JP5918683B2 - 噴射計測装置 - Google Patents
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Description
図1aに本実施形態に係る噴射計測装置の構成を示す。
図示するように、噴射計測装置は、燃料で満たされた密閉容器1、密閉容器1内に燃料を噴射するインジェクションノズル2、インジェクションノズル2に噴射する燃料を供給するインジェクションポンプ3、密閉容器1内の燃料の温度を検出する1つまたは複数の温度センサ4、密閉容器1内の燃料の圧力を検出する1つまたは複数の圧力センサ5、密閉容器1から外部への燃料排出路を開閉する排出バルブ6、排出バルブ6に連結され排出バルブ6が開状態にある期間中、密閉容器1内の燃料の圧力が規定背圧Pとなるまで密閉容器1内の燃料を排出するリリーフバルブ7、リリーフバルブ7によって密閉容器1から外部に排出された燃料量を計測する流量計8、測定制御装置9とを備えている。複数の圧力センサ5を使用する場合は、測定レンジの異なる圧力センサを使用することが好ましい。
ここで、このような噴射計測装置の、燃料の噴射量と噴射率の測定原理について、図1bを用いて示す。
噴射計測装置の測定原理は、Zeuchの方法と呼ばれるものであり、燃料を満たした密閉容器1中に燃料を噴射したときに、その噴射量に比例して容器内圧力が上昇することを利用して噴射量や噴射率を求めるものである。
すなわち、今、図1bのように、容積V0 の容器内に燃料を容積Vだけ噴射したときの密閉容器1内の液体の圧力上昇Pzは、kを液体の体積弾性係数とすると式(i)で表される。
Pz =(kV)/V0 …(i)
よって、噴射量Vは、式(ii)で表わされる。
V=(Pz×V0 )/k …(ii)
また、時間をtとすると、式(ii)を時間微分することにより、燃料噴射率dV/dtが式(iii)で求められる。
dV/dt=(V0 /k)dPz /dt …(iii)
よって、以上の式(ii)、(iii)から、燃料の噴射量と噴射率の両方が求められることになる。
以下、このような噴射計測装置の計測動作について説明する。
いま、予め、体積弾性係数kの関数として、燃料の温度Tと圧力pの所定の関数h(T,p)が既知であるものとする。また、実際の計測においては、校正係数をmとして、k=m×h(T,p)によって校正して体積弾性係数kを用いるものとする。
そして、測定制御装置9のシーケンス制御部91は計測時に各部の以下の動作を制御する。
1(初期化処理):測定部92は、校正係数m=1を設定する。
2(測定処理):
(1)、測定部92は温度センサ4が検出している密閉容器1内の燃料の温度Tと圧力センサ5が検出している密閉容器1内の燃料の圧力pを取得し、m×h(T,p)によって、現在の体積弾性係数kを設定後、インジェクションポンプ3を駆動し、インジェクションノズル2から密閉容器1内に燃料を噴射させる。
(3)、測定部92は燃料噴射中に取得した圧力変化から、上記式(ii)、(iii)に従って、燃料の噴射量Vと、噴射率dV/dtを算出する。
(4)、排出バルブ6を所定期間開き、密閉容器1内の圧力を規定背圧Pに復帰すると共に、測定部92は密閉容器1内の燃料の温度Tと、流量計8により計測された密閉容器1から外部に排出された燃料量EVと流量計8内を流れる燃料の温度Tfを取得する。
(5)、(2)から(4)をn(nは1以上の整数)回繰り返す。
3(校正処理):2(測定処理)においてn回の(3)で算出した噴射量Vの総量TVと、2(測定処理)においてn回の(4)で算出された燃料量EVの燃料温度Tに換算した総量TEVの誤差が解消されるように体積弾性係数kの校正係数mを設定する。すなわち、例えば、m=TV/TEVによって、体積弾性係数kの校正係数mを設定する。
以上、噴射計測装置の計測動作について説明した。
次に、本実施形態に係る密閉容器1の詳細について説明する。
まず、本実施形態に係る密閉容器1の第1の実施例について説明する。
図2aは、第1実施例に係る密閉容器1の断面を模式的に表した図であり、図示するように、密閉容器1は、球形状の内部空間11と、内部空間11に連結する導入路12と、内部空間11に連結する排出流路13とが設けられており、内部空間11、排出流路13、導入路12には、燃料が満たされている。
ここで、導入路12の内部空間11の反対側端は、インジェクションノズル2が固定され、燃料が、インジェクションノズル2から導入路12を通過して内部空間11の球形状の中心に向けて噴射される。また、排出流路13には、上述した排出バルブ6が連結されている。
図2bは、第2実施例に係る密閉容器1の断面を模式的に表したものであり、この例では、インジェクションノズル2が上部に挿入される導入路12の側壁の形状を、上部における方向がインジェクションノズル2の軸方向となり、内部空間11との接続点における方向が内部空間11の球形状の接線方向となるように設定した緩和曲線121のインジェクションノズル2の軸廻りの回転体となる形状、すなわち、インジェクションノズル2の軸を通る垂直な面による断面端の形状が緩和曲線121となる形状としたものである。緩和曲線としてはクロソイド曲線などが使用できる。
図3aは、第3実施例に係る密閉容器1の断面を模式的に表したものであり、この例では、導入路12を無くして、インジェクションノズル2の先端(噴射口)が、内部空間11の球形状の周面上に位置するように、すなわち、インジェクションノズル2の先端が、内部空間11の球形状の周面の一部を形成するように、インジェクションノズル2を密閉容器1に固定するようにしたものである。
図3bは、第4実施例に係る密閉容器1の断面を模式的に表したものであり、この例では、導入路12を無くして、インジェクションノズル2の先端(噴射口)が、内部空間11の球形状の内側に僅かに突出するように、インジェクションノズル2を密閉容器1に固定するようにしたものである。
まず、体積弾性係数は圧力により僅かに変化するため、密閉容器1の容積を過度に小さくすると燃料噴射による圧力上昇により、噴射期間中の体積弾性係数を一定とみなせなくなるほどに大きく変化してしまう。一方、密閉容器1の容積を過度に大きくすると、燃料噴射による圧力上昇が小さくなるため測定感度が低下することとなる。よって、密閉容器1の容積は、以上を勘案して最適化した一定の容積である必要がある。
図4aは、比較例であり、密閉容器1を、図6bに示すように円筒の両底面を外向きの円錐形状に置き換えた形状を有する内部空間11を備えたものとした場合に計測された燃料噴射率信号を表している。ここで、図4aのa1はカットオフ周波数2kHzのローパスフィルタで高域成分を除去した後の燃料噴射率信号波形を、a2はカットオフ周波数4kHzのローパスフィルタで高域成分を除去した後の燃料噴射率信号波形を、a3はカットオフ周波数8kHzのローパスフィルタで高域成分を除去した後の燃料噴射率信号波形を表している。
図4に示すように、図4aの比較例では、ローパスフィルタのカットオフ周波数を2kHzまで下げないと、キャビテーションを起振力とする衝撃波による成分を除去しきれないが、図4b、cの内部空間11を球形状とした密閉容器1によれば、4kHzカットオフ周波数のローパスフィルタで、キャビテーションを起振力とする衝撃波による成分をほぼ除去できていることが分かる。よって、この例によれば、比較例では、カットオフ周波数2kHzのローパスフィルタを用いてキャビテーションを起振力とする衝撃波による成分を除去する必要があるために、本来の燃料噴射率信号の0-2kHzまでの成分しか計測することができなくなるが、内部空間11を球形状とした密閉容器1によれば、4kHzカットオフ周波数のローパスフィルタを用いれば、キャビテーションを起振力とする衝撃波による成分を除去することができ、結果、本来の燃料噴射率信号の0-4kHzまでの成分を得ることができることとなる。
Claims (2)
- 球形状の内部空間に燃料を充填した密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間へ燃料を噴射するインジェクションノズルと、
前記インジェクションノズルからの燃料の噴射による前記密閉容器の内部空間の燃料の圧力変化を測定し、測定した圧力変化と前記燃料の体積弾性係数より、燃料の噴射率を計測する計測部とを備え、
前記密閉容器は、前記インジェクションノズルから噴射された燃料の前記密閉容器の前記内部空間への通路となる導入路を囲む内壁である導入路内壁と、前記球形状の内部空間を囲む、前記インジェクションから噴射された燃料を前記内部空間内に受け入れるための開口である燃料受入用開口を備えた球形状の内壁である密閉容器内壁とを有し、
前記インジェクションノズルの軸を含む平面上に設定した、前記インジェクションノズルの軸から離間した位置にある緩和曲線の、インジェクションノズルの軸廻りの回転体の形状に等しい、前記緩和曲線の始点の回転体を周縁とする第1開口と前記緩和曲線の終点の回転体を周縁とする第2開口との二つの開口を有する形状を、前記導入路内壁は有し、
前記導入路内壁の前記第1開口には前記インジェクションノズルの噴射口側端部が挿入されており、前記導入路内壁の前記第2開口の周縁は、前記密閉容器内壁の前記燃料受入用開口の周縁に連結しており、
前記緩和曲線の前記始点における前記緩和曲線の方向は、前記インジェクションノズルの軸方向となっており、前記緩和曲線の前記終点における前記緩和曲線の方向は、前記導入路内壁の第2開口の周縁と前記密閉容器内壁の燃料受入用開口の周縁との連結点における前記導入路内壁の方向が、当該連結点における前記密閉容器内壁の接線方向となる方向であることを特徴とする噴射計測装置。 - 請求項1記載の噴射計測装置であって、
前記緩和曲線は、クロソイド曲線であることを特徴とする噴射計測装置。
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