JPS62191064A - 超音波噴射ノズル - 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】 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４！！閏の燃料噴射
弁に又は種々の用途に使用される噴射装置として好適に
採用し得る超音波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
もでは「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ＩＩする。

′　の−′　び八Ｉへ 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）ギヤビテ
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。ギヤ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ｓｇ方式と
があり、毛細管方式によれば、Ｉｔｆｌ音波振動子に細
孔を形成し。

該細孔入口から液体燃ネ４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「１から
振動子の下面に膜状に拡がり１次いで爽秋となって噴射
される。一方、液Ｑ　Ｗ２方式によると、超音波振動子
の先端は、例えばポペットＪ「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
、次いで爽秋となって噴射される。

上記説ＩＪ＋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、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１ｄ：（７）ｖｉＬ粒化は１■動によるものが必
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ψが極
めて小さく１人容琶の微粒化燃料を必ｔ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。

木発り１者等は、大台に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
って液体燃ネ１の微粒化が達成されることを見出した。

つまり、木発明者等は、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１本発明は断る新規な知見に基づき
なされたものである。

Ｌ児二且１ 本発明の主たる０的は、液体物質を大台ににて間欠的に
微粒化することができ、種々の用途に使用し肖る超音波
噴射ノズルを提供することである。

未発ＩＪＩの他の目的は、特に液体燃料を均一で且つ大
破に京粒化し、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超音波噴射ノズルをｍ
供することである。

未発す１の他の目的は、大台琶微粒化と回持に、従来微
粒化が困難とされた低ｙｔｔ時の微粒化も可能とした。

燃料効率の良い内燃機関用Ｂ音波噴射ノズルを提供する
ことである。

未発１１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長時間
の連続使用を可能とした内燃機関用超音波噴射ノズルを
提供することである。

未発す１の更に他の目的は、時間近れのない燃料噴射を
行なうことのできる超音波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、フンバクトな構造とすること
のできる超音波噴射ノズルを提供することである。

八「　古　　　　るため　− 上記諸目的は未発ＩＩに係る超音波噴射ノズルにて達成
される。要約すれば本発明は、超音波振動発生手段と、
該超音波振動発生手段に一端が連結されそして他端には
エツジ部をイｉ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十ｊ動自在に
嵌装された中空針弁と、該中空３１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
液体物質の供給通路を形成する中空針ブｆホルダと、前
記中空側ブｔを通常は前記中空側弁ホルダの方へと押圧
し１、前記液体物質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である
。又本発明の好ましい実施態様によると振動子のエツジ
部は階段状の形状とされる。

ｋ亙渭 次に、本発明に係る超音波噴射ノズルを図面に則して詳
しく説明する。

ｔｊＳ１図を谷照すると、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は前記ハウジング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及びハウジング４の中心孔
２を貫通して振動子１４が配こされる。

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２ｏから成る０本体部１６は
、より大径とされた鍔２２を有し、該ｒ：Ｊ２２が、振
動子ボルダ８の上端内周部に形成された環状肩２４と、
振動子ボルダ８の上端面にボルト２８によって取付けら
れた環状の振動子抑さえ３０とによって振動子ボルダ８
に取伺けられる。

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、後で詳しく説す１するエツジｐＨ
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ｊｒ３４力冑Ｘ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３
６．中央の大８！部３８．該大径部３８より＃！劇して
形成された傾斜ＰＢ４０．該傾斜部４゜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に近接して位とする
ように形成される。一方、中空針弁３４の上端縮径５３
６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。

中空針弁３４は中空針弁彫る′５０内に収納され、該中
空針弁彫る′５０は該ホルダ５０の外周囲に取付けられ
たホルダーカバー５２によって取外し自在にハウジング
４に固着される。中空針弁彫る′５０の内周形状は、中
空針弁３４の中央大径部３８が慴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、中空側弁
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。

中空針弁彫る′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
空針弁彫る′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、ハウジング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
ハウジング４の燃料入口ポート７０に連結されている。

一方、中空針弁彫る′５０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、中空針弁彫る′５０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８ｏが配置される。圧
縮ばね８０の下端は環状ばね受け８２を介して中空側弁
３４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５Ｆ　３４への押圧力を調整
することができる。

次に、未発ＩＪＩに係る超音波噴射ノズル１の作動につ
いて説すｌ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
内 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３４の傾斜部４０によって閉鎖さ
れている。従って、燃ネ１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ｉｆ　３４を上方向に連動せしめる。

中空針弁３４が−ｈ方向に運動することによって燃ネ１
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段から成る回・らの階段状とする
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ｆｉｆ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輻（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１本体部１６に作動的に接続された超音波
振動発生手段！００により連続的に振動される。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１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シ得ること
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ノズルの一つの共
体的条件及び諸寸法を示すと次の通りである。

・Ｉｔｆｌ音波振動発生手段の出カニ１０Ｗ・振動子の
振幅　　　　：３０ｇｍ 振動数　　　　：３８ＫＨｚ ・振動子の形状寸法 １段　　：直ＰＬ７　ｍ　ｍ ２段　　：直径６　ｍ　ｍ ３段　　：直＃￥、５　ｍ　ｍ 各段の高さくｈ）：　ｌ　、５ｍｍ ・燃料の油種　　　　　：軒油 流植　　　　　：　０．０６　ｃ　ｒｒｉ’　／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と中空針弁彫る′５０との間の微小空隙
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を通って燃料用ロア８へと
戻される。燃料用［］７８は通出な導管（図示せず）に
てタンクに連通しており、従って余剰燃ネ４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
って中空針ゴＦ３４は下方向に動き、燃料Ｍ１め６４を
閉鎖し、振動子１４のエツジ部３２への燃Ｉｔ供給が中
断される。従って、噴射ノズル１からの燃料噴射は停ｔ
ｌ＝する。

本発明においては、振動子１４は燃ネ４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０．０６ｃｍ”／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５００〜１０００倍である
。

ｉ立立激課 以上説明したように、本発明に従うと大容量の液体微粒
化を可能とし、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
均粒径が１０〜３０ルｍ程度のものを実現することがで
き、種々の用途に極めて好適に使用し得るという特徴を
有する。従って、末完１５１の噴射ノズルは、４．〜に
短時間での完全燃焼を達成し、従ってスートのＩＪ′い
１１一つ燃費が向」ニジ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超音波噴射ノズルを実現し
得るという利点を有する。

【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、み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。 ｌ：噴射弁 ４ニブ「箱 ８：振動子ホルダ １４：振動子 ３２：エツジ部 ３４：中空針弁 ５０：中空針弁彫る′ 第４図 Ｗ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）超音波振動発生手段と、該超音波振動発生手段に一
   端が連結されそして他端にはエッジ部を有した細長の振
   動子と、該振動子のエッ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
   記振動子のエッジ部に液体物質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、前記液体物質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。 ２）エッジ部は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ノズル。 ３）中空針弁に傾斜した溝を複数個形成し、該中空針弁
   と中空針弁彫る′にて画成される液体物質供給通路を流
   れる液体物質にスワールを生ぜしめるようにした特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の超音波噴射ノズル。