JP7081530B2

JP7081530B2 - 液膜厚さ測定方法

Info

Publication number: JP7081530B2
Application number: JP2019032465A
Authority: JP
Inventors: 敏邦黒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: JP2020134476A

Description

本発明は、液膜厚さ測定方法に関する。

自動車の排気ガスに含まれるすすの発生源となるエンジン筒内の壁面に付着する燃料の定量化手法が求められている。当該定量化手法の一つとして、壁面に付着する燃料の液膜厚さを測定する手法が検討されている。

特許文献１には、蛍光物質を含む燃料の液膜に紫外線を照射し、当該液膜から発生される蛍光強度を測定し、当該蛍光強度から液膜の厚さを算出する液膜厚さ計測装置が開示されている。

特開２００９－１０３６３０号公報

エンジン筒内には、壁面に付着する液膜状の燃料のほかに、気化した燃料が存在する。特許文献１のように、１種類の蛍光物質を用いたレーザ誘起蛍光法（ＬＩＦ法）では、エンジン筒内に紫外線を照射すると、液膜のほか、気化した燃料に含まれる蛍光物質からも蛍光が発生してノイズとなる。
これに対し本発明者は、後述するエキサイプレックスレーザ誘起蛍光法を用いて、液膜厚さの測定を行うことを検討した。しかしながらエキサイプレックスレーザ誘起蛍光法においては、液膜と蛍光強度の相関を示す検量線が安定して得られないという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、より正確に液膜の厚さ測定できる、液膜厚さ測定方法を提供するものである。

本実施形態に係る液膜厚さ測定方法は、
蛍光材を含む燃料の液膜厚さを測定する測定方法であって、
液膜厚さと蛍光強度との関係を示す検量線を作成する工程と、
前記燃料が付着した壁面の蛍光強度を測定する工程と、
前記検量線を用いて、蛍光強度の測定値から液膜厚さを算出する工程と、を有し、
前記検量線を作成する工程が、
蛍光強度測定用のセルに蛍光材を含む燃料を循環させながら、蛍光強度を測定する工程を含むことを特徴とする。

上記本実施形態の液膜厚さ測定方法によれば、蛍光材を含む燃料を循環させることで、紫外線照射による蛍光強度の変化を抑制しながら検量線を作成するため、液膜と蛍光強度の相関を示す検量線を安定して得ることができる。その結果、液膜厚さをより正確に測定することができる。

本発明により、より正確に液膜の厚さ測定できる液膜厚さ測定方法を提供することができる。

本実施形態に係る液膜厚さ測定方法のフロー図である。検量線作成用の循環型セルシステムの概略図である。図２の上面図である。蛍光輝度の時間変化を説明するためのグラフである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る液膜厚さ測定方法のフロー図である。本実施形態に係る液膜厚さ測定方法は、蛍光材を含む燃料を測定対象とするものであって、液膜厚さと蛍光強度（蛍光輝度ともいう）との関係を示す検量線を作成する工程（Ｓ１０）と、前記燃料が付着した壁面の蛍光強度を測定する工程（Ｓ２０）と、前記検量線を用いて、蛍光強度の測定値から液膜厚さを算出する工程（Ｓ３０）とを有している。

図２及び図３を参照して、検量線を作成する工程（Ｓ１０）について説明する。図２は循環型セルシステムの概略図であり、図３は図２の上面図である。当該循環型セルシステム１０は、蛍光材を含む燃料の入ったタンク１と、蛍光強度測定用のセル２と、タンク１からセル２に燃料を供給する供給路３と、セル２からタンク１へ燃料を排出する排出路４を有し、供給路３又は排出路４に燃料を循環させるためのポンプ５が備えられている。セル２は着脱が可能であり、光路長（内寸：液膜厚さに相当）の異なるセル２を装着することができる。

蛍光強度を測定する光学系は少なくともセル２へ紫外線を照射する紫外線照射機構と、セル２から放出される蛍光のうち少なくとも測定対象となる波長域の光を検出する蛍光検出機構を備えていればよい。

本実施形態では、当該循環型セルシステム１０を用いて、測定対象の燃料を循環させながら蛍光強度を測定することで、液膜厚さに依存する蛍光強度を安定して測定することができる。そして、光路長の異なるセルを用いて順次測定することにより、安定した検量線が得られる。

ここで、本実施形態の液膜厚さ測定方法に適用されるエキサイプレックスレーザ誘起蛍光法、及び、蛍光強度測定用のセルに蛍光材を含む燃料を循環させながら蛍光強度を測定することで安定した検量線が得られるメカニズムについて説明する。
エキサイプレックスレーザ誘起蛍光法は、基底状態にある物質Ｍが紫外線により励起状態Ｍ^＊となり、他の物質Ｎと衝突して、蛍光性を有する錯合体（Ｍ・Ｎ）^＊を形成し、当該錯合体から発生する蛍光を測定する手法である。即ち本実施形態において蛍光材は当該錯合体（Ｍ・Ｎ）^＊を形成可能な物質Ｍ及び物質Ｎの組合せである。
液相中では、物質Ｍと物質Ｎとの衝突が生じやすいため錯合体（Ｍ・Ｎ）^＊が生成されやすい。一方気相では物質Ｍと物質Ｎの衝突が生じにくいため錯合体（Ｍ・Ｎ）^＊は生成されにくい。そのため、エキサイプレックスレーザ誘起蛍光法によれば、気化した燃料に含まれる蛍光材からのノイズが抑制される。

一方、エキサイプレックスレーザ誘起蛍光法に適用可能な蛍光材を含む燃料は、紫外線照射時間により蛍光強度が変化することが明らかとなった。図４は蛍光輝度の時間変化を説明するためのグラフである。図４に示されるように、紫外線照射時間が長くなるにつれて、燃料の蛍光強度が大きくなる傾向にある。液膜厚さが大きいものほど、蛍光輝度が変化する時間が長くなっている。
本実施形態では、前記循環型セルシステムを用いて燃料を循環させながら蛍光強度を測定するため蛍光強度が大きくなる前の安定した状態で測定することが可能である。なお、エンジン筒内の液膜測定時においても、長時間の紫外線照射は行わないため、この手法により、より正確に液膜の厚さを算出できる検量線の作成が可能となる。

次いで、エンジンの筒内などにおいて燃料が付着した壁面の蛍光強度を測定する（Ｓ２０）。蛍光強度を測定するための光学系は、ＬＩＦ法のものと同様の構成とすることができる。次いで、前記検量線を用いて、得られた蛍光強度の測定値から液膜厚さを算出する（Ｓ３０）。本実施形態の液膜厚さ測定方法は、上記の方法で検量線を得ているため、より正確な液膜の厚さを求めることができる。

１タンク、２セル、３供給路、４排出路、５ポンプ、６台、７開口部１０循環型セルシステム

Claims

蛍光材を含む燃料の液膜厚さを測定する測定方法であって、
液膜厚さと蛍光強度との関係を示す検量線を作成する工程と、
前記燃料が付着した壁面の蛍光強度を測定する工程と、
前記検量線を用いて、蛍光強度の測定値から液膜厚さを算出する工程と、を有し、
前記検量線を作成する工程が、
蛍光強度測定用のセルに蛍光材を含む燃料を循環させながら、蛍光強度を測定する工程を含むことを特徴とする、液膜厚さ測定方法。