JP5692361B2 - 噴霧検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴霧検査装置に関する。

エンジンにおいて、噴射弁から噴射された噴霧の形状、噴霧粒子の粒径などは、未燃燃料や気化遅れなどの点から重要である。このため、量産ラインにおいて噴射弁の噴霧検査がなされている。噴霧検査方法には様々な方法があるが、例えば光回折、ＰＤＰＡ（位相ドップラ法）、パタネータ、レーザホログラフィ、レーザシャドウ等、光学的に噴霧を撮影して噴霧粒子の粒径などを計測するものがある。また、噴霧に光を照射しその散乱光を利用して噴霧検査をする方法もある。例えば特許文献１には、微小粒子の数を散乱光の強度を利用して測定する方法が開示されている。

特公平１−３６０５５号公報

しかしながら、上述した噴霧検査方法のように、噴霧を光学的に撮影して噴霧粒子の粒径などを計測する方法では、噴霧全体の計測が困難であると共に、超微細粒の噴霧粒子や撮影時に焦点の合わない噴霧粒子については計測精度が不十分である課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、噴霧の解析を精度良く行うことが可能な噴霧検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る噴霧検査装置は、エンジンに用いられる噴射弁から噴射される燃料の噴霧を検査する噴霧検査装置であって、前記噴射弁から噴射された燃料の噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室と、前記噴霧室と連通し、前記分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる低温に維持され、前記分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる冷凍室と、前記噴霧室と前記冷凍室との連通および非連通を切り換えるシャッターと、前記冷凍室内に設けられ、前記冷凍室で凍結された凍結噴霧粒子を保持する凍結噴霧保持手段と、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解析する解析手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る噴霧検査装置によれば、噴霧粒子を凍結させて固体化した凍結噴霧粒子とすることで、噴霧の形状を維持でき、この凍結噴霧粒子を解析することで、噴霧の解析を精度良く行なうことができる。また、噴霧粒子を凍結させる冷凍室の低温維持と、噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室の低温化抑制と、を両立できる。

上記構成において、前記解析手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を撮影することによって、前記凍結噴霧粒子を解析してもよい。また、上記構成において、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を２以上の異なる焦点距離で撮影してもよい。これによれば、粒径の異なる凍結噴霧粒子を解析することができる。

上記構成において、前記解析手段は、前記凍結噴霧粒子が保持された前記凍結噴霧保持手段の表面粗さを測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析してもよい。これによれば、凍結噴霧保持手段の表面が測定基準となり、高精度且つ短時間で凍結噴霧粒子の解析ができる。

上記構成において、異なる粗さのメッシュを有する複数の前記凍結噴霧保持手段を備え、前記解析手段は、前記複数の凍結噴霧保持手段それぞれに保持された凍結噴霧粒子の質量を測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析してもよい。

上記構成において前記噴射弁からの噴霧の噴射が終了してから前記シャッターを閉じるシャッター制御手段を備えてもよい。

上記構成において、前記冷凍室内の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度となるように前記冷凍室に導入する冷却ガスの量を制御する冷却ガス制御手段と、を備えてもよい。これによれば、冷凍室内の温度を所定の温度に維持できるため、噴霧粒子をより確実に凍結させることができる。

上記構成において、前記冷凍室は円筒形状をしており、円筒形状をした前記冷凍室の側壁に対して斜め方向から、前記冷凍室に導入する冷却ガスを流す冷却ガス導入管が前記冷凍室に接続されていてもよい。これによれば、冷却ガスを冷凍室内で旋回させることができるため、冷凍室内の温度を一様にでき、噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。

上記構成において、前記冷凍室および前記シャッターは、前記噴霧室を構成する部材よりも熱伝達率の低い部材で構成されていてもよい。これによれば、外気温や噴霧室内の温度によって冷凍室内の温度が上昇することを抑制できる。

上記構成において、前記冷凍室内に攪拌手段が設けられていてもよい。これによれば、冷凍室内の温度を一様にでき、噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。

上記構成において、前記解析手段による解析終了後、前記凍結噴霧保持手段から前記凍結噴霧粒子を回収する凍結噴霧回収手段を備えてもよい。これによれば、凍結噴霧粒子が気化する前に回収することができ、冷凍室内に残存する燃料を低減できる。

上記構成において、前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段を傾斜させて、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を前記凍結噴霧保持手段から落とすことによって、前記凍結噴霧粒子を回収してもよい。これによれば、凍結噴霧粒子を速やかに回収することができる。

上記構成において、前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解凍させることによって、前記凍結噴霧粒子を回収してもよい。これによれば、凍結噴霧粒子を速やかに回収することができる。

上記構成において、前記凍結噴霧粒子は、排出通路を介して回収容器に回収されてもよい。これによれば、燃料の再利用が可能となる。

上記構成において、前記凍結噴霧保持手段には０．１μｍ以下の間隔の微細突起が設けられていて、前記微細突起上で前記噴霧凍結粒子が保持されていてもよい。これによれば、凍結噴霧粒子と凍結噴霧保持手段との接触面積が小さくなると共に空気の断熱層によって、熱容量の小さい凍結噴霧粒子であっても凍結噴霧保持手段に氷着することを抑制できる。

上記構成において、前記噴射弁から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を撮影する撮影手段を備えてもよい。これによれば、噴霧画像も撮影できるため、噴霧形状をより明瞭にできる。

本発明によれば、噴霧粒子を凍結させて固体化した凍結噴霧粒子とすることで、噴霧の形状を維持でき、凍結噴霧粒子を解析することで、噴霧粒子の解析を精度良く行うことができる。

実施例１に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。 実施例１に係る噴霧検査装置の本体部の平面図の例である。 凍結噴霧粒子の解析方法を説明するフローチャートの例である。 受け皿の側面図の例である。 実施例１の変形例に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。 実施例２に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。 実施例３に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。 実施例３に係る噴霧検査装置の本体部の平面図の例である。 受け皿の平面図の例である。 凍結噴霧粒子の解析方法を説明するフローチャートの例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図２は、実施例１に係る噴霧検査装置の本体部の平面図の例である。図１および図２を参照して、噴霧検査装置１００は、常温の噴霧室１０と、例えば−１００℃以下の極低温に冷却された冷凍室３０と、制御部８０と、を備える。噴霧室１０と冷凍室３０とはそれぞれ円筒形状をしており、互いに連通している。噴霧室１０と冷凍室３０との間には、噴霧室１０と冷凍室３０との連通および非連通を切り換えるシャッター６０が備わる。冷凍室３０およびシャッター６０は、例えばセラミクスなどの低熱伝達部材で構成されている。シャッター６０は円板状をしており、中心点に対して対称となる窓６２が２つ設けられている。モータ６４が駆動して歯車６６が回転することで、シャッター６０は回転する。シャッター６０を回転させるモータ６４の駆動は制御部８０によって制御される。即ち、制御部８０は、シャッター６０の回転を制御するシャッター制御手段８２として機能する。

２つの窓６２のうちの一方が、噴霧室１０と冷凍室３０との間に位置した状態（図１および図２の状態）になると、シャッター６０はＯＰＥＮとなり、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通する。この状態からシャッター６０が９０°回転すると、噴霧室１０と冷凍室３０との間にシャッター６０が挿入されて、シャッター６０はＣＬＯＳＥとなり、噴霧室１０と冷凍室３０とは非連通となる。さらにシャッター６０が９０°回転すると、２つの窓６２のうちの他方が噴霧室１０と冷凍室３０との間に挿入されて、シャッター６０はＯＰＥＮとなり、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通する。

噴霧室１０上部の中央部分には、噴射弁１２が装着されている。噴射弁１２は、制御部８０からの指示に従い、例えば燃料を噴霧にして噴射する。噴射弁１２から噴射される噴霧粒子の大きさは、例えば直径１μｍ〜１０μｍである。噴射弁１２から噴射された噴霧は、噴霧室１０で分裂されて拡散される。噴霧室１０の側壁は、例えばガラスで構成されており透明である。噴霧室１０の一方の側壁の外側には、光源７２が設けられている。光源７２に相対するように、噴霧室１０の他方の側壁の外側には、例えば１万〜５０万フレームスピードの高速度カメラ７４が設けられている。高速度カメラ７４は、噴射弁１２から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を撮影する。レンズ７６は、高速度カメラ７４の撮影対象である噴霧との焦点合わせに使用される。

噴霧室１０の上部には、噴射弁１２の両側に第１カメラ１４ａと第２カメラ１４ｂとが更に装着されている。第１カメラ１４ａと第２カメラ１４ｂとは、それぞれ焦点距離が異なる。例えば、第１カメラ１４ａの焦点距離は、第２カメラ１４ｂの焦点距離よりも長い。第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂによる撮影については後述する。

冷凍室３０には、冷却ガス導入管３２が接続されていて、冷却ガス導入管３２から冷却ガスとして例えば液体窒素が冷凍室３０に導入される。これにより、冷凍室３０は、例えば−１００℃以下の極低温に維持される。冷却ガス導入管３２は、円筒形状の冷凍室３０の側壁３１に対して斜め方向から接続している。冷却ガス導入管３２には圧力計３４および流量調整弁３６が設けられている。流量調整弁３６の開閉は、制御部８０によって制御される。冷凍室３０の側壁３１には温度センタ３８が装着されており、制御部８０は、温度センサ３８により測定された冷凍室３０内の温度に応じ流量調整弁３６を制御して、冷凍室３０に流入する液体窒素の量を調整する。即ち、制御部８０は、冷凍室３０に流入させる冷却ガスの流量を制御する冷却ガス制御手段８４として機能する。例えば、制御部８０は、冷凍室３０内の温度が所定の温度に維持されるように、冷凍室３０に流入する冷却ガスの量を調整する。

冷凍室３０内には、透明の受け皿４０が設けられている。噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０に到達すると凍結されて凍結噴霧粒子４２となる。受け皿４０は、この凍結噴霧粒子４２を保持する。冷凍室３０の下部には光源４４が装着されていて、制御部８０による電源６８の制御によって、光源４４が発光する。第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂは、制御部８０からの指示に従い、光源４４が発光して照らされた凍結噴霧粒子４２を撮影する。制御部８０は、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂで撮影した凍結噴霧粒子４２の画像から凍結噴霧粒子４２を解析する。例えば凍結噴霧粒子４２の平均粒子径、粒径分布、質量分布を求める。即ち、制御部８０は、凍結噴霧粒子４２を解析する解析手段８６として機能する。受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２には、粒径の大きいもの小さいものがある。粒径の小さい凍結噴霧粒子４２は、焦点距離の長い第１カメラ１４ａ（焦点１）によってより鮮明に撮影され、粒径の大きい凍結噴霧粒子４２は、焦点距離の短い第２カメラ１４ｂ（焦点２）によってより鮮明に撮影される。

受け皿４０を反転させる反転器７０が設けられ、反転器７０は制御部８０によって制御される。制御部８０は、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂで撮影した後、反転器７０により受け皿４０を反転させることで、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を、冷凍室３０の底部に落とす。即ち、制御部８０は、凍結噴霧粒子４２の撮影終了後に、受け皿４０を反転させる反転制御手段８８を有する。

冷凍室３０の底部には、凹部４６が設けられている。凹部４６の底面には、排出管４８が接続しており、受け皿４０から落とされた凍結噴霧粒子４２は、排出管４８に導かれる。排出管４８には、制御部８０によって制御される電磁弁である弁５０が設けられており、弁５０がＯＰＥＮになると、凍結噴霧粒子４２は、排出管４８に接続された回収容器５２に回収される。

ここで、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２の解析方法を詳しく説明する。図３は、凍結噴霧粒子４２の解析方法を示すフローチャートの例である。図３を参照して、噴射弁１２の噴射直前または直後に、制御部８０は、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮとする（ステップＳ１０）。これにより、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通し、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０にまで到達し、冷凍室３０で凍結されて凍結噴霧粒子４２となる。凍結噴霧粒子４２は、冷凍室３０内に設けられた受け皿４０で保持される。

次いで、制御部８０は、噴射弁１２の噴射が終了してから第１所定時間経過後に、モータ６４を駆動させシャッター６０を更に９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥとする（ステップＳ１２）。第１所定時間は、噴射弁１２から噴射された噴霧の分裂時間を考慮して決定することができる。

次いで、制御部８０は、シャッター６０がＣＬＯＳＥしてから第２所定時間経過後に、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮにする（ステップＳ１４）。第２所定時間は、噴霧粒子の凍結時間および受け皿４０に凍結噴霧粒子４２が安定して堆積する時間を考慮して決定することができる。

次いで、制御部８０は、シャッター６０をＯＰＥＮさせた状態で、光源４４を発光させ、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂを用いて、受け皿４０に保持された凍結噴霧粒子４２を撮影する（ステップＳ１６）。撮影終了後、制御部８０は、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥにする（ステップＳ１８）。次いで、制御部８０は、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂにより撮影した凍結噴霧粒子４２の撮影画像から凍結噴霧粒子４２を解析する（ステップＳ２０）。例えば、凍結噴霧粒子４２の平均粒径、粒径分布、質量分布などを求める。

以上説明したように、実施例１によれば、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子を凍結させる冷凍室３０（噴霧凍結手段）と、凍結噴霧粒子４２を保持する受け皿４０（凍結噴霧保持手段）と、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂにより撮影することによって、凍結噴霧粒子４２を解析する解析手段８６と、を備える。解析手段８６は、撮影画像から凍結噴霧粒子４２を解析して、例えば凍結噴霧粒子４２の平均粒径、粒径分布、および質量分布などを求める。このように、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子を凍結させて固体化した凍結噴霧粒子４２とすることで、長時間噴霧の形状を維持することができる。したがって、凍結噴霧粒子４２を撮影して、撮影画像から凍結噴霧粒子４２を解析することで、噴霧の解析を精度良く行うことができる。

実施例１では、焦点距離の異なる第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂにより凍結噴霧粒子４２を撮影することによって、凍結噴霧粒子４２を解析する場合を例に示した。受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２の粒径は様々であり、超微細粒から粗大粒まである。したがって、このような凍結噴霧粒子４２を異なる焦点距離の第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂで撮影することで、超微細粒から粗大粒まで余すことなく撮影することができる。つまり、粒径の異なる凍結噴霧粒子４２を解析することが可能となる。このように、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を２以上の焦点距離で撮影する場合が好ましい。なお、実施例１のように焦点距離の異なるカメラを複数台装着する代わりに、焦点距離を複数切り換えることが可能なカメラを１台装着する場合でもよい。

また、焦点距離の切り換えのできないカメラを１台装着して、このカメラによって受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を撮影する場合でもよい。また、図１のように、光源４４を冷凍室３０の底部に装着し、受け皿４０の下側から凍結噴霧粒子４２を照らして凍結噴霧粒子４２を撮影する場合に限らず、噴霧室１０の上部に光源４４を装着して、受け皿４０の上側から凍結噴霧粒子４２を照らして撮影する場合でもよい。この場合、受け皿４０は透明でない場合でもよい。

図１のように、噴射弁１２から噴射された噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室１０と、噴霧室１０と連通し、噴霧室１０で分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる低温に維持され、受け皿４０が設けられた冷凍室３０と、噴霧室１０と冷凍室３０との連通および非連通を切り換えるシャッター６０と、を備える。これにより、噴霧粒子を凍結させる冷凍室３０の低温維持と、噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室１０の低温化抑制と、を両立できる。

冷凍室３０の低温維持と噴霧室１０の低温化抑制との観点からは、図３に示したようなシャッター６０の制御が好ましい。即ち、噴射弁１２からの噴霧の噴射開始直前または直後にシャッター６０を開き、噴射が終了してから第１所定時間経過後にシャッター６０を閉じた後、第２所定時間経過後に再度シャッター６０を開き、撮影終了後にシャッター６０を閉じることが好ましい。第１所定時間および第２所定時間は、ユーザにより任意に変更できる場合が好ましい。

冷凍室３０内の温度を測定する温度センサ３８を備え、温度センサ３８で測定される温度が所定の温度となるように冷凍室３０に導入する冷却ガスの量を制御することが好ましい。これにより、冷凍室３０内の温度を所定の温度に維持できるため、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子をより確実に凍結させることができる。

図２のように、冷凍室３０は円筒形状をし、円筒形状をした冷凍室３０の側壁３１に対して斜め方向から、冷凍室３０に導入する冷却ガスを流す冷却ガス導入管３２が接続されている場合が好ましい。これにより、冷却ガスを冷凍室３０内で旋回させることができるため、冷凍室３０内の温度を一様にでき、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。なお、冷却ガス導入管３２は、冷凍室３０の側壁３１に対して接線方向から接続されていることがより好ましい。冷却ガスを冷凍室３０内で効率よく旋回させることができるためである。

冷凍室３０およびシャッター６０は、噴霧室１０を構成する部材よりも熱伝達率の低い部材で構成されていることが好ましい。これにより、外気温や噴霧室１０内の温度によって冷凍室３０内の温度が上昇することを抑制できる。

凍結噴霧粒子４２の解析終了後は、反転器７０によって受け皿４０を反転させ、凍結噴霧粒子４２を受け皿４０から落とすことによって、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を回収することが好ましい。これにより、凍結噴霧粒子４２を速やかに回収できるため、凍結噴霧粒子４２が気化する前に回収でき、冷凍室３０内に残存する燃料を低減できる。なお、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を回収する方法は、受け皿４０を反転させて凍結噴霧粒子４２を受け皿４０から落とす場合に限られない。受け皿４０を傾斜させることで、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を落として、凍結噴霧粒子４２を回収する場合でもよい。また、その他の方法により、凍結噴霧粒子４２の解析終了後に、受け皿４０から凍結噴霧粒子４２を回収する場合でもよい。

凍結噴霧粒子４２の回収に際しては、排出管４８を介して凍結噴霧粒子４２を回収容器５２に回収する場合が好ましい。これにより、燃料の再利用が可能となる。さらに、排出管４８に弁５０を設けることで、冷凍室３０の温度上昇を抑制できると共に、弁５０を電磁弁とすることで、弁５０の開閉に当たって作業者が凍傷することを防止できる。

図４は、受け皿４０の側面図の例であり、図４のように、受け皿４０の表面には０．１μｍ以下の間隔の微細突起５４が設けられ、凍結噴霧粒子４２は微細突起５４上で保持されている場合が好ましい。これにより、凍結噴霧粒子４２と受け皿４０との接触面積が小さくなると共に空気の断熱層によって、熱容量の小さい例えば１μｍ程度の凍結噴霧粒子４２であっても、受け皿４０に氷着することを抑制できる。微細突起５４は、機械加工や薬品等を用いた化学加工によって形成してもよいし、動植物の毛を用いてもよい。

図１のように、噴霧室１０の一方の側壁の外側に光源７２を配置し、一方の側壁と相対する他方の側壁の外側に高速度カメラ７４を配置して、噴射弁１２から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を高速度カメラ７４によって撮影することが好ましい。これにより、噴霧中の噴霧画像も撮影することができるため、噴霧形状をより明瞭にできる。

図５は、実施例１の変形例に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図５を参照して、噴霧検査装置２００は、冷凍室３０の底部に、冷凍室３０内の空気を攪拌させる攪拌用ファン５６が設けられている。攪拌用ファン５６は、制御部８０により制御された駆動装置７１により駆動される。その他の構成については、実施例１と同じであり、図１および図２に示しているため、ここでは説明を省略する。

実施例１の変形例によれば、冷凍室３０内に攪拌用ファン５６が設けられている。これにより、シャッター６０がＣＬＯＳＥの状態で攪拌用ファン５６を駆動させることで、冷凍室３０内の温度を一様にすることができる。よって、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子をむらなく凍結させることができる。なお、冷凍室３０内の空気を攪拌させることができれば、攪拌用ファン５６に限らず、その他の物でもよい。

図６は、実施例２に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図６を参照して、噴霧検査装置３００は、噴霧室１０の上部に、第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂの代わりに、表面粗さ測定器１６が装着されている。また、冷凍室３０の底部には光源４４は装着されていない。その他の構成については、実施例１と同じであり、図１および図２に示しているため、ここでは説明を省略する。

表面粗さ測定器１６は、例えば光波干渉式表面粗さ測定器であり、制御部８０の指示に従い、凍結噴霧粒子４２が保持された受け皿４０の表面全体をスキャンして、受け皿４０の表面全体の粗さを測定する。そして、制御部８０は、表面粗さ測定器１６で測定された受け皿４０の表面粗さから凍結噴霧粒子４２を解析する。例えば凍結噴霧粒子４２の粒径、粒数などを算出する。

実施例２のように、凍結噴霧粒子４２が保持された受け皿４０の表面全体の粗さを測定することによって、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解析する場合でもよい。この場合、受け皿４０の表面が、表面粗さ測定器１６による測定基準となり、高精度且つ短時間で凍結噴霧粒子４２の解析ができる。

図７は、実施例３に係る噴霧検査装置の全体構成を示す側面図の例である。図８は、実施例３に係る噴霧検査装置の本体部の平面図の例である。図７および図８を参照して、噴霧検査装置４００は、噴霧室１０、冷凍室３０、制御部８０、およびシャッター６０を備える。噴霧室１０の上部には温風を送るための温風流入管２０が接続されていて、温風流入管２０には弁２２が設けられている。実施例１のような第１カメラ１４ａおよび第２カメラ１４ｂは装着されていない。

冷凍室３０内には、例えば８枚の受け皿４０が、間隔をおいて重なるように順々に設けられている。最下段に位置する受け皿４０は平底状になっている。最下段以外の受け皿４０はメッシュ状になっており、上段に向かうに従いメッシュの目の粗さが大きくなっている。各受け皿４０のメッシュの目の粗さは予め調べられている。

噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０で凍結されて、様々な粒径が入り混じった凍結噴霧粒子４２となる。受け皿４０は、凍結噴霧粒子４２を保持する機能を有するが、上段ほどメッシュの目が粗いことから、粒径の大きな凍結噴霧粒子４２はより上段側の受け皿４０で保持され、粒径の小さな凍結噴霧粒子４２はより下段側の受け皿４０で保持される。最下段の受け皿４０はメッシュのない平底状であるため、メッシュ状の受け皿４０を全て通過するような超微細な凍結噴霧粒子４２は、最下段の受け皿４０で保持される。即ち、受け皿４０各々には、粒径の大きさ毎に凍結噴霧粒子４２が保持される。

図９は、受け皿４０の平面図の例である。図９では、メッシュ状の受け皿４０を例に図示している。図９を参照して、受け皿４０は円板状をしていて、外周部分に、１２０°毎に凹部９０が設けられている。受け皿４０の外周部分には更に、１５°毎で凹部９０を除いた部分に貫通孔９２が設けられている。

図７から図９を参照して、各受け皿４０は、１２０°毎に設けられた３つの凹部９０にて支柱９４で安定して支えられている。１５°毎に設けられた貫通孔９２には、他の受け皿４０を支える支柱９４が貫通していて、支柱９４と貫通孔９２とは干渉しないようになっている。冷凍室３０の底部には荷重センサ９６が設けられている。各受け皿４０を支える３つの支柱９４は、１つに連結した後、荷重センサ９６に接着されている。各荷重センサ９６には質量計９８が接続しており、これにより、各受け皿４０の質量を測定することができる。

制御部８０は、質量計９８により各受け皿４０の質量を測定し、各受け皿４０で保持された粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量を求めることによって、凍結噴霧粒子４２を解析する。例えば各粒径の質量から粒数を算出し、粒径分布および質量分布を求める。

受け皿４０に設けられた貫通孔９２の上方に位置して、冷凍室３０の側壁から内側に湾曲した噴霧ガイド９５が設けられている。噴霧ガイド９５により、噴射弁１２から噴射された噴霧が貫通孔９２から抜けることを抑制できる。噴霧ガイド９５は脱着できることが好ましい。冷凍室３０の底部には、弁５０が設けられた排出管４８の一端が接続しており、排出管４８の他端には回収容器５２が接続されている。

ここで、各受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２の解析方法について説明する。図１０は、凍結噴霧粒子４２の解析方法を示すフローチャートの例である。図１０を参照して、噴射弁１２の噴射直前または直後に、制御部８０は、モータ６４を駆動させシャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮとする（ステップＳ３０）。これにより、噴霧室１０と冷凍室３０とは連通し、噴射弁１２から噴射された噴霧粒子は、冷凍室３０で凍結されて凍結噴霧粒子４２となる。凍結噴霧粒子４２は、粒径の大きさ毎に各受け皿４０で保持される。

次いで、制御部８０は、噴射が終了してから第１所定時間経過後に、モータ６４を駆動させシャッター６０を更に９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥとする（ステップＳ３２）。第１所定時間は、実施例１と同様に、噴射弁１２から噴射された噴霧の分裂時間を考慮して決定することができる。

次いで、制御部８０は、シャッター６０がＣＬＯＳＥしてから一定時間経過後に各受け皿４０の質量を測定する（ステップＳ３４）。そして、制御部８０は、凍結噴霧粒子４２を保持した後における各受け皿４０の質量の増加分から粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量を求めて、凍結噴霧粒子４２を解析する（ステップＳ３６）。例えば各粒径の質量から粒数を算出し、粒径分布や質量分布を求める。

凍結噴霧粒子４２の解析終了後、次の方法により凍結噴霧粒子４２を回収する。まず、凍結噴霧粒子４２の解析終了後、シャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＯＰＥＮとし、噴霧室１０と冷凍室３０とを連通させる。そして、噴霧室１０の上部に接続された温風流入管２０の弁２２をＯＰＥＮとして、噴霧室１０から冷凍室３０に向かって温風を送り、各受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解凍させる。解凍した凍結噴霧粒子４２を、弁５０をＯＰＥＮとした排出管４８を介して回収容器５２で回収する。そして、凍結噴霧粒子４２の回収が終了した後、シャッター６０を９０°回転させて、シャッター６０をＣＬＯＳＥとする。

実施例３のように、異なる粗さのメッシュを有する複数の受け皿４０を備え、複数の受け皿４０それぞれに保持された凍結噴霧粒子４２の質量を測定することによって、凍結噴霧粒子４２を解析する場合でもよい。各受け皿４０には、粒径毎に分類された凍結噴霧粒子４２が保持されるため、粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量が求められる。この粒径毎の凍結噴霧粒子４２の質量から粒数を算出でき、粒径分布および質量分布が求められる。

凍結噴霧粒子４２の解析終了後は、受け皿４０で保持された凍結噴霧粒子４２を解凍させることによって、凍結噴霧粒子４２を回収する場合が好ましい。これにより、凍結噴霧粒子４２を保持する受け皿４０が複数ある場合でも、凍結噴霧粒子４２速やかに且つ容易に回収することができる。

実施例３では、受け皿４０の枚数が８枚の場合を例に説明したが、これに限られず、異なる粗さのメッシュを有する複数の受け皿４０が設けられていればよい。また、最下段の受け皿４０は平底状である場合が好ましいが、目の粗さが非常に細かいメッシュ状である場合でもよい。

実施例１から３では、噴射弁１２から噴射される噴霧には多くの噴霧粒子が含まれるとして説明してきたが、例えば、噴射弁１２から１粒や２粒など数粒の噴霧粒子が噴射されるような場合であってもよい。

以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 噴霧室
１２ 噴射弁
１４ａ 第１カメラ
１４ｂ 第２カメラ
１６ 表面粗さ測定器
２０ 温風流入管
３０ 冷凍室
３１ 冷凍室の側壁
３２ 冷却ガス導入管
３４ 圧力計
３６ 流量調整弁
３８ 温度センサ
４０ 受け皿
４２ 凍結噴霧粒子
４４ 光源
４６ 凹部
４８ 排出管
５２ 回収容器
５４ 微細突起
５６ 攪拌用ファン
６０ シャッター
６２ 窓
６４ モータ
６６ 歯車
６８ 電源
７０ 反転器
７１ 駆動装置
７２ 光源
７４ 高速度カメラ
７６ レンズ
８０ 制御部
８２ シャッター制御手段
８４ 冷却ガス制御手段
８６ 解析手段
８８ 反転制御手段
９０ 凹部
９２ 貫通孔
９４ 支柱
９５ 噴霧ガイド
９６ 荷重センサ
９８ 質量計
１００ 噴霧検査装置
２００ 噴霧検査装置
３００ 噴霧検査装置
４００ 噴霧検査装置

Claims (16)

1. エンジンに用いられる噴射弁から噴射される燃料の噴霧を検査する噴霧検査装置であって、
   前記噴射弁から噴射された燃料の噴霧の分裂および拡散を行う噴霧室と、
   前記噴霧室と連通し、前記分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる低温に維持され、前記分裂および拡散した後の噴霧粒子を凍結させる冷凍室と、
   前記噴霧室と前記冷凍室との連通および非連通を切り換えるシャッターと、
   前記冷凍室内に設けられ、前記冷凍室で凍結された凍結噴霧粒子を保持する凍結噴霧保持手段と、
   前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解析する解析手段と、を備えることを特徴とする噴霧検査装置。
2. 前記解析手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を撮影することによって、前記凍結噴霧粒子を解析することを特徴とする請求項１記載の噴霧検査装置。
3. 前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を２以上の異なる焦点距離で撮影することを特徴とする請求項２記載の噴霧検査装置。
4. 前記解析手段は、前記凍結噴霧粒子を保持する前記凍結噴霧保持手段の表面粗さを測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析することを特徴とする請求項１記載の噴霧検査装置。
5. 異なる粗さのメッシュを有する複数の前記凍結噴霧保持手段を備え、
   前記解析手段は、前記複数の凍結噴霧保持手段それぞれに保持された凍結噴霧粒子の質量を測定することによって、前記凍結噴霧粒子を解析することを特徴とする請求項１記載の噴霧検査装置。
6. 前記噴射弁からの噴霧の噴射が終了してから前記シャッターを閉じるシャッター制御手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
7. 前記冷凍室内の温度を測定する温度測定手段と、
   前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度となるように前記冷凍室に導入する冷却ガスの量を制御する冷却ガス制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
8. 前記冷凍室は円筒形状をしており、
   円筒形状をした前記冷凍室の側壁に対して斜め方向から、前記冷凍室に導入する冷却ガスを流す冷却ガス導入管が、前記冷凍室に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
9. 前記冷凍室および前記シャッターは、前記噴霧室を構成する部材よりも熱伝達率の低い部材で構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
10. 前記冷凍室内に攪拌手段が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
11. 前記解析手段による解析終了後、前記凍結噴霧保持手段から前記凍結噴霧粒子を回収する凍結噴霧回収手段を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
12. 前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段を傾斜させて、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を前記凍結噴霧保持手段から落とすことによって、前記凍結噴霧粒子を回収することを特徴とする請求項１１記載の噴霧検査装置。
13. 前記凍結噴霧回収手段は、前記凍結噴霧保持手段で保持された凍結噴霧粒子を解凍させることによって、前記凍結噴霧粒子を回収することを特徴とする請求項１１記載の噴霧検査装置。
14. 前記凍結噴霧粒子は、排出通路を介して回収容器に回収されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
15. 前記凍結噴霧保持手段には０．１μｍ以下の間隔の微細突起が設けられていて、前記微細突起上で前記噴霧凍結粒子を保持することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項記載の噴霧検査装置。
16. 前記噴射弁から噴射された噴霧の噴霧中の噴霧画像を撮影する撮影手段を備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項記載の噴霧検査装置。

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