JP6163012B2 - 噴射計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射計測装置における計測精度向上の技術に関するものである。

噴射計測装置に関する技術としては、図４に示すように、空間１０１を有する密閉容器１００を設け、密閉容器１００の内部空間１０１に燃料を充填した上で当該内部空間１０１内にインジェクションノズル１０２から燃料を噴射すると共に、当該噴射による内部空間１０１内の圧力変化を、インジェクションノズル１０２と対向する位置に配置した測定レンジの異なる複数の圧力センサ１０３を用いて計測し、噴射による内部空間１０１内の燃料の増加量に比例して容器内圧力が上昇することを利用して、燃料の噴射量や噴射率を計測する技術が知られている（特許文献１）。

特開２００１-１２３９１７号公報

以上のような噴射計測装置によれば、圧力センサ１０３で検出される圧力変化には、インジェクションノズル１０２から噴出される燃料の噴流による影響が現れてしまうために、内部空間１０１内の燃料の増加量による圧力変化のみを正しく検出することができず、結果、燃料の噴射量や噴射率を精度よく算出することが困難であった。

そこで、本発明は、噴射計測装置において、密閉容器に充填した燃料の圧力を検出する圧力センサの検出値への、密閉容器内に噴出した燃料の噴流による影響を抑制することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、内部空間に燃料を充填した密閉容器と、噴射口を備え、当該噴射口から前記密閉容器の内部空間の中心に向かって燃料を噴射するインジェクションノズルと、前記密閉容器の前記内部空間の壁面付近に配置された測定子を備え、当該測定子に加わる前記密閉容器の内部空間内の燃料の圧力を検出する１または複数の圧力センサと、前記圧力センサで検出した圧力の変化に基づいて、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する計測部とを備えた噴射計測装置を提供する。ただし、前記内部空間の中心からインジェクションノズルの噴射口に向かう方向と、前記内部空間の中心から前記圧力センサの前記測定子に向かう方向との成す角度の大きさが、１０５度以上かつ１６５度以下となるように、前記圧力センサとインジェクションノズルは配置する。

ここで、前記角度は、たとえば１３５度とすることができる。
また、以上の噴射計測装置において、前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間は球形状を有するものであってよく、この場合、前記インジェクションノズルは、前記球形状の中心に向かって前記燃料を噴射する。
以上のような噴射計測装置によれば、インジェクションノズルの噴射口と圧力センサの測定子との距離を大きく確保しつつ、インジェクションノズルの燃料の噴射方向からずれた位置に圧力センサの測定子を配置して、インジェクションノズルから噴出した燃料の噴流により測定子に加わる圧力変化を小さくすることができる。よって、本発明によれば、圧力センサの検出値への、インジェクションノズルから噴出した燃料の噴流による影響を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、噴射計測装置において、密閉容器に充填した燃料の圧力を検出する圧力センサの検出値への、密閉容器内に噴出した燃料の噴流による影響を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る噴射計測装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサの配置と比較例を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサの検出信号と比較例を示す図である。 従来の噴射計測装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
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一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Ｐｂ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。

ただし、本実施形態では、複数の圧力センサとして、測定レンジの異なる二つの圧力センサ５を用いる場合を例にとり示す。
次に、測定制御装置９は、測定シーケンスの制御を行うシーケンス制御部９１と、測定シーケンスに従って燃料の噴射量や噴射率の測定を行う測定部９２とを備えている。
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 ＝（ｋ・Ｖ）／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。
そこで、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内に燃料が噴射されると、測定制御装置９のシーケンス制御部９１は、測定部９２で圧力センサ５で検出した密閉容器１内の燃料の圧力から、密閉容器１内の燃料の圧力上昇Ｐｚを算出し、燃料の噴射量と噴射率とを算出させ、排出バルブ６の開閉の制御を行い、密閉容器１内の燃料の圧力を規定背圧Ｐｂに復帰させる処理を一度もしくは繰返し行う。

なお、流量計８は、測定部９２で算出した噴射量と、流量計８を流れた燃料量の誤差より、体積弾性係数ｋを校正するために設けられている。
以下、このような噴射計測装置の圧力センサ５の配置について説明する。
図２ａ１に本実施形態に係る圧力センサ５の配置を示す。
図２ａ１は、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に連結する排出流路１２とが設けられており、内部空間１１、排出流路１２には、燃料が満たされている。
また、密閉容器１には、インジェクションノズル２が、先端の噴射口が内部空間１１の球形状の球面上に位置するように固定されており、インジェクションノズル２から燃料が内部空間１１の球形状の中心Ｇに向けて噴射される。また、図１に示すように、排出流路１２には、連結管１３を介して上述した排出バルブ６が連結されている。

そして、先端の測定子が内部空間１１の壁面付近に配置された、２つの圧力センサ５が密閉容器１に対して固定されている。また、図示は省略したが、先端の測定子が密閉容器１の内部空間１１に突出するように上述した温度センサ４も密閉容器１に対して固定されている。
ここで、図２ａ２に示すように、２つの圧力センサ５は、内部空間１１の中心Ｇからインジェクションノズル２の先端の噴射口に向かう方向と、内部空間１１の中心Ｇから圧力センサ５の先端の測定子に向かう方向との間の角度θの絶対値が１３５度となるように配置されている。

以下、このような角度θの絶対値を１３５度とした圧力センサ５の配置を実施例１として、実施例１の効果について説明する。
いま、図２ｂ１、ｂ２に示すように、内部空間１１の中心Ｇからインジェクションノズル２の先端の噴射口に向かう方向と、内部空間１１の中心Ｇから圧力センサ５の先端の測定子に向かう方向との間の角度θの絶対値が４５度である圧力センサ５の配置を比較例１とする。

また、図２ｃ１、ｃ２に示すように、内部空間１１の中心Ｇからインジェクションノズル２の先端の噴射口に向かう方向と、内部空間１１の中心Ｇから圧力センサ５の先端の測定子に向かう方向との間の角度θの絶対値が９０度である圧力センサ５の配置を比較例２とする。

また、図２ｄ１、ｄ２に示すように、内部空間１１の中心Ｇからインジェクションノズル２の先端の噴射口に向かう方向と、内部空間１１の中心Ｇから圧力センサ５の先端の測定子に向かう方向との間の角度θの絶対値が１８０度である圧力センサ５の配置を比較例３とする。

さて、図３ａは、実施例１、比較例１、２、３の配置によって、インジェクションノズル２から燃料を噴射したときに圧力センサ５で検出された圧力信号波形を示したものである。
また、図３ｂは、実施例１、比較例１の配置によって、インジェクションノズル２から燃料を噴射したときに圧力センサ５で検出された圧力信号を時間微分した微分圧力信号の波形、つまり噴射率波形を示したものである。
図３ａの波形より明かに読みとれるように、比較例２、３の配置によれば、インジェクションノズル２から噴射された燃料の噴流の影響が、圧力信号波形に、実施例１より大きく表れている。
また、図３ｂの波形より明かに読みとれるように、比較例１の配置によれば、インジェクションノズル２から噴射された燃料の噴流の影響が噴射直後の急峻なピーク３０１として、実施例１より大きく微分圧力信号に表れている。
ここで、このように、比較例１、２、３の圧力センサ５の配置が、実施例１の圧力センサ５の配置よりも、圧力センサ５で検出される圧力に、インジェクションノズル２から噴射された燃料の噴流の影響が大きく表れるのは、以下の理由によるものと考えられる。
すなわち、比較例１、２は、実施例１の配置よりも、圧力センサ５の先端の測定子の位置がインジェクションノズル２の噴射口に近いために、実施例１よりも燃料の噴流の影響を大きく受けるので、圧力センサ５で検出される圧力に、噴流の影響が大きく表れるものと考えられる。
また、比較例３は、実施例１の配置よりも、圧力センサ５の先端の測定子とインジェクションノズル２の噴射口との距離は大きくなるが、インジェクションノズル２の燃料の噴射方向に圧力センサ５が位置するために、実施例１よりも燃料の噴流の影響を大きく受けので、圧力センサ５で検出される圧力に、噴流の影響が大きく表れるものと考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように、本実施形態によれば、インジェクションノズル２の噴射口と圧力センサ５の測定子との距離を大きく確保しつつ、インジェクションノズル２の燃料の噴射方向からずれた位置に圧力センサ５の測定子を配置して、インジェクションノズル２から噴出した燃料の噴流により測定子に加わる圧力変化を小さくすることができる。よって、本実施形態によれば、圧力センサ５の検出値への、インジェクションノズル２から噴出した燃料の噴流による影響を抑制することができる。

ところで、以上の実施形態では、実施例１として、内部空間１１の中心Ｇからインジェクションノズル２の先端の噴射口に向かう方向と、内部空間１１の中心Ｇから圧力センサ５の先端の測定子に向かう方向との間の角度θの絶対値が１３５度である場合について示したが、角度θの絶対値は必ずしも厳密に１３５度である必要はなく、角度θの絶対値は１３５±３０度（１０５度から１６５度の間）の範囲内において任意に設定するようにしてよい。このようにしても、インジェクションノズル２の噴射口と圧力センサ５の測定子との距離をある程度大きく確保しつつ、インジェクションノズル２の燃料の噴射方向からずれた位置に圧力センサ５の測定子を配置することで、圧力センサ５の圧力検出に対する燃料の噴流の影響を、他の場合に比べ抑制する効果を得ることができる。

１…密閉容器、２…インジェクションノズル、３…インジェクションポンプ、４…温度センサ、５…圧力センサ、６…排出バルブ、７…リリーフバルブ、８…流量計、９…測定制御装置、１１…内部空間、１２…排出流路、１３…連結管、９１…シーケンス制御部、９２…測定部。

Claims (3)

1. 内部空間に燃料を充填した密閉容器と、
   噴射口を備え、当該噴射口から前記密閉容器の内部空間の中心に向かって燃料を噴射するインジェクションノズルと、
   前記密閉容器の前記内部空間の壁面付近に配置された測定子を備え、当該測定子に加わる前記密閉容器の内部空間内の燃料の圧力を検出する複数の圧力センサと、
   前記圧力センサで検出した圧力の変化に基づいて、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する計測部とを備え、
   前記複数の圧力センサの各々は、全て、前記内部空間の中心からインジェクションノズルの噴射口に向かう方向と、前記内部空間の中心から当該圧力センサの前記測定子に向かう方向との成す角度の大きさが、１０５度以上かつ１６５度以下となるように配置されていることを特徴とする噴射計測装置。
2. 請求項１記載の噴射計測装置であって、
   前記角度は１３５度であることを特徴とする噴射計測装置。
3. 請求項１または２記載の噴射計測装置であって、
   前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間は球形状を有し、
   前記インジェクションノズルは、前記球形状の中心に向かって前記燃料を噴射することを特徴とする噴射計測装置。