JP3422650B2 - 噴霧分布計測装置及び計測方法 - Google Patents

噴霧分布計測装置及び計測方法

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JP3422650B2 JP10148597A JP10148597A JP3422650B2 JP 3422650 B2 JP3422650 B2 JP 3422650B2 JP 10148597 A JP10148597 A JP 10148597A JP 10148597 A JP10148597 A JP 10148597A JP 3422650 B2 JP3422650 B2 JP 3422650B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の燃料
噴射装置に使用される燃料噴射ノズルの噴射特性を測定
する噴霧分布計測装置とその計測方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関に使用される燃料噴射ノズルの
噴霧分布は内燃機関の性能や排出物に大きく影響を与え
る因子であり、その計測にも各種の方法が採られてき
た。図９及び図１０は従来の計測装置及び方法の一例で
あり、図９は計測装置の構成図、また、図１０は計測方
法の説明図である。図において、１は計測対象となる噴
射ノズル、２は噴射ノズル１を任意の開弁時間、周波
数、噴射回数にて駆動するノズル駆動回路、３は噴射ノ
ズル１の下方の規定された位置に設置され、それぞれが
独立した所定の形状になるよう複数個に仕切られた受け
皿、４は上面に噴射ノズル１が気密的に取り付けられ、
下部に受け皿３を収納して内部圧力を任意に可変できる
チャンバである。
【０００３】このように構成された従来装置において噴
霧分布を計測するに当たり、ノズル駆動回路２は所定の
開弁時間と噴射回数にて噴射ノズル１を駆動し、噴射ノ
ズル１から噴射された試験液は霧状となって複数個の領
域に仕切られた受け皿３の各領域上に落下し、各受け皿
３に捕集されて蓄えられる。噴射完了後、受け皿３をチ
ャンバ４より取り出し、図１０に示すように例えばメス
シリンダのような容積計量器５により各受け皿３の各領
域に蓄えられた試験液を計量することにより噴霧分布が
計測される。チャンバ４は微粒状の噴霧試験液を外部の
空気の流れから隔離して試験の精度を向上させると共
に、必要に応じて内部の圧力を変え、正圧や負圧の下に
て試験ができるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】噴霧分布の計測におい
て、計測精度を向上するためには受け皿３の仕切数を多
くし、単位当たりの仕切面積を縮小する必要があるが、
上記のような従来の計測方法では仕切数の増加は測定時
間の増加につながり、また、測定の度毎に受け皿３をチ
ャンバ４から取り出す必要上、大気圧条件下以外の測定
では測定の都度チャンバを開放するために内部圧力を大
気圧に戻し、次の計測時に再び設定し直す必要があるな
ど極めて非能率なものであるばかりでなく、試験液を容
積計量器に移し替えるときに誤差が生じやすく試験精度
にも問題があった。
【０００５】また、以上の容積計量法の他にＳＡＥｐａ
ｐｅｒ．９６０１０８には、チャンバ内に上端が開口し
た有底管を多数配列し、その上部から噴射ノズルによる
試験液の噴霧を行い、それぞれの有底管の重量変化をア
クチュエータに取り付けた複数のロードセルにより自動
計測し、この値をコンピュータに入力して噴霧分布を計
測する手法が開示されている。この手法においては測定
精度は向上するが、高い密度で配列された有底管全数を
同時に測定することはできず、ロードセルを取り付けた
アクチュエータを定められた順序に従ってＸ．Ｙ．Ｚの
３方向に移動させながら計測するので、測定時間の短縮
には限界があり、また、大がかりなアクチュエータをチ
ャンバ内に収納できないことによる測定毎のチャンバの
開放と気圧の再設定は避けられないものであった。
【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであって、受け皿の仕切数を多くし
ても短時間で噴霧分布の計測ができ、測定誤差の少ない
高精度な計測が可能であるばかりでなく、チャンバ内を
大気圧以外の圧力に設定して計測するときも連続計測が
可能な噴霧分布計測装置を得ることを目的とするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる噴霧分
布計測装置は、計測対象となる噴射ノズルと、噴射ノズ
ルの下方に配列された複数個の領域に仕切られた受け皿
と、受け皿の各領域から下方にほぼ垂直に設置され上端
が受け皿の底に開口する計測管と、各計測管それぞれの
下端に設置され計測管内のヘッド圧を計測する感圧セン
サと、感圧センサに加わる圧力と初期圧との差を算出す
る制御器とを備え、計測管が上部計測管と下部計測管と
に分割され、受け皿と上部計測管とが一体化されて前記
下部計測管との分離が可能なように構成したものであ
る。
【０００８】また、計測管を上部計測管と下部計測管と
に分割し、受け皿と上部計測管とを一体化して移動可能
にチャンバ内に収容すると共に、チャンバの下方外部か
ら挿入された下部計測管と上部計測管との分離と接合を
操作する駆動装置を備え、駆動装置を外部から操作する
ことにより、チャンバ内を大気圧以外の圧力として噴霧
分布を計測するとき、その圧力を保持した状態で繰り返
し連続計測することを可能にしたものである。また、チ
ャンバに試験液排出用のドレインバルブを備えることに
より、チャンバ内の圧力を保持した状態での連続計測回
数をほぼ無制限にまで延長せしめたものである。さらに
また、チャンバ内の圧力を背圧として感圧センサに加え
ることにより、大気圧条件外での測定精度の向上を図っ
たのもである。
【０００９】この発明による噴霧分布計測方法は、所定
の面積を有する複数個の領域に仕切られた受け皿の各領
域の下方に垂直に所定の断面積を有する計測管を配置
し、各計測管の下端に計測管内の圧力を検知する感圧セ
ンサを設けると共に、計測管を受け皿と一体化された上
部計測管と下部計測管とに分離が可能なようにし、上部
計測管と下部計測管とを分離して計測管内圧力を初期化
した後、両者を接合して噴射ノズルから噴射を行い、計
測管内の圧力と初期値との差により噴霧分布を計測する
ものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１の構成
を示し、図２ないし図４は受け皿の構成例を示すもの
で、図中上記従来例と同一部分には同一符号を付してい
る。図において、１は計測対象となる噴射ノズル、２は
噴射ノズル１を任意の開弁時間、周波数、噴射回数にて
駆動するノズル駆動回路、３は噴射ノズル１の下方の規
定された位置に設置され、それぞれが独立した複数個の
所定の形状と面積に仕切られた受け皿で、受け皿３のそ
れぞれの底面にはほぼ垂直方向に計測管６が設けられ、
計測管６のそれぞれは受け皿３の底面に開口すると共
に、それぞれの下端には感圧センサ７が取り付けられて
いる。図１の実施の形態１では受け皿３の底面は計測管
６の開口端に向かって傾斜し、計測管６はそれぞれ同一
断面積に構成されている。８は試験液をタンク９より吸
い上げ、加圧して噴射ノズル１に供給する加圧ポンプ、
１０は信号をノズル駆動回路２に与えノズル駆動回路２
を動作せしめると共に、各感圧センサ７からの入力によ
り各計測管６毎の試験液量を算出する制御器である。ま
た、受け皿３は、噴射ノズルの下方に対称に仕切られる
のが良く、例えば図２ないし図４のように仕切られる。
【００１１】以上のように構成されたこの発明の実施の
形態１による噴霧分布計測装置において、噴射ノズル１
の噴霧分布特性を計測するとき、各感圧センサ７内に適
量の試験液を充填し、制御器１０はそのときの各感圧セ
ンサ７の出力を初期値として読み込む。初期値の読み込
みが完了すると制御器１０はノズル駆動回路２に信号を
与え、噴射ノズル１は所定のパターンで試験液噴霧を行
う。噴霧された試験液は霧状となって受け皿３の各領域
に捕集され、各計測管６に流れ込み各計測管６の中に受
け皿３の各領域の捕集量に比例した高さに蓄積される。
各感圧センサ７はこれらの高さをヘッド圧として感知し
て出力し、制御器１０は各感圧センサ７の出力と初期値
との差、及び、受け皿３の各領域の面積から受け皿３の
各領域毎の単位面積当たりの捕集量を算出し、その分布
を出力する。このようにこの発明の実施の形態１の噴霧
分布計測装置では、制御器１０が各感圧センサ７毎の測
定値と初期値との差により一括して噴霧分布を算出する
ので、高精度でしかも短時間で測定することができ、受
け皿３の仕切を目的に見合った形状とすることにより効
率よく分布特性の計測ができるものである。
【００１２】実施の形態２．図５及び図６は、この発明
の実施の形態２の噴霧分布計測装置を示すもので、図５
はその構成図、図６は動作説明図である。この実施の形
態においては、各計測管６は上部計測管６ａと下部計測
管６ｂとに分割され、上部計測管６ａは受け皿３と一体
的に移動可能にチャンバ４に収納され、感圧センサ７を
下端に有する下部計測管６ｂはチャンバ４の下方外部か
ら挿入されてチャンバ４内において保持具１２により保
持固定されると共に、上部計測管６ａと受け皿３とはチ
ャンバ４内に設置されて外部から制御器１０の信号を受
ける駆動装置１１により上下に駆動されるように構成さ
れている。図５は上部計測管６ａと受け皿３とが下方に
駆動された状態を示し、上部計測管６ａと下部計測管６
ｂとが接合されており、図６は上方に駆動された状態
で、上部計測管６ａと下部計測管６ｂとは保持具１２の
上面で分離するように構成されている。なお、１３はチ
ャンバ４内の試験液を排出するためのドレインバルブ、
１４は計測管６内の液面を計測する液面レベルセンサ、
１は上記従来装置同様、チャンバ４の上面に取り付けら
れた計測対象の噴射ノズルである。
【００１３】このように構成されたこの発明の実施の形
態２の噴霧分布計測装置における計測は、制御器１０の
信号により、まず、試験液を下部計測管６ｂの上面まで
満たすことにより初期化が行われ、上部計測管６ａが下
降して下部計測管６ｂと接合し、制御器２がこれを初期
値として読みとった上、噴射ノズル１より噴霧が行わ
れ、実施の形態１と同様の計測が行われる。第一回目の
計測後、制御器１０より駆動装置１１に信号が送られ、
駆動装置１１が受け皿３と上部計測管６ａを一時的に図
６のように上方に移動させ、上部計測管６ａ内の試験液
を排出することにより再度初期化が行われ、第二回目の
計測の準備が完了する。このように、チャンバ４を開放
することなく連続した計測が可能になり、さらに、上部
計測管６ａから排出された試験液はチャンバ４内に蓄え
られ、一定量になるとドレインバルブ１３が開いて外部
に排出される。
【００１４】実施の形態３．図７は、この発明の実施の
形態３の噴霧分布計測装置の構成を示し、図８は、その
動作フローチャートである。実施の形態３では、図７に
示すように、実施の形態２と同様、噴射ノズル１を上部
に有するチャンバ４内に、受け皿３と上部計測管６ａと
これらを上下に移動せしめる駆動装置１１が収納され、
チャンバ４の底部には下方外部から挿入され下端に感圧
センサ７を有する下部計測管６ｂを保持固定する保持具
１２が設けられ、チャンバ４にはドレインバルブ１３と
液面レベルセンサ１４が設けられている。さらに、実施
の形態３においては、チャンバ４内に正、または、負の
圧力を供給する圧力源１５と、これを制御するバルブ１
６と、チャンバ４内と大気圧との間を開閉するバルブ１
７と、チャンバ４内の圧力を検出する圧力検出センサ１
８と、チャンバ４内の圧力を基準圧として感圧センサ７
に導く基準圧通路１９とが設けられ、バルブ１６及び１
７は圧力検出センサ１８の出力を受ける制御器１０によ
り制御され、チャンバ４内の圧力を一定に保つように構
成されている。
【００１５】以上のように構成された実施の形態３の噴
霧分布計測装置は、大気圧以外の低圧もしくは高圧の条
件下において、噴霧分布の計測を高精度及び高能率で実
施することを可能にするものである。圧力源１５は、チ
ャンバ４内を高圧にするときは例えば窒素ガス供給源か
らなり、低圧にするときは真空ポンプが使用され、実施
の形態２と同様にチャンバ４内にて上部計測管６ａの試
験液を排出して初期化ができるので、それぞれの圧力の
条件下で連続して計測することができ、また、チャンバ
４内の圧力が感圧センサ７の背圧として供給されるので
大気圧のときと同様に高精度の計測が可能になるもので
ある。ここで、実施の形態３による噴霧分布計測装置の
動作を図７の構成図と図８のフローチャートにて説明す
ると次のようになる。
【００１６】まず、制御器１０は液面レベルセンサ１４
により計測管６の液面レベルの適正の良否をチェックし
（ステップ１０１）、否であれば試験液を補充して液面
を保持具１２の上端面に安定させる（ステップ１０
２）。次に圧力検知センサ１８の出力によりバルブ１６
及び１７を開閉し、チャンバ内の圧力を目標値に設定し
て目標値に達すればバルブ１６及び１７を閉鎖する（ス
テップ１０３〜１０６）。引き続き、駆動装置１１によ
り受け皿３と上部計測管６ａとを降下させ、上部計測管
６ａと下部計測管６ｂとを接合させる（ステップ１０
７）。計測に先立ち、精度を向上するために慣らし噴霧
を実施する（ステップ１０８）。慣らし噴霧後、駆動装
置１１により上部計測管６ａを下部計測管６ｂから分離
し（ステップ１０９）、上部計測管６ａから試験液が完
全に排出されるまで一定時間保持する（ステップ１１
０）。試験液排出後、上部計測管６ａを再び下部計測管
６ｂに接合し（ステップ１１１）、一定時間液面を安定
させる（ステップ１１２）。
【００１７】以上で初期化が完了し、制御器１０は各感
圧センサ７の初期値の読みとりを行う（ステップ１１
３）。読みとり完了後、制御器１０はノズル駆動回路２
を駆動し（ステップ１１４）、開弁時間を設定するパル
スを所定開弁回数噴射ノズル１に送り噴霧させ（ステッ
プ１１５）、上部計測管６ａ内に集積された試験液の液
面が安定するのを待つ（ステップ１１６）。液面安定
後、制御器１０は各感圧センサ７の出力である計測管６
のヘッド圧を読みとり（ステップ１１７）、各計測管６
毎のヘッド圧と初期値との差、及び、受け皿３の面積な
どからデータ処理して各計測管６毎の噴霧量を算出し、
噴霧分布をグラフまたはパターンあるいは数値により表
示する（ステップ１１８）。第一回の計測が完了する
と、駆動装置１１により上部計測管６ａを下部計測管６
ｂから分離して試験液を排出し（ステップ１１９）、再
度初期化の上、第二回の計測のためステップ１０７に戻
る（ステップ１２０）。計測が完了すればチャンバ４内
の圧力を大気圧に戻し（ステップ１２１）、全計測行程
を終える。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明の噴霧
分布計測装置によれば、噴射ノズルの噴霧を受ける各受
け皿それぞれの下方にほぼ垂直に計測管を設け、各計測
管それぞれの下端に感圧センサを備えて各計測管の噴霧
後のヘッド圧を制御器により読み取らせ、噴霧前の初期
値との差により噴霧量を計測算出するようにしたので、
高精度で、短時間内に噴霧分布が計測できる。また、計
測管を上部計測管と下部計測管に分離してチャンバ内に
て外部からの指示により分離接合ができるようにしたの
で、チャンバを開放することなく初期化ができ、連続し
て計測することが可能になり、特に大気圧以外の所定圧
力下における噴霧分布の計測が極めて高能率、且つ、高
精度で行えるなど、優れた噴霧分布計測装置を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示すもので
ある。
【図２】 この発明に使用する受け皿の構成・形状例を
示すものである。
【図３】 この発明に使用する受け皿の構成・形状例を
示すものである。
【図４】 この発明に使用する受け皿の構成・形状例を
示すものである。
【図５】 この発明の実施の形態２の構成を示すもので
ある。
【図６】 この発明の実施の形態２の動作説明図であ
る。
【図７】 この発明の実施の形態３の構成を示すもので
ある。
【図８】 この発明の実施の形態３の動作を示すフロー
チャートである。
【図９】 従来の噴霧分布計測装置の構成を示すもので
ある。
【図１０】従来の噴霧分布計測装置の計測方法説明図で
ある。
【符号の説明】
１ 噴射ノズル、２ ノズル駆動回路、３ 受け皿、４
チャンバ、６ 計測管、６ａ 上部計測管、６ｂ 下
部計測管、７ 感圧センサ、１０ 制御器、１１ 駆動
装置、１２ 保持具、１３ ドレインバルブ、１４ 液
面レベルセンサ、１５ 圧力源、１６、１７ バルブ、
１８ 圧力検出センサ、１９ 基準圧通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 65/00 302 F02M 65/00 306 F02M 61/18 360

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 計測対象となる噴射ノズル、この噴射ノ
    ズルの下方に配列された複数個の領域に仕切られた受け
    皿、この受け皿の各領域から下方にほぼ垂直に設置され
    上端が受け皿の底に開口する計測管、これらの各計測管
    それぞれの下端に設置され計測管内のヘッド圧を計測す
    る感圧センサ、この感圧センサに加わる圧力と初期圧と
    の差を算出する制御器を備え、前記計測管が上部計測管
    と下部計測管とに分割され、受け皿と上部計測管とが一
    体化されて前記下部計測管との分離が可能なように構成
    したことを特徴とする噴霧分布計測装置。
  2. 【請求項２】 一体化された前記上部計測管と受け皿と
    をチャンバ内に移動可能に収容すると共に、下方外部か
    らチャンバ内に挿入された前記下部計測管と前記上部計
    測管とを分離・接合する駆動装置を備えたことを特徴と
    する請求項１に記載の噴霧分布計測装置。
  3. 【請求項３】 チャンバに試験液排出用のドレインバル
    ブを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記
    載の噴霧分布計測装置。
  4. 【請求項４】 チャンバ内の圧力を可変にしたことを特
    徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の
    噴霧分布計測装置。
  5. 【請求項５】 チャンバ内の圧力を背圧として各感圧セ
    ンサに加えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４
    のいずれか一項に記載の噴霧分布計測装置。
  6. 【請求項６】 所定の面積を有する複数個の領域に仕切
    られた受け皿の各領域の下方に垂直に所定の断面積を有
    する計測管を配置し、各計測管の下端に計測管内の圧力
    を検知する感圧センサを設けると共に、前記計測管を受
    け皿と一体化された上部計測管と下部計測管とに分離が
    可能なようにし、前記上部計測管と前記下部計測管とを
    分離して計測管内圧力を初期化した後、両者を接合して
    噴射ノズルから噴射を行い、計測管内の圧力と初期値と
    の差により噴霧分布を計測することを特徴とする噴霧分
    布計測方法。
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