JP7328911B2 - Mixed state analysis method of mixed gas in engine - Google Patents

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Description

本発明は、例えばエンジンの気筒内での混合気の解析などに使用される、レーザ誘起蛍光法(LIF法)を使用した混合ガス(混合気)の混合状態解析方法に関するものである。 The present invention relates to a mixture state analysis method of a gas mixture (air-fuel mixture) using a laser-induced fluorescence method (LIF method), which is used, for example, for analysis of an air-fuel mixture in an engine cylinder.

内燃機関において、気筒内での燃料と空気の混合状態は燃焼性と直結した重要な要素であるが、混合状態を可視的に把握できると、吸気構造や点火の制御等を改良する上で有益である。そこで、レーザ誘起蛍光法(LIF法)を使用して、気筒内での混合気の状態を可視的に解析することが行われている。 In an internal combustion engine, the state of mixture of fuel and air in the cylinder is an important factor that is directly linked to combustibility. Visually grasping the state of mixture is useful in improving the intake structure and ignition control. is. Therefore, the laser-induced fluorescence method (LIF method) is used to visually analyze the state of the air-fuel mixture in the cylinder.

すなわち、この方法では、ガラスのような透明体で作られた試験用気筒が使用されており、レーザ光の照射によって発光する蛍光剤を燃料に添加しておき、レーザ光を気筒に照射して蛍光剤を発光させてこれをCCDカメラで撮影し、蛍光剤の輝度(照度)から燃料の混合状態を可視的に把握するものである(例えば特許文献1、非特許文献1)。 That is, in this method, a test cylinder made of a transparent body such as glass is used, and a fluorescent agent that emits light when irradiated with a laser beam is added to the fuel, and the cylinder is irradiated with the laser beam. A fluorescent agent is made to emit light, and this is photographed by a CCD camera, and the mixing state of the fuel is visually grasped from the luminance (illuminance) of the fluorescent agent (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1).

特開平11-94828号公報JP-A-11-94828 R&D Review of Toyota CRDL Vol.36 No.4 27~34頁「LIF(レーザ誘起蛍光)による直噴ガソリンエンジンの燃焼変動解析」R&D Review of Toyota CRDL Vol. 36 No. 4 pp. 27-34 "Analysis of Combustion Variation in Direct Injection Gasoline Engine by LIF (Laser Induced Fluorescence)"

さて、気筒内での燃料の燃焼は空燃比と密接な関係にあり、火炎の伝播の解析やノッキングの解析、燃料の気化潜熱による気筒の冷却性能解析などを行うに当たっては、スロットル開度や燃料噴射量、クランク角等と関連して気筒内でどのような空燃比分布になっているかを知ることが重要である。 By the way, the combustion of fuel in the cylinder is closely related to the air-fuel ratio, and when performing flame propagation analysis, knocking analysis, cylinder cooling performance analysis by fuel vaporization latent heat, etc., the throttle opening and fuel It is important to know the air-fuel ratio distribution in the cylinder in relation to the injection amount, crank angle, and the like.

しかし、従来のLIF法による解析方法では、気筒のどの部位において燃料が多くてどの部位において少ないかといった比較は把握できるが、空燃比の絶対値の分布を把握することはできないため、気筒内の各部位でどのような燃焼が生じるかの予測は難しく、このため、エンジンの構造や制御態様を改良するに当たって貢献が不十分な面があった。 However, with the conventional analysis method using the LIF method, although it is possible to compare which part of the cylinder has more fuel and which part has less fuel, it is not possible to grasp the distribution of the absolute value of the air-fuel ratio. It is difficult to predict what kind of combustion will occur in each part, and for this reason, there has been an aspect of insufficient contribution to improving the structure and control mode of the engine.

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、LIF法を使用しつつ価値が高い解析結果を提供できる方法を実現しようとするものである。 The present invention has been made against such a background, and aims to realize a method that can provide valuable analysis results while using the LIF method.

本願発明は、エンジンにおける燃料と空気との混合状態をレーザ誘起蛍光法によって解析する方法であり、この方法は、
「予備測定として、燃料と空気との混合割合が判っている混合ガスを基準混合ガスとしてこれにレーザ光照射によって発光する蛍光剤を均質に混合して対象物に流して、これをカメラで撮影してこのときの輝度を基準輝度として設定しておき、
次いで、メインインジェクタから噴射された燃料とスロットルバルブを経由した空気とが混合した測定用ガスの混合状態を測定する本測定として、前記蛍光剤が混合された測定用ガスを対象物に流してカメラで撮影して必要部位の本測定輝度を測定し、前記本測定輝度と前記基準輝度とを比較することにより、前記対象物における必要部位の混合割合を把握する構成であり、
前記予備測定では、燃料の噴射量を正確に測定できる補助インジェクタを使用して燃料噴射が行われる
という構成になっている。
The present invention is a method for analyzing the state of mixture of fuel and air in an engine by a laser-induced fluorescence method.
"As a preliminary measurement, a mixed gas with a known mixture ratio of fuel and air is used as a reference mixed gas, and a fluorescent agent that emits light when irradiated with a laser beam is homogeneously mixed with the mixed gas. and set the luminance at this time as the reference luminance,
Next, as the main measurement for measuring the mixing state of the measurement gas, which is a mixture of the fuel injected from the main injector and the air that has passed through the throttle valve, the measurement gas mixed with the fluorescent agent is flowed over the object and the camera and measuring the actual measured brightness of the required site, and comparing the actual measured brightness with the reference brightness to grasp the mixing ratio of the required site in the object ,
In said preliminary measurement, fuel injection is carried out using an auxiliary injector that allows an accurate measurement of the amount of fuel to be injected."
It is configured.

本願発明は、特許文献1及び非特許文献と同様に、気筒内での混合気の解析に適用すると好適である。そして、この場合は、予備測定を複数の値の空燃比(例えば、理論空燃比と適宜設定したリッチ空燃比及びリーン空燃比の3種類又はそれ以上の空燃比)の混合気で行うことにより、複数の空燃比に対応した基準輝度を把握しておき、対象物の各部位の本測定輝度を各基準輝度と比較することにより、気筒内の各部位における空燃比の絶対値を把握できる。 The invention of the present application is preferably applied to analysis of air-fuel mixture in a cylinder, as in Patent Document 1 and Non-Patent Documents. In this case, preliminary measurement is performed with air-fuel ratios of a plurality of values (for example, three or more air-fuel ratios of the stoichiometric air-fuel ratio and the appropriately set rich air-fuel ratio and lean air-fuel ratio). By grasping reference luminances corresponding to a plurality of air-fuel ratios and comparing the actual measured luminance of each part of the object with each reference luminance, the absolute value of the air-fuel ratio at each part in the cylinder can be grasped.

気筒内での混合気の濃度分布は、吸気バルブの開度やピストンの動きによって変化する。従って、予備測定及び本測定とも、クランク角の変化に対応した輝度を記録しておくことにより、気筒内の各部位において空燃比がどのように変化していくかを把握することができる。 The concentration distribution of the air-fuel mixture in the cylinder changes depending on the opening of the intake valve and the movement of the piston. Therefore, by recording the brightness corresponding to the change in the crank angle both in the preliminary measurement and the main measurement, it is possible to grasp how the air-fuel ratio changes at each part in the cylinder.

なお、本願発明において、基準輝度及び本測定輝度の数値は、必ずしも空燃比等の数字として表示する必要はないのであり、指数として表示してもよい(空燃比等の混合割合の絶対値との対応関係を正確に把握できれば足りる。)。また、本願発明において、撮影方向が異なる複数のカメラを使用することができる。これにより、混合ガスの態様や動きを立体的に把握することができる。 In the present invention, the numerical values of the reference luminance and the actual measured luminance do not necessarily need to be displayed as numbers such as the air-fuel ratio, and may be displayed as indices (the absolute value of the mixture ratio such as the air-fuel ratio). It is sufficient if the corresponding relationship can be accurately grasped.). Also, in the present invention, a plurality of cameras with different photographing directions can be used. As a result, it is possible to three-dimensionally grasp the mode and movement of the mixed gas.

本願発明では、基準輝度と本測定輝度とを対比することにより、不均一に混合している混合ガス(混合気)の各部位の輝度から混合割合の絶対値を把握できる。これにより、混合気の挙動を正確に予測又は把握できる。その結果、対象物の構造や制御を改良するにおいて、現実性に優れた設計を実現できる。 In the present invention, by comparing the reference luminance and the measured luminance, the absolute value of the mixture ratio can be grasped from the luminance of each part of the non-uniformly mixed mixed gas (air mixture) . This makes it possible to accurately predict or grasp the behavior of the air-fuel mixture. As a result, more realistic designs can be realized in improving the structure and control of objects.

例えば気筒内での混合気の解析に適用することにより、気筒のどの部位でどの程度の空燃比になっているかを把握できるため、吸気バルブの開閉制御の改良、タンブル流の生成を促進するための吸気ポートやピストンの構造の改良、インジェクタの配置や噴射タイミングの改良、ノッキング防止のための点火時期の調節制御やピストンの形状変更などの策定に大きく貢献できる。そして、従来のLIF装置をそのまま使用できるため、コストの上昇も抑制できる。 For example, by applying it to the analysis of the air-fuel mixture in the cylinder, it is possible to grasp the air-fuel ratio in which part of the cylinder, so it is possible to improve the opening and closing control of the intake valve and promote the generation of tumble flow. This can greatly contribute to the formulation of improvements to the intake port and piston structure, injector placement and injection timing, ignition timing adjustment control to prevent knocking, and changes to the shape of the piston. Further, since the conventional LIF device can be used as it is, the increase in cost can be suppressed.

実施形態の装置を示す図であり、(A)は模式的な平面図、(B)は(A)の模式的なB-B視正面図である。It is a diagram showing the apparatus of the embodiment, (A) is a schematic plan view, (B) is a schematic front view of (A) as seen from BB. 予備測定結果を示す模式図で、(A)はリーン状態での撮像図、(B)はリーン状態での空燃比とクランク角度との関係を示すグラフ、(C)はストイキ状態での撮像図、(D)はストイキ状態での空燃比とクランク角度との関係を示すグラフ、(E)はリッチ状態での撮像図、(F)はリッチ状態での空燃比とクランク角度との関係を示すグラフ、R0はストイキ状態での参照画像の撮像図、R1はリーン状態での参照画像の撮像図、R2はリッチ状態での参照画像の撮像図である。Schematic diagrams showing preliminary measurement results, (A) is an imaging diagram in the lean state, (B) is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio and the crank angle in the lean state, and (C) is an imaging diagram in the stoichiometric state. , (D) is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio and the crank angle in the stoichiometric state, (E) is an imaging diagram in the rich state, and (F) shows the relationship between the air-fuel ratio and the crank angle in the rich state. Graph, R0 is a captured view of a reference image in a stoichiometric state, R1 is a captured view of a reference image in a lean state, and R2 is a captured view of a reference image in a rich state. 各状態の予備測定結果を補正して重ねたグラフである。It is the graph which corrected and superimposed the preliminary measurement result of each state. (A)は本測定での模式的な撮像図、R0はストイキ状態での参照画像の撮像図、R3は本測定での参照部材の撮像図である。(A) is a schematic imaging diagram in the main measurement, R0 is an imaging diagram of a reference image in a stoichiometric state, and R3 is an imaging diagram of a reference member in the main measurement. 本測定における空燃比とクランク角度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between air-fuel ratio and crank angle in this measurement. 図3と図5とを重ねた対比グラフである。FIG. 6 is a comparison graph in which FIG. 3 and FIG. 5 are superimposed;

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、ポート噴射式内燃機関における気筒内での混合気の解析方法に適用している。 Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. This embodiment is applied to a method of analyzing an air-fuel mixture in a cylinder of a port injection type internal combustion engine.

(1).解析装置の説明
図1に示すように、解析装置は、実際のエンジンと同様の構造の測定用機関1と、測定用機関1に対してレーザ光を照射するためのレーザ発光器2と、測定用機関1を撮影するカメラ(CCDカメラ)3とを備えている。レーザ発光器2は例えばNd.YAGレーザ発光器を使用しているが、COレーザ発光器や半導体レーザ発光器なども使用できる。
(1) Description of Analysis Device As shown in FIG. 2 and a camera (CCD camera) 3 for photographing the engine 1 for measurement. The laser emitter 2 is, for example, Nd. A YAG laser emitter is used, but a CO2 laser emitter, a semiconductor laser emitter, or the like can also be used.

測定用機関1は、シリンダボア4a及びピストン4bを有する気筒4と、これに一体化した吸気ポート5及び排気ポート6とを備えており、吸気ポート5は吸気バルブ7で開閉されて、排気ポート6は排気バルブ8で開閉される。本実施形態は、気筒4の内部での混合気の状態を解析するものであるため、少なくともシリンダボア4aがガラス等の透明体で作られている。吸気ポート5にはサージタンク9を有する吸気マニホールド10が接続されており、サージタンク9にはスロットルバルブ11が固定されている。スロットルバルブ11には吸気管12が接続されており、吸気管12は、図示しないエアクリーナから吸気が送られる。 The measuring engine 1 includes a cylinder 4 having a cylinder bore 4a and a piston 4b, and an intake port 5 and an exhaust port 6 integrated therein. is opened and closed by an exhaust valve 8. Since this embodiment analyzes the state of the air-fuel mixture inside the cylinder 4, at least the cylinder bore 4a is made of a transparent material such as glass. An intake manifold 10 having a surge tank 9 is connected to the intake port 5 , and a throttle valve 11 is fixed to the surge tank 9 . An intake pipe 12 is connected to the throttle valve 11, and intake air is sent to the intake pipe 12 from an air cleaner (not shown).

吸気ポート5には燃料噴射用のメインインジェクタ13が臨んでおり、メインインジェクタ13にデリバリ管13aを接続し、これに燃料タンク14がホースで接続されている。また、吸気管12には燃料噴射用の補助インジェクタ15が接続されており、補助インジェクタ15もホースによって燃料タンク14に接続されている。 A main injector 13 for fuel injection faces the intake port 5. A delivery pipe 13a is connected to the main injector 13, and a fuel tank 14 is connected thereto by a hose. An auxiliary injector 15 for injecting fuel is connected to the intake pipe 12, and the auxiliary injector 15 is also connected to the fuel tank 14 by a hose.

気筒4には、レーザ光がボア軸芯と直交した水平方向から入射するようになっているが、レーザ発光器2から照射されたレーザ光は、ミラー(反射鏡)16及び集光レンズ17を介して気筒4にボア軸心と直交した水平方向から照射されるようになっている。従って、レーザ発光器2の姿勢は任意に設定できる。カメラ3は、気筒4をレーザ光の照射方向と略直交した水平方向から撮影するように配置されている。なお、レーザ光の入射方向やカメラ3の配置位置は目的に応じて変更できる。 A laser beam is incident on the cylinder 4 from a horizontal direction perpendicular to the bore axis. The cylinder 4 is irradiated from the horizontal direction orthogonal to the bore axis through the bore. Therefore, the attitude of the laser emitter 2 can be set arbitrarily. The camera 3 is arranged so as to photograph the cylinder 4 from a horizontal direction substantially perpendicular to the irradiation direction of the laser light. Incidentally, the incident direction of the laser beam and the arrangement position of the camera 3 can be changed according to the purpose.

そして、レーザ光の照射範囲は気筒4よりも少し広くなっている一方、カメラ3の撮影視野も気筒4より少し広がっており、気筒4を挟んでカメラ3と反対側の部位に、レーザ光が入射すると共にカメラ3で撮影可能な参照部材18を配置している。従って、カメラ3では、気筒4の画像と参照部材18の画像(参照画像)とを同時に撮影できる。参照部材18の表面には、レーザ光の強度に比例した輝度で発光する反射剤(例えば漂白剤)が塗布されている。 While the irradiation range of the laser beam is slightly wider than that of the cylinder 4, the field of view of the camera 3 is also slightly wider than that of the cylinder 4. A reference member 18 that can be photographed by the camera 3 while being incident is arranged. Therefore, the camera 3 can simultaneously photograph an image of the cylinder 4 and an image of the reference member 18 (reference image). The surface of the reference member 18 is coated with a reflecting material (for example, bleaching agent) that emits light with brightness proportional to the intensity of the laser light.

解析装置は、画像処理などを実行するデータ処理手段の一例としてパソコン19を備えている。符号19aはパソコン本体を、符号19bはモニターを、符号19cはキーボードを示している。図示は省略しているが、レーザ発光器2やスロットルバルブ11、インジェクタ13,15の制御弁はパソコン本体19aに接続されている。なお、測定用機関1を水平旋回させることにより、気筒4を1台のカメラ3で異なる任意の方向から撮影することが可能である。 The analysis device includes a personal computer 19 as an example of data processing means for executing image processing and the like. Reference numeral 19a denotes a personal computer main body, reference numeral 19b denotes a monitor, and reference numeral 19c denotes a keyboard. Although not shown, the laser emitter 2, the throttle valve 11, and the control valves of the injectors 13 and 15 are connected to the personal computer main body 19a. By horizontally turning the engine 1 for measurement, it is possible to photograph the cylinder 4 from different arbitrary directions with one camera 3 .

(2).測定態様
本実施形態において、燃料タンク14の燃料には、レーザ光によって発光する蛍光剤が添加されており、蛍光剤の発光状態をカメラ3で撮影することにより、気筒4の内部における混合気の燃料濃度の分布を可視的に把握できる。図2,4において、撮像した画像を網かけ表示によって模式的に示している。
(2) Measurement Mode In this embodiment, the fuel in the fuel tank 14 contains a fluorescent agent that emits light by laser light. It is possible to visually grasp the distribution of fuel concentration in the air-fuel mixture. In FIGS. 2 and 4, captured images are schematically shown by hatching.

本実施形態では、具体的な解析手順として、まず予備測定を行う。この予備測定では、図1に示す補助インジェクタ15から蛍光剤入り燃料を吸気管12に噴射することにより、蛍光剤入り燃料が均質に混ざった混合気を気筒4に送り込んで、これをカメラ3で撮影する。 In this embodiment, preliminary measurement is first performed as a specific analysis procedure. In this preliminary measurement, by injecting the fluorescent-containing fuel into the intake pipe 12 from the auxiliary injector 15 shown in FIG. to shoot.

この場合、燃料の噴出量は補助インジェクタ15によって正確に制御できる一方、吸気の吹き込み量はスロットルバルブ11によって正確に制御できるため、燃料が理論空燃比(ストイキ)よりも多いリッチ状態(例えばA/F=12.0))と、理論空燃比の状態(A/F=14.7)と、燃料がリーン状態(例えばA/F=17.0)との3種類の空燃比の混合気を基準混合気として設定し、3つの基準混合気についてそれぞれ予備測定を行って基準輝度を測定している。図2のうち(C)でストイキ状態を示し、(A)でリーン状態を示し、(E)でリッチ状態を示している。なお、リーン状態及びリッチ状態とも、複数の空燃比の基準混合気を設定することは可能である。 In this case, the fuel injection amount can be accurately controlled by the auxiliary injector 15, while the intake air injection amount can be accurately controlled by the throttle valve 11. Therefore, the fuel is in a rich state (e.g., A/ F = 12.0)), a stoichiometric air-fuel ratio state (A/F = 14.7), and a fuel-lean state (for example, A/F = 17.0). Three standard air-fuel mixtures are set as standard air-fuel mixtures, and preliminary measurements are performed for each of the three standard air-fuel mixtures to measure the standard brightness. In FIG. 2, (C) indicates the stoichiometric state, (A) indicates the lean state, and (E) indicates the rich state. It is possible to set a plurality of reference air-fuel mixtures for both the lean state and the rich state.

3つの基準状態において燃料の密度が相違するため、画像の輝度(照度)は、リーン状態、ストイキ状態、リッチ状態の順で濃く現れる(強く発光する)が、燃料は均等に混ざっているため、いずれの状態でも撮像は全体が同じ輝度に現れる。そこで、クランク軸(図示せず)を回転させつつ断続的に又は連続的に撮像して画像の輝度を基準輝度として記録していくことにより、クランク角と基準輝度との関係をグラフ化していく(図2の(B)、(D)、(F))。 Since the density of the fuel is different in the three reference states, the luminance (illuminance) of the image appears darker (light is emitted strongly) in the order of the lean state, the stoichiometric state, and the rich state, but since the fuel is evenly mixed, In either state, the image appears at the same brightness throughout. Therefore, the relationship between the crank angle and the reference luminance is graphed by recording the luminance of the image intermittently or continuously while rotating the crankshaft (not shown) and recording the luminance of the image as the reference luminance. ((B), (D) and (F) of FIG. 2).

この場合、各グラフ(B)(D)(F)では、クランク角の増大に連れて輝度が高くなるように表示しているが、これは便宜的な表示であり、実際には、ピストン4bの動きと吸気量との関係により、非直線的な関係になったり、右下がりになったりし得る(圧縮行程では、クランク角の増大と共に輝度は高くなる。)。但し、いずれの基準状態でも吸気量は同じであるため、各グラフとも同じ傾向の線になる。なお、グラフ(B)(D)(F)では縦軸を輝度と表示しているが、空燃比として表示したり、単なる対比用指数として表示したりすることも可能である。 In this case, the graphs (B), (D), and (F) are displayed so that the luminance increases as the crank angle increases, but this is a display for convenience, and in reality, the piston 4b Depending on the relationship between the movement of the engine and the amount of intake air, the relationship may be non-linear or downward to the right (during the compression stroke, the brightness increases as the crank angle increases). However, since the amount of intake air is the same in any reference state, each graph shows the same trend line. In the graphs (B), (D), and (F), the vertical axis represents luminance, but it is also possible to display it as an air-fuel ratio or simply as a comparison index.

さて、レーザ発光器はパルス変動が大きくてレーザ光の強度が変化しやすいため、測定するごとにレーザ光の強さが変化して、同じ空燃比であっても蛍光剤の発光量が変化するおそれがある。すると、撮影を繰り返していくにおいて、画像の輝度と燃料濃度(空燃比)との関係が一定化せずに、燃料濃度を空燃比の絶対値で正確に表示し難くなってしまうおそれがある。 Now, since the pulse fluctuation of the laser light emitter is large and the intensity of the laser light is likely to change, the intensity of the laser light changes each time it is measured, and even if the air-fuel ratio is the same, the amount of light emitted by the fluorescent material changes. There is a risk. As a result, the relationship between image brightness and fuel concentration (air-fuel ratio) may not be constant as images are repeatedly captured, making it difficult to accurately display the fuel concentration as the absolute value of the air-fuel ratio.

この点について本実施形態では、例えば、1日のうちの最初に行われた測定での参照画像の輝度を参照輝度として設定しておき、以後の測定では、実際の参照画像の輝度と参照輝度とを対比し、相違があると、その相違に基づいて混合気の画像の輝度を増減する補正を行っている。実施形態では、ストイキ状態での測定を最初に行っており、このときの参照画像の輝度を参照輝度X0としている。 Regarding this point, in the present embodiment, for example, the brightness of the reference image in the first measurement of the day is set as the reference brightness, and in subsequent measurements, the actual brightness of the reference image and the reference brightness are compared, and if there is a difference, a correction is made to increase or decrease the brightness of the air-fuel mixture image based on the difference. In the embodiment, the measurement in the stoichiometric state is performed first, and the brightness of the reference image at this time is taken as the reference brightness X0.

図2(B)のリーン状態では、参照部材18の実際の輝度X1が参照輝度X0からE1だけ高くなっているため、混合気の測定輝度のグラフをE1だけ下方にずらす補正を行っている。同様に、図2(F)のリッチ状態では、参照部材18の実際の輝度X2が参照輝度X0からE2だけ低くなっているため、測定した輝度のグラフをE2だけ上方にずらす補正を行っている。これらの補正により、各基準輝度について、同一強度のレーザ光によって測定したのと同じグラフを得ることができて、正確な対比が可能になっている。 In the lean state of FIG. 2B, the actual brightness X1 of the reference member 18 is higher than the reference brightness X0 by E1, so correction is performed to shift the graph of the measured brightness of the air-fuel mixture downward by E1. Similarly, in the rich state of FIG. 2(F), the actual luminance X2 of the reference member 18 is lower than the reference luminance X0 by E2, so correction is performed to shift the measured luminance graph upward by E2. . By these corrections, it is possible to obtain the same graph for each reference luminance as measured with laser light of the same intensity, enabling accurate comparison.

図3は、3つの基準輝度の補正後のグラフを1つに重ねているが、このように複数の空燃比に対応した輝度グラフを作成しておくと、撮像された画像の濃淡幅が大きくても、輝度と空燃比との対応関係を正確に把握できる(例えば、グラフの輝度(縦軸)は空燃比に換算できるため、気筒内の特定部位の混合気が特定のクランク角のときにどの程度の空燃比であるか把握できる。)。 In FIG. 3, three graphs after correction of the reference luminance are superimposed on one. (For example, the brightness (vertical axis) of the graph can be converted to the air-fuel ratio, so when the air-fuel mixture in a specific part of the cylinder is at a specific crank angle, It is possible to grasp the degree of air-fuel ratio.).

本測定では、メインインジェクタ13から燃料を噴射して、実際の気筒4の内部と同じ状態にして混合気をカメラ3で撮影する。図3(A)では、画像を模式的に表示しているが、網かけ密度が濃い部分は燃料の濃度が高い部分で、網かけ密度が低い部分では燃料の濃度が低い部分である。 In this measurement, fuel is injected from the main injector 13 and the air-fuel mixture is photographed by the camera 3 in the same state as the actual inside of the cylinder 4 . In FIG. 3(A), an image is schematically displayed. A portion with a high density of shading is a portion with a high concentration of fuel, and a portion with a low shading density is a portion with a low concentration of fuel.

そして、いずれの部位も画像の輝度を数値化できるが、上記のとおり輝度は空燃比に換算できるため、図3のグラフの数値と対比することにより、輝度が相違する各部位について空燃比の絶対値を知ることができる。 The brightness of the image can be quantified for any part, and since the brightness can be converted to the air-fuel ratio as described above, the absolute value of the air-fuel ratio for each part with different brightness can be obtained by comparing with the numerical values in the graph of FIG. value can be known.

この本測定でも、レーザ光の強さが変化していることは有り得るので、図5に模式的に示すように、参照部材18の実際の輝度X3が参照輝度X0と同じになるように、X3とX0との差E3の分だけ本測定輝度の補正を行っている。そして、補正後の本測定輝度の値と図3の基準値とを重ねることにより、図6に示す対比グラフを得ることができて、気筒内での各部位での混合気の空燃比を知ることができる。 Even in this actual measurement, the intensity of the laser light may change, so as schematically shown in FIG. and X0, the measured luminance is corrected by the difference E3. Then, by superimposing the value of the measured brightness after correction and the reference value in FIG. 3, the comparison graph shown in FIG. be able to.

以上のとおり、本実施形態では、予備測定において特定の濃度に均質化された混合気を使用してその輝度を基準輝度として設定しているため、本測定における輝度の数値を基準輝度と対比することにより、空燃比の絶対値を知ることができる。従って、実際の燃料の量の分布や火炎伝播の状態などを正確に推測又は把握できる。これにより、タンブル流の改善やノッキングの抑制対策などの改良を、的確に行える。 As described above, in this embodiment, the air-fuel mixture homogenized to a specific concentration in the preliminary measurement is used and its luminance is set as the reference luminance. Thus, the absolute value of the air-fuel ratio can be known. Therefore, it is possible to accurately estimate or grasp the distribution of the actual amount of fuel, the state of flame propagation, and the like. As a result, improvements such as improvement of tumble flow and prevention of knocking can be accurately performed.

本実施形態では、各測定において気筒4と一緒に参照部材18を撮像して混合気の濃度の補正を行っているが、レーザ発光器2におけるレーザ光の強度(出力)が安定している場合は、このような対応は不要である。予備測定において均質な混合気を得る手段としては、補助インジェクタをサージタンクに設けると共に、サージタンクに攪拌手段を設けるなどしてもよい。 In this embodiment, the reference member 18 is imaged together with the cylinder 4 in each measurement to correct the concentration of the air-fuel mixture. does not require such a response. As means for obtaining a homogeneous air-fuel mixture in the preliminary measurement, an auxiliary injector may be provided in the surge tank, and a stirring means may be provided in the surge tank.

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、気筒等の対象物を複数のカメラで異なる箇所から撮影することにより、対象物を動かすことなく立体的な濃度分布を知ることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various other ways. For example, by photographing an object such as a cylinder from different locations with a plurality of cameras, it is possible to know the three-dimensional density distribution without moving the object.

また上記の実施形態は混合気の濃度分布の解析に適用したが、EGRガスやブローバイガスに霧化した蛍光剤を添加して流すことにより、EGRガスやブローバイガスの流れの解析を行うことも可能である。また、吸気ポートにおける混合気の流れの解析にも適用できる。 Although the above embodiment is applied to the analysis of the concentration distribution of the air-fuel mixture , it is also possible to analyze the flow of the EGR gas or blow-by gas by adding an atomized fluorescent agent to the EGR gas or blow-by gas. is also possible. It can also be applied to the analysis of the air-fuel mixture flow at the intake port.

本願発明は、エンジンにおける混合ガスの混合状態解析方法に具体化できる。従って、産業上利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be embodied in a method for analyzing a mixed state of mixed gas in an engine. Therefore, it can be used industrially.

1 測定用機関
2 レーザ発光器
3 カメラ
4 気筒
5 吸気ポート
6 排気ポート
9 サージタンク
11 スロットルバルブ
12 吸気管
13 メインインジェクタ
14 燃料タンク
15 補助インジェクタ
16 ミラー
17 集光レンズ
18 参照部材
19 データ処理装置の一例としてのパソコン
1 measurement engine 2 laser emitter 3 camera 4 cylinder 5 intake port 6 exhaust port 9 surge tank 11 throttle valve 12 intake pipe 13 main injector 14 fuel tank 15 auxiliary injector 16 mirror 17 condenser lens 18 reference member 19 data processor Personal computer as an example

Claims (1)

エンジンにおける燃料と空気との混合状態をレーザ誘起蛍光法によって解析する方法であって、
予備測定として、燃料と空気との混合割合が判っている混合ガスを基準混合ガスとしてこれにレーザ光照射によって発光する蛍光剤を均質に混合して対象物に流して、これをカメラで撮影してこのときの輝度を基準輝度として設定しておき、
次いで、メインインジェクタから噴射された燃料とスロットルバルブを経由した空気とが混合した測定用ガスの混合状態を測定する本測定として、前記蛍光剤が混合された測定用ガスを対象物に流してカメラで撮影して必要部位の本測定輝度を測定し、前記本測定輝度と前記基準輝度とを比較することにより、前記対象物における必要部位の混合割合を把握する構成であり、
前記予備測定では、燃料の噴射量を正確に測定できる補助インジェクタを使用して燃料噴射が行われる、
エンジンにおける混合ガスの混合状態解析方法。
A method for analyzing the state of mixture of fuel and air in an engine by a laser-induced fluorescence method,
As a preliminary measurement, a mixed gas with a known mixture ratio of fuel and air is used as a reference mixed gas, and a fluorescent agent that emits light when irradiated with a laser beam is mixed homogeneously with the mixed gas. Set the luminance at the time of leverage as the reference luminance,
Next, as the main measurement for measuring the mixing state of the measurement gas, which is a mixture of the fuel injected from the main injector and the air that has passed through the throttle valve, the measurement gas mixed with the fluorescent agent is flowed over the object and the camera and measuring the actual measured brightness of the required site, and comparing the actual measured brightness with the reference brightness to grasp the mixing ratio of the required site in the object ,
In said preliminary measurement, fuel injection is performed using an auxiliary injector capable of accurately measuring the amount of fuel to be injected.
A mixed state analysis method for mixed gas in an engine.
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