JPS60222552A - 超音波噴射方法 - Google Patents

超音波噴射方法

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JPS60222552A
JPS60222552A JP59077572A JP7757284A JPS60222552A JP S60222552 A JPS60222552 A JP S60222552A JP 59077572 A JP59077572 A JP 59077572A JP 7757284 A JP7757284 A JP 7757284A JP S60222552 A JPS60222552 A JP S60222552A
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ultrasonic
vibrator
injection
hollow needle
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Hideo Hirabayashi
平林　英男
Masami Endo
正己 遠藤
Kakuro Kokubo
小久保　確郎
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Toa Nenryo Kogyyo KK
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
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    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0623—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/34—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by ultrasonic means or other kinds of vibrations
    • F23D11/345—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by ultrasonic means or other kinds of vibrations with vibrating atomiser surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

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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】 技術分野 本発明は、一般には超音波噴射技術に関するものであり
、特にディーゼルエンジン及びガソリンエンジンのよう
な内燃機関の燃料噴射弁に好適に採用し得る超音波噴射
方法及び噴射弁に関するものである。
背景技術 従来、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンのよう
な内燃機関においてスートの減少及び燃費の向上を図る
ために燃焼室又は予備燃焼室に液体燃料を微粒化して供
給する試みが種々なされている。最も一般的なものは、
噴射弁の噴射口から高圧で液体燃料を噴射する方法であ
るが、このとき液体燃料に超音波振動を付与することに
よって液体燃料の微粒化が促進されることが知られてい
る。
超音波による液体の微粒化機構は従来、キャビテーショ
ン機構及び（２）波機構、の二つの微粒化機構が考えら
れている。キャビテーション機構は、微粒化の程度を制
御することが困難なために噴射弁への応用は適当ではな
い。一方性機構には毛細管方式と液薄膜方式とがあり、
毛細方式によれば、超音波振動子に細孔を形成し、該細
孔入口から液体燃料を供給し、同時に超音波振動子が振
動される。これにより液体燃料は細孔出口から振動子の
下面に膜状に拡〃：す、次で霧状となって噴射される。
又、液薄膜方式によると、超音波振動子の先端は、例え
はポペット弁状に拡開した表面部を有するべく形成され
、該表面部へと液体燃料が供給される。液体燃料は超音
波振動子の表面部に薄膜状に拡がり、次でｎ状となって
噴射される。
上記説明にて理解されるように、従来超音波振動による
液体の微粒化のメカニズムは、液体が薄膜となった後の
波動、又はキャビテーションによるものと考えられ、特
に多量の微粒化は薄膜波動によるのが必須とされ、上述
の如き構成が提案された。
しかしながら、従来提案された噴射弁は噴霧量が極めて
小さく、大容量の微粒化燃料を必要とするディーゼルエ
ンジン及びガソリンエンジンのような内燃機関の噴射弁
として使用することはできないのが現状であった。
本発明者等社、大容量の液体燃料の微粒化を達成するべ
く、超音波による液体微粒化メカニズム及び超音波振動
子の形状の研究及び実験を数多く行なった結果、上述し
たような微粒化メカニズムとは異なる微粒化機構によっ
て液体燃料の微粒化が達成されることを見出した。つま
り、本発明者等は、超音波振動子の端部にエツジ部を形
成し、該エツジ部に液体燃料を薄膜状で供給することに
よって、該エツジ部より液体燃料が大量に微粒化される
ことを見出した。本発明は斯る新規な知見を基にしてな
されたものである。
発明の概要 本発明に従うと、超音波振動発生手段と、該超音波発生
手段に連結されそして振動される振動子とを具備し、該
振動子の先端部にはエツジ部が形成され、該エツジ部に
液体燃料を供給し、液体燃料の微粒化を行なうようにし
たことを特徴とする超音波噴射方法及び噴射弁が提供さ
れる。
本発明の好ましい実施態様によると、超音波発生手段は
常時作動状態にあり、つまり振動子は連続的に振動し、
振動子への液体燃料の供給を間欠的になすように構成さ
れる。これにより、燃料を噴射するときＫのみ振動子を
振動させるように構成された従来の超音波噴射弁の欠点
、つまり振動の立上り時間の遅れが解決される。
更に又、一本発明の好ましい実施態様では、エツジ部を
有する振動子が噴射弁の噴射口と近接して構成されるた
めに、極めてコンパクトな超音波噴射弁を可能とする。
又、本発明は、上述したような間欠的噴射弁の他に、バ
ーナの如き連続燃焼用としても、更には薬品の粉末化の
ための乾燥用噴射装置として使用することができる。
従って、本発明の主たる目的は、液体物置を大容量にて
微粒化することのできる超音波噴射方法及び噴射弁を提
供することである。
本発明の他の目的祉、液体燃料を均一で且つ大量に微粒
化し、短時間での完全燃焼を達成し、従ってスートのな
い且つ燃費が向上したディーゼルエンジン及びガソリン
エンジン等の内燃４＠［＃！Ａ用の、又杜バーナ等の外
燃機関用の超音波噴射方法及び噴射弁を提供することで
ある。
本発明の他の目的は、大容鐵微粒化と同時に、従来微粒
化が困難とされた低流敷時の微粒化も可能とした、燃料
効率の良い内燃機関用超音波噴射方法及び噴射弁を提供
することである。
本発明の更に他の目的は、スートの減少及び燃費を向上
せしめることができ、実用性が極めて良く且つ連続使用
を可能とした内燃機関用超音波噴射方法及び噴射弁を提
供するととである。
本発明の更に他の目的は、時間遅れのない燃料噴射を行
なうことのできる超音波噴射方法及び噴射弁を提供する
ことである。
本発明の更に他の目的は、コンパクトな構造を有した超
音波噴射方法及び噴射弁を提供するととである。
発明の好ましい形態 次に、本発明に係る超音波噴射弁を図面に則して詳しく
説明する。
第１図を参照すると、本発明に係る超音波噴射弁１は、
中心に中心孔２を有した細長の概略円筒形状の弁箱４を
具備する。弁箱４の上方外周螺子部６に杜、振動子ホル
ダ８の下方取付部１０が螺合される。振動子ホルダ８の
中心部には貫通孔１２が形成される。該貫通孔１２と前
記弁箱４の中心孔２とは長手方向に整列して即ち同軸に
て形成される。
振動子ホルダ８の貫通孔１２及び弁箱４の中心孔２を貫
通して振動子１４が配置される。振動子１４は、上部の
本体部１６、該本体部１６より小径の細長円柱状の振動
子軸部１８及び本体部１６と軸部１８とを連結する遷移
部２０から成る。本体部１６にはより大径とされた鍔２
２を有し、該鍔２２が、振動子ホルダ８の上端内周部に
形成された環状肩２４と、振動子ホルダ８の上端面にボ
ルト２Ｂによって取付けられた環状の振動子押え３０と
によって振動子ホルダ８に取付けられる。
振動子１４の軸部１８は弁箱４より下方に、つまり外方
へと更に突出している。振動子１４の先端、つまり軸部
１８の先端は、後で詳しく説明するエツジ部３２が形成
される。振動子１４の、弁箱４より突出した部分に中空
針弁３４が摺動自在に嵌装される。
中空針弁３４は、概略円筒形状とされ、上端の縮径部６
６、中央の大径部３８、該大径部６８より傾斜して形成
された傾斜部４０．該傾斜部４０に連接した小径部４２
及び該小径部４２より傾斜して形成された傾斜先端部４
４から構成される。
傾斜先端部４４の最先端部は、振動子１４の前記エツジ
部３２に近接して位置するように形成される。一方、中
空針弁３４の上端縮径部３６は、弁箱４の下端に内方に
突出して形成された環状肩４６より更に上方へと突出し
て延在する。
中空針弁３４は中空針弁ホルダ５０内に収納され、該中
空針弁ホルダ５０は該ホルダ５０の外周囲に取付けられ
たホルダカバー５２によって取外し自在に弁箱４に固着
される。中空針弁ホルダ５０の内周形状は、中空針弁３
４の中央大径部３８が摺動するようにした大径大部５４
、中空針弁３４の傾斜部４０と相補形状をした傾斜部５
６、小径穴部５８及び傾斜先端穴部６０から成る。前記
小径穴部５Ｂ及び傾斜先端穴部６０社、中空針弁３４の
小径部４２及び傾斜先端部４４と協働して液体燃料供給
通路６２を形成する。
中空針弁ホルダ５０の傾斜部５６には内方に開口した環
状の燃料溜め６４が形成される。該燃料溜め６４は、中
空針弁ホルダ５０内に穿設された燃料供給通路６６に連
通する。又該燃料供給通路６６は、弁箱４内に穿設され
た燃料導入路６８に連通ずる。燃料導入路６８は弁箱４
の燃料入口ボート７０に連結されている。
一方、中学針弁ホルダ３８の大径大部５４の上方部には
、内方に開口した環状の燃料戻り溜め７２が形成される
。該燃料戻り溜め７２も又、中空針弁ホルダ６８及び弁
箱４に穿設した燃料戻り通路７４及び燃料排出路７６を
介して燃料出口ボート７８に連結される。
弁箱４の中心孔２と振動子軸部１８とによって形成され
る環状空間部には圧縮はね８０が配置される。圧縮ばね
８０の下端は環状ばね受け８２を介して中空針弁３８の
上端縮径部３６の上端面に当接し、又上端は噴射圧力調
整部材８４の下端面に当接する。噴射圧力調整部材８４
は、弁箱４の中心孔２と振動子軸部１８とによって形成
された空間に配設された円筒状部材であって、弁箱４の
上端内周部に螺合される。従って、噴射圧力率“−整部
材８４を弁箱４に対して回転せしめることによって、中
空針弁５８への押圧力を調整することができる。
次に、本発明に係る超音波噴射弁１の作動について説明
する。
作動に当り、液体燃料は燃料入口ポート７０より導入さ
れる。液体燃料は、燃料導入路６８及び燃料供給通路６
６を通って燃料溜め６４に供給される。燃料溜め６４は
、ばね８０によって下方向に押下されている中空針弁３
８の傾斜部４０によって閉鎖されている。従って、燃料
溜め６４内の圧力は、液体燃料の連続した供給によって
増大する。燃料溜め６４内の圧力が成る大きさになると
、ばね８０の力に抗して中空針弁３８を上方向に運動せ
しめる。
中空針弁３８が上方向に運動することによって燃料溜め
６４は液体燃料通路６２に開放され、該通路６２に液体
燃料が供給される。液体燃料通路６２を通った燃料は振
動子１４の先端部に形成されたエツジ部３２へと供給さ
れる。
振動子１４のエツジ部３２は、第１図に図示されるよう
に、漸次縮径された３段から成る同心の階段状とするこ
ともできるし、第２図及び第３図に図示されるように２
段又は５段の階段状とすることも可能である。いずれの
形状であろうと、エツジが外周囲に形成されることが重
要である。第１図〜第３図に示すエツジ部３２は、漸次
縮径する階段状とされるが、漸次増径したり又は漸次縮
径且つ増径する形状とすることも可能であろう。
又、第４図に図示されるようにエツジの幅（Ｗ）及び高
さくｈ）は、液体燃料の薄膜化が行なえるような且つ又
液体の流わを堰止めるような寸法形状とされる。
振動子１４は、本体部１６に作動的に接続された超音波
振動発生手段１００により連続的に振動されている。従
って、液体燃料が振動子１４のエツジ部３２に供給され
ると、液体燃料は微粒化され外方へと噴射される。この
とき、噴射の片寄りをなくし噴射弁のまわりに均一に噴
射することが重要であるが、第５図に図示するように、
中空針弁３４の小径部に傾斜した溝４３を複数個、例え
ば直径方向に対向して２本形成することによって燃料供
給通路内にタービュレンスを発生させ、噴射される燃料
にスワールを与えそれにより噴射の片寄りをなくするこ
とが分った。又、斯る構造によって噴霧のきれ及び微粒
化をも向上せしめることができる。
以上説明した本発明に係る超音波噴射弁の一つの具体的
条件及び諸寸法を示すと次の通りである。
超音波発生手段の出力＝１０Ｗ 振動子の振＠”　＝３０ｐｍ 振動数”　：　５８　ＫＨｚ 振動子の形状寸法 １段　：直径７鴎 ２段　：直径６簡 ６段　：直径５鴎 各段の高さくｈ）’：ｔ５ｍ 燃料　油種　：軽油 流ｆｉｔ　：　０．０６ａｍ”／噴射 辛辛辛。
噴射圧力　、７０Ｋｐ／確２ 温度　：常温 振動子の材料　：チタン（又は鉄） 米　振幅は出来る限り大きい方がよい。
来季振動数は２０　ＫＨＪより大きくされる。
辛来帯噴射圧力はエンジン室内圧力に近づける。
燃料溜め６４に供給された液体燃料の一部（余剰部）杜
、中空針弁３４と中空針弁ホルダ５０との間の微少空隙
部（μｍオーダ）を通って燃料戻り溜め７２に溜められ
、燃料戻り通路７４及び７６を通って燃料比ロア８へと
戻される。燃料用ロア８線適当な導管（図示せず）にて
タンクに連通しており、−従って余剰燃料はタンクへと
還流される。
燃料溜め６４内の圧力が低下すると、ばね８０の力によ
って中空針弁３４は下方向に動き、燃料溜め６４を閉鎖
し、振動子１４のエツジ部６２への燃料供給が中断され
る。従って、噴射弁１からの燃料噴射は停止する。
本発明においては、振動子１４は燃料供給に関係なく常
時作動状態にしておくことができるために、振動開始の
ずれによる燃料噴射タイミングのずれが回避される。
又、本発明の噴射弁社、前述のように内燃機関の噴射弁
として実用可能なα０６ｃｍ”／噴射といった大容量を
実現することができ、これは従来の報告された超音波噴
射弁の流量の５００〜ｔｏ００倍である。更に、本発明
は連続燃焼用のバーナとしても使用することがてき、こ
のときの流量は１００７／ｈｒ程度とされる。
以上説明したように、本発明に従うと大容量の液体微粒
化を可能とするが、更に本発明によると、大容量又は小
容鼠の如何にかかわらず、液体の微粒化分布が概略一様
で平均半径が１０〜３０μｍ程度のものを実現し得ると
いう特徴を有する。
第１図社、本発明に係る超音波噴射弁の部分断面図であ
る。
第２図及び第３図は、振動子の先端エツジ部の他の態様
を示す部分圧圃図である。
第４図は、エツジ部の部分拡大作動図である。
第５図は、中空針弁の正面図である０ １：噴射弁 ４：弁箱 ８：振動子ホルダ １４：振動子 ３２：エツジ部 ３４：中空針弁 ５〇二中空針弁ホルダ 第２図　第４図 手続補正書（方式） 昭和５９年１月ス叉日 特許辰官志賀　学殿 事件の表示　昭和５９年　特願第７７５７２　号発明の
名称　超音波噴射方法及び噴射弁補１Ｆをする者 事件との関係　特許出願人 名称　東亜燃料工業株式会社 代理人 補正命令通知の日付　昭和５９！Ｆ−７月６ｊ江＝補韮
で丁方増１０１ま仰■躇←・ 補正の対象 委任状　１通 明細書 補正の内容　別紙の通り 明細書の浄Ｎ（内容に変更なし） 手続補正書　（ 昭和６０年　２月２２日 特許庁長官　志　賀　学　殿 （ １、事件の表示　昭和５９年特許願第７７５７２号２、
発明の名称　超音波噴射方法及び噴射ノズル　（３、補
正をする者　番 事件との関係　特許出願人 名　称　東亜燃料工業株式会社 ４、代理人 〒１０５ 住　所　東京都港区新橋５丁目１４番２号鈴エビル５階
　（電話　４５９−８３０９）す ５、補正の対象 （１）明細書の発明の名称・特許請求の範囲・発明の詳
細な説明Φ図面の簡単な説明の欄（訂正明細書）（２）
図面　１通 ６、補正の内容 別紙の通り 一）「発明の名称」を次の如くに訂正する。
「Ｈ餐−イ鼾舅だ輩びイ鼾、ズＪＬ／Ｊ二）明細書に関
し： 明細書を添付した「訂正明細書」に訂正する。
三）図面に関し： 第１図に関し、添付した第１図の写しに未配するように
図面参照号「１６」、ｒ２２Ｊ及び「３ｏ」を加入スル
。
訂　正　明　細　書 １、発明の名称 超音波噴射方法及び噴射ノズル ２、特許請求の範囲 ■）超音波発生手段によって振動子を振動させ。
液体ｌを微粒化する超音波噴射方法であって、前記振動
子の先端部にエツジ部を形成し、該エツジ部に液体ｌを
供給し、液体ｌの微粒化を行なうようにしたことを特徴
とする超音波噴射方法。
？）振動子は連続的に振動し、振動子のエツジ部への液
体ｌの供給は間欠的に　１＊　＜行なわれて成る特許請
求の範囲第１項記載の超音波噴射方法。
一立 ４　ま　１　− 法よ ５　エツジ　は　／　されて成る特許請求の範囲第１項
記載の超音波噴射方法。
Ｕ超音波振動発生手段と、該超音波発生手段に一端が連
結されモして他端にはエツジ部を有した細長の振動子と
、該振動子のエツジ部を有した側の端部に近接して該振
動子に摺動自在に嵌装された中空針弁と、該中空針弁を
摺動自在に保持し且つ該中空針弁と協働して、前記振動
子のエツジ部に液体ｌの供給通路を形成する中空針弁ホ
ルダと、前記中空針弁を通常は前記中空針弁ホルダの方
へと押圧し、前記液体１通路を閉鎖するようにしたばね
手段とを具備することを特徴とする超音波噴射ノズル。
一乙ユエツジ　は　のｌ　とされて成る特許請求の範囲
第６項記載の超音波噴射力ノズル。
８１−　にＩなく　２　の　エツジ ｌ　し、−エツジ　に　るよ〜にし −立　ノズル ３、発明の詳細な説明 皮亙皇ｊ 本発明は、一般には液体物質を微粒化するための超音波
噴射技術に関するものであり、特にディーゼルエンジン
及びガソリンエンジンのような内燃機関又はバーナ等の
外燃機関の燃料噴射弁に、更には粉末薬品を製造するた
めの乾燥用噴射装置に好適に使用し得る超音波噴射方法
及び噴射ノズルに関するものである０本発明は、このよ
うに種々の用途において液体物質（本明細書では「液体
物質」とは、液体燃料の如き液体は勿論のこと、薬品製
造用液体のような溶液をも包含する意味で用いる。）を
微粒化し、噴射する噴射ノズル又は噴射装置として使用
し得るが、以後本発明は特にディーゼルエンジン及びガ
ソリンエンジンのような内燃機関のための燃料噴射ノズ
ルに関連して説明する。
１１韮遣 従来、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンのよう
な内燃機関においてスートの減少及び燃費の向上を計る
ために燃焼室又は予備燃焼室に液体燃料を微粒化して供
給する試みが種々なされている。最も一般的なものは、
噴射ノズルの噴射口から高圧で液体燃料を噴射する方法
であるが、このとき液体燃料に超音波振動を付与するこ
とによって液体燃料の微粒化が促進されることが知られ
ている。
超音波による液体の微粒化機構は従来、（１）キャビテ
ーション機構、及び（，２）波機構、の二つの微粒化機
構が考えられている。キャビテーション機構は、微粒化
の程度を制御することが困難なために噴射弁への応用は
適当ではない、又、波機構には毛細管方式と液薄膜方式
とがあり、毛細管方式によれば、超音波振動子に細孔を
形成し、該細孔入口から液体燃料を供給し、同時に超音
波振動子が振動される。これにより液体燃料は細孔出口
から振動子の下面に膜状に拡がり、次１．Ｎで霧状とな
って噴射される。一方、液薄膜方式によると、超音波振
動子の先端は、例えばポペット弁状に拡開した表面部を
有するように形成され、該表面部へと液体燃料が供給さ
れる。液体燃料は超音波振動子の表面部に薄膜状に拡が
り１次いで霧状となって噴射される。
上記説明にて理解されるように、従来超音波振動子によ
る液体の微粒化のメカニズムは、キャビテーション又は
液体が薄膜となった後の波動によるものと考えられ、特
に大量の微粒化は薄膜波動によるのが必須とされ、上述
の如き構成が提案された。
しかしながら、従来提案された噴射ノズルは噴霧量が極
めて小さく、大容量の微粒化燃料を必要とするディーゼ
ルエンジン、ガソリンエンジン等のような内燃機関の噴
射ノズルとして使用することはできないのが現状であっ
た。
本発明者等は、大容量の液体燃料の微粒化を達成するべ
く、超音波による液体微粒化メカニズム及び超音波振動
子の形状の研究及び実験を数多く行なった結果、上述し
たような微粒化メカニズムとは異なる微粒化機構によっ
て液体燃料の微粒化が達成されることを見出した。つま
り、本発明者等は、超音波振動子の端部にエツジ部を形
成し、該エツジ部に液体燃料を薄膜状で供給することに
よって、該エツジ部より液体燃料が大量に微粒化される
ことを見出した。本発明は斯る新規な知見を基にしてな
されたものである。
免艶立１１ 本発明に従うと、超音波振動発生手段と、該超音波発生
手段に連結されそして振動される振動子とを具備し、該
振動子の先端部にはエツジ部が形成され、該エツジ部に
液体物質を供給し、液体物質の微粒化を行なうようにし
たことを特徴とする超音波噴射方法及び噴射ノズルが提
供される。
本発明の好ましい実施態様によると、超音波発生手段は
常時作動状態にあり、つまり振動子は連続的に振動し、
振動子への液体物質の供給を間欠的になすように構成さ
れる。これにより、液体物質を噴射するときにのみ振動
子を振動させるように構成された従来の超音波噴射ノズ
ルの欠点、つまり振動の立上がり時間の遅れが解決され
る。
更に又、本発明の好ましい実施態様では、エツジ部を有
する振動子が噴射ノズルの噴射口に近接するように構成
されるために、極めてコンノぐクトな超音波噴射ノズル
が提供される。
又、本発明は、上述したような間欠的噴射ノズルの他に
、バーナの如き連続燃焼用としても、更には薬品の粉末
化のための乾燥用噴射装置として使用することができる
。
従って、本発明の主たる目的は、液体物質を大容量にて
間欠的に・又連続的に微粒化することのできる超音波噴
射方法及び噴射ノズルを提供することである。
本発明の他の目的は、液体燃料を均一で且つ大量に微粒
化し、短時間での完全燃焼を達成し、従ってスートのな
い且つ燃費が向上したディーゼルエンジン、ガソリンエ
ンジン等の内燃機関用の、又はバーナ等の外燃機関用の
超音波噴射方法及び噴射ノズルを提供することである。
本発明の他の目的は、大容量微粒化と同時に、従来微粒
化が困難とされた低流量時の微粒化も可能とした、燃料
効率の良い内燃機関用超音波噴射方法及び噴射ノズルを
提供することである。
本発明の更に他の目的は、スートの減少及び燃費を向上
せしめることができ、実用性が極めて良く且つ連続使用
を可能とした内燃機関用超音波噴射方法及び噴射ノズル
を提供することである。
本発明の更に他の目的は、時間遅れのない燃料噴射を行
なうことのできる超音波噴射方法及び噴射ノズルを提供
することである。
本発明の更に他の目的は、薬品の粉末化のように薬品製
造用溶液を噴射し含有物質の乾燥を行なうのに適した超
音波噴射方法及び噴射ノズルを提供することである。
本発明の更に他の目的は、コンパクトな構造とすること
のできる超音波噴射方法及び噴射ノズルを提供すること
である。
の　ましい／夙 次に、本発明に係る超音波噴射ノズルを図面に即して詳
しく説明する。
第１図を参照すると、本発明に係る超音波噴射ノズルｌ
は、中心に中心孔２を有した細長の概略円筒形状のハウ
ジング４を具備する。ハウジング４の上方外周螺子部６
には、振動子ホルダ８の下方取付部ｌＯが螺合される。
振動子ホルダ８の中心部には貫通孔１２が形成される。
該貫通孔１２は前記ハウジング４の中心孔とは長手方向
に整列して即ち同軸にて形成される。
振動子ホルダ８の貫通孔１２及びハウジング４の中心孔
２を貫通して振動子１４が配置される。
振動子１４は、上部の本体部１６、該本体部１６より小
径の細長円柱状の振動子軸部１８、及び本体部１６と軸
部１８とを連結する遷移部２０から成る０本体部１６は
、より大径とされた鍔２２を有し、該鍔２２が、振動子
ホルダ８の上端内周部に形成された環状肩２４と、振動
子ホルダ８の上端面にボルト２８によって取付けられた
環状の振動子押さえ３０とによって振動子ホルダ８に取
付けられる。
振動子１４の軸部１８はハウジング４より下方に、つま
り外方へと更に突出している。振動子１４の先端、つま
り軸部１８の先端は、後で詳しく説明するエツジ部３２
が形成される。振動子１４の、ハウジング４より突出し
、た部分に中空針弁３４が摺動自在に嵌装される。
中空針弁３４は、概略円筒形状とされ、上端の縮継部３
６、中央の大径部３８、該大径部３８より傾斜して形成
された傾斜部４０、該傾斜部４０に連接した小径部４２
、及び該小径部４２より傾斜して形成された傾斜先端部
４４から構成される。傾斜先端部４４の最先端部は、振
動子１４の前記エツジ部３２に近接して位置するように
形成される。一方、中空針弁３４の上端縮径部３６は、
ハウジング４の下端部に内方へと突出して形成された環
状肩４６より更に上方へと突出して延在する。
中空弁３４は中空針弁ホルダ５０内に収納され、該中空
針弁ホルダ５０は該ホルダ５０の外周囲に取付けられた
ホルダー力／＜−５２によって取外し自在にハウジング
４に固着される。中空針弁ホルダ５０の内周形状は、中
空針弁３４の中央大径部３８が摺動するようにした大径
穴部５４、中空針弁３４の傾斜部４０と相補形状をした
傾斜部５６、小径穴部５８、及び傾斜先端部６０から成
る。前記小径穴部５８及び傾斜先端部６０は、中空針弁
３４の小径部４２及び傾斜先端部４４と協働して液体燃
料供給通路６２を形成する。
中空針弁ホルダ５０の傾斜部５６には内方に開口した環
状の燃料溜め６４が形成される。該燃料溜め６４は、中
空針弁ホルダ５０内に穿設された燃料供給通路６６に連
結する。又該燃料供給通路６６は、ハウジング４内に穿
設された燃料溝入炉６８に連通ずる。燃料溝入炉６８は
ｌ＼ウジング４の燃料入口ポート７０に連結されている
。
一方、中空針弁ホルダ３８の大径穴部５４の上方部には
、内方に開口した環状の燃料戻り溜め７２が形成される
。該燃料戻り溜め７２も又、中空針弁ホルダ３８及びハ
ウジング４に穿設した燃料戻り通路７４及び燃料排出路
７６を介して燃料出口ボート７８に連結される。
ハウジング４の中心孔２と振動子軸部１８とによって形
成される環状空間部には圧縮ばね８０が配置される。圧
縮ばね８０の下端は環状ばね受け８２を介して中空針弁
３８の上端縮径部３６の上端面に当接し、又上端は噴射
圧力調整部材８４の下端面に当接する。噴射圧力調整部
材８４は、ハウジング４の中心孔２と振動子軸部１８と
によって形成された空間に配設された円筒形状部材であ
って、ハウジング４の上端内周部に螺合される。
従って、噴射圧力調整部材８４をハウジング４に対して
回転せしめることによって、中空針弁３８への押圧力を
調整することができる。
次に１本発明に係る超音波噴射ノズルｌの作動について
説明する。
作動に当たり、液体燃料は燃料入口ボート７０より導入
される。液体燃料は、燃料導入路６８及び燃料供給通路
６６を通らて燃料溜め６４に供給される。燃料溜め６４
は、ばね８０によって下方向に押下されている中空針弁
３８の傾斜部４０によって閉鎖されている。従って、燃
料溜め６４内の圧力は、液体燃料の連続した供給によっ
て増大する。燃料溜め６４内の圧力が成る大きさになる
と、ばね８０の力に抗して中空針弁３８を上方向に運動
せしめる。
中空針弁３８が上方向に運動することによって燃料溜め
６４は液体燃料通路６２に解放され、該通路６２に液体
燃料が供給される。液体燃料通路６２を通った燃料は振
動子１４の先端部に形成されたエツジ部３２へと供給さ
れる。
振動子１４のエツジ部３２は、第１図に図示されるよう
に、漸次縮径された３段から成る同心の階段状とするこ
ともできるし、第２図及び第３図に図示されるように２
段又は５段の階段状とすることも可能である。いずれの
形状であろうと、エツジが外周囲に形成されることが重
要である。第１図〜第３図に示すエツジ部３２は、漸次
径が小さくされた階段状とされるが、漸次径が増大した
り、又は漸次径が小さくなり次いで大きくなるような形
状とすることも可能であろう。又、第４図に図示される
ようにエツジの幅（Ｗ）及び高さくｈ）は、液体燃料の
薄膜化が行なえるような且つ又液体の流れを堰止めるよ
うな寸法形状とされる。
振動子１４は、本体部１６に作動的に接続された超音波
振動発生手段１００により連続的に振動されている。従
って、液体燃料が振動子１４のエツジ部３２に供給され
ると、液体燃料は微粒化され外方へと噴射される。この
とき、噴射の片寄りをなくし噴射弁のまわりに均一に噴
射することが重要であるが、第５図に図示するように、
中空針弁３４の小径部に傾斜した溝４３を複数個、例え
ば直径方向に対向して２本形成することによって燃料供
給通路内にタービュレンスを発生させ、噴射される燃料
にスワールを与えそれにより噴射の片寄りをなくするこ
とが分かった。又、斯る構造によって噴霧のきれ及び微
粒化をも向上せしめることができる。
以上説明した本発明に係る超音波噴射ノズルの一つの具
体的条件及び諸寸法を示すと次の通りである。
・超音波発生手段の出カニ１０Ｗ ・振動子の振幅　：３０ＩＬｍ 振動数　：３８ＫＨｚ ・振動子の形状寸法 １段：直径７　ｍ　ｍ ２段：直径６　ｍ　ｍ ３段：直径５ｍｍ 各段の高さくｈ）：直径１．５ｍｍ ・燃料の油種　：軽油 流量　：０．０６ｃｍ″／噴射 噴射圧力　ニア０ｋｇ／ｃｒｎ’ 温度　：常温 ・振動子の材料　：チタン（又は鉄） （注） ■振動子の振幅は出来る限り大きい方が良い。
■振動子の振動数は２０ＫＨｚより大きくされる。
■燃料噴射圧力はエンジン室内圧力に近づける。
燃料溜め６４に供給された液体燃料の一部（余剰部）は
、中空針弁３４と中空針弁ホルダ５０との間の微小空隙
部（ＩＬｍオーダ）を通って燃料戻り溜め７２に溜めら
れ、燃料戻り通路７４及び７６を通って燃料出ロア８へ
と戻される。燃料出ロア８は適当な導管（図示せず）に
てタンクに連通しており、従って余剰燃料はタンクへと
還流される。
燃料溜め６４内の圧力が低下すると、ばね８０の力によ
って中空針弁３４は下方向に動き、燃料溜め６４を閉鎖
し、振動子１４のエツジ部３２への燃料供給が中断され
る。従って、噴射ノズルｌからの燃料噴射は停止する。
本発明においては、振動子１４は燃料供給に関係なく常
時作動状態にしておくことができるために、振動開始の
ずれによる燃料噴射タイミングのずれが回避される。
又、本発明の噴射ノズルは、前述のように内燃機関の噴
射ノズルとして実用可能な０．０６ｃｒｎ’／噴射とい
った大容量を実現することができ、これは従来の報告さ
れた超音波噴射ノズルの流量の５００−１，０００倍で
ある。更に、本発明は連続燃焼用のバーナとしても使用
することができ、このときの流量はｌＯＯ交／　ｈ　ｒ
程度とされる。
又、本発明は薬品の粉末化のための乾燥用噴射装置とし
て使用することができる。
以上説明したように、本発明に従うと大容量の液体微粒
化を可能とするが、更に本発明によると、大容量又は小
容量の如何にかかわらず、液体の微粒化分布が概略一様
で平均半径がｌθ〜３０ｐｍ程度のものを実現し得ると
いう特徴を有する。
４、図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係る超音波噴射ノズルの部分断面図
である。
第２図及び第３図は、振動子の先端エツジ部の他の態様
を示す部分正面図である。
第４図は、エツジ部の部分拡大作動図である。
第５図は、中空針弁の正面図である。
１：噴射ノズル ４：ハウジング ８：振動子ホルダ １４：振動子 ３２：エツジ部 ３４：中空針弁 ５０：中空針弁ホルダ 手続補正書 昭和６０年　３月　４［（ 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示　昭和５９年特許願第７７５７２号２、
発明の名称　超音波噴射方法及び噴射ノズル３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 名　称　東亜燃料工業株式会社 ４、代理人 〒１０５ 住　所　東京都港区新橋５丁目１４番２号鈴エビル５階
　（電話　４５９−８３０９）明細書の発明の詳細な説
明の欄 ６、補正の内容 別紙の通り （−）「発明の詳細な説明」を次のように補正する。
（１）明細書（昭和６０年２月２２日に提出した訂正明
細書）の第１０頁第１０行の「縮継部」を「縮径部」に
訂正する。
（２）同第１１頁第１５行及び第１６行の「燃料導入炉
」を「燃料導入路」に訂正する。
（３）同第１１頁第１８行及び第１２頁第１行の「ホル
ダ３８」を「ホルダ５０」に訂正する。
（４）同第１２頁第７行及び第１４行、並びに第１３頁
第２行、第６行及び第８行の「中空針弁３８」を「中空
針弁３４」に訂正する。
（５）同第１１頁第１５行の「直径１−５ｍｍＪをｒｌ
、５ｍｍ」に訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）超音波発生手段によって振動子を振動させ、液体燃
    料を微粒化する超音波噴射方法であって、前記振動子の
    先端部にエツジ部を形成し、該エツジ部に液体燃料を供
    給し、液体燃料の微粒化を行なうようにしたことを特徴
    とする超音波噴射方法。 ２）振動子は連続的に振動し、振動子のエツジ部への液
    体燃料の供給は間欠的に行なわれて成る特許請求の範囲
    第１項記載の超音波噴射方法。 ３）エツジ部は漸次縮径された階段状の形状とされて成
    る特許請求の範囲第１項記載の超音波噴射方法。 ４）超音波振動発生手段と、該超音波発生手段に一端が
    連結されそして他端にはエツジ部を有した細長の振動子
    と、該振動子のエツジ部を有した側の端部に近接して該
    振動子に摺動自在に嵌装された中空針弁と、該中空針弁
    を摺動自在に保持し且つ該中空針弁と協働して、前記振
    動子のエツジ部に液体燃料の供給通路を形成する中空針
    弁ホルダと、前記中空針弁を通常は前記中空針弁ホルダ
    の方へと押圧し、前記液体燃料通路を閉鎖するようにし
    たばね手段とを具備することを特徴とする超音波噴射弁
    。 ５）エツジ部は漸次縮径された階段状の形状とされて成
    る特許請求の範曲第４項記載の超音波噴射弁。
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