JPH045463A

JPH045463A - 燃料微粒化装置

Info

Publication number: JPH045463A
Application number: JP10449290A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwano; 浩岩野; Kuniaki Sawamoto; 沢本　国章
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1992-01-09

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】（産業上の利用分野）本発明は、自動車等のエンジンの燃料微粒化装置に係り
、詳しくは、超音波振動子を用いて燃料を微粒化する燃
料微粒化装置に関する。

（従来の技術）近時、自動車エンジンに対する要求が高度化し、低燃費
、有害排出ガスの低減、運転性等の課題についても何れ
も高いレベルでその達成が求められている。したがって
、燃料を噴射するインジェクタ方式のエンジンでは燃料
の微粒化対策が重要となっている。

燃料の微粒化を図るために超音波振動子を用いた従来の
燃料微粒化装置としては、例えば特開昭６４−５６９６
２号公報や特開平１−１０４３６８号公報、実開昭６１
−３６１６７号公報等に記載のものがある。これらの装
置は、何れも圧電素子を利用した振動子にステップ状の
ホーンを付けて振動を拡大するもので、さらにホーンの
先端部に該ホーンの外径よりも大きな径の振動面を持ち
メータリング（前者の装置では内部で、後者の装置では
外部でメータリングする）された燃料をこの振動面に供
給して微粒化を図っている。なお、振動面の形状は振動
子と反対方向の内部に向かって湾曲し、微粒化された燃
料を一方向に集中させるようになっているものが一般的
である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の燃料微粒化装置にあっ
ては、ステップ型ホーンの小径部先端に、それよりも大
きな径の振動面を持つ構造となっていたため、燃料を効
果的に微粒化するためには振動面を大きくする必要があ
るが、余り大きくし過ぎると、重量が大きくなってホー
ンの振動では燃料が振動しなくなって微粒化できなくな
る。したがって、結果的に微粒化できる燃料量が少量に
限られるという問題点があった。

（発明の目的）そこで本発明は、振動面の外径を大きくでき、大流量の
燃料でも効果的に微粒化できる燃料微粒化装置を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するだめの手段）本発明による燃料微粒化装置は上記目的達成のため、超
音波を発生させる振動子と、該振動子からの振動を増幅
するホーンとを備え、該ホーンの先端に振動面を持ち、
燃料供給装置から燃料を前記振動面に供給して燃料を微
粒化する燃料微粒化装置において、前記ホーンを、その
断面形状が中空状て、かつその面積が振動面方向に小さ
（変化するように形成されている。

（作用）本発明では、超音波を発生させる振動子からの振動はホ
ーンで増幅され、ホーンの先端の振動面に伝達される。

このとき、該振動面に燃料噴霧が供給されると、振動面
の振動によって燃料噴霧が微粒化される。

この場合、ホーンはその断面形状が中空状で、かつその
面積が振動面方向に小さく変化するように形成されてい
るため、振動面の外径が大きくでき、かつホーンの重量
も小さいので、結局、大流量の燃料でも効果的に微粒化
することができる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１．２図は本発明に係る燃料微粒化装置の一実施例を
示す図である。

まず、構成を説明する。第１図は本装置の構成図であり
、この図において、■は圧電素子、２は圧電素子１を利
用したランジュバン型の超音波振動子、３はホーン、４
はホーンの振動面、５はインジェクタ（燃料供給装置）
、６はコントロールユニットである。ランジュバン型の
超音波振動子２は数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚｋの範囲で振
動し、例えば液浸型の超音波振動子に比べて、特に単位
時間当たりに微粒化できる燃料量が多いという特性を有
している。圧電素子１にはコントロールユニット６から
ランジュバン型の超音波振動子２の共振周波数に合った
振動パルス（駆動パルス）が入力され、超音波振動子２
はこの振動パルスに基づいて所定の超音波振動を発生す
る。ランジュバン型の超音波振動子２の一端面２Ａはホ
ーン３に接続されており、超音波振動子２の振動はこの
一端面２Ａからホーン３に伝達される。ホーン３は伝達
された振動をその断面積変化で決まる拡大率で拡大する
。また、ホーン３は円筒形状であるとともに、その内部
が中空状で、中空凹部３Ｂが形成されている。したがっ
て、ホーン３はその断面形状が中空状で、かつその部材
の面積が振動面４方向に小さく変化するように形成され
ることになる。

さらに、ホーン３の外径は超音波振動子２との接続面３
Ａの外径より小さくなることはない。一方、ホーン３の
他方の接続面には振動面４が固定されている。振動面４
の外側にはインジェクタ５が配置され、インジェクタ５
はコントロールユニット６からの燃料噴射パルスに基づ
いて燃料量を計り、振動面４に向けて燃料噴霧７を供給
する。燃料噴霧７は振動面４の各部に均一に広がるよう
になっている。

次に、作用を説明する。

エンジンの運転中に、コントロールユニット６から圧電
素子１に超音波振動子２の共振周波数に合った高周波の
振動パルス（駆動パルス）が入力されると、超音波振動
子２は半波長モードの縦振動を起こす。この縦振動はホ
ーン３で拡大され、その拡大率はホーン３の入力端面と
出力端面との大きさで決まり、その比が大きい程拡大率
は大きくなる。また、ホーン３も半波長モードで振動す
るようにその長さを決める必要がある。

ここで、共振周波数ｆと波長λの間には、ｒ　・　λ−
Ｃという関係があるので、この弐よりホーン３の長さが決
定される。ただし、Ｃは音速で、これはホーン３の材質
によって決まる。ホーン３での振動は、超音波振動子２
と反対側の面（すなわち、振動面４側）では振幅が数μ
ｍ−数１０μｍにも達し、振動面４を激しく振動させる
。一方、このときインジェクタ５には必要燃料量に応じ
た燃料噴射パルスがコントロールユニント６から入力さ
れ、その間だけインジェクタ５から燃料が振動面４に向
けて噴射される。インジェクタ５からの燃料噴霧７は振
動面４の各部に均一に広がり、振動面４の振動によって
燃料噴霧７の表面が波立ち微粒化される。このとき、振
動面４が小さかったり、燃料噴霧７の量が多かったりし
た場合には、単位面積当たりの燃料の重量が大きくなり
、振動面４の振動が小さくなって燃料を微粒化できない
。

これに対して、本実施例ではホーン３の外径が小さ（な
らないので、振動面４の外径も大きくでき、また、ホー
ン３が中空状であることからその重量も小さく、したが
って、大流量の燃料でも効果的に微粒化することができ
る。

すなわち、燃料を効果的に微粒化するためには振動面４
を大きくする必要があるが、余り大きくし過ぎると、重
量が大きくなってホーン３の振動では燃料が振動しなく
なって微粒化できなくなり、結果的に微粒化できる燃料
量が少量に限られるという状況があるが、本実施例では
振動面４の外径が大きく、ホーン３が中空状で重量も小
さいので、結局、大流量の燃料でも効果的に微粒化する
ことができるのである。

なお、燃料の微粒化レベルは必要に応して超音波振動子
２の共振周波数を変えることによって変化させることが
できる。周波数と微粒化レヘルとの関係は第２図のよう
に示される。同図中、噴霧粒径ｄは次式で与えられる。

ただし、ｋは比例定数で、例えば水の微粒化データより
に＝４とする。σは表面張力で、例えばｏ　＝　０．０
０２５　ｋ　ｇ　／　ｍ、ρは比重で、例えばρ−７５
０ｋｇ　／　ｍ　３である。内燃機関では、例えば数１
０ｔｊｍまで燃料を微粒化することによって空気との混
合が改善されて燃焼が安定し、エミッションや燃費が大
幅に向上することが確認されている。

次に、第３図は本発明の他の実施例を示す図であり、本
実施例はホーンを２段にしてさらに振幅を拡大するとと
もに、１段目のホーンの内部にバルブを設け、燃料のメ
ータリング機能を持たせたものである。

すなわち、第３図において、超音波振動子２の一端面２
Ａは第１のホーン１１に接続されており、第１のホーン
１１の一端面１１Ａは超音波振動子２の外径より大きい
。第１のホーン１１は円筒形状で、その他端側は外径が
小さくなっており、図中、Ａ部には第４図に詳細を示す
ように、バルブ１２と、バルブ１２を付勢するスプリン
グ１３とが収納され、中心部には燃料通路１４が形成さ
れている。また、バルブ１２は燃料通路１４の一部を構
成しているシート部１５にスプリング１３の付勢力を受
けて接触し、燃料通路１４を閉止可能であるとともに、
超音波振動によりリフトする。なお、バルブ１２は燃料
のメータリング機能を有している。第１のホーン１１は
第２のホーン１６に連結されており、第２のホーン１６
は円筒形状であるとともに、前記実施例と同様にその内
部が中空状で、中空凹部１６Ｂが形成され、その他方の
接続面には振動面エフが固定されている。

また、第２のホーン１６の内部には第１のホーン１１の
燃料通路１４からの燃料を通過させる通路が形成されて
いる（図示路）。コントロールユニ・ノド６から圧電素
子１に入力される高周波パルスは第５図に示すように間
欠のパルスであり、パルスが入力されている間（Ｔｉ０
間）のみ、バルブ１２がリフトする。

以上の構成において、本実施例では第５図に示すような
間欠のパルスが圧電素子１に入力されると、超音波振動
子２に超音波振動が発生し、第１のホーン１１および第
２のホーン１６の２段構造により超音波振動の振幅がよ
り拡大されるとともに、超音波振動によりバルブ１２が
リフトして燃料のメ−タリングが行われる。ここで、バ
ルブ１２がリフトする原理は次の通りである。すなわち
、第１のホーン１１が超音波振動を起こすと、シート部
１５を通じてバルブ１２がたたかれ、該バルブ１２とス
プリング１３の系の固有振動数でバルブ１２が振動し、
リフトするものである。第１のホーン１１でメータリン
グされた燃料は燃料通路１４を通って振動面１７に到達
し、微粒化が行われる。したがって、本実施例において
も前記実施例と同様の効果を得ることができるが、特に
燃料のメータリングと微粒化を同時に行うことが可能で
あるという利点がある。

（効果）本発明によれば、ホーンの断面形状が中空状で、かつそ
の面積が振動面方向に小さく変化するように形成されて
いるので、振動面の外径を大きく、かつホーンの重量を
小さくすることができ、大流量の燃料でも効果的に微粒
化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る燃料微粒化装置の一実施例を
示す図であり、第１図はその構成図、第２図はその共振
周波数と微粒化レヘルとの関係を示す図、第３〜５図は
本発明に係る燃料微粒化装置の他の実施例を示す図であ
り、第３図はその構成図、第４図は第３図におけるＡ部
の拡大図、第５図はその圧電素子に供給する高周波パル
スを示す図である。１・・・・・・圧電素子、２・・・・・・ランジュバン型の超音波振動子、３・・
・・・・ホーン、３Ｂ、１６Ｂ・・・・・・中空凹部、４・・・・・・振動面、５・・・・・・インジェクタ（燃料供給装置）、６・・
・・・・コントロールユニット、７・・・・・・燃料噴
霧、１１・・・・・・第１のホーン、１２・・・・・・バルブ、１３・・・・・・スプリング、１４・・・・・・燃料通路、１５・・・・・・シート部、１６・・・・・・第２のホーン、１７・・・・・・振動面。

Claims

【特許請求の範囲】

　超音波を発生させる振動子と、該振動子からの振動を
増幅するホーンとを備え、該ホーンの先端に振動面を持
ち、燃料供給装置から燃料を前記振動面に供給して燃料
を微粒化する燃料微粒化装置において、前記ホーンを、
その断面形状が中空状で、かつその面積が振動面方向に
小さく変化するように形成したことを特徴とする燃料微
粒化装置。