый клапан 4042 содержит концевую часть 4043, выполненную с возможностью удерживания золотникового клапана 4042 вплотную к второму изолятору 4010 корпуса посредством второго эластомерного удерживающего средства 4041. Как таковое, удерживающее средство 4041 может фиксировать сжатием клапанную втулку вплотную к второму изолятора 4010 корпуса.Accordingly, the
Кроме того, клапанная втулка 4042 проходит поверх нескольких выходных отверстий или отверстий 4041 для впрыска, расположенных в сопловой части. В частности, второй изолятор 4010 корпуса содержит многочисленные отверстия 4041 для впрыска, которые гидравлически сообщаются с топливным каналом 4011, проходящим между первым изолятором 4009 корпуса и вторым изолятором 4010 корпуса. Соответственно, при открывании первого клапана 4032 и вводе топлива под давлением в топливный канал 4011, проходящий продольно в направлении к сопловой части 4004, золотниковый клапан 4042 расширяется поверх отверстий 4041для впрыска и тем самым обеспечивает возможность выхода топлива из сопловой части 4004.In addition,
На фиг. 40B показан вид сверху верхней части смещающего элемента 4039, показанного на фиг. 40A, выполненного в соответствии с одним вариантом реализации изобретения. В показанном на чертеже варианте реализации смещающий элемент 4039 может иметь смещенную центральную часть 4051, отделенную от периферийной части смещающего элемента по меньшей мере одним каналом 4053, проходящим через смещающий элемент 4039. Согласно некоторым вариантам реализации смещающий элемент 4039 может быть выполнен из немагнитной листовой нержавеющей стали толщиной 0,1 мм (0,004 дюйма). Кроме того, смещающий элемент 4039 может быть проштампован или обработан фототравлением для достижения показанной на чертеже геометрической формы. Смещающий элемент 4039 дополнительно может быть термически обработан для формирования желательных пружинных свойств в центральной части 4051, в результате чего центральная часть 4051 немного приподнята. Немагнитная природа смещающего элемента 4039 обеспечивает возможность быстрого возвращения клапана 4032, показанного на фиг. 40A, в нормально закрытое положение благодаря зазору шириной примерно 0,1 мм (0,004 дюйма) для предотвращения формирования притягивающих сил твердыми магнитными доменами, вследствие чего может быть увеличен открытый период клапана 4032. Однако согласно другим вариантам реализации смещающий элемент может быть смещающим элементом другого типа, включая, например, конусную пружину, пружинную шайбу, спиральную сжимающую пружину, и т.п. Кроме того, согласно еще одним дополнительным вариантам реализации смещающий элемент 4039 может быть устранен из клапанного узла 4028, показанного на фиг. 40A.In FIG. 40B is a plan view of the top of the biasing
На фиг. 41 показан разрез частичного вида сбоку форсунки 4100, выполненной в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. В показанном на чертеже варианте реализации форсунка 4100 содержит основную часть 4102, содержащую клапанный узел 4128, который в целом подобен по структуре и функциям клапанному узлу 4028, описанному выше со ссылкой на фиг. 40A. Например, клапанный узел 4128, показанный на фиг. 41, содержит клапан 4132, расположенный в полости 4121 клапана. Полость 4121 гидравлически сообщается с выходным топливным отверстием 4124 генератора усилия. Однако в показанном на чертеже варианте реализации часть полости 4121 клапана, окружающая выходное топливное отверстие 4124, имеет коническую форму, в целом соответствующую конической или усеченной конической форме концевой части клапана 4132. В частности, концевая часть клапана 4132 содержит первую клиновидную, коническую или усеченную коническую поверхность 4138, проходящую от второй клиновидной, конической или усеченной конической поверхности 4139. Поверхность полости 4121 клапана, которая входит в контакт с клапаном 4132, имеет ту же или в целом подобную клиновидную, коническую или усеченную коническую форму, что и вторая коническая поверхность 4139 клапана 4132. Преимущество этого варианта реализации состоит в том, что клиновидная или коническая форма обеспечивает увеличенные допуски между клапаном 4132 и поверхностью полости 4121 клапана, которая входит в контакт с клапаном 4132.In FIG. 41 is a sectional view of a partial side view of a
На фиг. 42 показан разрез вида сбоку форсунки 4200, выполненной согласно другому варианту реализации изобретения. Форсунка 4200 содержит некоторые средства, которые в целом подобны по структуре и функциям описанным в настоящей заявке форсункам, и в частности форсунке 1600, описанной выше со ссылкой на фиг. 28. В варианте реализации, показанном на фиг. 42, например, форсунка 4200 содержит основную часть 4202, противоположную сопловой части 4204. Стержень или кабель 4214 исполнительного устройства проходят от основной части 4202 в направлении к сопловой части 4204 в продольном топливопроводе. Кабель 4214 соединен с открывающимся наружу редукционным клапаном 4224, расположенным в сопловой части 4204. Кабель 4214 может содержать по меньшей мере один отслеживающий элемент, такой как оптоволоконный кабель, для передачи данных о камере сгорания контроллеру или процессору. Топливное входное отверстие 4209 в основной части гидравлически сообщается с указанным топливопроводом.In FIG. 42 is a sectional side view of a
Основная часть 4202 также содержит генератор 4206 усилия (например, соответствующий пневматический, гидравлический, электромагнитный соленоид, пьезоэлектрический компонент, и т.п.), который обеспечивает активирующее усилие для кабельного стопора или тормоза 4266. Кабельный тормоз 4266 прикладывает сжимающее или радиально сжимающее усилие к кабелю 4214 для поддержания в кабеле 4214 растягивающего усилия и удержания клапана 4244 в закрытом положении. Основная часть 4202 дополнительно содержит притягивающий элемент 4270, такой как магнит или постоянный магнит, соединенный с кабелем 4214 технологически ниже кабельного тормоза 4266. Притягивающий элемент 4270 притягивается к неподвижному ферромагнитному диску 4268, который соединен с основной частью 4202 и расположен между притягивающим элементом 4270 и кабельным тормозом 4266.Соответственно, притягивающий элемент 4270 также прикладывает растягивающее усилие к кабелю 4214 по меньшей мере для частичного удерживания клапана 4224 в закрытом положении.The
Согласно дополнительным аспектам показанного на чертеже варианта реализации основная часть 4202 также содержит первый ограничитель 4264, соединенный с кабелем 4214, выполненный с возможностью взаимодействия с кабельным тормозом 4266 для обеспечения порога для величины осевого перемещения кабеля 4214. Основная часть 4202 также содержит второй ограничитель 4260, соединенный с кабелем 4214 технологически выше первого ограничителя 4264. Первый ограничитель 4260 входит в контакт со смещающим элементом 4262 (например, пружиной, спиральной пружиной сжатия, и т.п.) для дополнительного натяжения кабеля 4214 по меньшей мере для частичного удерживания клапана 4224 в закрытом положении.According to additional aspects of the embodiment shown in the drawing, the
При использовании топливо вводится в топливопровод через топливное входное отверстие 4209. Кабельный тормоз 4266 блокирует кабель 4214 и предотвращает клапан 4224 от открывания путем приложения сжимающего усилия к кабелю 4214. Если необходимо осуществить впрыск топлива, генератор 4206 усилия переводит кабельный тормоз 4266 в освобожденное положение. Если кабельный тормоз 4266 находится в освобожденном состоянии, давление топлива в топливопроводе открывает клапан 4244. В частности, градиент давления в топливопроводе преодолевает силу натяжения кабеля 4214, приложенную вторым ограничителем 4260 и смещающим элементом 4262, а также притягивающим элементом 4270 и ферромагнитным диском 4268. Кроме того, общее перемещениекабеля 4214 ограничивается первым ограничителем 4264 при его входе в контакт с кабельным тормозом 4266.In use, fuel is introduced into the fuel line through the
Вариант реализации форсунки 4200, показанный на фиг. 42, соответственно обеспечивает изменяемое управление давлением и усовершенствованное управление актами впрыска. Например, кабельный тормоз 4266 может прикладывать к кабелю 4214 изменяемое ограничивающее усилие для регулирования давления, необходимого для открывания клапана 4224. Кроме того, второй ограничитель 4260 и соответствующий смещающий элемент 4262, отдельно или в сочетании с притягивающим элементом 4270 и соответствующим ферромагнитным диском 4268, может дополнительно выборочно управлять давлением, необходимым для открывания клапана. Подобно другим описанным в настоящей заявке вариантам реализации, также может быть обеспечено адаптивное управление топливной форсункой 4200 в ответ по меньшей мере на один отслеженный параметр камеры сгорания.An embodiment of the
Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения и как описано подробно выше форсунки, выполненные в соответствии с вариантами реализации изобретения, могут иметь по меньшей мере один зажигающий элемент или электрод, которые содержит сопловая часть соответствующей форсунки. Такие форсунки дополнительно могут иметь крышку, расположенную в сопловой части, для направления или управления шаблоном рассеивания топлива. Согласно некоторым вариантам реализации, например, такие сопловые части и соответствующие редукционные клапаны, электроды и концевые колпачки могут иметь по меньшей мере следующие конструкции: открывающийся наружу топливный регулирующий клапан с неподвижными электродами, расположенными за пределами клапана; открывающийся наружу топливный регулирующий клапан с неподвижным электродом, расположенным в клапане; открывающийся внутрь топливный регулирующий клапан с неподвижными электродами, расположенными за пределами клапана; открывающийся внутрь топливный регулирующий клапан с неподвижным электродом, расположенным в клапане; электроды, которые перемещаются во внешнем направлении, с клапаном, перемещающимся во внешнем направлении; электроды, которые перемещаются во внутреннем направлении, с клапаном, перемещающимся во внутреннем направлении, и т.п.According to additional embodiments of the invention, and as described in detail above, nozzles made in accordance with embodiments of the invention may have at least one ignition element or electrode that comprises a nozzle portion of a corresponding nozzle. Such nozzles may additionally have a cap located in the nozzle portion for guiding or controlling a fuel dispersion pattern. According to some embodiments, for example, such nozzle parts and corresponding pressure reducing valves, electrodes and end caps may have at least the following structures: an outward opening fuel control valve with fixed electrodes located outside the valve; outward opening fuel control valve with a fixed electrode located in the valve; an inward opening fuel control valve with fixed electrodes located outside the valve; an inward opening fuel control valve with a fixed electrode located in the valve; electrodes that move in the outer direction, with a valve moving in the outer direction; electrodes that move inwardly, with valve moving inwardly, etc.
Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации форсунки с этими сопловыми частями (например, сочетания клапана, электрода и/или крышки) могут распространять плазму в осевом направлении от соответствующей сопловой части. Например, концевой колпачок или электрод, такой как концевой колпачок, описанный выше со ссылкой на фиг. 24a, может по меньшей мере частично возбуждать плазму, проходящую радиально или в осевом направлении от сопловой части. В частности, концевые колпачки, которые имеют конструктивные компоненты, расположенные на пути осевого перемещения топлива, могут соответствующим образом возбуждать плазму, распространяющуюся в осевом направлении от сопловой части. Возбуждение плазмы в этих направлениях, и в частности в осевом направлении от сопловой части, может компенсировать или иным способом учитывать циркулирующее перемещение впрыснутого топлива. Кроме того, такое возбуждение плазмы также обеспечивает улучшенное формирование и управление шаблонами впрыскивания топлива.In addition, in some embodiments, nozzles with these nozzle parts (for example, a combination of valve, electrode, and / or cap) can propagate the plasma in the axial direction from the corresponding nozzle part. For example, an end cap or electrode, such as the end cap described above with reference to FIG. 24a may at least partially excite a plasma extending radially or axially from the nozzle portion. In particular, end caps, which have structural components located on the axial path of the fuel, can accordingly excite a plasma that propagates axially from the nozzle portion. Plasma excitation in these directions, and in particular in the axial direction from the nozzle portion, can compensate for or otherwise take into account the circulating movement of the injected fuel. In addition, such plasma excitation also provides improved formation and control of fuel injection patterns.
Дополнительные варианты реализацииAdditional implementation options
Система впрыска топлива, содержащая топливную форсунку для впрыскивания топлива, причем топливо впрыскивается путем подачи через клапан, и запальную свечу для воспламенения топлива, при этом запальная свеча для воспламенения топлива является неотъемлемой частью топливной форсунки, причем средство для подачи топлива через клапан при необходимости открывается средством для открывания, выбранным из группы, содержащей изолированный стержень, изолированный кабель и изолированное оптоволокно, при этом усилие, необходимое средству для открывания, обеспечивается вырабатывающим усилие средством, причем средство для подачи топлива через клапан, средство для впрыскивания топлива и средство для воспламенения топлива являются встроенными у граничной поверхности средства для сжигания топлива.A fuel injection system comprising a fuel injector for injecting fuel, the fuel being injected by means of a valve, and a glow plug for igniting the fuel, the glow plug for igniting the fuel being an integral part of the fuel injector, the means for supplying fuel through the valve being opened if necessary for opening, selected from the group consisting of an insulated rod, an insulated cable and an insulated optical fiber, while the force required by the means for opening tearing is provided by a force generating means, the means for supplying fuel through the valve, the means for injecting fuel and the means for igniting the fuel are integrated at the boundary surface of the means for burning fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для открывания также обеспечивает обнаружение или передачу обнаруженной информации от воспламеняющего средства управляющему средству.The system described in this application, in which the means for opening also provides for the detection or transmission of detected information from the igniting means to the control means.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой управляющее средство является неотъемлемой частью средства для впрыскивания топлива.The system described in this application, in which the control means is an integral part of the means for injecting fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой вырабатывающее усилие средство является электромеханическим.The system described in this application, in which the force generating means is electromechanical.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой вырабатывающее усилие средство, обеспечивающее ударное усилие, выбрано из группы, содержащей кабель, стержень или оптоволокно.The system described in this application, in which the force generating means providing the impact force is selected from the group consisting of a cable, a rod or an optical fiber.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для воспламенения топлива выбрано из группы, содержащей искровое средство, многоискровое средство и плазменное средство.The system described in this application, in which the means for igniting the fuel is selected from the group consisting of a spark means, a multi-spark tool and a plasma tool.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой управляющее средство охлаждается топливом.The system described in this application, in which the control means is cooled by fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливом охлаждается по меньшей мере вырабатывающее усилие средство или средство для подачи через клапан.The system described in this application, in which at least a force generating means or means for feeding through a valve is cooled by fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо впрыскивается по меньшей мере в одно из тепловой машины или топливного элемента.The system described in this application, in which fuel is injected into at least one of a heat engine or fuel cell.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо хранится средством для хранения топлива, причем средство для хранения топлива выбрано из группы средств для хранения топлива, которое представляет собой низкотемпературные жидкости, низкотемпературные твердые частицы и жидкости, низкотемпературные твердые частицы, жидкости, пары и газы; некриогенные жидкости, некриогенные твердые частицы и жидкости, и некриогенные твердые частицы, жидкости, пары и газы.The system described in this application, in which the fuel is stored by means for storing fuel, and the means for storing fuel is selected from the group of means for storing fuel, which are low-temperature liquids, low-temperature solids and liquids, low-temperature solids, liquids, vapors and gases ; non-cryogenic liquids, non-cryogenic solids and liquids, and non-cryogenic solids, liquids, vapors and gases.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо выбрано из группы, включающей низкотемпературное жидкое топливо, низкотемпературное твердое топливо и низкотемпературное газообразное топливо.The system described in this application, in which the fuel is selected from the group comprising low-temperature liquid fuel, low-temperature solid fuel and low-temperature gaseous fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо выбрано из группы, состоящей из твердого топлива, жидкого топлива, топливного пара и газообразного топлива.The system described in this application, in which the fuel is selected from the group consisting of solid fuel, liquid fuel, fuel vapor and gaseous fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо является смесью низкотемпературного и некриогенного топлива.The system described in this application, in which the fuel is a mixture of low temperature and non-cryogenic fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо доставляется и сжигается согласно одному из режимов сгорания стратифицированного заряда, сгорания гомогенного заряда и сгорания стратифицированного заряда в пределах гомогенного заряда.The system described in this application, in which the fuel is delivered and burned according to one of the modes of combustion of a stratified charge, combustion of a homogeneous charge and combustion of a stratified charge within a homogeneous charge.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для подачи через клапан защищено материалом, выбранным из группы, содержащей сапфир, кварц, стекло и высокотемпературный полимер.The system described in this application, in which the means for feeding through the valve is protected by a material selected from the group consisting of sapphire, quartz, glass and a high-temperature polymer.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо проходит через средство для теплообмена перед подачей в форсунку.The system described in this application, in which the fuel passes through a means for heat exchange before being fed to the nozzle.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для воспламенения содержит средство, выбранное из группы, состоящей из конденсаторного разряда, пьезоэлектрической выработки напряжения и индуктивной выработки напряжения.The system described in this application, in which the means for ignition contains a means selected from the group consisting of a capacitor discharge, a piezoelectric voltage generation and inductive voltage generation.
Процесс преобразования энергии, содержащий этапы, на которых сохраняют по меньшей мере одно топливное вещество в резервуаре для хранения, передают топливо и/или производные топлива в устройство, которое по существу разделяет исполнительное средство клапана от регулирующего клапана, расположенного у граничной поверхности камеры сгорания двигателя для управления топливом или производными топлива посредством электрически изолированного кабельного средства или стержневого средства для устранения подтекания топлива в камеру сгорания двигателя в нежелательные моменты времени.An energy conversion process comprising the steps of storing at least one fuel substance in a storage tank, transferring fuel and / or fuel derivatives to a device that essentially separates the valve actuator from the control valve located at the boundary surface of the engine combustion chamber for controlling fuel or fuel derivatives by means of an electrically insulated cable means or rod means to prevent leakage of fuel into the combustion chamber vigatelya unwanted moments in time.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором регулирующий клапан при необходимости электрически заряжают для обеспечения плазменного разряда.The process described in this application, in which the control valve is optionally electrically charged to provide a plasma discharge.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором электрически изолированное кабельное средство или стержневое средство также обеспечивают обнаружение и/или передачу обнаруженной информации от камеры сгорания в управляющее процессом средство.The process described in this application, in which the electrically insulated cable means or the rod means also provide for the detection and / or transmission of the detected information from the combustion chamber to the process control means.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором топливные производные изготавливают с использованием средства, выбранного из группы, содержащей теплообменник, обратимый топливный элемент и каталитический теплообменник.The process described in this application, in which the fuel derivatives are manufactured using means selected from the group consisting of a heat exchanger, a reversible fuel cell and a catalytic heat exchanger.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором топливо или топливные производные содержат водород, который используется в качестве теплопередающего средство и/или для уменьшения потерь при работе относительно перемещающихся компонентов в процессе преобразования энергии.The process described in this application, in which the fuel or fuel derivatives contain hydrogen, which is used as a heat transfer agent and / or to reduce losses during operation relative to moving components in the process of energy conversion.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором относительно перемещающимся компонентом является генератор электроэнергии.The process described in this application, in which the relatively moving component is an electric power generator.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором относительно перемещающимся компонентом является тепловая машина.The process described in this application, in which the relatively moving component is a heat engine.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором резервуар изолирует низкотемпературные вещества.The process described in this application, in which the tank isolates low-temperature substances.
Процесс, описанный в настоящей заявке, в котором резервуар содержит запасы топлива и/или производных топлива под давлением.The process described in this application, in which the tank contains stocks of fuel and / or derivatives of fuel under pressure.
Система для интеграции средства для впрыскивания топлива и средства для воспламенения, в которой прерывистым потоком топлива для обеспечения впрыскивания топлива при необходимости управляет клапан, электрически изолированный изолирующим средством от средства для приведения клапана в действие, причем средство для приведения клапана в действие прикладывает к клапану усилие с использованием электрически изолирующего средства.A system for integrating a fuel injection means and an ignition means, in which, if necessary, a valve electrically isolated by an insulating means from the valve driving means controls the discontinuous fuel flow to provide fuel injection, the valve driving means applying a force to the valve with using an electrically insulating agent.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для приведения в действие прикладывает усилие к клапану с использованием электрически изолирующего средства, которое состоит из электрически изолирующего кабеля или стержня.The system described in this application, in which the means for actuating applies force to the valve using an electrically insulating means, which consists of an electrically insulating cable or rod.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой кабель или стержень также обеспечивают обнаружение и/или передачу обнаруженной информации от камеры сгорания в управляющее средство для управления системой.The system described in this application, in which the cable or the rod also provides for the detection and / or transmission of the detected information from the combustion chamber to the control means for controlling the system.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой регулирующий клапан при необходимости электрически заряжен для обеспечения плазменного разряда для воспламенения при необходимости впрыскиваемого топлива, которое может протекать мимо регулирующего клапана.The system described in this application, in which the control valve is optionally electrically charged to provide a plasma discharge to ignite, if necessary, injected fuel, which can flow past the control valve.
Система для обеспечения функций редукционного клапана, в которой выполненный с возможностью перемещения элемент клапана перемещается плунжерным средством, которое приводится в действие средством, выбранным из группы, состоящей из соленоидного механизма, кулачкового механизма и сочетания соленоидного и кулачкового механизмов, причем элемента клапана при необходимости удерживается в заданном положении для обеспечения возможности протекания текучей среды с использованием средства, выбранного из соленоидного механизма, пьезоэлектрического механизма и сочетания соленоидного и пьезоэлектрического механизмов.A system for providing the functions of a pressure reducing valve in which a movable valve element is moved by plunger means which is driven by means selected from the group consisting of a solenoid mechanism, a cam mechanism and a combination of solenoid and cam mechanisms, the valve element being held in place if necessary a predetermined position to allow fluid flow using a means selected from a solenoid mechanism, a piezoelectric eskogo coupling mechanism and a solenoid and piezoelectric mechanisms.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой по меньшей мере часть текучей среды доставляется в двигатель для ускорения впуска воздуха и увеличения объемной эффективности двигателя.The system described in this application, in which at least part of the fluid is delivered to the engine to accelerate the air intake and increase the volumetric efficiency of the engine.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой по меньшей мере часть потока текучей среды доставляется в камеру сгорания двигателя с использованием системы, содержащей встроенные средство для впрыскивания топлива и средство для воспламенения, причем прерывистым потоком, обеспечивающим впрыскивание топлива, управляет клапан, который электрически изолирован изолирующим средством от средства для приведения клапана в действие, при этом средство для приведения в действие прикладывает усилие к клапану с использованием электрически изолирующего средства.The system described in this application, in which at least a portion of the fluid stream is delivered to the engine combustion chamber using a system comprising integrated fuel injection means and ignition means, wherein a valve that is electrically isolated controls a discontinuous flow providing fuel injection insulating means from the means for actuating the valve, wherein the means for actuating exerts a force on the valve using an electrically insulating dosing agent.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой такая работа обеспечивает адаптивно максимизированное эффективное давление тормозного средства при циклическом сгорании различных видов топлива независимо от октанового числа, цетанового числа, вязкости, плотности энергосодержания или температуры топлива.The system described in this application, in which such work provides adaptively maximized effective pressure of the braking means during cyclic combustion of various types of fuel, regardless of the octane number, cetane number, viscosity, energy density or fuel temperature.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо и/или водородосодержащие составы преобразуются в водород и/или смеси водорода и других компонентов текучей среды с использованием теплообменника, который поддерживает эндотермические реакции путем передачи тепла от двигателя топливу и/или водородосодержащим составам.The system described in this application, in which the fuel and / or hydrogen-containing compounds are converted into hydrogen and / or mixtures of hydrogen and other components of the fluid using a heat exchanger that supports endothermic reactions by transferring heat from the engine to the fuel and / or hydrogen-containing compounds.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой водород используется в целях, выбранных из группы, включая охлаждение вращающихся механизмов, уменьшение потерь сопротивления воздуха вращающихся механизмов, в качестве среды для поглощения и удаления влаги и в качестве топлива по меньшей мере для двух гибридизированных преобразующих энергию применений.The system described in this application in which hydrogen is used for purposes selected from the group including cooling of rotating mechanisms, reducing air resistance losses of rotating mechanisms, as a medium for absorbing and removing moisture, and as a fuel for at least two hybridized energy converters applications.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой текучая среда содержит водород, который используется в целях, выбранных из группы, состоявшей из охлаждения вращающихся механизмов, уменьшения потерь сопротивления воздуха вращающихся механизмов, в качестве среды для поглощения и удаления влаги и в качестве топлива по меньшей мере для двух гибридизированных преобразующих энергию применений.The system described in this application, in which the fluid contains hydrogen, which is used for purposes selected from the group consisting of cooling rotating mechanisms, reducing air resistance losses of rotating mechanisms, as a medium for absorbing and removing moisture, and as fuel at least for at least two hybrid energy-converting applications.
Система для впрыскивания топлива, содержащая микропроцессор и топливную форсунку для впрыскивания топлива, в которой топливо впрыскивается открыванием клапанного элемента; средство для воспламенения топливо, причем средство для воспламенения топлива является неотъемлемой частью форсунки; при этом клапанный элемент открывается по меньшей мере одним из кабеля или стержня, соединенных с исполнительным устройством; причем кабель или стержень электрически изолированы и дополнительно содержат оптоволоконный элемент для передачи микропроцессору данных о сгорании.A fuel injection system comprising: a microprocessor and a fuel injector for injecting fuel, in which fuel is injected by opening a valve member; means for igniting the fuel, the means for igniting the fuel is an integral part of the nozzle; wherein the valve element is opened by at least one of a cable or a rod connected to an actuator; moreover, the cable or rod is electrically isolated and further comprise a fiber optic element for transmitting combustion data to the microprocessor.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для воспламенения топлива расположено рядом клапанным элементом.The system described in this application, in which the means for igniting the fuel is located next to the valve element.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой исполнительное устройство является электромеханическим исполнительным устройством.The system described in this application, in which the actuator is an electromechanical actuator.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой исполнительное устройство прикладывает ударное усилие к кабелю или стержню.The system described in this application, in which the actuator applies impact force to the cable or terminal.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой средство для воспламенения топлива представляет собой средство, выбранное из искрового средства, многоискрового средства или средства для плазменного разряда.The system described in this application, in which the means for igniting the fuel is a means selected from a spark means, a multi-spark means or means for a plasma discharge.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой микропроцессор расположен в корпусе топливной форсунки.The system described in this application, in which the microprocessor is located in the housing of the fuel injector.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой микропроцессор расположен рядом с трубопроводом для подачи топлива в форсунку, и топливо, проходящее через трубопровод, охлаждает микропроцессор.The system described in this application, in which the microprocessor is located next to the pipeline for supplying fuel to the nozzle, and the fuel passing through the pipeline cools the microprocessor.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо используется для охлаждения по меньшей мере одного из клапанного элемента или исполнительного устройства.The system described in this application, in which the fuel is used to cool at least one of the valve element or actuator.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо впрыскивается по меньшей мере в одно из тепловой машины или топливного элемента.The system described in this application, in which fuel is injected into at least one of a heat engine or fuel cell.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо хранится в топливном баке, подходящем для хранения низкотемпературных видов топлива.The system described in this application in which fuel is stored in a fuel tank suitable for storing low temperature fuels.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо выбрано из группы, состоящей из низкотемпературного жидкого топлива, низкотемпературного твердого топлива и низкотемпературного газообразного топлива.The system described in this application in which the fuel is selected from the group consisting of low-temperature liquid fuel, low-temperature solid fuel and low-temperature gaseous fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо выбрано из группы, состоящей из твердого топлива, жидкого топлива и газообразного топлива.The system described in this application, in which the fuel is selected from the group consisting of solid fuel, liquid fuel and gaseous fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо представляет собой смесь низкотемпературного и некриогенного топлива.The system described in this application, in which the fuel is a mixture of low temperature and non-cryogenic fuel.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо доставляется и сгорает согласно одному из режима сгорания стратифицированного заряда, режима сгорания гомогенного заряда и режима сгорания стратифицированного заряда в пределах гомогенного заряда.The system described in this application, in which the fuel is delivered and burned according to one of the stratified charge combustion mode, the homogeneous charge combustion mode and the stratified charge combustion mode within the homogeneous charge.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой клапанный элемент выполнен из одного из группы, содержащей сапфир, кварц, стекло и высокотемпературный полимер.The system described in this application, in which the valve element is made from one of the group comprising sapphire, quartz, glass and a high temperature polymer.
Система, описанная в настоящей заявке, в которой топливо проходит через теплообменник перед подачей в форсунку.The system described in this application, in which fuel passes through a heat exchanger before being fed to the nozzle.
Система для преобразования энергии, содержащая средство для циклического достижения впуска окислителя, впрыска топлива, воспламенения, сгорания и совершения работы, причем окислитель впускают в количестве, превышающем необходимое для полного сгорания впрыснутого топлива, при этом впрыскивание топлива осуществлено средством, выполненным с возможностью многочисленных доставок топлива в каждом цикле работы, причем воспламенение и сгорание топлива отслеживается для определения информации, выбранной из группы, содержащей температуру, давление, скорость сгорания и расположения сгорания, при этом указанная информация используется контроллером для инициирования впрыскивания топлива и остановки впрыскивания топлива после по меньшей мере одной подачи топлива с целью предотвращения состояния, выбранного из группы, содержащей температуру, не достигающую заданной, температуру, превышающую заданную, давление, превышающее заданное, скорость сгорания, не достигающую заданную, скорость сгорания, превышающую заданную, сгорание вне пределов заданной области.A system for converting energy, comprising means for cycling to achieve an oxidizer inlet, fuel injection, ignition, combustion and work, the oxidizer being admitted in an amount exceeding that required for complete combustion of the injected fuel, wherein the fuel is injected with a means capable of multiple deliveries of fuel in each cycle of work, and ignition and combustion of fuel is monitored to determine information selected from the group containing the temperature, d pressure, rate of combustion and location of combustion, wherein the specified information is used by the controller to initiate fuel injection and stop fuel injection after at least one fuel supply in order to prevent a condition selected from the group comprising a temperature not reaching a predetermined temperature exceeding a predetermined pressure in excess of a predetermined one, a combustion rate not reaching a predetermined one, a combustion rate exceeding a predetermined one, combustion outside a predetermined area.
Система для преобразования энергии, описанная в настоящей заявке, в которой впрыскивание топлива обеспечивается клапаном, расположенным по существу у граничной поверхности камеры сгорания или рядом с ней для достижения преобразования энергии.The energy conversion system described herein, wherein fuel injection is provided by a valve located substantially at or adjacent to a boundary surface of the combustion chamber to achieve energy conversion.
Система для преобразования энергии, описанная в настоящей заявке, в которой зажигание обеспечивается у граничной поверхности камеры сгорания или по существу рядом с ней для достижения преобразования энергии.The energy conversion system described herein, in which ignition is provided at or substantially adjacent to a boundary surface of a combustion chamber to achieve energy conversion.
Система для преобразования энергии, описанная в настоящей заявке, в которой после любого акта остановки впрыскивания топлива возобновляется по меньшей мере одно впрыскивание топлива до тех пор, пока система для преобразования энергии не достигнет желательного уровня работы.The energy conversion system described in this application, wherein after any act of stopping fuel injection, at least one fuel injection resumes until the energy conversion system reaches the desired level of performance.
Система для преобразования энергии, описанная в настоящей заявке, в которой окислитель в количестве, превышающем необходимое для полного сгорания топлива, доставленного впрыскиванием топлива, поддерживается в качестве оболочки для изоляции каждого из актов сгорания.The system for energy conversion described in this application, in which the oxidizing agent in an amount exceeding that necessary for complete combustion of the fuel delivered by fuel injection, is supported as a shell for insulation of each of the combustion acts.
Очевидно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от объема настоящего изобретения. Например, электрическая прочность может быть изменена или модифицирована для использования дополнительных материалов и обрабатывающих средств. Исполнительное устройство и привод могут быть различными в зависимости от вида топлива или использования форсунки. Крышка может использоваться обеспечения формы и целостности распространения топлива, причем размер, конструкция или расположение крышки может быть изменено для обеспечения различных рабочих характеристик и защиты. Согласно другому варианту реализации изобретения форсунка может быть изменена, например, электрод, оптические средства, исполнительное устройство, сопло или корпус могут быть выполнены из других материалов или могут содержать дополнительные конструкции, в отличие от показанных и описанных выше, и тем не менее оставаться в пределах идеи настоящего изобретения.Obviously, various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, dielectric strength can be changed or modified to use additional materials and processing means. Actuators and actuators may vary depending on the type of fuel or nozzle use. The cap may be used to ensure the shape and integrity of the fuel distribution, and the size, design, or location of the cap may be varied to provide various performance and protection. According to another embodiment of the invention, the nozzle may be modified, for example, an electrode, optical means, an actuator, a nozzle or a housing may be made of other materials or may contain additional structures, unlike those shown and described above, and nevertheless remain within ideas of the present invention.
Если из контекста ясно не следует иное, всюду в описании и пунктах формулы слова "содержать", "содержащий", и т.п. должны рассматриваться во включительном смысле, в противоположность исключительному или ограничительному смыслу; т.е. в смысле "включая, помимо прочего". Слова в форме единственного или множественного числа также содержат множественное или единственное количество соответственно. Если в пунктах формулы используется слово "или" в отношении списка из двух или более пунктов, это слово охватывает все его последующие интерпретации: любой из пунктов в списке, все пункты в списке и любое сочетание пунктов в списке.Unless the context clearly indicates otherwise, throughout the description and claims, the words “comprise,” “comprising,” and the like. should be considered in an inclusive sense, as opposed to an exclusive or restrictive meaning; those. in the sense of "including but not limited to." Words in the form of a singular or plural also contain a plural or singular, respectively. If the word “or” is used in claims, in relation to a list of two or more points, this word covers all its subsequent interpretations: any of the items in the list, all items in the list and any combination of items in the list.
Различные варианты реализации, описанный выше, могут сочетаться для создания дополнительных вариантов реализации. Все патенты США, публикации патентных заявок США, патентные заявки США, иностранные патенты, иностранные патентные заявки и непатентные публикации, упомянутые в настоящей спецификации и/или перечисленные в Приложении, посредством ссылки полностью включены в настоящую патентную заявку. Аспекты настоящего изобретения в случае необходимости могут быть изменены для использования топливных форсунок и устройств для зажигания с различными конфигурациями и концепциями различных патентов, заявок и публикаций для создания дополнительных вариантов реализации изобретения.The various implementations described above can be combined to create additional implementations. All US patents, publications of US patent applications, US patent applications, foreign patents, foreign patent applications and non-patent publications mentioned in this specification and / or listed in the Appendix, by reference are fully incorporated into this patent application. Aspects of the present invention, if necessary, can be modified to use fuel nozzles and ignition devices with various configurations and concepts of various patents, applications and publications to create additional embodiments of the invention.
В свете приведенного выше подробного описания в настоящем изобретении могут быть сделаны эти и другие изменения. В целом, использованные в пунктах приложенной формулы термины не должны рассматриваться в качестве ограничения настоящего изобретения конкретными вариантами реализации, описанными в спецификации и пунктах приложенной формулы, но должны рассматриваться как включающие все системы и способы, которые действуют в соответствии с пунктами формулы. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается настоящим раскрытием, но вместо этого его объем должен быть определен расширительным толкованием пунктов приложенной формулы.In light of the above detailed description, these and other changes may be made in the present invention. In general, the terms used in the appended claims should not be construed as limiting the present invention to the specific embodiments described in the specification and appended claims, but should be construed as including all systems and methods that operate in accordance with the appended claims. Accordingly, the present invention is not limited to the present disclosure, but instead, its scope should be determined by the broad interpretation of the paragraphs of the attached claims.
Claims (36)
корпус, имеющий основную часть, противоположную сопловой части;
топливопровод, проходящий через корпус от основной части до сопловой части;
генератор усилия, расположенный в основной части;
первый клапан, расположенный в основной части, причем первый клапан выполнен с возможностью перемещения в ответ на приведение в действие со стороны генератора усилия для перемещения из закрытого положения в открытое положение для ввода топлива в топливопровод; и
второй клапан, расположенный в сопловой части, причем второй клапан выполнен с возможностью деформирования в ответ на давление в топливопроводе для деформирования из закрытого положения в открытое положение для впрыска топлива в камеру сгорания.1. A fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and comprising:
a housing having a main part opposite the nozzle part;
a fuel line passing through the housing from the main part to the nozzle part;
force generator located in the main part;
a first valve located in the main part, the first valve being movable in response to actuation of force from the generator to move from a closed position to an open position for introducing fuel into the fuel pipe; and
a second valve located in the nozzle portion, the second valve being able to deform in response to pressure in the fuel line to deform from a closed position to an open position for injecting fuel into the combustion chamber.
корпус, имеющий основную часть, противоположную сопловой части, причем основная часть принимает топливо в корпус, а сопловая часть выполнена с возможностью расположения рядом с камерой сгорания;
кожух, расположенный в основной части, в котором по меньшей мере частично размещен генератор усилия, причем кожух содержит входное топливное отверстие и выходное топливное отверстие, при этом входное топливное отверстие выполнено с возможностью приема топлива от топливного источника, а выходное топливное отверстие выполнено с обеспечением возможности выхода топлива из кожуха;
топливопровод, сообщающийся по текучей среде с выходным топливным отверстием в кожухе, проходящий продольно через корпус от основной части к сопловой части;
первый клапан, расположенный рядом с генератором усилия, причем первый клапан выполнен с возможностью перемещения в ответ на приведение в действие со стороны генератора усилия для перемещения между закрытым положением и открытым положением и таким образом обеспечения возможности протекания топлива из выходного топливного отверстия в топливопровод; и
второй клапан, расположенный в сопловой части, причем второй клапан выполнен с возможностью перемещения в ответ на заданное давление топлива в топливопроводе для перемещения в целом радиально наружу от продольной оси корпуса между закрытым положением и открытым положением и таким образом впрыскивания топлива в камеру сгорания.20. A fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and comprising:
a housing having a main portion opposite the nozzle portion, the main portion receiving fuel into the housing, and the nozzle portion configured to be adjacent to the combustion chamber;
a casing located in a main part in which a force generator is at least partially located, the casing comprising an inlet fuel opening and an outlet fuel opening, wherein the inlet fuel opening is adapted to receive fuel from a fuel source, and the outlet fuel opening is configured to fuel outlet from the casing;
a fuel line in fluid communication with the fuel outlet in the casing extending longitudinally through the housing from the main part to the nozzle part;
a first valve located adjacent to the force generator, wherein the first valve is movable in response to actuation of the force from the generator side to move between the closed position and the open position, and thereby allowing fuel to flow from the fuel outlet to the fuel line; and
a second valve located in the nozzle portion, the second valve being adapted to move in response to a predetermined pressure of the fuel in the fuel line to move generally radially outward from the longitudinal axis of the housing between the closed position and the open position and thus injecting fuel into the combustion chamber.
проводник, проходящий продольно через корпус от основной части до сопловой части, причем проводник выполнен с возможностью соединения с источником энергии для зажигания; и
по меньшей мере один из зажигающих элементов функционально соединен с проводником и выполнен с возможностью осуществления зажигания в камере сгорания для воспламенения топлива.23. A fuel injector according to claim 20, further comprising:
a conductor extending longitudinally through the housing from the main part to the nozzle part, the conductor being configured to be connected to an energy source for ignition; and
at least one of the ignition elements is operatively connected to the conductor and configured to ignite in the combustion chamber to ignite the fuel.
корпус, имеющий основную часть, противоположную сопловой части;
клапан, расположенный в сопловой части, причем клапан выполнен с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением;
исполнительное устройство, функционально соединенное с клапаном и проходящее от клапана к основной части, причем исполнительное устройство перемещает клапан в закрытое положение, если на исполнительное устройство по меньшей мере частично действует растягивающее усилие; и
тормоз исполнительного устройства, выполненный с возможностью входа в контакт с исполнительным устройством, причем исполнительное устройство выполнено с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, при этом в первом положении тормоз исполнительного устройства прикладывает сжимающее усилие к исполнительному устройству для по меньшей мере частичного обездвиживания исполнительного устройства под действием растягивающего усилия для удерживания клапана в закрытом положении, а во втором положении тормоз исполнительного устройства освобождает исполнительное устройство.25. A fuel injector configured to inject fuel into a combustion chamber and comprising:
a housing having a main part opposite the nozzle part;
a valve located in the nozzle portion, wherein the valve is movable between an open position and a closed position;
an actuator operably connected to the valve and extending from the valve to the main body, the actuator moving the valve to the closed position if a tensile force is at least partially applied to the actuator; and
an actuator brake configured to contact an actuator, the actuator being movable between a first position and a second position, wherein in the first position the actuator brake exerts a compressive force on the actuator to at least partially immobilize the actuator under the action of a tensile force to hold the valve in the closed position, and in the second position the brake is applied body device releases the actuator.
ограничитель, соединенный с исполнительным устройством; и
смещающий элемент, расположенный рядом с ограничителем, причем смещающий элемент вызывает перемещение ограничителя в направлении от сопловой части для натяжения исполнительного устройства и по меньшей мере частичного удерживания клапана в закрытом положении.28. The fuel injector according to claim 25, further comprising:
a limiter connected to the actuator; and
a biasing element located next to the restrictor, the biasing element causing the limiter to move away from the nozzle portion to tension the actuator and at least partially hold the valve in the closed position.
притягивающий элемент, соединенный с исполнительным устройством; и
неподвижный ферромагнитный диск, соединенный с основной частью, причем притягивающий элемент смещен к диску в направлении от сопловой части для натяжения исполнительного устройства и по меньшей мере частичного удерживания клапана в закрытом положении.29. A fuel injector according to claim 25, further comprising:
an attracting element connected to an actuator; and
a stationary ferromagnetic disk connected to the main part, and the attracting element is biased towards the disk from the nozzle part to tension the actuator and at least partially hold the valve in the closed position.
вводят топливо в основную часть топливной форсунки, приводят в действие первый клапан в направлении, в целом параллельном продольной оси топливной форсунки, для обеспечения возможности протекания топлива из основной части в топливопровод, проходящий от основной части к сопловой части топливной форсунки, и
приводят в действие второй клапан в направлении, в целом непараллельном продольной оси для дозированной подачи топлива из топливопровода в камеру сгорания.30. A method of operating a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber, wherein:
introducing fuel into the main part of the fuel nozzle, actuating the first valve in a direction generally parallel to the longitudinal axis of the fuel nozzle, to allow fuel to flow from the main part into the fuel line extending from the main part to the nozzle part of the fuel nozzle, and
the second valve is actuated in a direction generally non-parallel to the longitudinal axis for dosing fuel from the fuel line to the combustion chamber.
Applications Claiming Priority (17)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US23746609P | 2009-08-27 | 2009-08-27 | |
US23742509P | 2009-08-27 | 2009-08-27 | |
US23747909P | 2009-08-27 | 2009-08-27 | |
US61/237,466 | 2009-08-27 | ||
US61/237,479 | 2009-08-27 | ||
US61/237,425 | 2009-08-27 | ||
US12/581,825 | 2009-10-19 | ||
US12/581,825 US8297254B2 (en) | 2008-01-07 | 2009-10-19 | Multifuel storage, metering and ignition system |
US12/653,085 US8635985B2 (en) | 2008-01-07 | 2009-12-07 | Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture |
PCT/US2009/067044 WO2011025512A1 (en) | 2009-08-27 | 2009-12-07 | Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture |
US12/653,085 | 2009-12-07 | ||
USPCT/US2009/067044 | 2009-12-07 | ||
US30440310P | 2010-02-13 | 2010-02-13 | |
US61/304,403 | 2010-02-13 | ||
US31210010P | 2010-03-09 | 2010-03-09 | |
US61/312,100 | 2010-03-09 | ||
PCT/US2010/002076 WO2011028223A2 (en) | 2009-08-27 | 2010-07-21 | Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012111672A RU2012111672A (en) | 2013-10-10 |
RU2556152C2 true RU2556152C2 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=49302450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111672/06A RU2556152C2 (en) | 2009-08-27 | 2010-07-21 | Fuel nozzle (versions) and method of its operation |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR112012004064A2 (en) |
RU (1) | RU2556152C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700813C2 (en) * | 2017-03-16 | 2019-09-23 | Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк | Method and system for fuel injector |
US11795830B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-10-24 | Hardide Plc | Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components |
RU2825174C1 (en) * | 2024-01-24 | 2024-08-21 | Акционерное общество "Северный пресс" | Method of forming nozzle channel of sprayer and device for its implementation |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2042859C1 (en) * | 1989-11-03 | 1995-08-27 | Ман Нуцфарцойге АГ | Method fuel systems for injecting fuel into diesel |
US5715788A (en) * | 1996-07-29 | 1998-02-10 | Cummins Engine Company, Inc. | Integrated fuel injector and ignitor assembly |
US6155212A (en) * | 1989-06-12 | 2000-12-05 | Mcalister; Roy E. | Method and apparatus for operation of combustion engines |
RU2215179C2 (en) * | 1999-12-16 | 2003-10-27 | Открытое акционерное общество "Ярославский завод топливной аппаратуры" | Electrically controlled nozzle for internal combustion engine |
US6732959B2 (en) * | 2002-09-04 | 2004-05-11 | Delphi Technologies, Inc. | Dual-coil outwardly-opening fuel injector |
US20060283424A1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Denso Corporation | Fuel injection valve |
-
2010
- 2010-07-21 BR BR112012004064A patent/BR112012004064A2/en not_active IP Right Cessation
- 2010-07-21 RU RU2012111672/06A patent/RU2556152C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6155212A (en) * | 1989-06-12 | 2000-12-05 | Mcalister; Roy E. | Method and apparatus for operation of combustion engines |
RU2042859C1 (en) * | 1989-11-03 | 1995-08-27 | Ман Нуцфарцойге АГ | Method fuel systems for injecting fuel into diesel |
US5715788A (en) * | 1996-07-29 | 1998-02-10 | Cummins Engine Company, Inc. | Integrated fuel injector and ignitor assembly |
RU2215179C2 (en) * | 1999-12-16 | 2003-10-27 | Открытое акционерное общество "Ярославский завод топливной аппаратуры" | Electrically controlled nozzle for internal combustion engine |
US6732959B2 (en) * | 2002-09-04 | 2004-05-11 | Delphi Technologies, Inc. | Dual-coil outwardly-opening fuel injector |
US20060283424A1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Denso Corporation | Fuel injection valve |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700813C2 (en) * | 2017-03-16 | 2019-09-23 | Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк | Method and system for fuel injector |
US11795830B2 (en) | 2017-11-02 | 2023-10-24 | Hardide Plc | Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components |
RU2825174C1 (en) * | 2024-01-24 | 2024-08-21 | Акционерное общество "Северный пресс" | Method of forming nozzle channel of sprayer and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012111672A (en) | 2013-10-10 |
BR112012004064A2 (en) | 2019-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9341152B2 (en) | Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture | |
US8997725B2 (en) | Methods and systems for reducing the formation of oxides of nitrogen during combustion of engines | |
JP5695050B2 (en) | Integrated fuel injector and igniter and related uses and manufacturing methods | |
CN102713217B (en) | Methods and systems for reducing the formation of oxides of nitrogen during combustion in engines | |
US9051909B2 (en) | Multifuel storage, metering and ignition system | |
US9200561B2 (en) | Chemical fuel conditioning and activation | |
US9404443B2 (en) | Methods for joule-thompson cooling and heating of combustion chamber events and associated systems and apparatus | |
US20150252757A1 (en) | Chemical fuel conditioning and activation | |
KR20150086368A (en) | Method and apparatus for providing adaptive swirl injection and ignition | |
CN102906403B (en) | For the adaptive control systems of fuel injector and igniter | |
RU2556152C2 (en) | Fuel nozzle (versions) and method of its operation | |
RU2386825C2 (en) | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) | |
KR20120058573A (en) | Integrated fuel injectors and igniters and associated methods of use and manufacture | |
JP2015135116A (en) | Fuel injector and method for operating fuel injector | |
WO2015066651A1 (en) | Methods for high speed hydrogen injection, accelerated combustion and associated systems and apparatus | |
WO2015061808A1 (en) | Combustion chamber gaskets and associated methods of use and manufacture | |
KR20130086079A (en) | Adaptive control system for fuel injectors and igniters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170722 |