JP6344851B2 - 噴射計測装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、固有振動の周波数を用いて噴射の計測を行う噴射計測装置において、固有振動の周波数をより精度良く算出することを課題とする。
以上のような噴射計測装置によれば、密閉容器の液体が充填される内部空間の形状を球形状とし、液体を密閉容器の内部空間に噴射するノズルと、前記密閉容器の内部空間内の液体の圧力を検出する圧力センサを、前記内部空間側の端部が密閉容器の内部空間の球形状の球面に対して凹凸なく位置するように配置しているので、密閉容器の内部空間の球形状の内部には液体以外の異物は存在せず、ノズルから液体を噴射すると、密閉容器の球形状の内部空間の振動モードが球形状の内部空間の内の異物によって乱されない形態で発生し、圧力センサで検出されることとなる。
また、圧力センサは、任意の位置に配置することができるので、圧力センサの配置が噴射計測装置の設計の自由度を妨げる度合いも比較的小さく抑えられる。
図1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内の燃料の圧力を検出する圧力センサ4、連結管を介して密閉容器1に連結された排出バルブ5、排出バルブ5に連結され排出バルブ5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6、測定制御装置7を備えている。
次に、図2aに、密閉容器1の形状と、密閉容器1に対するインジェクションノズル2と圧力センサ4の配置を示す。
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。そして、図1に示すように、排出流路12には、連結管を介して上述した排出バルブ5が連結されている。
図示するように、測定制御装置7の測定部72は、FFT処理部721、ピーク周波数算出部722、フィルタ723、上昇圧力算出部724、噴射測定部725を備えている。
以下、このような噴射計測装置の、燃料の噴射量(質量)の測定原理について説明する。
密閉容器1の容積をVとし、Kを燃料の体積弾性係数とすると、燃料を体積ΔVだけ密閉容器1内に噴射したときの密閉容器1内の燃料の圧力上昇ΔPは、式(1)で表される。
一方、液体中の音速cは、ρを燃料の密度として、式(2)によって表される。
c = ( K/ρ )1/2 …(2)
よって、式(1)と式(2)より、燃料の噴射量Iqは、式(3)で示される。
Iq = ΔV×ρ =(ΔP×V) / c2 …(3)
ここで、内部空間11の燃料の基本振動の波長は、密閉容器1の球形状の内部空間11の直径の二倍に等しいことが期待できる。よって、密閉容器1の球形状の内部空間11の燃料中の音速cは、Dを密閉容器1の球形状の内部空間11の直径、fを内部空間11の燃料の基本振動の周波数として式(4)によって表される。
但し、aは事前に算出しておいた補正係数である。
そして、式(4)を式(3)に代入すると、式(5)が得られる。
Iq =(ΔP×V) / (a2×f2×4D2)…(5)
したがって、式(5)より、液体の噴射量Iqは、燃料の基本振動の周波数fと、液体の圧力上昇ΔPより算出することができる。
以下、噴射計測装置において、以上のような式(5)を利用して燃料の噴射量Iqを算出する動作について説明する。
測定制御装置7のシーケンス制御部71は、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内に燃料を噴射し、排出バルブ5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に復帰させる処理を一度もしくは繰返し行う。
すなわち、測定制御装置7の測定部72のFFT処理部721は、圧力センサ4から出力される、密閉容器1内の燃料の圧力変動を表す圧力信号をFFT処理し、燃料の圧力振動の各周波数成分の大きさを算出する。ピーク周波数算出部722は、FFT処理部721が算出した燃料の圧力振動の各周波数成分の大きさがピーク(最大)となる周波数を、燃料の基本振動の周波数fとして算出する。
なお、上記式(5)において用いる補正係数aの事前の算出は、たとえば、次のように行う。
すなわち、まず、適切な音速測定法を用いて密閉容器1内の燃料の音速cdを算出する。そして、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内に燃料を噴射し、FFT処理部721に燃料の圧力振動の各周波数成分の大きさを算出させると共に、ピーク周波数算出部722に燃料の圧力基本振動の周波数fdを算出させる。そして、
cd =a×fd×2D
の関係を満たすように補正係数aを算出する。
すなわち、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内に燃料を噴射し、測定部72の、ピーク周波数算出部722で燃料の基本振動の周波数fdの算出を、上昇圧力算出部724で燃料の圧力上昇ΔPdの算出を行う。
そして、式(5)を用いて、
Nd =Iq = (ΔPd×V) / (a2×fd 2×4D2)
を満たすように補正係数aを算出する。
以上、本発明の実施形態について説明した。
Claims (3)
- 球形状の内部空間に液体を充填した密閉容器と、
前記密閉容器の内部空間に向かって液体を噴射する、前記内部空間側の端部が前記密閉容器の前記内部空間の球形状の球面に対して凹凸なく配置されたノズルと、
前記密閉容器の内部空間内の液体の圧力を検出する、前記内部空間側の端部が前記密閉容器の前記内部空間の球形状の球面に対して凹凸なく配置された圧力センサと、
前記圧力センサで検出した圧力の上昇量を算出する上昇圧力算出手段と、
前記圧力センサで検出した圧力の振動の周波数成分のうちの、大きさがピークとなる周波数成分の周波数を算出する振動周波数算出手段と、
前記上昇圧力算出手段が算出した圧力の上昇量と前記振動周波数算出手段が算出した周波数とに基づいて、液体の噴射量と噴射率とのうちの少なくとも一方を算出する噴射測定手段とを有することを特徴とする噴射計測装置。 - 請求項1記載の噴射計測装置であって、
前記上昇圧力算出手段が算出した圧力の上昇量をΔP、前記振動周波数算出手段が算出した周波数をf、密閉容器の容積をV、密閉容器の球形状の内部空間の直径をD、aを所定の補正係数として、前記噴射測定手段は、
液体の噴射量=(ΔP×V) / (a2×f2×4D2)
によって、前記液体の噴射量を算出することを特徴とする噴射計測装置。 - 請求項1または2記載の噴射計測装置であって、
前記液体は燃料であることを特徴とする噴射計測装置。
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