(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料と混合される空気を内部に流入させる空気噴射口が側面に配された筒部と、
該筒部の中心軸線上に内挿され、前記液体燃料が流れる流路と、該流路と連通されて前記液体燃料を外部に噴射する燃料噴射口と、が設けられた燃料ノズルと、
を備え、
前記筒部内では前記燃料ノズルの基端側の外径よりも先端側の外径が相対的に小さく形成されるとともに、前記燃料ノズルの先端近傍の側面の周方向に凹溝が設けられ、
該凹溝の両側面が、前記燃料噴射口から噴射された前記液体燃料の少なくとも一部を表面に沿わせるガイド面とされ、
前記燃料噴射口が、前記凹溝の底面に開口して開口端が前記凹溝の側面に接するように配され、
前記凹溝の先端部が、前記ガイド面に沿って流れる前記液体燃料を前記ガイド面から離脱させる前記ガイド面の周縁部とされていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記空気噴射口が、前記筒部の側面の法線と交差する方向に開口して、前記燃料噴射口よりも上流側となる前記側面の周方向に複数配されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁が配された燃焼器本体と、
を備えていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃焼装置と、
前記燃料噴射口に圧縮空気を供給する圧縮装置と、
を備えていることを特徴とするジェットエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁、燃焼装置及びジェットエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空用ジェットエンジンなどに使用されている燃料噴射弁は、燃料を十分な空気量と混合して燃焼装置へ噴射させるために設けられている。この際、燃焼装置内の火炎中のホットスポット（高温火炎）の発生を抑えて安定した燃焼状態を得るために、混合気内の燃料濃度分布が均一になっている必要がある。このような燃料の均一分布を実現するため、燃料噴射弁として様々なものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
特許文献１に記載の燃料噴射弁には、内部ボディーの軸芯に沿って内部ボディーの後端部と略同じ位置まで延び、後方側へ向かって燃料を噴射し得るセンタノズルが設けられている。この内部ボディーに対し、略同軸に外部ボディーが配置されている。この外部ボディーは、内部ボディーの外周面との間に環状の燃料流路を形成するように内周面が径方向に所定の間隔を置いて延び、後方側端部の内外周部が徐々に先細りになる形状を有している。また、後端部に周方向へ所定の間隔を置いて切り欠きが設けられている。
【０００４】
さらに、外部ボディーに対し略同軸にシュラウドが配置されている。このシュラウドは、外部ボディーの後端外周部に対して所定の間隔を保持し、該後端部外周面との間に環状の空気流路が形成されるように延び、後方側端部の内外周部が徐々に先細りになる漏斗状に、かつ後端部が外部ボディーの後端部より後方に位置するように形成されている。
【０００５】
このような燃料噴射弁によれば、燃料を十分な空気量と予混合することができ、これを希薄燃焼させることにより、ホットスポットがなく、高温火炎の発生が抑えることができる。
【０００６】
しかし、このような燃料噴射弁を備えた燃焼装置であっても、逆火、自着火、又は燃焼振動が発生するという問題が生じる場合がある。そこで、さらにこれらを低減させて安定した燃焼状態を得るために、空気を接線方向内方に噴射し内部に強旋回流を形成するための空気噴射口が、円筒状の噴射弁本体の周方向に複数設けられたものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００７】
この場合、燃料ノズルは、噴射弁本体の内壁に向かって燃料を噴射する。このとき、空気噴射口から噴射された空気によって生じる強旋回流によって生じる遠心力によって、そのほとんどが噴射弁本体に衝突して燃料液膜を形成する。
【０００８】
噴射弁本体の内周面に形成された燃料液膜は、リップ部で瞬時に微粒化され、燃料が急速混合される。これにより、従来の予混合方式の燃料噴射弁のような予混合部を設ける必要がなく、逆火、自己着火、振動燃焼の発生を有効に防止し、かつ、安定した燃焼状態を実現することができる。
【特許文献１】実開平７−１２７５８公報
【特許文献２】特開２００４−３４０４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の燃料噴射弁では、均一な濃度分布で燃料を微粒化させるためにリップ部を複数配する必要がある。そのため、燃料噴射弁が大型化してしまい、ホビー用等の小型のジェットエンジンに適用できず、小型のジェットエンジンにおける運転立ち上げ時間の短縮や安定した燃焼状態の維持を実現させることが困難となってしまう。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、小型化しても安定した燃焼を行わせることができる燃料噴射弁、燃焼装置及びジェットエンジン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】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る燃料噴射弁は、液体燃料と混合される空気を内部に流入させる空気噴射口が側面に配された筒部と、該筒部の中心軸線上に内挿され、前記液体燃料が流れる流路と、該流路と連通されて前記液体燃料を外部に噴射する燃料噴射口と、が設けられた燃料ノズルと、を備え、前記筒部内では前記燃料ノズルの基端側の外径よりも先端側の外径が相対的に小さく形成されるとともに、前記燃料ノズルの先端近傍の側面の周方向に凹溝が設けられ、該凹溝の両側面が、前記燃料噴射口から噴射された前記液体燃料の少なくとも一部を表面に沿わせるガイド面とされ、前記燃料噴射口が、前記凹溝の底面に開口して開口端が前記凹溝の側面に接するように配され、前記凹溝の先端部が、前記ガイド面に沿って流れる前記液体燃料を前記ガイド面から離脱させる前記ガイド面の周縁部とされていることを特徴とする。
【００１２】
この発明は、凹溝の両方の側面がガイド面とされ、かつ凹溝の先端部が周縁部とされる。したがって、燃料噴射口から噴射した液体燃料の少なくとも一部を、凹溝の両側面に沿って膜状にしながら燃料ノズルの径方向外方に誘導して、周縁部から筒部内へ離脱させる際に、空気噴射口から流入した空気流によって好適に微粒化させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る燃料噴射弁は、前記燃料噴射弁であって、前記空気噴射口が、前記筒部の側面の法線と交差する方向に開口して、前記燃料噴射口よりも上流側となる前記側面の周方向に複数配されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明は、空気噴射口から取り込まれた空気によって筒部内で旋回流を好適に形成させることができ、筒部の内部で燃料を攪拌してより好適に微粒化させることができる。
【００１７】
本発明に係る燃焼装置は、上記本発明の何れか一つに係る燃料噴射弁と、該燃料噴射弁が配された燃焼器本体と、を備えていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るジェットエンジンは、上記本発明に係る燃焼装置と、前記燃料噴射口に圧縮空気を供給する圧縮装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
この発明は、本発明に係る燃料噴射弁を備えているので、燃料ノズルの燃料噴射口から噴射された燃料を空気噴射口から流入した空気流によって好適に微粒化させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃料噴射弁、燃焼装置及びジェットエンジンを小型化しても空気噴射口から流入した空気流によって好適に微粒化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態に係るジェットエンジン１は、図１に示すように、燃料噴射弁２と、燃料噴射弁２が配された燃焼器本体３と、を有して燃料を燃焼させる燃焼装置５と、燃料を燃焼させる際に混合される圧縮空気を燃焼装置５に供給する圧縮装置６と、を備えている。
【００２２】
燃料噴射弁２は、図２に示すように、略円筒状の筒部７と、燃料供給管８と連通されて燃料が流れる流路９及び流路９と連通された燃料噴射口１０がそれぞれ配された燃料ノズル１１と、を備えている。
【００２３】
筒部７は、さらに、筒状の内側シュラウド１２と、内側シュラウド１２の外側に嵌合された筒状の外側シュラウド１３と、を備えている。内側シュラウド１２には、図３及び図４に示すように、圧縮装置６から供給される圧縮空気を筒部７の内部に導入して、筒部７内に旋回流を生じさせる空気噴射口１５が、壁面の周方向に複数配されている。これらの空気噴射口１５は、内側シュラウド１２の壁面の法線Ｎに所定の角度θで交差する方向に開口して設けられ、燃料ノズル１１の燃料噴射口１０が設けられた位置よりも燃料供給管８側（上流側）に配されている。
【００２４】
また、内側シュラウド１２の空気噴射口１５よりも燃焼器本体３側（下流側）には、径方向外方に突出した羽根部１６が、周方向に複数配されている。さらに、内側シュラウド１２の下流側の先端には、中心軸線Ｃに向かってシュラウド径を縮径する第一リップ部１７が配されている。羽根部１６は、空気噴射口１５から導入された空気による旋回流とは逆方向の旋回流を筒部７内に発生させるように所定の角度に傾斜して配されている。
【００２５】
外側シュラウド１３の下流側の先端には、図２に示すように、中心軸線Ｃに向かってシュラウド径を縮径する第二リップ部１８が配されている。内側シュラウド１２の羽根部１６と外側シュラウド１３の内壁面との間には、空気導入口２０が形成されている。
【００２６】
燃料ノズル１１の先端近傍の側面には、図５から図７に示すように、周方向に一定の幅の凹溝２１が配されている。そして、燃料噴射口１０は、凹溝２１の底面２１Ａに配されている。凹溝２１の幅は略一定の大きさとされ、溝幅と燃料噴射口１０の口径とは略同一の大きさとなっている。凹溝２１の深さも略一定の深さとなっている。
【００２７】
ここで、凹溝２１の深さ方向は、燃料ノズル１１の径方向と一致している。すなわち、凹溝２１の両側面は、中心軸線Ｃから径方向外方に離間する方向に広がって形成されて、燃料噴射口１０から噴射された燃料の少なくとも一部を表面に沿わせる一対のガイド面２１Ｂ，２１Ｃとなっている。また、凹溝２１の端部は、ガイド面２１Ｂ，２１Ｃに沿って流れる燃料をガイド面２１Ｂ，２１Ｃから離脱させるガイド面２１Ｂ，２１Ｃの周縁部２１ｂ，２１ｃとなっている。
【００２８】
流路９は、中心軸線Ｃに沿って配されており、燃料供給管８が基端側に連通されて接続されている。流路９の先端側は、複数の燃料噴射口１０と連通させるために、径方向外方に放射状に複数に分岐されている。本実施形態では、流路９が８つに分岐されているが、分岐の数は８つに限らない。
【００２９】
次に、本実施形態に係るジェットエンジン１、燃焼装置５、燃料噴射弁２の作用について説明する。
圧縮装置６よって圧縮された空気は、空気噴射口１５及び空気導入口２０から、それぞれ燃焼器本体３内に導入される。
【００３０】
空気噴射口１５から導入された空気は、空気噴射口１５の向きに応じて内側シュラウド１２の内部で旋回流となる。ここで、燃料噴射弁２を挟んで燃焼器本体３の内外圧力差は、０．５ｋＰａ以上となっている。
【００３１】
一方、燃料供給管８から所定の圧力・流量で燃料ノズル１１に供給された燃料は、流路９内を流れて先端側で分岐され、燃料噴射口１０から径方向外方に噴出される。この際、噴出した燃料の少なくとも一部は、凹溝２１の一対のガイド面２１Ｂ，２１Ｃの表面に沿って燃料液膜を形成しながら凹溝２１の周縁部２１ｂ，２１ｃに流れていく。そして、周縁部２１ｂ，２１ｃから筒部７内に離脱する際に、筒部７内の旋回流によって微粒化される。
【００３２】
微粒化された燃料は、内側シュラウド１２内で生じる旋回流による遠心力によって、質量の相対的に大きな粒子は、径方向外方に移動して内側シュラウド１２の内壁面に衝突する。衝突した燃料は、内側シュラウド１２の内壁面で液膜化する。そして、第一リップ部１７に流れ、第一リップ部１７から離脱する際に旋回流によってさらに微粒化される。
【００３３】
空気導入口２０から導入された空気は、羽根部１６の向きに応じて、内側シュラウド１２と外側シュラウド１３との間で、空気噴射口１５による旋回流とは逆方向の旋回流となっている。この旋回流の遠心力によって、質量の相対的に大きな粒子は、径方向外方に移動して外側シュラウド１３の内壁面に衝突する。衝突した燃料は、外側シュラウド１３の内壁面で液膜化する。そして、第二リップ部１８に流れ、第二リップ部１８から離脱する際にさらに微粒化される。こうして異なる方向に旋回する二つの旋回流によって燃料粒子が好適に拡散され、中心軸線Ｃから離間する方向であっても均一に分布した混合気が得られる。
【００３４】
得られた混合気は、燃焼装置５の燃焼器本体３内にとりこまれ、点火されることによって燃焼する。
【００３５】
このジェットエンジン１、燃焼装置５、燃料噴射弁２によれば、燃料ノズル１１に配された凹溝２１の両側面がそれぞれガイド面２１Ｂ，２１Ｃとされ、かつ凹溝２１の端部が周縁部２１ｂ，２１ｃとされる。したがって、燃料噴射口１０から噴射した燃料の少なくとも一部を、凹溝２１のガイド面２１Ｂ，２１Ｃに沿って膜状にしながら燃料ノズル１１の径方向外方に誘導して、周縁部２１ｂ，２１ｃから微粒化させることができる。したがって、小型化しても安定した燃焼を行わせることができる。
【００３６】
また、空気噴射口１５が、内側シュラウド１２の壁面の法線Ｎと交差する方向に開口して、燃料噴射口１０よりも上流側となる内側シュラウド１２の壁面の周方向に複数配されている。したがって、空気噴射口１５から取り込まれた空気によって、燃料ノズル１１から燃料が噴射される位置よりも上流側から筒部７内で旋回流を好適に形成させることができる。そのため、燃料ノズル１１の周縁部２１ｂ，２１ｃから燃料を離脱させやすくすることができ、燃料をより好適に微粒化させることができる。
【００３７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、凹溝２１の幅は必ずしも一定である必要はない。また、ガイド面及び周縁部が、燃料ノズルの側面から径方向外方に突出して配されていても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るジェットエンジンを示す概要断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁を示す概要断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁を構成する内側シュラウドを示す側面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁を構成する燃料ノズルを示す側面図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【図７】図５のVII−VII断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ジェットエンジン
２  燃料噴射弁
３  燃焼器本体
５  燃焼装置
６  圧縮装置
７  筒部
９  流路
１０  燃料噴射口
１１  燃料ノズル
１５  空気噴射口
２１  凹溝
２１Ｂ，２１Ｃ  ガイド面
２１ｂ，２１ｃ  周縁部
Ｃ  中心軸線
Ｎ  法線
【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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