JPH041458A - 超音波式燃料噴霧発生装置を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波式燃料噴霧発生装置を備えた内燃機関、
例えば火花点火式ガソリン機関又は圧縮点火式ディゼル
機関に関するものである。

［従来の技術］ 従来、圧縮点火式内燃機関の燃料噴射装置については、
きわめて多種多様の装置が試みられているが、現在最も
広く実用されているものは、無気噴射方式（空気噴射に
対していう）であり、これは噴射期間だけプランジャポ
ンプで燃料を圧送し自動弁から噴射する方式である。最
近分配形ポンプが実用化されたが、これはプランジャ１
本で燃料を圧送し分配弁によって各シリンダへ分配する
方式のもので、構造が小形軽量である。

燃料噴射装置の役目は、巨視的には毎回の燃焼に必要な
燃料の量を適切な時刻にシリンダ内に供給してやること
で、そのために調速機、タイマを備えている。また微視
的には１回の噴射中に適切な粒径の噴霧を燃焼室内に最
適の空間時間分布で与えてやることで、燃焼室の設計と
きわめてデリケートな関係を有する。

［発明が解決しよとする課題］ 上記のような従来の圧縮点火式内燃機関の燃料噴射装置
では、燃料の噴射時の粒径が燃焼室内において不均一で
あるため、燃焼時間が場所により異なり、燃焼効率が悪
くなる。また高速燃焼サイクルになると機械的作動遅れ
等により不完全燃焼が生じやすく、この不完全燃焼ガス
が排気ガスとして排出されると公害になるという問題点
があった。

さらにこの燃料噴射装置及び関連機器は、機械的部品が
多いため、電気的制御が難しく、迅速性に欠は全体的な
性能に影響する。また部品の摩耗により故障も生じやす
いという問題点もあった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、電気的制御が容易となり全体的な制御能力を向上さ
せ、燃焼効率が高く公害問題も減少する圧縮点火式また
は火花点火式内燃機関を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る超音波式燃料噴霧発生装置を備えた内燃機
関は、燃料供給部から供給される燃料に対して超音波発
振部から発振された所定周波数帯域の超音波を輻射させ
、燃焼に最適な所定粒状及び最適な濃度の霧化燃焼を必
要量発生するように制御（電気、電子、機械、自動、手
段等により制御）された超音波式燃料噴霧発生装置と、
該超音波式燃料噴霧発生装置から発生された常圧（大気
圧）又はそれ以外の圧力にある霧化燃料を、火花点火手
段または圧縮点火手段により、燃焼室内において燃焼爆
発させる燃焼機構とを備えたものである。

［作用］ 本発明においては、超音波式燃料噴霧発生装置が燃料供
給部から供給される燃料に対して超音波発振部から発振
された所定周数波帯域の超音波（例えば周波数１０ＫＨ
ｚ〜２０ＭＨｚの全域又はその部分帯域の超音波）を輻
射させ、０．１　ｕ〜１ｖＡの範囲内で燃焼に最適な所
定粒状及び最適な濃度の霧化燃料を必要量発生するよう
に電気、電子、機械、自動、手動等により制御され、燃
焼機構が前記超音波式燃料噴霧発生装置から発生された
常圧（大気圧）又はそれ以外の圧力にある霧化燃料を、
火花点火手段または圧縮点火手段により、燃焼室内にお
いて燃焼爆発させる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す超音波式燃料噴霧発生
装置を備えた内燃機関の構成図である。

図において１は燃料タンク、２は燃料ろ過器、３は燃料
ポンプ、４は圧力調整器、５は超音波式燃料噴霧発生装
置、６は超音波式燃料噴霧発生装置５の一部をなす単数
又は複数の超音波発振部により構成される超音波源であ
り、例えば周波数１０ＫＨｚ〜２０ＭＨｚの全域又はそ
の部分帯域の超音波を発生する。７は吸気エアーの温度
を検出する吸気温センサ、８は補助空気弁、９はスロッ
トルスイッチ、１０は冷却水の温度を検出する水温セン
サ、１１は空気と霧化燃料との混合ガス圧力を検出する
圧力センサ及び空気と霧化燃料の濃度を検出する濃度セ
ンサ、１２は配電器、１３は始動スイッチ、１４は燃焼
促進のため高速低圧の流体を低速高圧の流れに変換する
デイフユーザ、１５は電気火花により点火するための点
火プラグ、１Ｂはシリンダなどの燃焼室、１７はガソリ
ン機関の場合、例えば４サイクルの燃料サイクルを制御
するためのコントロールユニットで超音波式燃料噴霧発
生装置の制御も含まれる。

第１図の動作を説明する。燃料タンク］からの燃料は燃
料ろ過器２を介して燃料ポンプ３により超音波式燃料噴
霧発生装置５に供給される。このとき圧力調整器４は超
音波式燃料噴霧発生装置５内の燃料の液面が所定の一部
レベルを維持するように制御動作を行なう。超音波源６
は単数又は複数の超音波発振部から輻射された例えば周
波数１ＯＫＨｚ〜２０ＭＨｚの全域又はその部分帯域の
超音波エネルギーを燃料供給部から供給される燃料に対
して輻射し、内部燃料の霧化を行なう。ここで各超音波
発振部は、例えばチャンバー（霧化室）の底面に設置さ
れた単数又は複数の超音波振動子により構成され、複数
の超音波振動子の場合は、これらの振動子から伝播する
超音波の集束する点に、超音波式燃料噴霧発生装置５内
の液面を維持するようにしている。このように超音波式
燃料噴霧発生装置５は、超音波ビームの集束点に燃料液
面を維持し、効率の良い霧化を行なうと共に、粒径０．
１−〜１　ｙｓｍの範囲内で、燃焼に最適となるように
あらかじめ設定された均一粒径の霧となるように燃料の
霧化を必要量行なう。

このように超音波エネルギーにより例えば水を霧化する
技術を利用した超音波加湿器は既に実用化されており、
ガソリン、軽油、灯油及びＡ重油などの石油燃料の場合
も超音波を用いて霧化が可能である。なお超音波による
霧化は、本実施例の方法以外にも周波数帯により種々の
手法が提案されているので、前記粒径の設定により、必
要とする粒径に最適方法の装置を選定できる。また超音
波式燃料噴霧発生装置５内の超音波源６には、超音波を
上方のみに輻射させるために振動子をエアーバックで用
いたり、振動子の周辺支持体を防水化する設計などがな
されている。超音波式燃料噴霧発生装置５により常圧（
大気圧）又はそれ以外の圧力において、粒径ｏ、ｉ　ｕ
〜１鰭の範囲内で燃焼に最適な所定の粒径に霧化された
燃料は、さらに圧力センサ及び濃度センサ１１により最
適燃焼状態に圧力及び濃度が調整され、さらに燃焼促進
のため、デイフユーザ１４により高速低圧流体から低速
高圧流体に変換された後に燃焼室に送り込まれ、点火プ
ラグ１５により火花点火して燃焼爆発させる。

その他の機器の動作は、通常のガソリン機関のような火
花点火式内燃機関の場合と全く同一であるので説明を省
略する。

第１図の実施例においては、超音波式燃料噴霧発生装置
５は、２つの燃焼室に霧化燃料を供給する例を示してい
るが、さらに多数の燃焼室を有するエンジンの場合には
、すべての燃焼室に供給できる大容量の超音波式燃料噴
霧発生装置５を設けるようにしても、また各燃焼室毎に
小容量の超音波式燃料噴霧発生装置５を個別に設けるよ
うにしてもいずれでもよい。

また上記実施例において、１つの燃焼室に対する霧化燃
料の噴射箇所は１箇所のみならず、多箇所から噴射する
ようにして、燃焼室内における噴霧に最適の空間時間分
布を与えることができる。

また上記実施例のように燃焼室と超音波式燃料噴霧発生
装置とを分離して設ける方法のほかに、燃焼室内に直接
霧化燃料を噴霧できる燃焼室と一体型の超音波式燃料噴
霧発生装置を設けるようにしてもよい。

第２図は本発明の火花点火式内燃機関への適用例を示す
構成図である。図において、５は超音波式燃料噴霧発生
装置、１８は超音波発振部、１９は空気清浄器であり、
動作は第１図で説明した通りである。

第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明の圧縮点火式４サイク
ルデイーゼル単動機関への適用例を示す構成図であり、
同図（ａ）は平面図を、同図（ｂ）は側面断面図をそれ
ぞれ示している。図において、５は超音波式燃料噴霧発
生装置、２０は燃料噴霧部である。

第３図の動作は、圧縮点火式機関であるので、空気のみ
をシリンダ内で高圧縮し、圧縮完了直前に霧化燃料を噴
射して、シリンダ圧力を圧縮圧力付近に保ちながら燃焼
爆発させる方法が、前記火花点火方式の場合と異なるが
、その他は第１図で説明した動作と同じである。

またディーゼル機関には一般に重油燃料が使用されるが
、へ重油についての超音波エネルギーによる霧化には特
に技術的問題はない。Ｃ重油については、超音波式燃料
噴霧発生装置５に残留物処理手段を付加することにより
、Ｃ重油からも連続的に噴霧を発生させることができる
。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、超音波式噴霧発生装置
により燃料供給部から供給される燃料に対して超音波発
振部から発振された超音波を輻射して、所定粒状の霧化
燃料を発生させ、燃焼機構が前記超音波式燃料噴霧発生
装置から発生された霧化燃料を、火花点火手段または圧
縮点火手段により、燃焼室内において燃焼爆発させるよ
うにしたので、霧化燃料の粒径が均一化することによる
燃焼効率の向上及び圧縮比の低下と、排気ガスが浄化さ
れることによる公害低減の効率とが得られる。

さらに電気制御が容易となるため、全体的な制御能力が
向上する。また機械部品の減少により、故障原因が減り
内燃機関の故障が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す超音波式燃料噴霧発生
装置を備えた内燃機関の構成図、第２図は本発明の火花
点火式内燃機関への適用例を示す構成図、第３図は本発
明の圧縮点火式４サイクルデイーゼル単動機関への適用
例を示す構成図である。 図において、１は燃料タンク、２は燃料ろ過器、３は燃
料ポンプ、４は圧力調整器、５は超音波式燃料噴霧発生
装置、６は超音波源、７は吸気温センサ、８は補助空気
弁、９はスロットルスイッチ、工０は水温センサ、１１
は圧力センサ及び濃度センサ、１２は配電器、１３は始
動スイッチ、１４はデイフユーザ、１５は点火プラグ、
１６は燃焼室、１７はコントロールユニット、１８は超
音波発振部、１９は空気清浄器、２０は燃料噴霧部であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料供給部から供給される燃料に対して超音波発振部か
   ら発振された所定周波数帯域の超音波を輻射させ、燃焼
   に最適な所定粒状及び最適な濃度の霧化燃料を必要量発
   生するように制御された超音波式燃料噴霧発生装置と、 該超音波式燃料噴霧発生装置から発生された常圧又はそ
   れ以外の圧力にある霧化燃料を、火花点火手段または圧
   縮点火手段により、燃焼室内において燃焼爆発させる燃
   焼機構とを備えたことを特徴とする超音波式燃料噴霧発
   生装置を備えた内燃機関。