JP2015135116A

JP2015135116A - 燃料噴射器及び燃料噴射器を作動させる方法

Info

Publication number: JP2015135116A
Application number: JP2015021583A
Authority: JP
Inventors: イー．マクアリスターロイ; Roy E Mcalister
Original assignee: McAlister Technologies LLC
Current assignee: McAlister Technologies LLC
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2015-07-27
Also published as: JP2015078699A; JP5901806B2; JP2014193805A; JP5833165B2

Abstract

【課題】種々の燃料の効率的な噴射、点火及び完全燃焼を実現する燃料噴射器を提供する。【解決手段】燃料噴射器は、ノズル部とは反対側のベース部を有し、ベース部が本体に燃料を受け入れ、ノズル部が燃焼室に隣接して位置決め可能である本体と、ベース部において力発生器を収容するとともに、燃料源から燃料を受け入れる燃料入口と燃料が出ることを可能にする燃料出口とを含むケーシングと、燃料出口に流体的に結合し、本体を通してベース部からノズル部まで長手方向に延びる燃料通路と、を含む。第１のバルブが力発生器の近傍に配され、燃料を燃料通路に通すことを可能にするために閉位置と開位置との間で動くように、力発生器からの始動に応答して移動可能である。また、第２のバルブがノズル部に配され、燃料通路の中の閉位置と開位置との間で動いて燃焼室の中に燃料を噴射するために、所定の燃料圧に応答して移動可能である。【選択図】図３８A

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２００９年８月２７日に出願されたＯＸＹＧＥＮＡＴＥＤＦＵＥＬＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４２５号、２００９年８月２７日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬＭＵＬＴＩＢＵＲＳＴと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４６６号、２００９年８月２７日に出願されたＦＵＬＬＳＰＥＣＴＲＵＭＥＮＥＲＧＹと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４７９号、２００９年１０月１９日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬＳＴＯＲＡＧＥ，ＭＥＴＥＲＩＮＧＡＮＤＩＧＮＩＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭと題する米国特許出願第１２／５８１，８２５号、２００９年１２月７日に出願されたＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤＦＵＥＬＩＮＪＥＣＴＯＲＳＡＮＤＩＧＮＩＴＥＲＳＡＮＤＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤＭＥＴＨＯＤＳＯＦＵＳＥＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥと題する米国特許出願第１２／６５３，０８５号、２００９年１２月７日に出願されたＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤＦＵＥＬＩＮＪＥＣＴＯＲＳＡＮＤＩＧＮＩＴＥＲＳＡＮＤＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤＭＥＴＨＯＤＳＯＦＵＳＥＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥと題するＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０９／６７０４４号、２０１０年２月１３日に出願されたＦＵＬＬＳＰＥＣＴＲＵＭＥＮＥＲＧＹＡＮＤＲＥＳＯＵＲＣＥＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＣＥと題する米国特許仮出願第６１／３０４，４０３号、及び２０１０年３月９日に出願されたＳＹＳＴＥＭＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＰＲＯＶＩＤＩＮＧＨＩＧＨＶＯＬＴＡＧＥＲＦＳＨＩＥＬＤＩＮＧ，ＦＯＲＥＸＡＭＰＬＥ，ＦＯＲＵＳＥＷＩＴＨＡＦＵＥＬＩＮＪＥＣＴＯＲと題する米国特許仮出願第６１／３１２，１００号に基づく優先権及びその利益を主張するものである。これらの出願の各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

以下の開示は、一般に、種々の燃料を貯蔵する、噴射する、及び点火するための一体化された燃料噴射器及び点火器並びに関連する構成要素に関する。

再生可能資源は、電気、水素、アルコール燃料、及びメタンのような種々の形態の必要とされる代用エネルギーを生産するための間欠的なものである。太陽エネルギーは日中の事象であり、日中濃度は、季節によって及び気象条件と共に変化する。ほとんどの地域において、風力エネルギーは、間欠的なものであり、大きさが非常に変化する。落水資源は、季節によって変化し、長期にわたった干ばつ（ｅｘｔｅｎｄｅｄｄｒａｕｇｈｔｓ）の影響を受けやすい。地球の大陸のほとんどにおいて、バイオマスは、季節変動し、干ばつの影響を受けやすい。必要とされるまで運動エネルギー、燃料、及び／又は電気を蓄える実用的な方法が欠如しているために、世界中で、水力発電所、風力発電基地、バイオマス変換、及び太陽集熱器によって送達できるかもしれないかなりのエネルギーが無駄にされる。

世界人口とエネルギーに対する需要は、生産できるよりも多くの石油を要求する点にまで増大した。増加する人口及びエネルギー集約型の物品及びサービスへの増加する依存性の需要が加速する一方で、将来の生産率は低下するであろう。これは、化石枯渇速度を速め続けるであろう。都市部は、化石燃料の使用によって引き起こされるスモッグに悩まされる。燃料目的でないエタン、プロパン、及びブタンのような天然ガス液を含む天然ガスの利用は、主として熱可塑性及び熱硬化性ポリマーから作製される包装、布、敷物、塗料、及び器具のような用途で指数関数的に増加した。

石炭は、比較的低い水素対炭素比を有する。石油は、より高い水素対炭素比を有し、天然ガスは、化石炭化水素のうち最も高い水素対炭素比を有する。石油を代表的な溶媒として用いることで、化石炭化水素の地球全体の燃焼率（ｂｕｒｎｒａｔｅ）は、今や一日当たり２億バレルの石油に相当する量を超えている。

世界的な石油生産は、高まる需要を満たすために着実に増加したが、石油の発見率は、生産に追いつくことができていない。石油のピーク生産が起こり、ほとんどすべての既知の埋蔵地での石油生産率は、着実に低下している。ピーク生産の後に、世界経済は、すべてのエネルギー集約型の及び石油化学ベースの製品の膨張（膨張）を経験している。残っている化石燃料資源に関する争いと、破壊機械に給油し及び油を差すための石油の利用が、第一次世界大戦、第二次世界大戦、及びそれ以降のすべての戦争に拍車をかけた。日に２億バレルの石油に相当する量の化石燃料を置き換えるには、再生可能エネルギーの生産、分配、貯蔵、及び利用のための事実上すべての実用的手法の開発が必要である。

化石燃料の生産及び燃焼によって引き起こされる空気と水の汚染は、今やすべての大都市圏と共に、漁場、農場、森林を蝕んでいる。漁場及び農場の土壌の水銀及び他の重金属汚染は、ますます石炭燃焼に追随する。より強力なハリケーン及びトルネード、激しい暴風雨、及び森林及び大都市圏への落雷による火事損失の増加を含む地球の気象の変化は、化石燃料の燃焼によって放出された大気中の温室効果ガスの蓄積と密接に関連している。大気中での温室効果ガスの太陽エネルギーの集熱が増加すれば、地球大気機関によって、海洋水のより多くの蒸発、氷河及び極氷冠の融解、並びに改善された所有物（ｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）及び天然資源の大きな損失を引き起こすその後の極端な天候事象を含む、より多くの仕事がなされる。

ガソリン及びディーゼル燃料に加えて又はその代わりに、水素、発生炉ガス、及びメタンのようなより高い水素対炭素比の燃料、アルコール燃料、並びに種々の他の代替燃料を含む混合燃料の選択肢を使用する、以前の試みは、難しい問題に様々に直面し、解決することに失敗し、これらの試みは、高価であり、信頼できない結果をもたらし、且つ以下の事象を含むエンジン劣化又は損傷を頻繁に引き起こした。

（１）エンジン圧縮比及び容認可能な動力（ｐｏｗｅｒ）生産のためのより高価な、より強い、及びより重いピストン、連接棒、クランク軸、ベアリング、はずみ車、エンジンブロック、及び支持構造体、したがってより重いサスペンション・スプリング、ショック・アブソーバ、スタータ、バッテリなどに対する対応する要件を増加させる、より多大な装備重量。

（２）弁の摩耗及び弁座のへこみを防ぐ、より高価な弁、硬化された弁座、及び機械工場設備に対する要件。

（３）体積あたりの低減した燃料エネルギーに起因する電力損失及び運転性を回復するために過給し、且つ妥協した容積効率及び熱効率を克服する要件。

（４）蒸気圧並びにオクタン価及びセタン価を含む燃料品質の変化に対する極めて精密な濾過及び非常に小さい許容誤差を伴う多段気体燃料圧力調整。

（５）気体燃料圧力調整器の凍結を防ぐためのエンジン冷却液熱交換器。

（６）高価な且つかさばるソレノイドにより作動されるタンク遮断弁（ＴＳＯＶ）及び圧力逃がし弁（ＰＲＤ）システム。

（７）著しくより大きい流量計測システム。

（８）無駄な時点及びバックトルクを生じる時点での燃料のドリブル後送達。

（９）燃費を低下させ且つエンジン又は排気系の損傷を引き起こす、排気ストロークのような害になる時点での燃料のドリブル後送達。

（１０）プレデトネーション及び燃焼ノックに起因するエンジン劣化又は故障。

（１１）燃料の粘度、蒸気圧、オクタン又はセタン価、及び燃焼速度を厳密に制御するのに失敗することに起因するエンジンのヘジテーション又は損傷。

（１２）燃料ウォッシング（ｆｕｅｌｗａｓｈｉｎｇ）、気化、並びにシリンダ壁及びリング又はロータシール上の潤滑膜の焼き付きに起因するエンジン劣化又は故障。

（１３）燃焼中に窒素酸化物の生成を防ぐのに失敗すること。

（１４）不完全燃焼に起因する粒子の生成を防ぐのに失敗すること。

（１５）上側シリンダ領域における潤滑剤のエアロゾル生成に起因する汚染を防ぐのに失敗すること。

（１６）摩擦の結果として生じたピストン、シリンダ壁、及び弁の過熱の増加、及び劣化を防ぐのに失敗すること。

（１７）吸込みマニホルド及び空気清浄器構成要素における損傷を与える逆火を克服するのに失敗すること。

（１８）排気系における損傷を与える燃焼及び／又は爆発を克服するのに失敗すること。

（１９）排気系構成要素の過熱を克服するのに失敗すること。

（２０）燃料ベーパーロックと、結果として生じるエンジンのヘジテーション又は故障を克服するのに失敗すること。

さらに、低いエネルギー密度の燃料に対して特別な燃料貯蔵タンクが要求される。ガソリン、プロパン、天然ガス、及び水素に対して設計される貯蔵タンクは、各燃料の広く変化する化学及び物理的特性に合うように別々にされる。車両が使用してもよい各種の燃料に対して別個の燃料タンクが要求される。各燃料選択に対するこの専用タンク手法は、かなりのスペースをとり、重量を付加し、付加的なばね及びショック・アブソーバ機能を要求し、重心及び推力軸を変化させ、且つ非常に高価である。

従来の手法において、ガソリン、メタノール、エタノール、プロパン、エタン、ブタン水素、又はメタンのような代替燃料の選択をエンジンの中に計量することは、１つ又は複数のガスの気化器、スロットル本体燃料噴射器、又は定時ポート燃料噴射器によって達成されてもよい。膨張する気体燃料分子が吸気体積の多くの割合を占めるため、従来の手法の各々によって受ける電力損失は変化する。したがって、低減した吸気流入により、より少ない燃料が燃焼される可能性があり、より低い電力が引き出される。

標準温度及び圧力（ＳＴＰ）では、気体水素は、等しい燃焼エネルギーの送達に関して液体ガソリンの２，８００倍大きい体積を占める。気体メタンは、等しい燃焼エネルギーを送達するのに液体ガソリンの約９００倍大きい体積を要求する。

こうした大きい体積の気体水素又はメタンを吸気サイクルで吸込みマニホルドの真空を通して、吸込み弁（単数又は複数）を通して、及びシリンダの真空の中に流れるように配置すること、及びガソリン性能に適合するのに必要とされる熱を放出するべく完全燃焼をサポートするのに十分なだけの空気と共にそうすることは、十分に対処されていない途方もない課題である。より大排気量のエンジンを用いることによって或る程度の動力回復（ｐｏｗｅｒｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ）が利用可能な場合がある。別の手法は、より一層高い圧縮比及び／又は吸気系の過給のための高価な、より重い、より複雑な、及びあまり信頼性のない構成要素を要求する。しかしながら、これらの手法は、基本エンジン設計が剛性及び強度のための適切な構造的区域を提供しない限り、エンジン寿命を短くし、より一層高い元費用及び／又はメンテナンス費用をもたらす。

ガソリンで作動するように設計されるエンジンは、非効率的であることが知れわたっている。大体において、これは吸気サイクルのスロットル状態の間に燃焼室に入る均一混合気を形成するためにガソリンが空気と混合されることによる。この均一給気は、次いで、上死点（ＴＤＣ）付近の状態に圧縮され、火花点火される。均一給気燃焼により、４，５００°Ｆから５，５００°Ｆ（２，４８２℃〜３，０３７℃）の燃焼ガスからロータリーエンジンのシリンダヘッド、シリンダ壁、及びピストン又は対応する構成要素に直ちに熱移動することになる。潤滑剤の保護膜は、燃えて又は蒸発して、汚染を引き起すエミッションをもたらし、シリンダ及びピストンリングは、潤滑の欠如による摩耗に悩まされる。熱としてのエネルギー損失を強いる均一給気燃焼はまた、液体及び／又は空気冷却系によって１６０°Ｆ〜２４０°Ｆ（７１℃〜１１５℃）の比較的低い温度に維持されるより低温の燃焼室表面に伝達される。

ガソリンの代わりに均一給気燃料として水素又はメタンを利用することは、ガソリンエンジンではよくある実質的なエネルギーの無駄に適応するのに十分なだけの燃料貯蔵を提供するために高価な課題を提示する。ディーゼル燃料の代わりにこうしたもっときれいに燃焼する及び潜在的により豊富な気体燃料に置換えることは、より一層難しい。ディーゼル燃料は、ガソリンよりも大きい体積あたりのエネルギー価を有する。水素、発生炉ガス、メタン、プロパン、ブタンのような気体燃料、及びエタノール又はメタノールのようなアルコール燃料は、適正なセタン価が欠如しており、且つ効率的なディーゼルエンジン作動のために要求される場合の圧縮空気を迅速に点火しないので、付加的な難しさが生じる。ディーゼル燃料噴射器は、ディーゼル石油によって提供される潤滑保護膜と共に作動するように設計される。さらに、ディーゼル燃料噴射器は、等しい発熱量を送達するのに要求される水素の体積よりも約３，０００倍小さい（ＳＴＰで）比較的少量の燃料のみを循環的に通す。

ごく最近のエンジンは、最小装備重量と、ピーク燃焼温度を制限することによって窒素酸化物の生成を減少させるために空気と燃料との均一給気混合物での試みにおける実質的に過剰酸素当量比での作動とのために設計される。最小装備重量を達成するために、より小さいシリンダ及びより高いピストン速度が用いられる。より高比率の（ｈｉｇｈｅｒ−ｒａｔｉｏ）トランスミッション及び／又は差動歯車を通じた推進のために、より高いエンジン速度が、要求されるシャフト速度に減速される。

過剰酸素当量比での作動は、より多くの空気流入を要求し、燃焼室ヘッドは、２ないし３つの吸込み弁と２ないし３つの排気弁とをしばしば有する。これは、ヘッド領域に直接シリンダ燃料噴射器又はスパークプラグのための非常に小さい余地を残す。オーバーヘッドカム軸によるより高速の弁の作動は、さらに複雑（複雑な）であり、直接シリンダ燃料噴射器及びスパークプラグのために利用可能なスペースを減少させる。設計者は、弁と弁の操作者のためにピストンの上で利用可能なスペースの事実上すべてを使用し、ガソリン点火のためのスパークプラグ又は圧縮点火エンジンのためのディーゼル噴射器を割り込ませるための余地をかろうじて残した。

したがって、ガソリンエンジンのスパークプラグ又はディーゼルエンジンの燃料噴射器よりも断面の大きいあらゆる導管によって、そのすべてがガソリン又はディーゼル燃料よりも体積あたり低い発熱量を有する水素、メタン、プロパン、ブタン、エタノール、又はメタノールのような代替燃料による等しいエネルギーを送達することは極めて難しい。スパークプラグ又はディーゼル燃料噴射器のために利用可能な面積が極めて小さいという問題は、燃焼室からヘッド及び関係する構成要素に熱を伝達する３から６つまでの弁からのより大きいヒートゲインに起因するヘッドにおけるより大きい熱負荷によって悪化する。スペースと熱負荷の問題のさらなる悪化は、高速作動でのカム摩擦、弁ばね、及びバルブリフタによる狭苦しいヘッド領域におけるより多くの発熱に起因する。

多くの方法で、ピストンエンジンは、動作因（ａｇｅｎｔｓ）を変化させてきており、産業革命を通じて本質的なエネルギー変換を提供した。今日、より高いピストン速度をもつより小さいエンジンにおける、客車及び軽トラック車両の燃料効率を改善する新しい試みと共に、セタン価で格付けされるディーゼル燃料を用いる圧縮点火内燃ピストンエンジンが、農業、鉱業、鉄道及び海上重運搬、並びに静止パワー系（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ）のための機器のほとんどに動力を与えている。火花点火によるより低圧縮の内燃ピストンエンジンは、製造するのにあまり高価でなく、人口増加している９億人の乗客及び軽トラック車両の大部分に動力を与えるために、オクタン価で格付けされる燃料を使用する。

従来の内燃機関でのオクタン価及びセタン価で格付けされる炭化水素燃料用途は、未燃炭化水素、微粒子、窒素酸化物、一酸化炭素、及び二酸化炭素のような容認できないレベルの汚染を引き起すエミッションを生じる。

従来の火花点火は、高電圧であるが空気と燃料の混合気の低エネルギーのイオン化からなる。１２：１又はそれ以下の圧縮比で作動するスパークプラグを装備する自然吸気エンジンでは、従来の火花エネルギーの大きさは約０．０５〜０．１５ジュールが典型的である。こうしたイオン化を生じるのに適切な電圧は、火花ギャップにおけるより高い周囲圧力と共に増加されなければならない。より高い電圧を要求する要因は、より希薄な空燃比、点火のために必要な場合にはより広い火花ギャップ、効果的な圧縮比の増加、過給、及び空気を燃焼室に流入させるためのインピーダンスの量の減少を含む。従来の火花点火系は、１６：１〜２２：１の圧縮比をもつディーゼルエンジンのようなエンジンにおける火花点火を信頼できる状態で提供するのに適切な電圧発生を提供するのに失敗し、且つパワー生産の増加及び燃費の改善の目的で過給されるスロットルレスエンジンのための適切な電圧を提供するのにしばしば失敗する。

火花ギャップで適切な電圧を提供するのに失敗することは、ほとんどの場合、スパークプラグ磁器及びスパークプラグ・ケーブルのような点火システム構成要素の不適切な絶縁耐力に起因する。

本質的に燃焼室の壁で従来のスパークプラグに印加される高電圧は、ピストン、シリンダ壁、シリンダヘッド、及び弁を含む燃焼室のすべての表面での又はその付近での空気−燃料均一混合気の燃焼の熱損失を引き起こす。こうした熱損失は、エンジンの効率を低下させ、酸化、侵食、熱疲労、熱膨張に起因する増加した摩擦、歪み、そり、及び過熱した又は酸化した潤滑膜の存続性の損失に起因する摩耗をし易い燃焼室構成要素を劣化させる場合がある。

燃焼室の表面での火花が空気−燃料均一混合気の持続的燃焼をもたらす場合であっても、火炎移動速度が燃焼完了の限界を定める。燃焼室表面に奪われる熱の量が多くなると、燃焼プロセスを完了するのに失敗する度合いがより多くなる。この望ましくない状況は、排気中の炭化水素蒸気、炭化水素微粒子、及び一酸化炭素のような未燃燃料の濃度の増加の問題と結び付けられる。

空燃比を制御して、より高い燃料効率のためのより希薄な燃焼状態を提供する試み、及びピーク燃焼温度を低下させて、できれば窒素酸化物の生成を低減させる試みは、多くの付加的な問題を引き起こす。例えば、より希薄な空燃比は、理論混合気又は燃料リッチな混合気よりもゆっくり燃える。そのうえ、よりゆっくりとした燃焼は、エンジンの２−ないし４−ストローク作動を完了するのにより多くの時間を要求し、したがってエンジン設計の比出力（ｓｐｅｃｉｆｉｃｐｏｗｅｒ）ポテンシャルを低下させる。ガソリン又はディーゼル燃料の置換えとしての天然ガスを採用するにあたって、天然ガスはガソリンよりもかなりゆっくり燃焼することと、天然ガスはディーゼル燃料と置換えられる場合に圧縮点火を容易にしないという事実を認識しなければならない。

加えて、現代のエンジンは、高電圧、コロナ放電の循環的印加、及びショック、振動、並びに高温及び低温への急速な熱サイクルに起因して積み重なる劣化に耐えなければならない構成要素を保護するのに十分なだけの絶縁耐力及び耐久性を有する以前の電気絶縁構成要素と共に燃焼室にアクセスするにはあまりにも小さすぎるスペースを提供する。そのうえ、均一な層状給気の燃焼のための以前の手法は、オクタン又はセタン依存に関係する制限を克服するのに失敗し、且つより高い熱効率を可能にするために害になる時点又は適切な燃焼速度での燃料ドリブリングの制御を提供するのに失敗し、それらは燃焼により生じる窒素酸化物を防ぐのに失敗する。

より低い装備重量及びより多くの空気流入と共に混合燃料の利用に対する要望を満たすために、燃焼室の中へのスロットルを絞られない（ｕｎｔｈｒｏｔｔｌｅｄ）空気流入を可能にして、気体の、もっときれいに燃焼する、且つあまり高価でない燃料を直接噴射し、且つガソリン及びディーゼル（ペトロール）燃料の代用として層状給気燃焼を提供することが最終的には重要である。しかしながら、この要望は、こうした大きく異なる燃料密度、蒸気圧、及び粘度の信頼できる計量を提供して、次いで、その後の点火及び燃焼イベント完了の精密なタイミングを保証するという極めて難しい問題に直面する。ポジティブ点火を達成するために、スパーク電極の間の比較的小さいギャップの中に火花点火可能な空気−燃料混合を提供することが必要である。

層状給気を生産する試みにおいて、個別の燃料噴射器によって各燃焼室に燃料が送達される場合、燃焼室表面からから火花ギャップの中への燃料のモーメント・スワーリング（ｍｏｍｅｎｔｕｍｓｗｉｒｌｉｎｇ）、跳飛、又は跳ね返りのような入念な措置がとられなければならないが、これらの手法は、層状給気概念が犠牲にされる際に燃焼室表面への妥協的な熱損失を常に引き起こす。燃料が燃焼室から或る距離で計量弁によって制御される場合、意図された出力トルクとは反対のトルクを生じる時点を含む無駄な又は損害を与える時点で燃料の「アフター・ドリブル」が起こるであろう。どちらの手法も、幾らかの少量の燃料が所望の点火の正確な時点で火花ギャップの中の火花点火可能な空気−燃料混合気に送達されるようにするために、燃料の多くを冷却されたシリンダ壁に対して必然的に「ウォッシュ」又は衝突させる。これは、結果として、熱損失、シリンダ−壁潤滑の損失、シリンダ及びピストンの摩擦により生じる熱変形、及びエンジンの非膨張性構成要素への膨張するガスによる仕事生産からの熱損失に起因する熱効率の損失をもたらす。

燃焼室に入る空気のスワールを生じる、及びスワールする空気内により低密度の燃料を入れる試みは、２つの害になる特徴に悩まされる。スワールの誘起は、燃焼室の中への空気の流れに対するインピーダンスを引き起こし、したがって、燃焼室に入る空気の量を減少させて、低減した容積効率をもたらす。点火後に、燃焼生成物は、燃焼室表面へのスワール・モーメントによって迅速に搬送され、不利な熱損失が加速される。

ガソリン、天然ガス、プロパン、アルコール燃料、発生炉ガス、及び水素のような燃料の選択肢の間で切り替える能力のような混合燃料機能を内燃機関に提供する過去の試みは、極めて複雑且つ非常に妥協的となることが証明されている。過去の手法は、すべての燃料を離調し、且つ特定の燃料特徴に対する最適化技術を打ち消すという妥協をもたらした。こうした試みは、動作不良となりがちであり、非常に高価な構成要素及び制御を要求することが証明されている。これらの難しさは、こうした燃料の大きく異なる特定のエネルギー価、広範な蒸気圧、及び粘度、及び気体燃料と液体燃料との間の他の物理的特性の差異によって悪化する。さらに、メタンは、挙げられた燃料のうち最も遅く燃え、一方、水素は、他の所望の燃料の選択肢のいずれよりも約７〜１０倍速く燃えるので、点火タイミングの即座の再発生が必要とされる。

同じ燃料物質の低温液体又はスラッシュと圧縮ガス燃料貯蔵との間で付加的な問題に直面する。例証すると、液体水素は、大気圧で−４２０°Ｆ（−２５２℃）で貯蔵され、保護されていない送達ライン、圧力調整器、及び噴射器に大気中の水蒸気を凝結させ及び凍結させ、大気中の湿気への露出の結果として氷による損傷を受けさせる。低温メタンは、氷の生成及び損傷の類似の問題に直面する。同様に、これらの超低温流体はまた、通常は計量オリフィス、特に小さいオリフィスの動作不良及び詰まりを引き起こす。

残っている解決されなければならない非常に難しい問題は、エネルギー生産要件を満たすために、低温（水素又はメタン）又は周囲温度（プロパン又はブタン）で、及びアイドル又はこうした燃料の蒸気を用いて低いパワーレベルで、及びこうした燃料の液体送達を用いて高いパワーレベルで、どのようにすれば車両に濃厚な液体燃料を迅速に燃料補給できるか？である。

大気圧では、低温の液体水素又はメタンの噴射は、気体水素又はメタンの非常に大体積の送達に比べて非常に小体積の濃厚な液体の正確な計量を必要とする。さらに、燃焼室に送達される具体的な混合燃料選択物に関係なく、燃料と空気との層状給気混合気を正確に生産する、点火する、及び燃焼することが急務である。

各燃料選択物での最も高い熱効率、最も高い機械的効率、最も高い容積効率、及び最も長いエンジン寿命を含む本質的な目標の達成は、燃料送達タイミング、燃焼室浸透、及び流入する燃料による分布のパターンの正確な制御、及び空気利用を最適化するための精密点火タイミング、及び燃焼プロセスを仕事を生じる膨張性媒体で絶縁する余剰空気のメンテナンスを要求する。

世界経済のエネルギー需要を持続可能に満たすために、事実上あらゆる公知の手段によってメタン及び水素の生産、輸送、及び貯蔵を改善することが必要である。２５６℃での１ガロンの低温液体メタンは、１ガロンのガソリンの約２８％にも満たない８９，０００ＢＴＵ／ｇａｌのエネルギー密度を提供する。−２５２℃での液体水素は、たったの約２９，７００ＢＴＵ／ｇａｌを提供し、すなわちガソリンの７６％にも満たない。

火花点火式のエンジンのガソリンの代わりに、メタン、水素、又はメタンと水素との混合物を低温液体又は圧縮ガスとして交換可能に用いることが長い間望まれている。しかし、この目標は満足に達成されておらず、結果として、メタン及び多くの形態の再生可能な水素の価格がガソリンよりもずっと低いにもかかわらず、自動車の圧倒的大多数がペトロール専用のままである。同様に、圧縮点火式のエンジンのディーゼル燃料の代わりに、メタン、水素、又はメタンと水素との混合物を低温液体及び／又は圧縮ガスとして交換可能に用いることが長い間の目標であるが、この目標は、より一層実現が難しいことが分かり、ほとんどのディーゼルエンジンが、汚染を引き起す且つより高価なディーゼル燃料専用のままである。

本開示の実施形態に従って構成される一体化された燃料噴射器／点火器の略側断面図である。本開示の実施形態に従って構成されるシステムの側面図である。本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射することができる幾つかの代表的な燃料の層化されたバースト・パターンを例証する図である。本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面図である。本開示の実施形態に従って構成される図４の構成要素組立体の端面図である。本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面図である。本開示の実施形態に従って構成される図６の構成要素組立体の端面図である。本開示の実施形態に従って構成されるユニット弁組立体を示す図である。本開示の実施形態に従って構成されるユニット弁組立体を示す図である。本開示の一実施形態の概略的燃料制御回路のレイアウトを示す図である。本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面図である。本開示の実施形態に従って構成される図１０の構成要素組立体の端面図である。本開示の原理に従って作動される本開示の噴射器の実施形態を例証する図ある。図１０に示された平らな管の拡大端面図である。本開示の実施形態に従って作動されるシステムの或る構成要素の断面図を含む略図である。本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。本開示の原理に従って提供される場合の本開示の作動を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される噴射器の部分側断面図である。本開示の一実施形態に従って構成される絶縁体又は誘電性本体の側面図である。図１７Ａの線１７Ｂ−１７Ｂに実質的に沿って見た側断面図である。本開示の別の実施形態に従って構成される絶縁体又は誘電性本体を例証する図１６の線１８−１８に実質的に沿って見た側断面図である。本開示の別の実施形態に従って構成される絶縁体又は誘電性本体を例証する図１６の線１８−１８に実質的に沿って見た側断面図である。本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体又は誘電性本体を形成するためのシステムの略図である。本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体又は誘電性本体を形成するためのシステムの略図である。本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。アクチュエータを位置合わせするための本開示の実施形態に従って構成されるトラス管位置合わせ組立体の側面図である。図２２Ａの線２２Ｂ−２２Ｂに実質的に沿って見た断面正面図である。アクチュエータを位置合わせするための本開示の別の実施形態に従って構成される位置合わせトラス組立体の側面図である。図２２Ｃの線２２Ｄ−２２Ｄに実質的に沿って見た断面正面図である。本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の部分側断面図である。本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバーの幾つかの代表的な噴射器を例証する図である。本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の等角図である。本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の背面図である。本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の図２５Ｂの線２５Ｃ−２５Ｃに実質的に沿って見た側断面図である。本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。点火及び流量調整装置を例証する図２６Ａの噴射器の正面図である。本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。図２７Ａの噴射器の幾つかの燃焼特性の略グラフ図である。本開示の他の実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示の他の実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示の他の実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示の実施形態に従って構成される点火装置及び流量調整装置の正面図である。本開示の実施形態に従って構成される点火装置及び流量調整装置の正面図である。本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示のさらなる実施形態に従って構成される噴射器の断面側面図である。本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の側断面図である。本開示の実施形態に従って構成される逆止め弁の背面図である。本開示の実施形態に従って構成される弁座の側断面図である。本開示の実施形態に従って構成される弁座の背面図である。本開示の実施形態に従って構成される弁座の正面図である。本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置を例証する図３５Ａの噴射器の正面図である。本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の断面部分側面図である。本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置を例証する図３６Ａの噴射器の正面図である。本開示の別の実施形態に従って構成されるシステムの略側断面図である。本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。図３８Ａの噴射器の弁組立体の拡大詳細図である。図３８Ａの線３８Ｃ−３８Ｃに実質的に沿って見た側断面図である。図３８Ａの線３８Ｄ−３８Ｄに実質的に沿って見た側断面図である。図３８Ａの線３８Ｅ−３８Ｅに実質的に沿って見た側断面図である。図３８Ａの線３８Ｆ−３８Ｆに実質的に沿って見た力発生器の実施形態の側断面図である。本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の横断面図である。本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。図４０Ａの噴射器のバイアス部材の平面図である。本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器の部分側断面図である。本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器の側断面図である。

本出願は、２００８年１月７日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬＳＴＯＲＡＧＥ，ＭＥＴＥＲＩＮＧ，ＡＮＤＩＧＮＩＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭと題する米国特許出願第１２／００６，７７４号（現在は米国特許第７，６２８，１３７号）の主題のその全体を参照により本明細書に組み込む。本出願は、以下の米国特許出願、すなわち、２０１０年７月２１日に本出願と同時に出願されたＦＵＥＬＩＮＪＥＣＴＯＲＡＣＴＵＡＴＯＲＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳＡＮＤＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤＭＥＴＨＯＤＳＯＦＵＳＥＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ（代理人整理番号６９５４５−８０３２ＵＳ）、ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤＦＵＥＬＩＮＪＥＣＴＯＲＳＡＮＤＩＧＮＩＴＥＲＳＷＩＴＨＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥＣＡＢＬＥＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０３３ＵＳ）、ＳＨＡＰＩＮＧＡＦＵＥＬＣＨＡＲＧＥＩＮＡＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮＣＨＡＭＢＥＲＷＩＴＨＭＵＬＴＩＰＬＥＤＲＩＶＥＲＳＡＮＤ／ＯＲＩＯＮＩＺＡＴＩＯＮＣＯＮＴＲＯＬ（代理人整理番号６９５４５−８０３４ＵＳ）、ＣＥＲＡＭＩＣＩＮＳＵＬＡＴＯＲＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＯＦＵＳＥＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥＴＨＥＲＥＯＦ（代理人整理番号６９５４５−８０３６ＵＳ）、ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＳＹＳＴＥＭＯＦＴＨＥＲＭＯＣＨＥＭＩＣＡＬＲＥＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮＴＯＰＲＯＶＩＤＥＯＸＹＧＥＮＡＴＥＤＦＵＥＬ，ＦＯＲＥＸＡＭＰＬＥ，ＷＩＴＨＦＵＥＬ−ＣＯＯＬＥＤＦＵＥＬＩＮＪＥＣＴＯＲＳ（代理人整理番号６９５４５−８０３７ＵＳ）、及びＭＥＴＨＯＤＳＡＮＤＳＹＳＴＥＭＳＦＯＲＲＥＤＵＣＩＮＧＴＨＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＯＦＯＸＩＤＥＳＯＦＮＩＴＲＯＧＥＮＤＵＲＩＮＧＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮＩＮＥＮＧＩＮＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０３８ＵＳ）の各々の主題のそれらの全体を参照により本明細書に組み込む。

Ａ．概要
本開示は、複数の燃料と共に用いられ且つ一体化された点火器を含むように構成される燃料噴射器を提供するためのデバイス、システム、及び方法を説明する。本開示は、内燃機関と共に用いられる一体化された燃料噴射及び点火装置、並びに関連するシステム、組立体、構成要素、及びこれに関する方法をさらに説明する。例えば、以下で説明される実施形態のうちの幾つかは、一般に、燃焼室の状態に基づいて種々の燃料の噴射及び燃焼を最適化することができる適合可能な燃料噴射器／点火器に向けられる。本開示の種々の実施形態の十分な理解を提供するために、或る詳細が以下の説明に及び図１〜図４２に記載される。しかしながら、本開示の種々の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、燃焼システムの内燃機関、噴射器、点火器、及び／又は他の態様としばしば関連付けられる周知の構造体及びシステムを説明する他の詳細は以下に記載されない。したがって、以下に記載される詳細のうちの幾つかは、当該技術分野の当業者が開示された実施形態を作製し及び用いることを可能にするのに十分な様式で以下の実施形態を説明するために提供されることが理解されるであろう。以下で説明される詳細及び利点のうちの幾つかは、しかしながら、本開示の或る実施形態を実施するのに必要ではない場合がある。

図面に示された詳細、寸法、角度、形状、及び他の機能部の多くは、本開示の特定の実施形態の単なる例証である。したがって、他の実施形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の詳細、寸法、角度、及び機能部を有することができる。加えて、以下で説明される詳細のうちの幾つかを無しにして、本開示のさらなる実施形態を実施できることが、当該技術分野の当業者には分かるであろう。

本明細書の全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」という言及は、実施形態と組み合わせて説明される特定の機能部、構造体、又は特徴が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して種々の場所での「一実施形態において」又は「実施形態において」というフレーズの出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を言及するわけでない。そのうえ、特定の機能部、構造体、又は特徴は、あらゆる適切な様式で１つ又は複数の実施形態において組み合わされてもよい。本明細書で提供される見出しは、便宜のためだけのものであって、特許請求される開示の範囲又は意味を説明するものではない。

一体化された燃料噴射器／点火器
図１は、本開示の実施形態に従って構成される一体化された燃料噴射器／点火器１１０（「噴射器１１０」）の略側断面図である。図１で例証される噴射器１１０は、燃焼室１０４に異なる燃料を噴射し、且つ燃焼特性、及び燃焼室１０４の中の状態に基づいて燃料噴射又はバーストのパターン及び／又は周波数を適応して調整するように構成される。以下で詳細に説明するように、噴射器１１０は、急速点火及び完全燃焼のために噴射される燃料を最適化することができる。燃料を噴射することに加えて、噴射器１１０は、噴射される燃料を点火するように構成される１つ又は複数の一体化された点火機能部を含む。従って、噴射器１１０は、従来の内燃機関を複数の異なる燃料で作動することができるように変換するのに使用することができる。例証される噴射器１１０の機能部のうちの幾つかが例証する目的で概略的に示されるが、これらの概略的に例証される機能部のうちの幾つかが、本開示の実施形態の種々の機能部を参照して以下で詳細に説明される。したがって、図１の噴射器の概略的に例証される構成要素の位置、サイズ、配向などは、本開示を制限することを意図されない。

例証される実施形態において、噴射器１１０は、ベース部１１４とノズル部１１８との間に延びる中間部１１６を有する本体１１２を含む。ノズル部１１８は、エンジンヘッド１０７のポートを通して燃焼室１０４との境界面におけるノズル部１１８の端１１９の位置に少なくとも部分的に延びる。噴射器１１０は、本体１１２を通してベース部１１４からノズル部１１８に延びる通路又はチャネル１２３をさらに含む。チャネル１２３は、本体１１２を通して燃料が流れることを可能にするように構成される。チャネル１２３はまた、アクチュエータ１２２、並びに計装構成要素及び／又はエネルギー源構成要素のような他の構成要素が噴射器１１０の本体１１２を通過することを可能にするように構成される。特定の実施形態において、アクチュエータ１２２は、ノズル部１１８の端部１１９によって支えられる流量制御装置又はバルブ１２０に作動関係で結合される第１の端部を有するケーブル又はロッドとすることができる。従って、フローバルブ１２０は、燃焼室１０４との境界面の近傍に位置決めされる。図１には図示されないが、或る実施形態において、噴射器１１０は、燃焼室１０４の近傍に並びに本体１１２上の他の場所に位置決めされる、１つよりも多いフローバルブ、並びに１つ又は複数の逆止め弁を含むことができる。

例証される実施形態の別の特徴によれば、アクチュエータ１２２はまた、ドライバ１２４に作動関係で結合される第２の端部を含む。第２の端部は、コントローラ又はプロセッサ１２６にさらに結合することができる。本開示の種々の実施形態を参照して以下で詳細に説明するように、コントローラ１２６及び／又はドライバ１２４は、燃焼室１０４の中に燃料を噴射するためにフローバルブ１２０を介してアクチュエータ１２２を迅速且つ正確に作動させるように構成される。例えば、特定の実施形態において、フローバルブ１２０は、外向きに（例えば、燃焼室１０４の方に）動くことができ、他の実施形態において、フローバルブ１２０は、燃料を計量し及び噴射を制御するために内向きに（例えば、燃焼室１０４から離れる方に）動くことができる。そのうえ、特定の実施形態において、ドライバ１２４は、フローバルブ１２０を閉位置又は着座位置に保持するためにアクチュエータ１２２に張力をかけることができ、且つドライバ１２４は、フローバルブ１２０に燃料を噴射させるためにアクチュエータ１２２を弛緩させることができ、逆もまた同様である。ドライバ１２４は、噴射される燃料バーストの所望の周波数及びパターンを達成するために、コントローラ並びに他の力を誘起する構成要素（例えば、音響構成要素、電磁気構成要素、及び／又は圧電構成要素）に応答するものとすることができる。

特定の実施形態において、アクチュエータ１２２は、燃焼室の特性及び状態を検出するために１つ又は複数の一体化された感知構成要素及び／又は伝送構成要素を含むことができる。例えば、アクチュエータ１２２は、光ファイバ・ケーブル、ロッド又はケーブル内で一体化される絶縁されたトランスデューサから形成することができ、又は、燃焼室のデータを検出し且つ通信する他のセンサを含むことができる。図１には図示されないが、他の実施形態において、及び以下で詳細に説明されるように、噴射器１１０は、噴射器１１０上の種々の位置にある他のセンサ又は監視装置を含むことができる。例えば、燃焼データを１つ又は複数のコントローラに通信するために、本体１１２は、本体１１２の材料の中に一体化される光ファイバを含むことができ、又は本体１１２自体の材料を用いることができる。加えて、フローバルブ１２０は、噴射器１１０と関連付けられた１つ又は複数のコントローラに燃焼データを伝送するために、感知し又はセンサに搬送するように構成することができる。このデータは、無線、配線、光、又は他の伝送媒体を介して伝送することができる。こうしたフィードバックは、例えば、燃料送達圧、燃料噴射開始タイミング、複数の層化された又は層状給気を生じるための燃料噴射持続時間、１つの、複数の、又は連続したプラズマの点火又は容量放電のタイミングなどを含む燃料噴射因子及び特徴を最適化するための極めて迅速且つ適応的な調整を可能にする。

コントローラ１２６、ドライバ１２４、及び／又はアクチュエータ１２６によるこうしたフィードバックと適応的な調整はまた、パワー生産、燃費、及び窒素酸化物を含む汚染を引き起すエミッションの最小化又は排除のような結果の最適化を可能にする。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／０２３８０６８号は、噴射器１１０及び本明細書で説明される他の噴射器の超音波トランスデューサを始動するのに適したドライバを説明する。

噴射器１１０はまた、エンジンヘッド１０７に隣接する端部１１９によって支えられる点火及び流量調整装置又はカバー１２１（図１に破線で示される）を随意的に含むことができる。カバー１２１は、フローバルブ１２０を少なくとも部分的に包囲し、又は取り囲む。カバー１２１は、センサ又は他の監視構成要素のような噴射器１１０の或る構成要素を保護するように構成されてもよい。カバー１２１はまた、噴射される燃料の点火のための触媒、触媒担体、及び／又は第１の電極として作用することができる。そのうえ、カバー１２１は、噴射される燃料の形状、パターン、及び／又は相に影響を及ぼすように構成することができる。フローバルブ１２０はまた、噴射される燃料のこれらの特性に影響を及ぼすように構成することができる。例えば、或る実施形態において、カバー１２１及び／又はフローバルブ１２０は、これらの構成要素を通過して流れる燃料の突然のガス化をもたらすように構成することができる。より詳細には、カバー１２１及び／又はフローバルブ１２０は、迅速に流入する液体燃料又は液体及び固体燃料の混合物からガス又は蒸気を生じる鋭い縁部、触媒、又は他の機能部を有する表面を含むことができる。フローバルブ１２０の作動の加速及び／又は周波数はまた、噴射される燃料を突然にガス化することができる。作動時には、この突然のガス化は、ノズル部１１８から発せられる蒸気又はガスをより迅速に且つ完全に燃焼させる。そのうえ、この突然のガス化は、過熱する液体燃料及びプラズマ又は発射される燃料バーストの音響的勢いとの種々の組合せで用いられてもよい。またさらなる実施形態において、フローバルブ１２０の作動の周波数は、噴射される燃料の形状及び／又はパターンに有益に影響を及ぼすためにプラズマ発射を誘起することができる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第６７２、６３６号（米国特許第４，１２２，８１６号）は、噴射器１１０及び本明細書で説明される他の噴射器によるプラズマ発射を始動するのに適したドライバを説明する。

例証される実施形態の別の態様によれば、及び以下で詳細に説明されるように、本体１１２の少なくとも一部は、未精製の燃料又は低いエネルギー密度の燃料を含む異なる燃料を燃焼させるために高エネルギー点火を可能にするのに適した、１つ又は複数の誘電体材料１１７から作製される。これらの誘電体材料１１７は、点火のための火花又はプラズマの生産、分離、及び／又は送達に対する高電圧の十分な電気絶縁を提供することができる。特定の実施形態において、本体１１２は、単一の誘電体材料１１７から作製することができる。他の実施形態において、しかしながら、本体１１２は、２つ又はそれ以上の誘電体材料を含むことができる。例えば、少なくとも中間部１１６のセグメントは、第１の絶縁耐力を有する第１の誘電体材料から作製することができ、少なくともノズル部１１８のセグメントは、第１の絶縁耐力よりも大きい第２の絶縁耐力を有する誘電体材料から作製することができる。比較的強い第２の絶縁耐力により、第２の誘電体は、噴射器１１０を熱的及び機械的ショック、ファウリング、電圧トラッキングなどから保護することができる。適切な誘電体材料、並びに本体１１２上のこれらの材料の場所の例は、以下で詳細に説明される。

誘電体材料に加えて、噴射器１１０はまた、点火イベントを発生させて噴射される燃料を燃焼させるために電源又は高電圧源に結合することができる。第１の電極は、噴射器１１０を通して延びる１つ又は複数の導体を介して電源（例えば、容量放電、誘導、又は圧電システムのような電圧発生源）に結合することができる。ノズル部１１８、フローバルブ１２０、及び／又はカバー１２１の領域は、エンジンヘッド１０７の対応する第２の電極と共に、点火イベント（例えば、燃焼を迅速に誘起し、推進し、及び完了させる超音波の適用と併せて、火花、プラズマ、圧縮点火作動、高エネルギー容量放電、延長された誘導により生じる火花、及び／又は直流又は高周波プラズマ）を発生させるために、第１の電極として動作することができる。以下で詳細に説明するように、第１の電極は、耐久性と長い耐用年数のために構成することができる。本開示のまたさらなる実施形態において、噴射器１１０は、燃焼室源からのエネルギーの変換を提供し、及び／又は燃焼イベントによって生じたエネルギーから噴射器１１０の１つ又は複数の構成要素を駆動するために熱化学再生を介して廃熱又はエネルギーを回収するように構成することができる。

噴射／点火システム
図２は、本開示の実施形態に従って構成される燃料噴射器２１０を有する内燃システム２００の一部の環境を例証する側面図である。例証される実施形態において、概略的に例証される噴射器２１０は、内燃機関２０４の燃焼室２０２に異なる燃料を噴射し及び点火するように構成される１つのタイプの噴射器の単なる例証である。図２に示すように、燃焼室２０２は、噴射器２１０及び弁を含むヘッド部と、可動ピストン２０１と、シリンダ２０３の内面との間に形成される。他の実施形態において、しかしながら、噴射器２１０は、多くのタイプの回転燃焼機関と共に、種々のベーン、軸方向及び半径方向ピストン・エキスパンダを含む、他のタイプの燃焼室及び／又はエネルギー伝達装置を伴う他の環境で用いることができる。以下でかなり詳細に説明するように、噴射器２１０は、燃焼室２０２の中での異なる燃料の噴射及び点火を可能にするだけでなく、噴射器２１０が異なる燃焼条件又は要件に従ってこれらの異なる燃料を適応して噴射できる及び点火できるようにする、幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器２１０は、未精製の燃料又は低いエネルギー密度の燃料を含む異なる燃料タイプを燃焼させるために高エネルギー点火を可能にするように構成される１つ又は複数の絶縁材料を含む。これらの絶縁材料はまた、例えば、高電圧、疲労、衝撃、酸化、及び侵食劣化を含む、異なる燃料タイプを燃焼させるのに要求される厳しい条件に耐えるように構成される。

例証される実施形態の別の態様によれば、噴射器２１０は、燃焼室２０２における種々の燃焼特性（例えば、燃焼プロセス、燃焼室２０２、エンジン２０４などの特性）を感知するための計装をさらに含むことができる。これらの感知される条件に応答して、噴射器２１０は、燃料効率及び電力生産の増加、並びにエンジン及び／又は車両寿命を延ばすためにノイズ、エンジンノック、熱損失、及び／又は振動の減少を達成するように、燃料噴射及び点火特徴を適応して最適化することができる。そのうえ、噴射器２１０はまた、噴射される燃料の特定の流動パターン又はスプレー・パターン２０５、並びにその位相を達成するように燃焼室２０２の中に燃料を噴射する、作動構成要素を含む。例えば、噴射器２１０は、燃焼室２０２の境界面の近傍に位置決めされる１つ又は複数の弁を含むことができる。噴射器２１０の作動構成要素は、少なくとも以下の特徴、すなわち、燃料噴射開始及び終了のタイミング、繰り返される燃料噴射の周波数及び持続時間、及び／又は点火イベントのタイミング及び選択を制御するために正確な弁の高周波作動を提供する。

図３Ａ〜図３Ｄは、本開示の実施形態に従って構成される噴射器によって噴射される可能性がある幾つかの燃料バースト・パターン３０５（第１のパターン３０５ａ〜第４のパターン３０５ｄとして個々に識別される）を例証する。当該技術分野の当業者であれば分かるように、例証されるパターン３０５は、本開示の幾つかの実施形態のうちの単なる代表的なものである。したがって、本開示は、図３Ａ〜図３Ｄに示されたパターン３０５に限定されず、他の実施形態において、噴射器は、例証されるパターン３０５とは異なるバースト・パターンを分与することがある。図３Ａ〜図３Ｄで例証されるパターン３０５は異なる形状及び構成を有するが、これらのパターン３０５は、一連の燃料層３０７を有するという特徴を共有する。対応するパターン３０５の個々の層３０７は、噴射される燃料の比較的大きい表面対体積比の利点を提供する。これらの大きい表面対体積比は、燃料給気のより高い燃焼率（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｒａｔｅ）を提供すると共に、燃料給気を絶縁し及びその完全燃焼を加速するのを支援する。こうした速い且つ完全な燃焼は、より遅く燃える燃料給気を上回る幾つかの利点を提供する。例えば、より遅く燃える燃料給気より早期の点火を必要とし、燃焼室表面への多大な熱損失を引き起こし、より早期の点火からのより早期の圧力上昇を克服するために、より多くのバックワーク（ｂａｃｋｗｏｒｋ）又は出力トルク損失をもたらす。こうした以前の燃焼作動はまた、汚染を引き起すエミッション（例えば、炭素リッチの炭化水素微粒子、窒素酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、急冷された又は未燃の炭化水素など）、並びに燃焼室のピストン、リング、シリンダ壁、弁、及び他の構成要素の害になる加熱及び摩耗によって苦しめられる。

したがって、本開示に係るシステム及び噴射器は、従来の噴射器、グロープラグ、又はスパークプラグ（例えば、ディーゼル燃料噴射器、ガソリン用のスパークプラグなど）と置き換えできる可能性を提供し、いろいろな場所で入手することができる下水、生ごみ、並びにｃｒｏｐ廃棄物及び動物の排泄物から生産される水素、メタン、及び種々の高価でないアルコール燃料のような多様な再生可能燃料で全定格出力を発生する。これらの再生可能燃料は、精製される化石燃料に比べておよそ３，０００倍低いエネルギー密度を有する場合があるが、本開示のシステム及び噴射器は、効率的なエネルギー生産のためにこれらの再生可能燃料を噴射し及び点火することができる。

混合燃料噴射を提供するためのシステム
図４は、本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面である。図５は、本開示の実施形態に従って構成される図４の構成要素組立体の端面図である。図４に示された例証となる実施形態の態様によれば、噴射器３０２８は、オリジナルの燃料物質又は説明されたプロセスから結果として生じる水素で特徴付けられる燃料種の交換可能な利用を可能にする。これは、ペトロール液体、プロパン、エタン、ブタン、アルコール燃料、低温スラッシュ、同じ燃料又は本開示の熱化学再生反応によって生産される新しい燃料種の液体形態、蒸気形態、又は気体形態を含む。

図４に示すように、噴射器３０２８は、熱交換器３０３６からの一次燃料で温められたタンクからの一次燃料、熱交換器３０３６からの気化された一次燃料、反応器３０３６からの新たに生産された燃料種、熱交換器からの燃料と組み合わされた反応器３０３６からの温められた燃料を含む燃料種、並びに燃焼室の中への燃料送達率及び浸透、点火のために選択された時点での局所的及び全体的な空気−燃料混合気、燃料燃焼率、並びにこれらの変数の多くの他の組合せ及び順列を含む変数を最適化するために調節可能な圧力調整器を制御することによる噴射器３０２８に送達するための圧力の選択を含む条件の利用のための弁として図４に示された種々の弁による流れの選択を含む提供された回路を通じて最適な燃料の選択を可能にする。燃料噴射器３０２８の構成は、本開示の多くの代替的な最適化目標を達成するために、適応的な燃料噴射、燃料浸透パターン、空気利用、点火、及び燃焼制御のための機能を改善する。

図４は、システムの図に示された燃料噴射及びポジティブ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）点火システムのソレノイドにより始動される異種（ｖａｒｉｅｔｉｅｓ）のうちの１つの例示的な実施形態３０２８を示す。実施形態の態様によれば、噴射器３０２８は、−２５４℃（−４２５°Ｆ）での固体及び液体水素のスラッシュ水素混合物、１５０℃（３０２）°Ｆ以上の温度での改質メタノールから周囲温度でのディーゼル及びガソリン液体に至るまでの高温の水素及び一酸化炭素を含む、温度、粘度、及び密度が大きく変化する燃料の精密体積噴射及び点火を提供する。エンジンの効率的な作動によるこうした燃料からの部分又は全定格出力を提供するのに要求される膨大な範囲の体積は、意図された最適な噴射タイミングの前又は後の噴射器ドリブルがすべてない、エンジンサイクル毎の迅速な繰り返しで、正確な時点での、精密体積の送達の適応的なタイミング及びポジティブにタイミングが計られた点火を要求する。こうしたドリブルの回避は極めて難しく、排気サイクル及び／又はバックワークの間の燃料損失、及び／又は排気期間、吸込み期間、又は早期圧縮期間の間の不慮の燃料送達及び問題のある燃料送達による熱損失を回避するのに重要である。

特定の実施形態において、燃料ドリブルの減少は、流量制御弁３０７４と、図示のように絶縁された巻線３０４６、軟磁性コア３０４５、電機子３０４８、及びばね３０３６からなるソレノイド弁オペレータのような弁アクチュエータとの間の分離距離を提供することによって達成される。極めて緊密なスペース制限を満たすために及び現代のエンジンのエンジン弁群及びカム軸内に提供される「温水だめ」状態でそうするために、噴射器３０２８の下部は、電圧絶縁ウェル３０６６よりも下の部分３０７６及び３０８６において通常のスパークプラグと同じねじ部、リーチ、及び本体直径寸法をもつように構成される。同様に、低蒸気圧ディーゼル燃料から水素及び／又は水素で特徴付けられる燃料に至るまで特性が変化する燃料の精密火花点火及び層状給気提供の本質的な機能を組み入れながら、ディーゼル燃料噴射器をすべて交換するための小さい噴射器区域が提供される。

図４に示された実施形態において、噴射器の構成は、火花点火のためにウェル３０６６内の導体３０６８に高電圧が印加されること、したがって、図４及び図５に示すように導電ノズル３０７０及び燃焼室との境界面におけるねじ部３０８６内の電荷蓄積機能部３０８５の両端にわたるイオン化電圧の発生を可能にする。特定の実施形態において、流量制御弁３０７４は、図示のようにソレノイド・オペレータ組立体のドライバ又は電機子３０４８の力によって動かされる、高強度の絶縁体ケーブル又は光伝導ファイバ・ケーブル３０６０によって持ち上げられる。一実施形態の態様によれば、ケーブル３０６０は、直径０．０４ｍｍ（０．０１５インチ）であり、ＩＲ波長、可視波長、及び／又はＵＶ波長の放射を効果的に伝送するファイバの選択物を含む、高強度のライトパイプファイバの束で形成される。

例証される実施形態の１つの特徴によれば、この束は、保護収縮管の中に収められ、若しくは熱可塑性又は熱硬化性バインダで組み立てられて、流量制御弁３０７４及び燃焼室の圧力、温度、及び燃焼パターン状態をＩＲ光データ、可視光データ、及び／又はＵＶ光データで絶えず報告するデータ収集構成要素のための非常に高強度の、可撓性の、及び極めて絶縁性のアクチュエータを形成する。さらなる実施形態によれば、光ファイバ・ファブリー・ペロ干渉計、又はマイクロファブリー・ペロ・キャビティベースのセンサ、若しくは側面研磨光ファイバによって燃焼圧データを提供するために、燃焼室境界面３０８３でケーブル３０６０のための保護レンズ又はコーティングが提供される。作動時には、燃焼室境界面に又はこれに実質的に隣接して位置決めされたケーブル３０６０の端からの圧力データが、示されるライトパイプ束によって伝送され、これは、例えば、摩耗及び熱劣化から保護することができる。本開示の態様によれば、適切なレンズ保護材料は、耐熱超合金及び／又はＫａｎｔｈｏｌに加えて、ダイヤモンド、サファイア、石英、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、及び／又は他のセラミックスを含むがこれらに限定されない。

図６は、本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面である。図７は、本開示の実施形態に従って構成される図６の構成要素組立体の端面図である。したがって、図６に示された噴射器の代替的な実施形態で例証されるように、噴射器３０２９は、透明な誘電絶縁体３０７２を含む。絶縁体３０７２は、燃焼室の圧力条件に対応する応力センサ３０６２Ｄへの変化する歪み信号と共に、燃焼室から光電センサ３０６２Ｐへの放射周波数のライトパイプ伝送を提供する。

さらなる実施形態によれば、組み込みコントローラ３０６２は、効率、パワー生産、作動の円滑さ、フェイルセーフ措置、及びエンジン構成要素の寿命におけるさらなる改善として、好ましくは、アナログの又はデジタル化された燃料送達イベント及び火花点火イベントを生じるためにセンサ３０６２Ｄ及び３０６２Ｐから信号を受信する。特定の実施形態において、コントローラ３０６２は、所望のエンジン作動パラメータを最適化するのに必要な調整を判定するために、センサの指示を記録して各シリンダのトルク発生の間の時間を判定して適応的な燃料噴射及び火花点火タイミング並びに流量データの関数としての正のエンジン加速及び負のエンジン加速を導出する。したがって、コントローラ３０６２は、図４、図５、図６、図７、図９、図１１、及び図１３に示すように噴射器３０２８、３０２９、又は３０２９’のような噴射器による作動の種々の選択を含む図１４（後述）のシステムを制御するために、マスター・コンピュータとして働く。

特定の実施形態において、図６及び図７に示すように実質的に透明な逆止め弁３０８４によって流量制御弁３０７４よりも下の光ファイバ束又はケーブル３０６０の保護が提供される。一実施形態によれば、例示的な速く閉まる逆止め弁は、透明な本体内に封入された強磁性要素からなる。この機能の組合せは、図示のように透明なディスク内の強磁性ディスク又は透明なボール内の強磁性ボールを含む種々の幾何学的形状によって提供されてもよい。作動時には、こうした幾何学的形状は、逆止め弁３０８４が通常閉位置に磁気的に強制されて図示のように流量制御弁３０７４及びケーブル３０６０の端に非常に近くなることを可能にする。燃料の流れを提供するために流量制御弁３０７４が持ち上げられるときに、図１２及び図１４（後述）に示すように燃焼室の空気の中への燃料の非常に高い表面対体積浸透を与えるために、燃料が磁気弁座３０９０を通して逆止め弁３０８４を通過してスロット３０８８を通して流れることを可能にする交差するスロット３０８８内にこれを囲い込むウェル・ボア内の開位置に逆止め弁３０８４が強制される。したがって、ケーブル３０６０は、逆止め弁３０８４を通過する放射周波数を受信し及び伝送することによって燃焼室のイベントを監視し続ける。本開示の態様によれば、逆止め弁３０８４の透明部に適した材料は、関心あるモニタリング周波数に対してトランスペアレントなサファイア、石英、高温ポリマー、及びセラミックスを含む。

一般に、最小の燃料消費で最大のトルクを生じることが望ましい。窒素酸化物エミッションが好ましくない混雑した街の通りのようなエリアでは、適応的な燃料噴射及び点火タイミングは、ピーク燃焼温度が２，２００℃（４，０００°Ｆ）に達するのを許すことなく最大トルクを提供する。ピーク燃焼温度を判定する１つの例示的な方法は、小直径の光ファイバ・ケーブル３０６０又はより大きい透明な絶縁体３０７２を使用する火炎温度検出器によるものである。絶縁体３０７２は、高温ポリマーの燃焼室面上のサファイア、又はダイヤモンド−コーティングのような耐熱コーティング及び耐摩耗コーティングで、若しくは図示のようにコントローラ３０６２のセンサ３０６２Ｄへの燃焼によって生じる放射のライトパイプ伝送を含む噴射器３０２８内の組み合わされた機能のための石英、サファイア、又はガラスから製造されてもよい。さらに、図４及び図５を参照すると、コントローラ３０６２及び／又は３０４３は、各燃焼室の中のセンサ３０６２Ｄからの信号を監視して、一酸化窒素の生成を防ぐために燃料噴射及び／又は火花点火タイミングを適応して調整する。

したがって、現代のエンジンの燃焼室との境界面から緊密に間隔をおいて配置された弁及び弁オペレータよりも上の場所までの事実上あらゆる距離は、最も最適なスパークプラグ又はディーゼル燃料噴射器の場所で一体の火花点火と共に、絶縁ケーブル３０６０によって通常閉鎖される流量制御弁３０７４によって伝達される燃料制御力によって提供することができる。本開示の一体化された点火を伴う燃料噴射器の構成は、オクタン、セタン、粘度、温度、又は燃料エネルギー密度価に関係なくあまり高価でない燃料を含む非常に多種多様の燃料の選択肢の高効率層状給気燃焼のための精密燃料噴射タイミング及び適応的なスパーク点火を提供するために、噴射器がスパークプラグ又はディーゼル燃料噴射器と置き換わることを可能にする。以前は作動が特定のオクタン価又はセタン価をもつ燃料に制限されていたエンジンが、本開示によってより低コストで環境にはるかに有益な燃料でより効率的な長続きする作動に変わる。加えて、パイロット燃料送達及び点火システムとして又は火花点火のみのシステムとして噴射器３０２８、３０２９、又は３０２９’を作動して、エンジンを気化又は吸込みマニホルド燃料噴射システムによって送達されるガソリンでの元の作動に戻すことが可能である。同様に、噴射器３０２８、３０２９、又は３０２９’をこれらの種々の燃料計量及び点火の組合せに従ってディーゼル燃料又は火花点火される代替燃料で作動するように構成することが可能である。

本開示のさらなる態様によれば、燃費、特定のパワー生産の最大化、燃焼室シリンダ上の潤滑膜メンテナンスの保証、及び／又はノイズの最小化のような目的のために燃料噴射タイミング及び火花点火タイミングを適応して制御しながら、窒素酸化物の生成の防止が提供される。或る実施形態において、図５、図７、及び図１１に示すようにスロット３０８８の中央を通して燃焼室のイベントを見るために、流量制御弁３０７４を通してケーブル３０６０を燃料分布ノズルの燃焼室面に又はその付近に固定して延ばすことが好ましい。代替的な実施形態において、ケーブル３０６０は、好ましくは、ケーブル３０６０を持ち上げ、したがって突然に流量制御弁３０７４を持ち上げ始める前に、電機子３０４８が移動し且つモーメントを発生し始めることを可能にする、ループのような１つ又は複数の自由動たわみ部を接片ストップ・ボール３０３５よりも上に形成することができ、且つ、図示のように燃焼室からセンサ３０４０に放射波長を送達するために、軟磁性コア３０４５を固定して通る。本開示の実施形態によれば、センサ３０４０は、分離していてもよいし、又は図示のようにコントローラ３０４３に一体化されてもよい。一実施形態において、光電センサシステムは、図示のようにエンジンの燃焼室の中の圧力及び／又は放射検出の関数としての燃焼イベント、膨張イベント、排気イベント、吸込みイベント、燃料噴射イベント、及び点火イベントを含む燃焼室の状態の包括的監視を提供する。したがって、図４及び図６を参照すると、センサ３０４０及び／又はセンサ３０６２Ｄ及び／又はセンサ３０６２Ｐからの温度信号及び対応する圧力信号が、燃料が燃焼される際の温度及びその温度での時間を、燃焼室の圧力、ピストン位置と、及び燃焼生成物の化学的性質と即座に相互に関係付けられる。

こうした相互の関係付けは、エンジンを米国特許第６，０１５，０６５号、第６，４４６，５９７号、第６，５０３，５８４号、第５，３４３，６９９号、及び第５，３９４，８５２号、並びに同時係属出願第６０／５５１，２１９号で開示された技術によって組み合わされたピストン位置、燃焼室の圧力のデータ・コレクション、及び図示のように光ファイバ束／ライトパイプ組立体／ケーブル３０６０によってセンサ３０４０に提供される場合の燃焼室放射データで作動させることによって直ちに達成される。もたらされる相互の関係付け機能は、したがって、ケーブル３０６０によってセンサ３０４０に送達される放射信号及びピストン位置データが、燃費、パワー生産の最大化、窒素酸化物の回避、熱損失の回避などのような種々のエンジン機能を適応して最適化するのに必要な燃焼室の圧力、温度、及び燃焼状態のパターンを示すことを可能にする。その後、ケーブル３０６０及びセンサ３０４０によってコントローラ３０４３に提供されるデータは、非常に費用効果のある噴射器でエンジン機能の迅速且つ適応的な制御を可能にすることができる。

したがって、一実施形態によれば、より包括的に適応的な噴射システムは、当該技術分野では公知のように及び／又は参照により本明細書に含まれる先に参照した特許及び同時係属出願で開示されるように、センサ３０４０とケーブル３０６０との両方を１つ又は複数の圧力センサと共に組み入れることができる。このような場合、燃費及びパワー生産管理の適応的な改善のためにエンジンの回転加速度を監視することが好ましい。エンジン加速は、したがって、クランク軸又はカム軸タイミング、分配器タイミング、ギア歯タイミング、又はピストン速度検出を含む多くの技術によって監視されてもよい。燃料種の選択、燃料種の温度、燃料噴射タイミング、噴射圧力、噴射繰返し率、点火タイミング、及び燃焼室温度マッピングを含む制御される変数の関数としてのエンジン加速は、従来の又はあまり高価でない燃料でエンジン性能、燃費、エミッション制御、及びンジン寿命の注目に値する改善を可能にする。

本開示の態様にしたがって、遠隔の弁オペレータ３０４８と、燃焼室境界面に又はこれに実質的に隣接して位置決めされる流量制御弁３０７４とのこの新しい組合せによって、大きく変化する燃料粘度、発熱量、及び蒸気圧の燃焼を最適化する、適応的なタイミングでの火花プラズマ点火の発生が提供される。この構成は、流量制御弁３０７４と燃焼室との間に存在するすきま容積が小さい又は存在しないため、事実上、ドリブルの前又はドリブルの後の害をなくすものである。流量制御弁３０７４を燃焼室境界面に位置付けることによって、普通は回り道して（ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓｌｙ）燃料を送達するチャネルによって引き起こされる、燃料の流れのインピーダンスが回避される。特定の実施形態において、流量制御弁３０７４は、適切な機械ばねによって、又はばね３０３６によってかかる力の関数としてのケーブル又はロッド３０６０上の圧縮力によって、若しくはこうした閉鎖アクションの組合せを含む弁座３０９０への磁気ばね引力によって、通常閉状態に付勢することができる。

本開示の態様によれば、圧力許容性能は、ケーブル３０６０上の或る場所に固定されるボール３０３５に衝突した後の、ボール３０３５を突然に持ち上げ又は変位させるように設計される電機子ドライバ３０４８の、自由加速を提供することによって達成される。特定の実施形態において、ドライバ３０４８は、図示のように電磁磁極片の方に固定のケーブル３０６０を越えて比較的自由に動く。かなりのモーメントが得られた後で、ドライバ３０４８は、示されるばねウェル内のボール３０３５に突き当たる。例証される実施形態において、ボール３０３５は、図示のようにばね３０３６内のケーブル３０６０に取り付けられる。したがって、作動時には、直動式ソレノイド弁によって発生される可能性があるよりもかなり大きい、この衝撃による力の突然の適用が、比較的より小さい慣性の、通常閉鎖される流量制御弁３０７４を、弁座３０９０の中の通路の上側弁座から突然に持ち上げることになる。

この実施形態は、流量制御弁３０７４のための任意の適切な弁座を使用してもよいが、しかしながら、小型エンジンの燃焼室での用途のためには、図示のように流量制御弁３０７４を通常閉状態に付勢するために内部に又は弁座３０９０として永久磁石を組み入れることが好ましい。電機子３０４８による流量制御弁３０７４のこうした突然の衝突始動は、所望の燃料送達率を保証するのに必要な場合がある燃料の温度、粘度、スラッシュ結晶の存在、又は適用圧力に関係なく、燃料の保証された精密流れを可能にする。ＳｍＣｏ及びＮｄＦｅＢのような永久磁石は、２０５℃（４０１°Ｆ）までの作動温度で所望の磁気力を直ちに提供し、流量制御弁３０７４が磁気弁座３０９０上の通常閉位置に付勢されることを保証し、したがって、すきま容積及びアフター・ドリブルを事実上なくすものである。

例証となる比較において、絶縁体３０６４のボア内での導電ノズル３０７０への送達のために流量制御弁３０７４が電機子３０４８と共に組み入れられることになる場合、示されるすきま容積の中で一時的に休止する燃料のアフター・ドリブルは、エンジンサイクルの所望の時点での意図された燃料送達と同じ容積となる可能性がある。こうしたアフター・ドリブルの流れは、膨張の最終段階の間又は排気ストロークの間となる可能性があり、したがって保護シリンダ壁の潤滑の火炎衝撃損失、不必要なピストン加熱、膨張差に起因する増加した摩擦、及び排気系構成要素の過熱を引き起こしながら、ほとんどの場合、完全にではないとしても、廃棄される（ｗａｓｔｅｄ）。これは、オクタン価、蒸気圧、又は体積あたりの特定の燃料エネルギーに関係なく使用されるべき従来の又はより低コストの燃料の交換可能な利用を可能にするための極めて重要な開示である。

さらに、従来の弁作動システムは、ドライバ３０４８のケーブル３０６０に対する、したがって流量制御弁３０７４に対する突然の衝突によって提供される場合の７００気圧以上に比べて約７気圧の圧力低下に制限されるであろう。アップルソース又はコテージチーズと比較できるほどの法外に扱いにくいテクスチャ及び粘度をもつ低温のスラッシュ燃料が、比較的大きい通路を通して通常閉鎖される流量制御弁３０７４に直ちに送達され、これは、弁座３０９０の大直径オリフィス上に休止する。大きい慣性電磁石電機子３０４８の突然の衝突の後の迅速な加速が、誘電ケーブル３０６０を通して非常に大きい持ち上げ力を伝達し、弁座３０９０の大きいオリフィスから流量制御弁３０７４を突然に且つ確かに持ち上げて、存在する場合には通常閉鎖される逆止め弁３０８４を開き、燃料スラッシュ混合物を燃焼室の中に噴出する。同じ保証された送達は、間欠的に提供される場合があるような４００°Ｆ（２０４℃）以上の温度での水素及び他の非常に低粘度の燃料を含む任意の相又は相の混合物中の燃料のアフター・ドリブルなしに提供される。

本開示の態様によれば、燃料密度が、低温エンジン始動時の液体ガソリン又は低温の水素の密度であるかどうか、及び、次いで、エンジン暖機運転の際に液体燃料を気体燃料に変換するための熱を提供するのに１００分の１又は１０００分の１の密度となるかどうかに関係なく、不利なアフター・ドリブルなしに燃焼室に入る燃料の精密計量及び点火が提供される。これは、車両オペレータがタンク３４０４（図１４に示される）に補給するのに最も望ましい且つ利用可能な燃料を選ぶことを可能にする。その後、図１４に示された熱交換器（単数又は複数）によってエンジン排熱が回収され、噴射器は、水素で特徴付けられる層状給気燃焼の利点を提供するために、エンジン廃熱の利用によって選択される燃料の最も望ましい最適化を提供する。非常に寒冷の気候では、及び二酸化炭素エミッションを最小にするために、反応器３０３６に豊富なエンジン熱が利用可能であるときにはソレノイド弁を通して伝達することによって、水素又は水素で特徴付けられるガスをアキュムレータの中に伝達し及び貯蔵することが好ましい。作動時には、低温エンジン始動時に、弁が開かれ、水素又は水素で特徴付けられる燃料が弁を通して圧力調整器に及び噴射器（単数又は複数）３０２８に流れて、エンジンの極めて速い、非常に高効率の、且つクリーンな始動を提供する。

図８Ａ及び図８Ｂは、本開示の実施形態に従って構成されるユニット弁組立体である。再生可能燃料を使用する機会を提供し、海洋、農業、鉱業、建設、並びに鉄道及びトラックによる重牽引（ｈｅａｖｙｈａｕｌｉｎｇ）用途での大型エンジンの効率及び寿命を改善することは本質的であるが、本来はディーゼル燃料用に設計された大型エンジンにおいて十分な気体燃料エネルギーを送達することは極めて難しい。図８Ａ及び図８Ｂは、エンジンの各シリンダへの大量の比較的低いエネルギー密度の加圧された燃料供給の制御された送達を可能にするためのユニット弁３１００の部分断面を示す。本開示の態様によれば、ユニット弁３１００は、従来の燃料よりも高い熱効率で実質的に層状の給気燃焼剤（ｃｏｍｂｕｓｔａｎｔ）として噴射器と併せて大型エンジンにおいて非常に低いエネルギー密度の燃料が使用されることを可能にするのに特に有益である。ユニット弁３１００はまた、各吸気サイクルの間に燃焼室の中に誘起される空気の量を増加させることによって変換されたエンジンの容積効率を大いに改善するために、こうした燃料が部分的に使用されることを可能にする。

作動時には、加圧された燃料が入口取付具３１０２を通して示される弁チャンバに供給され、そこでばね３１０４がボール３１０６のような弁を図示のように弁座３１０８上の閉位置に付勢する。高速エンジン用途において、又はスラッシュ燃料中の固体が堆積する傾向があるため、ばね３１０４が好ましくない場合、ボール３１０６の迅速な閉鎖を支援するために弁座３１０８を永久磁石の磁極として提供することが好ましい。燃焼室への燃料送達が望まれるときに、プッシュ・ロッド３１１２がボール３１０６を強制して弁座３１０８から持ち上げ、燃料が燃焼室への送達のためにボール３１０６の周りに及び示される通路を通して取付具３１１０に流れるのを許される。特定の実施形態において、プッシュ・ロッド３１１２は、３１２２に示されたボア内にぴったりと適合する（ｃｌｏｓｅｌｙｆｉｔｔｉｎｇ）ことによって、又はシール３１１４のようなエラストマー・シールによってシールされる。プッシュ・ロッド３１１２の始動は、任意の適切な方法又は方法の組合せによるものとすることができる。

一実施形態によれば、燃料の流れの適切な制御は、スチールキャップ３１２８内の環状巻線３１２６を通した電流の通過から結果として生じるソレノイド・アクションによって提供することができ、ソレノイド・プランジャ３１１６は、図示のようにプッシュ・ロッド３１１２に接続された状態で軸方向に動く。特定の実施形態において、プランジャ３１１６は、好ましくは、軟磁性の強磁性材料である。プランジャ３１１６は、図示のようにユニット弁３１００の強磁性磁極片３１２２上に恒久的に位置するようにねじ込まれる、締まりばめされる、適切な接着剤で定位置に係止される、かしめられる、又は編組（ｂｒａｉｓｅｄ）される、好ましくはニトロン（Ｎｉｔｒｏｎｉｃ）合金のような自動注油の又は低摩擦合金、又は恒久的に注油される（ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ）粉末冶金含油ベアリングである、スリーブ・ベアリング３１２４によって、直線運動にガイドされる。

他の実施形態において、バルブ・ボール３１０６はまた、プッシュ・ロッド３１１２がボール３１０６に突然に突き当ることになるのに先立って自由に動くことを許された後でかなり高い開く力を提供する前にプランジャ３１１６がかなりのモーメントを得ることを許される、衝動アクションによって開かれてもよい。この実施形態において、ボール３１０６の方への加速の開始時にプランジャ３１１６がニュートラル位置にあるときに、ボール３１０６が突然に衝突される前にかなりのモーメントが発生されることを可能にするために、ボール３１０６とプッシュ・ロッド３１１２の端との間に十分な「休止（ａｔｒｅｓｔ）」クリアランスを提供することが好ましい。

プッシュ・ロッド３１１２、したがってボール３１０６の間欠的作動に対する代替的方法は、空気入口弁（単数又は複数）及び／又はエンジンのパワー・ストロークを制御する同じ周波数で作動する回転式ソレノイド又は機械で駆動されるカムの変位によるものである。こうした機械的始動は、ボール３１０６に対する唯一の変位源として、又はプッシュ・プル又は回転式ソレノイドと併せて使用することができる。作動時には、クレビス３１１８がボール・ベアリング組立体３１２０を保持し、ローラ又は減摩ベアリング組立体のアウターレースが適切なカムの上で回転して、ボール３１０６の方へのプランジャ３１１６及びプッシュ・ロッド３１１２の直線運動を引き起こす。所望の場合に燃料の流れを発生させるためにボール３１０６に突き当たった後で、ボール３１０６とプランジャ３１１６は、図示のように磁気弁座及び／又はばね３１０４及び３１０５によってニュートラル位置に戻る。

ユニット弁３１００の適切な作動は、図８Ａ及び図９に示すようにカム軸３１２０の通過後に燃料の流れ期間を続行するために、圧電により作動されるブレーキ（図示せず）による又はプランジャ３１１６に適用される電磁石３１２６の始動による「開保持（ｈｏｌｄ−ｏｐｅｎ）」機能をもつ、ボール・ベアリング組立体３１２０のカムの変位によるものであってもよいことが同様に考慮される。これは、ボール３１０６のような可動弁要素が、ソレノイド、カム・オペレータ、及びソレノイドとカム・オペレータとの組合せを含む適切な機構で強制されるプランジャ３１１２によって変位される、流体フローバルブ機能を提供し、弁要素３１０６は、こうしたソレノイド、圧電ブレーキ、及び／又はソレノイド機構と圧電機構との組合せによって流体の流れを可能にする位置に時折保持される。

ユニット弁３１００からの燃料の流れは、エンジンの吸込み弁ポートに、適切な直接シリンダ燃料噴射器に、及び／又は図４、図５、図６、図７図１０、及び図１１にかなり詳細に示される実施形態の選択された組合せを有する噴射器に送達されてもよい。大排気量エンジンのような幾つかの用途において、すべての３つの入口点に燃料を送達することが望ましい。吸込みポート又は弁が開かれている間に、加圧された燃料が定時噴射によって燃焼室の入口弁ポートに送達される場合には、燃焼室の中のより高い空気密度を発生させるために燃料モーメントを付与して空気ポンピングを引き起こすことによって、増加した空気取入口及び容積効率が達成される。

このような場合、燃料は、空気速度をかなり上回る速度で送達され、したがって、燃焼室の中への空気の加速を誘起する。この利点は、燃焼室に入る燃料の量を火花点火によって燃焼を開始する又は持続するであろう量よりも少なくなるように制御することによって構成（ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ）することができる。こうした希薄な燃料−空気混合気は、しかしながら、図４、図５、図６、図７図１０、及び図１１の噴射器の実施形態による燃料噴射及び点火によって直ちに点火することができ、これは、ポート燃料噴射によって発生する希薄な燃料−空気混合気の中に燃料を燃焼させることによって、保証された点火及び迅速な浸透を提供する。

付加的なパワーは、噴射器によって開始される燃焼に燃料を追加する分離直接燃料噴射器を通じて、直接シリンダ噴射によって提供されてもよい。噴射器／点火器によって開始され及び制御される、１つ又は複数の個別の直接シリンダ噴射器から燃焼パターンへの直接噴射は、過剰空気内の迅速且つ完全な燃焼を保証し、燃焼室表面から燃料がスワールし、跳飛し、及び／又は跳ね返り、次いで、火花点火源の周りの表面上又はその付近で燃焼することを要求する個別の直接噴射及び火花点火構成要素と普通は関連付けられる熱損失を回避する。

より大型のエンジン用途では、高速エンジン作動に対して、及び環状巻線３１２６における電流要件及び発熱を最小にすることが望ましい場合に、メカニカル・カムにより始動される動きをプランジャ３１１６及びボール３１１２のソレノイド作動と組み合わせることが特に望ましい。これは、プランジャ３１１６の主要な動きが、図９のカム軸３２１２のようなカムシャフトによって提供されることを可能にする。エンジンのアイドル作動にとって適切な燃料送達のためのカム・アクションによってボール３１０６の最初の弁アクションが確立された後で、環状巻線３１２６の中に比較的小さい電流の流れを生み出す結果としてプランジャ３１１６を止め部３１２２と接触した状態に保持し続けることにより「保持時間」を増加することによって、増加した燃料送達及びパワー生産が提供される。したがって、図８Ａ、図８Ｂ、図９、及び図１２に示すようにカム・アクションによるボール３１０６の急速な開放後のソレノイド・アクションによってプランジャ３１１６の保持時間を引き延ばすことによって、保証された弁作動及び増加したパワーの正確な制御が提供される。

本開示の態様によれば、図９の概略的な燃料制御回路レイアウトに示すような実施形態３２００の配置ユニット弁による燃料の正確に定時送達を伴う、複数の燃焼室を備えたエンジンが提供される。この例証となる事例において、６つのユニット弁（３１００）がハウジング３２０２内に等角度間隔で配置される。ハウジング３２０２は、マニホルド３２０４を通して各ユニット弁入口３２０６に加圧された燃料を提供する。カム軸３２１２上に示されるカムは、各プッシュ・ロッド組立体３２１０を間欠的に始動して、入口３２０６から、燃料を所望の吸込み弁ポート及び／又は燃焼室に直接に又は図６、図７、及び図１０に示すように噴射器／点火器を通して送達する、図８Ｂの３１１０に対応する出口３２０８への燃料の正確な流れを提供する。特定の実施形態において、ハウジング３２０２は、図示のようにコントローラ３２２０によって提供される適応的な最適化アルゴリズムに応答して火花及び噴射進出を提供するために、好ましくはカム軸３２１２に対する角度位置に関して適応して調整される。

特定の実施形態において、コントローラ３２２０及び関連する構成要素は、効率、パワー生産、作動の円滑さ、フェイルセーフ措置、及びエンジン構成要素の寿命におけるさらなる改善として、好ましくは、各燃焼室の燃料送達イベント及び火花点火イベントの適応的な最適化を提供することができる。コントローラ３２２０は、所望のエンジン作動結果を最適化するのに必要な調整を判定するために、センサの指示を記録して各シリンダのトルク発生の間の時間を判定して適応的な燃料噴射及び火花点火データの関数としての正のエンジン加速及び負のエンジン加速を導出する。

一般に、最小の燃料消費で最大のトルクを生じることが望ましい。しかしながら、窒素酸化物エミッションが好ましくない混雑した街の通りのようなエリアでは、適応的な燃料噴射及び点火タイミングは、ピーク燃焼温度が２，２００℃（４，０００°Ｆ）に達するのを許すことなく最大トルクを提供する。これは、示される開示の実施形態によって達成される。

ピーク燃焼温度の判定は、好ましくは、図１０に示すように小直径の光ファイバ・ケーブル又はより大きい透明な絶縁体３０７２を使用する火炎温度検出器によって提供される。特定の実施形態において、絶縁体３０７２は、高温ポリマーの燃焼室面上のサファイア、又はダイヤモンド−コーティングのような耐熱コーティング及び耐摩耗コーティングで、若しくは図示のようにコントローラ３０４３のセンサ３０６２Ｄ及び／又は３４３２への燃焼によって生じる放射のライトパイプ伝送を含む噴射器内の組み合わされた機能のための石英、サファイア、又はガラスから製造される。コントローラ３０４３は、例えば、各燃焼室の中のセンサ３０６２Ｄからの無線信号を監視して、一酸化窒素又は他の窒素酸化物の生成を防ぐために燃料噴射及び／又は火花点火タイミングを適応して調整する。

特定の実施形態において、リード３０６８、ノズル３０７０、並びに計装３０６２Ｄ及び３０６２Ｐに隣接するコントローラ３０６２を保護し及びシールする、高電圧リード３０６８のためのライトパイプ３０７２を通して提供される穴３０６４を通して、キャスト又は射出成形ポリマー絶縁体を提供し、図示のように絶縁ウェル３０６６を形成することが好ましい。他の実施形態において、これと同じ絶縁体を用いて、コントローラ３０６２への電気接続を保護するために、ウェル３０５０と隣接するがウェル３０５０の下にあり且つウェル３０５０から回転された場所に、ウェル３０５０と類似した別の絶縁ウェル３０６６を形成することが好ましい。

或る高速エンジンの実施形態において、及び単一のロータ又は単一のシリンダ用途において、燃焼室のイベントの光学的監視を提供するために、図１０に示すようにソリッドステート・コントローラ３０６２を使用することが好ましい場合がある。燃焼室の圧力に比例して信号を生じるためのセンサ３０６２Ｄと類似した又は隣接する位置におけるコントローラ３０６２の面に、１つ又は複数の圧力センサ（単数又は複数）３０６２Ｐを組み入れることも好ましい。特定の実施形態において、圧力センサ３０６２Ｐは、燃焼室の中の吸込みイベント、圧縮イベント、パワーイベント、及び排気イベントを監視し及び比較し、図示のように燃料噴射及び点火タイミングの適応的な制御のための比較の基準を提供する。

一実施形態によれば、燃料計量及び点火管理を提供するための１つのオプションは、エンジンのアイドル作動に対する図９に示されたカム軸３２１２による「タイムオン（ｔｉｍｅ−ｏｎ）」持続時間を提供することである。特定の実施形態において、カムの場所は、３１１２のようなプッシュ・ロッドの利用を通じて、及び／又は新しいエンジン設計の特別な幾何学的形状と共に後付け用途を満たすのに必要とされる場合のさらなる適応のためにロッカーアームによって、弁構成要素３１０６から遠隔とすることができる。回転するカム軸３２１２の最初の通過後の増加した燃料送達時間のための環状巻線３１２６を通した低電力電流の通過により、プランジャ３１１６、プッシュ・ロッド３１１２、及びボール３１０６の「保持」時間が増加することによって、増加したエンジン速度及びパワー生産が提供される。これは、フルレンジの所望のエンジン速度及びパワーを生産するために、組み合わされた機械式及び電気機械式システムを提供する。

本開示によれば、点火は、ホール効果、圧電結晶変形、光学的（ｐｈｏｔｏ−ｏｐｔｉｃ）抵抗、磁気抵抗、若しくはカム軸３２１２又はギア歯のカウントのような他の同期性のイベントを検出する他の近接センサを含む、多くのイニシエータによって、或いは光発電機、磁気発電機、容量性発電機、誘導性発電機、磁石発電機、又はプランジャ３１１６がブッシング３１２４及び環状巻線３１２６内で動くときに生じる幾つかの他の電気信号の変化を用いることによって、トリガされてもよい。このプランジャの動き信号が生成された後で、適応的な燃料噴射及び火花タイミングを提供して、増加したパワー生産、増加した燃費、減少した一酸化窒素生成から選択される１つ又は複数の所望の結果を最適化するため、及び最小のスタータ・エネルギーでのエンジン始動を容易にするため、又はエンジンの回転方向を反転させてトランスミッションにおいてギアを反転させる必要をなくすために、電子コンピュータ３０７２又は３２２０若しくは３０６２のような個別のエンジンコンピュータを使用することが好ましい。

本開示は、燃料の計量を制御する弁が燃焼室から或る距離にあるときに起こる、燃料浪費の問題を克服する。この問題は、制御弁が閉じた後で燃料が流れ続けることを可能にし、結果として、パワー・ストロークにおいて最も有益となる最適な時間間隔で燃料が燃えることができないときに燃料の送達をもたらす。排気ストローク中にこうした燃料が無駄にドリブルされ続ける場合、これは特に無駄であり、エンジンと排気系の劣化を招く。ドリブルと、燃料を最適に使用することができなかったときのアフター・フロー（ａｆｔｅｒ−ｆｌｏｗ）なしに、十分な体積の気体燃料を送達するこの難しい問題を克服するために、本開示によって送達される燃料を受け入れる図１４のシステム及び／又はオンサイト・エンジン又は輸送用途に動力を与える内燃機関の燃焼室の中に燃料を迅速且つ正確に運ぶ最後の送達点として、噴射器３０２８又は３０２９又は３０２９を使用することが好ましい。

燃焼されるべき燃料は、図１０に示すように入口３０４２を通して適切な圧力取付具によって噴射器に送達される。変換されたディーゼル又は火花点火エンジンの燃焼室に燃料を送達することが望ましいときには、ソレノイド・オペレータ組立体３０４３、３０４４、３０４６、３０４８、及び３０５４が用いられる。強磁性ドライバ３０４８は、絶縁ウェル３０５０内のリード３０５２に印加される電圧が絶縁された導体３０４６の環状巻線の中に電流を生じさせるときに発生する電磁力に応答して動き、ドライバ３０４８は図示のようにソレノイド・コア磁極片３０４５の方に動く。

ドライバ３０４８は、図示のように電磁磁極片の方に固定の誘電ファイバ・ケーブル３０６０を瞬時に越えて比較的自由に動く。かなりのモーメントが得られた後で、ドライバ３０４８は、示されるばねウェル内のボール３０３５に突き当たる。ボール３０３５は、図示のようにばね３０３６内の誘電ファイバ・ケーブル３０６０に取り付けられる。この直動式ソレノイド弁によって発生される可能性があるよりもかなり大きい、モーメント伝達による力の突然の適用が、比較的より小さい慣性の通常閉鎖される弁構成要素３０７４を図１０に示すように弁座３０９０の中の通路の上側弁座から突然に持ち上げることになる。

図１０は、本開示の実施形態に従って作動される実施形態の構成要素組立体の長手方向の断面である。図１１は、本開示の実施形態に従って構成される図１０の構成要素組立体の３０９４の端面図である。図１２は、本開示の原理に従って作動される本開示の噴射器の実施形態の例証である。図１３は、図１０に示された平らな管の拡大端面図である。混合燃料噴射器３０２９’の別の実施形態によれば、燃料噴射のための所望の時点で選択された燃料が薄板ばね管３０９４に送達され、この管は普通は平坦であり、これに流入する燃料によって膨らんで、図１０及び図１１に示すように燃焼室の中への非常に低いインピーダンスの流れのための丸い管を提供する。燃焼室の中へのこうした前方の燃料の流れの終了後に、薄板ばね管３０９４は、本質的に「ゼロのすきま容積」の閉位置につぶれて、燃焼室からの加圧されたガスの流れに対する逆止め弁として効果的に働く。光ファイバ束３０６０は、図示のように平坦な管３０９４を通過してスロット３０８８の中心に収束することによって燃焼室のイベントを見るために磁気弁座３０９０よりも下で流量制御弁３０７４’を通して延び、又は別の方法では、所望の層状給気燃焼を生じるのに燃料を分配するためのウェルとして働くであろう所望の角度で提供される穴の一族の中心穴を通して３０９６として延びる（この代替的な図は、具体的に例証されない）。

図１０は、燃料噴射イベント間の燃焼室のガスの流れに対する逆止め弁を効果的に与えるために、燃料噴射イベント間で平坦である、薄板ばね管３０９４の平らな断面を示す。図１３は、通常閉鎖される逆止め弁及び燃焼室への燃料の送達のための自由流れチャネルとして交互に働く、平らな及び燃料で膨らんだ丸い管の断面の拡大された端面図を示す。薄板ばね管３０９４の材料選択物として良好に働く適切なエラストマーは、−２５１℃から２１５℃まで（−４２０°Ｆ〜＋４２０°Ｆ）の広範囲の運転温度にわたってＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＥＥＫ、及びＦＥＰを含む。こうした平坦／円形管は、燃料が伝送される際に通路３０９２の限界よりも多く又は少なく弾力的に膨らみ、燃料送達インターバルの間は平らな材料に対して利用可能なスペースに収縮し及び応従することが意図される。したがって、図１３に示された平らな形状は、通路３０９２の寸法及び幾何学的形状に従うために半月形構成、ねじられた構成、湾曲構成及び／又は波形構成をとってもよい。相乗的な利点は、ばね管３０９４の長寿命を保証するために、図１４に示すように熱交換からの燃料通過による管３０９４の冷却を含む。

作動時には、燃料送達バーストの後で薄板ばね管３０９４がつぶれる際に、燃焼ガスは、スロット３０８８及び３０８９を内方に通過して、図１３の端面図に示すようにノズル３０７２のボア３０９２と平らな管との間に残ったスペースを満たす。断熱機関用途及び超高性能のエンジンでは、これは、平坦な管への、したがって平坦な管に循環的に通される燃料への熱伝達を提供する。こうした目的のために、濃厚な低温又は超低温燃料の送達を温めることが特に有利である。この独自の配置はまた、噴射器組立体の上側領域の冷却を提供し、その後、燃焼室における噴射及び点火の直前に蒸気圧を増加させ及び／又は相変化を起こさせるために、燃料に熱を伝達する。したがって、ばね管３０９４は、図示のように広く変化する燃料選択物及び条件での有益な作動のための循環熱交換器としてさらに働くことができる。

メタノール、エタノール、ディーゼル燃料、若しくはガソリンのような低蒸気圧の液体でのコールドスタート及び作動を提供することが必要な場合には、噴射器３０２８又は３０２９は、流量制御弁３０７４の非常に速く繰り返される開閉サイクルを提供して、並外れて高い表面対体積特徴をもつ新しいタイプの燃料送達を提供する。非常に低い慣性のケーブル又はロッド３０６０及びボール３０７４に対する電機子３０４８の衝突開放アクションによって達成される、流量制御弁を０．０００２秒間開及び０．０００１秒間閉のようなデューティサイクルで作動することによって、燃料は、図４及び図５に示すように３０８８及び３０８９といったスロットから、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに示すように一連の層状の（ｒａｒｉｆｉｅｄ）及びより濃厚なパターン化された波として噴射される。これは、保証された火花点火、その後の、アイドルでの約０．００１秒からエンジンの加速中の約０．０１２秒の全噴射期間の間に結果としてもたらされる薄い、高い表面対体積の燃料フィルムの優れた燃焼率を提供する。スロット３０８８から噴射される燃料のこうしたパターン化された平坦なフィルム波は、別個の燃料噴射器とスパークプラグとの組合せによって必要とされる場合に燃焼室表面から跳ね返る又は跳飛ぶことによって均一給気−燃料混合気又は妥協した層状給気−燃料混合気を生じるために、従来の手法で可能であるよりもかなり後での噴射と、保証された点火を可能にする。

噴射される燃料の各波との火花点火の適応的なタイミングは、ピーク燃焼温度のはるかに大きな制御を提供する。作動時には、これは、燃料フィルムを燃やすために最初に燃料リッチな燃焼をし、その後、層状給気燃焼を取り囲む過剰空気中への膨張する炎の前線による遷移が起こり、２，２０４℃（４，０００°Ｆ）のピーク燃焼温度を超えずに完全燃焼を保証する、はるかに空気リッチな燃焼が生じ、したがって窒素酸化物の生成を回避することを可能にする。

開示された実施形態の組合せは、１つ又は複数の燃料物質を容器の中に貯蔵するステップと、こうした燃料及び／又はこうした燃料の熱、熱化学、又は電気化学誘導体をエンジンの燃焼室の境界面で流量制御弁３０７４から３０４８のような弁オペレータを実質的に分離するデバイスに伝達し、エンジンの燃焼室の中への意図せぬ時点での燃料ドリブルを実質的になくすために絶縁ケーブルによってこうした燃料又はこうした燃料の誘導体を制御するステップとを含む、エネルギー変換のための方法体系及び保証されたプロセスを提供する。この組合せは、燃料のエネルギー密度、粘度、又はオクタン又はセタン数に関係なく事実上あらゆる気体、蒸気、液体、又はスラッシュ燃料の効率的な利用を可能にする。燃焼室における弁３０７４上の又は弁３０７４を通した十分な電圧電位（ｖｏｌｔａｇｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の発生は、エンジン作動を最適化するために適応して正確な時点で流入する燃料のプラズマ又は火花点火を提供する。

本開示の態様によれば、エネルギー変換のための混合燃料噴射及び点火システムは、移動エンジン作動及び固定エンジン作動に適用可能である。ハイブリッド車両用途及び分配されるエネルギー用途は、こうした用途の特に価値のある例である。エンジン３４３０からの最大出力が望まれる場合には、タンク３４０４から入手可能であれば水素、又は実施形態２３６によって生産され、次いで実施形態３４２６によって及び／又はタンク３４０４からのより低温の供給原料と混合することによって冷却される水素で特徴付けられる燃料を用いること、及びエンジン３０における圧縮ストローク中に層状給気噴射を提供し、スロットルを絞られない空気チャージを冷却し、圧縮仕事に起因するバックワークを減らし、その後、適応的な火花点火タイミングで水素又は水素で特徴付けられる燃料を迅速に燃焼して、ブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）を最大にすることが好ましい。

窒素酸化物の最少化が望まれる場合には、水素又は水素で特徴付けられる燃料を使用し、２，２０４℃（４，０００°Ｆ）のピーク燃焼室温度を超えることなく最も高いＢＭＥＰを生じるために噴射タイミング及び点火タイミングを適応して調整することが好ましい。最も静かな作動を生じることが望ましい場合には、排気マニホルドの近くの及び排気管の近くの３４１７のような１つ又は複数の音響センサで作動ノイズを監視し、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングをヒトに聞こえる音響波長における最小のノイズに適応して調整することが好ましい。最大のエンジン寿命を生じることが望ましい場合には、燃料噴射タイミング及び点火タイミングを燃焼室表面への最小限の量の熱伝達で最も高いＢＭＥＰを生じるように適応して調整することが好ましい。

図１２は、上側絶縁部３３４０に位置し、且つ燃焼室の非常に近くに位置する燃料流量制御弁から電気的に分離される、適切な燃料弁オペレータと共に、実施形態３０２８、３０２９、又は３０２９’に関して開示されたように作動する特徴的なエンジンブロック及びヘッド構成要素の及び噴射器３３２８の部分図を示し、この場合、層状給気燃料噴射パターン３３２６は、図示された燃焼室の幾何学的形状に適応するために図示のように非対称である。こうした非対称の燃料浸透パターンは、好ましくは、図４、図５、図６、図７、及び図１０に示されたスロット３０８８及び３０８９の部分におけるより広いギャップのような適切により大きい燃料送達通路を作成することによってもたらされ、図示のように適切な燃料浸透線のパターン３３２６で燃焼室に入る燃料のより多くの浸透を引き起こして、燃焼剤（ｃｏｍｂｕｓｔａｎｔ）及び燃焼を取り巻く過剰の空気絶縁体としての最適化された空気利用を提供し、図示のように、ピストン、吸気弁又は排気弁３３２２を含むヘッドの構成要素、又は通路の中の冷却液を含むエンジンブロックへの熱損失を最小にする。

医療用途、工業用途、化学合成用途、及び農業用途のために窒素酸化物の生成を最大にすることが望ましい場合には、燃焼室の中で生成される窒素酸化物を迅速に生産し及び急冷するために、層状給気の燃焼温度を最大にすること、及び高いピストン速度で作動することが好ましい。これは、発電用途、推進用途、及び／又は他の軸動力用途のための原動力を効率よく生産しながら、所望の化学種の組み合わされた生産を可能にする。図４、図６、図８、図９、図１０、及び図１２に関して開示される場合の作動を組み合わせるシステムは、これらの新規な開発及び利点を提供するのに特に効果的である。

図１４は、本開示の実施形態に従って構成されるシステム３４０２の或る構成要素の断面図を含む略図である。より詳細には、図１４は、大きく変化する温度、エネルギー密度、蒸気圧、燃焼速度、及び空気利用要件の燃料の選択物が安全に貯蔵され、燃焼室の中に交換可能に噴射され、点火される、システム３４０２を示す。システム３４０２は、ガス及び／又は液体の蒸気をより一層低温の蒸気、液体、又は固体と同じくらい高密度に貯蔵するのに必要とされる場合の７，０００気圧以上の試験圧力及び３，０００気圧以上の循環作動圧力に耐えるために繊維強化材で十分に覆われる、不浸透性の及び化学的に適合する燃料閉じ込めライナ３４０６を有する燃料貯蔵タンク３４０４を含むことができる。

図１４にさらに示されるように、レギュレータ３４１２は、制御弁３４３９を通して燃料電池３４３７に燃料を送達することができる。一実施形態によれば、燃料電池３４３７は、水のような供給原料から水素を生み出すために可逆的であってもよく、低温機種及び高温機種、並びに電解質型によって特徴付けられるものを含む、任意の適切な型であってもよい。この実施形態によれば、タンク３４０４の中に貯蔵される燃料は、従来の改質作動によってこうした好ましい燃料種を提供するシステムによって提供することができるよりも高効率の燃料電池３４３７における用途にさらに適した燃料種に変換することができる。本開示のこうした構成要素と作動との組合せは、したがって、より高い作動効率及び機能を達成する際の極めて効率的なハイブリッド化及び利便性を提供する。

一実施形態によれば、タンク３４０４は、種々の弁、例えば、図１４に示すように充填ポート３４１０、第１の４方弁３４１１、及び第２の４方弁３４１４を通して燃料を流すことによって迅速に充填することができる。反射誘電体層３４１６とシール層３４１８は、図示のように３４０６における貯蔵との間の熱伝達を最小にしながら貯蔵システム３４０６及び３４０８の支持及び保護を提供するように設計される、圧力組立体３４０６及び３４０８の断熱及び支持を提供する。実施形態の態様によれば、誘電体層３４１６とシール層３４１８は、反射金属で被覆することができる。例えば、ガラス又はポリマーのこれらの透明なフィルムは、放射エネルギーの反射及び低減した熱伝導率を提供するために、片側をアルミニウム又は銀のような反射金属で非常に薄く被覆することができる。代替的な実施形態において、交互する層に対して選択された材料の間の屈折率の差異により、誘電体材料自体が反射を提供することができる。

さらなる態様によれば、組立体３４０６及び３４０８の中に貯蔵される最も低温の燃料の実質的な利用に必要な時間の長さを考慮することができる。例えば、熱伝導経路の有効長さ及び選択される絶縁体３４１６の反射層の数は、３４１８のシールされる表面での湿気、凝縮、及び氷の生成を最小にする又は防ぐのに十分な熱ブロッキングを提供することができる。したがって、低温の固体、液体、及び蒸気が周囲温度で非常に大きいエネルギー密度容量をもつ加圧された流体となるので、タンク３４０４は、圧力貯蔵の容認可能な発生を提供することができる。同様に、タンクが周囲条件に温められたときに起こる圧力発生に関する懸念なしに、組立体３４０４の中に、流体、例えば、低温エタン及びプロパンを充填することができる。

さらなる態様によれば、タンク３４０４はまた、低温の液体水素内のスラッシュとしての超低温水素固体、及び低温の液体水素又はメタン内のスラッシュとしての超低温メタン固体のような固体の、安全な貯蔵を提供することができる。こうした固体を溶融し、液体を生成し、及びこうした液体をその後加熱して蒸気を生成することは、絶縁システム３４１６及びシール層３４１８によって表面３４１８上での氷を防止し、且つ表面構成要素への損傷が防止されながら、組立体３４０６及び３４０８の安全な閉じ込め機能の中で上手くいく。

さらなる態様によれば、タンク３４０４の中に伝達し且つタンク３４０４内に貯蔵するのに適した流体燃料は、低温の水素及び／又はメタンを含む。作動時には、タンク３４０４にエタン、プロパン、ブタン、メタノール、又はエタノールを充填し及び貯蔵することが便利な場合がある。加えて、ガソリン又はきれいなディーゼル燃料もまた、低温の燃料を補給する前にエタノール又はメタノールの少なくとも２つのタンクと共にタンク３４０４の適切な硬化後（ｃｕｒｉｎｇ）にタンク３４０４の中に貯蔵することができる。したがって、汚染防止、範囲、及び燃料費目標を満たすのに最も望ましい燃料の便利な貯蔵が提供される。本開示の態様によれば、空気清浄能力を提供するために都市部では水素の利用が考慮され、一方、水素と一酸化炭素、メタノール、エタノール、エタン、又はプロパンとの再生可能な発生炉ガス混合物の交換可能な使用が適応される。これは、農業従事者及び起業家によって種々の燃料を生産し及び分配する機会を提供し、及び競争を容易にし、且つより長距離能力及び／又はより低コストの燃料の貯蔵を望む自動車運転者及びコージェネレータ（ｃｏ−ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）のニーズを満たす。

図１４に示すように、弁３４１４を開／閉することによって、タンク３４０４からの燃料送達が、図示のように所望の流路に従ってストレーナ３４２０を通してタンクの底部からとなり、又はストレーナ３４２２を通してタンクの頂部からとなる場合がある。タンク閉じ込め組立体３４０６及び３４０８がひどい扱いを受ける場合には、ライナ３４０６と一体の補強部３４０８内の燃料選択物の閉じ込めが維持される。本開示の態様によれば、誘電体層３４１６及びシール層３４１８のスーパージャケット組立体は、放射性、伝導性、及び対流性熱伝達を最小にし、放射を反射することによって炎の等級（ｆｉｒｅｒａｔｉｎｇ）を増加させ、すべての形態のヒートゲインに対して断熱し、及び従来のタンクよりも一層長い時間にわたって熱を放散する。

付加的な実施形態によれば、炎への露出が延長される事例では、組立体３４０６及び３４０８の温度又は貯蔵圧力は、最終的には逃がしを必要とするところにまで高まる可能性がある。温度及び／又は圧力が最大の許容可能な貯蔵の適切な割合に高まったところで、図示のように、組み込み圧力センサ３４３１と温度センサ３４３３が、無線、光ファイバ、又はワイヤ接続によって「ブラック−ボックス」コントローラ３４３２に情報を報告して、４方弁３４１４に信号を送ってエンジン３４３０に付加的な燃料を送ることを最優先させる。エンジン３４３０がその時点で作動していない場合、その状態がコントローラ３４３２によって問い合わせされて、負荷有り又は無しで稼働することが安全且つ望ましいかどうかを判定する。作動時には、エンジン３４３０は、タンク組立体３４０４内の超過加圧又は超過温度条件を防ぐのに十分な燃料消費率で作動するように始動する及び／又はシフトすることができる。

図１４に示すように、システム３４０２は、エンジン３４３０の非常に迅速な自動始動を容易にするために噴射器装置３４２８を含み、好ましい正常高効率作動モードとは対照的に、均一給気燃焼とかなりのバックワークを生じる噴射及び点火タイミングで低い燃料効率を提供することができる。この実施形態の態様によれば、燃料は、熱効率を最適化するために適応して調整される燃料噴射及び点火タイミングでのより高効率の層状給気作動でよりも一層迅速に消費することができる。本開示によれば、噴射器装置３４２８はまた、エンジン３４３０への空気制限（スロットルを絞られた空気流入「ｔｈｒｏｔｔｌｅｄａｉｒｅｎｔｒｙ」）の異常な適用で吸込み真空（ｉｎｔａｋｅｖａｃｕｕｍ）を生じる間のエンジン作動を容易にし、且つこれは、燃料送達システムが大きく圧力を低下させて、沸騰すること、又はタンク３４０４に対する長期の炎インピンジメント（ｆｉｒｅｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）に起因する非常に大きいヒートゲインを除去するのに必要な場合にタンク３４０４に対する吸引を提供して蒸発燃料冷却を強制することを可能にする。炎への露出中に圧力を逃がすための大気への燃料のダンピングではなく、こうしたタンク３４０４からの燃料の有用な適用モードは、エンジン出力を水ポンピング用途に送達して、タンクを冷却し及び火を消す又は火から逃げるために推進を提供することができるので、非常に好ましい。この危険を乗り切る資源の安全管理モードは、固定の発電所及び緊急対応車両、特に森林及び建築物消火設備に適用可能である。

こうしたフェイルセーフ措置が、タンク３４０４の中の超過加圧又は超過温度条件を防ぐのに十分ではない場合、付加的な燃料が弁３４１４内の圧力逃がし措置によって図示のように安全スタック３４３４を通して空気中に捨てられる。安全スタック３４３４は、好ましくは、煙突又は車両の排気管のような高温ガスを却下するように設計される安全ゾーン３４６５であり、したがって、あらゆる人又は財産への害を防ぐ。

図１４を参照してさらに示されるように、回転機器によって生じた熱を除去し、且つ風損及び摩擦損失を低減する目的で、発電機及びエンジン３４３０のような機器を回転するためのカバーガスとして処理された燃料を供給するためにレギュレータ又は類似のレギュレータによって提供される場合に、アキュムレータ３４１９からの水素を使用することが好ましい。こうした水素の純度は重要ではなく、かなりの量のメタン、一酸化炭素などが回転機器に害を及ぼさずに存在している場合があり、こうした使用によって効率とエネルギー変換能力の非常に実質的な改善が提供されることが見出されている。したがって、水素を含有する又は水のような水素を含有する化合物と反応して水素を生じる事実上あらゆる一次燃料を、水素冷却、及び発電機の風損の低減、並びに内燃機関の改善された効率及びより多くの安全性のために、本開示の実施形態によって変換することができる。図１４の実施形態は、３０２８、３０２９、３１００、３２００、及び３０２９’と共に、低いエネルギー密度の水素が、燃料電池３４３７及びエンジン３４３０のための優れた熱伝達剤として及び好ましい燃料として使用されることを可能にする。

特に重要な用途は、回転する発電機の巻線の作動温度を低下させて、より効率的な作動及びより高いエネルギー変換能力を可能にするために、こうした水素を使用することである。こうした回転機器を通した通路によって温められた後で、水素は、次いで、ピストンエンジンのクランクケースに、次いで、こうしたエンジンの噴射器及び／又は弁組立体３２００に送って、エンジンの中で燃料として使用することができる。これは、コジェネレーション用途の効率を改善し、且つ結果として得られるシステムの能力を増加させる。ピストンエンジンのクランクケース３４５５に水素雰囲気を充填することは、クランクケースの中に不慮の点火を後押しする空気と水素との可燃性の混合物が確実に存在できないようにすることによって、作動上の安全性を改善する。このより低粘度の雰囲気は、エンジンの相対運動構成要素からの風損及び摩擦損失を相乗的に減少させる。これはまた、クランクケースの中で生じる酸素と油膜及び液滴との間の不利な酸化反応をなくすことによって、潤滑油の寿命を大いに改善する。水の蒸発温度を上回るクランクケースの中の乾燥した水素雰囲気のメンテナンスによって、水の除去と、電解水の存在に起因するベアリング及びリング・シールなどの腐食の回避との、さらなる利点が達成される。

クランクケースで生じる水の除去と併せて、こうした水素の加湿は、特にハイブリッド化用途において、３４３７のような燃料電池のプロトン交換膜（ＰＥＭ）のメンテナンスに非常に有利である。これは、日変化、季節天候により生じるニーズ、又は生産要件に起因する、変化する需要を満たすために、示されるエンジン−発電機をこうした燃料電池作動と組み合わせることによって、燃料電池３４３７による数キロワットの出力からメガワット容量までの需要にわたる、図１４の実施形態に基づくシステムの極めて融通性のある且つ効率的な作動を可能にする。

正常作動では、タンク３４０４の中の低温燃料選択物での低温エンジン始動条件において、燃料蒸気が、貯蔵タンク３４０４の頂部から取り込まれ、ストレーナ３４２２、多方切替弁（ｍｕｌｔｉｗａｙｖａｌｖｅ）３４１４を通して、並びに噴射及び点火のための噴射器装置３４２８への絶縁された導管３４２５を経由して、パワー・ストロークにあるエンジン３４３０のすべての燃焼室の中で、層状給気燃焼及び余剰空気の突然の加熱を生じる。タンク３４０４の頂部における蒸気供給によって持続可能な燃料比率で提供されるよりも多くの出力が必要とされる場合には、液体燃料は、燃料タンク３４０４の底部から取り込まれ、ストレーナ３４２０を通して、噴射器装置３４２８に送達される。本開示の態様によれば、エンジンが温められた後で、排気熱を熱交換器３４３６の中の液体燃料を加圧し及び気化するのに用いることができる。またさらなる態様によれば、熱交換器３４３６は、液体、蒸気、又は気体の燃料成分から新しい燃料種を生じるための１つ又は複数の適切な触媒を組み入れてもよい。

本開示によれば、タンク３４０４の中に貯蔵される燃料の化学的性質に応じて、熱交換器３４３６は、エンジン３４３０の作動を改善するために種々の水素で特徴付けられる燃料を生産することができる。例えば、ウェット・メタノールは、式１に示すように熱を加えることによって気化し及び解離して水素と一酸化炭素を生じることができる。
２ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋熱→５Ｈ２＋ＣＯ＋ＣＯ２式１

式２で例証されるように、熱により、及び／又は水のような酸素供与体を加えることにより、高価でないウェット・エタノールの吸熱改質を提供することができる。
Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋熱→４Ｈ２＋２ＣＯ式２

したがって、本実施形態は、分解蒸留によって、一酸化炭素と水素の合成、及び／又は発酵及び蒸留によって生じる場合の多量の水が、アルコールと混合されたままであることを許容することによって、より一層低コストの生産方法からのバイオマス・アルコールの利用を可能にする。作動時には、ドライ・アルコールよりもウェット・アルコールを生産する方が、より少ないエネルギーと資本設備を必要とするので、これは、より好ましいエネルギー経済を可能にする。理論に縛られることなく、本明細書で開示されるプロセス及びシステムは、水素及び一酸化炭素燃料誘導体を吸熱により生み出し、且つドライ・アルコールの供給原料よりも２５％以上多くの燃焼エネルギーを放出するために、エンジンからの廃熱の利用をさらに容易にする。付加的な利点は、水素によって提供される、より速く且つもっときれいに燃焼する特徴から導出される。したがって、スロットルを絞られない空気中の層状給気としてこうした水素で特徴付けられる誘導体燃料を計量し及び点火するために噴射器装置３４２８を利用することによって、ドライ・アルコール（単数又は複数）の均一給気燃焼に比べて４０％以上の全体的な燃料効率の改善が達成される。

またさらなる実施形態によれば、式１及び式２に示された吸熱反応のための水は、補助水貯蔵タンク３４０９によって、及び／又は排気流から水を集め、補助タンク３４０９に加えることによって、又は水と、必要であれば溶融安定剤を、タンク３４０４の中に貯蔵される燃料と予混合することによって、及び／又は空気流路３４２３の中の大気から熱交換器３４２６の表面上に凝縮する水を集めることによって供給することができる。図１４に示すように、ポンプ３４１５は、化学量論的改質反応を満たすために、弁３４１１及び逆止め弁３４０７を通した燃料比率に比例した比率での逆止め弁３４０７を通した熱交換反応器３４３６への水の送達を提供する。

エタノール、メタノール、イソプロパノールなどのようなアルコール燃料は、化学量論的割合で水に溶けることができ、式１及び式２によって概して例証され要約されるように、吸熱改質で、より多くの水素を生じる。これは、例えば、農場で及び他の小規模のビジネスによって、より一層低コストの燃料が有利に使用されることを可能にする。費用の節減は、水を除去する精製エネルギーの減少及び遠方の精製所からの輸送を含むがこれらに限定されない。

任意の炭化水素、水素、又は水素で特徴付けられる燃料をエンジン３４３０の中で燃やすことで、エンジンの排気中に水が産出される。本開示の態様によれば、こうした排気流の水の大部分を、例えば、排気ガスを露点よりも低く冷却した後で液体ストリッパ３４０５にて回収することができる。一実施形態によれば、向流熱交換器／反応器３４３６は、式１及び式２によって特徴付けられる吸熱反応に必要な、すべてではないがほとんどの熱を提供し、且つそうすることで排気を劇的に冷却する。提供される向流流量及び面積に応じて、排気ガスは、燃料貯蔵温度の付近に冷却することができる。これは水の凝縮を直ちに提供し、多くの付加的な新しい実施形態において、本出願を適用する開示は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，７５６，１４０号、第６，１５５，２１２号、第６，０１５，０６５号、第６，４４６，５９７号、第６，５０３，５８４号、第５，３４３，６９９号、及び第５，３９４，８５２号、並びに同時係属の特許仮出願６０／５５１，２１９に基づく優先権を主張するあらゆる特許非仮出願で開示されるように、ハイブリッド化されたエンジン、電解槽、可逆燃料電池と組み合わせて、及び／又は水を集めるために、燃料を貯蔵するためのプロセス、及び／又は排気熱を利用してボトミングサイクルに動力を与えるためのプロセスと組み合わされる。

反応器３４３６における吸熱改質反応のための十分な熱が利用可能ではない又は所望の温度が達成されない場合には、ポンプ３４０３は、図１４に示すように反応器３４３６に酸素リッチな排気ガスを提供することができる。この実施形態に係るポンプの使用は、水素と共に一酸化炭素及び／又は二酸化炭素を生じる存在する酸素と燃料種との間の発熱反応と、付加的な熱の放出によっててこ入れされる吸熱改質反応との組合せを容易にする。反応器３４３６内の反応生成物の従来の使用では、これは、窒素のような好ましくない副産物を提供することになるが、噴射器装置３４２８は、上死点で又はこの付近で、若しくはエンジン３４３０の容積又は熱効率を妥協しないパワー・ストローク時間及び条件の間に、燃焼室の中に大きい気体体積を噴射し及び迅速に送達することができる。

したがって、水素を含有する燃料は、低温のスラッシュ、低温の液体、加圧された低温蒸気、吸着された物質、周囲温度の超臨界流体、及び周囲温度の流体を含む群から選択される条件でタンク３４０４によって貯蔵され、エンジンの排気からの熱を加えることによって、高温蒸気、新しい化学種、及び新しい化学種と高温蒸気との混合物を含む群から選択される高温度の物質に変換され、エンジンの燃焼室の中に噴射され、及び点火される。好ましくは図示のように反応器３４３６のより高温のゾーンでの水素を含有する燃料との水素を生じる吸熱反応に入れる目的で集められるかなりの水の凝縮を引き起こすのに十分なだけの熱が、エンジン３４３０の排気ガスから除去されてもよい。式３は、メタンのような炭化水素燃料の燃焼による熱と水の生成を示す。
ＣＨ４＋３Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ式３

式４は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン、ガソリン、ディーゼル燃料、及び他のより重い燃料分子のような炭化水素を水で改質して水素と一酸化炭素との混合物を生成するための一般的プロセスを示す
ＣｘＨｙ＋ＸＨ２Ｏ＋熱→（０．５Ｙ＋Ｘ）Ｈ２＋ＸＣＯ式４

式３、５、及び６は、メタンのような炭化水素の燃焼によって生じる水の量が、メタンをより望ましい水素で特徴付けられる燃料に改質するのに必要な水よりも２ないしは３倍多いことを例証する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＋熱→３Ｈ２＋ＣＯ式５

式６は、メタンのような炭化水素を改質すること、及び式５の結果として得られた燃料種を燃やして、反応器３４３６における改質反応のためのより多くの水を生じると共に、燃焼室のパワー・ストロークにおいてより多くの膨張ガスを生じることの利点を例証する。
３Ｈ２＋ＣＯ＋２Ｏ２→３Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２式６

したがって、メタンを水で改質して発生炉ガス（水素及び一酸化炭素）を生み出し及び燃焼させることは、より多くの燃焼エネルギーと、反応器３４３６におけるメタンの吸熱改質に必要な場合の約３倍多い生産水を提供する。したがって、熱交換器３４２６の中で凝縮された水と共に、本開示の車両又は固定用途によって沢山の水を集めることができる。反応器３４３６の中で用いられる水の重量のほとんどが、エンジン３４３０の中で空気からの酸素と水素又は水素で特徴付けられる燃料との燃焼によって得られるので、水を集めることは装備重量を減少させる。したがって、各グラムの水素が８グラムの大気中酸素と化合して、エンジン３４３０の排気から９グラムの収集可能な水を提供する。

またさらなる実施形態によれば、エンジン３４３０からの熱交換によって利用可能な高温又は低温で、又はタンク３４０４からの燃料を冷却して、熱交換器３４３６における触媒によりサポートされる反応を含む反応と共にハイブリッド車両における再生作動及び／又は負荷平準化作動をサポートするために、１つ又は複数の電気分解プロセスの作動のために適切な純水を供給することができる。この実施形態は、本明細書で説明される相乗的な組合せによって提供される、改善された総合エネルギー利用効率をもたらし、こうした純水の沢山の供給が、かさばる且つメンテナンスを要する逆浸透、蒸留システム、又は他の高価な且つエネルギーを費やす機器を必要としないので、さらに注目すべきである。

生産される水素で特徴付けられる燃料によって、以下の利点を含む多くの他の利点が提供される。

水素は、メタン及び類似の炭化水素よりも７〜１０倍速く燃え、これは、点火タイミングが当初の炭化水素種でのタイミングよりもかなり後になることを可能にし、実質的なバックワーク及び圧縮の初期段階の間に点火を随伴するであろう熱損失を回避する。

吸熱改質反応によって生じる水素及び一酸化炭素は、当初の炭化水素よりも燃焼中に２５％までのより多くの熱を放出する。これは、当初の炭化水素からの水素と一酸化炭素の生成における吸熱性の熱の熱力学的投資に起因する。これは、図示のように排気系からのより高品質の熱と共に、エンジンの水ジャケット又は空気冷却系からの廃熱を用いるのに特に有益な方法である。

水素は非常にきれいに燃え、極めて急速な燃焼伝搬を保証し、且つ改質反応を通過して水素で特徴付けられる燃料混合物の付加的な成分となるあらゆる炭化水素の過剰空気内の完全燃焼を保証する。

噴射器装置３４２８によって送達される水蒸気が存在する状態での水素及び／又は他の燃料種の迅速な燃焼は、燃焼室の中の層状給気の絶縁された膨張及び仕事生産のためにこうした蒸気を迅速に加熱して、水蒸気を膨張させる予混合方法に比べてはるかに高い作動効率を提供する。

燃焼による水蒸気の生産と並んでの水蒸気の迅速な加熱は、燃焼生成物のピーク温度を低下させることによって及びこうした反応性水蒸気と窒素酸化物との相乗的な反応によって、窒素酸化物を大いに減少させて、排気ガス中の窒素酸化物の正味の発生及び存在を大いに減少させる。

噴射器装置３４２８によって独自に確立される場合の水素で特徴付けられる燃料酸化の迅速な燃焼による迅速な点火及び加熱は、すべての燃料成分を完全に酸化させ、且つ排気流中の窒素酸化物を減少させる、有益な相乗的な反応のための燃焼室の中でのより多くの時間を提供する。

図１５Ａ〜図１５Ｄは、噴射器装置３４２８の上部内の圧電又は電磁電機子に関して一般に開示されるような弁作動オペレータによる層状給気燃焼結果を順次に例証し、弁作動オペレータは、図示のように燃焼室との境界面に位置する流量制御弁３５８４から電気的に分離されるが機械的にリンクされる。この場合、流量制御構成要素３５８４は、燃焼室の方に変位されて噴射される燃料を採り入れる移動可能な流量制御弁として働き、且つ上方に通常閉位置に動かされて燃焼ガス圧力に対する逆止め弁として働く。エンジンヘッド又はブロックへのねじ接地（ｔｈｒｅａｄｅｄｇｒｏｕｎｄ）と図示のように構成要素３５８４の絶縁された流量制御弁組立体との間に電圧電位を印加することによってプラズマ放電が発生される際に、噴射される燃料の点火が起こる。

一体化された燃料噴射器／点火器の誘電体機能部
図１６は、本開示の実施形態に従って構成される噴射器４１０の部分側断面図である。図１６に示された噴射器４１０は、本開示の幾つかの実施形態に従って用いることができる誘電体材料の幾つかの機能部を例証する。例証される噴射器４１０は、図１〜図３Ｄを参照して上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が少なくとも概して類似していることがある幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器４１０は、中間部４１６から延びるノズル部４１８を有する本体４１２を含む。ノズル部４１８は、エンジンヘッド４０７における開口部又は入口ポート４０９の中に延びる。ディーゼルエンジンのような多くのエンジンは、非常に小直径の（例えば、およそ７．０９ｍｍ又は０．２７９インチの直径の）入口ポート４０９を有する。こうした小さいスペースは、本開示によって考慮される燃料種（例えば、ディーゼル燃料よりもおよそ３，０００倍エネルギー密度が低い燃料）の火花点火又はプラズマ点火に適した絶縁を提供することの難しさを与える。しかしながら、以下で詳細に説明されるように、本開示の噴射器は、非常に小さいスペースでの点火イベント（例えば、火花又はプラズマ）の生産、分離、及び／又は送達のために必要とされる高電圧（例えば、６０，０００ボルト）を生産する点火ワイヤに適した電気絶縁を提供することができる誘電体又は絶縁材料を備えた本体４１２を有する。これらの誘電体又は絶縁材料はまた、燃焼によって生産される高温及び高圧ガスへの周期的露出に起因する酸化又は他の劣化に対する安定性及び保護のために構成される。そのうえ、以下で詳細に説明するように、これらの誘電体材料は、燃焼室からトランスデューサ、計装、フィルタ、増幅器、コントローラ、及び／又はコンピュータのようなセンサへの光通信経路又は電気通信経路を一体化するように構成することができる。そのうえ、絶縁材料は、シール位置で本体４１２の金属ベース部４１４にろう付けする又は拡散接合することができる。

渦巻き状に巻かれた誘電体機能部
図１６で例証される噴射器４１０の本体４１２の一実施形態によれば、噴射器４１０の中間部４１６及び／又はノズル部４１８を備える誘電体材料が図１７Ａ及び図１７Ｂで例証される。より詳細には、図１７Ａは、絶縁体又は誘電性本体５１２の側面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａの線１７Ｂ−１７Ｂに実質的に沿って見た側断面図である。図１７Ａで例証される本体５１２は概して円筒形の形状を有するが、他の実施形態において、本体５１２は、例えば、本体５１２から燃焼室境界面５３１の方に延びるノズル部を含む、他の形状を含むことができる。図１７Ａ及び図１７Ｂを共に参照すると、例証される実施形態において、誘電性本体５１２は、渦巻き状の又は巻かれたベース層５２８からなる。特定の実施形態において、ベース層５２８は、人工又は天然マイカ（例えば、ピンホールのないマイカ紙）とすることができる。他の実施形態において、しかしながら、ベース層５２８は、比較的薄い材料と関連付けられる適切な絶縁耐力を提供するのに適した他の材料からなることができる。例証される実施形態において、ベース層５２８の側部の一方又は両方が、比較的薄い誘電体コーティング層５３０で覆われる。コーティング層５３０は、ＴｅｆｌｏｎＮＸＴ、ＤｙｎｅｏｎＴＦＭ、パリレンＨＴ、ポリエーテルスルホン、及び／又はポリエーテルエーテルケトンのような高温、高純度ポリマーから作製することができる。他の実施形態において、しかしながら、コーティング層５３０は、ベース層５２８を適切にシーリングするのに適した他の材料から作製することができる。

ベース層５２８とコーティング層５３０は、渦巻き形状に緊密に巻いて管を形成することができ、これにより、組み合わされたベース層５２８及びコーティング層５３０のシートの連続的な層を提供する。特定の実施形態において、これらの層は、巻かれた構成に適切な接着剤（例えば、セラミック・セメント）で結合することができる。他の実施形態において、本体５１２が緊密に巻かれた管形状にラップされることを可能にするために、これらの層に、ポリマー、ガラス、ヒュームド・シリカ、又は他の適切な材料を含浸することができる。そのうえ、本体５１２のシート又は層は、異種のフィルムの連続的な適用によって分離することができる。例えば、本体５１２の層の間の分離フィルムは、パリレン上にパリレンＣ上にパリレンＮ、ＨＴフィルム層、及び／又はポリエチレン、又は他の適切な分離材料のような薄い窒化ホウ素、ポリエーテルスルホン、又はポリオレフィンなどの他の材料選択肢の塗布によって分離される層を含むことができる。こうしたフィルム分離はまた、例えば、単結晶サファイア・ファイバを含む温度又は圧力計装ファイバによって達成されてもよい。こうしたファイバは、レーザ加熱されるペデスタル成長技術によって生産されてもよく、その後、ファイバからこうしたファイバを取り囲む潜在的に吸収性のフィルムの中にエネルギーが漏れるのを防ぐために、全フッ素置換されたエチレンプロピレン（ＦＥＰ）又は類似の屈折率値をもつ他の材料で被覆されてもよい。

コーティング層５３０が比較的薄いフィルム（例えば、０．１〜０．３ｍｍ）で塗布されるとき、コーティング層５３０は、−３０℃（例えば、−２２°Ｆ）から約２３０℃（例えば、４５０°Ｆ）までのおよそ２．０〜４．０ＫＶｏｌｔｓ／０．００１インチの絶縁耐力を提供することができる。発明者は、より大きい厚さを有するコーティング層５３０は、点火イベントのために必要とされる電圧を提供するのに十分なだけの絶縁を提供しない場合があることを見出した。より詳細には、以下の表１に示すように、より大きい厚さをもつコーティング層は、絶縁耐力を著しく減少させた。これらの減少された絶縁耐力は、燃焼室で点火イベント（例えば、火花又はプラズマ）を生じることが望ましいときに、絶縁性本体５１２の通弧及び漏電電流を十分に防止しない場合がある。例えば、典型的なディーゼル又は過給エンジンのような高い圧縮圧をもつ多くのエンジンでは、点火イベント（例えば、火花又はプラズマ）を開始するのに要求される電圧は、およそ６０，０００ボルト以上である。従来の絶縁体で作製されるたったの０．０４０インチ以上の有効壁厚をもつ管状絶縁体を含む従来の誘電性本体は、たったの５００ボルト／０．００１インチだけを提供する場合があり、こうした要求される電圧を十分に収容するのに失敗するであろう。

図１７Ａ及び図１７Ｂで例証される絶縁体本体５１２の実施形態は、−３０℃（例えば、−２２°Ｆ）からおよそ４５０℃（例えば、８４０°Ｆ）までの範囲の温度でおよそ３，０００ボルト／０．００１インチの絶縁耐力を提供することができる。そのうえ、コーティング層５３０はまた、燃焼ガス及び／又は他の汚染物質が本体５１２に入るのを防ぐために、ベース層５２８へのシーラントとして働くことができる。コーティング層５３０はまた、本体５１２を通して延びる光通信体のための本体５１２を通した光透過効率を改善するのに十分なだけ異なる屈折率を提供することができる。

例証される実施形態の別の特徴によれば、本体５１２は、ベース層５２８のシート又は層の間で本体５１２を通して長手方向に延びる複数の通信体５３２を含む。特定の実施形態において、通信体５３２は、高電圧火花点火ワイヤ又はケーブルのような導体とすることができる。これらの点火ワイヤは、酸化アルミニウムで絶縁され又は被覆されて、これによりワイヤ上にアルミナを提供する、金属ワイヤから作製することができる。通信体５３２は、対応するベース層５２８の間で本体５１２を通して長手方向に延びるので、通信体５３２は、本体５１２を通して半径方向外向きに延びる如何なるチャージにも関与しない。したがって、通信体５３２は、本体５１２の誘電特性に影響を及ぼさない又は他の方法で劣化させない。点火のための電圧を送達することに加えて、或る実施形態において、通信体５３２はまた、燃料噴射のためのフローバルブを駆動するのに１つ又は複数のアクチュエータ及び／又はコントローラに作動関係で結合することができる。

他の実施形態において、通信体５３２は、燃焼室から１つ又は複数のトランスデューサ、増幅器、コントローラ、フィルタ、計装コンピュータなどに燃焼データを伝送するように構成することができる。例えば、通信体５３２は、石英、フッ化アルミニウム、ＺＢＬＡＮフッ化物、ガラス、及び／又はポリマー、及び／又は噴射器を通してデータを伝送するのに適した他の材料のような光学層又はファイバから形成される、光ファイバ又は他の通信体とすることができる。他の実施形態において、通信体５３２は、ジルコニウム、バリウム、ランタン、アルミニウム、及びフッ化ナトリウム（ＺＢＬＡＮ）、並びにセラミック又はガラス管のような適切な伝送材料から作製することができる。

誘電体機能部の粒子配向
図１６を再び参照すると、図１６で例証される噴射器４１０の別の実施形態によれば、本体４１２の誘電体材料（例えば、中間部４１６及び／又はノズル部４１８）は、本開示と関連付けられる高電圧に耐えることが可能な所望の誘電特性を達成するために、特定の粒子配向を有するように構成されてもよい。例えば、粒構造は、管状の本体４１２の周りに周方向に配列され、並びに層化されて、これにより表面下張力によって平衡を保たれる外面での圧縮力を生成する、結晶化された粒を含むことができる。より詳細には、図１８Ａ及び図１８Ｂは、本開示の別の実施形態に従って構成される、図１６の線１８−１８に実質的に沿って見た誘電性本体６１２の側断面図である。最初に図１８Ａを参照すると、本体６１２は、石英、サファイア、ガラスマトリクス、及び／又は他の適切なセラミックスのような高い絶縁耐力を有するセラミック材料で作製することができる。

例証される実施形態に示されるように、本体６１２は、概して同じ方向に配向される結晶粒６３４を含む。例えば、粒６３４は、個々の各粒６３４が本体６１２の周りに概して周方向に延びる方向に位置合わせされるその縦軸を有する状態で配向される。粒６３４がこの配向で層化された状態で、本体６１２は、本体６１２の事実上あらゆる厚さにおいて優れた絶縁耐力を提供する。これは、層化された長い平坦な粒が本体６１２から半径方向外向きに良好な導電経路を提供しないためである。

図１８Ｂは、本体６１２の特定の区域における圧縮力を例証する。より詳細には、図１８Ｂで例証される実施形態によれば、本体６１２は、本体６１２の外面６３７及び内面６３８に隣接する１つ又は複数の圧縮区域６３５（すなわち、粒６３４の配向に従う圧縮力を含む区域）において少なくとも部分的に粒６３４を配置するように処理されている。本体６１２はまた、圧縮区域６３５の間の粒６３４の非圧縮区域６３６を含む。非圧縮区域６３６は、本体６１２の中間部において平衡を保たれている引張力を提供する。特定の実施形態において、圧縮区域６３５の各々は、圧縮力を達成するために体積あたりより多くの粒６３４を含むことができる。他の実施形態において、圧縮区域６３５の各々は、局所的にアモルファス構造を保持するように影響を及ぼされている、又は非圧縮区域６３６の粒６３４よりも低い充填効率を有するアモルファス構造又は結晶格子の生産によって修正されている粒６３４を含むことができる。またさらなる実施形態において、外面６３７及び内面６３８は、表面が本体６１２の非圧縮区域６３６よりも低い充填効率を有するように、表面の中への１つ又は複数の物質のイオン注入、表面層のスパッタ、及び／又は拡散の結果として圧縮状態となることができる。図１８Ｂで例証される実施形態において、本体６１２の外面６３７及び内面６３８における圧縮区域６３５は、より高い異方性の絶縁耐力を提供する。

図１８Ｂで例証される実施形態の１つの利点は、この圧縮区域６３５と非圧縮区域６３６における充填効率の差異の結果として、圧縮における表面が、圧縮された状態となり、著しくより耐久性が増し、破損又は劣化に耐えるものとなることである。例えば、こうした圧縮力の発生は、本体６１２の中に導電経路を形成して、これにより本体６１２の絶縁耐力を低下させることがある、物質（例えば、溶解される物質に伴う水のような電解質、炭素リッチな材料など）の侵入を少なくとも部分的に防ぐ。こうした圧縮力の発生はまた、各燃焼イベントに伴って急速に変化する温度、圧力、化学分解物（ｃｈｅｍｉｃａｌｄｅｇｒａｄａｎｔ）、及び衝撃力への露出からの熱的ショック及び／又は機械的ショックからの本体６１２の劣化を少なくとも部分的に防ぐ。例えば、図１８Ｂで例証される実施形態は、本体６１２の持続した電圧閉じ込め、点荷重（ｐｏｉｎｔｌｏａｄｉｎｇ）を含む高い荷重力（ｌｏａｄｉｎｇｐｏｗｅｒ）並びに低い又は高いサイクル疲労力に起因する破損に対する増加した強度のために具体的に構成される。

圧縮区域６３５と組み合わされた配向される結晶粒６３４の別の利点は、この粒６３４の構成が、本体６１２の両端間に確立される電圧を収容するための最大絶縁耐力を提供することである。例えば、この構成は、１ｍｍ又は０．０４０インチ厚よりも大きい断面において２．４ＫＶ／．００１インチまでの注目に値する絶縁耐力の改善を提供する。これらは、たったのおよそ１．０〜１．３ＫＶ／０．００１インチの絶縁耐力をもつ、こうした新しい粒の特徴のない同じセラミック組成物に比べて、著しく高い値である。

圧縮表面機能部を備えた上記で説明された絶縁体を生産するための幾つかのプロセスが以下で詳細に説明される。一実施形態において、例えば、本開示の実施形態に従って構成される絶縁体は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第３，６８９，２９３号によって開示された材料から作製することができる。例えば、絶縁体は、重量比で以下の成分を含む材料から作製することができる。２５〜６０％のＳｉＯ₂、１５〜３５％のＲ₂Ｏ₃（ここで、Ｒ₂Ｏ₃は３〜１５％のＢ₂Ｏ₃及び５〜２５％のＡｌ₂Ｏ₃である）、４〜２５％のＭｇＯ＋０〜７％のＬｉ₂Ｏ（ここで、ＭｇＯ＋Ｌｉ₂Ｏの合計は約６〜２５％の間である）、２〜２０％のＲ₂Ｏ（ここで、Ｒ₂Ｏは、０〜１５％のＮａ₂Ｏ、０〜１５％のＫ₂Ｏ、０〜１５％のＲｂ₂Ｏ）、０〜１５％のＲｂ₂Ｏ、及び０〜２０％のＣｓ₂Ｏ、及び４〜２０％のＦ）である。より詳細には、一実施形態において、例証となる配合物は、４３．９％のＳｉＯ₂、１３．８％のＭｇＯ、１５．７％のＡｌ₂Ｏ₃、１０．７％のＫ₂Ｏ、８．１％のＢ₂Ｏ₃、及び７．９％のＦからなる。他の実施形態において、しかしながら、本開示の実施形態に従って構成される絶縁体は、より多くの又はより少ない割合のこれらの成分の材料、並びに異なる材料から作製することができる。

本開示の一実施形態によれば、絶縁体を構成する成分は、ボールミルされ、絶縁体を形成する構成成分の配合物に対して不透過性となり及び反応しないように作製されている適切な閉じたるつぼの中で溶かされる。成分は、溶かされる配合物の十分な混合を保証する期間にわたっておよそ１，４００℃（例えば、２，５５０°Ｆ）に保たれる。溶かされたものが、次いで、冷却され、バインダ、潤滑剤、及び着火助剤（ｆｉｒｉｎｇａｉｄ）を含む群から選択されてもよい添加剤と共に再びボールミルされる。成分は、次いで、例えば管を含む種々の所望の形状に押出され、変態温度を上回る約８００℃（１，４７０°Ｆ）に或る時間にわたって加熱される。変態温度を上回る加熱は、フルオロマイカ（ｆｌｕｏｒｏｍｉｃａ）結晶の核生成を刺激する。押出された成分は、次いで、さらに加熱し、約８５０〜１，１００℃（１，５６０〜２，０１０°Ｆ）で加圧成形し又は押出しすることができる。この二次加熱は、結果として得られる製品の好ましい方向への絶縁耐力を最大化するために上記で一般に説明されたような形状となるように形成される結晶をもたらす。

例えば、Ｋ₂Ｍｇ₅Ｓｉ₈Ｏ₂₀Ｆ₄の組成を含むマイカガラスを含むこうした材料の結晶化は、粒の体積充填効率が増加し、対応する密度が増加する際に、発熱性の放熱を生じる。核生成、発熱性の放熱率、結晶化の特徴付け、及び結晶化温度のような変態活動は、絶縁体のフッ素含有量及び又はＢ₂Ｏ₃含有量の関数である。したがって、これらの変数の制御による絶縁体の処理は、歩留まり、引張強度、疲労強度、及び／又は絶縁耐力における改善を可能にすると共に、絶縁体の耐薬品性を増加させる。

これは、こうした熱間鍛造又は押出しを達成するのに用いられるマンドレルに応従することによって生じる内径のような所望の機能部をより多く又はより少なく取り囲むように形成され及び層化される１０４Ｂと併せて示される代表的な個体群（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）に良く見られる細長い及び／又は配向される結晶粒を生じるために前駆体の管をより小直径の又はより肉厚の薄い管に押出すことを含む方向付けられる鍛造（ｄｉｒｅｃｔｅｄｆｏｒｍｉｎｇ）によって設計され及び達成される場合があるように、最大絶縁耐力の重要な新しい異方性の結果を提供する。

別の実施形態によれば、例証される実施形態に従って粒６３４を少なくとも部分的に配向する及び／又は圧縮する方法は、成形され及び熱処理された製品の基体における平衡が保たれている引張応力に対して圧縮応力をかけるようになることが望まれる表面へのＢ₂Ｏ₃及び／又はフッ素の添加によって達成されてもよい。Ｂ₂Ｏ₃、フッ素、又は類似の作用剤のこうした添加は、半導体の中の所望の場所に添加され及び拡散されるドーパントと類似した方法で達成されてもよい。これらの作用剤はまた、スパッタリング、蒸着、塗装、及び／又はめっき（ｗａｓｈｉｎｇ）によって適用される構成要素配合物の富化された配合物として適用することができる。そのうえ、これらの作用剤は、反応物の提供及び凝縮反応によって生じてもよい。

圧縮荷重をかけられるようになることが望まれる表面で又は表面付近での材料の増加したＢ₂Ｏ₃及び／又はフッ素含有量は、フルオロマイカ結晶のより迅速な核生成を引き起こす。この核生成により、より多数のより小さい結晶が、配合物の非圧縮基体区域と比較して拡散−添加される材料と競争することになる。このプロセスは、したがって、フルオロマイカ結晶の付加的な核生成を生じるＢ₂Ｏ₃、フッ素、及び／又は他の作用剤での富化を受けた表面により近い圧縮区域よりも非圧縮基体区域においてより高い充填効率を提供する。結果として、望ましい表面圧縮予荷重は、点火イベント及び化学薬品に対して構成要素を強化する。

対応する基体における引張力によって平衡を保たれる圧縮力を生じる又は強化する別の方法は、圧縮状態におかれるべき対象区域を加熱することを含む。対象区域は、結晶がアモルファス構造として分解するのに十分なだけ加熱することができる。基体は、次いで、アモルファス構造の大部分を十分に保持するために急冷することができる。関係する構成要素のタイプに応じて、こうした加熱は炉の中で行われてもよい。こうした加熱はまた、抵抗加熱又は誘導加熱源からの放射によって、並びに電子ビーム又はレーザによって行われてもよい。このプロセスの別案は、所望の圧縮応力を発生させるために、熱処理し、及び／又は部分的に溶液化された（ｓｏｌｕｔｉｏｎｅｄ）区域に結晶化核生成及び成長刺激剤（例えば、Ｂ₂Ｏ₃及び／又はフッ素）を添加して再結晶化を迅速に提供することによって、増加した数のより小さい結晶又は粒を提供することである。

図１９Ａは、本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体を形成するための溶融及び押出しを含むプロセスを実施するためのシステム７００ａを概略的に例証する。より詳細には、例証される実施形態において、システム７００ａは、耐火性金属、セラミック、又はパイロリティックグラファイト材料から作製することができるるつぼ７４０ａを含む。るつぼ７４０ａは、白金又は白金族バリア・コーティングの薄い選択物のような適切なコンバージョン・コーティング、若しくは不透過性の及び反応しないライナを含むことができる。るつぼ７４０ａは、上記で一般に説明されたようなレシピのチャージ７４１ａ（例えば、およそ２５〜６０％のＳｉＯ₂、１５〜３５％のＲ₂Ｏ₃（ここで、Ｒ₂Ｏ₃は３〜１５％のＢ₂Ｏ₃及び５〜２５％のＡｌ₂Ｏ₃である）、４〜２５％のＭｇＯ＋０〜７％のＬｉ₂Ｏ（ここで、ＭｇＯ＋Ｌｉ₂Ｏの合計は約６〜２５％の間である）、２〜２０％のＲ₂Ｏ（ここで、Ｒ₂Ｏは、０〜１５％のＮａ₂Ｏ、０〜１５％のＫ₂Ｏ、０〜１５％のＲｂ₂Ｏ）、０〜１５％のＲｂ₂Ｏ、及び０〜２０％のＣｓ₂Ｏ、及び４〜２０％のＦ）、又はＫ₂Ｍｇ₅Ｓｉ₈Ｏ₂₀Ｆ₄のおおよその組成をもつ材料のようなマイカガラスを生産するのに適した処方を含有するチャージをロードされる。

るつぼは、保護雰囲気中でチャージ７４１ａを加熱し及び溶融することができる。例えば、るつぼ７４０ａは、例えば、抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザ加熱、誘導加熱、及び／又はこうしたエネルギー変換技術によって加熱されるソースからの放射による加熱を含む任意の適切な加熱プロセスを介してチャージ７４１ａを加熱することができる。実質的に均一なチャージ７４１ａを生産する適切な混合及び溶融後に、カバー又はキャップ７４２ａがるつぼ７４０ａの中のチャージ７４１ａに圧力をかける。ガス源７４３ａもまた、Ｒ₂Ｏ₃キャップ７４２ａによってシールされるるつぼ７４０ａの中に不活性ガス及び／又はプロセスガスを適用することができる。圧力調整器７４４ａは、るつぼ７４０ａの中の圧力を調整して、溶融されたチャージ７４１ａをダイ組立体７４５ａの中に流し込むことができる。ダイ組立体７４５ａは、管の形状にされた誘電性本体を形成するように構成される。ダイ組立体７４５ａは、雄マンドレル７４７ａを受け入れる雌スリーブ７４６ａを含む。ダイ組立体７４５ａはまた、１つ又は複数の剛性付与するスパイダー・フィン７４８ａを含む。形成された管は、ダイ組立体７４５ａを通して第１のゾーン７４９ａに流れ、そこで、形成された管が冷却されて、アモルファス材料として固化され、フルオロマイカ結晶の核生成を始める。ダイ組立体７４５ａは、次いで、管を第２のゾーン７５０ａに進めて、フルオロマイカ結晶の結晶化をさらに容易にするために管の壁厚を減少することによって、さらなる精製を受けさせる。

図１９Ｂは、本開示の別の実施形態に係る所望のゾーンにおける圧縮応力を伴う絶縁体を形成するための溶融及び押出しを同じく含むプロセスを実施するためのシステム７００ｂを概略的に例証する。より詳細には、例証される実施形態において、システム７００ｂは、耐火性金属、セラミック、又はパイロリティックグラファイト材料から作製することができるるつぼ７４０ｂを含む。るつぼ７４０ｂは、白金又は白金族バリア・コーティングの薄い選択物のような適切なコンバージョン・コーティング、若しくは不透過性の及び反応しないライナを含むことができる。るつぼ７４０ｂは、上記で一般に説明されたようなレシピのチャージ７４１ｂ（例えば、およそ２５〜６０％のＳｉＯ₂、１５〜３５％のＲ₂Ｏ₃（ここで、Ｒ₂Ｏ₃は３〜１５％のＢ₂Ｏ₃及び５〜２５％のＡｌ₂Ｏ₃である）、４〜２５％のＭｇＯ＋０〜７％のＬｉ₂Ｏ（ここで、ＭｇＯ＋Ｌｉ₂Ｏの合計は約６〜２５％の間である）、２〜２０％のＲ₂Ｏ（ここで、Ｒ₂Ｏは、０〜１５％のＮａ₂Ｏ、０〜１５％のＫ₂Ｏ、０〜１５％のＲｂ₂Ｏ）、０〜１５％のＲｂ₂Ｏ、及び０〜２０％のＣｓ₂Ｏ、及び４〜２０％のＦ）、又はＫ₂Ｍｇ₅Ｓｉ₈Ｏ₂₀Ｆ₄のおおよその組成をもつ材料のようなマイカガラスを生産するのに適した処方を含有するチャージをロードされる。

システム７００ｂはまた、反射組立体７４３ｂとヒータ７４４ｂとを含んでいるカバー又はキャップ７４２ｂを含む。システム７００ｂは、真空中又はるつぼ７４０ｂとカバー７４２ｂとの間に不活性ガスを伴うような保護雰囲気中でチャージ７４１ｂを加熱し及び溶融することができる。例えば、システム７００ｂは、るつぼヒータ７４５ｂ、カバーヒータ７４４ｂを介して、及び／又は例えば、抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザ加熱、誘導加熱、及び／又はこうしたエネルギー変換技術によって加熱されるソースからの放射による加熱を含む任意の適切な加熱プロセスを介してチャージ７４１ｂを加熱することができる。実質的に均一なチャージ７４１ｂを生産する適切な混合及び溶融後に、カバー７４２ｂがるつぼ７４０ｂの中のチャージ７４１ｂに圧力をかける。ガス源７４６ｂもまた、シール境界面７４７ｂでカバー７４２ｂによってシールされるるつぼ７４０ｂの中に不活性ガス及び／又はプロセスガスを適用することができる。圧力調整器は、るつぼ７４０ｂの中の圧力を調整して、溶融されたチャージ７４１ｂをダイ組立体７４９ｂの中に流し込むことができる。ダイ組立体７４９ｂは、管の形状にされた誘電性本体を形成するように構成される。ダイ組立体７４９ｂは、雄マンドレル７５１ｂを受け入れる雌スリーブ７５０ｂを含む。ダイ組立体７４９ｂはまた、１つ又は複数の剛性付与するスパイダー・フィン７５２ｂを含むことができる。形成された管７０１ｂは、ダイ組立体７４９ｂを通して第１のゾーン７５３ｂに流れ、そこで、形成された管７０１ｂが冷却されて、アモルファス材料として固化され、フルオロマイカ結晶の核生成を始める。

結晶化された（ｎｕｃｌｅａｔｅｄ）フルオロマイカガラスで形成された管７０１ｂを含むダイ組立体７４９ｂの少なくとも一部が、次いで、第２のダイ組立体と位置合わせされた位置７０２ｂに回転され又は他の方法で動かされる。シリンダ７５５ｂが、形成された管７０１ｂを第１のゾーン７５６ｂから第２のゾーン７５７に付勢する。第２のゾーン７５７において、第２のダイ組立体は、形成された管７０１ｂを再加熱して、結晶成長をさらに精製されるように加速し、上記で説明された好ましく配向された粒子の生産を続けることができる。形成された管７０１ｂは、次いで、第３のゾーン７５８ｂに進められ、さらなる粒子精製及び配向付けを受ける。第３のゾーン７５８ｂの選択された接触領域は、例えば、ＡｌＦ₃、ＭｇＦ２及び／又はＢ₂Ｏ₃を含む粒子核生成促進剤が時折振りかけられ又は混ぜ合わされてもよい。第３のゾーン７５８ｂにおいて、形成された管７０１ｂは、フルオロマイカ結晶の結晶化をより一層容易にするために、したがって、上記で説明された領域における引張力との平衡を保ちつつ上記で説明された粒子構造に従って領域における所望の圧縮力を発生させるために、形成された管７０１ｂの壁厚の減少によってさらに精製される。その後、圧縮応力がかかった及び不透過性の表面によって生成される、並外れて高い物理的力及び絶縁耐力を含む、形成された管７０１ｂを、形成された管７０１ｂを動かすためのコンベヤ７５９ｂ上に堆積することができる。

これらの改善された誘電特性をもつ絶縁性の管を生産するための代替的システム及び方法は、所望の形状、圧粉成形、及び焼結プロセスを開発するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，８６３，３２６号で開示されるように圧力勾配を使用する場合がある。さらに、システム及び方法は、多結晶の材料をはるかに高い絶縁耐力をもつ本質的に単結晶の材料に変換するために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，５４９，７４６号で開示される単結晶変換プロセス、並びに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第３，６０８，０５０号で開示される成形プロセスを含むことができる。本開示の実施形態によれば、ほんのおよそ０．３〜０．４ＫＶ／０．００１インチの絶縁耐力をもつ多結晶の材料（例えば、アルミナ）の、単結晶材料への変換は、少なくともおよそ１．２〜１．４ＫＶ／０．００１インチの絶縁耐力を達成することができる。この改善された絶縁耐力は、本開示に係る噴射器が、例えば、燃焼室への非常に小さいポートをもつ高圧縮比ディーゼルエンジン、並びに高過給式（ｈｉｇｈ−ｂｏｏｓｔｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ）及びターボチャージ式エンジンを伴う用途を含む、種々の用途で用いられることを可能にする。

高い絶縁耐力をもつ絶縁体を形成するための本開示のまた別の実施形態によれば、絶縁体は、表２で例証される組成物のいずれかから形成することができる。より詳細には、表２は、本開示の幾つかの実施形態に係る酸化物に基づくおおよその重量百分率の組成物の例証となる式の選択肢を提供する。

表２で例証される材料のような最終酸化物組成物パーセンテージを提供することになる、選択された物質前駆体は、均一溶液を提供するために、ボールミルし、覆いをしたるつぼの中でおよそ１３００〜１４００℃でおよそ４時間にわたって溶融させることができる。溶融物を、次いで、管を形成するためにキャストし、次いで、これをおよそ５００〜６００℃でアニールしてもよい。管を、次いで、およそ７５０℃でおよそ４時間にわたってさらに熱処理し、次いで、Ｂ₂Ｏ₃のような核生成刺激剤を振りかけてもよい。管を、次いで、核生成を刺激し、且つ所望の結晶配向をもたらすために、およそ１１００〜１２５０℃で再成形してもよい。これらの管はまた、少なくともおよそ２．０〜２．７ＫＶ／０．００１インチの絶縁耐力を提供するために、およそ４時間にわたってさらに熱処理してもよい。

またさらなる実施形態において、均一溶液を、ボールミルし、良好な管表面をもたらすために、周囲温度での押出しのための適切なバインダ及び潤滑添加剤を加えてもよい。結果として得られた管を、次いで、少なくともおよそ１．９〜２．５ＫＶ／．００１インチの絶縁耐力と改善された物理的強度を提供するために、Ｂ₂Ｏ₃のような核生成刺激剤を含有するフィルムで被覆し、熱処理してもよい。例えば、押出された管の「真円度」又は管の外形を含む、管の適切な寸法を保持する能力に応じて、類似の高い誘電特性及び物理的強度特性を提供するために、より短い時間にわたってより高い熱処理温度が提供されてもよい。

上記で説明された誘電体材料を生産するためのシステム及び方法の実施形態は、材料の種々の組合せの絶縁耐力の改善を容易にし、これにより低いエネルギー密度の燃料を燃焼するのに要求される高電圧の閉じ込めの非常に難しい問題を解決する。例えば、高い絶縁耐力の材料を備える噴射器は、極めて堅牢とすることができ、固体、液体、及び蒸気の低温の混合物から過熱ディーゼル燃料、並びに他のタイプの燃料に至るまで変化する燃料で作動可能である。

燃料噴射器及び関連する構成要素
本明細書で説明される噴射器のいずれかは、上記で説明された誘電体材料のいずれかを含むように構成することができる。例えば、図２０は、上記で説明された特性を有する誘電絶縁体を組み入れる本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器８１０の側断面図である。例証される噴射器８１０は、図１を参照して上記で説明された噴射器１１０の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、図２０に示すように、噴射器８１０は、ベース部８１４とノズル部８１８との間に延びる中間部８１６を有する本体８１２を含む。ノズル部８１８は、ノズル部８１８の端が燃焼室８０４との境界面に位置するようにエンジンヘッド８０７を少なくとも部分的に通して延びる。本体８１２は、燃料が噴射器８１０を通して流れるように、その一部を通して延びるチャネル８６３をさらに含む。他の構成要素もまた、チャネル８６３を通ることができる。例えば、噴射器８１０は、コントローラ又はプロセッサ８２６に作動関係で結合されるアクチュエータ８２２をさらに含む。アクチュエータ８２２はまた、弁又はクランプ部材８６０に結合される。アクチュエータ８２２は、ベース部８１４におけるドライバ８２４からノズル部８１８におけるフローバルブ８２０までチャネル８６３を通して延びる。特定の実施形態において、アクチュエータ８２２は、例えば、無線トランスデューサ・ノードと共に、光ファイバ、電気信号ファイバ、及び／又は音響通信ファイバを含む、ケーブル又はロッド組立体とすることができる。以下で詳細に説明されるように、アクチュエータ８２２は、フローバルブ８２０を作動させて、燃焼室８０４の中に複数の燃料バーストを迅速に導入させるように構成される。アクチュエータ８２２はまた、燃焼特性を検出し、及び／又はコントローラ８２６に送信することができる。

例証される実施形態の１つの特徴によれば、アクチュエータ８２２は、閉位置において対応する弁座８７２に接触してとどまる状態でフローバルブ８２０を保持する。より詳細には、ベース部８１４は、１つ又は複数の力発生器８６１（概略的に示される）を含む。力発生器８６１は、電磁力発生器、圧電力発生器、又は他の適切なタイプの力発生器とすることができる。力発生器８６１は、ドライバ８２４を動かす力を生じるように構成される。ドライバ８２４は、クランプ部材８６０をアクチュエータ８２２と共に動かすためにクランプ部材８６０と接触する。例えば、力発生器８６１は、クランプ部材８６０を引っ張り、且つアクチュエータ８２２に張力をかけるために、ドライバ８２４に対して作用する力を生じることができる。張力をかけられたアクチュエータ８２２は、フローバルブ８２０を閉位置にある弁座８７２に保持する。力発生器８６１がドライバ８２４に対して作用する力を生じないとき、アクチュエータ８２２が弛緩され、これによりフローバルブ８２０が燃焼室８０４の中に燃料を導入できるようになる。

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ノズル部８１８は、フローバルブ８２０の作動及び位置決めを容易にする幾つかの引き付けることができる構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態において、フローバルブ８２０は、第１の強磁性材料から作製することができ、又は他の方法で（例えば、フローバルブ８２０の一部のめっきを介して）第１の強磁性材料を組み入れることができる。ノズル部８１８は、第１の強磁性材料に引き付けられる対応する第２の強磁性材料を支えることができる。例えば、弁座８７２は第２の強磁性材料を組み入れることができる。このように、これらの引き付けることができる構成要素は、フローバルブ８２０を弁座８７２の中央に配置するのを助けるとともに、フローバルブ８２０の迅速な作動を容易にすることができる。他の実施形態において、フローバルブ８２０を弁座８７２の少なくとも部分的に中央に配置するために、アクチュエータ８２２は、１つ又は複数のセンターライン・ベアリング（図示せず）を通ることができる。

噴射器８１０のこれらの引き付けることができる構成要素（例えば、フローバルブ８２０と関連付けられる磁気構成要素）を作動させるためにエネルギーを提供することで、フローバルブ８２０の閉鎖を促進するとともに、フローバルブ８２０に対して作用する増加した閉鎖力を提供することができる。したがって、こうした構成は、フローバルブ８２０の極めて迅速な開放及び閉鎖サイクルタイムを可能にすることができる。フローバルブ８２０の一部に電気伝導性を提供する別の利点は、最初の火花又はプラズマ生成のための電圧の印加が、弁座８７２の表面付近を通る燃料をイオン化する可能性があることである。これはまた、完全点火及び燃焼をさらに促進するために、燃焼室８０４に隣接する燃料と空気をイオン化することができる。

例証される実施形態において、ベース部８１４はまた、伝熱フィン（例えば螺旋フィン）のような熱伝達機能部８６５を含む。ベース部８１４はまた、熱伝達機能部８６５の周りを流れることができる冷却液を導入するための第１の取付具８６２ａ、並びに、冷却液がベース部８１４を出ることを可能にする第２の取付具８６２ｂを含む。噴射器のこうした冷却は、膨張すると急速に冷える燃料のような低温燃料が用いられるときに凝縮及び／又は氷が生成するのを少なくとも部分的に防ぐことができる。しかしながら、高温燃料が用いられるときには、こうした熱交換は、燃焼室への通路内に収容された燃料の蒸気圧を局所的に減少させ又は維持し、且つ望ましくない時点でのドリブリングを防ぐのに使用されてもよい。

例証される実施形態の別の特徴によれば、フローバルブ８２０は、燃焼室８０４のイベントを監視するための計装８７６を支えるように構成することができる。例えば、フローバルブ８２０は、石英又はサファイアのような概して透明な材料から作製されたボール弁とすることができる。特定の実施形態において、ボール弁８２０は、ボール弁８２０の内部に計装８７６（例えば、センサ、トランスデューサなど）を支えることができる。一実施形態において、例えば、エンジンヘッド８０７の面と概して平行な平面内でボール弁８２０を切断することによって、ボール弁８２０の中にキャビティを形成することができる。このように、ボール弁８２０は、ベース部８７７並びにレンズ部８７８に分けることができる。計装８７６を受け入れるために、ベース部８７７の中に円錐形キャビティのようなキャビティを形成することができる。次いで、ボール弁８２０の概して球形の形状を保持するために、ベース部８７７にレンズ部８７８を再び取り付ける（例えば接着する）ことができる。このように、ボール弁８２０は、計装８７６を燃焼室８０４の境界面に隣接して配置する。したがって、計装８７６は、例えば、圧力、温度、動きのデータを含む燃焼データを計測し及び通信することができる。他の実施形態において、フローバルブ８２０は、計装８７６を保護する処理面を含むことができる。例えば、フローバルブ８２０の面は、ダイヤモンド状めっき、サファイア、光学的に透明な六方晶の窒化ホウ素、ＢＮ−ＡｌＮ複合材、酸窒化アルミニウム（Ａｌ２３Ｏ２７Ｎ５スピネルを含むＡｌＯＮ）、アルミン酸マグネシウムスピネル、及び／又は他の適切な保護材料のような比較的不活性な物質を堆積することによって保護されてもよい。

図２０に示すように、本体８１２は、中間部８１６からノズル部８１８に延びる導電めっき８７４を含む。導電めっき８７４は、導電体又はケーブル８６４に結合される。ケーブル８６４はまた、噴射器８１０にエネルギーを送達するのに適した圧電、誘導性、容量性、又は高電圧回路のような発電機に結合することができる。導電めっき８７４は、ノズル部８１８にエネルギーを送達するように構成される。例えば、弁座８７２における導電めっき８７４は、エンジンヘッド８０７の対応する導電部と共に点火イベント（例えば、火花又はプラズマ）を発生させる第１の電極として作用することができる。

例証される実施形態の別の特徴によれば、ノズル部８１８は、火花侵食（ｓｐａｒｋｅｒｏｓｉｏｎ）に耐える材料からなる外部スリーブ８６８を含むことができる。スリーブ８６８はまた、導電めっき８７４（例えば、ノズル部８１８の電極）との間で伝達されるスパーク堆積された材料に耐えることができる。そのうえ、ノズル部８１８は、熱及び燃焼室を劣化させる他の因子から噴射器８１０を少なくとも部分的に保護するように構成される強化されたヒート・ダム又は保護部８６６をさらに含むことができる。保護部８６６はまた、燃焼室８０４の中の温度、熱的及び機械的ショック、及び／又は圧力イベントのような燃焼パラメータを計測し又は監視するための１つ又は複数のトランスデューサ又はセンサを含むことができる。

同じく図２０に示されるように、中間部８１６とノズル部８１８は、上記で説明された実施形態に従って構成することができる誘電絶縁体を含む。より詳細には。例証される実施形態において、中間部８１６は、第２の絶縁体８１７ｂを少なくとも部分的に取り囲む第１の絶縁体８１７ａを含む。第２の絶縁体８１７ｂは、中間部８１６からノズル部８１８に延びる。したがって、少なくとも第２の絶縁体８１７ｂのセグメントは、燃焼室８０４に隣接して配置される。一実施形態において、第２の絶縁体８１７ｂは、第１の絶縁体８１７ａよりも大きい絶縁耐力を有することができる。このように、第２の絶縁体８１７ｂは、燃焼室８０４の近傍の厳しい燃焼条件に耐えるように構成することができる。他の実施形態において、しかしながら、噴射器８１０は、単一の材料から作製された絶縁体を含むことができる。

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ノズル部８１８における第２の絶縁体８１７ｂの少なくとも一部は、燃焼室８０４から離間することができる。これは、ノズル部８１８のエンジンヘッド８０７（例えば、第２の電極）と導電めっき８７４（例えば、第１の電極）との間に空気スペース８７０のギャップ又は体積を形成する。噴射器８１０は、燃料噴射イベントの前にスペース８７０の中でイオン化空気のプラズマを生成することができる。このイオン化空気のプラズマ発射は、プラズマに入る燃料の燃焼を加速することができる。そのうえ、このプラズマ発射は、所定の燃焼室特徴に従って迅速に燃焼する燃料の形状に影響を及ぼすことができる。同様に、噴射器８１０はまた、高エネルギープラズマを生じるために燃料の構成要素をイオン化することができ、これはまた、燃焼する燃料の分布パターンの形状に影響を及ぼす又は変化させることができる。

噴射器８１０は、噴射される燃料のスーパーキャビテーション又は突然のガス化をもたらすことによって、噴射される燃料の燃焼及び分布の特性をさらに調整することができる。より詳細には、本開示のさらなる実施形態を参照して以下で詳細に説明されるように、フローバルブ８２０及び／又は弁座８７２は、これらの構成要素を通過して流れる燃料の突然のガス化をもたらすような状態に形成することができる。例えば、フローバルブ８２０は、弁座８７２と接触するフローバルブの一部に１つ又は複数の鋭い縁をもつ段差を有してもよい。そのうえ、フローバルブ８２０の開放及び閉鎖の周波数はまた、噴射される燃料の突然のガス化を誘起することができる。この突然のガス化は、迅速に流入する液体燃料、又は液体燃料成分と固体燃料成分との混合物から、ガス又は蒸気を生じる。例えば、この突然のガス化は、液体燃料がフローバルブ８２０の表面の周りに送られて燃焼室に入る際に、蒸気を生じることができる。燃料の突然のガス化は、噴射される燃料が、ガス化されない燃料よりも一層迅速に且つ完全に燃焼できるようにする。そのうえ、噴射される燃料の突然のガス化は、例えば、従来の噴射される燃料パターンの概して円錐形のパターンとは大きく異なる突き出た楕円（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄｅｌｌｉｐｓｏｉｄ）を含む、異なる燃料噴射パターン又は形状を生じることができる。またさらなる実施形態において、噴射される燃料の突然のガス化は、種々の他の燃料点火及び燃焼強化技術と共に使用されてもよい。例えば、突然のガス化は、液体燃料の過熱、プラズマ、及び／又は発射される燃料バーストの音響的勢い（ａｃｏｕｓｔｉｃａｌｉｍｐｅｔｕｓ）と組み合わせることができる。これらの強化された燃料バーストの点火は、液体燃料成分の触媒点火と比べたときに、はるかに少ない触媒並びに触媒面積を要求する。

図２１は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器９１０の側断面図である。噴射器９１０は、上記で説明された噴射器と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器９１０は、上記で説明された特性を含む１つ又は複数の高電圧誘電絶縁体９１７（第１の絶縁体９１７ａ及び第２の絶縁体９１７ｂとして個々に識別される）を含む。第２の絶縁体９１７ｂは、燃焼室９０４に隣接するノズル部９１８を少なくとも部分的に取り囲む。したがって、第２の絶縁体９１７ｂは、第１の絶縁体９１７ｂよりも大きい絶縁耐力を有することができる。第２の絶縁体９１７ｂはまた、ノズル部９１８での厳しい作動条件に耐えるために、（例えば、圧縮応力をかけられた外面により）より大きい機械的強度を有することができる。

噴射器９１０はまた、ベース部９１４とノズル部９１８との間に延びる中間部９１６を有する本体９１２を含む。ノズル部９１８は、ノズル部９１８の端が燃焼室９０４との境界面に位置するようにエンジンヘッド９０７を少なくとも部分的に通して延びる。本体９１２は、燃料が噴射器９１０を通して流れるように、その一部を通して延びるチャネル９６３をさらに含む。他の構成要素もまた、チャネル９６３を通ることができる。例えば、噴射器９１０は、コントローラ又はプロセッサ９２６に作動関係で結合されるアクチュエータ９２２をさらに含む。アクチュエータ９２２はまた、ベース部９１４におけるドライバ９２４に作動関係で結合される。適切なドライバに関するさらなる詳細は、図２３を参照して以下で説明される。図２１で例証される実施形態において、アクチュエータ９２２は、ドライバ９２４からノズル部９１８におけるフローバルブ９２０までチャネル９６３を通して延びる。特定の実施形態において、アクチュエータ９２２は、例えば、無線トランスデューサ・ノードと共に、光ファイバ、電気信号ファイバ、及び／又は音響通信ファイバを含む、ケーブル又はロッド組立体とすることができる。アクチュエータ９２２は、フローバルブ９２０を作動させて、燃焼室９０４の中に複数の燃料バーストを迅速に導入させるように構成される。アクチュエータ９２２はまた、燃焼特性を検出し、及び／又はコントローラ９２６に送信することができる。フローバルブ９２０が閉位置にあるとき、フローバルブ９２０は弁座９７２に接触してとどまる。

ベース部９１４は、噴射器９１０の中に燃料を導入するための燃料入口ポート９０２を含む。特定の実施形態において、入口ポート９０２は、燃料が噴射器９１０に入る際に漏れるかどうかを監視するように構成される漏れ検出機能部を含んでもよい。例えば、入口ポート９０２、又は噴射器９１０の他の部分は、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる同時係属の米国特許出願第１０／２３６，８２０号及び第０９／７１６，６６４号で開示されるように「タートルテール（ｔａｔｔｌｅｔａｌｅ）」燃料監視措置を含むことができる。

ベース部９１４はまた、同軸ボビン９３２の周りの磁気巻線９６１の磁極構成要素９０３を含む。ボビン９３２は、ドライバ９２４の一方向の動きのためのリニア・ベアリングとして働くことができる内径表面９３３を含む。磁極構成要素９０３は、それらの間の燃料漏れを防ぐためにボビン９３２に対してシールすることができる。例えば、磁極構成要素９０３は、１つ又は複数の溝と対応するＯリング９３０とを含むことができる。そのうえ、ボビン９３２は、同じくそれらの間の燃料漏れを防ぐために絶縁体９１７に対してシールすることができる。例えば、絶縁体９１７は、１つ又は複数の溝と対応するＯリング９３８とを含むことができる。

噴射器９１０は、金属合金ケース９２４及び導電めっき又はスリーブ９７４に接続するための絶縁体９１７を通してエネルギー（例えば、スパーク、プラズマ、交流プラズマ、抵抗加熱などの定時発生のための高電圧）を送達するための、エネルギー・ポート９６４をさらに含む。導電スリーブ９７４は、燃焼室９０４の中で点火イベントを生じるためにノズル部９１８にエネルギーを伝導する。より詳細には、導電スリーブ９７４は、ノズル部９１８によって支えられる第１の電極又はカバー部９２１にエネルギーを伝導する。カバー部９２１は、フローバルブ９２０を少なくとも部分的に覆う、点火及び燃料流量調整装置とすることができる。エンジンヘッド９０７の一部は、点火イベントのためにカバー９２１と対応して第２の電極として作用することができる。

他の実施形態において、ドライバ９２４の下流の部分に位置する圧電又は磁歪ドライバ９３４に動力を与えることを介して、点火イベントのためのエネルギーを提供することができる。そのうえ、燃焼室９０４に入るのに極めて制限的な領域をもつ用途では、絶縁体９１７（例えば、上記で説明されたように渦巻き状に巻かれた層化された絶縁体）の中の導体を介してノズル部９１８の導電めっき９７４及び／又はカバー部９２１に高い電圧が送達されてもよい。この実施形態において、導体は、電圧発生源に結合されるように絶縁体９１７からベース部９１４を通して延びることができる。より詳細には、導体は、磁極構成要素９０３の第１のポート９０６及び第２のポート９０８を通してベース部９１４を出ることができる。本開示のソレノイド組立体の作動のための電力を提供する及び／又は電力を調整する（例えば、火花又はプラズマ発生）のに適したシステムは、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，１２２，８１６号及び第７，３４９，１９３号で開示される。

本開示の別の実施形態によれば、噴射器９１０のノズル部９１８は、燃焼室９０４からの熱伝達を制限するように構成されるヒート・ダム又は保護部９６６を含む。そのうえ、ベース部９１４は、熱伝達機能部９６５（例えば、伝熱フィン）を含むことができる。噴射器９１０は、熱伝達機能部９６５の周りに流れる伝熱流体を収容することができる。伝熱流体は、およそ７０〜１２０℃（１６０〜２５０°Ｆ）の適切なサーモスタット温度のような比較的一定の温度に維持することができる。従って、低温燃料（ｃｏｌｄｆｕｅｌ）（例えば、低温の燃料（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｆｕｅｌ））が噴射器９１０を通して流れるときに大気中の水分から霜又は氷が生成するのを防ぐために、熱伝達機能部９６５の周りに流れる伝熱流体は、噴射器９１０の作動温度を維持することができる。

噴射器９１０は、適切な空気圧入力、油圧入力、圧電入力、及び／又は電気機械式入力に応答して、燃焼室９０４の中に燃料を噴射するように構成される。例えば、電気機械式又は電磁作動を考えると、磁気巻線９６１に印加される電流が、ドライバ９２４に面する軟磁性材料に磁極を生み出す。この磁気力は、ドライバ９２４の移動を誘起し、これによりアクチュエータ９２２に張力をかけて、フローバルブ９２０を弁座９７２と接触させて閉位置に保持する。電流が反転されるか又はもはや印加されないとき、ドライバ９２４は、アクチュエータ９２２に張力をかけず、これにより燃料がフローバルブ９２０を通過して流れることを可能にする。

特定の実施形態において、噴射器９１０は、燃料の迅速なバーストを噴射するときにアクチュエータ９２２の望ましくない移動及び／又は残留する動きをなくすように構成される。噴射器９１０はまた、光ファイバ計装のような計装を含むことができるアクチュエータ９２２の中心線位置合わせを保証するように構成することができる。例えば、噴射器は、アクチュエータ９２２を位置合わせするための本体９１２のチャネル９６３の中に位置決めされる１つ又は複数の構成要素又は組立体を含むことができる。より詳細には、図２２Ａは、アクチュエータを位置合わせするための本開示の実施形態に従って構成されるオープントラス管組立体１０８０の側面図である。図２２Ｂは、図２２Ａの線２２Ｂ−２２Ｂに実質的に沿って見たトラス組立体１０８０の断面正面図である。図２２Ａ及び図２２Ｂを共に参照すると、例証される実施形態において、トラス組立体１０８０は、アクチュエータ９２２を取り囲む多くの編まれたファイバ１０８２を含む。ファイバ１０８２は、光ファイバ、電気ファイバ、計装トランスデューサ、及び／又は強化ファイバを含むことができる。これらのファイバ１０８２は、トラス組立体１０８０が噴射器の中のアクチュエータ９２２と位置合わせされるようにアクチュエータ９２２の周りに編む又はコイル状にすることができる。１０８２の外側ファイバに適した材料は、グラファイト、ダイヤモンド被覆されたグラファイト、ファイバーグラス、フィラメント、又はファイバセラミックス、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｙｔｏｎｅ）、及び種々の適切なフルオロポリマーを含むことができる。これらの材料は、アクチュエータ９２２がトラス組立体１０８０の中で軸方向に動くことを可能にするために所望の断面係数及び低摩擦特性を提供するように構成することができる。例えば、特定の実施形態において、トラス管組立体１０８０の内径は、例えば、硫化モリブデン、ダイヤモンド状炭素、窒化ホウ素、又は種々の適切なポリマーを含む減摩コーティングで超仕上げされ及び／又は被覆されてもよい。これらの表面処理は、摩擦低減、侵食保護、熱伝達、及び他の減摩目的を達成するために種々の組合せで使用されてもよい。アクチュエータ９２２を位置合わせすることに加えて、トラス組立体１０８０はまた、作動中のアクチュエータの共振リンギング（ｒｅｓｏｎａｎｔｒｉｎｇｉｎｇ）、ホイッピング（ｗｈｉｐｐｉｎｇ）、又は軸方向の跳躍（ｓｐｒｉｎｇｉｎｇ）を防ぐ。

図２２Ｃは、アクチュエータ９２２を位置合わせし、且つ望ましくない共振リンギング、ホイッピング、又は軸方向の跳躍を防ぐための、本開示の別の実施形態に従って構成されるトラス組立体１０８１の側面図である。図２２Ｄは、図２２Ｃの線２２Ｄ−２２Ｄに実質的に沿って見た断面正面図である。図２２Ｃ及び図２２Ｄを共に参照すると、トラス組立体１０８１は、連続して及びアクチュエータ９２２を取り巻く構成で配置された、複数のつる巻きばね（ｈｅｌｉｃａｌｓｐｒｉｎｇ）又はバイアス部材１０８３を含む。したがって、作動時には、個々のばね１０８３の周波数が互いに打ち消し合い、これによりアクチュエータ９２２を安定化させる。

図２２Ｅは、アクチュエータ１０２２を位置合わせするためのガイド部材１０９０を含む、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器１０１０の部分側断面図である。より詳細には、例証される噴射器１０１０は、本明細書で開示された他の噴射器と構造及び機能が概して類似した機能部を有することができる。例えば、図２２Ｅで例証される噴射器１０１０は、ドライバ１０２４とフローバルブ１０２０との間で本体１０１２を通して延びるアクチュエータ１０２２を含む。例証される実施形態において、しかしながら、ガイド部材１０９０は、ドライバ１０２４から下流の場所でアクチュエータ１０２２を少なくとも部分的に取り囲む。ガイド部材１０９０は、アクチュエータ１０２２を支持し、且つアクチュエータ１０２２の望ましくない共振リンギング、ホイッピング、及び／又は軸方向の跳躍を防ぐ。例証される実施形態において、ガイド部材１０９０は、ドライバ１０２４に隣接する第１の部分１０９１と、フローバルブ１０２０に隣接する第２の部分１０９２とを含む。第１の部分１０９１はアクチュエータ１０２２を取り囲む第１の内径を有し、第２の部分１０９２はアクチュエータ１０２２を取り囲む第２の内径を有する。図２２Ｅに示すように、第２の内径は第１の内径よりも小さく、これにより、噴射器のノズル部の中でフローバルブ１０２０に隣接するアクチュエータ１０２９をより密接して支持する。そのうえ、特定の実施形態において、ガイド部材１０９０は、燃料バーストに対する勢いを発生させるために用いることができる圧電装置、音響装置、及び／又は磁気電気装置を組み入れることができる。ガイド部材１０９０はまた、燃焼室の状態を検出し及び通信するための計装、トランスデューサ、及び／又はセンサを組み入れることができる。

図２３は、本開示の別の実施形態に従って構成されるドライバ１１２４の側断面図である。ドライバ１１２４は、上記で説明されたドライバと構造及び機能が概して類似した機能部を含む。例証される実施形態において、ドライバは、アクチュエータに結合されると共に、燃料がそれを通して流れることを可能にするように構成される。より詳細には、ドライバ１１２４は、第２の端部１１４２とは反対側の第１の端部１１４０を有する本体１１３８を含む。本体１１３８はまた、それを通して延びるチャネル１１４４を含む。チャネル１１４４は、本体１１３８の第２の端部１１４２で多くのより小さいチャネル又は通路に分岐する。例えば、第２の端部１１４２は、燃料がドライバ１１２４を通して流れる及び出ることを可能にするために燃料流路１１４６（第１の燃料流路１１４６ａ及び第２の燃料の流路１１４６ｂとして個々に識別される）を含む。第２の端部１１４２はまた、アクチュエータを受け入れるように構成されるアクチュエータ通路１１４８を含む。

特定の実施形態において、ドライバ１１２４は、噴射器から燃料を噴射するために力を提供するように構成することができる。例えば、ドライバ１１２４は、燃料噴射バーストを修正し又は強化するために音響的力を提供することができる。一実施形態において、ドライバ１１２４は、コンポジット化された強磁性材料から作製することができる。他の実施形態において、ドライバ１１２４は、音響的勢いを生じるためにラミネートされた磁歪トランスデューサ材料又は圧電材料を備えることができる。ドライバ１１２４におけるこうした機能を提供するのに適した方法は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，９８０，２５１号で説明されるように、所望の材料のラミネーションを含む。そのうえ、こうした所望の音響的勢いを生み出すのに適した圧電方法は、ＶａｌｐｅｙＦｉｓｈｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供される以下の教材、すなわち、ＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒＴｒａｉｎｉｎｇＳｅｍｉｎａｒ、ＪｉｍＳｏｃｋｉ著、ＣｒｙｓｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２０００年１１月、で提供される。

図２１を再び参照すると、噴射器９１０は、フローバルブ９２０を少なくとも部分的にカバーする、ノズル部９１８によって支えられる点火及び流量調整装置又はカバー９２１を含む。カバー９２１は、カバー９２１をエンジンヘッドの対応する第２の電極と共に点火イベントを発生させる第１の電極とすることができるように、１つ又は複数の導電構成要素を含む。カバー９２１は、燃焼特性を監視し及び／又は検出するように構成される噴射器９１０の構成要素を保護するように構成することができる。カバー９２１はまた、噴射される燃料の形状、パターン、及び／又は相に影響を及ぼすように構成することができる。例えば、カバー９２１は、上記で説明されたように噴射される燃料の突然のガス化を誘起するように構成することができる。

カバー９２１のさらなる詳細は、図２４Ａを参照して説明される。より詳細には、図２４Ａは、本開示の実施形態に従って構成される第１のカバー１２２１ａの正面図である。例証される実施形態において、第１のカバー１２２１ａは、第１のカバー１２２１ａを通して燃焼室の中への所望の燃料浸透及び燃料流量を生じるために、複数のスロット及び穴を含む。第１のカバー１２２１ａはまた、燃焼室に対するスパーク、プラズマ、触媒、又は熱面点火のための点火器として作用する。第１のカバー１２２１ａの穴及びスロットは、燃焼特性を監視するための燃焼室への部分的露出を提供する。より詳細には、第１のカバー１２２１ａは、複数の半径方向に延びる第１のスロット１２２３と第２のスロット１２２７とを含む。図２４Ａに示すように、第１のスロット１２２３は、第２のスロット１２２７に比べてより短い長さ及びより大きい厚さを有する。第１のカバー１２２１ａはまた、スロットの間でカバーの周りに輪状に間隔をおいて配置された複数の第１の穴１２２５と、カバーの中央部における第２の穴１２２９とを含む。第１のカバー１２２１ａの、並びに本明細書で説明される他のカバーにおけるスロット及び／又は穴は、所望の燃料流量及び燃焼率を達成するために燃焼室面に関して直角又は非直角に設定することができる。

図２４Ａの第１のカバー１２２１ａは、１つの例証となるパターン又はスロット及び穴を表すが、他の実施形態は、所望の噴射特性及び点火特性のために構成される異なるパターンを含むことができる。例えば、図２４Ｂは、多くの鋭い縁部を含む本開示の別の実施形態に従って構成される第２の点火及び流量調整装置又はカバー１２２１ｂの側面図であり、図２４Ｃはその側面図である。図２４Ｂ及び図２４Ｃを共に参照すると、第２のカバー１２２１ｂは、第２のカバー１２２１ｂの中央部から半径方向外向きに延びる複数のスロット１２２３を含む。スロット１２２３は、底面１２２４から延びる電極部１２３１の間に形成される。電極部１２３１は、さらにエンジンヘッドの対応する電極部と共に（ｅｖｅｎｗｉｔｈ）点火を生み出すように構成される。第２のカバー１２２１ｂはまた、第２のカバー１２２１ｂの中央部に穴１２２９を含む。したがって、穴１２２９を通して、並びに電極部１２３１と底面１２２４との間のギャップ１２３３を通して、燃焼特性を監視することができる。

幾つかの場合には、点火イベントのためにスパーク、プラズマ、熱面、及び／又は触媒点火を組み合わせることが望ましい場合がある。触媒点火のために、例えば、電極部１２３１及び／又は点火点１２３２は、白金族金属又は白金黒のような触媒を含むことができる。熱面点火のために、電極部１２３１及び／又は点火点１２３２は、火花又はプラズマ侵食及び輸送の結果として堆積される針状構造を含む堆積物を含むことができる。こうした堆積物は、点火点１２３２に隣接して生じるプラズマの発生のために電圧極性を時折反転させること及び／又は交流を使用することによって、電極部１２３１の間で動かされる場合がある。

例証される実施形態の１つの利点は、第２のカバー１２２１ｂが、燃焼特性を監視するのに用いられるセンサ又はトランスデューサに対する保護を提供できることである。別の利点は、電極部１２３１の間に延びるスロット１２２３が多くの点火発生点１２３２を生み出す又は点火を開始するために熱面として作用することである。第２のカバー１２２１ｂは多くの点火点１２３２を有するので、第２のカバー１２２１ｂは、延長された使用（ｅｘｔｅｎｄｅｄｕｓｅ）に特に合う。例えば、点火点１２３２のうちの１つが詰まった又は他の方法で劣化した若しくは作動不能となった場合であっても、第２のカバー１２２１ｂは、点火をもたらすのに依然として多くの他の点火点１２３２を有する。

図２４Ｄは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される第３のカバー１２２１ｃの等角図であり、図２４Ｅは正面図であり、及び図２４Ｆは、図２４Ｅの線２４Ｆ−２４Ｆに実質的に沿って見た側断面図である。例証される実施形態において、第３のカバー１２２１ｃは、ベース部１２２４から離間された第１の表面１２２６を含む。穴１２２９は、第１の表面１２２６の中央部を通して延び、複数のスロット１２２３は、第１の表面１２２６とベース部１２２４との間で第３のカバー１２２１ｃを通して延びる。上記で説明された実施形態と同様に、穴１２２９とスロット１２２３は、噴射器によって支えられる計装が燃焼特性を監視することを可能にする。例証される実施形態において、スロット１２２３は、第１の表面１２２６からおよそ４５度の角度で第３のカバー１２２１ｃを通して延びる。他の実施形態において、しかしながら、スロット１２２３は、第３のカバー１２２１ｃにより大きい又は小さい角度をもって形成することができる。第３のカバー１２２１ｃは、ベース部１２２４を通して延びる通路１２３７をさらに含み、それを通して燃料が第３のカバー１２２１ｃを通り抜ける。

図２１を再び参照すると、幾つかの用途において、燃焼室９０４の中で発生した燃焼圧が噴射器９１０に入るのを防ぐために、ノズル部９１８に機械逆止め弁を有することが望ましい場合がある。したがって、特定の実施形態において、ノズル部９１８は、ノズル部９１８によって支えられるベアリング・ガイド９４３と位置合わせされる機械逆止め弁を含むことができる。図２５Ａ〜図２５Ｃは、本開示の一実施形態に従って構成されるこうした逆止め弁１３４５を例証する。より詳細には、図２５Ａは逆止め弁１３４５の等角図であり、図２５Ｂは背面図であり、図２５Ｃは、図２５Ｂの線２５Ｃ−２５Ｃに実質的に沿って見た側断面図である。図２５Ａ〜図２５Ｃを共に参照すると、例証される実施形態において、逆止め弁１３４５は、ベース部１３４７から延びる突出部１３５１を含む。突出部１３５１は、対応する噴射器のノズル部の中に少なくとも部分的に受け入れられるように構成される。逆止め弁１３４５は、ベース部１３４７から突出部１３５１に延びる流れ面１３５３を含む。突出部１３５１において、流れ面１３５３は、インペラ・フィン又はスロット１３４９を含む。逆止め弁１３４５は、燃焼室に面するように構成される燃焼面１３５７をさらに含む。開口部又はスロット１３５５は、燃焼面１３５７から逆止め弁１３４５の中に延びる。開口部１３５５は、図２１のベアリング・ガイド９４３を少なくとも部分的に受け入れることができる。

作動時には、逆止め弁１３４５は、電磁石によって又は弁座内に組み入れられる永久磁石によって提供されるような燃焼室の圧力、機械ばね、及び／又は磁気力によって閉位置の方に付勢されてもよい。対応する弁座を通した所与の燃料の流れの正圧が逆止め弁１３４５を開いて、燃料が流れること、これにより燃焼室の中に噴射されることを可能にする。この流れは、燃料が燃焼室の中に流れる際に逆止め弁１３４５を開位置に保持するために、コアンダ効果を生み出すことができる。特定の実施形態において、逆止め弁１３４５のコアンダ効果位置決めに対応する流速と圧力との関係性（例えば、それに従って送達される燃料と燃焼室の圧力との間の比を含む）が監視されてもよい。この情報は、水素及び一酸化炭素のような熱化学再生の生成物をさらに含む付加的な順列と共に又は付加的な順列なしにそれらの多くの順列を含む、液体、過熱液体、又は蒸気として送達されてもよいガソリン、ディーゼル、アンモニア、プロパン、アルコール燃料、及び種々の他の燃料のような燃料に有用である可能性がある。

例証される実施形態の１つの特徴によれば、逆止め弁１３４５は、燃料の燃焼を強化するために交互ゾーンにおいて燃料の濃厚な流れを生じるように構成される。例えば、螺旋インペラ・フィン又はスロット１３４９は、交互ゾーンにおいてより濃厚な燃料の流れも生じながら、逆止め弁１３４５に角速度を付与する目的で働く。この設計機能部は、強化された混合率の結果として燃料のより迅速な燃焼を容易にするのに用いられてもよい。この設計機能部はまた、角運動量をもって燃焼室に入った又は燃焼室の幾何学的形状によってスワールを有するように誘起されている空気又は別のオキシダントの中に燃料が推進される際に、向流流路（ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗｐａｔｈ）に従って噴射される燃料を衝突させるため、並びに、直交流路（ｃｒｏｓｓｆｌｏｗｐａｔｈ）に従って剪断混合を生じさせるために使用されてもよい。したがって、逆止め弁１３４５は、噴射される燃料に時計回りの動き又は反時計回りの動きのための角運動量を提供して、燃焼室表面への熱伝達を最小化すると共に、熱放出プロセスの望ましい加速を生じるように構成されてもよい。

次に図２６Ａに移ると、図２６Ａは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器１４１０の側断面図である。噴射器１４１０は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器１４１０は、比較的小さいディーゼルエンジンにおけるエンジンヘッド１４０７の非常に小さいポート内に嵌め込む（ｆｉｔ）するのに特に合う。例えば、噴射器１４１０は、ベース部１４１４とノズル部１４１８との間に延びる中間部１４１６を含む。例証される実施形態において、噴射器１４１０は、ドライバ電機子１４２４と共に電磁回路の一部として強磁性合金ケース１４０２を使用する。ドライバ１４２４は、普通は中間部１４１６におけるドライバ１４２４の下流の第１の磁気又は機械バイアス部材又はばね１４３５に接触してとどまる。ドライバはまた、普通は中間部１４１６のカウンタボア１４３３の中のドライバ１４２４の上流の第２のバイアス部材１４１３に接触してとどまることができる。ソレノイド巻線に印加される電流が、ドライバ１４２４を噴射器１４１０の縦軸に沿って直線的に動かす。ケース１４０２はまた、上記で詳細に説明される絶縁体のいずれかを含むことができる高い絶縁耐力のセラミック絶縁体１４１７を収容し及び保護する。絶縁体１４１７は、ノズル部１４１８に点火エネルギーを送達する目的で伝導管又はめっき１４０８を絶縁する。例えば、ケーブル１４３８は、燃焼室１４０４の境界面で点火部材又はカバー１４２１に点火エネルギーを伝導するめっき１４０８に点火エネルギーを供給することができる。

図２６Ｂは、点火部材１４２１を例証する噴射器１４１０の正面図である。図２６Ａ及び図２６Ｂを共に参照すると、点火部材１４２１は、スパーク、プラズマ、熱面及び／又は触媒刺激のような点火イベントを生み出すための複数の半径方向の点火点１４１２を含む。点火点１４１２に加えて、点火部材１４２１は、上記で説明されたように燃焼室１４０４の中に燃料を投入するための複数の孔を含む。噴射器１４１０の使用に要求されるスペースを最小にするための付加的な機能部は、ベース部１４１４からノズル部１４１８に延びる燃料送達通路１４４２によって提供されてもよい。マルチシリンダ・エンジンでは、燃料送達通路１４４２は、適切な燃料分配器マニホルドへの１つ又は複数の可撓性送達導管に結合することができる。

作動時には、電磁巻線に印加される電流が、ドライバ１４２４を巻線１４１１及び磁極片１４４１の方に引き付けて、加圧された燃料を噴射器１４１０の中に引き込む。ドライバ１４２４は、アクチュエータ１４２２を保護し且つ接続してクランプするポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｙｔｏｎｅ）のような高い物理的強度及び絶縁耐力のポリマーシースの一部であってもよい止めクランプ１４６０に突き当たる。アクチュエータ１４２２は、ノズル部１４１８の中のフローバルブ１４２０に結合される。フローバルブ１４２０は、弁座１４２５の中に受け入れられる。特定の実施形態において、アクチュエータ１４２２は、導管又は光ファイバの種々のストランドの群を組み入れるロッド又はケーブルを含むことができる。そのうえ、フローバルブ１４２０と弁座は強磁性とすることができる。ノズル部１４１８は、同じく強磁性とすることができる逆止め弁１４５８をさらに含む。逆止め弁１４５８は、中空ベアリング管１４２６を通して延び、燃焼室１４０４での圧力測定のためのアクセスと、温度及び動きの描写（ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ）のための包括的ビューを提供する。これは、ピストン速度及び加速の判定のためのピストンの動き、吸込み期間、圧縮期間、噴射期間、点火期間、火炎伝播期間、パワー期間、及び排気期間における燃焼室の圧力、並びに、ピストン、シリンダ壁、弁、及びヘッド表面を含む燃焼室構成要素の温度と共に燃焼温度を含む、燃焼室の状態及びイベントの監視を提供する。光ファイバ・フィラメント及び他の計装通信構成要素（例えば、電気伝導性計装ファイバの複数の層化された絶縁体を含む）は、磁極片１４４１の燃料送達通路１４３２を通して延びる。

図２６Ａ及び図２６Ｂに示すように、燃焼室１４０４へのアクセスを提供するエンジンヘッド１４０７のポートでの噴射器１４１０の直径を最小にするために、ケーシング１４０２とエネルギー供給ケーブル１４３８とを含む噴射器１４１０の全径が最小にされる。そのうえ、アクチュエータ１４２２は、噴射器１４１０を通して内部で送ることができる。アクチュエータ１４２２からの通信ファイバは、シールを通して出口を通してベース部１４１４を出ることができ、外部コントローラ、プロセッサ、又はメモリに結合される。同様に、絶縁されたケーブル１４４０は、例えば、ドライバ１４２４を含む１つ又は複数の圧電又は磁歪デバイスを駆動する電力を送達するために、ベース部１４１４を通して送られてもよい。

幾つかの用途において、逆止め弁１４５８は、図２５Ａ〜図２５Ｃを参照して上記で説明された逆止め弁１３４５と概して類似したインペラ・フィン又はスロットを有するように構成することができる。これらのインペラ・フィン又はスロットは、交互ゾーンにおいてより濃厚な燃料の流れを生じるために、燃料に角速度を付与することができ、これによりノズル部１４１８から放出されるタイプの燃料バースト又はパターンを強化することができる。この設計機能部は、強化された混合率の結果として燃料のより迅速な燃焼を容易にするため、角運動量をもって燃焼室に入った又は燃焼室の幾何学的形状によってスワールを有するように誘起されている空気又は別のオキシダントの中に燃料が推進される際に、向流流路に従って衝突させるため、及び／又は直交流路に従って剪断混合を生じさせるために用いられてもよい。したがって、逆止め弁１４５８は、燃料の時計回りの動き又は反時計回りの動きのための角運動量を提供して、燃焼室表面への熱伝達を最小化すると共に、熱放出プロセスの望ましい加速を生じるように構成されてもよい。

次に図２７Ａを参照すると、図２７Ａは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器１５００の側断面図である。例証される噴射器１５００は、燃料のはるかに速い且つより完全な燃焼を提供するために、高又は低圧縮比作動でのエンジンに用いるのに特に適している。これらの燃料は、例えば、温度、１つ又は複数の混合された相、粘度、エネルギー密度、並びに従来の作動の標準よりもはるかに低いオクタン価及びセタン価を含むオクタン価及びセタン価を含む、燃料特徴の事実上あらゆる組合せを含有することができる。例証される実施形態において、噴射器１５００は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器１５００は、ベース部１５８０とノズル部１５８４との間に延びる中間部１５８２を含む。噴射器はまた、ドライバ１５１５から燃料フローバルブ１５２４に延びるアクチュエータ１５１８を含む。

例証される実施形態において、火花点火によって燃焼されない任意の燃料（エネルギー作物、動物性脂肪、及び又は他の有機廃棄物から作製されたディーゼル燃料など）を、入口ポート１５０２を通して噴射器１５００に送達することができる。燃料は、噴射器１５００の幾つかの構成要素に沿った燃料流路に沿って流れることができる。例えば、燃料は、ベース部１５８０の中で、適切に強化された計装信号ケーブル１５０４、ばね保持キャップ１５０６、圧縮ばね１５０８、随意的な磁石１５１４、ドライバ１５１５、及び随意的な圧縮ばね１５１６を通過して流れることができる。燃料経路は、ノズル部１５８４に送達されるように、中間部の中で、高絶縁耐力の絶縁体１５３０の通路１５３を通して、導電めっき又は管１５２２のボアの中に延びる。例証される実施形態において、ノズル部１５８４は、通常閉鎖されるフローバルブ１５２４によってシールされる燃焼室１５５０との境界面に弁座を含む。或る用途において、めっき又は管１５２２は、フローバルブ１５２４との間の電気伝導を保証する目的で燃焼室の近傍のゾーン１５１７内で高い絶縁耐力の材料１５２０で被覆され又はめっきされてもよい。他の用途では、管コーティング１５２０は、火花及びプラズマ点火プロセスにおける回路構成要素として働くために必要とされる場合があるように、高い導電性又は火花侵食に対する高い抵抗性のあるものであってもよい。

したがって、用途に応じて、めっき又は管構成要素１５２２は、誘電絶縁体１５３０のボア上の導電めっき、又は、フローバルブ１５２４との境界面で特化された弁シーリングを提供する導電金属、セラミック、ポリマー、又は複合材であってもよい。このめっき又は管構成要素１５２２は、アクチュエータ１５１８及びドライバ１５１５と共に、噴射器１５００が非常に小さい外径を有することを可能にする。この構成はまた、噴射器が１つ又は複数のオーバーヘッドカム軸及び弁オペレータを伴うゾーンを通して到達するのに必要とされる場合に比較的長いものとなることを可能にする。

バイアス部材又は推力生成部材への言及は、必要に応じて引張り又は推力を生じるように構成することができる、ばね（例えば、螺旋巻線（ｈｅｌｉｃａｌｗｉｎｄｉｎｇ）、円錐巻線、平坦な及び湾曲した板ばね、又は重ね板ばね、楕円ばね、ねじりばね、及び種々の円盤ばね、成形円盤ばねのような機械ばね形態を含む）、磁石、及び／又は圧電構成要素を含むことができる。多くの用途において、こうした選択肢からの組合せは、所望の作動速度、共振同調（ｒｅｓｏｎａｎｔｔｕｎｉｎｇ）を提供する、及び／又は望ましくない特徴を抑えるのに効果的である。

例証される実施形態において、通常閉鎖されるフローバルブ１５２４は、圧縮ばね１５０８及びばねキャップ１５０６によって提供される場合のアクチュエータ１５１８上の張力によって、めっき又は管１５２２の弁座１５２１と接触して閉じた状態に付勢される。これらのばねは、フローバルブ１５２４に閉鎖張力をかける目的でアクチュエータ１５１８の一方向移動を機械的に制限するために、アクチュエータ１５１８に取り付けることができる。そのうえ、フローバルブ１５２４は、鋭い環状機能部を備えていてもよく、又はこれは、周方向に互いから間隔をおいて配置された鋭い点火点を有してもよい。導電ケース１５１０は、ソレノイド巻線１５１９及びドライバ１５１５のための磁気回路の一部として働くことができる。ケース１５１０はまた、燃焼室の境界面に延びる多機能の構成要素として働くことができる。燃焼室との境界面で、ケース１５１０はまた、半径方向内向きに方向付けられた鋭い点又は環状同軸機能部のような内部点火機能部１５２８を含むことができる。そのうえ、ベース部１５８０で、噴射器は、燃料をベース部１５８０内にシールするために、１つ又は複数の溝及びＯリング・シール１５３７、若しくはウレタン又はエポキシのような接着剤化合物を含むことができる。

作動時には、噴射器１５００は、入口ポート１５０２を通して加圧された燃料を受け入れることができる。燃料は、通常閉鎖されるフローバルブ１５２４に流れ、その後、ドライバ１５１５を動かすための圧電又はソレノイド装置のような適切な力発生器によるフローバルブ１５２４の始動によって、燃焼室に採り込まれる。ドライバ１５１５は、ばね１５０８によってかけられる張力とは反対に働く力をもたらし、したがって燃料がノズル部１５８４から燃焼室の中にバーストすることを可能にする。点火機能部１５２８とめっき又は管１５２２との間のギャップ、及び／又はフローバルブ１５２４と点火機能部１５２８との間のギャップの中に電流の高いアンペア数のパルスを送達するためのあらゆる数の措置が提供されてもよい。例えば、絶縁されたケーブル１５３２は、アクチュエータ１５１８の上の導電めっき又はファイバに取り付けられる可動導体ケーブル１５３３にこうした電流を送達し、これによりフローバルブ１５２４に電流を伝導することができる。

こうした作動は、一連の燃料流入バーストを生じるために、共振同調周波数（ｒｅｓｏｎａｎｔｔｕｎｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を含む高周波で繰返されてもよい。これらの繰返されるバーストは、各燃料バーストに対する圧電力又は磁歪力から音響的勢いの発揮が付随して起こってもよい。これらの勢いの力は、ドライバ１５１５の多機能の実施形態によって生じる力を含んでもよい。例えば、点火は、フローバルブ１５２４とケーシング１５２２の最も近位の環状部１５１１との間の１つ又は複数の環状ギャップの中の空気の１つ又は複数のイオン化によって適用することができる。こうしたイオン化された空気は、フローバルブ１５２４の外部への開放によって燃料が噴射される際に燃焼室１５５０の中にバーストする燃料の確実な点火を提供するために、環状ゾーン１５１７から引き続き送達されてもよい。

フローバルブ１５２４と環状部１５１１の点火機能部１５２８との間に最初に存在する比較的小さいギャップの中での火花発生は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，１２２，８１６号で開示されるように容量放電をトリガし、５００アンペアよりも上まで急増する可能性があるプラズマ電流を生じて、弁１５２４の外方への動きに追従して超音速で燃焼室の中に打ち出され且つ加速され、燃焼プロセスの極めて迅速な完了のために層状給気燃料バーストに衝突し及び勢いを与える、新たに生起するプラズマをもたらす。この発射される点火及び加速される燃焼プロセスは、各燃料噴射バーストと共に適応して繰返されてもよく、又は１つよりも多い連続的な燃料噴射バーストの発射される迅速な点火に対して適応して発生されてもよい。

幾つかの用途において、プラズマの生成は、トリガすることによって定時にされてもよく、且つ鋭い又は尖った表面又は点火機能部１５２４及び１５２８の間のギャップに入るイオン化された燃料分子から形成されてもよい。フローバルブ１５２４が外向きに開き続けるので、イオン化された燃料分子のプラズマは、各燃料バーストの燃焼の極めて迅速な完了を保証するために、超音速で燃焼室の中に推し進められる。この発射される点火プロセスは、各燃料噴射バーストと共に適応して調整され及び繰返されてもよく、又は噴射される燃料の１つよりも多い連続的なバーストの発射される迅速な点火に対して適応して発生されてもよい。発明者は、特に驚くことであり、注目すべきことに、この迅速な点火及び燃焼プロセスの適応的な適用から、結果として、事実上すべてのピストン速度で、燃料価のカロリー当たりはるかに高いトルクが発生することを見出した。

このプラズマ推力の当然の利点は、より一層迅速な燃料噴射、点火、及び燃焼プロセス完了が起こるので、圧縮期の間の熱損失を減少させるために、燃料噴射を上死点で又は上死点の後で始めてもよいことである。したがって、エンジンがより一層スムーズにまわり、相対運動構成要素の寸法変化を誘起する熱損失に起因する摩擦と、特にシリンダ壁及びリング上の潤滑膜の劣化に起因する摩擦が減少される。結果として、シリンダ及びリングの寿命が延長され、熱損失が減少され、燃料効率が増加され、及びメンテナンス費用が減少される。

図２７Ｂは、図２７Ａの噴射器、並びに本開示の実施形態に従って構成される他の噴射器の幾つかの燃焼特性の略グラフ図である。図２７Ｂに示すように、ディーゼル燃料の圧縮点火（特定のセタン価を要求する）は、圧縮ストロークの早期での高圧燃料の噴射開始を必要とする。ディーゼル液体を小さい液滴に剪断するため、及び圧縮加熱された空気の中に液滴を十分なだけ遠くに推進し及び浸透させ、液体燃料を気化するのに十分な熱を得て付加的な高温空気の中に浸透を続け、気化した燃料の大きい分子を燃焼プロセスを始動できる小さい分子にクラックするために、高圧が必要とされる。空気が十分に加熱されていない場合、及び／又は液滴が十分に小さくない場合、及び／又はピストン速度が低すぎる又は高すぎる場合、ディーゼル燃料は急冷ゾーンに浸透することになり、熱がピストン、シリンダ壁、及びヘッド構成要素のような燃焼室表面に失われることになり、未燃の粒子及び炭化水素が、その一部は可視黒煙として及び別の部分はヒト及び動物の肺及び心血管系に特に害になるより小さい粒子として、放出されることになる。

ディーゼル曲線１５９６は、ＴＤＣ前の圧力発生の一部を示す。この圧力上昇部分（ＴＤＣ前）は「バックワーク」であり、噴射の早期の開始（ｅａｒｌｉｅｒｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）及び燃焼イベントの始動に対して、より大きい。ピストン速度がより高ければ、気化、クラッキング、及び燃焼イベントを完了するために噴射の開始及び燃焼の始動がより早まるはずである。燃焼サイクル毎のディーゼル燃料噴射の各期間において、高温余剰空気によって最も絶縁される燃料の部分が、迅速に気化し、クラックし、及び急に燃焼して、窒素酸化物の生成の閾値である２，２００℃（４，０００°Ｆ）を超える温度に達する。

相対的に、本開示に従って構成される一体化された燃料噴射器／点火器に係る作動は、曲線１５９８によって示されるように、すべてのピストン速度及び作動条件ではるかに速く燃焼を開始し及び完了し、且つ圧力曲線の下のより一層大きい仕事域（ｗｏｒｋａｒｅａ）を提供して（すべてではないがほとんどはパワー・ストローク上でトルクｘｒｐｍとして）、ディーゼル作動に比べて燃料効率及び馬力を改善する。燃料は、より大きい通路を通して（圧縮−点火又はＴＤＣ後でよりもかなり後で）迅速に噴射されて、より早く完全燃焼することができる。これは、窒素酸化物の生成、重要なエンジン構成要素の過圧、又は発生する絶縁オキシダントの浸透に起因する熱の損失のような不利な結果を生じる入口空気温度、大気圧、又は燃料の種類（特に燃焼特徴を含む）のあらゆる場面の条件に対して、マルチバースト−混合燃料作動は、十分なプラズマエネルギー及び又はガス生成（スーパーキャビテーション）を適応して提供して、小さい剪断オリフィスを通したディーゼル型高圧噴射と、高温空気を通して広大な距離を浸透して気化し、及び燃料を燃焼するために燃料をクラックする、対応する燃料に対する必要性をなくすことができるためである。加えて、本明細書で開示される噴射器は、ピーク燃焼温度が２，２００℃（４，０００°Ｆ）に近づく、又は燃焼ゾーンが余剰空気絶縁エンベロープ（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｅｎｖｅｌｏｐｅ）を越え、急冷領域に近づくあらゆる瞬間に、燃料の複数の噴射をやめることができる。その後、作動の各サイクルに対する所望の仕事生産を達成するために、１つ又は複数の付加的な燃料噴射が再開されてもよい。そのうえ、本明細書で開示される噴射器は、ピストン、連接棒、ベアリング、又はクランク軸への損傷を避けるため、及び又はラジカル又は種々の窒素酸化物のような化合物の圧力により誘起される不利な生成を避けるために、ピーク燃焼圧が予め設定された最大に近づくあらゆる瞬間に、燃料の複数の噴射をオフにすることができる。

発射される迅速な点火及び燃焼プロセスは、負荷要件を瞬時に満たすのに必要なだけ多くのマルチシリンダ・エンジンのシリンダの作動を含むかなり大きいターンダウン比にわたってスムーズな作動を容易にする。例えば、発射される迅速な点火は、トルク又は増加したエンジン速度に対するオペレータの要求（すなわちクルーズ・コントロール要求）へのはるかに速い且つより効率的な応答を含む。これは、熱損失の減少と共に、より長いシリンダ及びリング寿命の利点をさらに伸ばして、燃料効率の劇的な改善と、汚染を引き起すエミッションの減少及び減少されたメンテナンス費用を提供する。

汚染を引き起すエミッションの問題は、高温エンジン定常状態作動の触媒補正プロセスが利用可能ではない「ストップ・アンド・ゴー」及び「コールドスタート」のエンジン及び触媒反応器条件から結果として生じる。しかしながら、発射される迅速な点火及び燃焼プロセスの別の利点は、例えば、低温エンジン又は「ストップ・アンド・ゴー」にあるエンジンを含むすべてのエンジン温度で、排気がよりきれいなことである。したがって、これらの問題のある条件において、デューティサイクルは、低減された又は無くされたスタータモータ又は従来のエンジンが要求する始動エネルギーの消費に対する要件と共に始動されてもよい。発射される迅速な点火及び燃焼プロセスをパワー・ストロークにある各シリンダに施行することは、エンジンを始動するための比較的大きい電力消費に対する従来の要件なしに始動を提供する。従来の作動は、エンジンをクランキングして、ピストンに吸込みストロークを通して往復運動させて、吸気系に真空を生じ、その中に均一混合気を生じることを望んで燃料が加えられ、その任意の部分は火花点火されるはずであり、且つさらにクランキングしてカム軸を回転させ、吸気系に上手くいけば生じているより多くの又はより少ない均一給気が燃焼室に伝達される際の吸込み弁の開放作動及び排気弁の閉鎖作動を提供することを要求する。上死点状態を通してバックワークプロセスを支えるために、より多くの又はより少ない均一混合気を圧縮する付加的なクランキング、及び均一混合気の点火の場合に発生される圧力に対するさらなるクランキングが達成される。燃焼ガスの中に残る場合があるどんなエネルギーであっても、エンジンの始動を持続するのにパワー・ストロークにおけるポジティブな仕事生産を提供するために用いられる。

同様に、パワー・ストロークにある各シリンダにおいて発射される迅速な点火及び燃焼プロセスを含むように本開示に従って変換されるディーゼル圧縮点火エンジンは、エンジンを始動するための比較的大きい電力消費に対する従来の要件なしに始動を提供する。従来のディーゼルエンジンの圧縮−点火作動は、エンジンをクランキングして、ピストンに吸込みストロークを通して往復運動させて、吸気系に空気を伝達し、さらにクランキングしてカム軸を回転させ、吸気系からの空気が燃焼室に伝達される際に吸込み弁の開放作動及び排気弁の閉鎖作動を提供し、及び付加的にクランキングして空気を気化され且つクラックされることになるさらなるクランキングの結果として高圧で噴射されるディーゼル燃料をもたらすのに十分な温度に圧縮し、それがより高温の空気と混合される際に蒸発及びクラッキング・プロセスを受ける燃料の点火を上手くいけば発生させ、さらにクランキングして上死点状態を通してバックワークプロセスを支え、エンジンの始動を持続するのにパワー・ストロークにおける十分にポジティブな仕事生産を達成するために燃焼ガスの中に残る場合があるどんなエネルギーをも提供することを要求する。

図２７Ａを再び参照すると、計装及び信号ケーブル１５０４は、ばねキャップ１５０６と燃料弁１５２４の中の取り付け又は機械ストローク止め部との間の中間区域１５１８に追加の補強を有してもよい。こうした補強は、非常に長い耐用年数にわたって安定した作動を保証するために適切な引張強度、疲労強度、及び絶縁耐力を提供するのに機械ストローク止めカラー１５１２に対してドライバ１５１５による作動力を発揮するための措置を含むことができる。燃焼室境界面における計装ケーブル１５２６は、弁１５２４の燃焼室境界面における動き、温度、及び圧力のような特性を有してもよい。この計装はまた、噴射器１５００内に位置するマイクロプロセッサ１５３９に、及び又は遠隔に又はケース１５１０の外部に位置する別のマイクロプロセッサ又はコンピュータ１５４０に無線通信を提供してもよい。

赤外周波数、可視周波数、及び紫外周波数を含む燃焼室の気体、プラズマ、及び固体表面からの熱データは、圧力及び加速度データと共に処理され、無線ノードをアクチュエータ１５１８内の透過型及び／又は導電性ファイバと共に統合することによって伝送されてもよい。例えば、アクチュエータ１５１８は、マイクロプロセッサ１５３９に通信するためのトランスデューサのような適切な計装を含むことができる、及び／又はケーブル１５０４による適切なシールを通して遠隔のマイクロプロセッサ又はコンピュータ１５４０に延長することによる。

キロヘルツからギガヘルツの周波数で作動する可能性があるセンサノードに動力を与えるために、光電、熱電、電磁気、電気、及び圧電発電機のような適切なエネルギー変換デバイス又はデバイスの組合せが使用されてもよい。こうした作動は、ＴｉｎｙＯＳ、Ｕ．Ｃ．Ｂｅｒｋｅｌｅｙで開発された無線センサネットワークのためのフリー及びオープン・ソース構成要素ベースのオペレーティング・システム及びプラットフォームのようなシステムによって容易にされてもよい。こうした作動は、特定のイベントが起こった後のリレー、システム出力、及び又は警報の容易な作動を開始し及び助けるのに使用されてもよい。これは、ノズル部１５８４の中の計装によって、若しくは機能的に結合される又は透明な絶縁体１５３０を通して伝送される圧力及び光学データを含む可能性があるトランスデューサ及び信号分析器１５３５によって、或いは絶縁体１５３０を通したファイバ又は経路によって検出されてもよいイベントを含む。

これらの組合せは、非常に小さい寸法を有する構成要素による高エネルギープラズマ発生を可能にするために、組み立てられた構成要素の適切な機械的強度及び絶縁耐力を容易にする。プラズマ発射を誘起するため、並びに用いられてもよい比較的精製されていない及び高価でない燃料からの灰及び残留堆積物によるファウリングを防ぐために動かされる多機能弁を提供することが特に助けになる。こうした利点はまた、燃焼により生じる圧力の阻止を提供すると共に、燃焼室境界面における燃料制御を提供して、望ましくない時点での燃料ドリップ又はドリブルをなくす、本明細書で説明されるフローバルブと逆止め弁との相乗的な組合せによって提供されてもよい。

計装処理を容易にするさらなる利点は、燃焼プロセス及び／又は燃焼のピーク温度を制御する目的で、動きの検出及び燃焼プロセスの描写、並びに好ましい熱シグニチャ（ｔｈｅｒｍａｌｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を提供する薬剤を燃料に添加することによって提供されてもよい。作動時には、比較的微量のこうした添加剤が、加熱され、イオン化され、又はイオン消失された後に或る既知の周波数でフォトンを放出する、混和剤又はコロイド状の懸濁液として送達される。細粒にされた又は他の方法で活性化された遷移金属は、（ｔｈａｔ）貯蔵され、及び本開示の燃料貯蔵実施形態に係る吸熱反応によって提供される一酸化炭素と、すなわち点火及び燃焼プロセス・イベントの放射性指標として働くための添加剤の別の族として使用されてもよいカルボニルを形成するために、組み合わされてもよい。別の方法では、マンガン又は鉄のような１つ又は複数の選択された遷移金属カルボニルは、使用される燃料選択物への継続的な又は時折の添加に対して調製され及び貯蔵されてもよい。例証すると、マンガン、鉄、ニッケル、ホウ素、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、又はケイ素を提供するこうした有機又は無機物質の１つ又は複数の添加剤は、こうした動きの特徴付け及び温度又はプロセス速度（ｐｒｏｃｅｓｓｒａｔｅ）の描写の目的での別個のエミッション・シグニチャをもつ典型的な薬剤である。こうした添加剤は、燃焼プロセスの種々の反応物及び生成物の点火プロセスの動と共に温度を検出するトランスデューサを校正するために、貯蔵タンクから継続的に又は時折提供されてもよい。こうした特性は、温度（窒素酸化物が生成される温度を避けることを含む）、燃焼プロセス・ステップ、及び燃焼プロセス速度を判定するために検出及び分析システムによって用いられる。これらの結果は、二酸化炭素、窒素酸化物、及び微粒子エミッションの減少のような利点の累積記録（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｔａｌｌｉｅｓ）と共に燃料効率の改善の包括的記録を生み出すために使用されてもよい。

図２８は、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器１６００を例証する。より詳細には、図２８は、図２７Ａを参照して説明される噴射器１５００、並びに本明細書で説明される他の噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む、噴射器１６００の側断面図である。したがって、噴射器１６００のこれらの類似の機能部は、図２８を参照して説明されないであろう。図２８で例証される実施形態において、しかしながら、噴射器は、少なくとも以下のこと、すなわち、１）例えば、ガス、蒸気、及び液体のような流体の温度、燃焼プロセス、圧力、動きを含む、並びにピストン又はロータの位置、速度、及び加速度と共に、燃焼室の中の状態及びイベントを監視すること、２）燃料噴射の開始、燃料噴射の完了、あらゆる燃料噴射の連続的な開始の間の遅延の調整を、並びに対応して最適化された点火プロセスの選択及びタイミングと共に、適応して最適化する目的で監視された条件に応答して電子トランスデューサ、プロセッサ、コンピュータ、及びコントローラ（例えば、図２７Ａを参照して上記で説明されたプロセッサ１５３５及び１５３９）を作動させること、３）対応するフローバルブ及び／又は逆止め弁に対して力を及ぼす弁オペレータ及びドライバの始動及び動力付与、４）適応して最適化された点火システムの機能の始動及び動力付与、のためのエネルギー変換プロセスのうちの幾つか又はほとんどを提供するように構成される。

電子コントローラとの間の信号伝導又は無線通信と共にこれらの目的のための動力の熱電による発生は、燃焼プロセスと周囲空気温度で又はそれ以下で流入する燃料のようなより低い温度との間の温度差を通じて伝達されるエネルギーの一部の利用によって提供されてもよい。例えば、燃焼プロセスからの放射を捕らえ、且つ必要な高温を生じるために、半導体熱電発電機１６２０のような選択物を含む１つ又は複数の装置が噴射器１６００によって支えられてもよい。対応するより低い温度は、伝導管１６２２を通して流れる燃料によって確立されてもよい。適切な熱電フィルム及び回路は、ＰｅｒｐｅｔｕａＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．、４３１４ＳＷＲｅｓｅａｒｃｈＷａｙ、Ｃｏｒｖａｌｌｉｓ、Ｏｒｅｇｏｎ９７３３３（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｅｒｐｅｔｕａｐｏｗｅｒ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｈｔｍ参照）のような供給元から入手可能である。そのうえ、これらの目的のための無線センサノードは、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ、Ａｔｍｅｌ、及びＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのような供給元から入手可能である。

別の実施形態に係るパワー発生又は発電機は、熱電発電機１６２０に隣接して配置されてもよいし又は熱電発電機１６２０と一体にされてもよい、光電発電機１６２５を含むことができる。従って、光電発電機１６２５は、燃焼室から放出された放射を電気に変換することができる。光電発電機１６２５は、燃焼室の中の温度又は他の燃焼特性及びイベントを計測するための計装トランスデューサとしてさらに働くことができる。光電発電機１６２５は、噴射器１６００のノズル部を通した燃料通路の中で近くを通る燃料への熱伝達によって冷却されてもよい。ノズル部を通して流れる燃料への確実な熱伝達のために、光電発電機１６２５、並びに熱電発電機１６２０の低温側は、伝導管１６２２に熱を送達する銀、銅、アルミニウム、酸化ベリリウム、又はダイヤモンドのような高伝導性材料上に設置され又はこれと接合されてもよい。

噴射器１６００と共に組み入れられてもよい他のパワー発生サブシステムは、振動により駆動されるエレクトレット及び電磁発電機を含む。噴射器１６００の絶縁体１６３０の一部としての１つ又は複数の圧電デバイス１６３１によって若干より大きいエネルギーが発生させられてもよい。圧電デバイス１６３１は、燃焼室の中に噴射される燃料を点火するスパーク又はプラズマを発生させるために使用することができる。こうした圧電プロセスによるスパーク発生は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，１２２，８１６号で一般に開示されるように、高電流プラズマの放電をトリガするのに使用されてもよい。噴射器１６００の一体の構成要素として、圧電デバイス１６３１は、機械的に応力がかかることになる圧電デバイス１６３１を提供するために絶縁体１６３０の比較的より低弾性率の材料選択物内に保持することによって、燃焼室の中のイベントによってかかる力を受け取るために設置されてもよい。

したがって、圧電デバイス１６３１は、圧力トランスデューサとして及び発電機として働いてもよい。例えば、これは、燃焼室の中の圧縮及び／又は燃焼圧によって圧縮される際に生じる歪みを変換することができ、フローバルブ１６２４と点火機能部１６２８との間の火花ギャップに接続されてもよい電気的にオープン・システムとして最初に働く。ギャップの中で降伏電圧が生じる際に火花ギャップの中でフラッシオーバが生じる。幾つかの作動モードにおいて、フラッシオーバを生じるこうした降伏は、こうした点火のタイミングがギャップを通した燃料の通過と合うように、降伏電圧を減少させる燃料への添加剤によって刺激されてもよい。こうした目的のための燃料への添加剤は、十分に加熱され、イオン化され、及び／又はイオン消失された後に所望の放射エミッションを生じるための前に説明した添加剤からの選択物を含んでもよい。

幾つかの用途において、燃焼によって力がかかる結果として生じる圧電デバイス１６３１からの付加的なエネルギーは、高電圧ケーブル１６３２を通して別のシリンダとして働く別個の噴射器に印加されてもよい。この付加的なエネルギーはまた、圧電又はソレノイド弁オペレータ、アクチュエータ、及び／又はドライバを駆動することのような他の目的のために供給することができる。このような用途において、エネルギーを調節する、保存する、及び切換えるのに適した回路は、以下の参考文献に示されるように、変圧器、コンデンサ、ダイオード、及びスイッチを含んでもよく、パワー発生と共に力及び圧力を測定するための圧電センサデバイスに関するアプリケーション・ガイドは「ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＣｅｒａｍｉｃｓ，ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｗ．Ｗａａｎｄｅｒｓ著、Ｎ．Ｖ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ出版、１９９１年４月、並びにｗｗｗ．ｍｏｒｇａｎｅｌｅｃｔｒｏｃｅｒａｍｉｃｓ．ｃｏｍ／ｐｚｂｏｏｋ．ｈｔｍｌで公開される情報であり、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる。

したがって、図２８で例証される噴射器１６００は、エンジンの各シリンダに、作動の各サイクル中に、１つ又は複数の連続的な燃料噴射イベントにおける燃料送達の適応して最適化されたタイミングを提供する可能性がある。噴射器１６００はまた、ピーク燃焼温度の制御と共に、圧電放電、誘導放電、容量放電、及びプラズマ発射から選択された点火システムの最適化されたタイミング及び適応的な利用を提供することができる。例証される噴射器１６００は、燃料源への適切な接続のみを要求する独立型の適応して最適化された燃料噴射及び点火システムとしてそれを行ってもよい。他の実施形態において、噴射器１６００は、性能を改善するために、双方向の人工知能の適用を含む他の類似の噴射器と呼応して作動してもよい。例証される噴射器１６００はまた、温度及び圧力トランスデューサを検出するため、点火イベントに動力を与えるため、及び／又はマイクロプロセッサ又はコンピュータを作動するために、燃料制御弁又は計装に動力を与えるなどの目的で、電気エネルギーを１つ又は複数の他の噴射器に分配してもよい。

作動時には、本明細書で開示された実施形態の多くの組合せは、事実上あらゆる燃料選択物の効率的な利用を可能にする。例証すると、特に、例えば、図２７Ａを参照して説明される噴射器１５００を含む、本明細書で開示される噴射器によって容易にされる容量放電プロセスに関して開示される発射される迅速な点火及び燃焼プロセスの適用によるきれいな排気の生成を最初に保証することによって低温エンジンを直ちに始動するために、低温エンジンを始動するのに普通は用いることができない低セタンの植物性又は動物性脂肪、留出物、パラフィン、又はワセリンのような大分子量の構成要素を含む可能性がある燃料選択物が、本実施形態と共に用いられてもよい。以下の式７で要約されるように熱化学再生プロセスを駆動して水素を生産するのに十分に温かい冷却液及び／又は排気流体をエンジンが生じた後では、きれいな燃焼を保証するのに必要とされるエネルギーが大いに減少し、点火のためのエネルギー消費を大いに減少させるために図２８の噴射器１６００に含まれる圧電発電機１６３１又は熱電発電機１６２０による点火が使用されてもよい。
ＨｘＣｙ＋ｙＨ₂Ｏ＋熱→ｙＣＯ＋｛ｙ＋０．５（ｘ）｝Ｈ₂ 式７

同様に、式８によって要約されるように、圧電発電機１６３１又は熱電発電機１６２０によって発生した比較的低エネルギーの火花プラズマによる確実な点火を可能にするのに十分な水素を反応生成物中に生じるために、こうした炭化水素の部分酸化が使用されてもよい。
ＨｘＣｙ＋０．５ｙＯ₂→熱＋ｙＣＯ＋０．５（ｘ）Ｈ₂ 式８

式８によって要約されるプロセスによって生じた熱は、式７に示すように吸熱プロセスで使用されてもよい。

図２９は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器１７００の側断面図である。例証される実施形態は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器１７００は、ベース部１７０１とノズル部１７０５との間に延びる中間部１７０３を含む。噴射器１７００はまた、ソレノイドの強磁性磁極としても働き、且つベース部１７０１の環状ゾーン１７１０の中の絶縁された巻線を含む、管取付具１７０４を含む。噴射器１７００はまた、ドライバ１７１４を止めカラー１７１６に対して強制する磁気回路パス１７０８を含む。止めカラー１７１６は、アクチュエータ１７１８に結合され、これはまた、ノズル部１７０５によって支えられるフローバルブ１７３８に結合される。ドライバ１７１４がアクチュエータ１７１８に張力をかける際に、アクチュエータ１７１８はフローバルブ１７３８を閉位置に保持する。本明細書で開示される噴射器の他の実施形態と同様に、例証される噴射器１７００は、噴射器１７００の始動構成要素に適用される適切な空気圧、油圧、圧電、及び／又は電気機械プロセスの１つ又は複数の適用から結果として生じる燃料制御、計量、及び噴射機能のために構成される。従って、噴射器１７１０は、広範囲の種類の燃料の交換可能な利用に合っている。そのうえ、噴射器１７００はまた、比較的平坦なトルク曲線を要求する広いターンダウン比を有するエンジンと共に用いるために構成される。

作動時には、巻線１７１０を通して電流を与えることで、フローバルブ１７３８を閉じる。より詳細には、巻線１７１０の中に電流を与えることで、ドライバ１７１４を磁極片１７０４の方に強制し、これがアクチュエータ１７１８に張力をかける。フローバルブ１７３８は、アクチュエータ１７１８における張力を緩めることによって適応して開くことができる。ドライバ１７１４がアクチュエータ１７１８に張力をかけないときに、バイアス部材１７２２は、ドライバ１７１４を磁極片１７０４から遠ざかる方に付勢することができる。適切なバイアス部材１７２２の例は、リング型の永久磁石又は電磁石ばねの適切な選択物と共に機械ばねを含む。バイアス部材１７２２は、ドライバ１７１４から下流の噴射器１７００の中間部１７０３に位置することができる。ドライバ１７１４が磁極片１７０４の方にバイアスされるときに、ドライバ１７１４が磁極片１７０４から最も遠方の場所にあるときよりもドライバ１７１４を動かすのにより一層低いソレノイド力が必要とされる。

ドライバ１７１４が磁極片１７０４の方にバイアスされるときに、選択された「保持」周波数に従ってパルス電流を生じるためにコイル巻線１７１０の中に電圧を印加することができる。コイル１７１０の中の電流がパルス化される度に、逆起電力（ＣＥＭＦ）が生じる。充電回路１７０５（概略的に示される）は、図示された位置に位置する場合があるコンデンサ１７１２の充電を提供するために、ＣＥＭＦを印加してもよい。この目的に対して種々の回路が適する場合がある。回路１７０５は、噴射器１７００内、噴射器１７００の表面上、又は他の適切な場所に位置する場合があり、参照によりその各々の全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，１２２，８１６号及び第７，３４９，１９３号で開示される原理の適切な用途を提供する１つ又は複数の集積回路を含んでもよい。出力は、アクチュエータ１７１８上の導電ファイバ又は導電コーティング（明快にする目的で図示されない）に及び／又は電気ケーブル１７０７によって接続されてもよい。

燃焼室のオキシダント１７４０の中への燃料噴射イベントがマイクロコントローラ１７０６によって適応して最適化される適切な時点で、コイル１７１０に印加される電圧が中断され、コンデンサ１７１２にＣＥＭＦが印加されてもよく、これは燃料点火要件を最適化するのに適応して適した電流を送達するために切換えられる。上で述べたように、これらの燃料噴射要件は、燃焼室境界面１７３６でトランスデューサによって生じる光学及び圧力情報を含む燃焼室のデータの分析によって、及び／又はこのデータを無線ノード若しくはアクチュエータ１７１８の中に組み入れられてもよい光透過性又は電気伝導性ファイバによって伝送するセンサ１７０９及び／又はコントローラ１７０６によって判定されてもよい。

低温燃料、低温エンジン、加速、温エンジン巡航（ｗａｒｍｅｎｇｉｎｅｃｒｕｉｓｅ）、又はストップ・アンド・ゴー用途では、適応して判定された大きさの十分に高いアンペア数の電流及び電圧を含む、適応して最適化された電流が、フローバルブ１７３８の鋭いリムにおける導電ゾーン及び／又はゾーン１７２５における管１７３８の鋭いリムにおける導電ゾーンの間のイオン化を引き起こすために、上記で説明されたように１つ又は複数の適切な導体を通して送達されてもよい。１つ又は複数の燃料噴射バーストに対するさらなる勢いのために、前に開示したように音響信号が印加されてもよい。したがって、こうした鋭い導体ゾーンの間のゾーンに入る燃料は、燃焼プロセスを非常に迅速に完了するために、イオン化された燃料構成要素が押し進められるイオン化されていない燃料成分と共にオキシダント１７４０の中に吹き込まれる際に、イオン化され及び典型的に音速を超える速度に迅速に加速される。

この新しい技術は、普通は水素よりも７〜１２倍遅い燃焼速度を有する可能性がある、非常に低温で又はゆっくり燃える燃料の選択物が、従来の水素燃焼速度に近づく又はこれを超えることを可能にする。この新しい技術が水素又は水素と炭化水素との混合物に適用される場合には、なお一層速い燃焼完了が起こる。これらの利点は、サイクル周波数限界（Ｎ）を増加させると共にブレーキ平均有効圧力（Ｐ）を改善するために、熱損失及びバックワーク損失を低減することによって提供される作動効率の改善を可能にすることによって、意外に高い特定の電力定格を発生することができる非常に小さいエンジンに適用されてもよい。したがって、以下の式９に示すように、熱機関の作動のためのブレーキ平均有効圧力（Ｐ）及びサイクル周波数（Ｎ）の増加によってパワー生産（ＨＰ）が増加される。
ＨＰ＝ＰＬＡＮ式９
式中、ＨＰは送達されるパワーであり、
Ｌは、ストローク長さであり、
Ａは、ＢＭＥＰ適用領域であり、
Ｎは、サイクル完了周波数（ＲＰＭのような）である。

本明細書で開示される新しい高強度の誘電体材料の実施形態はまた、医療努力をサポートするために純粋及び又は安全な水及び滅菌された機器と共に冷蔵貯蔵及び氷生産を含む緊急援助及び災害救済の目的でのエンジン−発電機−熱交換器の種々の組合せ及び適用によって熱及びパワーを提供するのに長期にわたって貯蔵することができる種々の炭化水素での新しいプロセスを可能にする。低蒸気圧及び又は粘稠燃料物質は、迅速に流れる、及び層状の又は層化された給気燃焼プロセスを迅速に完了する高い表面対体積比をもつ燃料噴射バーストを生じるのに十分な蒸気圧及び減少された粘度を発生させるために加熱されてもよい。例証すると、パラフィンの大きいブロック、圧縮されたセルロース、安定化された動物性又は植物性脂肪、タール、ポリエチレンを含む種々のポリマー、蒸留残滓、規格外ディーゼル油、並びに他の長鎖炭化水素アルカン、芳香族、及びシクロアルカンが、災害対策に適した領域に貯蔵されてもよい。長期貯蔵の利点を与えるこれらの例証となる燃料の選択物は、従来の燃料気化又は噴射システムによって使用することはできない。しかしながら、本実施形態は、熱交換器３４３６、３４２６（図１４）の熱機関からの高温冷却液又は排気流を利用するための措置を含む、噴射し及びプラズマ発射点火した後で非常に速く燃焼を完了するための本明細書で開示される噴射器による直接噴射を提供するために、加熱されて、例えばおよそ１５０〜４２５℃（３００〜８００°Ｆ）の間の適切な温度を生じることになる、こうした燃料を提供する。

作動時には、こうした予熱され加熱された液体燃料は、蒸気圧を局所的に減少させ、したがって本明細書で開示される噴射器の実施形態によって要求される力を減少させて、こうした燃料を収容し、したがって望ましくない時点でのドリブリングを防ぐ目的で、周囲空気への熱交換によって、又は熱交換器デバイスを通過する冷却液によって幾らか冷却されてもよい。閉じ込めのさらなる保証は、本明細書で開示される逆止め弁のような１つよりも多い弁を提供することによって使用される特定の燃料に応じて必要に応じて達成されてもよい。

しかしながら、非常に小さいエンジン及び台頭しつつある高速ディーゼルエンジン設計は、燃焼室に入れるために一体化された燃料噴射器／点火器に対して利用可能なスペースが非常に小さいため、難しい問題をもたらす。最適化されたプロセス作動は、特に、燃焼室境界面に延びる噴射器ノズル部１７０５の直径を制限する非常に小さいアクセスポートを有するエンジンに対して可能にされてもよい。ヒート・ダム又は保護部１７２８は、ノズル部１７０５での金属ジャケットによる補強なしに延びることを要求される高い機械的強度、疲労強度、及び絶縁耐力を提供することができる。絶縁体１７３０を取り囲むノズル部１７０５の近傍のエンジンの金属合金による電気伝導は、導電ゾーン１７３４を通して続いてもよく、これは、適切な金属めっき、ノズル部１７３０の端上にろう付けされる金属合金チップ、又は定位置にかしめられ、したがって図示のように管状絶縁体１７３０に取り付けられるメタルフォームからなってもよい。これらの方法の各々は、開発中の新しいエンジン設計を含む種々のエンジンのスペース要件を満たす用途を有してもよい。

図２９で例証されるように及び本開示の他の実施形態を参照すると、スペース節約機能部及び高速作動能力を使用する噴射器の実施形態は、燃焼室へのエンジンポートのリップに押しつけられるように組立体を保護部１７２７でしっかりと係止する軸方向のクランプ又は枝分かれ重ね板ばね（ｆｏｒｋｅｄｌｅａｆｓｐｒｉｎｇ）（図示せず）を含む種々の適切な配置によって定位置に保持されてもよい。したがって、保護機能部１７２７は、ヒート・ダムとして働いてもよく、さらに、組立体をしっかりと定位置に保持するのに便利な機能部を提供する。例えば、圧縮可能な又はエラストマーの環状シール又は円錐形にテーパした圧縮シールを含む、燃焼室への種々の適切なシールが使用されてもよい。

本開示に係る１つよりも多い噴射器が、超大型エンジンの燃焼室の中の燃料噴射及び／又は点火のために使用されることになる場合、及びこうした噴射器を比較的小さい入口ポートを必要とする戦略的な場所に配置することが望ましい場合、噴射器の燃料フローバルブは、図３０Ａに示すように構成することができる。より詳細には、図３０Ａは、本開示の別の実施形態に従って構成される流量制御弁１８５０を例証する噴射器の断面部分側面図である。一実施形態において、例証されるフローバルブ１８５０は、図２９を参照して上記で説明された噴射器１７００と共に、及び／又は本明細書で説明される噴射器の他の実施形態と共に用いることができる。図３０Ａに示すように、燃料制御弁１８５０のより大直径の部分は、ケーブル組立体又はアクチュエータ１８１８によって弁座１８５２に接触して閉じた状態に保たれてもよい。アクチュエータ１８１８は、弁１８５０に取り付ける（例えば、結合する（ｂｏｎｄｅｄ）、圧着する（ｃｒｉｍｐｅｄ）など）ことができる。適切なドライバ（例えば、図２９で例証されるドライバ１７１４のような圧電又は電磁気ドライバ）は、弁１８５０を動かすためにアクチュエータ１８１８に張力をかける及び弛緩させることができる。そのうえ、弁１８５０は、ケージの内径内での一方向移動にガイドされ又は制限されてもよい。例えば、電極材料は、弁１８５０をガイドすることができる。他の実施形態において、弁１８５０はまた、弁１８５０に対する位置合わせを提供するためにガイドピン１８５６に沿って動くことができる。

燃料制御弁１８５０は、例えば、赤外放射、可視放射、及び紫外放射、並びに燃焼室の中の圧力及び動きイベントを監視するためのフッ化物ガラス組成物、石英、サファイア、又はこうした材料の種々の複合材を含むポリマー組成物のような光学窓材料を含む、任意の適切な材料で作製されてもよい。燃料制御弁１８５０はまた、レンズ及びガイドピン１８５０によって受け取られる場合がある放射の所望の閉じ込めを生じるために、種々の材料でめっきし又は処理することができる。例えば、弁１８５０は、関心ある或る放射周波数を送達する及び又はフィルタするために、例えば、適切に保護されたサファイア、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、又はこうした材料の複合材を含むＺＢＬＡＮフッ化物ガラスを含む材料で被覆されてもよい。

作動時には、ケーブル又はアクチュエータ１８１８上の張力は、燃料が弁１８５０を通過して流れてフル定常流、噴射される燃料の１つ又は複数のバースト、又は適切な音響信号による勢いを受ける燃料噴射を生じるように、所望の値に低減され又は弛緩される。燃料圧によって及び／又は課される場合がある他の力によって弁１８５０を外向きに動かすことは、燃焼室のサイクルにつき１つ又は複数の燃料噴射を提供する。例証される実施形態はまた、永久磁石及び又は電磁石を含んでいてもよい弁座１８５２を含む。弁１８５０は、弁座１８５２に面する複数のチャネル又は通路コンタクト部１８５４を含む。弁１８５０のコンタクト部１８５４は、燃料噴射バーストのバースト周波数及び特徴の所望の変化を生じるために、強磁性であってもよく、又は弁座１８５２の中の永久磁石の磁極、又は弁座１８５２の中の電磁石の作動によって生じる磁極の選択物によって反発される場合がある永久磁石からなってもよい。

特定の実施形態において、燃焼室の特性及び状態は、フローバルブ１８５０及び／又はガイドピン１８５６によって支えられるセンサによって検出し及び通信することができる。ガイドピン１８５６からの光信号、電気信号、及び／又は磁気信号は、屈曲するサブケーブル１８５５を通して、又は適切なトランスデューサ及び又は無線ノードへの通信に必要とされる場合のスペースを満たす気体、液体、ゲル、又はエラストマー材料のような透過型媒体を通して、アクチュエータ１８１８の中の対応する通信体又はファイバに伝送することができる。これは、燃焼室の中のイベントの所望の監視及び特徴付けを提供するために、フライ・アイ又は他の別のタイプの適切なレンズ１８５３がガイドピン１８５６によって支えられることを可能にする。情報は、したがって、窓材料又は通信ケーブル１８５５を通した伝送を含む、光学ピン組立体１５６を通して伝送することができる。この情報はまた、ノズル部によって支えられる第１の点火及び流量調整装置又はカバー１８８０のスロット１８５８又は開口部１８５８を通して弁１８５０の中の通信体１８５５で受信することができる。図３０Ｂは、第１のカバー１８８０ａを例証する正面図であり、これは、燃料が外向きに流れることを可能にすると共に、燃焼室の状態及び特性への露出を提供するように構成されるスロット１８５８及び開口部１８５７に対応する。アクチュエータ１８１８の中の適切なトランスデューサ、無線通信ノード、及び／又は適切な光又は電気伝導サブケーブルは、この情報を適応的な燃料噴射及び点火タイミング作動のために噴射器上に位置決めされるコントローラに通信することができる。

図３０Ｃは、本開示の実施形態に従って構成される第２の点火及び燃料流量調整装置の正面図である。第２のカバー１８８０ｂは、ガイドピン１８５６へのアクセスを提供するために開口部１８５７を含む。第２のカバー１８８０ｂはスロット１８５９をさらに含む。図３０Ｂ及び図３０Ｃのカバー１８８０ａ及び１８８０ｂを共に参照すると、これらのカバーはまた、点火イベントのために用いることができる。例えば、点火は、イオン化された空気又はイオン化された燃料−空気混合気、又はイオン化された燃料をスロット１８５８、１８５９から、並びにエンジンヘッドのアクセスポートのリップ１８６０と対応するカバーの鋭いリム１８５７（図３０Ｂ）又は鋭いリム１８６４（図３０Ｃ）との間である環状ゾーン１８６２から押し進める（ｔｈｒｕｓｔ）、熱面、触媒刺激、スパーク、プラズマ、又は高いピークエネルギーの容量放電プラズマのための配置から選択されてもよい。

図３１は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器１９６０の側断面図である。噴射器１９６０は、幾つかのスペース節約機能部を含む。例えば、噴射器１９６０は、噴射器１９６０のノズル部によって支えられるフローバルブ１９５０に結合されるケーブル又はアクチュエータ１９６８を含む。噴射器１９６０はまた、ケーブル１９６８を動かしてフローバルブ１９５０を始動するように構成される始動組立体１９６８を含む。より詳細には、始動組立体１９５９はまた、ケーブル１９６８を変位させるように構成されるアクチュエータ１９６２（第１のアクチュエータ１９６２ａ〜第３のアクチュエータ１９６２ｃとして個々に識別される）を含む。３つのアクチュエータ１９６２が図３１で例証されるが、他の実施形態において、噴射器１９６０は、単一のアクチュエータ１９６２、２つのアクチュエータ１９６２、又は３つよりも多いアクチュエータ１９６２を含むことができる。アクチュエータ１９６２は、圧電構成要素、電気機械式構成要素、空気圧構成要素、油圧構成要素、又は他の適切な力発生構成要素とすることができる。

始動組立体１９５９はまた、ケーブル１９６８のプッシュ、プル、及び／又はプッシュ及びプル変位を提供するために対応するアクチュエータ１９６２に及びケーブル１９６８に作動関係で結合されるコネクタ１９５８（第１のコネクタ１９５８ａ及び第２のコネクタ１９５８ｂとして個々に識別される）を含む。ケーブル１９６８は、噴射器１９６０に沿って軸方向にコネクタ１９５８の間で自由にスライドすることができる。始動組立体１９５９の別の機能部によれば、ケーブル１９６８の第１の端部は、噴射器１９６０のベース部１９０１で第１のガイド・ベアリング１９７６を通過することができる。ケーブル１９６８の第１の端部はまた、燃焼データをコントローラ１９７８に中継してコントローラが燃料噴射及び点火プロセスを適応して制御し及び最適化することを可能にするために、コントローラ１９７８に作動関係で結合される。ケーブル１９６８の第２の端部は、ケーブル１９６８をフローバルブ１９５０と位置合わせするために噴射器１９６０のノズル部１９０２でガイド・ベアリング１９７０を通して延びる。

作動時には、アクチュエータ１９６２は、フローバルブ１９５０の所望の度合いの動きをもたらすために、ケーブル１９６８を変位させて、ケーブル２６８Ｂに張力をかける又は弛緩させる。より詳細には、アクチュエータ１９６２は、コネクタにケーブル１９６８を噴射器１９６０の縦軸と概して垂直な方向に変位させる。

燃料、空気、又は燃料−空気混合気をイオン化することによって燃焼室境界面でプラズマの比較的大きい電流バーストを送達することが望ましい場合に、噴射器１９６０はまた、ノズル部１９０２にコンデンサ１９７４を含むことができる。コンデンサ１９７４は、適切な金属選択物、又は表１からの選択物のような適切な絶縁体によって分離されるグラフェン層、並びに表２からの選択物のような任意の調製物によって提供されてもよい多くの導電性層を含むように、円筒形であってもよい。コンデンサ１９７４は、適切な電源に結合することができる第１の絶縁されたケーブル１９８０を通した比較的小さい電流で充電されてもよい。コンデンサ１９７４はまた、その後、コンデンサ１９７４から伝導管又はめっき１９８４に延びるより大きい第２のケーブル１９８２を通して比較的高電流でより一層迅速に放電されてもよい。めっき１９８４は、上記で説明されたように点火特性及び伝播のための所望の鋭い縁部を含むことができる。

図３２は、フローバルブ２０５０の始動を迅速且つ正確に制御するための、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器２０６０の側断面図である。例証される噴射器２０６０は、本明細書で開示される他の噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。図３２に示すように、噴射器２０６０は、フローバルブ２０５０に結合されるアクチュエータ又はケーブル２０６８を含む。噴射器２０６０はまた、ケーブル２０６８を噴射器２０６０に沿って軸方向に（例えば、第１の矢印２０６７の方向に）動かすための異なる始動組立体２０７０（第１の始動組立体２０７０ａ及び第２の始動組立体２０７０ｂとして個々に識別される）を含む。

第１の始動組立体２０７０ａ（概略的に示される）は、ケーブル２０６８と接触する力発生部材２０７１を含む。力発生部材２０７１は、圧電構成要素、電気機械式構成要素、空気圧構成要素、油圧構成要素、又は他の適切な力発生構成要素とすることができる。力発生部材２０７１が通電され又は他の方法で始動されるときに、力発生部材２０７１は、噴射器２０６０の縦軸と概して垂直な方向に（例えば、第２の矢印２０６５の方向に）動く。したがって、力発生部材２０７１は、ケーブル２０６８の少なくとも一部を変位させてケーブル２０６８に張力をかける。力発生部材２０７１がもはや通電されない又は始動されないときに、ケーブル２０６８はもはや張力がかかっていない。したがって、第１の始動組立体２０７０ａは、フローバルブ２０５０から非常に迅速且つ正確に燃料噴射バースト２００３を提供することができる。

第２の始動組立体２０７０ｂ（概略的に示される）は、ケーブル２０６８を噴射器２０６０内で軸方向に動かすためのラックアンドピニオン型の構成を含む。より詳細には、第２の始動組立体２０７０ｂは、ケーブル２０６８に結合されるラック又はスリーブ２０７２を含む。対応するピニオン又はギア２０７４は、スリーブ２０７２と係合する。作動時には、第２の始動組立体２０７０ｂは、ギア２０７４の回転運動をスリーブ２０７２、その結果、ケーブルの直線運動に移す。従って、第２の始動組立体２０７０ｂはまた、フローバルブ２０５０から放出される非常に迅速且つ正確な燃料噴射バースト２００３を提供することができる。

図３３Ａは、本開示の別の実施形態に従って構成される外方に開くフローバルブ２１５０の側断面図であり、図３３Ｂはその左側の図である。図３４Ａは、本開示の実施形態に従って構成される弁座２２７０の側断面図であり、図３４Ｂはその左側の図であり、図３４Ｃはその右側の図である。図３３Ａ〜図３４Ｃを共に参照すると、フローバルブ２１５０は、燃焼室の境界面での燃料の流れを制御するために構成され、弁座２２７０は、バルブ２１５０を噴射器内に位置合わせするように構成される。例証された実施形態において、バルブ２１５０は、フランジ付きの第２の端部２１５２とは反対側の細長い第１の端部２１５３を含む。第１の端部２１５３は、上記で詳細に説明したようにケーブル又はアクチュエータに結合することができるキャビティ２１５６を含む。第２の端部２１５２は、第１の接触面２１５４を含む。

弁座２２７０は、第２の端部２２７１とは反対側の第１の端部２２７３を含む。第１の端部２２７３は、燃料及び／又は計器が弁座２２７０を通過することを可能にするように構成された複数のチャネル又は通路２２７６を含む。チャネルは、弁座２２７０の第２の端部の単一の通路又はボア２２７２に組み合わされる。第２の端部２２７１はまた、第２の接触面２２７４を含む。弁座２２７０は、第１の端部２１５３を少なくとも部分的に受け入れるように構成される。より具体的には、中央チャネル又は通路２２７６は、バルブ２１５０の第１の端部２１５３を受け入れることができる。バルブ２２５０が弁座２２７０の閉位置に着座されるとき、バルブ２２７０の第１の接触面２１５４がバルブ２２７０の第２の接触面２２７４と接触し又は係合して、それらの間に燃料が流れるのを防ぐ。或る実施形態において、バルブ２１５０及び／又は弁座２２７０の表面は、これらの表面を通過して流れる燃料に影響を及ぼすように構成することができる。例えば、これらの構成要素は、上記で説明したように燃料の突然のガス化を誘起する鋭い縁部を含むことができる。さらに、これらの構成要素は、例えば、噴射される燃料のスワールする動きを誘起するために、螺旋形の溝のような燃料の流れに影響を及ぼす溝又はパターンを備えた表面を有することができる。図３４Ａ〜図３４Ｃで例証される実施形態は、フローバルブ及び対応する弁座２２７０の１つの構成を示すが、他の弁及び弁座は他の構成及び機能部を含むことができることが当業者には分かるであろう。

図３５Ａは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器２３００の断面側面図である。噴射器２３００は、上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器２３００は、ベース部２３０２とノズル部２３０６との間に延びる中間部２３０４を含む。ノズル部２３０６は、エンジンヘッド２３０３を通して燃焼室２３０１に延びる。噴射器２３００はまた、誘電絶縁体２３４０を含む。

例証される実施形態の１つの特徴によれば、誘電絶縁体２３４０は、異なる絶縁耐力をもつ２つ又はそれ以上の部分を含む。例えば、絶縁体２３４０は、噴射器２３００の中間部２３０４に概して位置決めされる第１の誘電体部２３４２と、噴射器２３００のノズル部２３０６における第２の誘電体部２３４４とを含むことができる。特定の実施形態において、第２の誘電体部２３４４は、燃焼室２３０１の近傍のノズル部２３０６の厳しい燃焼条件（例えば、圧力、熱的及び機械的ショック、ファウリングなど）に耐え、且つ絶縁体２３４０の劣化を防ぐ目的で、第１の誘電体部２３４２よりも高い絶縁耐力を有するように構成することができる。幾つかの実施形態において、これらの誘電体部は、異なる材料で作製することができる。他の実施形態において、しかしながら、第２の誘電体部２３４４は、第１の誘電体部２３４２と同じ材料から作製することができるが、しかしながら、第２の誘電体部２３４４は、第２の誘電体部２３４４の絶縁耐力を増加させるために（例えば、上記で解説されるように外面に圧縮荷重がかかっている状態で）シールする又は他の方法で処理することができる。第１の誘電体部２３４２及び第２の誘電体部２３４４は、例えば、表１に挙げられた材料を含む、上記で説明された誘電体材料及び／又はプロセスのいずれかから作製することができる。

例証される実施形態の別の態様によれば、第２の誘電体部２３４４は、ノズル部２３０６に沿ってはるばる燃焼室２３０１との境界面まで延びない。したがって、ノズル部２３０６は、エンジンブロック２３０３と噴射器２３００の導電部２３３８との間に空隙２３７０を含み、これは点火のためにノズル部２３０６に電圧を送達する。ノズル部２３０６におけるこのギャップ２３７０は、ノズル部２３０６からプラズマを生じる容量放電のためのスペースを提供する。こうした放電はまた、第２の誘電体部２３４４上に汚染物質（例えば、石油）が堆積しないようにする又は少なくとも部分的に防ぐことができ、これにより、絶縁体２３４０のトラッキング又は他のタイプの劣化を回避する。

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、噴射器２３００は、噴射器２３００のベース部２３０２に第２の逆止め弁２３３０及び逆止め弁座２３３２をさらに含むことができる。特定の実施形態において、逆止め弁２３３０と逆止め弁座２３３２は、互いに引き付けられる磁気部（例えば、永久磁石）を含むことができる。作動時には、逆止め弁２３３０にかかる力（例えば、逆止め弁座２３３２の引力を克服する電磁気又は他の適切な力）が、逆止め弁２３３０を逆止め弁座２３３２から遠ざかる方に動かして、燃料が噴射器２３００を通して流れることを可能にする。逆止め弁２３３０は、逆止め弁２３３０に力がかからない限り閉位置にあるままなので、電力損失が起こる場合、逆止め弁２３３０は、燃料が噴射器２３３０の中に流れる又は漏れるのを防ぐことができる。

図３５Ｂは、図３５Ａで例証される噴射器２３００のノズル部２３０６におけるフローバルブ２３５０の実施形態を例証する正面図である。図３５Ｂに示すように、弁２３５０は、燃料の流れを可能にし、及び／又はそれにより影響を及ぼすために、複数のスロット２３５８及び／又は開口部２３５７を含むことができる。これらのスロット２３５８及び開口部２３５７はまた、噴射器２３００が弁２３５０を通して燃焼室の特性及び状態を感知できるようにすることができる。そのうえ、弁２３５０は、燃焼室の特性及び状態の監視を可能にするために、少なくとも部分的に石英又はサファイアのような透明な材料から作製することができる。

図３６Ａは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器２４００のノズル部２４０２の断面部分側面図である。例証される実施形態において、噴射器２４００は、ケーブル又はアクチュエータ２４４０を第１のフローバルブ２４５０に結合するコネクタ２４４２を含む。第１のバルブ２４５０は、第１のバルブが閉位置にあるときに弁座２４５２に接触してとどまる、内向きに開くフローバルブである。ノズル部２４０２はまた、第２のバルブ２４６０が閉位置にあるときに弁座２４５２に接触してとどまる第２の逆止め弁２４６０を含む。従って、ノズル部は、閉じた第１の弁２４５０と第２の弁２４６０との間の中間体積２４５６を含む。ノズル部２４０２はまた、点火及び流量調整装置又はカバー２４７０を含む。特定の実施形態において、ノズル部２４０２はまた、燃料の噴射に対する弁作動（ｖａｌｖｉｎｇ）を制御するように構成される１つ又は複数のバイアス構成要素を含むことができる。これらのバイアス構成要素は、例えば、機械ばねのようなばね及び／又は永久磁石を含む磁石を含むことができる。より詳細には、第１のバルブは第１の磁気部２４５１を含むことができ、第２のバルブ２４６０は第２の磁気部２４６３を含むことができ、この各々は、弁座２４５２の対応する第３の磁気部２４５４の方に引き付けられ又はバイアスされる。そのうえ、カバー２４７０はまた、第４の磁気部２４７２を含むことができるが、しかしながら、第４の磁気部２４７２は、弁座２４６０とは反対側であるか、又はそうでなければ弁座２４６０から遠ざかる方にバイアスされる。例えば、弁座２４６０は、カバー２４７０の第４の磁気部２４７２から遠ざかる方にバイアスされる第５の磁気部２４６２を含むことができる。したがって、これらのバイアス部は、弁をそれらの閉位置に保持する一助とすることができる。これらのバイアス部は、これらの弁をそれらの閉位置により迅速に戻す回復力を少なくとも部分的に提供することによって、弁作動をさらに強化することができる。例証されるノズル部の構成要素（例えば、アクチュエータ２４４０、第１のバルブ２４５０、弁座２４５２、第２のバルブ２４６０、及び／又はカバー２４７０）は、燃焼室の状態及び／又は特性を監視し及び通信するための種々のセンサ及び／又は計装を含むことができる。

作動時には、矢印２４３９で示される方向にアクチュエータ２４４０を動かすことで、第１のバルブ２４５０が動いて弁座２４５２から離れ、第１のバルブ２４５０が開く。第１のバルブ２４５０の開放は、燃料が第１の燃料経路２４４４ａに沿って流れて中間体積２４５６に入ることを可能にする。燃料が中間体積２４５６に入る際に、燃料の圧力が第２の逆止め弁２４６０を開き、それゆえ燃料が第２の燃料経路２４４４ｂに沿って中間体積２４５６を出ることができるようになる。その後、燃料は、燃焼室に噴射されるようにカバー２４７０を通過して流れることができる。アクチュエータ２４４０がその元の位置に戻るときに、第１のバルブ２４５０が再び弁座２４５２と接触して閉じて燃料の流れを止める。中間体積２４５６の中の圧力が低下する際に、第２のバルブ２４６０が再び弁座２４５２と接触して閉じて、これによりノズル部２４０２からのあらゆる燃料のドリブルを防ぐ。したがって、アクチュエータ２４４０の迅速な始動は、ノズル部２４０２からの正確な燃料バーストを可能にする。

図３６Ｂは、本開示の実施形態に従って構成される点火及び流量調整装置又はカバー２４７０を例証する図３６Ａの噴射器の正面図である。例証されるカバー２４７０は、上記で詳細に説明されるように、燃料の流れと燃焼室の監視のためのスロット２４７４を含む。そのうえ、カバー２４７４は、エンジンヘッドでの点火を容易にするために複数の周方向に間隔をおいて配置された点火部２４７６を含むことができる。

図３７は、本開示の別の実施形態に従って構成されるシステム２５００の略側断面図である。例証される実施形態において、システム２５００は、一体化された燃料噴射器／点火器２５０２（例えば、本開示の実施形態のいずれかに係る噴射器）と、燃焼室２５０６と、１つ又は複数のスロットルを絞られない（ｕｎｔｈｒｏｔｔｌｅｄ）空気フローバルブ２５１０（第１のバルブ２５１０ａ及び第２のバルブ２５１０ｂとして個々に識別される）と、エネルギー伝達装置、すなわちピストン２５０４とを含む。上記で詳細に説明されるように、噴射器２５０２は、燃焼室２５０６の中に燃料２５２０の層化された又は層状給気を噴射するように構成される。例証される実施形態の一態様によれば、システム２５００は、例えば空気のような豊富な又は過剰量のオキシダント２５３０中で燃料２５２０を噴射し及び点火するように構成される。より詳細には、システム２５００は、燃焼イベントに先立って弁２５１０が燃焼室２５０６における周囲圧力又は正圧を維持するように構成される。例えば、システム２５００は、燃料２５２０を点火するのに先立って燃焼室２５０６に真空が生じないように燃焼室への空気の流れにスロットルをかける又は他の方法で妨げることなく作動することができる。燃焼室２５０６における周囲圧力又は正圧に起因して、過剰オキシダントが、燃焼室（例えば、シリンダ壁、ピストン、エンジンヘッドなど）の表面に隣接する絶縁性障壁２５３０を形成する。

作動時には、噴射器２５０２は、過剰オキシダントが存在する状態で燃焼室２５０６の中に層化された又は層状燃料２５２０を噴射する。特定の実施形態において、ピストン２５０４が上死点位置にある又はこれを越えるときに噴射が起こることがある。しかしながら、他の実施形態において、噴射器２５０２は、ピストン２５０４が上死点に到達する前に燃料２５２０を噴射することがある。噴射器２５０２は、（例えば、燃料の突然のガス化、プラズマ発射される燃料、過冷却などを伴う、点火イベントの間で急速な複数の層化されたバーストを噴射することによって）上記で説明されたように層化された給気２５２０を適応して噴射するように構成されるので、燃料２５２０は、オキシダントの絶縁性障壁２５３０が存在する状態で迅速に点火し及び完全に燃焼するように構成される。従って、絶縁性障壁２５３０は、燃料２５２０が点火するときに燃料２５２０から与えられる熱から燃焼室２５０６の壁を遮蔽し、これにより、燃焼室２５０６の壁の熱損失を回避する。結果として、燃料２５２０の急速燃焼によって放出される熱が、燃焼室表面に損失として伝達されるのではなく、ピストン２５０４を駆動させる仕事に変換される。そのうえ、ピストン２５０４が上死点を越えた後で噴射器２５０２が燃料を噴射する及び／又は点火する実施形態では、ピストンが既に上死点にある又はこれを越えているため、バックワークに起因する如何なる損失もなしに、燃料２５２０の急速燃焼によって放出されるエネルギーのすべてが、ピストン２５０４を駆動させる仕事に変換される。他の実施形態において、しかしながら、噴射器２５２０は、ピストン２５０４が上死点にくる前に燃料を噴射することがある。

図３８Ａは、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器３８００の側断面図である。噴射器３８００は、図１〜図３７を参照して上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器３８００は、第２の又はノズル部３８０２とは反対側の第１の又はベース部３８０４を含む。噴射器３８００はまた、ベース部３８０２とノズル部３８０４との間に延びるスリーブ又は本体３８０８を含む。本体３８０８は、噴射器３８００を通して長手方向に延びる誘電体部又は誘電本体絶縁体３８１０を取り囲む。本体絶縁体３８１０の材料及び／又は形成に関するさらなる詳細が以下で詳細に説明される。本体絶縁体３８１０は、長手方向にそれを通して中央に延びる導体開口部３８１２を含む。導体開口部３８１２は、電極又は導電体３８１４が噴射器３８００を通してノズル部３８０４からベース部３８０２に延びることを可能にするように構成される。例えば、導体３８１４は、ノズル部３８０４のノズル先端における１つ又は複数の電極又は点火機能部３８１６に点火エネルギーを提供するために、電圧源のようなエネルギー源に結合することができる。導体３８１４はまた、その中で長手方向に延びる１つ又は複数の光監視ファイバ又は機能部３８１８を含むことができる。光監視機能部３８１８は、燃焼室の特性を検出し又は他の方法で感知し、これらの特性に関係するデータをコントローラ又はプロセッサに伝送するように構成される。

ベース部３８０２はまた、導体３８１４を介してベース部３８０２に供給される高電圧を収容するように構成される誘電ベース部絶縁体３８０７を含む。例えば、ベース部絶縁体３８０７は、導体３８１４を受け入れるベース部３８０２の中でレシーバ３８０９を誘電的に絶縁することができる。ベース部絶縁体３８０７は、タップかけ、ろう付け、はんだ付けすること、又はエポキシのような接着剤を塗布すること、若しくは任意の他の適切なシール方法又は化合物によって、強磁性力発生器のハウジング又はケーシング３８２０に対してさらにシールすることができる。力発生器ケーシング３８２０へのベース部絶縁体３８０７の生産ラインろう付け又ははんだ付けが接触ゾーン３８１３で望まれる場合、３８１３の接触ゾーンは、マスクされるか又はそうでなければ酸化銅及び／又は酸化銀の局部的な水素還元によって金属化されてもよい。代替的に、接触ゾーン３８１３のゾーンは、例えば、スパッタリング又は蒸着を含む他の適切な技術によってめっきされてもよい。

例証される実施形態のさらなる特徴によれば、ベース部３８０２は、力発生器ケーシング３８２０内に位置決めされる力発生器３８０６（例えば、適切な空気圧、油圧、電磁ソレノイド、圧電構成要素など）を含む。ケーシング３８２０は、燃料源からケーシング３８２０の中に燃料を受け入れるために燃料継手３８２６に接続される燃料入口３８２２を含む。ケーシング３８２０はまた、燃料が図３８Ｂに詳細に示される弁組立体３８２８を介してケーシング３８２０を出ることを可能にする、燃料出口３８２４を含む。

より詳細には、図３８Ｂは、噴射器３８００の弁組立体３８２８の拡大詳細図である。図３８Ａ及び図３８Ｂを共に参照すると、力発生器の燃料出口３８２４は、燃料が力発生器ケーシング３８２０から弁キャビティ３８３０の中に通過することを可能にする。弁キャビティ３８３０は、力発生器３８０６から誘起された力に応答して移動可能な強磁性弁のようなフローバルブ３８３２を包含する。弁３８３２はまた、弁３８３２を通して延びる１つ又は複数の弁燃料通路３８３４を含む。弁燃料通路３８３４は、燃料が弁３８３２を通して流れて燃料出口通路３８３６を介して弁キャビティ３８３０を出ることを可能にするように構成される。例証される実施形態において、弁燃料通路３８３４は、噴射器３８００の縦軸に関する燃料出口通路の傾斜角と少なくともほぼ等しい噴射器３８００の縦軸に対する傾斜角で弁３８３２を通して延びる。他の実施形態において、しかしながら、弁燃料通路３８３４と燃料出口通路３８３６は、縦軸に対する他の角度で延びることができる。燃料出口通路３８３６は、本体３８０８と絶縁体３８１０との間で絶縁体３８１０に沿って長手方向に延びる１つ又は複数の絶縁燃料流路３８４０にさらに結合される。絶縁燃料チャネル３８４０のさらなる機能部が以下で詳細に説明される。

例証される実施形態の別の特徴によれば、弁組立体３８２８はまた、弁３８３２を第１の又は閉位置に引き付ける又は他の方法でバイアスする引き付け要素３８３８（例えば、磁石、永久磁石など）を含む。弁組立体３８３２はまた、弁３８３２を閉位置の方に付勢するバイアス部材３８３９（例えば、図３８Ｂに概略的に示されるばね、コイル状にされた圧縮ばねなど）を随意的に含むことができる。

弁組立体３８２８の作動中に、力発生器３８０６は、力を迅速に且つ繰返し発生させて弁３８３２を閉位置と第２の又は開位置との間で動かす。例証される実施形態において、例えば、弁３８３２は、燃料が燃料出口通路３８３６を介して燃料キャビティ３８３０を出るのを弁３８３２が防ぐように閉位置に示される。弁３８３２がベース部３８０２の方に動くことによって開く際に、燃料キャビティ３８３０の中の燃料は、弁３８３２の周りを進む又は弁燃料通路３８３４を介して弁３８３２を通過することができる。弁燃料通路３８３４を通過した後で、燃料は、絶縁燃料チャネル３８４０を介してノズル部３８０４に伝送されるように、燃料出口通路３８３６を介して燃料キャビティ３８３０を出ることができる。

ベース部３８０２で弁３８３２を作動させるためのソレノイド力発生器３８０６組立体が用いられる用途では（例えば、圧電、空気圧、油圧、又は機械的リンクではなく）、ソレノイド力発生器３８０６は、絶縁された巻線に２４〜２４０ＶのＤＣを印加することによって、強磁性弁３８３２の極めて速い作動を誘起することができる。これは、力発生器３８０６を通して流れる燃料への熱伝達の結果として力発生器３８０６の構成要素の冷却を可能にするために、作動モードに応じて約３％〜２１％のデューティサイクルで短時間で並外れて高い電流及び弁作動力を発達させる目的で働く。

図３８Ａを再び参照すると、絶縁燃料チャネル３８４０は、絶縁体３８１０の外面に沿って噴射器３８００を通して長手方向に延びる。したがって、絶縁燃料チャネルは、絶縁体３８１０と本体３８０８との間の噴射器３８００を通した燃料の流れを容易にする。噴射器３８００はまた、ノズル部３８０４における変形可能な又はエラストマー・スリーブ弁３８４２を含む。より詳細には、スリーブ弁３８４２は、絶縁体３８１０と本体３８０８との間に位置決めされるように絶縁体３８１０上に同軸方向に配置される。ノズル部３８０４において、本体３８０８は、燃焼室ポートの中のシール３８４４（例えば、Ｏリング又は類似のシール）まで延びるように構成される。スリーブ弁３８４２は、しかしながら、シール３８４４を越えて燃焼室の方に延びる。以下で詳細に説明されるように、エラストマー・スリーブ弁３８４２は、噴射器３８００の中の十分な油圧又は圧力勾配に応答して燃料がノズル部３８０４を出ることを可能にする、変形可能な細長い弁として作用する。例えば、絶縁燃料チャネル３８４０は、絶縁燃料チャネル３８４０がノズル部３８０４に近づくにつれて、絶縁体３８１０に沿ってテーパする又は他の方法で小さくなる。絶縁燃料チャネル３８４０は、したがって、燃料をノズル部３８０４に送達するが、しかしながら、スリーブ弁３８４２は、弁組立体３８２８がスリーブ弁３８４２から上流に十分な圧力勾配をもたらして、スリーブ弁３８４２を少なくとも部分的に変形し、燃料を噴射するために絶縁体３８１０の周りに環状開口部をもたらすまで、絶縁体３８１０と接触してシールして燃料噴射を防ぐ。従って、噴射器３８００、並びに本明細書で説明される幾つかの他の噴射器は、１つよりも多い燃料流量制御を有する利点を提供する。例証される実施形態において、例えば、弁組立体３８２８は、始動される力に応答する第１の又は一次燃料流量制御を提供し、スリーブ弁３８４２は、噴射器３８００内の燃料圧（例えば、油圧により）に応答する二次流量制御を提供する。

特定の実施形態において、スリーブ弁３８４２は、ポリアミド−イミド（Ｔｏｒｌｏｎ）、又はＫａｐｔｏｎとの熱硬化性複合材、ガラス繊維、及び／又はグラファイト強化材のような適切な高強度ポリマーから作製することができる。他の実施形態において、スリーブ弁３８４２は、金属製とすることができ、且つアルミニウム、チタン、合金鋼、又は他の適切な金属材料から作製することができる。そのうえ、ポートシール３８４４は、燃焼室の中で生じたガスに対して及び／又はエンジン潤滑剤に対してノズル部３８０４で本体３８０８をシールするために、ＦＫＭ、Ｖｉｔｏｎ、又はフッ化ケイ素エラストマーのようなエラストマー材料で作製することができる。

図３８Ｃ〜図３８Ｅは、絶縁体３８１０に沿った種々の場所での噴射器３８００の一連の側断面図である。より詳細には、図３８Ｃは、図３８Ａの線３８Ｃ−３８Ｃに実質的に沿って見た噴射器３８００の側断面図である。図３８Ｃに示すように、ベース部３８０２の近傍の絶縁体３８１０に沿ったこの場所で、絶縁燃料チャネル３８４０は、絶縁体３８１０に関して比較的大きい。例えば、絶縁燃料チャネル３８４０は、本体３８０８の内面に隣接する絶縁体３８１０の外面に概して凹形の又は曲がった凹部を形成する。他の実施形態において、しかしながら、絶縁燃料チャネル３８４０は、例えば、湾曲した形状、直線の形状、及び／又は他の形状を含む他の断面外形又は形状を有することができる。例証される実施形態は、６つの絶縁燃料チャネル３８４０を含むが、他の実施形態において、絶縁体３８１０は、６つよりも多い又は少ない絶縁燃料チャネル３８４０を含むことができる。例証される実施形態の別の特徴によれば、導体３８１４は、絶縁体３８１０の導体開口部３８１２を通して延びる。そのうえ、光監視ファイバ又は機能部３８１８は、導体３８１４を通して長手方向に延びる。

次に図３８Ｄを参照すると、図３８Ｄは、図３８Ａの線３８Ｄ−３８Ｄに実質的に沿って見た側断面図である。絶縁体３８１０に沿ったこの概して中間の位置で、絶縁燃料チャネル３８４０は、縮小し又はテーパして、絶縁体３８１０の中に及び本体３８０８の内面に隣接して比較的より小さい凹部又はチャネルを形成する。例えば、図３８Ｃで例証される個々の絶縁燃料チャネル３８４０のサイズと比べて、図３８Ｄにおいて、個々の絶縁体チャネル３８４０は、より小さく、互いから離間される。

次に図３８Ｅを参照すると、図３８Ｅは、噴射器３８００のノズル部３８０４における図３８Ａの線３Ｅ−３Ｅに実質的に沿って見た側断面図である。絶縁体３８１０に沿ったこの場所では、絶縁燃料チャネルは、もはや存在しない、又はよりベース部３８０２に近い絶縁体３８１０に沿った他の場所に比べて顕著に縮小する又はテーパする。そのうえ、絶縁体３８１０に沿ったこの場所では、エラストマー・スリーブ３８４２は、同軸方向に配置され、絶縁体の周りに（例えば、絶縁体３８１０と本体３８０８との間で）シールされる。したがって、図３８Ａを再び参照すると、絶縁体チャネル３８４０は、それらが絶縁体３８１０に沿ってノズル部３８０４の方に延びるのに伴ってテーパする又は縮小する。燃焼室の近傍のノズル部３８０４において、エラストマー・スリーブ弁３８４２は、通常閉鎖され、絶縁体３８１０の周りにシールされる。

作動中に、燃料は、ベース部３８０２における弁組立体３８２８から絶縁燃料チャネル３８４０に送達される。絶縁燃料チャネル３８４０の中の燃料の加圧が、ノズル部３８０４におけるスリーブ弁３８４２を膨張させ又は変形させ、これにより、燃焼室の中に噴射される燃料を噴射するために絶縁体３８１０の周りに環状開口部をもたらす。燃料噴射イベントの後で、絶縁体チャネル３８４０の中の圧力が低下して、スリーブ弁３８４２が絶縁体の円筒部と接触して通常閉鎖される又はシールされる位置に戻ることを可能にする。

本開示の或る実施形態によれば、誘電本体絶縁体は、導電体３８１４と絶縁体３８１０の外面との間の１．８ｍｍ（０．０７１インチ）未満の厚さの区域においてメガヘルツ周波数までの直流で８０，０００ボルトを超える誘電閉じ込めを提供する。点火機能部３８１６の電極とエンジンヘッド・ボアとの間のイオン電流又はイオン振動を確立するために高周波電圧が印加される場合には、電極３８１４の外面上に銅又は銀の導電性層が塗布されてもよい。導電性層はまた、より大きい高周波伝導性を提供するために付加的なめっきによって増加されてもよい。代替的な実施形態において、しかしながら、抵抗損失を減らすために導体３８１４のコアの中の監視機能部３８１８（例えば、光ファイバ）の上にリッツ編組線が配置されてもよい。

本体絶縁体３８１０及び／又はベース部絶縁体３８０７は、式１の重量百分率による以下のおおよその組成をもつガラス材料から作製することができる。これらの誘電体絶縁材料は、ボールミルし、白金、シリカ、マグネシア、又はアルミナ材料の選択肢のような適切なるつぼの中で溶融して、再加熱し並びに正味の形状及び寸法に近い部品に成形するのに適した塊に押出し、圧縮成形し、又はキャストすることができる。式１は、例えば、ＳｉＯ₂ ２４〜４８％、ＭｇＯ１２〜２８％、Ａｌ₂Ｏ₃ ９〜２０％、Ｃｒ₂Ｏ₃ ０．５〜６．５％、Ｆ１〜９％、ＢａＯ０〜１４％、ＣｕＯ０〜５％、ＳｒＯ０〜１１％、Ａｇ₂Ｏ０〜３．５％、ＮｉＯ０〜１．５％、及びＢ₂Ｏ₃ ０〜９％を含むことができる。別の実施形態において、材料が覆いをした白金、アルミナ、マグネシア、又はシリカるつぼの中で少なくともおよそ１３５０℃から１５５０℃までの間の温度で溶融されるときに、式２の重量百分率による代替的な適切な組成物を用いることができる。式２は、例えば、ＳｉＯ₂ ３１％、ＭｇＯ２２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １７％、Ｃｒ₂Ｏ₃ ２．２％、Ｆ４．５％、ＢａＯ１３％、ＣｕＯ０．４％、ＳｒＯ９．５％、Ａｇ₂Ｏ０．３％、及びＮｉＯ０．１％を含むことができる。

これらの絶縁材料の管状の外形は、溶融された材料から押出すことができ、又は約１０５０℃から１２００℃までの間の温度で加熱成形（ｈｏｔｆｏｒｍｅｄ）されている冷却された材料とすることができる。管又は他の外形に熱間押出しする又は正味の形状及び寸法に近い部品に鍛造するのに必要な体積を提供するようにキャストされる塊を、ゆっくりと冷却することができる。こうした塊は、約１０５０℃から１２５０℃までの間のような加熱成形に適した温度に加熱され、所望の外形形状及び寸法に押出され、白金、モリブデン、又はグラファイトのような耐火性材料を含む適切なダイを通して生産されてもよい。中心ゾーンよりも結果として表面ゾーンにより多数の小結晶を生じさせ、したがって体積充填効率（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｐａｃｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を低下させて、表面ゾーンに圧縮応力、及び中心ゾーンに引張応力を提供するために、押出された外形に、ＢＮ、Ｂ₂Ｏ₃、ＡｌＦ₃、Ｂ、ＡｌＢ₂、ＡｌＢ₁₂、又はＡｌＮのような１つ又は複数の適切な結晶化核（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｎｕｃｌｅａｔｅｓ）を振りかけることができる。そのうえ、こうした圧縮応力のさらなる発達は、押出される物品がこうした伸びを引き起こすより小さい断面を形成することを強制される際にダイによって誘起される変形及び引きずりによる外側層の結晶の伸びによって望まれる場合に生じる場合がある。他の実施形態において、表面ゾーンの近くに類似の圧縮応力を生じるために、例えば、Ｂ₂Ｏ₃又はＢＮのような適切な結晶化核が振りかけられている超合金又はグラファイト・モールド組立体の中で、より複雑な形状及び形態が圧縮成形又は圧縮形成されてもよい。

従来の用途は、機械加工できる絶縁材料を生産するために化学式及び熱処理の組合せを所望した。本開示は、しかしながら、その反対を達成する。例えば、本開示の実施形態は、表面ゾーンが機械加工するには硬過ぎ、且つ圧縮応力をもつゾーンの間の又はこれに隣接する中心断面ゾーンの引張応力によって平衡を保たれる圧縮応力によって特徴付けられるので、機械加工することができない場合がある物品を最終的に生産する。こうした実施形態は、したがって、累進的な（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ）チップ形成を可能にして機械加工性を提供するために切削工具が応力をかけるゾーンの近くで意図的にクラックを生じるように設計される材料を生産する固有の従来の材料問題を克服することができる。こうした特徴的なクラック形成は機械加工性を許すが、こうしたクラックの中へのエンジン潤滑剤、界面活性剤、手の脂、汗などを含む有機化合物のような、絶縁材料の中への物質の不利な侵入も本質的に許す。こうした有機物質は、最終的には脱水素化する又は他の方法で炭素供与体となる傾向があり、これはその後こうしたクラックの中に導入される種々の電解質と共に導電経路となって、機械加工できるセラミック物品の絶縁耐力を妥協させ、これにより最終的に電圧閉じ込めの失敗を引き起こす場合がある。

本開示のまた別の実施形態によれば、本体絶縁体３８１０及び／又はベース部絶縁体３８０７を形成するために、式３の重量百分率による別の適切な組成物を用いることができる。例えば、式３は、以下のおおよその重量百分率を有することができる：ＳｉＯ₂ ３０％、ＭｇＯ２２％、Ａｌ₂Ｏ₃ １８％、Ｃｒ₂Ｏ₃ ３．２％、Ｆ４．３％、ＢａＯ１２％、ＳｒＯ３．６％、ＣｕＯ４．９％、Ａｇ₂Ｏ１．３％、及びＮｉＯ０．１％。或る実施形態において、絶縁管が押出された後で、銅及び／又は銀と銅との合金の金属表面を生産するために酸化銅及び／又は酸化銀を減少させる水素をボアに通すことによって約６５０℃に冷却される。導電金属の適切な厚さの発達後に、絶縁管の内部内のゾーンの引張力によって平衡を保たれる圧縮応力を生じるために、誘導加熱される管からの放射のような適切なソースによって、又は余剰酸素−水素炎のような酸化炎によって、管の外面が加熱され、表面に適切な結晶化剤及び／又は微粉化剤（ｆｉｎｅｎｅｓｓａｇｅｎｔ）が施される。

ソレノイド巻線を備えた力発生器３８０６を含む実施形態では、こうした用途に適した銅マグネットワイヤの絶縁は、銅ワイヤ上のポリイミドワニス及びアルミニウムめっきを含むことができる。アルミニウムめっきは、酸化され又は部分的に酸化されてアルミナを生じることができる。こうしたアルミニウムめっき及び酸化はまた、ポリイミド、又はポリアミド−イミド、及び／又はパリレン絶縁フィルムと組み合わせて使用されてもよい。ベース部３８０２の強磁性構成要素は、したがって、力発生器３８０６における巻線によって生じた磁束を強磁性弁３８３２を通して導いて、弁３８３２の非常に速い動きを可能にすることができる。

図３８Ｆは、図３８Ａの線３８Ｆ−３８Ｆに実質的に沿って見た、本開示の別の実施形態に従って構成される力発生器３８０６の実施形態の側断面図である。図３８Ｆで例証される実施形態において、力発生器３８０６は、複数の個々の力発生器又は弁オペレータ３８５０（第１の弁オペレータ３８５０ａ〜第４の弁オペレータ３８５０ｄとして概略的に示され、個々に識別される）を含む。各弁オペレータ３８５０は、弁組立体３８２８における弁３８３２のような対応する弁を選択的に始動するように構成される。したがって、４つの弁オペレータ３８５０を備えた図３８Ｆの力発生器３８０６を含む実施形態において、弁組立体は、４つの対応するフローバルブを含むであろう。例証される実施形態において、力発生器３８０６はまた、弁オペレータ３８５０の各々を取り囲む燃料流動ゾーン又は領域３８５２を含む。燃料流動領域３８５２は、燃料が弁オペレータ３８５０の各々を通過して流れることを可能にし、これにより弁オペレータ３８５０を少なくとも部分的に冷却するように構成される。こうした構成は、力発生器３８０６の比較的大きい冷却の表面対体積比の利点を提供する。

特定の実施形態において、弁オペレータ３８５０は、同時に又は異なる時点又は別個の時点で開くように構成することができる。例えば、単一の弁オペレータ３８５０は、アイドル又はより低パワー作動のような第１のエンジン作動状態で燃料が流れることを可能にするように用いることができ、２つの弁オペレータ３８５０は、巡航（ｃｒｕｉｓｉｎｇ）又は中程度のパワー作動のような第２のエンジン作動状態で同時に用いることができ、３つ、４つ、又はそれ以上の弁オペレータ３８５０は、加速又はフルパワー作動のような第３のエンジン作動で同時に用いることができる。

図３８Ａ〜図３８Ｆを参照して上記で説明された噴射器３８００の種々の機能部及び対応する構成要素は、従来の燃料噴射器を上回る幾つかの利点を提供する。例えば、現代のディーゼルエンジンの燃焼室は、複雑で密に入り組んだ入口弁作動機構及び排気弁作動機構内に適合しなければならない「ペンシル」型直接燃料噴射器のための非常に小直径のポートを備えるように一般に設計される。燃焼室への流入のための典型的なディーゼル燃料噴射器のポート直径は、約８．４ｍｍ（０．３３１インチ）に制限される。こうした厳しいスペース制限に加えて、ほとんどの百万−マイル寿命要件に関して燃料噴射器組立体を１１５℃（２４０°Ｆ）を超える温度に加熱するために、弁カバー内のエンジンヘッド環境において高温の潤滑油が絶えず飛び散り、これは従来の空冷式ソレノイド弁設計の適用を阻む。

ディーゼルエンジン作動を粒子と水の除去に対する厳しい要件と共に圧縮点火及び狭いセタン価及び粘度のディーゼル燃料の使用を制限する要件を克服することが望ましい。取り替え費用がずっと少ないより豊富な燃料を選択できる可能性がある。従って、本開示の実施形態の１つの目的は、水、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、及び種々の微粒子のような不純物と共に、セタン価及び／又はオクタン価の幅広いバリエーションを有する、あまり高価でない燃料を使用することである。例えば、発酵によって同時生産される水及び二酸化炭素のような非燃料化合物から分離されなければならない純粋なエタノールを現在生産する従来のエタノール・プラントは、エタノール、水、及びメタノール又はブタノールの混合物のような有用な燃料の生産を２倍以上にすることができる。

噴射器３８００及び本明細書で説明される他の噴射器は、少なくとも、１）水蒸気、二酸化炭素、及び窒素のような多量の非燃料物質と共に、埋立地ガス、嫌気性消化装置のメタン、並びに水素と他の燃料種の種々の混合物のような低コストの燃料の利用を可能にする、ディーゼル燃料噴射器よりも３０００倍までのより多くの燃料流動能力、２）燃焼室の中に発射される際のこうした燃料のプラズマ点火、及び３）チューンアップ時のディーゼル燃料噴射器の交換、を提供し及び可能にすることによって、上述の難しさを克服することができる。

図３９は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器３９００の横断面図である。噴射器３９００は、図３８Ａ〜図３８Ｆを参照して上記で説明された噴射器３８００、並びに本明細書で説明される他の噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、図３９で例証される噴射器は、ノズル部３８０４とは反対側のベース部３８０２を含む。ベース部３８０２は、を力発生器３８０６と対応する弁組立体３８２８と含み、ノズル部は、誘電本体絶縁体３８１０の一部の上に同軸方向に配置されたエラストマー・スリーブ弁３８４２を含む。そのうえ、本体絶縁体３８１０の導体開口部３８１２は、電極又は導電体３８１４が噴射器３９００を通してノズル部３８０４からベース部３８０２に延びることを可能にする。

導体３８１４はまた、その中で長手方向に延びる１つ又は複数の光監視ファイバ又は機能部３９１８を含む。光ファイバ３９１８は、ノズル部における燃焼室の特性を監視する又は他の方法で検出するように構成される。例証される実施形態において、しかしながら、光学監視機能部３９１８は、ベース部３８０２から出て、燃焼室のデータをコントローラ又はプロセッサ３９０１に中継する又は他の方法で伝送する。特定の実施形態において、プロセッサ３９０１は、噴射器３９００によって支えることができる。他の実施形態において、しかしながら、プロセッサ３９０１は、噴射器３９００から遠隔に位置することができる。そのうえ、光ファイバ３８１８は、配線又は無線接続を介して燃焼室のデータをプロセッサに伝送するように構成することができる。

例証される実施形態のまた別の特徴によれば、ベース部３８０２はまた、導体３８１４を介してベース部３８０２に供給される高電圧を収容するように構成される誘電ベース部絶縁体３９０７を含む。より詳細には、導体３８１４は、光ファイバ３８１８から分離されるベース部３８０２の中の延長部３９１３を含む。例証される実施形態に同じく示されるように、ベース部３８０２は、噴射器３９００の縦軸に関して９０度の角度で延びる入口燃料継手３９２６を含む。

図４０Ａは、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器４０００の側断面図である。噴射器４０００は、図１〜図３９を参照して上記で説明された噴射器の対応する機能部と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。例えば、噴射器４０００は、第２の又はノズル部４００２とは反対側の第１の又はベース部４００４を含む。噴射器４０００はまた、ベース部４００２とノズル部４００４との間に延びるスリーブ又は本体４００８を含む。本体４００８は、噴射器４０００を通して長手方向に延びる第１の誘電体部又は誘電本体絶縁体４００９を取り囲み、第２の誘電体部又は誘電本体絶縁体４０１０内に同軸方向に配置される。第２の本体絶縁体４０１０は、噴射器４０００に沿ってベース部４００２からノズル部４００４に長手方向に延びる燃料流路４０１１を形成するギャップによって、第１の本体絶縁体４００９から半径方向外向きに離間される。

第１の本体絶縁体４００９は、長手方向にそれを通して中央に延びる導体開口部４０１２を含む。導体開口部４０１２は、電極又は導電体４０１４が噴射器４０００を通してノズル部４００４からベース部４００２に延びることを可能にするように構成される。例えば、導体４０１４は、ノズル部４００４における１つ又は複数の電極又は点火機能部４０１６に点火エネルギーを提供するために、電圧源のようなエネルギー源に結合することができる。導体４０１４はまた、その中で長手方向に延びる１つ又は複数の光監視ファイバ又は機能部４０１８を含むことができる。光監視機能部４０１８は、燃焼室の特性を検出し又は他の方法で感知し、これらの特性に関係するデータをコントローラ又はプロセッサに伝送するように構成される。

例証される実施形態のさらなる特徴によれば、ベース部４００２は、力発生器ケーシング４０２０内に位置決めされる力発生器４００６（例えば、適切な空気圧、油圧、電磁ソレノイド、圧電構成要素など）を含む。ケーシング４０２０は、燃料源からケーシング４０２０の中に燃料を受け入れるために燃料継手４０２６に接続される燃料入口４０２２を含む。ケーシング４０２０はまた、燃料が弁組立体４０２８を介してケーシング４０２０を出ることを可能にするように構成される燃料出口４０２４を含む。より詳細には、弁組立体４０２８は、弁キャビティ４０２１の中に位置決めされる弁４０３２（例えば、強磁性弁）を含む。弁キャビティ４０２１は、燃料出口４０２４を介して力発生器ケーシング４０２０の内部に流体的に結合される。弁４０３２は、図４０Ａに示すように弁４０３２が通常閉位置にあるときに、燃料出口４０２４をシールし又は閉じる。

弁組立体４０２８はまた、弁キャビティ４０２１の中に位置決めされる固定強磁性磁極片又は磁極要素４０３３を含む。弁４０３２が閉位置にあるときに、弁４０３２は、キャビティ４０３０によって磁極片４０３３から離間される。弁４０３２を磁極片４０３３から遠ざかる方に閉位置の方に付勢するために、キャビティ４０３０の中の磁極片４０３３と弁４０３２との間にｎｏｎ−強磁性ばね、円板ばねなどのようなバイアス部材４８３０を随意的に位置決めすることもできる。弁組立体４０２８は、弁４０３２を閉位置の方に引き付ける又は他の方法でバイアスする引き付け要素４０３８（例えば、磁石、永久磁石など）をさらに含む。より詳細には、例証される実施形態において、弁４０３２は、引き付け要素４０３８に隣接する概してテーパした、円錐形の、又は円錐台形の端部４０３７をもつ概して円筒形の本体を有する。従って、円錐形の端部４０３７は、弁４０３２の円筒部に関してより小さい断面寸法を有する。

作動時には、力発生器４００６に提供された電流が、磁極片４０３３を磁化して、弁４０３２を磁極片４０３３の方に開位置に（例えば、ノズル部４００４から遠ざかる方向に）動かす。弁４０３２が弁キャビティ４０２１の中で閉位置から磁極片４０３３に隣接する開位置に動くときに、弁４０３２の円錐形の端部４０３７は、弁４０３２が燃料出口４０２４をもはやシールしない又は塞がないように、力発生器の燃料出口４０２４に隣接して配置される。従って、燃料は、第１の本体絶縁体４００９と第２の本体絶縁体４０１０との間の燃料流路４０１１の中に送達するために力発生器４００６から弁キャビティ４０２１の燃料スロット又はオリフィス４０１３の中に流れることができる。従って、弁４０３２が開位置の方に動く際に、弁４０３２は、燃料が弁キャビティ４０２１の燃料スロット４０１３を介して燃料出口４０２４から燃料流路に流れることを可能にする。弁４０３２が通常閉位置に（例えば、ノズル部４００４に向かう方向に）戻ると、弁４０３２は、燃料出口４０２４をスライド可能にシールして、燃料の流れを止める。

したがって、ベース部４００２における弁４０３２は、噴射器４０００を通して長手方向に動く。例証される実施形態のさらなる特徴によれば、しかしながら、噴射器４０００はまた、ノズル部４００４における第２のバルブ４０４２を含むことができる。より詳細には、第２のバルブ４０４２は、ノズル部における第１の本体絶縁体４００９及び第２の本体絶縁体４０１０の上に同軸方向に配置される、変形可能な又はエラストマーのスリーブ弁４０４２である。スリーブ弁４０４２のベース部は、第２の本体絶縁体４０１０に適切な接着剤、サーモポリマー、熱硬化性化合物、又は他の適切な接着剤で接着することができる。そのうえ、例証される実施形態において、スリーブ弁４０４２は、スリーブ弁４０４２を第２のエラストマー保持機能部４０４１で第２の本体絶縁体４０１０と接触して保持するように構成された端部４０４３を含む。従って、保持機能部４０４１は、第２の本体絶縁体４０１０と接触して弁スリーブを圧力をかけながら固定することができる。

加えて、弁スリーブ４０４２は、ノズル部の複数の出口又は噴射ポート４０４１の上に延びる。より詳細には、第２の本体絶縁体４０１０は、第１の本体絶縁体４００９と第２の本体絶縁体４０１０との間の燃料流路４０１１に流体的に結合される複数の噴射ポート４０４１を含む。したがって、第１のバルブ４０３２を開き、長手方向にノズル部４００４に延びる燃料流路４０１１の中に加圧された燃料を導入する際に、スリーブ弁４０４２は、噴射ポート４０４１の上で拡張して燃料がノズル部４００４を出ることを可能にする。

図４０Ｂは、本開示の一実施形態に従って構成される図４０Ａのバイアス部材４０３９の平面図である。例証される実施形態において、バイアス部材４０３９は、バイアス部材４０３９を通して延びる１つ又は複数のチャネル４０５３によってバイアス部材の周辺部から分離される、バイアスされる中央部４０５１を有することができる。特定の実施形態において、バイアス部材４０３９は、０．１ｍｍ（０．００４インチ）厚の非磁性ステンレス鋼シート素材から作製することができる。そのうえ、バイアス部材４０３９は、例証される幾何学的形態を達成するために、スタンプする又はフォトエッチングすることができる。バイアス部材４０３９は、中央部４０５１を持ち上げる中央部４０５１の中の所望のばね機能をもたらすために、さらに熱処理することができる。バイアス部材４０３９の非磁性の性質は、形成される可能性がある硬質磁気領域が引力を残し続けて弁４０３２の開時間を延長するのを防ぐために、約０．１ｍｍ（０．００４インチ）のギャップを提供することによって図４０Ａの弁４０３２が通常閉位置に迅速に戻ることを可能にする。他の実施形態において、しかしながら、バイアス部材は、例えば、円錐ばね（ｃｏｎｅｓｐｒｉｎｇ）、ばね座金、コイル状にされた圧縮ばねなどを含む、別のタイプのバイアス部材とすることができる。そのうえ、またさらなる実施形態において、バイアス部材４０３９は、図４０Ａの弁組立体４０２８から省くことができる。

図４１は、本開示の別の実施形態に従って構成される噴射器４１００の部分側断面図である。例証される実施形態において、噴射器４１００は、図４０Ａを参照して上記で説明された弁組立体４０２８と構造及び機能が概して類似している弁組立体４１２８を有するベース部４１０２を含む。例えば、図４１の弁組立体４１２８は、弁キャビティ４１２１の中に位置決めされる弁４１３２を含む。弁キャビティ４１２１は、力発生器の燃料出口４１２４と流体的に結合される。例証される実施形態において、しかしながら、燃料出口４１２４を取り囲む弁キャビティ４１２１の部分は、弁４１３２の円錐形又は円錐台形の端部に概して対応するテーパした形状を有する。より詳細には、弁４１３２の端部は、第２のテーパした、円錐形の、又は円錐台形の表面４１３９から延びる第１のテーパした、円錐形の、又は円錐台形の表面４１３８を含む。弁４１３２と接触する弁キャビティ４１２１の表面は、弁４１３２の第２のテーパした表面４１３９と同じ又は概して類似のテーパした、円錐形の、又は円錐台形の形状を有する。この実施形態の１つの利点は、テーパした又は円錐形の構成が、弁４１３２と弁４１３２と接触する弁キャビティ４１２１の表面との間の緩和された許容誤差を可能にすることである。

図４２は、本開示のさらに別の実施形態に従って構成される噴射器４２００の側断面図である。噴射器４２００は、本明細書で説明される噴射器、特に図２８を参照して上記で説明された噴射器１６００と構造及び機能が概して類似している幾つかの機能部を含む。図４２で例証される実施形態において、例えば、噴射器４２００は、ノズル部４２０４とは反対側のベース部４２０２を含む。アクチュエータ・ロッド又はケーブル４２１４は、長手方向の燃料通路４２１１内でベース部４２０２からノズル部４２０４に延びる。ケーブル４２１４は、ノズル部４２０４に位置決めされた外方に開くフローバルブ４２２４に結合される。ケーブル４２１４は、燃焼室のデータをコントローラ又はプロセッサに伝送するために、光ファイバ・ケーブルのような１つ又は複数の監視要素を含むことができる。ベース部の燃料入口４２０９は、燃料通路４２１１と流体的に結合される。

ベース部４２０２はまた、ケーブル・ロック又はブレーキ４２６６のための作動力を提供する力発生器４２０６（例えば、適切な空気圧、油圧、電磁ソレノイド、圧電構成要素など）を含む。ケーブル・ブレーキ４２６６は、ケーブル４２１４と接触して圧迫力（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｖｅｆｏｒｃｅ）又は半径方向の圧迫力を提供し、ケーブル４２１４を張力がかかった状態で保持し、且つ弁４２４４を閉位置に保つ。ベース部４２０２は、ケーブル・ブレーキ４２６６から下流でケーブル４２１４に結合される磁石又は永久磁石のような引き付け要素４２７０をさらに含む。引き付け要素４２７０は、ベース部４２０２に結合され、且つ引き付け要素４２７０とケーブル・ブレーキ４２６６との間に位置決めされる、固定強磁性ディスク４２６８の方に引き付けられる。したがって、引き付け要素４２７０はまた、ケーブル４２１４に張力をかけて、弁４２２４を閉位置に少なくとも部分的に保持する。

例証される実施形態のさらなる態様によれば、ベース部４２０２はまた、ケーブル４２１４の軸方向の移動量に対する制限を提供するために、ケーブル・ブレーキ４２６６と接触するように構成されるケーブル４２１４に結合される第１の止め部材４２６４を含む。ベース部４２０２はまた、第１の止め部材４２６４から上流でケーブル４２１４に結合される第２の止め部材４２６０を含む。第１の止め部材４２６０は、バイアス部材４２６２（例えば、ばね、コイル状にされた圧縮ばね）と接触し、ケーブル４２１４にさらに張力をかけて、弁４２２４を閉位置に少なくとも部分的に保持する。

作動時には、燃料入口４２０９を介して燃料通路４２１１の中に燃料が導入される。ケーブル・ブレーキ４２６６は、ケーブル４２１４を係止して、ケーブル４２１４と接触して圧迫力を提供することによって弁４２２４が開くのを防ぐ。燃料噴射が望まれるときに、力発生器４２０６は、ケーブル・ブレーキ４２６６を弛緩位置に始動する。ケーブル・ブレーキ４２６６が弛緩位置にあるとき、燃料通路４２１１の中の燃料からの圧力が、弁４２４４を開く。より詳細には、燃料通路４２１１の中の圧力勾配は、第２の止め部材４２６０及びバイアス部材４２６２、並びに引き付け要素４２７０及び強磁性ディスク４２６８によって提供されるケーブル４２１４における張力に打ち勝たなければならない。そのうえ、ケーブル４２１４の総移動は、第１の止め部４２６４がケーブル・ブレーキ４２６６と接触するので第１の止め部４２６４によって制限される。

図４２で例証される噴射器４２００の実施形態は、したがって、可変の圧力制御及び噴射イベントの増加した制御を提供する。例えば、ケーブル・ブレーキ４２６６は、ケーブル４２１４と接触して可変の制限的な力を提供して、弁４２２４を開くのに必要な圧力を調整することができる。そのうえ、第２の止め部材４２６０及び対応するバイアス部材４２６２は、単独で、又は引き付け要素４２７０及び対応する強磁性ディスク４２６８と組み合わせて、弁を開くのに必要な圧力をさらに選択的に制御することができる。本明細書で説明される他の実施形態と同様に、燃料噴射器４２００はまた、１つ又は複数の監視される燃焼室の特性に応答して適応して制御することができる。

本開示のさらなる実施形態によれば、上記で詳細に解説されるように、本開示の実施形態に従って構成される噴射器は、対応する噴射器のノズル部によって支えられる１つ又は複数の点火機能部又は電極を有することができる。こうした噴射器は、燃料分散パターン（ｆｕｅｌｄｉｓｐｅｒｓａｌｐａｔｔｅｒ）を方向付ける又は制御するために、ノズル部におけるカバーをさらに有することができる。特定の実施形態において、例えば、こうしたノズル部及び対応するフローバルブ、電極、及びエンドキャップは、少なくとも以下の構成、すなわち、弁の外部に静止電極を伴う外方に開く燃料制御弁、弁の内部に静止電極を伴う外方に開く燃料流量制御弁、弁の外部に静止電極を伴う内向きに開く燃料流量制御弁、弁の内部に静止電極を伴う内向きに開く燃料流量制御弁、外向きに動く弁を伴う外向きに動く電極、内向きに動く弁を伴う内向きに動く電極などを有することができる。

そのうえ、特定の実施形態において、これらのノズル部（例えば、弁、電極、及び／又はキャップの組合せ）を備えた噴射器は、対応するノズル部から遠ざかる方に軸方向にプラズマを発射することができる。例えば、図２４ａを参照して上記で説明されたエンドキャップのようなエンドキャップ又は電極は、ノズル部から遠ざかる方に半径方向に又は軸方向に延びるプラズマ発生を少なくとも部分的に誘起することができる。より詳細には、燃料の軸方向移動に関しての構造構成要素を有するエンドキャップは、したがって、ノズル部から遠ざかる方に軸方向にプラズマを誘起することができる。プラズマをこれらの方向に、特にノズル部から軸方向に誘起することで、噴射される燃料のスワール運動を打ち消す又は他の方法で相殺する（ａｃｃｏｕｎｔｆｏｒ）ことができる。そのうえ、こうしたプラズマ発生はまた、噴射器の燃料パターンのより良好な形状設定及び制御を提供する。

さらなる実施形態
燃料を噴射するための燃料噴射器であり、燃料の流れを弁で調節するための手段によって燃料が噴射される、燃料噴射器と、燃料点火器であり、燃料噴射器と一体化される、燃料点火器と、を含む燃料噴射システムであって、燃料の流れを弁で調節するための手段が、開くための絶縁されたロッド手段、絶縁されたケーブル手段、及び絶縁された光ファイバ手段からなる群から選択された開くための手段によって時折開かれ、開くための手段によって必要とされる力が力発生手段によって提供され、燃料の流れを弁で調節するための手段と、燃料を噴射するための手段と、燃料を点火するための手段とが、燃料を燃焼するための手段との境界面で一体化される、燃料噴射システム。

開くための手段がまた、燃焼から検出される情報の検出又は通信を制御手段に提供する、本明細書に記載のシステム。

制御するための手段が燃料噴射器手段と一体化される、本明細書に記載のシステム。

力発生手段が電気機械式である、本明細書に記載のシステム。

力発生手段が、ケーブル、ロッド、又は光ファイバ手段からなる群からの選択物に対して衝撃力を提供する、本明細書に記載のシステム。

燃料を点火するための手段が、スパーク、複数のスパーク、及びプラズマ手段からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。

制御するための手段が燃料によって冷却される、本明細書に記載のシステム。

燃料が少なくとも力発生手段又は弁で調節するための手段を冷却する、本明細書に記載のシステム。

熱機関又は燃料電池のうちの少なくとも１つに燃料が噴射される、本明細書に記載のシステム。

燃料が、燃料を貯蔵するための手段によって貯蔵され、燃料を貯蔵するための手段が、低温の液体、低温の固体及び液体、低温の固体、液体、蒸気、及び気体、非低温の液体、非低温の固体及び液体、並びに非低温の固体、液体、蒸気、及び気体からなる燃料を貯蔵するための群から選択される、本明細書に記載のシステム。

燃料が、低温の液体燃料、低温の固体燃料、及び低温の気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。

燃料が、固体燃料、液体燃料、燃料蒸気、及び気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。

燃料が低温の燃料と非低温の燃料との混合物である、本明細書に記載のシステム。

層状給気燃焼モード、予混合燃焼モード、及び均一給気内の層状給気燃焼モードのうちの１つに従って燃料が送達され燃焼される、本明細書に記載のシステム。

弁で調節するための手段が、サファイア、石英、ガラス、及び高温ポリマーからなる群から選択された材料手段によって保護される、本明細書に記載のシステム。

燃料が、噴射器に供給される前に熱交換のための手段に通される、本明細書に記載のシステム。

点火するための手段が、容量放電、圧電電圧発生、誘導電圧発生からなる群から選択される手段を含む、本明細書に記載のシステム。

１つ又は複数の燃料物質を閉じ込め容器手段に貯蔵するステップと、エンジン手段の燃焼室手段の境界面に位置する流量制御弁手段から弁オペレータ手段を実質的に分離するデバイスに燃料及び又は燃料の誘導体を伝達して、エンジン手段の燃焼室手段の中への問題のある時点での燃料ドリブルをなくすために、絶縁ケーブル又はロッド手段によって燃料又は燃料の誘導体を制御するステップと、を含む、エネルギー変換のためのプロセス。

制御弁手段が、プラズマ放電手段を提供するために時折帯電される、本明細書に記載のプロセス。

絶縁ケーブル又はロッド手段はまた、燃焼室手段からプロセスの制御手段に、検出される情報の検出及び又は通信を提供する、本明細書に記載のプロセス。

燃料誘導体が、熱交換器、可逆燃料電池、及び触媒熱交換器からなる群から選択される手段によって生産される、本明細書に記載のプロセス。

燃料又は燃料誘導体が、熱伝達手段として及び又はエネルギー変換のためのプロセスの相対運動構成要素手段の作動における損失を減らすために使用される水素を含む、本明細書に記載のプロセス。

相対運動構成要素手段が発電機である、本明細書に記載のプロセス。

相対運動構成要素手段が熱機関である、本明細書に記載のプロセス。

容器手段が低温の物質を断熱する、本明細書に記載のプロセス。

容器手段が、燃料及び又は燃料の誘導体の加圧されたインベントリを収容する、本明細書に記載のプロセス。

燃料噴射を提供する時折の間欠的な流れが絶縁手段によって電気的に分離される弁手段と弁手段の始動手段によって制御され、始動手段が絶縁手段によって弁手段に力をかける、燃料噴射及び点火手段を一体化するためのシステム。

始動手段が絶縁ケーブル又はロッド手段からなる絶縁手段によって弁手段に力をかける、本明細書に記載のシステム。

ケーブル又はロッド手段がまた、燃焼室手段からシステムの作動の制御手段に検出される情報の検出及び又は通信を提供する、本明細書に記載のシステム。

制御弁手段が、制御弁手段によって通ることを許された時折噴射される燃料を点火するためにプラズマ放電手段を提供するのに時折帯電される、本明細書に記載のシステム。

移動可能な弁要素手段が、ソレノイド機構手段、カム機構手段、及びソレノイド機構手段とカム機構手段との組合せからなる群から選択された手段によって強制されるプランジャ手段によって変位され、弁要素手段が、ソレノイド機構手段、圧電機構手段、及びソレノイド機構手段と圧電機構手段との組合せから選択された手段によって流体の流れを可能にする位置に時折保持される、流体フローバルブ機能を提供するためのシステム。

空気の流入を加速し、且つエンジン手段の容積効率を増加させるために、流体の流れの少なくとも一部がエンジン手段に送達される、本明細書に記載のシステム。

燃料噴射及び点火手段を一体化するためのシステムによって流体の流れの少なくとも一部がエンジン手段の燃焼室に送達され、燃料噴射を提供する間欠的な流れが、絶縁手段によって電気的に分離される弁手段と弁手段の始動手段によって制御され、始動手段が絶縁手段によって弁手段に力をかける、本明細書に記載のシステム。

こうした作動が、燃料のオクタン、セタン、粘度、エネルギー含有密度、又は温度に関係なく種々の燃料の選択物の循環燃焼に対する適応して最大化されたブレーキ平均有効圧力を提供する、本明細書に記載のシステム。

エンジンから水素を含有する燃料及び又は化合物への熱の伝達による吸熱反応をサポートする熱交換器によって、水素を含有する燃料及び又は化合物が水素及び又は水素と他の流体成分との混合物に変換される、本明細書に記載のシステム。

水素が、回転機械の冷却、回転機械の風損の減少、水分を吸収する及び除去する媒体として、及び２つ又はそれ以上のハイブリッド化されたエネルギー変換用途のための燃料として、からなる群から選択される目的のために使用される、本明細書に記載のシステム。

流体が、回転機械の冷却、回転機械の風損の減少、水分を吸収する及び除去する媒体として、及び２つ又はそれ以上のハイブリッド化されたエネルギー変換用途のための燃料として、からなる群から選択される目的のために使用される水素を含有する、本明細書に記載のシステム。

マイクロプロセッサと、燃料を噴射するための燃料噴射器であり、弁要素を開くことによって燃料が噴射される、燃料噴射器と、燃料を点火するための手段であり、噴射器と一体化される、燃料を点火するための手段と、を含む燃料噴射システムであって、弁要素が、アクチュエータに接続されるケーブル又はロッドのうちの１つで開かれ、ケーブル又はロッドが、電気的に絶縁され且つマイクロプロセッサに燃焼データを通信するための光ファイバ要素をさらに備える、燃料噴射システム。

燃料を点火するための手段が弁要素の近くに位置する、本明細書に記載のシステム。

アクチュエータが電気機械式アクチュエータである、本明細書に記載のシステム。

アクチュエータが、ケーブル又はロッドに対して衝撃力を提供する、本明細書に記載のシステム。

燃料を点火するための手段が、スパーク、複数のスパーク、又はプラズマ放電のうちの１つから選択される、本明細書に記載のシステム。

マイクロプロセッサが燃料噴射器の本体の中に位置する、本明細書に記載のシステム。

マイクロプロセッサが、噴射器に燃料を供給するための導管の隣に位置し、導管を通過する燃料がマイクロプロセッサを冷却する、本明細書に記載のシステム。

弁要素又はアクチュエータのうちの少なくとも１つを冷却するのに燃料が用いられる、本明細書に記載のシステム。

燃料が低温燃料を貯蔵するのに適した燃料タンクの中に貯蔵される、本明細書に記載のシステム。

燃料が、固体燃料、液体燃料、及び気体燃料からなる群から選択される、本明細書に記載のシステム。

燃料が低温燃料と非低温燃料との混合物である、本明細書に記載のシステム。

弁要素が、サファイア、石英、ガラス、及び高温ポリマーの群のうちの１つから作製される、本明細書に記載のシステム。

燃料が、噴射器に供給される前に熱交換器に通される、本明細書に記載のシステム。

オキシダントの流入（ａｄｍｉｓｓｉｏｎ）、燃料噴射、点火、燃焼、及び仕事生産を循環的に達成するための手段を備えたエネルギー変換システムであって、オキシダントが、燃料噴射によって送達される燃料の完全燃焼に必要とされる量を超える量で流入され、燃料噴射が、各作動サイクルにおいて燃料の複数の送達が可能な手段によるものであり、点火及び燃焼が、温度、圧力、燃焼率、及び燃焼場所からなる群から選択される情報を判定するために監視され、情報が、選択された設定値を達成するのに失敗する温度、選択された設定値を超える温度、選択された設定値を超える圧力、選択された設定値を達成するのに失敗する燃焼率、選択された設定値を超える燃焼率、選択された設定値によって定義されるゾーンを越える場所での燃焼からなる群から選択された条件を防ぐ目的で、燃料噴射を開始し及び１つ又は複数の燃料送達後に燃料噴射を休止するためにコントローラ手段によって使用される、エネルギー変換システム。

エネルギー変換を達成するための燃焼室の境界面に又は該境界面に実質的に隣接して位置決めされる弁手段によって燃料噴射が提供される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。

エネルギー変換を達成するための燃焼室の境界面で又は実質的にその近傍で点火が提供される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。

燃料噴射を休止させる何らかのイベントの後で、エネルギー変換システムによって所望の大きさの仕事が達成されるまで１つ又は複数の燃料噴射が再開される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。

燃料噴射によって送達される燃料を完全燃焼するのに必要とされる量を超えるオキシダントが、燃焼イベントの各々を絶縁するエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐ）として維持される、本明細書に記載のエネルギー変換システム。

本開示の範囲から逸脱することなく種々の変化及び修正を加えることができることが分かるであろう。例えば、絶縁耐力は、代替的な材料及び処理手段を含むように変えられ又は変化されてもよい。アクチュエータとドライバは、燃料又は噴射器の使用に応じて変化してもよい。キャップは、燃料分布の形状及び一体性を保証するのに用いられてもよく、且つキャップは、異なる性能及び保護を提供するために、サイズ、設計、又は位置が変化してもよい。代替的に、噴射器は変化してもよく、例えば、電極、光学系、アクチュエータ、ノズル又は本体は、代替材料から作製されてもよく、又は、示され説明された構成の代替的な、且つ依然として本開示の精神内にある構成を含んでもよい。

文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、説明及び請求項の全体を通して、「備える」、「備えている」などの言葉は、排他的な又は網羅的な意味ではなく包括的な意味で、つまり、「〜を含むがこれらに限定されない」の意味で解釈されるべきである。単数形又は複数形を用いる言葉はまた、それぞれ複数形又は単数形を含む。請求項が２つ又はそれ以上のアイテムのリストに関して「又は」という言葉を用いるとき、該言葉は以下の言葉の解釈のうちのすべて、すなわち、リストにおけるアイテムのいずれか、リストにおけるアイテムのすべて、及びリストにおけるアイテムの任意の組合せを包含する。

上記で説明された種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本明細書で言及される及び／又は出願データ用紙（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄａｔａＳｈｅｅｔ）に記載される米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許刊行物のすべては、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。本開示の態様は、本開示のまたさらなる実施形態を提供するために、種々の構成をもつ燃料噴射器及び点火装置、並びに種々の特許、出願、及び公開の概念を採用するように必要な場合に修正することができる。

上記の詳細な説明に照らして、開示内容にこれらの及び他の変化を加えることができる。一般に、以下の請求項において、用いられる用語は、開示内容を明細書及び請求項で開示される具体的な実施形態に限定するように解釈されるべきではないが、請求項に従って作動するすべてのシステム及び方法を含むように解釈されるべきである。したがって、本発明は、開示内容によって限定されないが、代わりに、その範囲は以下の請求項によって広く定められるべきである。

Claims

燃焼室の中に燃料を噴射し、且つ前記燃焼室の中の燃料を点火するように構成される燃料噴射器であって、
ノズル部とは反対側のベース部を有する本体であり、前記ベース部が前記本体の中に燃料を受け入れ、前記ノズル部が燃焼室に隣接して位置決め可能である、本体と、
力発生器を少なくとも部分的に収容する、前記ベース部におけるケーシングであり、燃料入口と燃料出口とを含み、前記燃料入口が燃料源から燃料を受け入れるように構成され、前記燃料出口が前記ケーシングを燃料が出ることを可能にするように構成される、ケーシングと、
前記ケーシングの前記燃料出口に流体的に結合される燃料通路であり、前記本体を通して前記ベース部から前記ノズル部まで長手方向に延びる、燃料通路と、
前記力発生器の近傍の第１のバルブであり、閉位置と開位置との間で動いて燃料を前記燃料出口から前記燃料通路の中に通すことを可能にするために、前記力発生器からの始動に応答して移動可能である、第１のバルブと、
前記ノズル部における第２のバルブであり、前記燃料通路の中の閉位置と開位置との間で動いて前記燃焼室の中に燃料を噴射するために、所定の燃料圧に応答して移動可能である、第２のバルブと、
を備える燃料噴射器。
前記第１のバルブが強磁性弁であり、前記第２のバルブが変形可能なポリマー弁である、請求項１に記載の燃料噴射器。
前記本体が縦軸を有し、前記第１のバルブが前記閉位置と前記開位置との間で前記縦軸と概して平行に動き、前記第２のバルブが前記閉位置と前記開位置との間で前記縦軸から概して半径方向外向きに動く、請求項１に記載の燃料噴射器。
前記本体を通して前記ベース部から前記ノズル部まで長手方向に延びる導体であり、点火エネルギー源に結合されるように構成される、導体と、
前記導体に作動可能に結合され、且つ燃料を点火するために前記燃焼室における点火イベントを発生させるように構成される、１つ又は複数の点火機能部と、
をさらに備える、請求項１に記載の燃料噴射器。
前記導体と同軸方向に配置され、且つ前記ベース部から前記ノズル部に延びる、１つ又は複数の監視要素をさらに備える、請求項４に記載の燃料噴射器。
燃焼室の中に燃料を噴射するように構成される燃料噴射器であって、
ノズル部とは反対側のベース部を有する本体と、
前記ノズル部によって支えられる弁であり、開位置と閉位置との間で移動可能である、弁と、
前記弁に作動可能に結合され、且つ前記弁から前記ベース部に延びる、アクチュエータであり、前記アクチュエータに少なくとも部分的に張力がかかるときに前記弁を前記閉位置に動かす、アクチュエータと、
前記アクチュエータと接触するように構成されるアクチュエータ・ブレーキであり、前記アクチュエータは第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、前記第１の位置において、前記アクチュエータ・ブレーキは、張力がかかっている前記アクチュエータを少なくとも部分的に移動不能にして前記弁を前記閉位置に保持するために前記アクチュエータ上に収縮力を提供し、前記第２の位置において、前記アクチュエータ・ブレーキは前記アクチュエータを解放する、アクチュエータ・ブレーキと、
を備える燃料噴射器。
前記第１の位置と第２の位置との間の前記アクチュエータ・ブレーキの前記移動を誘起する力発生器をさらに備える、請求項６に記載の燃料噴射器。
前記アクチュエータに結合される止め部をさらに備え、前記止め部が、前記弁が前記閉位置から前記開位置に動く距離を制限するために前記アクチュエータ・ブレーキと接触するように構成される、請求項６に記載の燃料噴射器。
前記アクチュエータに結合される止め部と、
前記止め部に隣接するバイアス部材であり、前記止め部を前記ノズル部から遠ざかる方に付勢して前記アクチュエータに張力をかけ、前記弁を前記閉位置に少なくとも部分的に保持する、バイアス部材と、
をさらに備える、請求項６に記載の燃料噴射器。
前記アクチュエータに結合される引き付け要素と、
前記ベース部に結合される固定強磁性ディスクと、
をさらに備え、前記引き付け要素が、前記ノズル部から遠ざかる方向に前記ディスクの方にバイアスされて、前記アクチュエータに張力をかけ、前記弁を前記閉位置に少なくとも部分的に保持する、請求項６に記載の燃料噴射器。
燃焼室の中に燃料を噴射するために燃料噴射器を作動させる方法であって、
前記燃料噴射器のベース部の中に燃料を導入するステップと、
前記ベース部から燃料通路の中に燃料を流すために前記燃料噴射器の縦軸と概して平行な方向に第１のバルブを始動するステップであり、前記燃料通路が前記燃料噴射器の前記ベース部からノズル部に延びる、ステップと、
燃料を前記燃料通路から燃焼室の中に分与するために前記縦軸と概して非平行な方向に第２のバルブを始動するステップと、
を含む方法。
前記第１のバルブを始動するステップが、前記第１のバルブをソレノイド巻線で閉位置から開位置に動かすことを含む、請求項１１に記載の方法。
前記第２のバルブを始動するステップが、前記燃料通路の中の所定の圧力に応答して前記第２のバルブを少なくとも部分的に変形することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記第２のバルブが、前記ノズル部上に同軸方向に配置されたスリーブ弁を備え、前記第２のバルブを始動するステップが、前記スリーブ弁の少なくとも一部を半径方向に拡張することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記第１のバルブを始動するステップが、前記第１のバルブを電磁気により始動することを含み、前記第２のバルブを始動するステップが、前記第２のバルブを油圧により始動することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記第２のバルブを始動するステップが、前記燃料通路の中の所定の圧力に応答して前記第２のバルブを自動的に始動することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記ノズル部によって支えられる点火機能部で前記燃焼室の中の燃料を点火することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。