JPH1066903A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体中で衝撃的な圧力波を発生させ、この衝
撃波をできる限りすべて有効に利用してその減衰を極力
抑え、圧力波を噴射孔まで伝播させてそのエネルギーに
より液体を噴射させるようにした液体噴射装置を提供す
る。 【解決手段】 液体供給源２２と連通する加圧室３２
と、前記液体を噴射するための噴射孔４１と、この噴射
孔に前記加圧室から液体を導く噴射通路１５ａと、前記
加圧室内の液体に衝撃圧を付与する衝撃的高圧発生手段
１７とを有し、前記噴射通路内の液体を介して伝播した
衝撃圧が到達した時点で開となるように構成された弁手
段２５を前記噴射孔近傍に配置し、前記衝撃的高圧発生
手段の液体に対する衝撃圧付与方向を、前記噴射通路の
加圧室側端部の開口部３３に向け、前記噴射孔の大きさ
より前記噴射通路の加圧室側端部の断面積を大きくし、
前記噴射通路の加圧室側端部の開口面の範囲Ｗ１内で対
向する位置に前記高圧発生手段１７の高圧波付与面１７
ａを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃的高圧により
液体を噴射する液体噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼室に燃料を供給するため
の燃料供給ポンプが特開平８−８２２６６号公報に記載
されている。この公報記載の燃料供給ポンプは、圧電素
子を用いて容積型ポンプを構成したものであり、円筒状
シリンダ内に圧電素子（ＰＺＴアクチュエータ）により
駆動されるピストンを設け、ピストン押圧面側のシリン
ダ内部を加圧室とし、ピストンの対向面側の円筒端部に
燃料導入ポートと燃料吐出ポートの２つのポートを開口
させ、両ポートにはともに逆止弁を設けた構成である。

【０００３】このような構成において、圧電素子への電
圧印加によりその体積を変化させてピストンを駆動しこ
れを加圧室側に移動させ、加圧室の容積を変化させて加
圧室内の燃料圧力を上昇させ、燃料を吐出ポートから押
出すものである。このようにして、ピストン移動量、即
ち電圧に応じた圧電素子の定常的な体積変化量に応じて
加圧室内燃料の圧力が上昇し、この昇圧燃料は吐出ポー
トの逆止弁を通過して押出され、燃料パイプを介して高
圧インジェクタに供給される。

【０００４】上記公報記載の技術によれば、圧電素子へ
駆動信号が入力されてから実際に圧電素子が体積変化し
て必要な圧力に達するまでのタイムラグを考慮してイン
ジェクタの駆動信号を制御することにより、圧電素子の
体積変化後の定常状態になった変化量に基づく圧力上昇
に正確に対応させてインジェクタを制御し、噴射特性の
向上を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子を駆動する場合、実際には、駆動信号入力直後に大き
な衝撃的圧力波を発生し、これが振動しながら減衰して
定常状態の圧力に達する。この衝撃的圧力波の圧力は圧
電素子の体積変化が定常状態に達したときの圧力よりも
充分に大きいが、過渡的な圧力であるため前述の公報記
載技術を含め従来これを利用した液体噴射技術は開発さ
れていなかった。

【０００６】仮に従来の液体噴射装置、例えば前記公報
記載の燃料供給ポンプの構造において、この衝撃的な高
圧波を利用しようとしても、圧電素子の先端に取り付け
られるピストンに対向する位置に逆止弁を配置した吐出
ポートを配置しているが、吐出ポートの大きさは逆止弁
を配置するためピストン表面より極めて小さい。これに
より、ピストン表面で発生する衝撃的な高圧波の極一部
は、加圧室の吐出ポートに設けた逆止弁に到達するが、
吐出ポートと対向しないピストン表面で発生する衝撃的
な高圧波は、燃料加圧室１５の構成壁とピストン表面と
の間を往復するのみで、吐出ポートに設けた逆止弁に到
達することなく減衰してしまう。従って、ピストン表面
で発生する衝撃的な高圧波のほとんどは、燃料噴射には
利用できなかった。

【０００７】また、極めて小さな吐出ポートに到達する
高圧波も、まず加圧室の吐出ポートに設けた逆止弁に到
達してこれを押し開きそのエネルギーの一部が消費され
る。ここで逆止弁が開くことにより燃料が噴流となって
燃料パイプ側に流入し、高圧波のエネルギーはこの燃料
移動の運動エネルギーに変換され圧力がさらに低下す
る。この燃料の運動エネルギーは、燃料パイプの管路抵
抗により熱エネルギーに変り、燃料パイプの壁から放出
されるため、運動エネルギーは低下し、且つ運動エネル
ギーが燃料噴射孔に到達するときには、この燃料噴射孔
が開かれているので圧力上昇することなく、燃料が噴射
される。

【０００８】したがって、従来技術を用いた場合には、
衝撃的高圧波を有効に利用することができず、加圧室で
高圧波が発生しても、この高圧波により噴射孔での燃料
を高圧にすることはできず、噴射孔において燃料が高い
噴射圧力とならず、高い噴射速度が得られない。また、
高圧波のエネルギーは燃料の運動エネルギーに変換され
これが管路抵抗を受けるので噴射量が大きくならない。

【０００９】また、本発明においては、瞬間的に発生す
る衝撃波のエネルギーを利用するため、この高圧波をで
きる限り昇圧して噴射エネルギーを高めるとともに、発
生した衝撃的高圧波を無駄なくできる限りすべて噴射通
路側に取入れて効率的な高圧波エネルギーの利用を図る
ことが望ましい。

【００１０】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
であって、液体中で衝撃的な圧力波を発生させ、この衝
撃波をできる限りすべて有効に利用してその減衰を極力
抑え、圧力波を噴射孔まで伝播させてそのエネルギーに
より液体を噴射させるようにした液体噴射装置の提供を
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明においては、液体供給源と連通する加圧室
と、前記液体を噴射するための噴射孔と、この噴射孔に
前記加圧室から液体を導く噴射通路と、前記加圧室内の
液体に衝撃圧を付与する衝撃的高圧発生手段とを有し、
前記噴射通路内の液体を介して伝播した衝撃圧が到達し
た時点で開となるように構成された弁手段を前記噴射孔
近傍に配置し、前記衝撃的高圧発生手段の液体に対する
衝撃圧付与方向を、前記噴射通路の加圧室側端部の開口
部に向け、前記噴射孔の大きさより前記噴射通路の加圧
室側端部の断面積を大きくし、前記噴射通路の加圧室側
端部の開口面の範囲内で対向する位置に前記高圧発生手
段の高圧波付与面を設けたことを特徴とする液体噴射装
置を提供する。

【００１２】上記構成によれば、高圧発生手段の高圧波
付与面から発生した高圧波は、直進してその対向面側に
設けられた高圧波付与面より大きい開口面内にほとんど
全て導入され噴射エネルギーとして有効に利用される。
導入された高圧波は、噴射通路の開口面側端部の縮径部
を進行する間にさらに昇圧され、噴射通路を伝播して噴
射孔に到達し、ここで小面積の噴射孔によりさらに圧力
が高められ、大きな噴射エネルギーとなって液体を噴射
させる。

【００１３】このようにして、例えば圧電素子に電圧を
負荷したときに発生する高圧波を、効率よく無駄なく利
用し、さらに高いエネルギーの高圧波とすることがで
き、またこの高圧波を減衰させずに噴射通路内を伝播さ
せることができ、途中のエネルギー損失を少なくするこ
とができる。噴射孔に到達した高圧波のエネルギーは、
小面積の噴射孔で圧力がさらに高まり液体の運動エネル
ギーに変換され噴射孔から液体が噴射される。この場
合、噴射通路内を伝播中のエネルギー損失が少ないた
め、その分噴射量を多くすることができる。また、高圧
波が減衰することなく噴射孔に到達するため、噴射圧力
が高くなり、噴射速度が大きくなる。

【００１４】また、前記弁手段により、衝撃圧が到達し
た時点で噴射が可能となるとともに、衝撃圧が到達しな
い時点では閉となり噴射を防止可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】好ましい実施の形態においては、
前記衝撃的高圧発生手段の動作時および非作動時とも
に、前記噴射孔近傍の弁手段上流側から前記噴射通路の
加圧室側端部までの噴射通路は全域にわたって常に開放
状態であることを特徴としている。

【００１６】この構成によれば、噴射通路内には噴射孔
の弁手段以外には入口部を含めその全長にわたって管路
を閉じる例えば逆止弁等が設けられず通路内は常に開放
状態であるため、高圧波のエネルギー損失が抑えられ
る。

【００１７】別の好ましい実施の形態においては、前記
加圧室に臨んで、前記噴射通路の端部および前記液体供
給源への連通路が開口し、前記衝撃的高圧発生手段の衝
撃圧付与面に対向する側の加圧室壁面には、前記噴射通
路の端部のみを開口させたことを特徴としている。

【００１８】この構成によれば、衝撃的高圧波の進行方
向となる高圧発生手段の衝撃圧付与面に対向する面に
は、噴射通路のみが開口し、燃料等の液体導入通路は高
圧波の進行方向の側面あるいは背面に設けられるため、
高圧波のエネルギーは有効に噴射通路内を伝播して噴射
孔に到達する。

【００１９】さらに別の好ましい実施の形態によれば、
前記弁手段は、前記噴射孔を境にして噴射通路側の液体
圧力から、噴射する空間側の液体圧力を引いた値が所定
値以下の場合に閉となるとともに、この弁手段に液体の
衝撃的高圧が到達作用することにより開となるように構
成したことを特徴としている。

【００２０】この構成によれば、噴射孔の弁手段は、弁
前後の圧力差が小さいときには閉状態であり、圧力差が
所定値を超えると開となって、圧力差に応じた噴射速度
で、高圧波の持続時間だけ液体を噴射することができ
る。

【００２１】別の好ましい実施の形態によれば、前記弁
手段は、この弁手段に液体の衝撃的高圧が到達するタイ
ミングで弁を開とする弁開閉駆動手段を備えたことを特
徴としている。

【００２２】この構成によれば、噴射孔の弁手段は弁開
閉駆動手段により開けられ、高圧波のエネルギーはこの
弁を開くために消費されない。したがって、噴射孔にお
いて、衝撃的高圧はそのまま維持され、大きな噴射速度
が得られる。また圧力が高い空間に対し液体を噴射する
ことが可能になる。

【００２３】別の好ましい実施の形態においては、前記
噴射通路を、その加圧室側端部から噴射孔方向に断面積
が減少するように形成したことを特徴としている。

【００２４】この構成によれば、噴射通路を伝播する高
圧波が、噴射孔に向かって通路断面積が徐々に狭まる部
分を進む間に圧力が高められ、噴射孔においてさらに大
きな噴射速度が得られる。

【００２５】別の好ましい実施の形態においては、前記
衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発生部は、電界の変化
に応じて形状が変化する電歪素子で形成されたことを特
徴としている。

【００２６】この構成によれば、駆動電流を入力した瞬
間に電歪素子が形状変化して液体方向に移動する。この
瞬間に液体粒子は慣性で留ろうとするため、確実に衝撃
的高圧を発生させることができる。

【００２７】さらに別の好ましい実施の形態において
は、前記衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発生部は、磁
界の変化に応じて形状が変化する磁歪素子で形成された
ことを特徴としている。

【００２８】この構成によれば、例えば駆動電流を入力
して電磁コイルの磁界を変化させた瞬間に磁歪素子が形
状変化して液体方向に移動する。この瞬間に液体粒子は
慣性で留ろうとするため、確実に衝撃的高圧を発生させ
ることができる。

【００２９】別の好ましい実施の形態においては、前記
衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発生部は、前記加圧室
内の液体に浸漬した一対の対向する放電電極により形成
されたことを特徴としている。

【００３０】この構成によれば、液体中での放電により
その放電エネルギーが熱を介して液体の気化エネルギー
として消費され、液体が瞬間的に気化成長し、体積膨張
する。この体積膨張する液蒸気（気泡）により、蒸気の
前面の液体粒子が押される。このとき液体粒子は慣性で
留ろうとするため、大きな衝撃的高圧波が発生する。放
電エネルギーは電極に印加する電圧により自由に制御可
能である。また、放電は瞬時に発生するので、衝撃的高
圧値を大きくすることができ、噴射速度を高めることが
できる。

【００３１】さらに別の好ましい実施の形態において
は、前記衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発生部は、前
記加圧室内の液体に浸漬した電気放熱体により形成され
たことを特徴としている。

【００３２】この構成によれば、液体中での電気放熱体
に電気エネルギーを供給することによりその電気エネル
ギーが熱となって液体中で放熱し、この熱が液体の気化
エネルギーとして消費され、液体が瞬間的に気化成長し
て体積膨張する。この体積膨張する液蒸気（気泡）によ
り、蒸気の前面の液体粒子が押される。このとき液体粒
子は慣性で留ろうとするため、大きな衝撃的高圧波が発
生する。放熱のための電気エネルギーは放電体に供給す
る電力により自由に制御可能である。

【００３３】さらに別の好ましい実施の形態において
は、前記衝撃的高圧発生手段は、前記加圧室内の液体を
照射するレーザー発光手段を備えたことを特徴としてい
る。

【００３４】この構成によれば、レーザーが液体粒子を
加振して光エネルギーは容易に熱エネルギーに変換され
る。これにより液体は瞬間的に気化成長して体積膨張す
る。この体積膨張する液蒸気（気泡）により、蒸気の前
面の液体粒子が押される。このとき液体粒子は慣性で留
ろうとするため、大きな衝撃的高圧波が発生する。

【００３５】好ましい実施の形態においては、前記液体
噴射装置は、被印刷物にインクを供給するためにインク
を噴射する印刷装置のインク噴射手段として使用された
ことを特徴としている。

【００３６】このような印刷装置のインク噴射手段とし
て用いることにより、インク噴射が、衝撃的高圧を利用
するので噴射速度を大きくすることができ、印刷速度を
速くすることができる。また、噴射孔近傍に弁手段が備
るため、インクの切れがよくなり、印刷の滲みを防止す
ることができる。また、噴射孔と印刷面との間の距離を
大きくすれば、インクの噴射速度が大きいため微粒化が
促進され、広い面をむらなく印刷できる。さらに、この
ような噴射孔と印刷面との間の距離を制御しながら、被
印刷物を噴射方向に対し直角方向に移動すれば、印刷の
むらや滲みのない状態で印刷の幅を制御することができ
る。

【００３７】別の好ましい実施の形態においては、前記
液体噴射装置は、ボイラーの燃焼室に燃料を供給する燃
料噴射手段として使用されたことを特徴としている。

【００３８】このようなボイラーの燃料噴射手段におい
ては、衝撃的高圧により燃料を噴射するので、燃料の噴
射速度が大きくなり、燃料が充分に微粒化する。したが
って、重油等の低揮発性の燃料であっても確実な燃焼が
可能になり、すすの発生を少なくして熱効率を高めるこ
とができる。

【００３９】別の好ましい実施の形態においては、前記
液体噴射装置は、内燃機関に潤滑油を供給するために潤
滑油を噴射する内燃機関の潤滑油供給手段として使用さ
れたことを特徴としている。

【００４０】このように、内燃機関の潤滑油供給手段と
して用いることにより、潤滑油は衝撃的高圧を利用して
噴射されるため、安定して確実な潤滑油供給ができ、円
滑なエンジン駆動が達成される。

【００４１】別の好ましい実施の形態においては、前記
液体噴射装置は、内燃機関の吸気系または燃焼室に直接
燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置として使用され
たことを特徴としている。

【００４２】このように内燃機関の燃料噴射装置として
用いることにより、燃料は衝撃的高圧を利用して噴射さ
れるので、燃焼室内が高圧になっても燃料を噴射するこ
とができる。したがって、ガソリンエンジンにおいて
は、圧縮行程終期の点火直前まで燃料噴射可能になり、
またディーゼルエンジンのように燃焼継続中の高圧の燃
焼室にも燃料を確実に噴射することができる。この場
合、燃料噴射速度が大きくなることにより、燃料が微粒
化し、燃料が確実に気化するので、未燃焼成分の発生が
抑制され、排気浄化性がよくなる。

【００４３】別の好ましい実施の形態においては、本発
明の液体噴射装置を燃料噴射式内燃機関に搭載したこと
を特徴としている。

【００４４】このような内燃機関は、衝撃的高圧を利用
した燃料噴射を行うので、噴射速度を高め微粒化を促進
して、高圧燃焼室内へ確実に燃料を供給することが可能
になる。したがって、２サイクルおよび４サイクルのガ
ソリンエンジンにおける吸気管噴射や筒内噴射だけでな
く、ディーゼルエンジンに対しても充分適用可能にな
り、あらゆる運転状態で確実な燃料噴射が達成され、燃
焼効率が高く未燃ガス成分の発生を抑制して排気エミッ
ションを向上させ、信頼性が高くしかも汎用性の高い燃
料噴射装置が得られる。

【００４５】

【実施例】図１は本発明に係る液体噴射装置を適用した
４サイクル内燃機関の構成図である。エンジン１は、燃
焼室上部を構成するシリンダヘッド２と、燃焼室の筒体
を構成するシリンダブロック３と、クランク室を形成す
るオイルパン４とにより構成される。クランク室内のク
ランク軸５は、クランクピン６およびピストンピン７を
介してピストン８に連結される。シリンダヘッド２には
吸気管９が設けられ、その端部にエンジン内燃焼室に臨
んで吸気弁１０が装着される。また、シリンダヘッド２
には、排気管１１が設けられ、その端部に排気弁１２が
装着される。シリンダヘッド２の中央部には点火プラグ
１３が装着される。

【００４６】この実施例では、エンジン燃焼室内に直接
燃料を噴射するためのインジェクタ１４がシリンダヘッ
ド２の上面から燃焼室内に臨んで設けられる。このイン
ジェクタ１４は、燃料パイプ１５を介して、本発明に係
る高圧発生装置１６に連通している。この高圧発生装置
１６は、後述の電歪手段（圧電素子）からなる衝撃的高
圧発生源１７を備えている。この高圧発生源１７は制御
回路１８に連結され所定のタイミングで駆動制御され
る。高圧発生装置１６には、燃料供給パイプ２１を介し
て燃料ポンプ１９により、燃料タンク２２から燃料が導
入される。。２０はフィルターである。インジェクタ１
４にはエア抜きパイプ２３が接続され、燃料ポンプ１９
により常時燃料が供給され、燃料パイプ１５及びインジ
ェクタ内部のエアおよび気化燃料等の気泡は燃料ととも
に不図示のエアベント孔を上部に持つ燃料タンク側に戻
される。これにより燃料パイプ１５およびインジェクタ
１４内部は燃料で満たされるので、衝撃的高圧波が確実
に伝播するとともに、衝撃的高圧波がインジェクタ１４
内の噴射孔直前部に衝突してさらに圧力上昇するのを可
能とする。

【００４７】図２は、上記実施例における高圧発生装置
１６とインジェクタ１４の詳細構成図である。インジェ
クタ１４は、先端に噴射孔４１を有する弁本体２４から
なり、この噴射孔４１に弁２５が装着される。弁２５は
スプリング２６により常に閉方向に付勢される。このイ
ンジェクタ１４には、袋ナット２７を介して燃料パイプ
１５が接続される。また、弁本体２４には側壁にエア抜
きポート２８が形成され、エア抜きパイプ２３が接続さ
れる。エア抜きポート２８は衝撃的高圧波の進行方向に
対向する位置ではなく、進行方向の側面に設けられてお
り、衝撃的高圧波のエネルギーはエア抜きポート２８か
ら飛散することなく、確実に噴射孔方向に伝播する。

【００４８】このインジェクタ１４に、後述のように、
衝撃的高圧波が伝播してくると、弁２５の内側面に衝突
しさらに昇圧する。そしてそのエネルギーにより、スプ
リング２６に抗して弁２５が押し開かれ、燃料が噴射さ
れる。即ち、燃料噴射すべき燃焼室側と弁本体２４の内
部の圧力差がスプリング２６に応じた所定値より小さい
ときには、弁２５は閉じた状態に保たれる。一方、衝撃
的高圧波が到達して、この弁内外の圧力差が所定値より
大きくなると弁２５が開かれ燃料が噴射される。

【００４９】高圧発生装置１６は、例えば筒状の本体３
１からなり、その内部に加圧室３２が形成される。この
加圧室３２の一方の端部側に、例えば後述の圧電素子か
らなる高圧発生源１７が装着される。この高圧発生源１
７は加圧室３２内に衝撃的高圧波を発生させ加圧室３２
内の燃料に衝撃的圧力を付与するものである。この加圧
室内燃料に対する衝撃高圧波の付与面１７ａに対向する
側の筒状本体３１の端部に加圧室３２に臨んで高圧波吐
出ポート３３が開口する。この吐出ポート３３には、袋
ナット３４を介して、前述のインジェクタ１４に連通す
る燃料パイプ１５が接続される。この燃料パイプ１５の
内部通路およびその端部の吐出ポート３３部分により高
圧燃料の噴射通路１５ａが構成される。

【００５０】本実施例においては、吐出ポート３３の開
口面の範囲Ｗ１はこれに対向する位置の高圧波付与面１
７ａの面積範囲Ｗ２より大きく、かつ吐出ポート３３の
範囲Ｗ１に含まれる範囲内でこれに対向する位置に高圧
波付与面１７ａが設けられる。また、この吐出ポート３
３は、高圧波の進行方向に向って円錐状に縮径してその
端部で燃料パイプ１５に接続されている。

【００５１】このような構成により、後述のように、高
圧波付与面１７ａから発生する大部分が直進成分の衝撃
的高圧波は、その進行方向に対向する位置に設けられ
た、高圧波付与面１７ａの範囲Ｗ２を含む大きな範囲Ｗ
１を有する吐出ポート３３内にほとんど全て進入する。
吐出ポート３３内に進入した高圧波は、円錐状縮径部を
進行する間に圧力が高められ、さらに大きなエネルギー
となって、噴射通路１５ａ内をインジェクタ１４に向っ
て伝播する。

【００５２】この高圧発生源１７は、シール材２９を介
してリード線３０により制御回路１８（図１）に連結さ
れる。高圧発生源１７の衝撃高圧波付与面１７ａに直交
する筒状本体３１の側面、即ち、高圧波が伝播する進行
方向に対する直角な側面には、燃料導入ポート３５が加
圧室３２に臨んで開口する。この燃料導入ポート３５に
は袋ナット３６を介して前述の燃料ポンプ１９（図１）
に連通する燃料供給パイプ２１が接続される。

【００５３】このような構成の燃料噴射装置において、
加圧室３２内に燃料を充填した状態で、高圧発生源１７
の圧電素子（図示しない）に駆動電圧を印加すると、圧
電素子が形状変化する瞬間に衝撃的高圧波が発生する。

【００５４】この高圧波の発生作用は以下のとおりであ
る。まず電圧印加の瞬間に圧電素子が形状変化し、高圧
波付与面１７ａが加圧室側に移動する。この瞬時の移動
により、加圧室３２内の液体（燃料）粒子を押圧する
が、液体粒子は慣性で静止状態を保とうとするため、加
圧室３１内の燃料に対し大きな圧力が衝撃的に発生す
る。したがって、この衝撃的高圧波は、高圧波付与面１
７ａ側からその付与面１７ａに対し直角方向に、加圧室
の反対面側の対向する位置の高圧波吐出ポート３３に向
かって瞬時に伝播する。この圧力波が加圧室３２内を進
行中に加圧室の側面に開口する燃料導入ポート３５を通
過するが、このポート３５の開口方向は高圧波の進行方
向に対し直角方向であるため、これを瞬時に通過し高圧
波の圧力は、燃料導入ポート３５内の燃料およびこれに
連通する燃料供給パイプ２１内の燃料に対し実質上何等
作用せず、高圧波のエネルギーは全く消費されない。し
たがって、この燃料導入ポート３５に逆止弁等の開口遮
断手段を設ける必要はない。燃料導入ポート３５は高圧
波付与面１７ａ前方でなければ良く、高圧発生源１７と
並列に加圧室３２内を臨む様に配置してもよい。

【００５５】高圧発生源１７の高圧波付与面１７ａから
筒状本体３１の対向する端面に到達した衝撃的高圧波
は、この面に唯一形成された前述の大きな範囲Ｗ１を有
する燃料吐出ポート３３内に進入し、噴射通路１５ａ内
の燃料を媒介としてインジェクタ１４に向かって伝播す
る。このとき、燃料吐出ポート３３には、逆止弁等の通
路閉塞部材が介在しないため、高圧波のエネルギーは消
費されずに燃料の噴射通路１５ａ内に進入する。

【００５６】燃料吐出ポート３３の加圧室３２側端部の
大きさは噴射通路１５ａの断面績より大きく、燃料吐出
ポート３３は円錐状に噴射通路１５ａの小さな断面積ま
で縮経し、さらに噴射通路１５ａの断面績は弁２５開時
の噴射孔４１の面積より大きいので、吐出ポート３３の
加圧室３２側端部に到達する衝撃圧は、円錐状の燃料吐
出ポート３３、さらに噴射通路１５ａから噴射孔４１に
導かれるに従って昇圧される。これにより、高い圧力で
燃料噴射が可能となる。

【００５７】インジェクタ１４に到達した衝撃的高圧波
は、前述のように、スプリング２６に抗して弁２５を開
き噴射孔４１から高圧燃料を噴射させる。この実施例で
は、インジェクタ１４の位置は、図１に示したように、
シリンダヘッド２の上面に設けて筒内噴射構造としてい
るが、これに代えて、一点鎖線で示したインジェクタ１
４ａのように、吸気管９の途中に設けてもよい。あるい
は、同じく一点鎖線で示したインジェクタ１４ｂのよう
に、シリンダブロック３の側壁に設けて筒内直接噴射を
行ってもよい。また、エア抜きパイプ２３は、前述の実
施例ではインジェクタ１４と気液分離手段である燃料タ
ンク２２を連通させているが、この構造に代えて、図１
の一点鎖線２３ａで示したように、インジェクタ１４と
高圧発生装置１６とを連通させるように配設してもよ
い。これにより、燃料パイプ１５およびインジェクタ１
４内の空気および燃料蒸気を、燃料の噴射とともに燃焼
室内に排出する。そして、複数回の噴射により空気を排
出した後も、燃焼室からの熱伝播により気化発生する燃
料蒸気は、燃焼室内への排出に加え、弁２５が閉じた後
なおインジェクタ１４内に残留する残圧により、燃料蒸
気を燃焼室から遠く温度の低い加圧室３２内に戻して凝
縮させることが可能となる。

【００５８】図３は、高圧発生装置１６の各々別の例の
断面構造図である。図３（Ａ）は、加圧室３２の側壁面
３２ａをほぼ楕円曲面形状とした例を示す。この楕円曲
面を有する加圧室３２の頂部に高圧発生源１７が装着さ
れ、側面に燃料導入ポート３５が開口する。この例で
は、さらに、燃料噴射通路１５ａの加圧室側端部である
燃料吐出ポート３３の内面３３ａが、逆円錐状あるいは
あさがお形状に縮径し、噴射通路１５ａの断面積が反対
側端部の噴射孔に向かって（即ち、高圧波の進行方向に
向かって）徐々に狭められている。

【００５９】このような構成の高圧発生装置１６におい
て、高圧発生源１７の高圧波付与面１７ａから発生した
衝撃的高圧波は、この付与面１７ａから直進する成分が
吐出ポート３３に向かって伝播するとともに、側面に向
かった成分が楕円曲面の側壁面３２ａで反射して、吐出
ポート３３の開口面中央部に向かって伝播する。このよ
うに、吐出ポート３３の開口面に集束した高圧波は、噴
射通路入口のあさがお形状の縮径部を進行するときに、
圧力が増幅されてさらに高圧となって噴射通路１５ａ内
を通路出口側の噴射孔に向かって伝播する。この場合、
高圧発生源１７から発生した衝撃的高圧波の反射波が、
吐出ポート３３の開口面中央部に集束するように、予め
実験等により、最適な側壁面３２ａの楕円曲面の形状や
大きさおよび高圧発生源１７の高圧波付与面１７ａの位
置等を求め、形状を定めておく。楕円曲面の側壁３２ａ
の２つの楕円中心の一方に高圧波付与面１７ａを他方に
吐出ポート３３を配置し、吐出ポート３３の端部を高圧
波付与面より大きくしているので効率良く衝撃的高圧波
を収束して吐出ポート３３から燃料パイプ１５へ導くこ
とができる。なお、衝撃的高圧波のエネルギーは直進す
る成分が大きく、燃料導入ポート３５を側壁３２ａに設
けても、燃料供給パイプ２１から燃料ポンプ１９方向に
僅かなエネルギーの衝撃的高圧波しか伝播しない。

【００６０】このような構成により、衝撃的高圧波を昇
圧して噴射孔における高圧波のエネルギーをさらに高め
て大きな噴射エネルギーで燃料を噴射することができ
る。

【００６１】図３（Ｂ）は、加圧室３２自体を逆円錐状
あるいはあさがお形状に形成した例を示す。この例で
は、高圧波付与面１７ａより大きい加圧室３２の側壁面
３２ａが、吐出ポート３３に向かって縮径し、吐出ポー
ト３３の内面３３ａに滑らかに連続している。また、燃
料導入ポート３５は、高圧発生源１７の高圧波付与面１
７ａより背面側に設けられている。

【００６２】このような構成の高圧発生装置１６におい
ても、前述の図３（Ａ）の例と同様に、高圧発生源１７
の高圧波付与面１７ａから発生した衝撃的高圧波は、進
行方向に向かって断面積が小さくなる加圧室３２内を進
行する間に昇圧され、さらに高い圧力となって噴射通路
１５ａ内に進入して噴射孔まで伝播し、そのエネルギー
により燃料を噴射させる。

【００６３】図３（Ｃ）は、加圧室３２の吐出ポート３
３に連なる燃料パイプ１５の端部を高圧波の進行方向に
向かって縮径させた例を示す。この例では、加圧室３２
の側面に燃料導入ポート３５が開口し、チェックボール
式の逆止弁９０が設けられる。前述のように、加圧室３
２の側面部の開口は、高圧発生源１７からの高圧波のエ
ネルギーに対しなんら減衰作用を施さないため、ここに
逆止弁９０を設けても衝撃的高圧が減衰することはな
い。このような逆止弁９０を設けることにより、燃料の
逆流が確実に防止される。なお望ましくないが、高圧波
付与面１７ａの前方、吐出ポート３３と並列に逆止弁を
持つ燃料導入ポート３５を設けてもよい。燃料ポンプ１
９から吐出エネルギーに抗して逆止弁を閉じるのに使わ
れる衝撃的高圧波のエネルギーは僅かであり、また逆止
弁により燃料供給パイプ２１内方向に衝撃的高圧波のエ
ネルギーが散逸しないからである。

【００６４】この例において、吐出ポート３３に対し吐
出ポートより小さい高圧発生源１７の高圧波付与面１７
ａが対向して設けられるともに、吐出ポート３３の開口
面の範囲内に高圧波付与面１７ａが含まれるように、吐
出ポート３３および高圧発生源１７の相対的位置および
大きさを定めておく。このような構成により、高圧発生
源１７から発生した衝撃的高圧波は、その伝播中心部の
最大エネルギー部分が確実に吐出ポート３３内に進入
し、ここで昇圧されてさらに高エネルギーとなって噴射
通路１５ａ内を噴射孔に向かって伝播する。

【００６５】図４は、本発明に係るインジェクタの別の
構成例を示す。この例のインジェクタ１４は、前述の図
２のインジェクタが外側に開く外開弁型であるのに対
し、弁が内側に開く内開弁型の構成である。弁本体２４
の先端に形成した噴射孔４１の内側に、弁４０がガイド
スリーブ３７内に沿って摺動可能に配設される。弁４０
はスプリング３９により噴射孔４１側に押圧され閉じた
状態に付勢される。ガイドスリーブ３７の根元部には導
通孔３８が開口し、燃料パイプ１５内の燃料噴射通路１
５ａと弁本体２４内の燃焼通路室２４ａとを連通させ
る。スプリング３９は、このガイドスリーブ３７内に配
設され、スリーブ３７に固着される上側のシール部材９
１と下端部のシールリング（図示しない）により燃料の
浸入が防止された密閉空間内に装着される。弁本体２４
にはエア抜きポート２８が開口し、エア抜き配管２３を
介して前述の燃料タンク２２（図１）に連通する。

【００６６】このような構成において、高圧発生装置１
６側から、噴射通路１５ａ内の液体燃料を介して衝撃的
高圧波が伝播され、インジェクタ１４に達すると、導通
孔３８を通して高圧エネルギーが弁本体２４の内部に導
入され、弁４０をスプリング３９に抗して押し上げ、噴
射孔４１を開いて燃料を噴射させる。衝撃的高圧波はシ
ール部材９１の上部の円錐部により減衰することなく導
通孔３８に導かれ、導通孔３８から円筒形状の燃料通路
室２４ａ内に入る。衝撃的高圧波は燃料通路室２４ａの
壁に衝突して燃料通路室２４ａ上部の圧力を高める。こ
の昇圧部から第２の衝撃的高圧波が燃料通路室２４ａ内
下部の噴射孔４１方向に伝播する。エア抜きポート２８
は燃料通路室２４ａの中間部側壁に設けられており、第
２の衝撃的高圧波のエネルギーが散逸することはない。

【００６７】図５（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係るインジ
ェクタのさらに別の構成例を示す。これらの例は、弁を
開閉する駆動手段を設けた例である。図５（Ａ）のイン
ジェクタ１４は、図２の例と同様に、外開型の弁２５か
らなる構成であり、この弁２５を駆動するための電磁ソ
レノイド６０を備えている。このような構成において、
高圧発生装置１６から衝撃的高圧波が到達するタイミン
グで、この電磁ソレノイドに通電して弁２５を開とし、
燃料を噴射孔４１から噴射させる。この開弁のタイミン
グは、予め実験等により、高圧発生装置の高圧発生源１
７に駆動電圧を印加してから高圧波がインジェクタ１４
に到達するまでの時間を求めておき、このタイミングで
ソレノイド６０に通電するように、制御回路を構成して
おく。

【００６８】このような構成により、高圧波のエネルギ
ーが弁開放のために消費されないため、さらに大きな噴
射エネルギーで液体燃料を噴射させることができる。な
お電磁ソレノイド６０には外周の一部に上方と下方を速
通する長手方向の切欠が設けられており、衝撃的高圧波
が噴射孔４１方向に円滑に伝播するようにされている。
また、電磁ソレノイド６０の外周のケース本体２４側に
長手方向に凹みを設けてもよい。

【００６９】図５（Ｂ）のインジェクタ１４は、図４の
例と同様に、内開型の弁４０からなる構成であり、この
弁４０を駆動するための電磁ソレノイド６０を備えてい
る。この電磁ソレノイド６０の構成および作用は図５
（Ａ）の例と同様であり、この例においても、高圧波の
エネルギーが弁開放のために消費されないため、大きな
噴射エネルギーで液体燃料を噴射させることができる。
なお、導通孔３８は傾斜しており、衝撃的高圧波をでき
るだけ減衰することなく燃料通路室２４ａ内に導くこと
が可能である。導通孔３８の燃料通路室２４ａ側出口と
対向して電磁ソレノイド６０に、外周の一部に上方と下
方を連通する長手方向の切欠が導通孔３８の数と一致し
た数設けられている。そして、電磁ソレノイド６０より
噴射孔４１側にエア抜きポート２８が設けられるので、
より噴射孔４１に近い部分までエア抜きすることができ
る。

【００７０】図６は、圧電素子を用いた高圧発生源１７
の詳細構成図である。この高圧発生源１７は、密閉ケー
ス７１内に設けた複数枚の圧電素子７３からなり、各圧
電素子７３間には、正極板１５１ａと負極板１５１ｂが
交互に配設される。これらの圧電素子７３、正極板１５
１ａおよび負極板１５１ｂは、積層された状態で、保持
具７４およびプランジャ１５２間に挟持され、ボルト７
２により相互に固定保持される。このようにボルト７２
で一体的に固定保持された圧電素子７３は、その保持具
７４を介して、ねじ部材７５により、密閉ケース７１内
に取付けられる。各正極板１５１ａ同士および負極板１
５１ｂ同士は、それぞれ導電板７６で連結され、正電荷
供給線３０３および負電荷供給線３０４を介して電圧調
整器３０２に接続される。密閉ケース７１からの各電荷
供給線３０３、３０４の取り出し部には、シール用グロ
メット７７が装着され、ケース内の密封性が保持され
る。電圧調整器３０２はＥＣＵ９５に接続され、後述の
ように駆動制御される。３００は交流電源、３０１は交
直変換回路である。

【００７１】ここで、圧電素子とは、いわゆる圧電効果
を有する素子からなる公知の圧電アクチュエータであ
る。なお、圧電効果を有する材料には、水晶から高分子
まで各種のものがあるが、圧電アクチュエータの材料と
しては圧電セラミックスの一種であるチタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）が代表的である。

【００７２】図６において、複数枚（この例では７枚）
の圧電素子（圧電セラミックス）７３およびこれらを挟
み込むように配置され一体化された正極板１５１ａと負
極板１５１ｂとにより電歪素子が形成される。交流電源
３００からの交流電流は交直変換回路３０１を経て直流
電圧に変換され、電圧調整器３０２に入力される。

【００７３】電圧調整器３０２は、ＥＣＵ９５により制
御され正電荷供給線３０３あるいは負電荷供給線３０４
とそれぞれ接続される２つのアウトプットの内、正電荷
供給線３０３側を所定の電圧の正電圧に調整する一方、
負電荷供給線３０４側をアースする。また正極板１５１
ａの電圧を下げる場合には、正極板１５１ａの電荷の一
部をアースさせる。正極板１５１ａと負極板１５１ｂの
間の圧電セラミックスは、２つの極板による電界の大き
さに略比例して、極板方向に変位する。この変位が図の
ものでは７つ集積されて大きな変位となる。

【００７４】図７は、このような圧電素子からなる高圧
発生部１７を高圧発生装置１６内に組込んだ状態の構成
図である。図中の圧電素子７３は、各極板１５１ａ、１
５１ｂ、各導電板７６は省略した外観を示す。図示した
ように、プランジャ１５２が加圧室３２に臨んで装着さ
れる。このプランジャ１５２の端面が前述の高圧波付与
面１７ａとなる。圧電素子７３へのステップ的な電圧印
加により、このプランジャ１５２が変位して加圧室３２
内の液体燃料を押圧し、前述のように衝撃的高圧波を発
生させ、これが前述のとおり、噴射通路１５ａ内に進入
して噴射孔まで伝播する。

【００７５】ここで、吐出ポート３３ａの大きさは高圧
発生部１７の大きさより僅かに大きくされており、高圧
発生部１７からの衝撃波の直進成分は、より確実に吐出
ポート３３ａから噴射通路の方へ導かれる。

【００７６】図８は、プランジャ１５２の別の形状例を
示す。この例では、プランジャ１５２の端面の高圧波付
与面１７ａが凹面を形成し、発生した高圧波を吐出ポー
ト３３の中央に集束させる。その他の構成および作用効
果は図７の構成の場合と同様である。

【００７７】図９は、高圧発生源１７の別の実施例の構
成図である。この実施例は、前述の電歪素子に代えて、
磁歪素子を用いた構成である。この磁歪素子とは、磁場
の中で伸び縮みする磁電材料、例えばテルビウム、ジス
プロシウム、鉛の三元系合金を使った磁心と、この磁心
の外周に巻かれたコイルからなるものである。コイルへ
の通電量（例えば電圧、電流）を制御することにより磁
心が伸縮する。

【００７８】図９において、磁歪素子７９の周囲にコイ
ル８０が巻回され、その周囲に永久磁石８４が装着され
る。磁歪素子７９の端部にはプランジャ１５２が固定さ
れる。このプランジャ１５２はスプリング８２の作用に
より常に加圧室３２から引込む方向に付勢される。コイ
ル８０はリード線７８を介して電圧調整器に接続され
る。電圧調整器は前述の例と同様にＥＣＵに接続され、
コイル８０への駆動電流を制御して磁歪素子７９への印
加電圧を調整する。コイル８０の駆動電圧を大きくする
とコイル８０を流れる駆動電流も大きくなりコイルが発
生する磁界の大きさも大きくなり、磁歪素子７９への印
加電圧が大きくなって、大きな衝撃的高圧波が発生す
る。その他の構成および作用効果は前述の電歪素子を用
いた実施例と同様である。本磁歪素子７９の駆動におい
ては、電圧調整器の替わりに電流調整器を配置し、定電
圧ながら大電流をステップ的にコイル８０に加えるよう
にしてもよい。さらに、磁歪素子７９の一方の端部を密
閉ケース７１の鏡板部にボルト等により固定するように
し、スプリング８２を廃止するようにしてもよい。

【００７９】図１０は本発明に係る高圧発生装置のさら
に別の実施例の構成図である。この実施例は、高圧発生
源１７として、電気放熱体（発熱体）を用いたものであ
る。（Ａ）は発熱体の断面図、（Ｂ）は保護膜２０８の
コーティング前、且つプレート２１２が仮止めされた発
熱体ユニット２０３の正面図（Ａ図で右方向からみた
図）である。

【００８０】この発熱体ユニット２０３は以下のように
構成されている。片側面中央部に突出する凸部２０４ａ
が形成されたガラス板２０４に、この凸部２０４ａを覆
うように抵抗体２０５が印刷され、さらに焼結される。
凸部２０４ａの図で上下方向両側において抵抗体２０５
の上から覆うように導通物質が印刷され、さらに焼結さ
れて２つの電極２０６が形成される。これらのガラス体
２０４、抵抗体２０５および電極２０６を貫通して銅あ
るいは銅合金製のピン２０７が設けられ、その両端部が
かしめられる。このように抵抗体２０５、電極２０６お
よびピン２０７が凸部２０４ａ側の表面に形成されたガ
ラス体２０４上に、さらに非導電性且つ良熱伝導性の保
護膜２０８が、電極２０６およびピン２０７を含んで抵
抗体２０５を覆うように焼付けられる。被膜２０９で覆
われたリード線２１０を内蔵するコード２１１の端部を
支持するプレート２１２がガラス板２０４に固着された
後、リード線２１０の端部がそれぞれピン２０７の端部
にハンダ付けされる。このようにして発熱体ユニット２
０３が形成される。この発熱体ユニット２０３が、熱伝
導性の低いセラミックからなるケース本体２０１とケー
ス蓋２０２の中に液密に収容されて高圧発生源１７を構
成する。８１は支持板であり、高圧発生源１７を前記高
圧発生装置の加圧室に臨んで固定する。

【００８１】上記ケース本体２０２の中央部は窓が明い
た形状をしており、保護膜２０８に燃料が直接触れる。
リード線２１０に直流あるいは交流の電流が供給される
と両電極２０６の間の部分の抵抗体２０５が発熱し、燃
料が気化して保護膜２０８上に気泡が発生する。この気
泡により、前述のように、加圧室内の液体粒子が押圧さ
れ衝撃的高圧が得られる。この衝撃的高圧の伝播による
液体噴射作用は前述の実施例のとおりである。なお、抵
抗体２０５および電極２０６ともに膜厚は数μｍであ
り、保護膜２０８は０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

【００８２】図１１は、本発明に係る高圧発生源１７の
さらに別の例を示す。（Ａ）図は要部断面構成図であ
り、（Ｂ）図はその駆動回路図である。燃料が充填され
た加圧室３２内に臨んで、絶縁体８６に保持された一対
の対向する放電電極４０１が設けられる。放電電極４０
１間には所定幅の放電ギャップ４０２が形成されてい
る。燃料供給回路４００は、（Ｂ）図に示すように、２
つの電極板からなるコンデンサＣを備え、両電極板を連
結する連結回路４０３の途中に電子スイッチ４０４と昇
圧コイル４０５の一次側を直列に配置し、連結回路４０
３の途中、コンデンサＣの一方の電極板を含め一方の電
極板と電子スイッチ４０４の中間部を直流電源４０６と
連結し、昇圧コイル４０５の二次側の両端を結ぶ第２の
連結回路４０７の途中に前記放電ギャップ４０２を形成
している。

【００８３】電子スイッチ４０４は、制御装置１８の燃
料供給制御信号によってスイッチング作動する。直流電
源４０６からコンデンサＣに必要な燃料供給量に見合っ
た電気エネルギーを電極に印加し、制御装置１８の燃料
供給制御信号によって電子スイッチ４０４がＯＮする
と、コンデンサＣの両側が電子スイッチ、アース、昇圧
コイル４０５の一次側を介して導通し、このコンデンサ
Ｃの放電電極に起因して昇圧コイル４０５の二次側に高
電圧が発生し、加圧室３２内に配置された放電ギャップ
４０２の間で放電が起こり、その熱エネルギーにより燃
料が瞬時に気化成長して気泡が発生する。この気泡によ
り、前述のように、加圧室内の液体粒子が押圧され衝撃
的高圧が得られる。この衝撃的高圧による液体噴射作用
は前述の実施例のとおりである。

【００８４】上記図１１の実施例において、放電ギャッ
プ４０２の間での所定時間内での放電電力量が増大する
と、燃料吐出量も増大する。この放電ギャップ４０２の
間での放電電力量は、コンデンサＣの放電電力量に正の
相関がある。そして放電ギャップ４０２の放電電力量
は、直流電源４０６の電圧が一定とされるので、コンデ
ンサＣの所定時間での充電と放電のサイクル数によって
制御される。このコンデンサＣの充放電の回数は、電子
スイッチ４０４のＯＮ，ＯＦＦのスイッチングによって
行われ、コンデンサＣの充放電のサイクル回数を増加さ
せることにより放電ギャップ４０２での総放電電力量が
増加し、燃料供給量を増加させることができる。制御装
置１８により、エンジン負荷が大きい程コンデンサＣの
充放電のサイクル回数を増加させる。

【００８５】上述のように、熱エネルギーにより液体燃
料中に気泡を発生させ、これにより衝撃的高圧を発生さ
せて噴射孔まで伝播し燃料噴射を行う高圧発生装置のさ
らに別の例として、レーザー光を利用した高圧発生源を
用いることもできる。この場合、加圧室内の液体燃料に
対し、レーザー光を照射すると、前述のように、レーザ
ー光が液体粒子を加振して光エネルギーは容易に熱エネ
ルギーに変換される。これにより液体は瞬間的に気化成
長して体積膨張する。この体積膨張する液蒸気（気泡）
により、蒸気の前面の液体粒子が押される。このとき液
体粒子は慣性で留ろうとするため、大きな衝撃的高圧波
が発生する。

【００８６】図１２は、本発明に係る高圧発生装置で発
生する衝撃的高圧とその駆動信号との関係を示すグラフ
である。グラフａは圧力波形、グラフｂは駆動信号を示
す。グラフａにおいて、Ｐ１は図２の外開式弁２５ある
いは図３の内開式弁４０を持つインジェクタの開弁圧を
示し、Ｐ０は加圧前の加圧室内圧力を示す。図示したよ
うに、駆動信号をオンにした直後に、開弁圧を大きく超
える高圧が衝撃的に発生し、その後急激に減衰振動す
る。前述の各実施例は、この駆動信号入力直後の衝撃的
高圧を液体中で有効に伝播して利用するものである。ま
た、図示したように、駆動信号をオフにした直後に、一
旦圧力波形が低下するとともにその振動の反作用で圧力
が上昇し、開弁圧Ｐ１を超える圧力波が発生する。この
ような駆動信号オフ時の圧力ピークをオン時と同様に衝
撃的圧力として噴射孔まで伝播し燃料噴射に利用するこ
とも可能である。

【００８７】なお、高圧発生装置に図６〜図８に示すよ
うに電歪素子を使用するものでは、駆動信号は所定以上
の電圧値を持つパルス電圧信号であり、図９に示す磁歪
素子においては、駆動信号は所定以上の電流値を持つパ
ルス電流信号、あるいは所定以上の電圧値を持つパルス
電圧信号である。図１０、図１１に示す素子およびレー
ザを使用するものでは、駆動信号は所定以上の電力値を
持つパルス電力信号であり、パルス幅は電歪磁歪素子よ
りも短時間に設定される。これは気泡が発生し成長する
瞬間大きな衝撃的高圧が発生するからであり、連続して
気泡が発生する沸騰状態においては却って衝撃的高圧が
発生しにくいからである。そして、噴射流量の増減は、
パルスの最高値（最高電圧値、最高電流値あるいは最高
電力値）を変化させ、あるいはパルス数を変化させるこ
とにより可能である。

【００８８】図１３は、本発明に係る液体噴射装置を２
サイクル内燃機関に適用した例を示す。このエンジン１
は、前述の図１のエンジンと同様に、シリンダ内を摺動
するピストン８を有し、クランク室に連通する吸気管９
およびシリンダ内の燃焼室４３に連通する排気管１１を
備えている。また、クランク室と燃焼室４３とを、掃気
管４２で連通している。吸気管９内にはスロットル弁４
８およびリード弁４７が設けられる。シリンダヘッド２
には、燃焼室４３に臨んで、本発明に係る高圧燃料噴射
装置４４が設けられる。この高圧燃料噴射装置４４は、
前述の実施例における高圧発生装置１６とインジェクタ
１４とを一体に構成したものであり、前述の実施例と同
様に、衝撃的高圧波を利用して燃料を噴射するものであ
る。

【００８９】この高圧燃料噴射装置４４は、燃料供給パ
イプ２１を介して、噴射装置４４より高い位置に設けた
上部に不図示のブリーザ穴を設けた気液分離フロート室
４６に連通する。この気液分離フロート室４６は、液面
を一定とするためのフロート式弁４６ａ、燃料ポンプ１
９およびフィルタ２０を介して、燃料タンク２２に連通
する。高圧燃料噴射装置４４は、前述の実施例と同様
に、制御回路１８に連結され、さらに交流電源および交
直変換回路からなる電源回路４５に接続される。なお、
この高圧燃料噴射装置４４は、図の一点鎖線で示したよ
うに、シリンダブロックの側壁面あるいは吸気管９に設
けてもよい。

【００９０】この実施例のエンジンではさらに、オイル
を供給するために本発明の高圧発生装置を用いている。
４９はこの高圧オイル供給装置であり、前述の実施例の
高圧発生装置１６が用いられる。このオイル供給装置４
９からオイル配管５３、５４を介してインジェクタ５５
からクランク室およびシリンダ内にオイルが噴射され
る。オイル供給装置４９にはストレーナ５２を介してオ
イルタンク５１からオイルポンプ５０によりオイルが供
給される。このオイル供給装置４９は、前述の各実施例
と同様に、高圧発生源を有し、衝撃的高圧によりインジ
ェクタ５５からオイルを噴射するものであり、その構成
や衝撃的高圧波の発生原理や作用および噴射動作は前記
各実施例と同じである。なお、加圧室には一つの衝撃的
高圧発生部に対向した位置にオイル供給管５３に各々連
通する複数の潤滑油吐出ボートが設けられる。

【００９１】図１４は、図１３のエンジンにおける高圧
燃料噴射装置４４の構成例を示す。この燃料噴射装置４
４は、高圧発生装置とインジェクタとを一体化したもの
であり、図示したように、高圧発生源１７を有する加圧
室３２に、燃料パイプを介することなく、加圧室３２の
直後に縮径する噴射通路９６を介して噴射孔４１を設け
たものである。この噴射孔４１には、スプリング２６を
介して外開式の弁２５が装着される。高圧発生源１７の
構成および作用効果、および縮径する噴射通路９６の昇
圧作用ならびに高圧波の伝播作用や燃料噴射動作等は前
記実施例と同様である。なお、図中９６ａが吐出ポート
となる。

【００９２】図１５は、インジェクタを一体に構成した
高圧発生装置からなる燃料噴射装置４４の別の例の構成
図である。この例の高圧発生源１７は、加圧室３２に対
し高圧波付与面１７ａが凹面を形成する圧電素子で構成
される。加圧室３２の直後には縮径する噴射通路９６が
形成されその端部に内開式の弁４０が装着される。凹面
形状の高圧波付与面１７ａの集束作用ならびに高圧発生
源１７の構成および作用効果、および縮径する噴射通路
９６の昇圧作用ならびに高圧波の伝播作用や燃料噴射動
作等は前記実施例と同様である。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、高圧発生手段の高圧波付与面から発生した高圧波
は、直進してその対向面側に設けられた高圧波付与面よ
り大きい吐出ポート開口面内にほとんど全て導入され噴
射エネルギーとして有効に利用される。吐出ポート内に
導入された高圧波は、噴射通路の開口面側端部の縮径部
を進行する間にさらに昇圧され、噴射通路を伝播して噴
射孔に到達し、ここで小面積の噴射孔によりさらに圧力
が高められ、大きな噴射エネルギーとなって液体を噴射
させる。

【００９４】このようにして、例えば圧電素子に電圧を
印加したときに発生する高圧波を、効率よく無駄なく利
用し、さらに高いエネルギーの高圧波とすることがで
き、またこの高圧波を減衰させずに噴射通路内を伝播さ
せることができ、途中のエネルギー損失を少なくするこ
とができる。噴射孔に到達した高圧波のエネルギーは、
小面積の噴射孔で圧力がさらに高まり液体の運動エネル
ギーに変換され噴射孔から液体が噴射される。この場
合、噴射通路内を伝播中のエネルギー損失が少ないた
め、その分噴射量を多くすることができる。また、高圧
波が減衰することなく噴射孔に到達するため、噴射圧力
が高くなり、噴射速度が大きくなる。

【００９５】このような液体噴射装置を例えば印刷装置
のインク噴射手段として用いることにより、インク噴射
が、衝撃的高圧を利用するので噴射速度を大きくするこ
とができ、印刷速度を速くすることができる。また、噴
射孔近傍に弁手段が備るため、インクの切れがよくな
り、印刷の滲みを防止することができる。また、噴射孔
と印刷面との間の距離を大きくすれば、インクの噴射速
度が大きいため微粒化が促進され、広い面をむらなく印
刷できる。さらに、このような噴射孔と印刷面との間の
距離を制御しながら、被印刷物を噴射方向に対し直角方
向に移動すれば、印刷のむらや滲みのない状態で印刷の
幅を制御することができる。

【００９６】また、本発明をボイラーの燃料噴射手段に
適用すれば、衝撃的高圧により燃料を噴射するので、燃
料の噴射速度が大きくなり、燃料が充分に微粒化する。
したがって、重油等の低揮発性の燃料であっても確実な
燃焼が可能になり、すすの発生を少なくして熱効率を高
めることができる。

【００９７】また、本発明を内燃機関の潤滑油供給手段
に適用すれば、潤滑油は衝撃的高圧を利用して噴射され
るため、安定して確実な潤滑油供給ができ、円滑なエン
ジン駆動が達成される。

【００９８】さらに、本発明を内燃機関の燃料噴射装置
に適用すれば、燃料は衝撃的高圧を利用して噴射される
ので、燃焼室内が高圧になっても燃料を噴射することが
できる。したがって、ガソリンエンジンにおいては、圧
縮行程終期の点火直前まで燃料噴射可能になり、またデ
ィーゼルエンジンのように燃焼継続中の高圧の燃焼室に
も燃料を確実に噴射することができる。この場合、燃料
噴射速度が大きくなることにより、燃料が微粒化し、燃
料が確実に気化するので、未燃焼成分の発生が抑制さ
れ、排気浄化性がよくなる。

【００９９】このような内燃機関は、衝撃的高圧を利用
した燃料噴射を行うので、噴射速度を高め微粒化を促進
して、高圧燃焼室内へ確実に燃料を供給することが可能
になる。したがって、２サイクルおよび４サイクルのガ
ソリンエンジンにおける吸気管噴射や筒内噴射だけでな
く、ディーゼルエンジンに対しても充分適用可能にな
り、あらゆる運転状態で確実な燃料噴射が達成され、燃
焼効率が高く未燃ガス成分の発生を抑制して排気エミッ
ションを向上させ、信頼性が高くしかも汎用性の高い燃
料噴射装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した４サイクルエンジンの構成
図である。

【図２】 本発明に係る液体噴射装置の実施例の構成図
である。

【図３】 本発明に係る高圧発生装置の例を示す断面図
である。

【図４】 本発明に係るインジェクタの構成図である。

【図５】 本発明に係るインジェクタの別の例の構成図
である。

【図６】 本発明に係る高圧発生源の詳細構成図であ
る。

【図７】 本発明に係る高圧発生源の組立て状態の構成
図である。

【図８】 本発明に係る別の高圧発生源の組立て状態の
構成図である。

【図９】 本発明に係る別の高圧発生源の構成図であ
る。

【図１０】 本発明に係るさらに別の高圧発生源の構成
説明図である。

【図１１】 本発明に係るさらに別の高圧発生源の構成
説明図である。

【図１２】 本発明に係る衝撃的高圧波と駆動信号のグ
ラフである。

【図１３】 本発明を適用した２サイクルエンジンの構
成図である。

【図１４】 本発明に係る噴射弁一体型の燃料噴射装置
の構成図である。

【図１５】 噴射弁一体型の燃料噴射装置の別の実施例
の構成図である。

【符号の説明】

１４：インジェクタ、１５：燃料パイプ、１５ａ：燃料
噴射通路、１６：高圧発生装置、１７：高圧発生源、１
７ａ：高圧波（衝撃波）付与面、２２：燃料タンク、２
３：エア抜きパイプ、２５：弁、３２：加圧室、３３：
吐出ポート、３５：燃料導入ポート、Ｗ１：吐出ポート
の開口範囲、Ｗ２：高圧波付与面の範囲。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 63/06 Ｆ２３Ｄ 11/34 Ｂ D0096 Ｆ２３Ｄ 11/34 Ｈ０１Ｌ 41/12 Ｈ０１Ｌ 41/09 Ｈ０５Ｂ 3/00 ３３０Ｚ 41/12 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｂ D0095 Ｈ０５Ｂ 3/00 ３３０ Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体供給源と連通する加圧室と、 前記液体を噴射するための噴射孔と、 この噴射孔に前記加圧室から液体を導く噴射通路と、 前記加圧室内の液体に衝撃圧を付与する衝撃的高圧発生
   手段とを有し、 前記噴射通路内の液体を介して伝播した衝撃圧が到達し
   た時点で開となるように構成された弁手段を前記噴射孔
   近傍に配置し、 前記衝撃的高圧発生手段の液体に対する衝撃圧付与方向
   を、前記噴射通路の加圧室側端部の開口部に向け、 前記噴射孔の大きさより前記噴射通路の加圧室側端部の
   断面積を大きくし、 前記噴射通路の加圧室側端部の開口面の範囲内で対向す
   る位置に前記高圧発生手段の高圧波付与面を設けたこと
   を特徴とする液体噴射装置。
2. 【請求項２】 前記衝撃的高圧発生手段の動作時および
   非作動時ともに、前記噴射孔近傍の弁手段上流側から前
   記噴射通路の加圧室側端部までの噴射通路は全域にわた
   って常に開放状態であることを特徴とする請求項１に記
   載の液体噴射装置。
3. 【請求項３】 前記加圧室に臨んで、前記噴射通路の端
   部および前記液体供給源への連通路が開口し、 前記衝撃的高圧発生手段の衝撃圧付与面に対向する側の
   加圧室壁面には、前記噴射通路の端部のみを開口させた
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
4. 【請求項４】 前記弁手段は、前記噴射孔を境にして噴
   射通路側の液体圧力から、噴射する空間側の液体圧力を
   引いた値が所定値以下の場合に閉となるとともに、この
   弁手段に液体の衝撃的高圧が到達作用することにより開
   となるように構成したことを特徴とする請求項１、２ま
   たは３に記載の液体噴射装置。
5. 【請求項５】 前記弁手段は、この弁手段に液体の衝撃
   的高圧が到達するタイミングで弁を開とする弁開閉駆動
   手段を備えたことを特徴とする請求項１、２または３に
   記載の液体噴射装置。
6. 【請求項６】 前記噴射通路を、その加圧室側端部から
   噴射孔方向に断面積が減少するように形成したことを特
   徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の液体噴
   射装置。
7. 【請求項７】 前記衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発
   生部は、電界の変化に応じて形状が変化する電歪素子で
   形成されたことを特徴とする請求項１から６までのいず
   れかに記載の液体噴射装置。
8. 【請求項８】 前記衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発
   生部は、磁界の変化に応じて形状が変化する磁歪素子で
   形成されたことを特徴とする請求項１から６までのいず
   れかに記載の液体噴射装置。
9. 【請求項９】 前記衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧発
   生部は、前記加圧室内の液体に浸漬した一対の対向する
   放電電極により形成されたことを特徴とする請求項１か
   ら６までのいずれかに記載の液体噴射装置。
10. 【請求項１０】 前記衝撃的高圧発生手段の衝撃的高圧
    発生部は、前記加圧室内の液体に浸漬した電気放熱体に
    より形成されたことを特徴とする請求項１から６までの
    いずれかに記載の液体噴射装置。
11. 【請求項１１】 前記衝撃的高圧発生手段は、前記加圧
    室内の液体を照射するレーザー発光手段を備えたことを
    特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の液体
    噴射装置。
12. 【請求項１２】 前記液体噴射装置は、被印刷物にイン
    クを供給するためにインクを噴射する印刷装置のインク
    噴射手段として使用されたことを特徴とする請求項１か
    ら１１までのいずれかに記載の液体噴射装置。
13. 【請求項１３】 前記液体噴射装置は、ボイラーの燃焼
    室に燃料を供給する燃料噴射手段として使用されたこと
    を特徴とする請求項１から１１までのいずれかに記載の
    液体噴射装置。
14. 【請求項１４】 前記液体噴射装置は、内燃機関に潤滑
    油を供給するために潤滑油を噴射する内燃機関の潤滑油
    供給手段として使用されたことを特徴とする請求項１か
    ら１１までのいずれかに記載の液体噴射装置。
15. 【請求項１５】 前記液体噴射装置は、内燃機関の吸気
    系または燃焼室に直接燃料を噴射する内燃機関の燃料噴
    射装置として使用されたことを特徴とする請求項１から
    １１までのいずれかに記載の液体噴射装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５の液体噴射装置を搭載した
    ことを特徴とする燃料噴射式内燃機関。