JPH049109B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、超音波霧化装置に関し、特
に例えば、ガソリンエンジンやデイーゼルエンジ
ンのごとき自動車用内燃機関を始め、ボイラーや
給湯器などの燃焼器やガスタービン等に好適に適
用され得る超音波霧化装置に関する。

従来の技術 周知のように、超音波霧化装置は、高周波発振
器が駆動して高周波電気振動を発生させると、該
高周波発振器とともに超音波振動発生手段を形成
している電気／音響変換素子が前記高周波電気振
動を超音波振動に変換して、軸線方向一端側が前
記電気／音響変換素子に接続されている超音波振
動子ホーンを駆動せしめ、該超音波振動子ホーン
の軸線方向他端側外周面に供給される液体物質を
霧化せしめるようになつている。上述したごとき
構成の超音波霧化装置は、その用途範囲が例え
ば、化粧用のスプレーから前述した車両用内燃機
関及び各種燃焼器等と多岐に亘つており、前記超
音波霧化装置が、前記車両用内燃機関や各種燃焼
器等に採用される場合には、これら各々の装置が
具備する燃料噴射装置に使用されるのが一般的で
ある。

発明が解決しようとする問題点 ところで、上述したごとき構成の従来の超音波
霧化装置にあつては、前記超音波振動子ホーンの
軸線方向他端部及びその近傍の外周面、即ち霧化
領域に対する液体物質の供給が、前記超音波振動
子ホーンの外周面近傍に沿つて配設されている液
体物質供給管と、該液体物質供給管の先端部に設
けられ、噴射方向が前記振動子ホーンの霧化領域
に向けて設定されているノズルとによつて直接行
なわれるようになつていた。そのため、前記超音
波霧化装置を、前述した車両用内燃機関の燃料噴
射装置のごとき運転条件が随時可変する装置に適
用するに当つては、以下に記載するごとき不具合
があつた。即ち、前記超音波霧化装置を、前記車
両用内燃機関の燃料噴射装置に適用した場合を想
定すると、内燃機関の運転条件に見合つた液体燃
料量を前記内燃機関に供給してやる必要があるの
で、機関の運転条件に応じて機関に供給すべき液
体燃料量を増大させる必要がある場合と、減少さ
せる必要がある場合とが生ずる。上述のごとき液
体燃料供給量の調節を、例えば、前述したノズル
にて行なおうとすれば、通常、ノズルの口径は可
変できないので前記ノズルの口径を前記内燃機関
の運転条件が多量の燃料を必要とする場合に合わ
せて大径に設定するか、或いは前記内燃機関の運
転条件が少量の燃料を必要とする場合に合わせて
小径に設定するか、いずれか一方を選択しなけれ
ばならない。しかしながら、ノズルの口径を大径
に設定すると、該ノズルから前記振動子ホーンの
霧化領域に供給されるべき液体燃料が該霧化領域
の一部に集中し、該霧化領域に形成される液体燃
料の液膜が厚くなつて粒径の大きな噴霧が形成さ
れてしまうのを始め、機関の運転条件が少量の液
体燃料しか必要としていないときには前記ノズル
から流出する液体燃料の流出速度が小さくなるた
めに、前記液体燃料が前記振動子ホーンの霧化領
域に充分に供給されずに液垂れを起してしまうと
いう欠点があつた。一方、上記とは反対に、ノズ
ルの口径を小径に設定しようとすると、ゴミ等に
よるノズル孔の閉塞という不具合が生ずるおそれ
がある他、ノズル孔を加工するに際して加工作業
上種々の制約がある。

そこで、上述した欠点や不具合を解消すること
を目的として、前述した液体物質供給管に電磁弁
を配設し、マイクロコンピユータ等デイジタル電
子回路制御手段が前記電磁弁の開／閉を機関の運
転条件に応じて制御することによつて、前記振動
子ホーンに対する液体燃料の供給量を調整する装
置が提案された。しかるに、上述したごとき構成
の装置にあつても、前記電磁弁を配設するに足る
容積空間を前記液体物質供給管に形成する必要が
あり、この容積空間の存在が前記電磁弁の開／閉
制御による液体燃料流量の調整と実際に前記ノズ
ル孔から噴射される液体燃料の噴射量との間に応
答遅れが生じていた。

目 的 従つて本発明は、上述したごとき事実に鑑みて
創案されたものであつて、その目的は、簡単な構
成で、液垂れが生ずることなく、しかも、装置の
駆動条件に見合つた量の液体物質を振動子ホーン
の霧化領域に対して確実に供給することができる
ようにするとともに、装置の駆動条件が可変して
も該可変に応じて液体物質供給量を応答遅れなく
可変することができるようにすることによつて、
例えば、車両用内燃機関の燃料噴射装置のごと
き、可変する機関の運転条件に応じて機関に対し
て供給すべき液体燃料流量を可変する必要がある
装置に対しても好適に適用され得る超音波霧化装
置を提供することである。

問題点を解決するための手段 上記目的は本発明に係る超音波霧化装置によつ
て達成される。要約すれば、本発明は、軸線方向
一端側が超音波振動発生手段に接続されていると
ともに、軸線方向他端部及びその近傍の外周面が
供給された液体物質を受けてこれを超音波振動に
て霧化せしめる霧化域となつている超音波振動子
ホーンと、前記超音波振動子ホーンの霧化域に向
けて液体物質を供給する液体物質供給機構とを有
する超音波霧化装置において、前記液体物質供給
機構に、流動気体を導入可能な流動気体導入手段
を設け、該流動気体導入手段を介して導入された
流動気体によつて前記液体物質を前記超音波振動
子ホーンの霧化域に向けて噴射せしめるようにし
たことを特徴とする超音波霧化装置である。

実施例 以下、図面により本発明の一実施例に従う超音
波霧化装置について説明する。第１図は、本発明
の一実施例に従う超音波霧化装置を示す。本発明
の一実施例に従う超音波霧化装置は、第１図を参
照して明らかなように、主として供給された液体
物質を超音波振動にて噴霧に形成する超音波振動
子ホーン１と、駆動することによつて高周波電気
振動を発生させる高周波発振器３と、前記超音波
振動子ホーン１の軸線方向一端側に接続され、前
記高周波発振器３から与えられた高周波電気振動
を受けてこれを超音波振動に変換した後前記超音
波振動子ホーン１に与える前記高周波発振器３と
ともに超音波振動発生手段を形成する電気／音響
変換素子５とから成つているものである。

前述した超音波振動子ホーン１の軸線方向に沿
つた延長の大部分は略同径の円柱形状に形成され
た小径部１ａになつていて、該小径部１ａは、一
端側に鍔部９ａが形成されているとともに他端側
は略半球面形状を呈し、全体として略円筒形状を
呈するように形成されているケーシング９の中空
部１９内に配設されている。前記超音波振動子ホ
ーン１の小径部１ａの径は、前記ケーシング９に
形成されている中空部１９の壁面との間に空気流
が通過可能な間隔がとれるように、前記中空部１
９の径よりもかなり小さく設定されている。一
方、前記超音波振動子ホーン１の小径部１ａの前
記電気／音響変換素子５が接続されていない方の
端部には、前記ケーシング９から完全に露出せし
められ、本実施例では先端側に向うにつれて末広
がり形状に大径となる拡径部１ｂが前記小径部１
ａと連続するように形成されており、該拡径部１
ｂの末広がり形状に広がる側の外周面は、その略
全域が供給された液体燃料のごとき液体物質を受
けてこれを超音波振動にて噴霧にせしめる霧化領
域１５となつている。前記超音波振動子ホーン１
の霧化領域を形成する端部の形状は、第１図に図
示されるような拡径部１ｂの形状に限定されるも
のではなく、種々の形状とし得る。前述したケー
シング９には、該ケーシング９の鍔部９ａ側から
前記ケーシング９の略半球面形状を呈している側
にまで達する延長を持つた液体物質供給管１３が
前記中空部１９と略平行になるようにして１本又
は複数本配設されている。前記液体物質供給管１
３の下流側開口部には、前記液体物質供給１３と
ともに液体物質供給機構を形成しているノズル１
７が、その液体物質噴射方向を前記超音波振動子
ホーン１の拡径部１ｂの霧化領域１５に設定され
て取り付けられている。前記液体物質供給管１３
の前記鍔部９ａ側、即ち上流側開口部は、本発明
の一実施例に従う超音波霧化装置が例えば自動車
用のガソリンエンジン、デイーゼルエンジンのご
とき車両用内燃機関の燃料噴射装置に採用された
ときには、燃料タンク（図示しない）と電磁弁等
を介して連結され、前記液体物質供給管１３は、
該燃料タンクから流出する液体燃料を受けて前記
ノズル１７とともに前記振動子ホーン１の霧化領
域１５に供給するように機能する。

本実施例に従えば、前記液体物質供給管１３内
に、流速の可変が自在な流動気体を導入可能な流
動気体導入手段即ち流動気体導入管１１が設けら
れ、該流動気体導入管１１を介して前記液体物質
供給管１３内に導入された流動気体の運動エネル
ギによつて前記液体物質供給管１３内の液体物質
がノズル１７を介して前記波振動子ホーン１の霧
化領域１５に微細な液滴とつて噴射されるように
なつている。前記流動気体導入管１１の前記鍔部
９ａ側に開口している上流側開口部は、前記超音
波霧化装置が、例えば車両用内燃機関の燃料噴射
装置に採用されたときは、吸気管内におけるスロ
ツトル弁の上流側と連通せしめられて、前記流動
気体導入管１１は、スロツトル弁バイパス空気流
路、スロツトル弁バイパス空気流路弁を介して与
えられる差圧を利用して導入された空気を前記液
体物質供給管１３内に送り込むこととなる。又一
方、上述した場合において、前記流動気体導入管
１１の上流側開口部を前記機関の排気管側に連通
せしめ、排気自身が持つ圧力を利用して排気を直
接流動気体導入管１１内に取り込んで前記液体物
質供給管１３内に送出するようにしても差支えな
い。本実施例によれば、前記流動気体導入管１１
は前記液体物質供給管１３内に配設されるものと
したが、前記流動気体導入管１１の下流側開口部
のみを前記液体物質供給管１３内のノズル１７部
に位置するように構成することもできる。

上述したごとき構成の超音波霧化装置にあつて
は、例えば前記装置が車両用内燃機関の燃料噴射
装置に用いられたときには、前記流動気体導入管
１１の上流側開口部から前述したごとき態様で機
関内に流入しようとする空気或いは該機関から排
出される排気を導入して、これら空気或いは排気
を液体物質供給管１３内に送出せしめ、これら空
気或いは排気と前記液体物質供給管１３内の液体
燃料とを混合せしめることとなる。そして、これ
ら流動気体の持つている運動エネルギによつて、
前記液体燃料がノズル１７を介して噴出するとき
に、微細化された液滴となつて例えば機関の運転
条件が少量の液体燃料供給で足りるような場合に
も液垂れ等の不具合が殆んど生ずることなく前記
振動子ホーン１の霧化領域１５に供給され、前記
霧化領域１５に沿つて薄い液膜を形成することと
なる。又、機関の運転条件が、多量の液体燃料の
供給を必要とする場合や少量の液体燃料の供給で
足りる場合等種々変動したときにも、前記機関の
運転条件に見合つた流速の空気或いは排気を前記
液体物質供給管１３内に導入することが可能とな
つたので、この流速の変動に応じて前記液体物質
供給管１３から前記振動子ホーン１の霧化領域１
５に対する液体燃料の供給量を可変調整すること
ができるために、応答性の極めてすぐれた液体燃
料流量調節が可能となつた。更には、液体物質供
給管１３からの液体燃料が、ノズル１７内に、或
はノズル１７と超音波振動子ホーン１との間に滞
留するようなことがあつたとしても、斯かる滞留
分は流動気体導入管１１からの気体によつて超音
波振動子ホーン１の霧化領域１５へと吹き飛ばさ
れ、そして霧化されることとなり、不所望の液垂
れを防止することができる。更に又、流動気体導
入管１１からの気体は、ノズル１７から噴射され
ることによつて、超音波振動子ホーン１にて霧化
された噴霧微粒子を所望方向へと差し向ける働き
をもなす。

本発明者等が上述した流動気体導入管１１を設
けた超音波霧化装置を車両用内燃機関の燃料噴射
装置に採用して実験を行なつた結果、本発明に係
る流動気体導入管１１を介して空気や排気を導入
して液体燃料を振動子ホーン１に噴射した場合の
液滴の平均粒径は40μｍ（SMD）程度であること
が判明し、本発明に係る空気や排気を液体物質供
給管１３内に導入しない従来装置から供給される
液体燃料の液滴の平均粒径70μｍ（SMD）程度と
比較すると大幅に改善されたことが確認された。
又、前述したように、機関の運転条件が少量の液
体燃料の供給（約３c.c.／sec以下）しか必要とし
ない場合であつても、液垂れなどの不具合も殆ん
ど生じないことも確かめられた。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、簡単な
構成で、液垂れが生ずることなく、しかも、装置
の駆動条件に見合つた量の液体物質を超音波振動
子ホーンの霧化領域に対して確実に供給すること
ができるようにするとともに、装置の駆動条件が
可変しても該可変に応じて液体物質供給量を応答
遅れもなく可変することができるようにすること
によつて、例えば、車両用内燃機関の燃料噴射装
置のごとき、可変する機関の運転条件に応じて機
関に対して供給すべき液体燃料流量を可変する必
要がある装置に対しても、好適に適用され得る超
音波霧化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に従う超音波霧化
装置の要部断面図である。 １：超音波振動子ホーン、３：高周波発振器、
５：電気／音響変換素子、１１：流動気体導入
管、１３：液体物質供給管、１５：霧化領域、１
７：ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸線方向一端側が超音波振動発生手段に接続
   されているとともに、軸線方向他端部及びその近
   傍の外周面が供給された液体物質を受けてこれを
   超音波振動にて霧化せしめる霧化域となつている
   超音波振動子ホーンと、前記超音波振動子ホーン
   の霧化域に向けて液体物質を供給する液体物質供
   給機構とを有する超音波霧化装置において、前記
   液体物質供給機構に、流動気体を導入可能な流動
   気体導入手段を設け、該流動気体導入手段を介し
   て導入された流動気体によつて前記液体物質を前
   記超音波振動子ホーンの霧化域に向けて噴射せし
   めるようにしたことを特徴とする超音波霧化装
   置。 ２ 前記液体物質供給機構は、前記超音波振動子
   ホーンを囲包した状態で支持するケーシングに前
   記超音波振動子ホーンの軸線方向に沿つて配設さ
   れている液体物質供給管と、該液体物質供給管の
   下流側開口部と接続する液体物質噴射方向を前記
   超音波振動子ホーンの霧化域に向けて設定された
   ノズルとから成り、前記流動気体導入手段は、下
   流側開口部を前記液体物質供給管の下流側に臨ま
   せた流動気体導入管であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波霧化装置。 ３ 前記超音波霧化装置は、車両用内燃機関の燃
   料噴射装置であり、前記液体物質供給管の上流側
   開口部は、前記内燃機関の燃料タンクに接続され
   ているとともに、前記流動気体導入管の上流側開
   口部は、前記内燃機関の吸気管のスロツトル弁の
   上流側或いは前記内燃機関の排気管と連通せしめ
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の超音波霧化装置。