JP2018131909A - インジェクタ縮流評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】様々なインジェクタの先端形状に対応して、噴孔毎の縮流の程度を決定することのできるインジェクタ縮流評価方法を提供すること。【解決手段】本発明のインジェクタ縮流評価方法は、ステップＳ１１において、インジェクタにより燃料を噴出した噴霧について、噴霧の流体断面における流速分布を計測し、ステップＳ１３において、流速分布の重心を算出し、ステップＳ１４において、所定の時間経過における重心の移動距離から縮流の程度を決定する。【選択図】図１
Description
本発明はインジェクタ縮流評価方法に関する。
近年、車両用エンジンにおいては、排出ガス低減や、燃焼性改善による燃費向上の研究開発が積極的に進められている。
この車両用エンジンでは、低速低負荷で成層燃焼を行う場合と、高速高負荷で均質燃焼を行う場合があるが、要求される噴霧仕様は異なる。また、燃焼室の形状、筒内空気流動や燃料噴射弁取り付け位置や方向が異なれば、燃料噴射弁の噴霧数を含めた噴霧形態への要求仕様は異なるものとなる。
そこで、噴霧形状が可変であり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上とを両立させたエンジンが検討されている。
例えば、特許文献１には、スイッチング噴孔により生成されるスイッチング噴霧の断面形状の変形が生じる場合と生じない場合とを場合分けすることが可能な閾値に基づいて、分割噴射の各噴射における噴射条件を設定することにより、噴霧形状が可変であり、噴霧の微粒化と、噴霧形状、噴霧方向、貫徹力、および噴射量分布の設計自由度の向上とを両立させた流体噴射弁およびこの流体噴射弁を用いた噴霧生成装置並びにエンジンが記載されている。
更に、この特許文献１では、非スイッチング噴孔とスイッチング噴孔との噴孔形状の違いによって、縮流のレベルや方向が変わることを利用することができること、及び縮流のレベルや方向を異ならせた場合、噴孔内での圧力損失（噴流速度）、噴流の断面積、断面形状、配置、および方向等を異ならせることができ、コアンダ効果が作用する隙間の閾値を変更することが可能となることも記載されている。
この縮流の程度を評価する方法として、例えば、ＬＩＦ（Laser Induced Fluorescence）を用いて、基準となる点からの等量比から求める方法が考えられる、また、インジェクタから噴射される複数の噴霧の重心位置と噴射方向とを、断面画像の輝度とノズルの空間位置を用いて測定する方法が考えられる。
しかしながら、これらの上述の方法では、複数の噴孔から噴射された噴霧全体の縮流の程度を定量的に表すことはできるものの、各噴孔の縮流の程度は表すことができないという問題、噴霧形状が非対称な形状である場合、噴霧の密度重心と形状の中心が一致しないので、縮流の程度は表すことができないという問題、噴霧の周囲に逆流する液滴、漂っている液滴もデータを含めてしまうことによる誤差が生じる問題等がある。
このように、様々なインジェクタの先端形状に対応して、噴孔毎の縮流の程度を決定することは困難であった。
一実施形態によれば、噴霧の流体断面における流速分布を計測し、流速分布の重心を算出し、所定の時間経過における重心の移動距離から縮流の程度を決定するようにした。
一実施形態によれば、様々なインジェクタの先端形状に対応して、噴孔毎の縮流の程度を決定することができる。
（本実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるインジェクタ縮流評価方法の行程を示すフローチャートである。まず、図１を用いて各工程の概略を説明し、その後、各工程の詳細について説明する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるインジェクタ縮流評価方法の行程を示すフローチャートである。まず、図１を用いて各工程の概略を説明し、その後、各工程の詳細について説明する。
ステップＳ１１において、インジェクタにより燃料を噴出した噴霧について、この噴霧の流体断面における流速分布を計測し、ステップＳ１２に進む。
次に、ステップＳ１２において、計測された流速のデータから、流速が正の値であるデータを抽出し、ステップＳ１３に進む。
次に、ステップＳ１３において、流速分布のデータから流速重心を算出し、この流速重心を形状中心とする。そしてステップＳ１４に進む。
次に、ステップＳ１４において、所定の時間経過における流速重心の移動距離から縮流の程度を決定する。
以上の手順により、縮流の程度を決定することができる。次に、各ステップの詳細について説明する。
まず、ステップＳ１１において、インジェクタにより燃料を噴出した噴霧について、この噴霧の流体断面における流速分布を計測するが、この流体断面は、噴霧の流れる方向にたいして垂直な断面である。そして、流体断面の二次元での流速分布を計測する。
噴霧の流体断面における流速分布を計測する具体的な方法として、例えば、位相ドップラー粒子計測システム(PDA:Phase Doppler Anemometer）を用いてもよい。位相ドップラー粒子計測システムはレーザー・ドップラー流速計を発展させたもので、位相ドップラー原理に基づく計測システムである。
２本の集束ビームを測定対象に照射する。２本の集束ビームの交点における粒子を測定する。この粒子は２本のレーザービームそれぞれから光を散乱し、光学干渉パターンを生じる。送光光学系の光軸に対して適切な角度を持って設置された受信光学系は、散乱光の一部を複数の検出器に投影する。そして、各検出器は光学信号を、その粒子の速度に比例した周波数のドップラー・バースト信号に変換する。複数の異なる検出器からのドップラー信号の位相シフトがその粒子の直径の測定値となる。また、粒子の速度は、どれか一つの検出器からの信号のドップラー周波数から計算される。
次に、ステップＳ１２において、計測された流速のデータから、流速が正の値であるデータを抽出する処理は、コンピュータやＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）を用いて行われる。表１は、流体断面のある一点における流速と時刻の関係の一例を示す表である。
表１では、基準時刻から０．１８１ｍｓ経過した後の噴霧の流速が負の値、−０．０１ｍ／ｓｅｃである。ステップＳ１２では、時刻が０．１８１ｍｓ、噴霧の流速が−０．０１ｍ／ｓｅｃデータは抽出しない。一方、０．５８２ｍｓ以降の噴霧の流速は正の値であるのでデータを抽出する。表１では０．５８２ｍｓ、０．６５５ｍｓ、０．７２５ｍｓ、０．８５６ｍｓ及び０．９０８ｍｓにおける噴霧の流速のデータが抽出される。表２は、表１のデータから流速が正の値であるデータを抽出した後のデータを示す表である。
次に、ステップＳ１３において、流速分布のデータから流速重心を算出し、この流速重心を形状中心とするコンピュータやＡＳＩＣを用いて行われる。例えば、流速重心を求める方法は、流速分布を質量分布とみなして、重心（すなわち質量中心）を求める方法を適用することが考えられる。
ここで、インジェクタが噴霧を噴出する例を示して、従来の問題点を解決する方法について説明する。
図２は、インジェクタが噴霧を噴出する一例の概略を示す断面図である。図２に示すようにインジェクタから噴出した噴霧は、インジェクタから離れるにつれてインジェクタのノズルの中心軸から広がるようになる。図２に示すインジェクタの噴霧について、流速ベクトルとして表したものを図３に示す。
図３は、噴霧の流速ベクトルの一例を示す概略図である。図３に示すように、インジェクタのノズルの中心軸では噴霧の流れが速く、中心軸から離れるほど、噴霧の流れが遅い。
ところで、インジェクタから噴出する噴霧は、インジェクタの先端形状により流速分布が異なる。図４は、インジェクタの一例を示す断面図である。図４に示すように、インジェクタの先端に円錐形状の構造物がある場合、噴霧は構造物のない周囲に広がるように噴出される。したがって、図４のインジェクタでは、図３に示す噴霧の流速ベクトルとはならない。
また、インジェクタの先端形状によっては、中心軸に非対称な噴霧となる場合もある。図５は、噴霧の密度分布の一例を示す概略図である。図５では、流れに対して垂直な面における噴霧の分布を示している。図５に示すように、領域５１の噴霧の密度が低く、領域５２の噴霧の密度が高い場合、形状中心５３と、密度重心５４が一致しない。
そこで、本実施の形態では、流速分布のデータから流速重心を算出し、この流速重心を形状中心とする。
図６及び図７は、噴霧の流速分布の一例を示す概略図である。図６及び図７において、図面に垂直な方向が噴霧の流れる方向である。図６及び図７では、噴霧の流速の大小を濃淡（ハッチングの密度）で示している。図６の状態から所定の時間が経過したものが、図７である。
ステップＳ１３では、図６及び図７の流速分布のデータから流速重心を算出し、この流速重心を形状中心とする。図８及び図９は、噴霧の流速重心の一例を示す概略図である。図８は、図６の流速分布から流速重心を求めた図である。図８において、流速重心は８１で示される。また、図９は、図７の流速分布から流速重心を求めた図である。図９において、流速重心は９１で示される。また、図９において、８１は、図８の流速重心を図９に同じ座標系で投影したものである。
ステップＳ１４では、所定の時間経過における重心の移動距離から縮流の程度を決定する。すなわち、図９において、流速重心８１から流速重心９１への移動距離を縮流の程度とする。ステップＳ１４もコンピュータやＡＳＩＣを用いて行われる。また、縮流の程度とは、縮流の度合いまたは比率として定義してもよい。
このように、本実施の形態のインジェクタ縮流評価方法によれば、噴霧の流体断面における流速分布を計測し、流速分布の重心を算出し、所定の時間経過における重心の移動距離から縮流の程度を決定することにより、様々なインジェクタの先端形状に対応して、噴孔毎の縮流の程度を決定することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、各工程での計算はコンピュータやＡＳＩＣ以外の処理装置を用いてもよい。
５１、５２ 領域
５３ 形状中心
５４ 密度重心
８１、９１ 流速重心
５３ 形状中心
５４ 密度重心
８１、９１ 流速重心
Claims (1)
- インジェクタにより燃料を噴出した噴霧について、前記噴霧の流体断面における流速分布を計測し、
前記流速分布の重心を算出し、
所定の時間経過における前記重心の移動距離から縮流の程度を決定するインジェクタ縮流評価方法。
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| JP2010090849A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 内燃機関とその吸気装置 |
| JP2012251548A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-20 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の燃料噴射装置 |
| JP2015161216A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 株式会社デンソー | 内燃機関の気流制御装置 |
| JP2015209772A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | 三菱電機株式会社 | 流体噴射弁およびこれを備えた噴霧生成装置並びにエンジン |
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