液体噴射装置
【課題】簡素な構造で噴射形状や噴射量を変更可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】流量制御弁７によってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を多くし、プランジャポンプ２を作動させて気体溶存量が多い液体をノズル３に圧送することにより、第１流路４１の壁面で発生する微小気泡によって、壁面と液体との摩擦が低減される。よって、スワール流の渦が潰される割合が低減され、噴射角９Ｂのように噴射角が大きく、貫通力が弱い噴射となる。一方、流量制御弁７を閉じることによってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を少なくし、気体溶存量が少ない液体をノズル３に圧送した場合、第１流路４１の壁面と液体との摩擦が低減されず、スワール流の渦が潰れる割合が低減されないので、噴射角９Ａのように噴射角が狭く、貫通力が強い噴射となる。このように液体中の気体溶存量を変化させることで、液体の噴射形状や噴射量を容易に変化させることができる。
【解決手段】流量制御弁７によってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を多くし、プランジャポンプ２を作動させて気体溶存量が多い液体をノズル３に圧送することにより、第１流路４１の壁面で発生する微小気泡によって、壁面と液体との摩擦が低減される。よって、スワール流の渦が潰される割合が低減され、噴射角９Ｂのように噴射角が大きく、貫通力が弱い噴射となる。一方、流量制御弁７を閉じることによってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を少なくし、気体溶存量が少ない液体をノズル３に圧送した場合、第１流路４１の壁面と液体との摩擦が低減されず、スワール流の渦が潰れる割合が低減されないので、噴射角９Ａのように噴射角が狭く、貫通力が強い噴射となる。このように液体中の気体溶存量を変化させることで、液体の噴射形状や噴射量を容易に変化させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の噴射形状や噴射量を変更可能な液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体としての燃料油を直噴エンジンの燃焼室内に噴射する液体噴射装置（以下、インジェクタとも呼ぶ）として例えば特許文献１に記載されたものがある。
これは、インジェクタから噴射する燃料の噴射孔として、点火プラグ方向を向いた噴射孔と、それ以外の方向を向いた噴射孔とを備えたものであり、エンジンの運転状態に応じて噴射する燃料油の圧力を変化させることによって噴射の形状を変化させ、最適な燃焼状態を得ようとするものである。
【特許文献１】特開２００５−９８１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来のものにおいては、一般に、燃料油の噴射形状を変化させるために燃料油の圧力を変化させる構造は複雑なものとなり、コストアップや、信頼性の低下などにつながるといった問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、簡素な構造で噴射形状や噴射量を変更可能な液体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】
【０００５】
流路内を流れる液体は、流路壁面極近傍ではその速度が０になるといわれていた。
しかし、Ｄｒｅｃｋ．Ｃ．Ｔｒｅｔｈｅｗａｙ氏の実験によって、流路の材質を液体に濡れないものにし、かつ脱気していない液体を流路を通過させた際に、流路壁面近傍の液体の速度が０ではなく、速度を持っていることが確認された。
この現象は、流路壁面が液体に濡れるものであると発生せず、また液体を脱気してしまってもこの現象は発生しない。
この現象を同氏は、流路壁面極近傍に発生するナノスケールの微小な気泡によるものだとしている。（参考文献、「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｓｌｉｐ ａｔ ３Ｄ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｗａｌｌｓ ｂｙ ｔｈｅ ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍｎｎ ｍｅｔｈｏｄ」 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２０２ （２００５） １８１−１９５）
同氏の実験は微量流路内を流れる液体に対して行なわれたものであるが、本発明はこの現象を液体の噴射に応用し、液体噴射装置から噴射される液体の噴射形状や、噴射量を液体中の気体溶存量によって制御するものである。
すなわち本発明は、液体が流れる流路の壁面が液体に対して濡れない材料によって構成された液体を噴射するノズルと、液体をノズルに圧送するポンプとの間に、液体中の気体溶存量を増減可能な気体溶存量制御手段、または液体中に蒸気圧の低い液体を増減可能な低蒸気圧液体制御手段のいずれかを備えるものとした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液体中の気体溶存量が増加し、かつノズルにおける流路の壁面が液体に濡れない材質で構成されているので、ノズル内に液体を圧送して液体を噴射した際に、ノズルの流路の壁面の近傍には速度境界層ができる。速度境界層内では液体の流れる速度の違いから大きなせん断力が発生し、そのせん断力によって一種の減圧沸騰（キャビテーション）が起こり、ナノスケールの微小な気泡が発生する。このため、流路の壁面近傍において液体の速度が０ではなく、ある大きさを持つようになり（Ｓｌｉｐ Ｆｌｏｗと呼ばれる状態）、ノズル内の流速や、流量、圧力損失が変化するので、噴射形状や噴射量が変化する。つまり、液体中の気体溶存量を変化させることで、液体の噴射形状や、噴射量を変化させることが可能になる。また、液体の一部を蒸気圧の低い液体に変化させても、気体溶存量を増加させた場合と同様の効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
まず、第１の実施例について説明する。
図１に、第１の実施例における液体噴射装置の全体構成を示す。
液体を圧送するためのプランジャポンプ２と、液体を貯める液体タンク６、液体の噴射孔となるノズル３と、配管５ａ、５ｂ、５ｃと、流量制御弁７とより液体噴射装置１が構成される。
プランジャポンプ２は、逆止弁４ａ、４ｂ、４ｃを備えるポンプ筐体２１と、ポンプ筐体２１内に配置されてポンプ筐体２１との間にプランジャ室２２を形成するプランジャ２０とより構成される。
プランジャ２０は、ポンプ筐体２１内を図１中の上下方向に往復動し、プランジャ２０の往復に伴ってプランジャ室２２の容積が変化する。
【０００８】
ポンプ筐体２１のプランジャ室２２には配管５ａ〜５ｃの一端側がそれぞれ逆止弁４ａ〜４ｃを介して接続されている。
配管５ａの他端側は気中に開口し、配管５ｂの他端側は液体タンク６に接続され、配管５ｃの他端側はノズル３に接続されている。
逆止弁４ａは、配管５ａからプランジャ室２２への気体の吸入のみを許し、外部へ液体や気体が流出してしまうことを防止する。
逆止弁４ｂは、液体タンク６からプランジャ室２２への液体の吸入のみを許し、液体が逆流することを防止する。
また逆止弁４ｃは、プランジャ室２２からノズル３側への吐出のみを許し、液体が逆流することを防止する。
【０００９】
流量制御弁７は、配管５ａを通ってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を制御するものである。
ノズル３は、液体が通る流路４０を有するノズル部材３２と、ノズル部材３２を囲むノズル筐体３１とより構成される。
ノズル部材３２は、流路４０を流れる液体に対して濡れない材料（たとえば、液体が水あるいはガソリンの場合にはテフロン（登録商標）など）によって構成されている。
なお図１において、ノズル部材３２の流路４０を、ノズル部材３２を貫通する１本の孔として図示したが、実際の流路４０の詳細な構造については後述する。
【００１０】
プランジャ２０が図１中の下方向に動くと、逆止弁４ａ〜４ｃの働きによりプランジャ室２２内には配管５ａ、５ｂを通ってそれぞれ気体と液体とが流入してくる。
プランジャ２０が図１中の上方向に動くと、逆止弁４ａ〜４ｃの働きによりプランジャ室２２内の液体が配管５ｃを通ってノズル３に圧送され、ノズル３から液体が噴射される。
図１では、プランジャ２０が上方向に動く際に、液体を圧送すると同時に、プランジャ室内２２において液体と気体とが共存した状態で加圧され、気体が液体に溶解し、液体中の気体溶存量が増加する。
【００１１】
プランジャポンプ２の作動によって気体溶存量が増加した液体をノズル３へ圧送すると、ノズル３の流路４０の壁面が液体に対して濡れない物質で構成されているため、流路４０の壁面近傍にナノスケールの微小気泡が発生し、流路４０の壁面と液体との摩擦により引き起こされる圧力損失が減少する。
その結果、ノズル部材３２に設けられた流路４０を通って噴射される液体の速度と流量が増加する。
配管５ａに取り付けた流量制御弁７によって、プランジャ室２２内に流れ込む気体の量を制御することにより、ノズル３から噴射される液体の速度と流量を変化させることができる。
【００１２】
次に、ノズル３の詳細な構造について説明する。
図２の（ａ）は、ノズル部材３２を液体の噴射側端部から見た図であり、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）におけるＡ−Ａ部断面を示す図である。
なお図２の（ｂ）中、下側に向けて液体が噴射される。
ノズル部材３２に形成された流路４０は、一端側が配管５ｃに接続され、他端側が液体の噴射側の端部近傍まで延びる４本の第３流路４３と、ノズル部材３２の液体噴射側の端部に開口する第１流路４１と、第３流路４３と第１流路４１とを接続する４本の第２流路４２とより構成される。
また第１流路４１と第２流路４２は、第２流路４２が第１流路４１を軸として点対称となるように配置されている。
第２流路４２は、特に図２の（ａ）に示すように第１流路４１の軸心に対して偏心して接続されている。
なお本実施例では第２流路４２を４本形成するものとしたが、必ずしも複数本形成する必要はなく、１本以上あればよい。
また、第２流路４２や第３流路４３を第１流路４１の軸心に対して点対称に配置した例を示したが、必ずしも点対称である必要はない。
【００１３】
図２に示すように、ノズル部材３２の第１流路４１に対して偏心して第２流路４２が接続されているので、第３流路４３から第２流路４２を介して第１流路４１に流れ込んだ液体は、一般にスワール流と呼ばれる流れを生じ、第１流路４１内をらせん状の渦を巻きながら流れる（図３参照）。
このらせん状の渦は、第１流路４１の壁面と液体との摩擦によって弱められる。
渦が強い場合は、噴射された液体の噴射角は大きくなり、渦が弱められるにつれて液体の噴射角は小さくなる。
【００１４】
したがって、流量制御弁７によってプランジャ室２２内に吸い込まれる気体の量を多くし、気体溶存量が多い液体をノズル３に圧送した場合、第１流路４１の壁面で発生する微小気泡によって、壁面と液体との摩擦が低減されるので、スワール流の渦が潰される割合が低減され、図１に示す噴射角９Ｂのように噴射角が大きく、貫通力が弱い噴射を実現できる。
一方、流量制御弁７を閉じることによってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を少なくし、気体溶存量が少ない液体をノズル３に圧送した場合、第１流路４１の壁面と液体との摩擦が低減されず、スワール流の渦が潰れる割合が低減されないので、噴射角９Ａに示すように噴射角が狭く、貫通力が強い噴射を実現できる。
なお本実施例において、プランジャポンプ２および流量制御弁７が本発明における気体溶存量制御手段を構成する。
【００１５】
本実施例は以上のように構成され、ノズル部材３２を液体に濡れない材料で構成し、ノズル３に供給する液体の気体溶存量を増加させることにより、流路４０の壁面近傍にナノスケールの微小な気泡が発生し、流路４０の壁面近傍において気泡が発生していない場合と比較して、噴射形状や噴射量が変化する。
つまり、流量制御弁７を開けてプランジャ室２２内に吸い込まれる気体の量を多くして液体中の気体溶存量を多くすることにより、流路４０を通って噴射される液体の速度と流量が増加するとともに、噴射角が大きく、貫通力が弱い噴射を実現することができる。
一方、流量制御弁７を閉じてプランジャ室２２内に吸い込まれる気体の量を少なくして液体中の気体溶存量を少なくすることにより、流路４０を通って噴射される液体の速度と流量が減少するともに、噴射角が小さく、貫通力が強い噴射を実現することができる。
また液体の噴射形状や、噴射量を変化させるために、プランジャ室２２内に流れ込む気体の量を制御する流量制御弁７を備えるだけでよいので、液体噴射装置１の構造が簡素化され、製造コストなどを低減することができる。
【００１６】
プランジャポンプ２による液体の圧送と同時に、液体中に気体を溶解させることにより、液体を圧送するための装置と液体中に気体を溶解させるための装置の２つの装置を備える必要がなくなり、液体噴射装置１の製造コストや工数を低減することができる。
【００１７】
なお本実施例において、液体を圧送するポンプとしてプランジャポンプ２を用いるものとしたが、これに限定されることなく他の方式のポンプを用いてもよい。
また図１に示した液体噴射装置１では液体を圧送するポンプと、液体中の気体溶存量を増加させる装置を同一のものとしている（プランジャポンプ２によって、液体の圧送と液体中の気体溶存量を増加させることとを行っている）が、必ずしも同一である必要は無く、別々の装置であっても構わない。
【００１８】
次に、第２の実施例について説明する。
第１の実施例ではノズルから噴射される液体の速度と流量の制御を、液体中の気体溶存量によって制御したが、第２の実施例では、主液体に対して反応する副液体を混合し、反応の結果、蒸気圧の低い液体を生成することで、ノズルから噴射される液体の速度と流量を制御する。
図４に、第２の実施例における液体噴射装置の全体構成を示す。
なお、第１の実施例と同一の構成物については同一番号を付して説明を省略する。
主液体が貯められた主液体タンク１１と、副液体が貯められた副液体タンク１２とが、それぞれ配管５ｅ、５ｄを介してプランジャポンプ２Ａに接続されている。
【００１９】
副液体タンク１２が接続された側の配管５ｄには、流量制御弁７Ａが備えられ、流量制御弁７Ａの開閉により副液体タンク１２からプランジャ室２２内へ副液体が流れ込む量を制御することができる。
配管５ｄ、５ｅは、それぞれ逆止弁４ｄ、４ｅを介してプランジャ室２２に接続され、副液体タンク１２や主液体タンク１１へプランジャ室２２から液体が逆流してしまうことを防ぐ。
プランジャポンプ２Ａ、ノズル３、配管５ｃ〜５ｅ、流量制御弁７Ａ、主液体タンク１１、副液体タンク１２とより、液体噴射装置１Ａが構成される。
なお、主液体と副液体とを混合すると、蒸気圧の低い混合液体に変化するものとする。
【００２０】
プランジャ２０が図４中の下方向に移動すると、主液体タンク１１および副液体タンク１２からプランジャ室２２内に主液体と副液体とが吸入される。
プランジャ室２２内で主液体と副液体は混合され、混合により生成された蒸気圧の低い液体を含んだ混合液体は、プランジャによる加圧によって、液体噴射ノズルへと圧送される。
蒸気圧の低い液体を含んでいるので、ノズル部材３２の流路４０の壁面において第１の実施例と同様にナノスケールの微小気泡が発生しやすくなる。結果として、液体中の気体溶存量を増加させた場合（第１の実施例の場合）と同じ効果を持つことになり、ノズル３から噴射される液体の速度や流量を増加させる。
したがって、流量制御弁７Ａを開閉して副液体の混合量を変化させることによって、第１の実施例と同様にノズル３から噴射される液体の噴射形状や噴射量を変化させることができる。
なお本実施例において、プランジャポンプ２Ａと流量制御弁７Ａとが、本発明における低蒸気圧液体制御手段を構成する。
【００２１】
本実施例は以上のように構成され、副液体を混合する量を増やすことによって、ノズル３から噴射される液体は速度と流量が増加するとともに、第１の実施例と同様に噴射角９Ｂに示すように噴射角が広く貫通力が弱いものとなる。
一方、流量制御弁７Ａを閉じることによって副液体が混合される量を減らすことによって、ノズル３から噴射される液体は速度と流量が減少するとともに、噴射角９Ａに示すように噴射角が狭く貫通力が強いものとなる。
なお本実施例において、プランジャ室２２内で主液体と副液体とを混合するものとしたが、プランジャ室２２内に限定されることなく、プランジャポンプ２Ａの上流側や、プランジャポンプ２Ａとノズル３との間において混合することもできる。
また、使用するポンプはプランジャポンプに限らず、その他のポンプで液体を圧送してもよい。
【００２２】
次に、第３の実施例について説明する。
第２の実施例では主液体と反応する副液体を用いて蒸気圧の低い液体を生成し、それによってノズルから噴射される液体の速度や流量を増加させたが、第３の実施例では副液体を用いず、主液体の分解反応を促進する触媒を用いることで、実施例２と同様の効果を得るものである。
図５に、第３の実施例における液体噴射装置の全体構成を示す。
なお、本実施例における液体噴射装置１Ｂは、第１の実施例における液体噴射装置１におけるノズル３をノズル３Ａに変更し、プランジャポンプ２Ｂのプランジャ室２２内に液体タンク６からの液体のみが流れ込むようにしたものである。
第１の実施例と同一の構成物については同一番号を付して説明を省略する。
プランジャポンプ２Ｂに配管５ｂを介して液体タンク６が接続され、プランジャポンプ２Ｂのプランジャ室２２内に液体タンク６内の液体が流入可能となっている。
プランジャポンプ２Ｂによって圧送された液体は配管５ｃを介してノズル３Ａに供給される。
【００２３】
ノズル３Ａは、液体が通過する流路４０Ａが形成されたノズル部材３２Ａと、ノズル部材３２Ａの流路４０Ａの壁面において液体流れの上流側（配管５ｃ側）に担持された触媒３３と、ノズル部材３２Ａを囲むヒータ３４と、ヒータ３４の外周を覆うノズル筐体３１Ａとより構成される。
ノズル部材３２Ａに形成された流路４０Ａは、第１の実施例におけるノズル部材３２に形成された流路４０と同様の構成を有する。
配管５ｃから供給された液体は、触媒３３およびノズル部材３２Ａに設けられた流路４０Ａを通って噴射される。
触媒３３は、流路４０Ａを通過する液体の分解反応を促進するものである。
また触媒３３は、ノズル部材３２Ａに形成された流路４０Ａの内壁の前面に担持させることによって設けてもよい。
【００２４】
触媒３３には活性温度があり、触媒３３が活性温度に達していない状態では液体は分解されない。
したがって触媒３３の直近に設置したヒータ３４によって、触媒３３を活性温度まで加熱することによって、流路４０Ａを通過する液体の分解促進を行う。
触媒３３によって分解促進された液体は、蒸気圧の低い液体または気体に変化し、ノズル部材３２Ａの流路壁面において第２の実施例と同様にナノスケールの微小気泡が発生しやすくなるため、ノズル３Ａから噴射される液体の速度や流量を増加させる効果を持つことになる。
なお本実施例において、触媒３３およびヒータ３４が、本発明における低蒸気圧液体制御手段を構成する。
【００２５】
本実施例は以上のように構成され、ヒータ３４によって触媒３３を加熱して液体を蒸気圧の低い液体または気体に変化させることにより、第２の実施例と同様の原理により、ノズル３Ａの流路４０Ａを通過する液体の速度と流量を変化させることができるとともに、ノズル３Ａから噴射される液体の噴射形状や噴射量を変化させることができる。
触媒３３によって液体が変化する量を触媒の温度によって制御することが可能なため、液体の気体溶存量をヒータ３４への通電量を変化させることによって制御することが可能となる。
【００２６】
なお本実施例において、触媒３３をノズル部材３２Ａの流路の内壁に設置するものとしたが、必ずしもそこに設置する必要はなく、プランジャポンプ２Ｂとノズル３Ａの間のどこかにあれば良いので、例えばプランジャポンプ２Ｂとノズル３Ａをつなぐ配管５ｃの壁面に設置してもよい。
【００２７】
第１〜第３の実施例において説明した液体噴射装置１、１Ａ、１Ｂは、火花点火式直噴エンジンの燃焼室内に燃料油を噴射するインジェクタとして用いることができる。
図６に、火花点火式直噴エンジンの全体構成を示す。
火花点火式直噴エンジン５０は、燃焼室１３に燃料油を噴射する液体噴射装置１、１Ａまたは１Ｂからなるインジェクタ１０と、燃焼室１３に空気を送り込む吸気弁１４と、燃焼室１３内のガスを排出する排気弁１５と、燃焼室１３内のガスに火花点火を行う点火プラグ１６と、燃焼室１３内の爆発力によって移動するピストン１７を備える。
またピストン１７の燃焼室１３側の面には、キャビティ１８が設けられている。
【００２８】
火花点火式直噴エンジン５０はさらに、図示しないエアフローメータ、スロットル開度センサ、クランク角センサ、冷却水温度センサなどを備え、これらのセンサ類から入力される信号から火花点火式直噴エンジン５０の運転状態を判断するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１９を備える。
コントロールユニット１９は、各種のセンサ類から出力された信号を受け、火花点火式直噴エンジン５０の運転状態を判断し、それに適した燃料油の噴射量や、噴射角をインジェクタ１０へと出力する。
【００２９】
火花点火式直噴エンジン５０では、エンジンの出力が小さくてよい場合は、ピストン１７による圧縮工程中にインジェクタ１０から燃料油を噴射し、キャビティ１８に噴射燃料を当てる。
キャビティ１８に当たった燃料油は、そのくぼみに沿って移動し、結果として、点火プラグ１６の周辺に燃料油が集中することになる。
その後、点火プラグ１６に電圧をかけて、火花を飛ばし、燃料油が発火して、ピストン１７を押し下げる。このような、燃焼を成層燃焼と呼ぶ。
一方で、エンジンの出力を大きくしたい場合は、吸気工程中に燃料を噴射する。
噴射された燃料油は、吸気される空気と均質に混合され、圧縮工程の後に、点火プラグ１６によって引火される。このような燃焼を均質燃焼と呼ぶ。
【００３０】
成層燃焼に適した燃料油の噴射は、噴射角が狭く、貫通力のある噴射である。
コントロールユニット１９によって、火花点火式直噴エンジン５０の運転状態が成層燃焼であると判断された場合は、第１〜第３の実施例に記載の方法によって、液体（燃料油）中の気体溶存量を増加させない、あるいは蒸気圧の低い液体を生成しないようにする。
その結果、インジェクタ１０から噴射される燃料油の噴射角は狭く、貫通力が強いものとなり、成層燃焼に適した噴射が実現される。
【００３１】
一方で、均質燃焼に適した燃料油の噴射は、噴射角が広く、貫通力の弱い噴射である。
コントロールユニット１９によって、火花点火式直噴エンジン５０の運転状態が、均質燃焼であると判断された場合は、第１〜第３の実施例に記載の方法によって、液体（燃料油）中の気体溶存量を増加させる、あるいは蒸気圧の低い液体を生成する。
その結果、インジェクタ１０から噴射される燃料油の噴射角は広く、貫通力が弱くなり、吸気される空気と混合しやすい均質燃焼に適した噴射が実現される。
【００３２】
また、火花点火式直噴エンジン５０が十分に暖かくない運転状態の時、例えば冷間スタート時は、貫通力が弱く、吸入される空気と混合しやすい燃料油の噴射が要求される。
したがって、例えば冷却水温度センサからの信号によりコントロールユニット１９が火花点火式直噴エンジン５０の運転状態が冷間スタート時であると判断した場合は、第１〜第３の実施例に記載の方法によって、燃料油中の気体溶存量を増加させる、あるいは蒸気圧の低い液体を生成することにより、噴射角の広い燃料油の噴射を実現することができる。
なおここでは、第１〜第３の実施例における液体噴射装置１、１Ａ、１Ｂを火花点火式直噴エンジン５０のインジェクタ１０として用いた例を示したが、例えば冷間スタートの問題などはポート噴射式の他の内燃機関でも同様の問題が起こるため、インジェクタ１０を他の内燃機関に適用してもよい。
【００３３】
なお液体噴射装置１、１Ａ、１Ｂから噴射する液体はこれに限られるものではなく、例えばインクジェットプリンタのインクヘッド、放水器や農薬散布器に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施例における液体噴射装置を示す図である。
【図２】ノズルの詳細な構造を示す図である。
【図３】液体の流れを示す図である。
【図４】第２の実施例における液体噴射装置を示す図である。
【図５】第３の実施例における液体噴射装置を示す図である。
【図６】液体噴射装置を火花点火式直噴エンジンに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１Ａ、１Ｂ 液体噴射装置
２、２Ａ、２Ｂ プランジャポンプ
３、３Ａ ノズル
４ａ〜４ｅ 逆止弁
５ａ〜５ｅ 配管
６ 液体タンク
７、７Ａ 流量制御弁
１０ インジェクタ
１１ 主液体タンク
１２ 副液体タンク
１３ 燃焼室
１６ 点火プラグ
１７ ピストン
１８ キャビティ
１９ コントロールユニット
２０ プランジャ
２１ ポンプ筐体
２２ プランジャ室
３１、３１Ａ ノズル筐体
３２、３２Ａ ノズル部材
３３ 触媒
３４ ヒータ
４０、４０Ａ 流路
４１ 第１流路
４２ 第２流路
４３ 第３流路
５０ 火花点火式直噴エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の噴射形状や噴射量を変更可能な液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体としての燃料油を直噴エンジンの燃焼室内に噴射する液体噴射装置（以下、インジェクタとも呼ぶ）として例えば特許文献１に記載されたものがある。
これは、インジェクタから噴射する燃料の噴射孔として、点火プラグ方向を向いた噴射孔と、それ以外の方向を向いた噴射孔とを備えたものであり、エンジンの運転状態に応じて噴射する燃料油の圧力を変化させることによって噴射の形状を変化させ、最適な燃焼状態を得ようとするものである。
【特許文献１】特開２００５−９８１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来のものにおいては、一般に、燃料油の噴射形状を変化させるために燃料油の圧力を変化させる構造は複雑なものとなり、コストアップや、信頼性の低下などにつながるといった問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、簡素な構造で噴射形状や噴射量を変更可能な液体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】
【０００５】
流路内を流れる液体は、流路壁面極近傍ではその速度が０になるといわれていた。
しかし、Ｄｒｅｃｋ．Ｃ．Ｔｒｅｔｈｅｗａｙ氏の実験によって、流路の材質を液体に濡れないものにし、かつ脱気していない液体を流路を通過させた際に、流路壁面近傍の液体の速度が０ではなく、速度を持っていることが確認された。
この現象は、流路壁面が液体に濡れるものであると発生せず、また液体を脱気してしまってもこの現象は発生しない。
この現象を同氏は、流路壁面極近傍に発生するナノスケールの微小な気泡によるものだとしている。（参考文献、「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｓｌｉｐ ａｔ ３Ｄ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｗａｌｌｓ ｂｙ ｔｈｅ ｌａｔｔｉｃｅ Ｂｏｌｔｚｍｎｎ ｍｅｔｈｏｄ」 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２０２ （２００５） １８１−１９５）
同氏の実験は微量流路内を流れる液体に対して行なわれたものであるが、本発明はこの現象を液体の噴射に応用し、液体噴射装置から噴射される液体の噴射形状や、噴射量を液体中の気体溶存量によって制御するものである。
すなわち本発明は、液体が流れる流路の壁面が液体に対して濡れない材料によって構成された液体を噴射するノズルと、液体をノズルに圧送するポンプとの間に、液体中の気体溶存量を増減可能な気体溶存量制御手段、または液体中に蒸気圧の低い液体を増減可能な低蒸気圧液体制御手段のいずれかを備えるものとした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液体中の気体溶存量が増加し、かつノズルにおける流路の壁面が液体に濡れない材質で構成されているので、ノズル内に液体を圧送して液体を噴射した際に、ノズルの流路の壁面の近傍には速度境界層ができる。速度境界層内では液体の流れる速度の違いから大きなせん断力が発生し、そのせん断力によって一種の減圧沸騰（キャビテーション）が起こり、ナノスケールの微小な気泡が発生する。このため、流路の壁面近傍において液体の速度が０ではなく、ある大きさを持つようになり（Ｓｌｉｐ Ｆｌｏｗと呼ばれる状態）、ノズル内の流速や、流量、圧力損失が変化するので、噴射形状や噴射量が変化する。つまり、液体中の気体溶存量を変化させることで、液体の噴射形状や、噴射量を変化させることが可能になる。また、液体の一部を蒸気圧の低い液体に変化させても、気体溶存量を増加させた場合と同様の効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
まず、第１の実施例について説明する。
図１に、第１の実施例における液体噴射装置の全体構成を示す。
液体を圧送するためのプランジャポンプ２と、液体を貯める液体タンク６、液体の噴射孔となるノズル３と、配管５ａ、５ｂ、５ｃと、流量制御弁７とより液体噴射装置１が構成される。
プランジャポンプ２は、逆止弁４ａ、４ｂ、４ｃを備えるポンプ筐体２１と、ポンプ筐体２１内に配置されてポンプ筐体２１との間にプランジャ室２２を形成するプランジャ２０とより構成される。
プランジャ２０は、ポンプ筐体２１内を図１中の上下方向に往復動し、プランジャ２０の往復に伴ってプランジャ室２２の容積が変化する。
【０００８】
ポンプ筐体２１のプランジャ室２２には配管５ａ〜５ｃの一端側がそれぞれ逆止弁４ａ〜４ｃを介して接続されている。
配管５ａの他端側は気中に開口し、配管５ｂの他端側は液体タンク６に接続され、配管５ｃの他端側はノズル３に接続されている。
逆止弁４ａは、配管５ａからプランジャ室２２への気体の吸入のみを許し、外部へ液体や気体が流出してしまうことを防止する。
逆止弁４ｂは、液体タンク６からプランジャ室２２への液体の吸入のみを許し、液体が逆流することを防止する。
また逆止弁４ｃは、プランジャ室２２からノズル３側への吐出のみを許し、液体が逆流することを防止する。
【０００９】
流量制御弁７は、配管５ａを通ってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を制御するものである。
ノズル３は、液体が通る流路４０を有するノズル部材３２と、ノズル部材３２を囲むノズル筐体３１とより構成される。
ノズル部材３２は、流路４０を流れる液体に対して濡れない材料（たとえば、液体が水あるいはガソリンの場合にはテフロン（登録商標）など）によって構成されている。
なお図１において、ノズル部材３２の流路４０を、ノズル部材３２を貫通する１本の孔として図示したが、実際の流路４０の詳細な構造については後述する。
【００１０】
プランジャ２０が図１中の下方向に動くと、逆止弁４ａ〜４ｃの働きによりプランジャ室２２内には配管５ａ、５ｂを通ってそれぞれ気体と液体とが流入してくる。
プランジャ２０が図１中の上方向に動くと、逆止弁４ａ〜４ｃの働きによりプランジャ室２２内の液体が配管５ｃを通ってノズル３に圧送され、ノズル３から液体が噴射される。
図１では、プランジャ２０が上方向に動く際に、液体を圧送すると同時に、プランジャ室内２２において液体と気体とが共存した状態で加圧され、気体が液体に溶解し、液体中の気体溶存量が増加する。
【００１１】
プランジャポンプ２の作動によって気体溶存量が増加した液体をノズル３へ圧送すると、ノズル３の流路４０の壁面が液体に対して濡れない物質で構成されているため、流路４０の壁面近傍にナノスケールの微小気泡が発生し、流路４０の壁面と液体との摩擦により引き起こされる圧力損失が減少する。
その結果、ノズル部材３２に設けられた流路４０を通って噴射される液体の速度と流量が増加する。
配管５ａに取り付けた流量制御弁７によって、プランジャ室２２内に流れ込む気体の量を制御することにより、ノズル３から噴射される液体の速度と流量を変化させることができる。
【００１２】
次に、ノズル３の詳細な構造について説明する。
図２の（ａ）は、ノズル部材３２を液体の噴射側端部から見た図であり、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）におけるＡ−Ａ部断面を示す図である。
なお図２の（ｂ）中、下側に向けて液体が噴射される。
ノズル部材３２に形成された流路４０は、一端側が配管５ｃに接続され、他端側が液体の噴射側の端部近傍まで延びる４本の第３流路４３と、ノズル部材３２の液体噴射側の端部に開口する第１流路４１と、第３流路４３と第１流路４１とを接続する４本の第２流路４２とより構成される。
また第１流路４１と第２流路４２は、第２流路４２が第１流路４１を軸として点対称となるように配置されている。
第２流路４２は、特に図２の（ａ）に示すように第１流路４１の軸心に対して偏心して接続されている。
なお本実施例では第２流路４２を４本形成するものとしたが、必ずしも複数本形成する必要はなく、１本以上あればよい。
また、第２流路４２や第３流路４３を第１流路４１の軸心に対して点対称に配置した例を示したが、必ずしも点対称である必要はない。
【００１３】
図２に示すように、ノズル部材３２の第１流路４１に対して偏心して第２流路４２が接続されているので、第３流路４３から第２流路４２を介して第１流路４１に流れ込んだ液体は、一般にスワール流と呼ばれる流れを生じ、第１流路４１内をらせん状の渦を巻きながら流れる（図３参照）。
このらせん状の渦は、第１流路４１の壁面と液体との摩擦によって弱められる。
渦が強い場合は、噴射された液体の噴射角は大きくなり、渦が弱められるにつれて液体の噴射角は小さくなる。
【００１４】
したがって、流量制御弁７によってプランジャ室２２内に吸い込まれる気体の量を多くし、気体溶存量が多い液体をノズル３に圧送した場合、第１流路４１の壁面で発生する微小気泡によって、壁面と液体との摩擦が低減されるので、スワール流の渦が潰される割合が低減され、図１に示す噴射角９Ｂのように噴射角が大きく、貫通力が弱い噴射を実現できる。
一方、流量制御弁７を閉じることによってプランジャ室２２内に流れ込む気体の量を少なくし、気体溶存量が少ない液体をノズル３に圧送した場合、第１流路４１の壁面と液体との摩擦が低減されず、スワール流の渦が潰れる割合が低減されないので、噴射角９Ａに示すように噴射角が狭く、貫通力が強い噴射を実現できる。
なお本実施例において、プランジャポンプ２および流量制御弁７が本発明における気体溶存量制御手段を構成する。
【００１５】
本実施例は以上のように構成され、ノズル部材３２を液体に濡れない材料で構成し、ノズル３に供給する液体の気体溶存量を増加させることにより、流路４０の壁面近傍にナノスケールの微小な気泡が発生し、流路４０の壁面近傍において気泡が発生していない場合と比較して、噴射形状や噴射量が変化する。
つまり、流量制御弁７を開けてプランジャ室２２内に吸い込まれる気体の量を多くして液体中の気体溶存量を多くすることにより、流路４０を通って噴射される液体の速度と流量が増加するとともに、噴射角が大きく、貫通力が弱い噴射を実現することができる。
一方、流量制御弁７を閉じてプランジャ室２２内に吸い込まれる気体の量を少なくして液体中の気体溶存量を少なくすることにより、流路４０を通って噴射される液体の速度と流量が減少するともに、噴射角が小さく、貫通力が強い噴射を実現することができる。
また液体の噴射形状や、噴射量を変化させるために、プランジャ室２２内に流れ込む気体の量を制御する流量制御弁７を備えるだけでよいので、液体噴射装置１の構造が簡素化され、製造コストなどを低減することができる。
【００１６】
プランジャポンプ２による液体の圧送と同時に、液体中に気体を溶解させることにより、液体を圧送するための装置と液体中に気体を溶解させるための装置の２つの装置を備える必要がなくなり、液体噴射装置１の製造コストや工数を低減することができる。
【００１７】
なお本実施例において、液体を圧送するポンプとしてプランジャポンプ２を用いるものとしたが、これに限定されることなく他の方式のポンプを用いてもよい。
また図１に示した液体噴射装置１では液体を圧送するポンプと、液体中の気体溶存量を増加させる装置を同一のものとしている（プランジャポンプ２によって、液体の圧送と液体中の気体溶存量を増加させることとを行っている）が、必ずしも同一である必要は無く、別々の装置であっても構わない。
【００１８】
次に、第２の実施例について説明する。
第１の実施例ではノズルから噴射される液体の速度と流量の制御を、液体中の気体溶存量によって制御したが、第２の実施例では、主液体に対して反応する副液体を混合し、反応の結果、蒸気圧の低い液体を生成することで、ノズルから噴射される液体の速度と流量を制御する。
図４に、第２の実施例における液体噴射装置の全体構成を示す。
なお、第１の実施例と同一の構成物については同一番号を付して説明を省略する。
主液体が貯められた主液体タンク１１と、副液体が貯められた副液体タンク１２とが、それぞれ配管５ｅ、５ｄを介してプランジャポンプ２Ａに接続されている。
【００１９】
副液体タンク１２が接続された側の配管５ｄには、流量制御弁７Ａが備えられ、流量制御弁７Ａの開閉により副液体タンク１２からプランジャ室２２内へ副液体が流れ込む量を制御することができる。
配管５ｄ、５ｅは、それぞれ逆止弁４ｄ、４ｅを介してプランジャ室２２に接続され、副液体タンク１２や主液体タンク１１へプランジャ室２２から液体が逆流してしまうことを防ぐ。
プランジャポンプ２Ａ、ノズル３、配管５ｃ〜５ｅ、流量制御弁７Ａ、主液体タンク１１、副液体タンク１２とより、液体噴射装置１Ａが構成される。
なお、主液体と副液体とを混合すると、蒸気圧の低い混合液体に変化するものとする。
【００２０】
プランジャ２０が図４中の下方向に移動すると、主液体タンク１１および副液体タンク１２からプランジャ室２２内に主液体と副液体とが吸入される。
プランジャ室２２内で主液体と副液体は混合され、混合により生成された蒸気圧の低い液体を含んだ混合液体は、プランジャによる加圧によって、液体噴射ノズルへと圧送される。
蒸気圧の低い液体を含んでいるので、ノズル部材３２の流路４０の壁面において第１の実施例と同様にナノスケールの微小気泡が発生しやすくなる。結果として、液体中の気体溶存量を増加させた場合（第１の実施例の場合）と同じ効果を持つことになり、ノズル３から噴射される液体の速度や流量を増加させる。
したがって、流量制御弁７Ａを開閉して副液体の混合量を変化させることによって、第１の実施例と同様にノズル３から噴射される液体の噴射形状や噴射量を変化させることができる。
なお本実施例において、プランジャポンプ２Ａと流量制御弁７Ａとが、本発明における低蒸気圧液体制御手段を構成する。
【００２１】
本実施例は以上のように構成され、副液体を混合する量を増やすことによって、ノズル３から噴射される液体は速度と流量が増加するとともに、第１の実施例と同様に噴射角９Ｂに示すように噴射角が広く貫通力が弱いものとなる。
一方、流量制御弁７Ａを閉じることによって副液体が混合される量を減らすことによって、ノズル３から噴射される液体は速度と流量が減少するとともに、噴射角９Ａに示すように噴射角が狭く貫通力が強いものとなる。
なお本実施例において、プランジャ室２２内で主液体と副液体とを混合するものとしたが、プランジャ室２２内に限定されることなく、プランジャポンプ２Ａの上流側や、プランジャポンプ２Ａとノズル３との間において混合することもできる。
また、使用するポンプはプランジャポンプに限らず、その他のポンプで液体を圧送してもよい。
【００２２】
次に、第３の実施例について説明する。
第２の実施例では主液体と反応する副液体を用いて蒸気圧の低い液体を生成し、それによってノズルから噴射される液体の速度や流量を増加させたが、第３の実施例では副液体を用いず、主液体の分解反応を促進する触媒を用いることで、実施例２と同様の効果を得るものである。
図５に、第３の実施例における液体噴射装置の全体構成を示す。
なお、本実施例における液体噴射装置１Ｂは、第１の実施例における液体噴射装置１におけるノズル３をノズル３Ａに変更し、プランジャポンプ２Ｂのプランジャ室２２内に液体タンク６からの液体のみが流れ込むようにしたものである。
第１の実施例と同一の構成物については同一番号を付して説明を省略する。
プランジャポンプ２Ｂに配管５ｂを介して液体タンク６が接続され、プランジャポンプ２Ｂのプランジャ室２２内に液体タンク６内の液体が流入可能となっている。
プランジャポンプ２Ｂによって圧送された液体は配管５ｃを介してノズル３Ａに供給される。
【００２３】
ノズル３Ａは、液体が通過する流路４０Ａが形成されたノズル部材３２Ａと、ノズル部材３２Ａの流路４０Ａの壁面において液体流れの上流側（配管５ｃ側）に担持された触媒３３と、ノズル部材３２Ａを囲むヒータ３４と、ヒータ３４の外周を覆うノズル筐体３１Ａとより構成される。
ノズル部材３２Ａに形成された流路４０Ａは、第１の実施例におけるノズル部材３２に形成された流路４０と同様の構成を有する。
配管５ｃから供給された液体は、触媒３３およびノズル部材３２Ａに設けられた流路４０Ａを通って噴射される。
触媒３３は、流路４０Ａを通過する液体の分解反応を促進するものである。
また触媒３３は、ノズル部材３２Ａに形成された流路４０Ａの内壁の前面に担持させることによって設けてもよい。
【００２４】
触媒３３には活性温度があり、触媒３３が活性温度に達していない状態では液体は分解されない。
したがって触媒３３の直近に設置したヒータ３４によって、触媒３３を活性温度まで加熱することによって、流路４０Ａを通過する液体の分解促進を行う。
触媒３３によって分解促進された液体は、蒸気圧の低い液体または気体に変化し、ノズル部材３２Ａの流路壁面において第２の実施例と同様にナノスケールの微小気泡が発生しやすくなるため、ノズル３Ａから噴射される液体の速度や流量を増加させる効果を持つことになる。
なお本実施例において、触媒３３およびヒータ３４が、本発明における低蒸気圧液体制御手段を構成する。
【００２５】
本実施例は以上のように構成され、ヒータ３４によって触媒３３を加熱して液体を蒸気圧の低い液体または気体に変化させることにより、第２の実施例と同様の原理により、ノズル３Ａの流路４０Ａを通過する液体の速度と流量を変化させることができるとともに、ノズル３Ａから噴射される液体の噴射形状や噴射量を変化させることができる。
触媒３３によって液体が変化する量を触媒の温度によって制御することが可能なため、液体の気体溶存量をヒータ３４への通電量を変化させることによって制御することが可能となる。
【００２６】
なお本実施例において、触媒３３をノズル部材３２Ａの流路の内壁に設置するものとしたが、必ずしもそこに設置する必要はなく、プランジャポンプ２Ｂとノズル３Ａの間のどこかにあれば良いので、例えばプランジャポンプ２Ｂとノズル３Ａをつなぐ配管５ｃの壁面に設置してもよい。
【００２７】
第１〜第３の実施例において説明した液体噴射装置１、１Ａ、１Ｂは、火花点火式直噴エンジンの燃焼室内に燃料油を噴射するインジェクタとして用いることができる。
図６に、火花点火式直噴エンジンの全体構成を示す。
火花点火式直噴エンジン５０は、燃焼室１３に燃料油を噴射する液体噴射装置１、１Ａまたは１Ｂからなるインジェクタ１０と、燃焼室１３に空気を送り込む吸気弁１４と、燃焼室１３内のガスを排出する排気弁１５と、燃焼室１３内のガスに火花点火を行う点火プラグ１６と、燃焼室１３内の爆発力によって移動するピストン１７を備える。
またピストン１７の燃焼室１３側の面には、キャビティ１８が設けられている。
【００２８】
火花点火式直噴エンジン５０はさらに、図示しないエアフローメータ、スロットル開度センサ、クランク角センサ、冷却水温度センサなどを備え、これらのセンサ類から入力される信号から火花点火式直噴エンジン５０の運転状態を判断するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１９を備える。
コントロールユニット１９は、各種のセンサ類から出力された信号を受け、火花点火式直噴エンジン５０の運転状態を判断し、それに適した燃料油の噴射量や、噴射角をインジェクタ１０へと出力する。
【００２９】
火花点火式直噴エンジン５０では、エンジンの出力が小さくてよい場合は、ピストン１７による圧縮工程中にインジェクタ１０から燃料油を噴射し、キャビティ１８に噴射燃料を当てる。
キャビティ１８に当たった燃料油は、そのくぼみに沿って移動し、結果として、点火プラグ１６の周辺に燃料油が集中することになる。
その後、点火プラグ１６に電圧をかけて、火花を飛ばし、燃料油が発火して、ピストン１７を押し下げる。このような、燃焼を成層燃焼と呼ぶ。
一方で、エンジンの出力を大きくしたい場合は、吸気工程中に燃料を噴射する。
噴射された燃料油は、吸気される空気と均質に混合され、圧縮工程の後に、点火プラグ１６によって引火される。このような燃焼を均質燃焼と呼ぶ。
【００３０】
成層燃焼に適した燃料油の噴射は、噴射角が狭く、貫通力のある噴射である。
コントロールユニット１９によって、火花点火式直噴エンジン５０の運転状態が成層燃焼であると判断された場合は、第１〜第３の実施例に記載の方法によって、液体（燃料油）中の気体溶存量を増加させない、あるいは蒸気圧の低い液体を生成しないようにする。
その結果、インジェクタ１０から噴射される燃料油の噴射角は狭く、貫通力が強いものとなり、成層燃焼に適した噴射が実現される。
【００３１】
一方で、均質燃焼に適した燃料油の噴射は、噴射角が広く、貫通力の弱い噴射である。
コントロールユニット１９によって、火花点火式直噴エンジン５０の運転状態が、均質燃焼であると判断された場合は、第１〜第３の実施例に記載の方法によって、液体（燃料油）中の気体溶存量を増加させる、あるいは蒸気圧の低い液体を生成する。
その結果、インジェクタ１０から噴射される燃料油の噴射角は広く、貫通力が弱くなり、吸気される空気と混合しやすい均質燃焼に適した噴射が実現される。
【００３２】
また、火花点火式直噴エンジン５０が十分に暖かくない運転状態の時、例えば冷間スタート時は、貫通力が弱く、吸入される空気と混合しやすい燃料油の噴射が要求される。
したがって、例えば冷却水温度センサからの信号によりコントロールユニット１９が火花点火式直噴エンジン５０の運転状態が冷間スタート時であると判断した場合は、第１〜第３の実施例に記載の方法によって、燃料油中の気体溶存量を増加させる、あるいは蒸気圧の低い液体を生成することにより、噴射角の広い燃料油の噴射を実現することができる。
なおここでは、第１〜第３の実施例における液体噴射装置１、１Ａ、１Ｂを火花点火式直噴エンジン５０のインジェクタ１０として用いた例を示したが、例えば冷間スタートの問題などはポート噴射式の他の内燃機関でも同様の問題が起こるため、インジェクタ１０を他の内燃機関に適用してもよい。
【００３３】
なお液体噴射装置１、１Ａ、１Ｂから噴射する液体はこれに限られるものではなく、例えばインクジェットプリンタのインクヘッド、放水器や農薬散布器に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施例における液体噴射装置を示す図である。
【図２】ノズルの詳細な構造を示す図である。
【図３】液体の流れを示す図である。
【図４】第２の実施例における液体噴射装置を示す図である。
【図５】第３の実施例における液体噴射装置を示す図である。
【図６】液体噴射装置を火花点火式直噴エンジンに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１Ａ、１Ｂ 液体噴射装置
２、２Ａ、２Ｂ プランジャポンプ
３、３Ａ ノズル
４ａ〜４ｅ 逆止弁
５ａ〜５ｅ 配管
６ 液体タンク
７、７Ａ 流量制御弁
１０ インジェクタ
１１ 主液体タンク
１２ 副液体タンク
１３ 燃焼室
１６ 点火プラグ
１７ ピストン
１８ キャビティ
１９ コントロールユニット
２０ プランジャ
２１ ポンプ筐体
２２ プランジャ室
３１、３１Ａ ノズル筐体
３２、３２Ａ ノズル部材
３３ 触媒
３４ ヒータ
４０、４０Ａ 流路
４１ 第１流路
４２ 第２流路
４３ 第３流路
５０ 火花点火式直噴エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズルと、前記液体を前記ノズルに圧送するポンプとを備えた液体噴射装置において、
前記液体中の気体溶存量を増減させる気体溶存量制御手段、または前記液体中に蒸気圧の低い液体を増減させる低蒸気圧液体制御手段のいずれかを備え、
前記ノズルは、該ノズルにおける前記液体が流れる流路の壁面が前記液体に対して濡れない材料によって構成されていることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記気体溶存量制御手段は、気体と前記液体とが混在した状態で加圧するものであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記ポンプによって吸入される気体の流量を制御する流量制御弁を備え、
前記気体溶存量制御手段は、前記流量制御弁によって流量が制御された気体を前記ポンプ内において前記液体とともに加圧するものであることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記低蒸気圧液体制御手段は、前記液体の一部を蒸気圧の低い液体に変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記低蒸気圧液体制御手段は、前記液体と反応する副液体を混合することによって蒸気圧の低い液体を生成することを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記低蒸気圧液体制御手段は、前記液体を蒸気圧の低い液体に変化させる触媒を備えることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記触媒は、前記ノズルにおいて前記液体が流れる流路の壁面に備えられていることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。
【請求項８】
前記触媒の近傍に、該触媒を加熱するヒータを備えたことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記ノズルにおいて前記液体が流れる流路は、少なくとも、最も液体噴射側となる第１流路と、該第１流路に液体を供給する第２流路とより構成され、
前記第２流路は、前記第１流路の軸心に対して偏心して接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の液体噴射装置。
【請求項１０】
燃焼室内に供給された液体燃料の燃焼によって運動エネルギーを発生させる内燃機関において、
前記燃焼室に前記液体燃料を供給する前記請求項１から９のいずれか１つに記載の液体噴射装置と、
前記液体噴射装置の気体溶存量制御手段、または低蒸気圧液体制御手段の制御を行い、前記燃焼室内の燃焼状態に応じて前記液体中の気体溶存量を増減させ、または前記液体中に蒸気圧の低い液体を増減させるコントロールユニットとを備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項１】
液体を噴射するノズルと、前記液体を前記ノズルに圧送するポンプとを備えた液体噴射装置において、
前記液体中の気体溶存量を増減させる気体溶存量制御手段、または前記液体中に蒸気圧の低い液体を増減させる低蒸気圧液体制御手段のいずれかを備え、
前記ノズルは、該ノズルにおける前記液体が流れる流路の壁面が前記液体に対して濡れない材料によって構成されていることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記気体溶存量制御手段は、気体と前記液体とが混在した状態で加圧するものであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記ポンプによって吸入される気体の流量を制御する流量制御弁を備え、
前記気体溶存量制御手段は、前記流量制御弁によって流量が制御された気体を前記ポンプ内において前記液体とともに加圧するものであることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記低蒸気圧液体制御手段は、前記液体の一部を蒸気圧の低い液体に変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記低蒸気圧液体制御手段は、前記液体と反応する副液体を混合することによって蒸気圧の低い液体を生成することを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記低蒸気圧液体制御手段は、前記液体を蒸気圧の低い液体に変化させる触媒を備えることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記触媒は、前記ノズルにおいて前記液体が流れる流路の壁面に備えられていることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。
【請求項８】
前記触媒の近傍に、該触媒を加熱するヒータを備えたことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記ノズルにおいて前記液体が流れる流路は、少なくとも、最も液体噴射側となる第１流路と、該第１流路に液体を供給する第２流路とより構成され、
前記第２流路は、前記第１流路の軸心に対して偏心して接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の液体噴射装置。
【請求項１０】
燃焼室内に供給された液体燃料の燃焼によって運動エネルギーを発生させる内燃機関において、
前記燃焼室に前記液体燃料を供給する前記請求項１から９のいずれか１つに記載の液体噴射装置と、
前記液体噴射装置の気体溶存量制御手段、または低蒸気圧液体制御手段の制御を行い、前記燃焼室内の燃焼状態に応じて前記液体中の気体溶存量を増減させ、または前記液体中に蒸気圧の低い液体を増減させるコントロールユニットとを備えることを特徴とする内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２４７４１８（Ｐ２００７−２４７４１８Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６７８９８（Ｐ２００６−６７８９８）
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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