JPH024104A - 超音波燃料噴射ノズル - 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】 肢豆立夏 本考案は自動車用エンジン等の内燃機関における燃料噴
射装置、より詳細には、内燃機関において噴射された液
体燃料と超音波により微粒化する機能を具備する超音波
燃料噴射ノズルの構造に関する。

従」１え暫− 内燃機関の開発は排ガス規制対策と共に燃料経料微粒化
した燃料噴射ノズルも提案されている。

その例として特開昭６２−７０６５６号公報がある。第
２図は、上記特開昭６２−７０６５６号公報に開示され
た燃料噴射ノズルの一例を示すもので、基本的には、固
設されたニードル１−と、該ニードル１と協働し、弁機
能をもち、ニードル１内を流通する燃料を遮断および噴
出し、噴出した燃料を超音波により微粒化する振動子７
とから構成される。前記ニードル１は、頂部に１図示し
ない燃料供給手段と接続し燃料の供給を受ける燃料供給
口５を配設した鍔部４と燃料の除塵をするフィルタ６を
嵌挿し内部に燃料の流通路２および該流通路２の先端部
から外部を貫通する旋回孔３を穿設し、先端に弁体１１
を一体形成した柱状体である。振動子７はニードル１を
好適には２０μｍ程度の隙をもって緩挿される。上部に
は鍔部７ａが配設され、該鍔部７ａの上部面に超音波振
動を発生する環状の圧電素子からなる超音波振動発生手
段１４がナツトｌｌａにより固設され、下部には中央で
開口する噴出口９と、該噴出口９がら拡大開口する複数
段のエツジ部１０および前記弁体１１と当接する弁座８
が配設されている。またニードル１の鍔部４にはねじ４
ａにおいて、ニードル１とニードル１を緩挿した振動子
７とを内抱するハウジング１２が螺合されており、該ハ
ウジング１２の噴出口９近傍の肩部１２ａと振動子７の
鍔部７ａの下面との間には、ばね手段１３が張設されて
おり、振動子７をニードル１に常時押圧し閉弁している
。振動子７のナツトｌｌａの上面と前記鍔部４下面との
間にニードル１と絶縁材１５ａで絶縁された環状積層圧
電素子からなる吸引力発生手段１５が嵌装されており、
該吸引力発生手段１５に電圧パルスを印加することによ
り振動子７は、ばね手段１３の押圧力に抗して下方に移
動し開弁する。開弁により流通路２がら旋回孔３を経て
渦巻室１７に菩納されている燃料が噴出口９から噴出さ
れエツジ部１６で段階状に開口するエツジにより層状に
流出するが、これに超音波振動発生手段１４に超音波信
号を印加することによって振動子７が超音波振動し、燃
料を微粒化するものである。以上に述べた従来例は、以
下に述べる問題点をもっている。第１に、吸引力発生手
段１５は積層圧電素子を使用しており１通常使用されて
いるコイル等の電磁手段による吸引方法と比較し応答性
が優れていることをあげているが、振動子７の質量と、
ばね手段の弾性力との振動系である以上、応答性を高め
る基本条件は振動子７の質量を小さくすることであるが
、振動子７はニードル１を緩挿する筒状体で、且つエツ
ジ部１０を配設している形状の大きい環状であり、応答
性をあげる目的と反する結果を生む。第２に、上述の第
１の問題点と同様に応答性を改善する為にばね手段１３
の押圧力を最適な値に調節する必要があるが、従来例に
おいては調節する手段はねじ４８部であり、正確な調節
ができない。第３に、吸引力発生手段１５による振動子
７の吸引変位は、圧電素子への印加電圧により規定して
いるが、圧電定数は温度依存性があり弁の正確な開口面
積は得られず、従って正しくパルス幅に比例した流量特
性は得られない、という問題点がある。

μ　　　占　　゛　の 本発明は、上に述べた従来例の問題点を解決するために
なされたもので、第１に可動部を小形軽量にして応答性
を高め、更に第２には、ばね手段を最適なばね力に調節
し易い構造にすることを目的とするものである。即ち、
超音波振動発生素子と、一端を該超音波振動発生素子に
固着し他端を凹部とし、該凹部内周面を霧化部とした振
動子とからなり、該振動子内に前記凹部に開口し、一定
圧力の液体燃料を流通する流通路を穿孔し、該流通路内
に、通常は流通路を閉路し、開路においては開路時間に
応じた量の燃料を排出する弁手段を配設し、排出した燃
料を前記霧化部において超音波振動により微粒化したこ
とを特徴とする。

実施例 第１図は、本発明の詳細な説明するための構成図で、（
Ａ）図は側断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＸ−Ｘ矢視断
面図をしめす。図において、第２図に示した従来技術と
同一の機能を有する構成要素において１本発明と直接関
係のない部位には同一符号′を付し、その説明は省略す
る。

第１図において、１４は圧電素子からなる円柱状の超音
波振動発振素子で、底面１４ａで振動子２０と固着して
いる。該振動子２０は、超音波振動のホーンの一部であ
るホーン部２７と、該ホーン部２７にねじ２６ａで螺合
により固着される振動子外筒２６内に配設され、端部に
、本実施例の場合には、エツジ部１０をもつ後述する弁
手段とからなる柱状体である。ホーン部２７は、上面は
円形で超音波振動発振素子１４と接合し、半径方向と中
心軸上に、燃料の流通路２ｂおよび２ｃが穿設されてお
り、ハウジング１２とは外周縁２７ａでかしめ（図示せ
ず）等で固着される。振動子外筒２６は下方内壁部に円
形肩部２６ｂをもつ大口径透孔が穿設され、該大口径透
孔内には円形肩部２６ｂにおいて当接する円環状のスト
ッパ２３と、該ストッパ２３に凹部中央で噴出口９を開
口して弁座をなし、本実施例の場合には、内周面を多段
エツジのエツジ部１０をもつノズル本体２１とが当接し
て嵌挿され、振動子外筒２６の端部２６ｃにおいてかし
められて固着される。ノズル本体２１の軸心にはニード
ル２２が緩挿され、ノズル本体２１の弁座８と当接する
弁体をなす。該ニドル２２は上部に環状凸部２２ａが設
けられ、該環状凸部２２ａとストッパ２３との間に規定
された値の隙ｇは、ストッパ２３の厚さを選ぶことによ
り正しく規定値に調節される。また、上部には、円筒状
の継鉄２２ｂが一体に固着されており、該継鉄２２ｂの
上面には、ばね手段２４が当接している。該ばね手段２
４の他端には、ばね手段２４を嵌挿する凹部２５ｃと、
軸上に燃料の流通路２５ｂと、前記振動子外筒２ｂ内面
に螺刻されたねじ２６ａと螺合するねじを外周に刻み、
ドライバ等で回動するドライバ溝２５ａとが穿設された
調節手段２５が配設され、ニードル２２は調節手段２５
により一端を固定されたばね手段２４のばね力によりノ
ズル本体２１の弁座に押圧され閉弁されている。尚、調
節手段２５を回動することによりばね手段２４の押圧を
調節することができる。

弁手段は上に述べたノズル本体２１と、ニードル２２と
、ストッパ２３と、ばね手段２４と、調節手段２５とか
らなり振動子外筒２６内にホーン部２７と着脱自在に収
納されている。一方、振動子外筒２６の中央近傍に、該
振動子外筒２６を微かな隙をもたせて挿通するように電
磁手段３ｏが配設されている。該電磁手段３０は、ニー
ドル２２をばね手段２４の押圧力に抗して継鉄２２ｂに
作用する電磁吸引力により隙ｇだけ吸引し、弁座８とニ
ードル２２との間に弁口を開路するもので、ボビン３１
に捲回されたコイルからなり、ハウジング１２内に収納
され、絶縁材３３により絶縁されたリード線３２からコ
ネクタ３４を介して、図示しない駆動手段より印加され
るパルス信号によりパルス幅に比例した時間ニードル２
２が吸引されて開弁され、この量弁時間に比例した燃料
が燃料供給口５、流通路２ａ、２ｂ、２ｃ、２５ｂおよ
びノズル本体２１とニードル２２間を流通し噴出口９か
ら噴出される。一端をハウジング１２に固設した超音波
振動発生素子１４を収納し保護する保護＠　１２　ａの
端部に設けられたコネクタ１２ｂの端子１２ｃを介して
図示しない超音波電源により超音波振動発生素子１４を
駆動することにより振動子２０はホーン２７のハウジン
グ１２への固着部である外周部２７ａを振動節としてエ
ツジ部１ｏを振動腹若しくはその近傍とした超音波振動
により噴出口９からエツジ部１０を流れる燃料は微粒化
されて拡散噴出される。本実施例では、ニードル２２の
霧化部側先端部の形状は円錐状を成しているが、このよ
うな先端部の形状は円錐状に限定されるものではなく１
本発明の目的の範囲内で自由に設計変更し得るものであ
る。更に、本出願人の一人が特開昭６０−２２２５５２
号公報において開示したように、液体にスワールを与え
て霧化部に導くように先端部近傍に傾斜した溝部を刻設
してもよい。

第３図は、上記特開昭６２−２２２５５２号公報に開示
されたスワール発生手段の一例を示す図で、図示のよう
に、中空針弁４０の小径部に傾斜した溝４１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
ことができる。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。尚、エツジ部１ｏ
のエツジの段数を増して弁座８から下方への長さを選ぶ
ことにより、弁座８部に振動節部をもたせることができ
、この場合は超音波振動を連続して振動子２０に印加す
ることが可能となり超音波駆動の負荷も軽減され、効率
のよい運転ができる。尚、弁手段において、ニードル２
２とばね手段２４とは、従来技術で述べたと同様に振動
系をなすものであるが、ばね手段２４は、振動子外１？
？ｉ　２６を回動してホーン部２７から弁手段を取外し
Ｉ調節手段２５をドライバ等で回動して、ばね力を調節
し、調節完了後、該調節手段２５を固定し、再びホーン
部２７に振動子外筒２６を螺合して固着後、ハウジング
１２を穿孔した貫通孔（図示せず）からかしめ等により
固着することができる。

尚、本実施例では、先に本出願人の一人が特開昭６１−
２５９７８０号公報において開示したような、内面にエ
ツジ部を有する超音波振動霧化部に限定されるものでは
なく、他の形状の霧化部にも適用し得るものである。

効　　　果 上述のように、本発明の超音波燃料噴射ノズルによると
、燃料噴射の要部弁は、振動子の中に収納するように配
設され、これにより弁手段を小形とすることができ、ま
た、可動部としてニードルを使用するようにしたので、
これに伴って更に小形とすることができ、応答性の優れ
た燃料噴射を可能とする６同様の目的で振動系の一要素
であるばね手段のばね力も振動子の着脱自在に螺合され
る振動子外筒を外すことにより調節可能となり、更に超
音波振動する振動子の振動節を弁座部に設定することに
より効率のよい超音波駆動することができ、これにより
燃料を応答性よく且つ効率的に微粒化することを可能と
する超音波燃料噴射ノズルを！Ｉ！ｌ’ＪＩ工数の少な
く安価に提供することができる。

第１図は、本発明の超音波燃料噴射ノズルの概要をしめ
すもので、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ
矢視断面図、第２図は、従来技術の一例を示す図、第３
図は、ニードル弁の一例を示す図である。

１４・・超音波振動発生素子、２０・・・振動子、２１
・・・ノズル本体、２２　・ニードル、２３・・ス１−
ツバ２４・・ばね手段、２５・・・調節手段、３ｏ・・
・電磁手段。

【図面の簡単な説明】

第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波振動発生素子と、一端を該超音波振動発生素
   子に固着し他端を凹部とし、該凹部内周面を霧化部とし
   た振動子とからなり、該振動子内に前記凹部に開口し、
   液体燃料を流通する流通路を穿孔し、該流通路内に、通
   常は流通路を閉路し、開路においては開路時間に応じた
   量の燃料を排出する弁手段を配設し、排出した燃料を前
   記霧化部において超音波振動により微粒化するようにし
   たことを特徴とする超音波燃料噴射ノズル。 ２、振動子内に配設された弁手段を、凹部中央で開口し
   て弁座をなしたノズル本体と、該ノズル本体内に緩挿し
   、前記弁座と協働するニードルと、該ニードルの移動量
   を規定するストッパと、ニードルを弁座に押圧するばね
   手段と、該ばね手段の押圧力を調節する調節手段とし、
   ニードルをばね手段に抗して前記規定移動量を吸引する
   吸引力発済性を基本として高性能、高効率化に向けて進
   められており、例えば、自動車用エンジンにおいては、
   空燃比を最適にするため、燃料の気化はキャブレータ方
   式から燃料噴射装置に移行する傾向にあり、これに伴っ
   て、空気流量の計測の高精度化が進められて電子制御気
   化器を構成し、更に点火時期、ノック制御、ＥＧＲ制御
   等を含めてこれらをコンピュータによる集中制御を行な
   い、これにより、エンジンにおける各々の動的機能の僅
   かな改善を計りつつ、総合的に性能向上を具現している
   。 燃料噴射ノズルは、計測された吸入空気量に応じた液体
   の燃料を噴射するもので、噴射量は弁開度時間に比例し
   ている。即ち、燃料は一定圧力に保たれており、弁開指
   令により弁開度を一定としたＯＮ−ＯＦＦ制御され流出
   されることによる。 更に、噴射された燃料を効率よく燃焼させるため、噴射
   された燃料を微粒化する方法として噴射口又はニードル
   の形状を改良して燃料に剪断力を与えることが試みられ
   ているが、最近超音波による燃生手段を電磁手段とし振
   動子を軸として外周に別体配設したことを特徴とする請
   求項第１項記載の超音波燃料噴射ノズル。 ３、電磁手段を振動子の外周に配設し、振動子に収納し
   た弁手段を着脱自在としばね手段を調節可能としたこと
   を特徴とする請求項第１項又は第２項記載の超音波燃料
   噴射ノズル。 ４、超音波振動する振動子の振動節部を超音波振動発生
   素子の固着部及びノズル本体弁座に定めたことを特徴と
   する請求項第１項又は第２項又は第３項記載の超音波燃
   料噴射ノズル。