(57)【要約】      （修正有）【課題】霧化した燃料を主燃料として使用する超音波燃料供給装置を提供する。【解決手段】燃料格納空間及び霧化空間を含む超音波燃料タンク５１と、外部の主燃料タンクから超音波燃料タンク５１に燃料を供給するための入力パイプ５２と、入力パイプ５２と超音波燃料タンク５１の間に設けられ、燃料格納空間の燃料格納量を一定に維持するように構成された油量調整装置５３と、超音波燃料タンク５１の下部に設けられ、燃料格納空間に格納された燃料を霧化するための少なくとも一つの超音波振動子５４と、超音波振動子５４を駆動するための超音波振動子コントローラ５５と、超音波振動子５４によって霧化された燃料を燃料噴射装置に供給するための出力パイプ５６と、出力パイプ５６を介して霧化された燃料が燃料噴射装置に供給されることで内部圧力が低下すると開放され、超音波燃料タンク５１の内部に空気を注入するための空気吸入部５７とを備える。【選択図】図２
2020063743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料格納空間及び霧化空間を含む超音波燃料タンクと、
外部の主燃料タンクから前記超音波燃料タンクに燃料を供給するための入力パイプと、
前記入力パイプと前記超音波燃料タンクの間に設けられ、前記燃料格納空間の燃料格納量を一定に維持するように構成された油量調整装置と、
前記超音波燃料タンクの下部に設けられ、前記燃料格納空間に格納された燃料を霧化するための少なくとも一つの超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動するための超音波振動子コントローラと、
前記超音波振動子によって霧化された燃料を燃料噴射装置に供給するための出力パイプと、
前記出力パイプを介して前記霧化された燃料が燃料噴射装置に供給されることで内部圧力が低下すると開放され、前記超音波燃料タンクの内部に空気を注入するための空気吸入部と、
を備える、
超音波燃料供給装置。
【請求項２】
前記油量調整装置は、前記燃料格納空間に格納された前記燃料の油位を検出するための油面計、前記入力パイプと前記超音波燃料タンクの間に設けられた油量調整バルブ、及び前記油面計が検出した油位に基づいて前記油量調整バルブの開放量を調整するバルブコントローラを有する、
請求項１に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項３】
前記油量調整装置は、前記入力パイプと前記超音波燃料タンクの間に接続されて前記超音波燃料タンクの油位と同一の油位を維持できるように構成された油量制御用燃料タンク、前記油量制御用燃料タンクの油位を検出するための油面計、前記入力パイプと前記油量制御用燃料タンクの間に設けられたバルブ、及び前記油面計が検出した油位に基づいて前記バルブの開放量を調整するバルブコントローラを有する、
請求項１に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項４】
前記空気吸入部は、前記超音波燃料タンクの壁面に形成した空気吸入口、前記空気吸入口を前記超音波燃料タンクの内部で密閉するための蓋、及び前記蓋が前記空気吸入口を密閉するように弾性力を提供する弾性部材を有し、前記超音波燃料タンク内の圧力が通常の圧力の場合は前記弾性部材の弾性力によって前記蓋が前記空気吸入口を密閉し、前記超音波燃料タンク内の圧力が通所の圧力以下に下がってこれによる内部の収縮力が前記弾性部材の弾性力を超えると前記蓋が引かれて前記空気吸入口を開放するように構成された、
請求項１に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項５】
前記出力パイプから前記超音波燃料タンクの内部に延長し、前記霧化された燃料の高密度領域内に開口部を有する出力パイプ延長部をさらに備える、
請求項１に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項６】
前記出力パイプ延長部は、前記開口部がラッパのように広がる漏斗形状に形成された、
請求項５に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項７】
燃料を格納するための主燃料タンクと、
前記主燃料タンクに接続され、燃料を供給するための燃料ポンプと、
請求項１ないし６の何れか一項に記載の超音波燃料供給装置と、
前記燃料ポンプ及び前記超音波燃料供給装置から供給される燃料をシリンダー室に供給するための燃料噴射装置と、
を備える、
内燃機関。
【請求項８】
日常的に使用する回転数区間で、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料を主燃料供給系統として駆動可能な、
請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記主燃料供給系統において、前記燃料ポンプを介して供給される燃料の供給比率が総燃料供給の４９％以下であり、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料の供給比率が総燃料供給の５１％以上である、
請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記主燃料供給系統において、前記燃料ポンプを介して供給される燃料の供給比率が総燃料供給の１９％以下であり、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料の供給比率が総燃料供給の８１％以上である、
請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１１】
日常的に使用する回転数区間で、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料のみで駆動可能な、
請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１２】
燃料格納空間及び霧化空間を含む超音波燃料タンクと、
外部の主燃料タンクから前記超音波燃料タンクに燃料を供給するための入力パイプと、
前記入力パイプと前記超音波燃料タンクの間に設けられ、前記燃料格納空間の燃料格納量を一定に維持するように構成された油量調整装置と、
前記超音波燃料タンクの下部に設けられ、前記燃料格納空間に格納された燃料を霧化するための少なくとも一つの超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動するための超音波振動子コントローラと、
前記超音波振動子によって霧化された燃料を燃料噴射装置に供給するための出力パイプと、
を備える、
超音波燃料供給装置。
【請求項１３】
前記油量調整装置は、前記燃料格納空間に格納された前記燃料の油位を検出するための油面計、前記入力パイプと前記超音波燃料タンクの間に設けられた油量調整バルブ、及び前記油面計が検出した油位に基づいて前記油量調整バルブの開放量を調整するバルブコントローラを有する、
請求項１２に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項１４】
前記油量調整装置は、前記入力パイプと前記超音波燃料タンクの間に接続されて前記超音波燃料タンクの油位と同一の油位を維持できるように構成された油量制御用燃料タンク、前記油量制御用燃料タンクの油位を検出するための油面計、前記入力パイプと前記油量制御用燃料タンクの間に設けられたバルブ、及び前記油面計が検出した油位に基づいて前記バルブの開放量を調整するバルブコントローラを有する、
請求項１２に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項１５】
前記出力パイプを介して前記霧化された燃料が燃料噴射装置に供給されることで内部圧力が低下すると開放され、前記超音波燃料タンクの内部に空気を注入するための空気吸入部をさらに備え、
前記空気吸入部は、前記超音波燃料タンクの壁面に形成した空気吸入口、前記空気吸入口を前記超音波燃料タンクの内部で密閉するための蓋、及び前記蓋が前記空気吸入口を密閉するように弾性力を提供する弾性部材を有し、前記超音波燃料タンク内の圧力が通常の圧力の場合は前記弾性部材の弾性力によって前記蓋が前記空気吸入口を密閉し、前記超音波燃料タンク内の圧力が通所の圧力以下に下がってこれによる内部の収縮力が前記弾性部材の弾性力を超えると前記蓋が引かれて前記空気吸入口を開放するように構成された、
請求項１２に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項１６】
前記出力パイプから前記超音波燃料タンクの内部に延長し、前記霧化された燃料の高密度領域内に開口部を有する出力パイプ延長部をさらに備える、
請求項１２に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項１７】
前記出力パイプ延長部は、前記開口部がラッパのように広がる漏斗形状に形成された、
請求項１６に記載の超音波燃料供給装置。
【請求項１８】
燃料を格納するための主燃料タンクと、
請求項１２ないし１７の何れか一項に記載の超音波燃料供給装置と、
前記燃料タンク及び前記超音波燃料供給装置から供給される燃料を燃焼室に供給するための燃料噴射装置と、
を備える、
燃焼装置。
【請求項１９】
正常運転状態で、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料を主燃料供給系統として運転可能な、
請求項１８に記載の燃焼装置。
【請求項２０】
前記主燃料供給系統において、前記燃料ポンプを介して供給される燃料の供給比率が総燃料供給の４９％以下であり、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料の供給比率が総燃料供給の５１％以上である、
請求項１９に記載の燃焼装置。
【請求項２１】
前記主燃料供給系統において、前記燃料ポンプを介して供給される燃料の供給比率が総燃料供給の１９％以下であり、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料の供給比率が総燃料供給の８１％以上である、
請求項１９に記載の燃焼装置。
【請求項２２】
正常運転状態で、前記超音波燃料供給装置から供給される前記霧化された燃料のみで運転可能な、
請求項１９に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波燃料供給装置並びにこれを用いた内燃機関及び燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下から抽出した原油（Ｃｒｕｄｅ  Ｏｉｌ）は主に炭化水素で構成され、硫黄を含む様々な不純物が混ざっている混合物である。原油を加熱して分別蒸留を行うと、沸騰点（気化点）の低い物質から高い物質の順に蒸発して気化し、気化点によってガソリン（Ｇａｓｏｌｉｎｅ）、灯油（Ｋｅｒｏｓｅｎｅ）、軽油（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｉｌ）、重油（Ｆｕｅｌ  Ｏｉｌ）などが得られる。
【０００３】
一般に、軽油はガソリンに比べて熱効率が約１０％ぐらい高いと言われ、ディーゼルエンジン車両の燃料として主に用いられている。しかし、軽油には硫黄成分が含まれているので硫酸化物質を排出し、これは水蒸気と反応して硫酸を生成するので、人体に有害な影響を及ぼす恐れがあるとも言われている。
【０００４】
一般的な内燃機関の燃料系統は、燃料タンクから燃料を供給する燃料ポンプと燃料ポンプによって供給された燃料と空気（酸素）を一定の比率で混合する混合装置で構成される。燃料は燃料ポンプによって燃料タンクから燃料フィルターに供給され、燃料フィルターで不純物がフィルタリングされた後、噴射ポンプ（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｐｕｍｐ）に供給される。噴射ポンプは燃料に圧力をかけて噴射バルブを介してシリンダー内に燃料を噴射する。
【０００５】
例えば、ディーゼルエンジンの燃焼室に噴射された燃料は燃料粒子の大きさが小さいほど蒸発、空気との混合性などが良好になるので、可能な限り燃料の微粒子化が要求される。
【０００６】
特許文献１〜６は、超音波振動子を用いて超音波エネルギーを燃料に加えて霧化した燃料を圧縮機を通してインジェクターに供給することで完全燃焼を図り、燃料を節減するとともに有害排出ガスの発生を抑制するための装置を記載している。
【０００７】
しかし、特許文献１〜６の記載によると、従来の超音波を用いた燃料噴射装置では、燃料ポンプから供給される燃料を主燃料供給系統として使用し、超音波振動子を介して供給される燃料をあくまでも補助燃料系統として使用することで、最大約３０％程度の燃料効率性を上げるのに止まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国特許公報特１９９２−００１０７１６号
【０００９】
【特許文献２】韓国特許公報特１９９６−００１２３７６号
【００１０】
【特許文献３】韓国公開実用新案公報第２０−１９９９−００４１９１５号
【００１１】
【特許文献４】韓国公開特許公報第１０−２００１−００２５５３３号
【００１２】
【特許文献５】韓国特許公報第１０−０８４０４１０号
【００１３】
【特許文献６】韓国公開特許公報第１０−２０１２−００５１４６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
例えば、ディーゼルエンジンの場合、燃料効率性を３０％以上にさらに上げるためには、日常生活で使用する回転数区間（例えば、エンジン回転数が約３０００ｒｐｍ以下の区間）またはこのような回転数での定速駆動時に超音波振動子を用いて霧化した燃料を主燃料供給系統として用いるか、または超音波振動子を用いて霧化した燃料のみを使用してエンジンを駆動する必要がある。
【００１５】
さらに、灯油、軽油、重油などを燃料として用いるボイラー、ヒーター、発電機などの燃焼装置においても効果的に燃料を節減し、同時に有害排出ガスの発生を抑制するためには、超音波振動子を用いて霧化した燃料を主燃料供給系統として用いるか、または超音波振動子を用いて霧化した燃料のみを使用して燃焼装置を運転する必要がある。
【００１６】
本発明は、上述した従来の要求に応えるために成されたものであり、本発明の少なくとも一つの実施例では、超音波振動子を用いて燃料を霧化し、霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるか、または超音波振動子を用いて霧化した燃料のみを使用して内燃機関または燃焼装置を駆動することが可能な超音波燃料供給装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の少なくとも一つの実施例では、上記のような超音波燃料供給装置を用いる内燃機関及び燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の少なくとも一つの実施例においては、燃料格納空間及び霧化空間を含む超音波燃料タンクと、外部の主燃料タンクから超音波燃料タンクに燃料を供給するための入力パイプと、入力パイプと超音波燃料タンクの間に設けられ、燃料格納空間の燃料格納量を一定に維持するように構成された油量調整装置と、超音波燃料タンクの下部に設けられ、燃料格納空間に格納された燃料を霧化するための少なくとも一つの超音波振動子と、超音波振動子を駆動するための超音波振動子コントローラと、超音波振動子によって霧化された燃料を燃料噴射装置に供給するための出力パイプと、出力パイプを介して霧化された燃料が燃料噴射装置に供給されることで内部圧力が低下すると開放され、超音波燃料タンクの内部に空気を注入するための空気吸入部と、を備える、超音波燃料供給装置を提供する。
【００１９】
本発明の少なくとも一つの実施例において、内燃機関は、日常的に使用する回転数区間で、超音波燃料供給装置から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いて駆動できるように構成される。
【００２０】
本発明の少なくとも一つの実施例においては、燃料を格納するための主燃料タンクと、主燃料タンクに接続され、燃料を供給するための燃料ポンプと、超音波燃料供給装置と、燃料ポンプ及び超音波燃料供給装置から供給される燃料をシリンダー室に供給するための燃料噴射装置と、を備える、内燃機関を提供する。
【００２１】
本発明の少なくとも一つの実施例においては、燃料格納空間及び霧化空間を含む超音波燃料タンクと、外部の主燃料タンクから超音波燃料タンクに燃料を供給するための入力パイプと、入力パイプと超音波燃料タンクの間に設けられ、燃料格納空間の燃料格納量を一定に維持するように構成された油量調整装置と、超音波燃料タンクの下部に設けられ、燃料格納空間に格納された燃料を霧化するための少なくとも一つの超音波振動子と、超音波振動子を駆動するための超音波振動子コントローラと、超音波振動子によって霧化された燃料を燃料噴射装置に供給するための出力パイプと、を備える、超音波燃料供給装置を提供する。
【００２２】
本発明の少なくとも一つの実施例においては、燃料を格納するための主燃料タンクと、超音波燃料供給装置と、燃料タンク及び超音波燃料供給装置から供給される燃料を燃焼室に供給するための燃料噴射装置と、を備える、燃焼装置を提供する。
【００２３】
本発明の少なくとも一つの実施例において、燃焼装置は、正常運転状態で、超音波燃料供給装置から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いて運転できるように構成される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一つの実施例によれば、超音波振動子を用いて燃料を霧化し、霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるか、または超音波振動子を用いて霧化した燃料のみを使用して内燃機関またな燃焼装置を駆動することができる超音波燃料供給装置を提供することができるという効果を奏する。
【００２５】
さらに、本発明の少なくとも一つの実施例によれば、上記のような超音波燃料供給装置を用いる内燃機関及び燃焼装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の少なくとも一つの実施例に係る内燃機関の構成を示すブロック図である。
【００２７】
【図２】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の構造を示す概略図である。
【００２８】
【図３】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の、超音波燃料タンク内の油量を一定に維持するための油量調整装置を油量調整バルブで構成した概略図である。
【００２９】
【図４】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の超音波燃料タンク内の油量を一定に維持するための油量調整装置を油面計、バルブ、及びバルブコントローラで構成した概略図である。
【００３０】
【図５】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の超音波燃料タンク内の油量を一定に維持するための油量調整装置を油量制御用燃料タンク、油面計、バルブ、及びバルブコントローラで構成した概略図である。
【００３１】
【図６】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の空気吸入部の動作を示す概略図である。
【００３２】
【図７】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の出力パイプ延長部を示す概略図である。
【００３３】
【図８】実験のため製作した超音波燃料供給装置の写真である。
【００３４】
【図９】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置を用いた内燃機関の各燃料供給系統の動作シーケンスの一例を示すグラフである。
【００３５】
【図１０】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置を用いた内燃機関の各燃料供給系統の動作シーケンスの他の一例を示すグラフである。
【００３６】
【図１１】本発明の少なくとも一つの実施例に係る燃焼装置の構成を示すブロック図である。
【００３７】
【図１２】本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置の構造を示す概略図である。
【００３８】
図面に示す符号の説明は下記の通りである。
【００３９】
１０：主燃料タンク                            ２０：燃料ポンプ
【００４０】
３０：シリンダー室                            ４０：燃料噴射装置
【００４１】
４１：噴射ポンプ                              ４２：噴射ノズル
【００４２】
５０：超音波燃料供給装置                      ５１：超音波燃料タンク
【００４３】
５２：入力パイプ                              ５３：油量調整装置
【００４４】
５４：超音波振動子                            ５５：超音波振動子コントローラ
【００４５】
５６：出力パイプ                              ５７：空気吸入部
【００４６】
５８：振動板                                  ６０：バルブ
【００４７】
７０：バルブコントローラ                      ５１１：壁面
【００４８】
５１２：空気吸入口                            ５１３：燃料格納空間
【００４９】
５１４：霧化空間                              ５３１：バルブ
【００５０】
５３２：バルブコントローラ                    ５３３：油面計
【００５１】
５３４：油量制御用燃料タンク                  ５３５：油面計
【００５２】
５３６：接続パイプ                            ５６１：出力パイプ延長部
【００５３】
５６２：開口部                                ５６３：高密度領域
【００５４】
５６４：開口部                                ５７１：ピン
【００５５】
５７２：蓋                                    ５７３：スプリング
【００５６】
１１１０：主燃料タンク                        １１３０：シリンダー室
【００５７】
１１４０：燃料噴射装置                        １１５０：超音波燃料供給装置
【００５８】
１１６０：バルブ                              １１７０：バルブコントローラ
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、添付図面を参照し、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置及びこれを用いた内燃機関及び燃焼装置を詳しく説明する。
【００６０】
本明細書では、内燃機関として軽油を燃料とするディーゼルエンジンを例にして説明しているが、本発明はこれに限定されず、気化点が摂氏１５０度以上である燃料（灯油、軽油、重油など）を用いるあらゆる内燃機関並びにボイラー、ヒーター、発電機などの全ての燃焼装置に適用することができる。
【００６１】
さらに、本発明は、内燃機関の燃焼室の種類（例えば、直射型（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）及び間接噴射型（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ））、燃料噴射ポンプの種類（例えば、直列型ポンプ（Ｉｎｌｉｎｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｐｕｍｐ）、分配型ポンプ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｐｕｍｐ）、及びユニットインジェクター（Ｕｎｉｔ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ））、燃料噴射方式（例えば、機械式噴射及び電子制御噴射）などに関係なく適用することができる。
【００６２】
図１は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る内燃機関の一例として、ディーゼルエンジンの構成を示すブロック図である。
【００６３】
図１に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る内燃機関は、燃料を格納するための主燃料タンク１０、主燃料タンク１０に接続され、燃料を供給するための燃料ポンプ２０、燃料ポンプ２０から供給される燃料をシリンダー室３０に供給するための燃料噴射装置４０、燃料を霧化し、霧化された状態の燃料を供給する超音波燃料供給装置５０、燃料ポンプ２０と燃料噴射装置４０の間に設けられ、燃料ポンプ２０からの燃料供給を開閉するためのバルブ６０、及びバルブ６０の開閉を制御するためのバルブコントローラ７０で構成される。
【００６４】
図１では通常のディーゼルエンジンにおいての燃料回収ラインは図示せず、燃料供給ラインのみを図示している。主燃料タンク１０に格納された燃料は、燃料ポンプ２０によってポンピングされ、液体の状態でダイレクトに燃料噴射装置４０に供給される第１燃料供給系統と超音波燃料供給装置５０によって霧化された状態で燃料噴射装置４０に供給される第２燃料供給系統を介してシリンダー室３０に供給される。
【００６５】
本発明の少なくとも一つの実施例で、第２燃料供給系統を介しての燃料供給は常時ＯＰＥＮ（開放度１００％）の状態になっているのに対し、第１燃料供給系統を介しての燃料供給は内燃機関の駆動状態によってＯＰＥＮ（開放度１００％）、ＣＬＯＳＥ（開放度０％）、または部分的にＯＰＥＮ（０％＜開放度＜１００％）の状態に変更される。
【００６６】
燃料噴射装置４０は、噴射ポンプ（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｐｕｍｐ）４１と噴射ノズル（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｎｏｚｚｌｅ）４２で構成される。第１燃料供給系統及び／または第２燃料供給系統を介して燃料噴射装置４０に供給された燃料は噴射ポンプ４１によって噴射ノズル４２を介してシリンダー室３０内に噴射される。燃料の不純物を除去する燃料フィルター及び燃料噴射時にエアークリーナーから吸入される空気と噴射された燃料を混合する混合装置などは通常の装置及び構造を用いることができるので、図示せずにこれに対する説明も省略する。
【００６７】
図２は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の構造を示す概略図である。
【００６８】
図２に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０は、燃料格納空間５１３及び霧化空間５１４を含む超音波燃料タンク５１、主燃料タンク１０から燃料ポンプ２０を介して超音波燃料タンク５１に燃料を供給するための入力パイプ５２、入力パイプ５２と超音波燃料タンク５１の間に設けられ、燃料格納空間の燃料格納量を一定に維持するための油量調整装置５３、超音波燃料タンク５１の下部に設けられ、燃料格納空間に格納された燃料を霧化するための少なくとも一つの超音波振動子５４、超音波振動子５４を駆動するための超音波振動子コントローラ５５、超音波振動子５４によって霧化された燃料を燃料噴射装置４０に供給するための出力パイプ５６、及び出力パイプ５６を介して霧化された燃料が燃料噴射装置４０に供給されることで内部圧力が低下すると解放され、超音波燃料タンク５１の内部に空気を注入するための空気吸入部５７で構成される。
【００６９】
超音波燃料タンク５１の底面には振動板５８が設けられ、振動板５８の裏面に超音波振動子５４が付着されている。超音波振動子５４としては、一般的な圧電セラミックを用いることができる。超音波振動子５４に電流が流れると振動板５８が振動し、この振動によって超音波が発生し、燃料に振動を起こす。
【００７０】
即ち、超音波振動子コントローラ５５によって超音波振動子５４に電源が供給されると、超音波振動子５４が燃料の底から振動を起こす。このような振動によって燃料の分子が互いにぶつかりながら分子と分子の間に振動を伝達し、その振動が燃料の表面に至ると表面の燃料粒子が微細な粒子状態で表面から放出される。従って、油深が深すぎるかまたは浅すぎると燃料が効率的に霧化されなくなる。さらに、霧化された燃料を十分確保するためには燃料格納空間５１３の約数倍以上に達する霧化空間５１４が必要となる。
【００７１】
このように、超音波振動子５４は、格納された燃料の油量（油位、即ち、底から油面（ＯＬ１）までの高さ）によって霧化量に差が出てくるので、燃料格納空間に格納された燃料の油量を適切に維持する必要がある。一般に、加湿器などに用いられる超音波振動子の場合、底から油面（ＯＬ１）までの適正高さは約２０ｍｍ〜５０ｍｍであり、このときの霧化量は時間当たり約２００ｍｌ〜５００ｍｌ程度になる。
【００７２】
図３は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の、超音波燃料タンク５１内の油量を一定に維持するための油量調整装置５３を油量調整バルブで構成した概略図である。
【００７３】
図３に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例で、油量調整装置５３は燃料の供給量を調整するためのバルブ５３１とバルブ５３１の開放量を調整するためのバルブコントローラ５３２で構成される。
【００７４】
前述のように、超音波振動子５４を用いて十分な霧化量を得るためには、底から油面（ＯＬ１）までの適正高さを維持する必要がある。従って、本発明の少なくとも一つの実施例では、シリンダー室３０に供給されて消耗される燃料の量だけ燃料ポンプ２０から燃料が供給されるようにバルブコントローラ５３２を介してバルブ５３１の開放量を調整する。本発明の少なくとも一つの実施例において、バルブコントローラ５３２なしにバルブ５３１に設けられた開閉スイッチを手動で操作し、霧化された燃料がシリンダー室３に供給される量だけ燃料ポンプ２０から超音波燃料タンク５１内に燃料が供給されるようにバルブ５３１を約数ｍｍ程度開放してもよい。
【００７５】
図４は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の超音波燃料タンク５１内の油量を一定に維持するための油量調整装置５３を油面計、バルブ、及びバルブコントローラで構成した概略図である。
【００７６】
図４に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例で、油量調整装置５３は、燃料の供給量を調整するためのバルブ５３１、バルブ５３１の開放量を調整するためのバルブコントローラ５３２、及び油面（ＯＬ１）の高さを検出するための油面計５３３で構成される。
【００７７】
本発明の少なくとも一つの実施例では、油面計５３３が超音波燃料タンク５１内の燃料の量を表す油面（ＯＬ１）の高さ（油位）を検出し、検出結果をバルブコントローラ５３２に出力する。バルブコントローラ５３２は、油面計５３３が検出した油面（ＯＬ１）の高さを予め設定された値と比較し、比較結果に基づいてバルブ５３１の開放量を制御する。即ち、比較結果から、検出された油面（ＯＬ１）の高さが予め設定された値より所定の値以上高いと判断されると、バルブコントローラ５３２はバルブ５３１を閉め、超音波燃料タンク５１への燃料供給を減少させるかまたは遮断する。反対に、比較結果から、検出された油面（ＯＬ１）の高さが予め設定された値より所定の値以上低いと判断されると、バルブコントローラ５３２はバルブ５３１を開け、超音波燃料タンク５１への燃料供給を開始するかまたは増加させる。
【００７８】
油面計５３３による超音波燃料タンク５１内の油面（ＯＬ１）の高さを検出する際に、超音波振動子５４の振動と内燃機関の駆動（例えば、本発明の少なくとも一つの実施例に係る内燃機関（ディーゼルエンジン）を装着した自動車の走行など）による振動で油面（ＯＬ１）の高さがランダムに変動する場合がある。本発明の少なくとも一つの実施例においては、油面計５３３が時間別に区間を分け、各区間で検出した値の平均値を検出結果としてバルブコントローラ５３２に出力する。また、本発明の少なくとも一つの実施例においては、バルブコントローラ５３２が油面計５３３から入力された検出結果を時間別に区間を分け、各区間ごとの平均値を取ることで、油面（ＯＬ１）の高さがランダムに変動することによる誤差の影響を減らすことができる。
【００７９】
図５は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の超音波燃料タンク５１内の油量を一定に維持するための油量調整装置５３を油量制御用燃料タンク、油面計、バルブ、及びバルブコントローラで構成した概略図である。
【００８０】
図５に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例で、油量調整装置５３は、燃料の供給量を調整するためのバルブ５３１、バルブ５３１の開放量を調整するためのバルブコントローラ５３２、油量制御用燃料タンク５３４、及び油量制御用燃料タンク５３４内の油面（ＯＬ１）の高さを検出するための油面計５３５で構成される。
【００８１】
前述のように、内燃機関の駆動中には超音波振動子５４の振動による油面の立ち上がりと、例えば、本発明の少なくとも一つの実施例に係る内燃機関（ディーゼルエンジン）を装着した自動車の走行などによる振動は、油面（ＯＬ１）の高さがランダムに変動する原因となる。図４では油面計５３３を用いて検出した油面（ＯＬ１）の高さを時間単位の区間別に平均値を取ることで超音波燃料タンク５１の油量を調整しているが、本実施例では別途の油量制御用燃料タンク５３４を用いてより効率的に超音波燃料タンク５１内の油量を制御する。
【００８２】
油量制御用燃料タンク５３４は、図５に示すように、超音波燃料タンク５１と接続パイプ５３６で接続され、超音波燃料タンク５１内の燃料の油面（ＯＬ１）と油量制御用燃料タンク５３４内の燃料の油面（ＯＬ２）が実質的に一致するように配置される。従って、超音波燃料タンク５１内の燃料の増減によって油面（ＯＬ１）の高さが変化すると、これによって油量制御用燃料タンク５３４内の油面（ＯＬ２）も同一に変化するので、油量制御用燃料タンク５３４内の油面（ＯＬ２）の高さを検出することで超音波燃料タンク５１内の油量を制御することができる。
【００８３】
これは、例えば、車両の走行などによる油面（ＯＬ１）の変動より超音波振動子５４の振動による油面（ＯＬ１）の立ち上がりが油面の高さの検出にもっと大きく影響し得るので、超音波振動子５４の振動の影響を受けない別途の油量制御用燃料タンク５３４を用いることでより効率的に超音波燃料タンク５１内の油量を制御できるというメリットがある。
【００８４】
油面計５３５は、油量制御用燃料タンク５３４内の油面（ＯＬ２）の高さを検出し、検出結果をバルブコントローラ５３２に出力する。バルブコントローラ５３２は、油面計５３５が検出した油面（ＯＬ２）の高さを予め設定された値と比較し、比較結果に基づいてバルブ５３１の開放量を制御する。即ち、比較結果から、検出された油面（ＯＬ２）の高さが予め設定された値より所定の値以上高いと判断されると、バルブコントローラ５３２はバルブ５３１を閉め、超音波燃料タンク５１への燃料供給を減少させるかまたは遮断する。反対に、比較結果から、検出された油面（ＯＬ２）の高さが予め設定された値より所定の値以上低いと判断されると、バルブコントローラ５３２はバルブ５３１を開け、超音波燃料タンク５１への燃料供給を開始するかまたは増加させる。
【００８５】
この場合にも、正確度をもっと上げるために、油面計５３５が時間別に区間を分け、各区間で検出した値の平均値を検出結果としてバルブコントローラ５３２に出力するかまたはバルブコントローラ５３２が油面計５３５から入力された検出結果を時間別に区間を分け、各区間ごとの平均値を取ることで、油面の高さがランダムに変動することによる誤差の影響をさらに減らすことができる。
【００８６】
図４及び図５に示す油面計５３３，５３５としては、オイルゲージ（Ｏｉｌ  Ｇｕａｇｅ）やフロートスイッチ（Ｆｌｏａｔ  Ｓｗｉｔｃｈ）などを用いることができる。
【００８７】
一方、何らかの理由で超音波燃料タンク５１の燃料が全て消耗して底が見える状態で超音波振動子５４を作動させると、接着部分が剥離して故障を起こす恐れがある。これを防止するため、本発明の少なくとも一つの実施例では、油面計５３３，５３５を用いて超音波燃料タンク５１の燃料量を持続的にモニタリングし、超音波燃料タンク５１内の燃料が全て消耗したと判断されると、超音波振動子コントローラ５５が超音波振動子５４の作動を停止する。超音波振動子コントローラ５５は、油面計５３３，５３５からモニタリング結果を受信し、受信した結果が所定量以下になると超音波燃料タンク５１内の燃料が全て消耗したと判断する。このようなことが発生すると、超音波振動子コントローラ５５は、アラーム信号を出力して運転者に原因を除去するようにするかまたはバルブコントローラ５３２に即時バルブ５３１を開放して超音波燃料タンク５１内に燃料を供給するように信号を出力する。
【００８８】
本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０を用いた内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）を駆動すると、燃焼過程の行程により超音波燃料供給装置５０内の霧化された燃料がシリンダー室３０に吸入されるので超音波燃料タンク５１内の圧力が真空状態（低圧状態）になり、超音波燃料タンク５１の壁が内側に収縮される現象が発生する。従って、燃料供給装置５０内の霧化された燃料がシリンダー室３０に吸入されても超音波燃料タンク５１の内部が真空状態にならないで通常の圧力（大気圧）を維持するように必要によって超音波燃料タンク５１の内部に空気を注入する必要がある。
【００８９】
図６は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の空気吸入部５７の動作を示す概略図である。
【００９０】
図６に示すように、超音波燃料タンク５１の壁面５１１には所定の大きさの空気吸入口５１２が形成されている。空気吸入部５７は、空気吸入口５１２にスライディング可能に挿入されるピン５７１、ピンの第１端部に付着された蓋５７２、及びピン５７１に嵌められてピン５７１の第１端部の反対側の第２端部と蓋５７２の間に位置するスプリング（弾性部材）５７３で構成される。ピン５７１の第２端部はリベットヘッドの形状で形成され、第１端部を介してスプリング５７３にピン５７１を挿入し、ピン５７１を空気吸入口５１２に挿入した後第１端部と蓋５７２を付着すれば、スプリング５７３がピン５７１の第２端部と蓋５７２の間で圧縮及び伸長できるようになる。
【００９１】
この際、空気吸入口５１２の直径は、スプリング５７３及びピン５７１の第２端部の直径より小さく設定する。さらに、ピン５７１が空気吸入口５１２の内部で自由に往復し、ピン５７１と空気吸入口５１２の間に空気が通る所定の空間ができるように空気吸入口５１２の直径を第２端部を除いたピン５７１の直径より大きく設定する。従って、第１端部を介してスプリング５７３にピン５７１を挿入した状態でピン５７１を空気吸入口５１２に挿入した後スプリング５７３を若干圧縮させた状態でピン５７１の第１端部と蓋５７２を付着すると、圧縮したスプリング５７３の弾性力によって蓋５７２が壁面５１１側に引かれて壁面５１１の内壁に密着することになる。
【００９２】
超音波燃料タンク５１内の圧力が大気圧以上の通帳圧力（平常時、即ち、大気圧）の状態で、空気吸入部５７は、図６（ａ）に示すように、スプリング５７３の弾性力によって蓋５７２が壁面５１１の内壁に密着し、空気吸入口５１２を密閉する。従って、この状態では空気吸入口５１２を介して空気が通れなくなる。
【００９３】
内燃機関の駆動で超音波燃料供給装置５０内の霧化された燃料がシリンダー室３０に吸入されて超音波燃料タンク５１の内部の圧力が真空（低圧）状態になると、図６（ｂ）に示すように、超音波燃料タンク５１の壁面５１１が外部の圧力によって内側に収縮する。
【００９４】
この状態で超音波燃料タンク５１の内部の圧力がさらに下がり、蓋５７２を引く力がスプリング５７３の弾性力を超えると、図６（ｃ）に示すように、蓋５７２が内側に引かれ、空気吸入口５１２とピン５７１の間の空間を通して矢印の方向に超音波燃料タンク５１の内部に空気が注入される。空気の注入によって超音波燃料タンク５１の内部の圧力が再び通常圧力に戻ると、スプリング５７３の弾性力によって蓋５７２が壁面５１１側に引かれ、超音波燃料タンク５１の壁面５１１の内壁に再び密着することになり、超音波燃料タンク５１の内部に空気が注入されなくなる。
【００９５】
本明細書の実施例では弾性力を提供するための部材としてスプリング５７３を用いているが、本発明はこれに限定されず、弾性力を有するゴム、シリコンなどの部材を弾性部材として用いるかまたはソレノイドを用いて弾性部材の機能を果たしてもよい。
【００９６】
本明細書の実施例では壁面５１１を超音波燃料タンク５１の側壁面として説明しているが、本発明はこれに限定されず、超音波燃料タンク５１の天井面または底面であってもよい。
【００９７】
超音波を用いて液体を霧化する技術は加湿器や吸引器などに広く利用されている。加湿器の場合、水槽の底に圧電セラミック振動子を設け、これに高周波交流電圧を印加すると、発生した超音波振動エネルギーが水面に伝達され、特定の条件下で水面の一部が立ち上がって微細な水の粒子が発生する。
【００９８】
超音波を用いた霧化装置において、振動子の共振周波数と水深（振動子が浸かっている液体の深さ）は霧化量に大きい影響を及ぼす。例えば、同一の周波数であっても、水深によって霧化が発生したり、発生しなかったりする。従って、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０では、油量調整装置５３を用いて超音波燃料タンク５１内の燃料の深さ（油深）を所定の範囲内で適正深さを一定に維持する。
【００９９】
圧電振動子は、圧電セラミック板の両面に金属の電極を形成した素子で、駆動回路から高周波の電圧を印可すると、超音波振動子として機能する。これによって発生する振動エネルギーは、油面に集中して燃料柱を形成し、表面張力が大きく低下した燃料柱の先端部から燃料の微粒子を発散する。この場合、超音波振動子のすぐ上の垂直方向に燃料柱が形成し、放出された微粒子は燃料柱のすぐ上の垂直方向に密集して霧化された燃料の高密度領域を形成する（図７参照）。従って、超音波燃料タンク５１に接続される出力パイプ５６の先端部分を超音波燃料タンク５１の内部の霧化された燃料の高密度領域内に位置させて霧化された燃料の供給をより効率的に行うことができる。
【０１００】
図７は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の出力パイプ延長部を示す概略図である。
【０１０１】
図７（ａ）に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０の出力パイプ５６は、超音波燃料タンク５１の内部に延長された出力パイプ延長部５６１を含む。出力パイプ延長部５６１の端部には開口部５６２が形成され、開口部５６２が霧化された燃料の高密度領域内（例えば、中心部）に位置するように出力パイプ延長部５６１の長さを設定する。
【０１０２】
図７（ｂ）では、出力パイプ延長部５６１の先端部がラッパのように広がる漏斗形状の開口部５６４を示している。このような構造を取ることで、霧化された燃料の高密度領域５６３内で出力パイプ５６の吸入部分の面積を広げることで、より効率的にシリンダー室３０に霧化された燃料を供給することができる。
【０１０３】
実際に超音波燃料供給装置５０を製作して自動車のディーゼルエンジンに適用した。その結果、日常生活で主に使用する回転数区間（約３０００ｒｐｍ以下）またはこの回転数区間での低速走行時に超音波振動子を介して霧化した燃料のみでエンジンを駆動することができることを確認した。
【０１０４】
まず、幅、高さ、深さがそれぞれ１４ｃｍ、１８ｃｍ、９ｃｍのプラスチック容器を用いて超音波燃料タンク５１を製作した。超音波振動子５４として、時間当たり約２００ｍｌの霧化量と約３ｍｍ〜４ｍｍの粒子の大きさを有するＴＤＫ製品の加湿器用の振動子とコントローラを用いた。油量調整装置５３としては、図３に示す構造でバルブコントローラを除き、バルブのみで構成してバルブの開放量を約１ｍｍ〜２ｍｍに固定し、容器内の底から油面までの高さ（油位）が約２０ｍｍ程度に一定に維持されるようにした。超音波振動子は計４個を用いて、プラスチック容器の底面に設置し、必要によって駆動個数を調整できるようにした。
【０１０５】
図８は、このように製作した超音波燃料供給装置５０の実物の写真である。
【０１０６】
製作した超音波燃料供給装置５０を９３年型のＨｙｕｎｄａｉ  Ｇａｌｌｏｐｅｒのエンジンに適用してエンジンの駆動実験を行った。Ｇａｌｌｏｐｅｒは、２．５リットル（排気量２４７６ｃｃ）のディーゼルエンジンを装着したＳＵＶで、手動５段の変速機の４輪駆動車両である。エンジンの形式はＤ４ＢＸで、ディーゼルを燃料として使用し、最高出力７３／４２００ｐｓ／ｒｐｍ、最大トルク１４．９／２５００ｋｇ＊ｍ／ｒｐｍ、燃費１７．３ｋｍ／Ｌが諸元上の性能である。
【０１０７】
Ｇａｌｌｏｐｅｒの燃料ポンプとインジェクションポンプを接続する燃料供給パイプを切断し、燃料ポンプ側のパイプを製作した超音波燃料供給装置５０の入力パイプ５２に接続し、インジェクションポンプ側のパイプを出力パイプ５６に接続した後、超音波燃料タンク５１内に燃料を注入して油面の高さが約２５ｍｍになるようにした。その後、超音波振動子コントローラ５５を介して超音波振動子５４を振動させ、超音波燃料タンク５１の内部で霧化を行ってから、エンジンを駆動してアクセルを操作し、エンジンの回転数を変更する実験を行った。
【０１０８】
実験の結果、二つの超音波振動子を駆動して時間当たり約４００ｍｌ未満の燃料を霧化し、主燃料タンク１０から燃料ポンプ２０を介して液体状態でダイレクトに燃料噴射装置４０に燃料を供給する第１燃料供給系統を使用せずに、超音波燃料供給装置５０によって霧化された状態での燃料を燃料噴射装置４０に供給する第２燃料供給系統のみを使用して、エンジンの回転数を３０００ｒｐｍ以内で任意に変更しながら約１時間エンジンを駆動することができた。アクセルを制御して回転数が３０００ｒｐｍを超えると、エンジンの正常的な駆動をできなくなるが、３０００ｒｐｍ以下の回転数区間では問題なくエンジンが作動することを確認できた。
【０１０９】
エンジンの始動時にも、正常にエンジンを停止した状態では第１燃料供給系統を使用せずに第２燃料供給系統のみを使用して無理なく始動することができた。しかし、超音波燃料供給系統のみを使用しての駆動時に高回転領域でエンジンが異常停止すると、超音波燃料供給系統のみではエンジンの始動ができなくなる場合があった。これは、エンジンが正常に停止した場合は燃料噴射系統内に所定量の燃料が残っているが、エンジンが異常停止した場合は始動のための燃料密度が不足するのが原因だと推測できる。
【０１１０】
従って、エンジンの始動時には第２燃料供給系統と第１燃料供給系統を併用すればこのような問題を解決できる。このため、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０を用いる内燃機関には、図１に示すように、燃料ポンプ２０と燃料噴射装置４０の間に設けられ、燃料ポンプ２０からの燃料供給を開閉するためのバルブ６０及びバルブ６０の開閉を制御するためのバルブコントローラ７０が備えられている。
【０１１１】
前述した実験はインジェクションポンプを使用する形式のディーゼルエンジンに対して行っているが、最近の高圧ポンプを用いるディーゼルエンジンの場合は霧化された（気体状態の）燃料を供給することによる圧力低下を補償する必要がある。即ち、高圧ポンプのコントローラを介して気体状態の燃料の供給による圧力差を補償するように高圧ポンプの駆動を制御する必要がある。
【０１１２】
図９は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０を用いた内燃機関の各燃料供給系統の動作シーケンスの一例を示すグラフである。
【０１１３】
図９に示すように、エンジンの始動時には第１燃料供給系統の開放度と第２燃料供給系統の開放度の比率（％）は１００：１００で、所定時間ｔ１が経過するまでこの比率を維持する。所定時間ｔ１は、約数十秒から数分の範囲で任意に設定することができる。その後、走行を始め、日常的に使用するエンジンの回転数区間（例えば、約７００ｒｐｍ〜３，０００ｒｐｍ）では、バルブコントローラ７０がバルブ６０を閉め、第１燃料供給系統の開放度と第２燃料供給系統の開放度の比率（％）を０：１００に設定することで超音波燃料供給装置から供給される霧化された燃料のみでエンジンを駆動する。走行中に約３，０００ｒｐｍ以上の高回転区間までエンジンの回転数を上げる場合は(例えば、急加速、傾斜面の登板、またはエンジンの回転数が３，０００ｒｐｍを超える高速走行時など)、バルブコントローラ７０がバルブ６０を開け、第１燃料供給系統の開放度と第２燃料供給系統の開放度の比率（％）を１００：１００またはｘ：１００（０＜ｘ＜１００）に設定し、シリンダー室３０に供給される燃料の密度低下によるエンジンの異常な動作を防止する。
【０１１４】
図９では、エンジンの始動時に第１燃料供給系統の開放度と第２燃料供給系統の開放度の比率（％）を１００：１００に設定した例を示しているが、これはあくまでも一つの例に過ぎず、エンジン始動時の問題がない限り、この比率は任意に設定することができる。例えば、超音波振動子コントローラ５５による超音波振動子５４の駆動を制御して１００：ｘ（０＊ｘ＊１００）の比率にしてもよい。
【０１１５】
図１０は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置５０を用いた内燃機関の各燃料供給系統の動作シーケンスの他の一例を示すグラフである。図１０はでは、エンジンの回転数が変化するとき、これに伴う主燃料供給系統と超音波燃料供給系統の開放度の変化を示している。
【０１１６】
エンジンの回転数が図１０（ａ）のように変化するとき、主燃料供給系統の開放度は図１０（ｂ）のように変化する。即ち、エンジンの回転数が約３，０００ｒｐｍ以下の日常で主に使用する回転数区間ではバルブ６０を閉めて０％の開放度を維持し、エンジンの回転数が約３，０００ｒｐｍ以上の高回転区間（例えば、急加速、傾斜面の登板、または回転数が３，０００ｒｐｍを超える高速走行時など）ではバルブ６０を開け、１００％の開放度を維持するか、または０％から１００％の間の任意の開放度に調整することができる。
【０１１７】
超音波燃料供給系統の開放度は、図１０(ｃ)に示すように、常時１００％を維持する。超音波燃料供給系統を常時１００％で稼働しても、霧化空間５１４内の霧化された燃料が再び液体に戻るので、霧化された液体が無限に増加することはない。このようにすることで、日常生活で主に使用する回転数区間では超音波燃料供給装置から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるか、または霧化された燃料のみを用いてエンジンを駆動することで画期的に燃費を向上させ、同時に有害物質の排出を低減することができる。
【０１１８】
本発明の少なくとも一つの実施例において、超音波燃料供給装置５０から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるということは、燃料ポンプ２０を介して供給される燃料の供給（第１燃料供給系統）比率が総燃料供給の４９％以下で、超音波燃料供給装置５０を用いて霧化した燃料の供給（第２燃料供給系統）比率が総燃料供給の５１％以上であることを意味する。
【０１１９】
本発明の少なくとも一つの実施例において、超音波燃料供給装置５０から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるということは、燃料ポンプ２０を介して供給される燃料の供給（第１燃料供給系統）比率が総燃料供給の１９％以下で、超音波燃料供給装置５０を用いて霧化した燃料の供給（第２燃料供給系統）比率が総燃料供給の８１％以上であることを意味する。
【０１２０】
本発明の少なくとも一つの実施例において、超音波燃料供給装置５０から供給される霧化された燃料のみを用いてエンジンを駆動するということは、燃料ポンプ２０を介して供給される燃料の供給（第１燃料供給系統）を遮断し（０％）、総燃料供給の１００％を超音波燃料供給装置５０を用いて霧化された燃料（第２燃料供給系統）のみで供給することを意味する。
【０１２１】
本明細書の実施例では超音波燃料供給装置並びにこれを用いた内燃機関をディーゼルエンジンを例として説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、灯油、軽油、または重油などを用いるあらゆる内燃機関及び燃焼装置に適用することができる。特定の始動機構を有する内燃機関や燃焼装置の場合は、始動時にも第１燃料供給系統を用いずに第２燃料供給系統のみを用いることができる。
【０１２２】
本明細書の実施例ではエンジンの回転数の高回転区間を約３，０００ｒｐｍ以上として説明しているが、この値はエンジンの種類及び仕様によって異なり得ることは、本発明の少なくとも一つの実施例が属する技術分野で通常の知識を有するものであればすぐに理解できるのであろう。
【０１２３】
各種のバルブ及び超音波振動子を制御するための各種のコントローラは独立的に備えられて動作するか、またはエンジン制御装置（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ  （ＥＣＵ）またはＥｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｄｕｌｅ  （ＥＣＭ））のような電子制御装置に統合されて動作することができる。いずれの場合でも、各種のコントローラが独立的に動作するか、またはＥＣＵまたはＥＣＭなどの制御下で動作することができる。
【０１２４】
図１１は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る燃焼装置の構成を示すブロック図である。
【０１２５】
図１１に示すように、本発明の少なくとも一つの実施例に係る燃焼装置は、燃料を格納するための主燃料タンク１１１０、主燃料タンク１１１０から供給される燃料を燃焼室１１３０に供給するための燃料噴射装置１１４０、燃料を霧化し、霧化された状態の燃料を供給する超音波燃料供給装置１１５０、主燃料タンク１１１０と燃料噴射装置１１４０の間で主燃料タンク１１１０からの燃料供給を開閉するためのバルブ１１６０、及びバルブ１１６０の開閉を制御するためのバルブコントローラ１１７０で構成される。
【０１２６】
主燃料タンク１１１０から燃焼室１１３０まで、または超音波燃料供給装置１１５０から燃焼室１１３０まで燃料を送るためのポンプまたは送風機は、必要によって適切な位置に設けることができ、これは本発明の少なくとも一つの実施例が属する技術分野で通常の知識を有するものであれば本実施例の本質的な特性から外れない範囲で様々な修正及び変形が可能であるので、特に図示しないで、それに対する説明も省略する。
【０１２７】
内燃機関と同じように、燃焼装置においても、主燃料タンク１１１０に格納された燃料は、直接液体の状態で燃料噴射装置１１４０に供給される第１燃料供給系統と超音波燃料供給装置１１５０によって霧化された状態で燃料噴射装置１１４０に供給される第２燃料供給系統を介してシリンダー室１１３０に供給される。
【０１２８】
図１２は、本発明の少なくとも一つの実施例に係る超音波燃料供給装置１１５０の構造を示す概略図である。
【０１２９】
図１２に示す超音波燃料供給装置１１５０と図２に示す超音波燃料供給装置５０の違いは、燃焼装置の場合は、超音波燃料タンク５１の内部に吸気を注入するための空気吸入部５７が必ずしも必要ではないということである。空気吸入部５７を除けば、超音波燃料供給装置１１５０は超音波燃料供給装置５０と同一であるとも言えるので、これに対する詳細な説明は空気吸入部５７を除いた超音波燃料供給装置５０の説明を参照することができる。
【０１３０】
燃焼装置用の超音波燃料供給装置１１５０は空気吸入部５７をさらに含んでもよい。内燃機関の場合、シリンダーの作用による真空状態のため空気吸入部５７が必要であるが、燃焼機関の場合も燃焼による内部圧力の低下などが発生する恐れがあれば、空気吸入部５７を備えるのが望ましい。しかし、通常の燃焼装置においては空気吸入部５７がなくてもよい。
【０１３１】
内燃機関とは異なり、燃焼装置の場合は、始動時から正常運転状態まで超音波燃料供給装置から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるか、または霧化された燃料のみを用いて装置を運転することで、画期的に燃焼効率を向上させ、同時に有害物質の排出を低減することができる。
【０１３２】
本発明の少なくとも一つの実施例において、超音波燃料供給装置１１５０から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるということは、主燃料タンク１１１０から供給される燃料の供給（第１燃料供給系統）比率が総燃料供給の４９％以下で、超音波燃料供給装置１１５０を用いて霧化した燃料の供給（第２燃料供給系統）比率が総燃料供給の５１％以上であることを意味する。
【０１３３】
本発明の少なくとも一つの実施例において、超音波燃料供給装置１１５０から供給される霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるということは、主燃料タンク１１１０から供給される燃料の供給（第１燃料供給系統）比率が総燃料供給の１９％以下で、超音波燃料供給装置１１５０を用いて霧化した燃料の供給（第２燃料供給系統）比率が総燃料供給の８１％以上であることを意味する。
【０１３４】
本発明の少なくとも一つの実施例において、超音波燃料供給装置１１５０から供給される霧化された燃料のみで燃焼装置を運転するということは、主燃料タンク１１１０から供給される燃料の供給（第１燃料供給系統）を遮断し（０％）、総燃料供給の１００％を超音波燃料供給装置１１５０を用いて霧化された燃料（第２燃料供給系統）のみで供給することを意味する。
【０１３５】
本発明の少なくとも一つの実施例において、燃焼装置は、正常運転時に第２燃料供給系統を介して運転中に超音波燃料供給装置１１５０の何らかの故障によって霧化された燃料が正常に供給されなくなると、バルブコントローラ１１７０がバルブ１１６０を開放して主燃料タンク１１１０から燃料が供給されるようにするための安全装置（不図示）をさらに含む。
【０１３６】
本発明の少なくとも一つの実施例において、燃焼装置は、超音波燃料供給装置１１５０を複数備え、故障時に超音波燃料供給装置１１５０を切り替え可能な切替装置（不図示）をさらに含む。
【０１３７】
以上で説明したように、本発明の少なくとも一つの実施例によると、超音波振動子を用いて燃料を霧化し、霧化された燃料を主燃料供給系統として用いるか、または超音波振動子を用いて燃料を霧化した燃料のみを用いて内燃機関または燃焼装置を駆動できる超音波燃料供給装置を提供することができる。
【０１３８】
さらに、本発明の少なくとも一つの実施例によると、上記のような超音波燃料供給装置を備える内燃機関及び燃焼装置を提供することで、画期的に燃料効率を向上させ、同時に各種の有害物質の排出量を低減することができる。
【０１３９】
本明細書で説明される実施例と添付された図面は、本発明に含まれる技術的思想の一部を例示的に説明するものに過ぎない。従って、本明細書に開示された実施例は本発明の技術的思想を限定するためのものではなく説明するためのものであるため、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されないことは自明である。本発明の明細書及び図面に含まれた技術的思想の範囲内で当該技術分野における通常の知識を有した者が容易に類推できる変形例と具体的な実施例は、すべて本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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