(57)【要約】【課題】液体燃料の微粒化効果を向上することのできる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】本体部４の内部において、ホーン１１の外周面には、第１固定部材１４が固定されている。第１固定部材１４から上方に向かって延びるように、円筒形状の支持部材１５が設けられており、支持部材１５とホーン１１との間には隙間１６が存在する。隙間１６は、支持部材１５の第２端部１５ｂから、第１固定部材１４と圧電素子１３との当接部３１の位置まで延びている。圧電素子１３は、その穴に支持部材１５を挿入するようにして第１固定部材１４上に配置され、第１固定部材１４とボルト１７とに挟まれるようにして固定されている。支持部材１５の第２端部１５ｂは、本体部４の内部において、取付部分２１をはじめとして他の部材と接しておらず、離間している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が噴射される噴孔が設けられた本体部と、
該本体部の内部に設けられ、前記噴孔を開閉する弁部材と、
前記本体部の内部に設けられ、前記噴孔に燃料を送る燃料通路が内部に設けられた筒状部材と、
前記筒状部材の外周面に固定される第１固定部材と、
前記燃料通路内を流れる燃料の流れとは反対の方向に前記第１固定部材から延びる支持部材と、
該支持部材の外周側に配置される振動子と、
前記支持部材と連結して前記振動子を前記第１固定部材との間に挟んで固定する第２固定部材と
を備え、
前記支持部材と前記筒状部材との間には隙間が存在し、該隙間は、前記支持部材の前記第１固定部材側の第１端部とは反対側の第２端部から、少なくとも前記第２固定部材と前記振動子との当接部の位置まで延び、
前記第２端部は他の部材と離間している、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記隙間は、前記支持部材の前記第２端部から、前記第１固定部材と前記振動子との当接部の位置まで延びる、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記弁部材は、前記筒状部材の径方向内側に配置されており、前記弁部材は、前記筒状部材に沿って移動可能である、請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料噴射装置に係り、特に、ボルト締めランジュバン振動子により燃料を振動させて微粒化する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃料噴射装置から液体燃料を噴射させて燃焼させる場合、燃焼性は燃料の微粒化に大きな影響を受ける。そこで、噴射される燃料の微粒化を目的として、圧電素子を金属で挟んだボルト締めランジュバン振動子を振動させ、燃料噴射装置の内部の液体燃料に圧力変動を起こす燃料噴射装置が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６２０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料噴射装置では、ボルト締めランジュバン振動子の振動により、燃料噴射装置全体に振動が伝搬してしまい、振動の振幅が小さくなって液体燃料の圧力変動が小さくなってしまうといった問題点があった。また、燃料噴射装置を固定するために、燃料噴射装置に取付配管を接続すると、燃料噴射装置の振動と一緒に取付配管も振動するため、摩耗粉が生じて噴射孔が詰まるといった問題点もあった。さらに、取付配管を燃料噴射装置に接続することにより、振動の節がずれてしまい、フランジの位置の調整が必要になるといった問題点もあった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、液体燃料の微粒化効果を向上することのできる燃料噴射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】
【０００６】
この発明に係る燃料噴射装置は、燃料が噴射される噴孔が設けられた本体部と、本体部の内部に設けられ、噴孔を開閉する弁部材と、本体部の内部に設けられ、噴孔に燃料を送る燃料通路が内部に形成された筒状部材と、筒状部材の外周面に固定される第１固定部材と、燃料通路内を流れる燃料の流れとは反対の方向に第１固定部材から延びる支持部材と、支持部材の外周側に配置される振動子と、支持部材と連結して振動子を第１固定部材との間に挟んで固定する第２固定部材とを備え、支持部材と筒状部材との間には隙間が存在し、隙間は、支持部材の第１固定部材側の第１端部とは反対側の第２端部から、少なくとも第２固定部材と振動子との当接部の位置まで延び、第２端部は他の部材と離間している。支持部材と筒状部材との間には、支持部材の第２端部から少なくとも第２固定部材と振動子との当接部の位置まで延びる隙間が存在することと、支持部材の第２端部が他の部材と離間していることとにより、振動子による振動が主に第１固定部材を介して筒状部材に伝搬するようになり、燃料噴射装置全体に振動が伝搬しないようになる。
隙間は、支持部材の第２端部から、第１固定部材と振動子との当接部の位置まで延びるように形成されていることが好ましい。
弁部材は、筒状部材の径方向内側に配置されており、弁部材は、筒状部材に沿って移動可能であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、支持部材と筒状部材との間には、支持部材の第２端部から、少なくとも第２固定部材と振動子との当接部の位置まで延びる隙間が存在することと、支持部材の第２端部が他の部材と離間していることとにより、振動子による振動が主に第１固定部材を介してホーンに伝搬するようになり、燃料噴射装置全体に振動が伝搬しないようになるので、液体燃料の微粒化効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態に係る燃料噴射装置の断面図である。
【図２】この実施の形態に係る燃料噴射装置の先端部分の拡大断面図である。
【図３】この実施の形態に係る燃料噴射装置の内部の部分拡大断面図である。
【図４】この実施の形態に係る燃料噴射装置の内部の変形例の部分拡大断面図である。
【図５】この実施の形態に係る燃料噴射装置の内部の別の変形例の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る燃料噴射装置の構成を図１に示す。燃料噴射装置１は、下部ケーシング２と上部ケーシング３とからなる本体部４を備えている。
【００１０】
下部ケーシング２は、第１ケーシング２ａと、第２ケーシング２ｂと、ノズル部２ｃとを備えている。第１ケーシング２ａは、上部が開口した円筒形状の上部円筒部分２ａ１と、上部円筒部分２ａ１から下方に向かって徐々に外径が小さくなる縮径部分２ａ２と、上部円筒部分２ａ１よりも小さな外径を有すると共に縮径部分２ａ２の下端から下方に向かって延びる円筒形状の下部円筒部分２ａ３と、下部円筒部分２ａ３の下端から下方に向かって延びると共に外周面にねじ溝が形成された円筒形状の接続部分２ａ４とを備えている。上部円筒部分２ａ１の外周面の上端部分付近には、ねじ溝が形成されている。第２ケーシング２ｂは、下方に向かって３段階に外径及び内径が小さくなる円筒形状を有している。第２ケーシング２ｂの内周面の上端部分付近にはねじ溝が形成されており、このねじ溝と第１ケーシング２ａの接続部分２ａ４のねじ溝とが螺合することにより、第１ケーシング２ａと第２ケーシング２ｂとが接続されている。ノズル部２ｃは、第２ケーシング２ｂの内周面の形状と相補的な形状の外周面を有し、第２ケーシング２ｂ内に挿入されることにより固定されている。尚、ノズル部２ｃが第２ケーシング２ｂに対して固定される原理については後述する。図２に示されるように、ノズル部２ｃの下端部は、先細り形状を有し、先細り形状をした部分に、燃料が噴射される噴孔６が設けられている。
【００１１】
図１に示されるように、上部ケーシング３は、下部が開口した円筒形状を有している。上部ケーシング３の上部には、上部ケーシングの外径よりも小さな直径を有する円形の開口が形成され、この開口を取り囲むように、上部ケーシング３の上部から上方に突出した円筒部分３ａが設けられている。円筒部分３ａには、ボルト８が挿入される複数の挿入穴７が設けられており、挿入穴７には、ボルト８のねじ溝と螺号するねじ溝が形成されている。上部ケーシング３の側面部には、側面部を貫通するように、冷却用エアーを上部ケーシング３内に供給するための通気入口開口５が形成されている。上部ケーシング３の内周面の下端部分付近にはねじ溝が形成されており、このねじ溝と、第１ケーシング２ａの上部円筒部分２ａ１の外周面の上端部分付近に形成されたねじ溝とが螺合することにより、下部ケーシング２の第１ケーシング２ａと上部ケーシング３とが接続されている。
【００１２】
下部ケーシング２と上部ケーシング３とが接続されて構成された本体部４の内部には、ボルト締めランジュバン１０が設けられている。ボルト締めランジュバン１０は、上部ケーシング３の円筒部分３ａから下部ケーシング２のノズル部２ｃの内部に向かって延びるように設けられたホーン１１と、ホーン１１に設けられた円盤形状のフランジ部１２と、ホーン１１を振動させる振動子である複数枚の円環状の圧電素子１３とを備えている。フランジ部１２が、下部ケーシング２の第１ケーシング２ａの接続部分２ａ４とノズル部２ｃとに挟まれることにより、ボルト締めランジュバン１０は、本体部４の内部に固定される。また、これにより、ノズル部２ｃも、第２ケーシング２ｂに対して固定される。
【００１３】
上部ケーシング３には、図示しない取付配管に取り付けられると共に図示しない燃料タンク及び燃料ポンプに接続された燃料供給手段２０が取り付けられている。燃料供給手段２０は、円筒部分３ａの内径よりも小さな外径を有する円柱形状の取付部分２１を有している。取付部分２１は、円筒部分３ａ内に挿入されて、ホーン１１の上端部分を受け入れるようにしてホーン１１に取り付けられている。さらに、取付部分２１が、各挿入穴７に挿入された各ボルト８に当接されることにより、燃料供給手段２０は、上部ケーシング３に対して固定される。取付部分２１の外径は円筒部分３ａの内径よりも小さいので、取付部分２１と円筒部分３ａとの間には、隙間２２が形成されている。
【００１４】
図３に示されるように、ホーン１１の外周面には、第１固定部材１４が固定されている。第１固定部材１４から上方に向かって延びるように、円筒形状の支持部材１５が設けられており、支持部材１５とホーン１１との間には隙間１６が存在する。すなわち、支持部材１５とホーン１１とは接していない。隙間１６は、支持部材１５の第１固定部材１４側の第１端部１５ａとは反対側の第２端部１５ｂから、第１固定部材１４と圧電素子１３との当接部３１の位置まで延びている。圧電素子１３は、その穴に支持部材１５を挿入するようにして第１固定部材１４上に配置されている。すなわち、圧電素子１３は、支持部材１５の外周側に配置されている。支持部材１５の外周面には、圧電素子１３よりもやや上方の位置にねじ溝（図示せず）が形成されており、このねじ溝と、第２固定部材であるボルト１７のねじ溝とが螺号することにより、圧電素子１３は、第１固定部材１４とボルト１７とに挟まれるようにして固定されている。支持部材１５の第２端部１５ｂは、本体部４（図１参照）の内部において、取付部分２１をはじめとして他の部材と接しておらず、離間している。
【００１５】
図１に示されるように、ホーン１１は、圧電素子１３によって振動するが、この振動の節に相当する位置にフランジ部１２が設けられ、ホーン１１の先端が振動の腹になるようにホーン１１の長さが設定されている。振動の節に相当する位置及びホーン１１の長さは、当業者に周知の技術である固有値解析により求めることができる。
【００１６】
ホーン１１には、その軸方向に貫通するように設けられた貫通穴部１１ａ（図３参照）内に含まれるようにして、弁部材であるニードル１８が設けられている。ニードル１８は、燃料供給手段２０内に設けられたスプリング２３によって、貫通穴部１１ａに沿って下方に移動し、噴孔６を閉じるようになっている。また、ニードル１８は、図示しない公知の手段により、貫通穴部１１ａに沿って上方に移動し、噴孔６を開くこともできる。ニードル１８と貫通穴部１１ａの内周面との間には隙間が形成されており（図２及び３参照）、この隙間を介して燃料供給手段２０とノズル部２ｃとが連通されている。ここで、ホーン１１は、燃料を噴孔６に送るための筒状部材を構成し、貫通穴部１１ａは、噴孔６に燃料を送る燃料通路を構成する。
【００１７】
次に、この実施の形態に係る燃料噴射装置の動作を、図１〜３に基づいて説明する。
燃料供給手段２０から供給された燃料は、ニードル１８と貫通穴部１１ａの内周面との間に形成された隙間を介してノズル部２ｃに流入し、ノズル部２ｃとフランジ部１２とによって画定された領域が燃料で充填される。この状態でニードル１８が上方に移動すると、燃料が噴孔６から噴射される。
【００１８】
燃料が噴孔６から噴射されるときには、圧電素子１３に対して、共振周波数の振動電流が連続的に通電され、圧電素子１３が振動する。この実施の形態において、圧電素子１３は、第１固定部材１４とボルト１７とにより挟まれており、ボルト１７は支持部材１５を介して第１固定部材１４と連結されている。さらに、支持部材１５は、ホーン１１と接しておらず、支持部材１５の第２端部１５ｂは、本体部４の内部で他の部分と離間している。このような構成により、圧電素子１３の振動は主に、ホーン１１と接している第１固定部材１４を介してホーン１１に伝搬することになるので、燃料噴射装置１全体に振動が伝搬しないようになる。その結果、圧電素子１３の振動ができる限り減衰しないでホーン１１に伝搬されることになる。圧電素子１３の振動がホーン１１に伝搬されてホーン１１が共振すると、ニードル１８と貫通穴部１１ａの内周面との間に形成された隙間内の燃料が振動する。また、圧電素子１３の振動が燃料噴射装置１全体に振動が伝搬しないので、フランジ部１２の位置を決定することにより想定された位置に振動の腹及び節が現れるようにホーン１１が振動するので、ホーン１１の先端が振動の腹になり、噴孔６付近の燃料において、キャビテーションや流量変動が発生し、噴孔６から噴射されるときに燃料が微粒化する。微粒化した燃料の粒径は、ホーン１１の周波数に逆比例して小さくなるので、ホーン１１の先端が振動の腹になっていることにより、燃料の微粒化効果が向上する。さらに、燃料噴射装置１全体の振動が抑制されるので、燃料噴射装置１が取り付けられる取付配管へ振動が伝搬されて取付配管が振動することも防ぐことができる。
【００１９】
燃料噴射装置１の動作中は、通気入口開口５から本体部４の内部へエアーが供給される。圧電素子１３への通電により、圧電素子１３が発熱するが、本体部４の内部へ供給されたエアーによって冷却される。圧電素子１３を冷却したエアーは、隙間２２を介して燃料噴射装置１の外部へ排出される。
【００２０】
このように、支持部材１５とホーン１１との間には、支持部材１５の第２端部１５ｂから、少なくともボルト１７と圧電素子１３との当接部の位置まで延びる隙間１６が存在することと、支持部材１５の第２端部１５ｂが他の部材と離間していることとにより、圧電素子１３による振動が主に第１固定部材１４を介してホーン１１に伝搬するようになり、燃料噴射装置１全体に振動が伝搬しないようになるので、液体燃料の微粒化効果を向上することができる。
【００２１】
この実施の形態では、支持部材１５とホーン１１との間の隙間１６は、図３に示されるように、支持部材１５の第２端部１５ｂから、第１固定部材１４と圧電素子１３との当接部３１の位置までの範囲に形成されているが、この範囲に限定するものではない。隙間１６は、少なくとも支持部材１５の第２端部１５ｂから、ボルト１７と圧電素子１３との当接部３２の位置まで形成されていればよい（例えば、図４参照）。ただし、燃料噴射装置１全体に振動が伝搬することを防止するためには、隙間１６の範囲をできる限り大きくすることが好ましく、例えば、図５に示されるように、隙間１６を、支持部材１５の第２端部１５ｂから当接部３１の位置よりもさらに下側の位置まで形成することが好ましい。
【００２２】
この実施の形態では、ホーン１１の軸方向に貫通するように設けられた貫通穴部１１ａ内に含まれるようにしてニードル１８が設けられた、いわゆるインナーニードルタイプの形態を例にして説明したが、この形態に限定するものではない。ニードルの軸方向に貫通するように設けられた貫通穴部内に含まれるようにしてホーンが設けられた、いわゆるアウターニードルタイプの形態であってもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１  燃料噴射装置、４  本体部、６  噴孔、１１  ホーン（筒状部材）、１１ａ  貫通穴部（燃料通路）、１３  圧電素子（振動子）、１４  第１固定部材、１５  支持部材、１５ａ  （支持部材の）第１端部、１５ｂ  （支持部材の）第２端部、１６  隙間、１７  ボルト（第２固定部材）、１８  ニードル（弁部材）。
【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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