JP6688177B2

JP6688177B2 - インジェクタ評価装置

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Publication number: JP6688177B2
Application number: JP2016129667A
Authority: JP
Inventors: 智裕中山
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP2018004368A

Description

本発明は、エンジンのインジェクタを評価するインジェクタ評価装置に関する。

従来、エンジンのインジェクタの性能が適正範囲であるかを評価する方法が開発されている。例えば、特許文献１には、インジェクタの複数の噴口から噴射された燃料の噴霧がレーザシート光を通過する過程を連続的に撮像し、噴霧がレーザシート光によって可視化された画像を解析し、燃料の噴射方向を特定する技術が開示されている。

特開２０１１−２０３０６０号公報

インジェクタの性能を評価する基準としては、上記の噴射方向の他に、噴射された燃料の噴霧の到達距離の指標となるペネトレーションがある。ペネトレーションが適正範囲を超えると、例えば、直噴エンジンでは、筒内への燃料付着により排気ガスの成分の悪化や燃費低下を招くおそれがある。そのため、インジェクタのペネトレーションの精度を評価する技術の開発が希求される。

本発明は、上記の課題に鑑み、インジェクタのペネトレーションの精度を評価することが可能なインジェクタ評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインジェクタ評価装置は、インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザシート光を照射するシート照射部と、インジェクタからの燃料噴射後、第１の撮像タイミング、および、第１の撮像タイミングより後の第２の撮像タイミングで、レーザシート光を撮像する撮像部と、第１の撮像タイミングで撮像された第１画像において、インジェクタから噴射された燃料が検出されず、第２の撮像タイミングで撮像された第２画像において、インジェクタから噴射された燃料が検出されると、インジェクタのペネトレーションが適正範囲内であると判断する制御部と、を備えることを特徴とする。

インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザビーム光を照射するビーム照射部と、レーザビーム光を受光する受光部と、を備え、制御部は、撮像部の撮像結果に加えて、受光部が受光するレーザビーム光の強度の減衰タイミングによって、インジェクタのペネトレーションを評価してもよい。

本発明によれば、インジェクタのペネトレーションの精度を評価することができる。

インジェクタ評価装置の構成を示す図である。第１仮判定を説明するための図である。第２仮判定を説明するための図である。第１仮判定の流れを示すフローチャートである。第２仮判定の流れを示すフローチャートである。本判定処理の流れを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、インジェクタ評価装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、インジェクタ評価装置１００は、例えば車両に搭載されるエンジンのインジェクタＷの性能を評価するための装置である。具体的に、インジェクタ評価装置１００は、制御装置１１０（制御部）と、インジェクタドライバ１２０と、シート照射部１３０と、ビーム照射部１４０と、受光部１５０と、撮像部１６０とを含んで構成される。

制御装置１１０は、コンピュータ（マイコン、パソコン）などで構成され、インジェクタドライバ１２０、シート照射部１３０、ビーム照射部１４０、受光部１５０、撮像部１６０を制御する。

インジェクタドライバ１２０は、インジェクタＷへ電圧を印可する回路で構成され、インジェクタＷへ電圧を印可することでインジェクタＷを駆動させる。インジェクタＷには、昇圧された燃料が供給されており、インジェクタドライバ１２０によってインジェクタＷが駆動すると、インジェクタＷに形成された複数（例えば、６つ）の噴口から燃料が噴射（噴霧）される。

シート照射部１３０は、レーザシート光をパルス状に（ごく短時間）照射する。レーザシート光は、面状（ここでは扇状）のレーザ光である。シート照射部１３０は、インジェクタＷの燃料の噴射方向に交差する向き（例えば、直交する向き）にレーザシート光を照射する。レーザシート光の面方向は、インジェクタＷの燃料の噴射方向に交差する（例えば、直交する）。また、レーザシート光は、インジェクタＷの複数の噴口に対向する。そして、インジェクタＷの各噴口から噴射された燃料は、レーザシート光を通過する。

ビーム照射部１４０は、インジェクタＷの燃料の噴射方向に交差する向きにレーザビーム光を連続して照射する。レーザビーム光は、レーザシート光よりも照射範囲が狭く、大凡直線状のレーザ光である。ここでは、ビーム照射部１４０は、例えば、レーザシート光と平行にレーザビーム光を照射する。

受光部１５０は、ビーム照射部１４０と対向配置され、ビーム照射部１４０が照射したレーザビーム光を受光して、受光強度を示す信号を制御装置１１０に出力する。

撮像部１６０は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子を含んで構成され、インジェクタＷと対向配置される。具体的には、インジェクタＷと撮像部１６０の間に、レーザシート光が照射される位置関係となっている。

そして、撮像部１６０は、少なくとも輝度の情報が含まれる輝度画像（カラー画像やモノクロ画像）を生成し、制御装置１１０に出力する。撮像部１６０による撮像タイミングは、インジェクタＷからの燃料噴射後である第１の撮像タイミング、および、第１の撮像タイミングより後の第２の撮像タイミングが予め設定される。撮像部１６０は、制御装置１１０の制御信号により、第１の撮像タイミング、および、第２の撮像タイミングで、レーザシート光を撮像する。

ここで、制御装置１１０による制御の流れを説明する。まず、制御装置１１０は、ビーム照射部１４０にレーザビーム光の照射を開始させ、受光部１５０の受光強度を示す信号を連続受信する。この状態で、制御装置１１０は、インジェクタドライバ１２０に燃料噴射の制御信号を出力する。

インジェクタＷから燃料が噴射された後、制御装置１１０は、第１の撮像タイミング、および、第２の撮像タイミングで、シート照射部１３０にレーザシート光を照射させるとともに、第１の撮像タイミング、および、第２の撮像タイミングで、撮像部１６０にレーザシート光を撮像させる。すなわち、制御装置１１０は、シート照射部１３０および撮像部１６０を同期させ、レーザシート光の照射と撮像を２回実行させる。

第１の撮像タイミングは、ペネトレーションが適正範囲であれば、インジェクタＷから噴射された噴霧がレーザシート光まで到達しないタイミングに設定される。また、第２の撮像タイミングは、ペネトレーションが適正範囲であれば、インジェクタＷから噴射された噴霧がレーザシート光まで到達するタイミングに設定される。

そして、制御装置１１０は、２回の撮像タイミングで撮像された画像（以下、第１の撮像タイミングで撮像された画像を第１画像、第２の撮像タイミングで撮像された画像を第２画像という）、および、燃料噴射前後の受光部１５０の受光強度に基づいて、インジェクタＷのペネトレーションの精度を評価する。

以下、第１画像および第２画像による評価を第１仮判定、燃料噴射前後の受光部１５０の受光強度による評価を第２仮判定として、順次、説明する。

図２は、第１仮判定を説明するための図である。図２（ａ）には、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれる場合のパターンを示し、図２（ｂ）、（ｃ）には、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれない場合のパターンを示す。

上記のように、撮像部１６０が撮像するレーザシート光は、インジェクタＷの複数の噴口から噴射された燃料が通過する。そのため、撮像タイミングによっては、噴口ごとの噴射燃料がレーザシート光を散乱させることで噴霧部分の輝度が高くなり、噴霧が可視化された画像が生成されることとなる。

制御装置１１０は、第１画像１７０、第２画像１７２それぞれに対し、輝度が設定閾値以上である画素の輝度を１、輝度が設定閾値未満である画素の輝度を０とする２値化処理を行う。そして、制御装置１１０は、２値化された画像において、輝度が１となる画素が設定密度以上で分布する画素のグループを抽出する。抽出されたグループは、各噴口から噴射された燃料が可視化されたものである（以下、噴霧グループと称す。また、噴霧グループの集合を噴霧パターンと称す）。

例えば、図２（ａ）では、第１画像１７０からは噴霧グループが抽出されず、第２画像１７２から、白抜きの丸で示す６つの噴霧グループが抽出される。図２では、噴霧グループの形状が正円である例を挙げて説明するが、噴霧グループの形状は正円に限らず、レーザシート光を通過する噴霧の態様によって異なる。

図２（ａ）に示すように、第１画像１７０からは噴霧グループが抽出されず、第２画像１７２から全ての噴口の数（６つ）に対応する噴霧グループが抽出されると（換言すれば、所定の噴霧パターン（全ての噴口に対応する噴霧グループの集合からなる噴霧パターン）が抽出されると）、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断できる。

一方、例えば、図２（ｂ）に示すように、第１画像１７０で１つでも噴霧グループが検出されると、燃料噴射後、レーザシート光の位置まで噴霧が到達するタイミングが早過ぎる噴口があり、この噴口から噴射された燃料は、速度が速いためペネトレーションが長過ぎると判断できる。

また、図２（ｃ）に示すように、第２画像１７２から、全ての噴口の数（６つ）に満たない（ここでは５つの）噴霧グループしか抽出されないと（換言すれば、所定の噴霧パターンが抽出されないと）、燃料噴射後、レーザシート光の位置まで噴霧が到達するタイミングが遅過ぎる噴口があり、この噴口から噴射された燃料は、速度が遅いためペネトレーションが短か過ぎると判断できる。

言い換えれば、ペネトレーションが適正範囲であれば、第１画像１７０で噴霧グループが検出されず、第２画像１７２で全ての噴霧グループが検出されるように、第１の撮像タイミング、第２の撮像タイミングが設定されている。具体的に、第１の撮像タイミング、第２の撮像タイミングは、燃料圧力、燃料流量、インジェクタＷとレーザシート光との距離などに応じて設定される。

ここでは、すべての噴口の噴霧到達距離や噴霧速度を大凡等しく設定する場合について説明した。しかし、例えば、噴口によって噴霧到達距離や噴霧速度を意図的に異ならせることがある。この場合、第１画像１７０から第１の所定の噴霧パターンが抽出され、第２画像１７２から第２の所定の噴霧パターンが抽出されたとき、ペネトレーションが適正範囲であると判断してもよい。言い換えれば、ペネトレーションが適正範囲であれば、第１の所定の噴霧パターンが抽出され、第２画像１７２から第２の所定の噴霧パターンが抽出されるように、第１の撮像タイミング、第２の撮像タイミングが設定される。

図３は、第２仮判定を説明するための図であり、時間経過に対する受光部１５０の受光強度の推移を示す。図３中、時間Ｔａにおいて、燃料噴射が行われたものとする。時間Ｔａの後、レーザビーム光に燃料の噴霧が到達すると、受光部１５０の受光強度は、燃料の噴霧に遮られることで減衰する。この減衰タイミングに減衰適正範囲（図３中、ハッチングで示す時間Ｔｂ〜時間Ｔｃ）が設定される。

凡例１のように、減衰適正範囲よりも遅くなってから、受光強度の減衰が完了する場合、燃料の噴霧がレーザビーム光に到達するタイミングが遅過ぎる、すなわち、ペネトレーションが短過ぎると判断できる。

凡例３のように、減衰適正範囲よりも早く、受光強度の減衰が完了する場合、燃料の噴霧がレーザビーム光に到達するタイミングが早過ぎる、すなわち、ペネトレーションが長過ぎると判断できる。

一方、凡例２のように、減衰適正範囲において、受光強度の減衰が開始して完了する場合、燃料の噴霧がレーザビーム光に到達するタイミングが適切であって、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断できる。

すなわち、目標とするペネトレーションのとき、受光部１５０による受光強度の減衰タイミングを含むように、減衰適正範囲が設定されることとなる。

そして、制御装置１１０は、第１仮判定と第２仮判定の結果から、インジェクタＷのペネトレーションの精度を評価する本判定処理を行う。

具体的に、制御装置１１０は、第１仮判定および第２仮判定の双方で、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないと判断すると、そのインジェクタＷは、ペネトレーションが適正範囲に含まれないと判断し、その旨、制御装置１１０の表示部に表示させる。

また、制御装置１１０は、第１仮判定および第２仮判定の一方でも、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断すると、そのインジェクタＷは、ペネトレーションが適正範囲に含まれると判断し、その旨、制御装置１１０の表示部に表示させる。

また、制御装置１１０は、第１仮判定および第２仮判定の結果が一致しない場合、第１仮判定と第２仮判定のうち、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないと判断した処理に異常（例えば、故障など）が発生している旨、表示部に表示させる。第１仮判定と第２仮判定を併用することで、故障などを早期に検出することが可能となる。

図４は、第１仮判定の流れを示すフローチャートであり、図５は、第２仮判定の流れを示すフローチャートである。なお、第１仮判定と第２仮判定は、並行して実行される。図４、図５中、燃料噴射処理（Ｓ２００）は、同一の処理であり、第１仮判定と第２仮判定で合わせて１回実行される。ここでは、第１仮判定、第２仮判定の順に説明する。

（第１仮判定：Ｓ２００）
制御装置１１０からの制御信号により、インジェクタＷから燃料が噴射される。

（Ｓ２０２）
制御装置１１０は、第１の撮像タイミングとなったか否かを判断し、第１の撮像タイミングとなっていない場合、当該Ｓ２０２の処理を繰り返す。第１の撮像タイミングとなると、Ｓ２０４に処理を移す。

（Ｓ２０４）
制御装置１１０からの制御信号により、シート照射部１３０がレーザシート光を照射し、撮像部１６０がレーザシート光を撮像して第１画像１７０を生成する。

（Ｓ２０６）
制御装置１１０は、第２の撮像タイミングとなったか否かを判断し、第２の撮像タイミングとなっていない場合、当該Ｓ２０６の処理を繰り返す。第２の撮像タイミングとなると、Ｓ２０８に処理を移す。

（Ｓ２０８）
制御装置１１０からの制御信号により、シート照射部１３０がレーザシート光を照射し、撮像部１６０がレーザシート光を撮像して第２画像１７２を生成する。

（Ｓ２１０）
制御装置１１０は、第１画像１７０および第２画像１７２から噴霧グループを検出するための画像処理（噴霧検出処理）を行う。

（Ｓ２１２）
制御装置１１０は、第１画像１７０に噴霧グループが１つも検出されないか否かを判定する。噴霧グループが１つも検出されない場合、Ｓ２１４に処理を移し、噴霧グループが１つ以上検出される場合、Ｓ２１８に処理を移す。

（Ｓ２１４）
制御装置１１０は、第２画像１７２に噴霧グループが全て（例えば６つ）検出されるか否かを判定する。噴霧グループが全て検出される場合、Ｓ２１６に処理を移し、噴霧グループが全て検出されない場合、Ｓ２１８に処理を移す。

（Ｓ２１６）
制御装置１１０は、第１仮判定では、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれるとする（適正）。

（Ｓ２１８）
制御装置１１０は、第１仮判定では、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないとする（不適正）。

（第２仮判定：Ｓ２５０）
制御装置１１０の制御により、ビーム照射部１４０は、レーザビーム光の照射を開始する。

（Ｓ２５２）
受光部１５０は、レーザビーム光を受光し、受光強度を示す信号の制御装置１１０への送信を開始する。制御装置１１０は、受光強度を示す信号を受信すると、受光強度の記録を開始する。

（Ｓ２００）
制御装置１１０からの制御信号により、インジェクタＷから燃料が噴射される。

（Ｓ２５４）
制御装置１１０は、記録した受光強度の変化から、受光強度の減衰の開始および完了を検出する処理を行う。

（Ｓ２５６）
制御装置１１０は、受光強度の減衰の完了を検出すると、レーザビーム光の照射を停止させる停止処理を行う。

（Ｓ２５８）
制御装置１１０は、検出した受光強度の減衰タイミング（減衰の開始および完了のタイミング）が減衰適正範囲に含まれるか否かを判定する。減衰タイミングが減衰適正範囲に含まれる場合、Ｓ２６０に処理を移し、減衰タイミングが減衰適正範囲に含まれない場合、Ｓ２６２に処理を移す。

（Ｓ２６０）
制御装置１１０は、第２仮判定では、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれるとする（適正）。

（Ｓ２６２）
制御装置１１０は、第２仮判定では、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないとする（不適正）。

続いて、第１仮判定と第２仮判定の結果から、インジェクタＷのペネトレーションの精度を評価する本判定処理の流れを説明する。

図６は、本判定処理の流れを示すフローチャートである。

（Ｓ３００）
制御装置１１０は、第１仮判定と第２仮判定の結果が共に不適正であるか否かを判定する。第１仮判定と第２仮判定の結果が共に不適正である場合、Ｓ３０２に処理を移し、第１仮判定と第２仮判定の少なくとも一方の結果が適正である場合、Ｓ３０４に処理を移す。

（Ｓ３０２）
制御装置１１０は、検査したインジェクタＷは、ペネトレーションが適正範囲に含まれないと判断し、その旨、制御装置１１０の表示部に表示させ、当該本判定処理を終了する。

（Ｓ３０４）
制御装置１１０は、検査したインジェクタＷは、ペネトレーションが適正範囲に含まれると判断し、その旨、制御装置１１０の表示部に表示させる。

（Ｓ３０６）
制御装置１１０は、第１仮判定と第２仮判定の結果が共に適正であるか否かを判定する。第１仮判定と第２仮判定の結果が共に適正である場合、当該本判定処理を終了する。第１仮判定と第２仮判定の一方の結果が不適正である場合、Ｓ３０８に処理を移す。

（Ｓ３０８）
制御装置１１０は、第１仮判定の結果が不適正であるか否かを判定する。第１仮判定の結果が不適正である場合、Ｓ３１０に処理を移し、第１仮判定の結果が不適正でない場合、Ｓ３１２に処理を移す。

（Ｓ３１０）
制御装置１１０は、第１仮判定に異常（例えば、故障など）が発生している旨、表示部に表示させ、当該本判定処理を終了する。

（Ｓ３１２）
制御装置１１０は、第２仮判定に異常が発生している旨、表示部に表示させ、当該本判定処理を終了する。

このように、本実施形態のインジェクタ評価装置１００によれば、インジェクタＷのペネトレーションの精度を評価することが可能となる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態では、第１仮判定と第２仮判定の結果が、少なくとも一方でも適正である場合に、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断する場合について説明した。しかし、例えば、第１仮判定と第２仮判定の結果が、双方共に適正である場合のみ、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断してもよい。

また、第２仮判定は、必須の処理ではなく、インジェクタ評価装置１００は、第１仮判定のみを行って、第１仮判定の結果が適正であれば、インジェクタＷのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断してもよい。

また、上述した実施形態では、受光部１５０は、ビーム照射部１４０から照射されたレーザビーム光を受光する場合について説明したが、シート照射部１３０から照射されたレーザシート光をレーザビーム光として受光してもよい。この場合、ビーム照射部１４０の設置が不要となる。

また、上述した実施形態では、撮像部１６０は、インジェクタＷと対向配置する場合について説明したが、撮像部１６０は、レーザシート光で可視化された燃料の噴霧を撮像できれば、どこに配置されてもよい。

また、上述した実施形態では、シート照射部１３０は、第１の撮像タイミングおよび第２の撮像タイミングでレーザシート光をパルス状に（ごく短時間）照射する場合について説明した。しかし、シート照射部１３０は、第１の撮像タイミングおよび第２の撮像タイミングを含む所定期間、継続的にレーザシート光を照射し続けてもよい。

本発明は、エンジンのインジェクタを評価するインジェクタ評価装置に利用できる。

Ｗインジェクタ
１００インジェクタ評価装置
１１０制御装置（制御部）
１３０シート照射部
１４０ビーム照射部
１５０受光部
１６０撮像部
１７０第１画像
１７２第２画像

Claims

インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザシート光を照射するシート照射部と、
前記インジェクタからの燃料噴射後、第１の撮像タイミング、および、該第１の撮像タイミングより後の第２の撮像タイミングで、前記レーザシート光を撮像する撮像部と、
前記第１の撮像タイミングで撮像された第１画像において、前記インジェクタから噴射された燃料が検出されず、前記第２の撮像タイミングで撮像された第２画像において、該インジェクタから噴射された燃料が検出されると、該インジェクタのペネトレーションが適正範囲内であると判断する制御部と、
を備えることを特徴とするインジェクタ評価装置。
前記インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザビーム光を照射するビーム照射部と、
前記レーザビーム光を受光する受光部と、
を備え、
前記制御部は、前記撮像部の撮像結果に加えて、前記受光部が受光する前記レーザビーム光の強度の減衰タイミングによって、前記インジェクタのペネトレーションを評価することを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ評価装置。