JPS62273431A

JPS62273431A - 噴射燃料の平均粒径計測装置

Info

Publication number: JPS62273431A
Application number: JP61114821A
Authority: JP
Inventors: Takemasa Kamimoto; 神本　武征
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1987-11-27
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPH0648238B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は噴射燃料の平均粒径計測装置に関する。

Ｃ従来の技術〕ディーゼル機関においては燃料噴射弁から噴射さた燃料
の粒径が燃焼に大きな影響を与え、従ってディーゼル機
関の燃焼を解析するためには噴射燃料の粒径を知る必要
がある。噴射燃料の粒径を調べるために従来では例えば
噴射された燃料の微粒子をガラス板表面に塗布した捕獲
液内に捕獲し、次いで顕微鏡写真を撮った後にこれら微
粒子の一個一個について粒径を調べることにより全噴射
燃料の微粒子の粒径分布を調べるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこのように一個一個の微粒子の粒径を調べ
ることはかなりの手間を要するばかりでなく噴射された
瞬間の微粒子の粒径を調べることができないという問題
がある。また、この方法によれば粒径分布を知ることが
できるが最も知りたいのは平均粒径であり、また粒径分
布曲線は予め予想がつくので平均粒径を知ることができ
れば十分である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば平行光線を
形成する手段と、平行光線中に燃料を噴射する燃料噴射
装置と、噴射燃料の全燃料粒子の通過光を受光するイメ
ージセンサと、イメージセンサの出力信号に基いて燃料
粒子を通過しない光の強度と全燃料粒子の通過光の強度
との差および燃料噴射量から平均粒径を計算する計算手
段とを具備している。

〔実施例〕

第１図を参照すると、その全体を符号１で示す平均粒径
計測装置は高圧容器２を具備する。この高圧容器２は互
いに平行をなす一対の透明ガラス板３，４を具え、これ
らガラス板３．４の間に高圧室５が形成される。高圧室
５の頂部には燃料噴射弁６が配置され、この燃料噴射弁
６から燃料７が噴射される。

一方、高圧容器２の一側には光源８、集光レンズ９、ピ
ンホール１０を具えたスクリーン１１および凸レンズ１
２が配置され、高圧容器２の他側には凸レンズ１３、開
孔１４を具えたスクリーン１５およびイメージセンサ１
６が配置される。光源８としてはパルスレーザが適して
おり、レーザとしではルビーレーザを使用することがで
きる。

なお、パルスレーザの代りにフラッシュを用いることも
できるがこの場合にはイメージセンサ１６の前に一定の
波長の光のみを通過せしめるフシルタを挿入する必要が
ある。光ａ８から出た光は集光レンズ９により集光され
た後にピンホール１０を通り、次いで開拡しながら凸レ
ンズ１２に向かう。次いでこの光は凸レンズ１２により
平行光線とされ、この平行光線はガラス板３、高圧室５
およびガラス板４を通って凸レンズ１３に向かう。

次いでこの平行光線は凸レンズ１３により集光され、こ
の集光された光線は開孔１４を通ってイメージセンサ１
６に達する。イメージセンサ１６は平面内において格子
状に配列された例えば４００×５００個程度の多数の画
素を有し、高圧容器２を通過した各点における光の強度
が対応する画素により検出される。イメージセンサ１６
としては例えばＣＣＤ型（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラを使用することができる。光
源８は極めて短かい時間、光線を出し、このときに各画
素により検出された光の強度はフレームメモリ１７に送
り込まれてフレームメモリ１７に記憶される。フレーム
メモリ１７内に記憶された光の強度は電子制御ユニ・ノ
ド１８に供給されて処理される。電子制御ユニット１８
はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス１９
によって相互に接続されたＲＯＭ　（リードオンメモリ
）２０、ＲＡＭ　（ランダムアクセスメモリ）２１、Ｃ
ＰＵ　（マイクロプロセッサ）２２、入力ポート２３お
よび出力ポート２４を具備する。フレームメモリ１７は
入力ポート２３に接続される。また、燃料噴射弁６は燃
料噴射圧を検出するための圧力センサ２５と、ニードル
のリフト量を検出するためのニードルリフトセンサ２６
とを具備し、これら圧力センサ２５およびニードルリフ
トセンサ２６は夫々対応するＡＤ変換器２７．２８を介
して入力ポート２３に接続される。

一方、出力ポート２４は適当な表示装置２９に接続され
る。

第２図に平均粒径計測装置１の別の実施例を示す。この
実施例では第１図の凸レンズ１２に代えて凹面鏡１２′
が用いられていると共に第１図の凸レンズ１３に代えて
凹面鏡１３′が用いられおり、その他の点については基
本的に第１図に示す実施例と変りはない。

次にまず始めに本発明を概念的に説明する。噴霧燃焼で
は燃焼特性が燃料粒子の体積■に対する燃料粒子の表面
積Ｓの大小によって左右されるので、燃焼を解析にする
に当っては比表面積Ｓ／Ｖが重要な因子となる。これを
燃料粒子全体について考えると全燃料粒子の体積の総和は Σ（π／６）ｘｉ３・Δｎ１＝（π／６）〒３・ｎ　　
　−−−−−−（１）全燃料粒子の表面積の総和は Σπｘｉ２．Δｎ　ｉ　＝　ｙｒ　ｘ　ｚ−ｎ　　　−
−−−−−−−＋２）ここでｘｉは燃料粒子の直径、Δ
ｎｉ　は直径がｘｉである燃料粒子の個数、Ｙは平均粒
径、ｎは燃料粒子の総数である。

（１）式の両辺を（２）式で割るとこのＸはいわゆるザラター平均粒径と称され、以下この
Ｙを７３□と表わす。

（３）式かられかるように（ΣＸｉ３・Δｎｉ）は燃料
粒子の体積の総和を表わしており、これは燃料噴射量を
計測することによって容易に求められる。

一方、燃料粒子群に光線を照射すると燃料粒子を通過し
た光は減衰するから燃料粒子群を通過した光線をスクリ
ーン上に当てると燃料粒子を通過した光はスクリーン上
で影となる。単純に考えた場合、この影の面積は燃料粒
子の断面積に一致しており、従って影の総面積は全燃料
粒子の断面積の総和に一致する。ところが（３）式にお
いて（Σｘｉ２・Δｎｉ）は全燃料粒子の断面積の総和
を示しており、従って影の総面積を計測すれば（ΣＸｉ
２・Δｎｉ）が求まることになる。従って燃料噴射量を
計測しかつ影の総面積を計測することによって（３）弐
から平均粒径が求められる。

このように本発明は燃料粒子群によって形成される影か
ら平均粒径を求めるようにしたものである。しかしなが
ら燃料粒子の断面積と影との関係は上述したような単純
なものではなく、影の総面積からただちに平均粒径が求
められるものではない。しかしながら燃料粒子の断面積
と影との間に何らかの関係があれば影を計測することに
よって平均粒径を求めることができる。しかも燃料粒子
群によって形成される影については電気的にただちに検
出できるので極めて有効である。

そこで本発明者は燃料粒子の断面積と影の物理的意味を
追究してそれらの関係を見い出し、それによって瞬時に
して平均粒径を計測しうるようにしたのである。

そこで次に燃料粒子の断面積と影との関係をまず始めに
説明し、次いで影から平均粒径を求める方法について説
明する。

第３図に示されるように断面積Ａの平行光線内に１個の
燃料粒子Ｐが浮遊しているとこの粒子により一部の光は
減衰されて燃料粒子の後方に影が生じる。断面積Ａを通
過する光のエネルギの総和をＩｏとした場合において断
面積Ａ′を通過する光のエネルギＩがＩ＝１゜（Ａ　−
Ｃｅｘｔ　）になった場合、このＣｅｘｔを減衰断面積
と称する。この減衰断面積は燃料粒子によって形成され
る影を全く光が通らない影に換算した場合の影の断面積
に相当する。

ところで燃料粒子の断面積は（π／４）ｘｉ２であり、
これを光学断面積とすると減衰断面積Ｃｅｘ　ｔは光学
断面積を用いて次のように表わされる。

Ｃｅｘｔ＝　Ｑｅｘｔ　・（７Ｃ／４）ｘｉ”ここでＱ
ｅｘＬは減衰係数と称される。

光線中に物体が存在する場合には光は吸収および散乱に
よって減衰するが燃料は一般に非導電体であるので燃料
粒子は光、即ち電磁波を吸収せず、従って散乱のみを生
ずる。従って燃料粒子については減衰係数Ｑｅｘｔは散
乱係数と同一になる。

ところで散乱係数は粒子パラメータαｉ（＝πｘｉ／λ
、ここでλは光の波長）と粒子の屈折率ｍの関数であり
、Ｍｉｅの理論から厳密に導びかれる。第４図は燃料と
してノルマルトリデカンＣＩ　：ｌ　Ｈｚｓ　（ｍ　＝
　１．４１３）を用い、波長λ＝　０．６３２８　ｐ　
ｍの光を用いた場合の厳密解を示している。α−■でＱ
ｅｘｔが２．０に近づくことがわかる。αが小さな場合
を除いてαは２．０程度であり、一方減衰断面積は上述
したようにＣｅｘｔ＝　Ｑｅｘｔ　・（π／４）ｘｉ２
で表わされるので減衰断面積Ｃｅｘｔは光学断面積（π
／４）ｘｉ”のほぼ２倍となることがわかる。

ところで減衰係数Ｑｅｘｔは平行光線の減衰を意味して
いるので減衰係数Ｑｅｘｔが厳密解と一致するのは開孔
１４　（第１図および第２図）内を平行光線のみが通過
する場合である。開孔１４の径が大きくなると平行光線
に対して傾斜した散乱光も開孔１４内を通過するので影
の面積が小さくなり、減衰係数Ｑｅｘｔはみかけ上小さ
くなる。第５図に示されるように平行光線の光軸に対し
て角度θだけ傾いた散乱光が開孔１４内を通過し、散乱
光が角度θ以上であれば開孔１４を通過しない場合にこ
の角度θを検出半角と称する。即ち、開孔１４の径が大
きくなれば検出半角θが大きくなり、減衰係数Ｑｅｘｔ
はみかけ上小さくなる。また、光の波長、燃料粒子の径
の大きさおよび屈折率によって各方向へ散乱する光のエ
ネルギが変化し、従って散乱光が開孔１４を通過しても
この散乱光の工ネルギは光の波長、燃料粒子の径の大き
さおよび屈折率によって変化する。開孔１４を通過する
散乱光のエネルギが大きくなれば減衰係数Ｑｅｘｔはみ
かけ上小さくなる。ここで減衰係数Ｑｅｘｔの減少率を
補正係数Ｒで表わすとみかけの減衰係数はＲ−Ｑｅｘｔ
となり、補正係数Ｒは検出半角θ、光の波長λ、燃料粒
子の径ｘｉ、燃料粒子の屈折率ｍの関数となる。光の波
長λと燃料粒子の径ｘｉを粒子パラメータαｉ（＝πｘ
ｉ／λ）で代表する−と、粒子パラメータαｉおよび屈
折率ｍに対する散乱パターンはＭｉｅの理論により厳密
に求められる。燃料の種類が定まれば屈折率ｍが定まる
ので燃料が定まれば結局補正係数Ｒは検出半角θおよび
粒子パラメータαｉの関数となる。粒子パラメータαｉ
を一定とした場合の補正係数Ｒと検出半角θとの関数を
第６図に示す。第６図かられかるように検出半角θが大
きくなると補正係数Ｒは０．５に近づく。

前述したように減衰係数Ｑｅｘｔは粒子パラメータαｉ
と粒子の屈折率ｍの関数である。また補正係数Ｒは粒子
パラメータαｉと、粒子の屈折率ｍと、検出半角θとの
関数である。燃料が定まれば屈折率ｍが定まるので燃料
が定まれば減衰係数Ｑｅｘｔは粒子パラメータαｉのみ
の関数となり、補正係数Ｒは粒子パラメータαｉおよび
検出半角θのみの関数となる。従ってこの場合、みかけ
の減衰係数Ｒ−ＱｅｘｔはＲ（αｉ、　　θ）　、　Ｑ
ｅｘｔ（αｉ）と表わされる。

前述したように燃料粒子−個に対する減衰断面積は　Ｃ
ｅｘｔ＝　Ｑｅｘｔ　・（π／４）　ｘ　ｉ”で表わさ
れるから燃料粒子−個に対する減衰断面積ＣｅｘｔをＲ
（αｉ　、　　θ）　、　　Ｑｅｘｔ　　（αｉ　）で
表わすと次のようになる。

ＣｅｘＬ＝Ｒ（αｉ、θ）　−Ｑｅｘｔ（αｉ）・（π
／４）ｘｉ２従って全燃料粒子に対する減衰断面積Ｃｅ
ｘｔの総和Ａｆは次のように表わされる。

Ａｆ＝ΣＲ（ｏｔｉ、θ）　・Ｑｅｘｔ（αｉ）　・（
π／４）ｘｉ”　・Δｎｉ（４）式は種々の粒径の燃料
粒子が混在している場合の減衰断面積の総和Ａｆを示し
ている。（４）式において粒子パラメータαｉは光の波
長λおよび粒径ｘｉの関数であり、検出半角θは開孔１
４（第５図）の径によって定まるから光の波長λおよび
開孔１４の径が定まれば減衰断面積の総和Ａｆは粒子の
粒径ｘｉと、粒径ｘｉである粒子の個数との関数となる
。従って減衰断面積の総和Ａｆを計測することができ、
粒子の全個数と粒度分布がわかれば粒径ｘｉの粒子が何
個あるかがわかり、従って平均粒径を求めることができ
る。しかしながら噴射燃料の粒子の全個数と粒度分布は
不明であるからたとえ減衰断面積の総和Ａｆを計測する
ことができたとしてもただちに平均粒径を求めることが
できない。

上述したように噴射燃料の粒子の全個数と粒度分布は不
明であるが燃料噴射弁から噴射された燃料の粒度分布に
ついては一定性があることが知られる。このような粒度
分布を表わす式として以下に示す波山−棚沢の分布曲線
が知られている。

ｆ　（ｙ）　＝Ａｙ”ｅｘｐ　（−Ｂｙβ）　　−−−
−−−−−−−−−（５）ただし　ｙ＝ｘｉ／Ｘ１３ｚ
　　（マｉ：＋ｚは平均粒径）Ａ、Ｂ、　　α、βは定
数（５）弐で表わされる分布曲線を第７図に示す。

ｆ　（ｙ）は全粒子中において粒径がｙである粒子が占
める割合を示している。

このように（５）式から粒度分布を知ることができ、従
って不明なのは粒子の全個数である。そこで夫々粒径の
異なる各粒子に対する平均的なみかけの減衰係数Ｒ（Ｑ
’：ｌｚθ）　・Ｑｅｘｔ　（ｆｆｚｚ）を考え、光は
各粒子についてこのみかけの減衰係数に従って減衰する
ものとする。ここで７３□は平均粒径Ｙ３□に対するパ
ラメータである。

このように考えると減衰断面積の総和Ａｆで次式で表わ
されることになる。

Ａｆ＝ΣＲ（（ｒｉｇθ）　・Ｑｅｘｔ（ｆｆｉｚ）　
・（７（／４）ｘｉ”　・Δｎ　ｉ　−（６）（６）式
において平均粒径Ｙ３□が決まったとすると（６）式は
次のようになる。

Ａｆ＝Ｒ（＆−３ｚθ）　・Ｑｅｘｔ（（２３ｇ）Σ（
π／４）ｘｉ２・Δｎ　ｉ　　−（？）ところでこの（
７）式のＡｆは（４）式のＡｆに一致するから（４）式
および（７）式からＡｆを消去すると次のようになる。

Ｒ（ａ　：＋　ｚθ）　・Ｑｅｘｔ（ｆｆ：＋ｚ）＝　
（ΣＲ（αｉθ）Ｑｅｘｔ（Ｃｌ　ｉ）　・ｘｉ２・Δ
ｎｉ）／（Σｘｉ２・Δｎｉ　）　−−−ｆ８１（８）
弐のΔｎｉ　は分母、分子の双方に含まれているから粒
子の実際の個数ではなく、このΔｎｉは粒径ｘｉの粒子
が存在する割合で表わせばよい。

従って平均粒径７３□が決まったとすると（５）弐或い
は第７図からΔｎｉが求まることになる。従って（５）
式或いは第７図を用いて（８）式から平均粒径ｘ：ｌ□
に対する粒子パラメーターｚ、□とみかけの減衰係数Ｒ
（ｆｆｚｚθ）　　・Ｑｅｘｔ　　（＆３ｚ）との関係
が検出半角θの関数として求まることになる。この関数
を第８図に示す。即ち、平均粒径Ｙ３□が決まり、検出
半角θが決まれば第８図からただちにみかけの減衰係数
Ｒ（（Ｆｉｚθ）　　・Ｑｅｘｔ　　（＆、ｚ）が定ま
ることになる。

一方、燃料噴射弁６　（第１図および第２図）から噴射
された燃料の質量Ｍｆは次式のように表ねされる。

Ｍｆ　＝Σｐｆ　（π／６）　ｘｉ’　・Δｎ　ｉ　　
＝−−−−−−−−−（９１ここでａｆは燃料の密度で
ある。

（７）式、（９）式を（３）式に代入してΣｘ　ｉ２・
ΔｎｉおよびΣｘｉ３・Δｎｉを消去し、更に７３□＝
πｘｚｚ／λの関係を用いると次式が得られる。

ｚ、２＝（π／λ）　・（３／２）　−（Ｒ（Ｚ３ｚθ
）　・Ｑｅｘｔ（Ｚｚｚ）／ρｆ）・（Ｍｆ／Ａｆ）　
　−・−・・−・・・顛ａω式において光線８が定まれ
ば光の波長λが定まり、燃料が定まれば燃料の密度ρｆ
が定まり、開孔１４の径が定まれば検出半角が定まる。

従って噴射燃料の質量Ｍｆと減衰断面積の総和Ａｆを計
測できればまず始めに”　３２を仮定することにより第
８図からＲＣ（ｒｙｚθ）　　・Ｑｅｘｔ　　（ｆｆ：
＋ｚ）を求め、次いでα０）式から粒子パラメータｉ。

を求めることができる。ａ０式から求めた７３□が仮定
した−に一３□と異なる場合にはｉ３□を再び仮定して
Ｑ（１）式から７，２を求める。仮定した７３２と００
）式から求められたｆｆ、ｇとが一致するまでこれを繰
返すことによって正しいｉ３□が求められ、従って平均
粒径Ｘ３２が求マル。実際にはＲ（ｚＢθ）　　−Ｑｅ
ｘｔ　　（＆ｚ２）の値は７３□が多少変化してもさほ
ど変化せず、従って７３２はＭｆ／Ａｆの値によって定
まることになる。

上述したように平均粒径Ｙ３□は噴射燃料の質量Ｍｆお
よび減衰断面積の総和Ａｆが計測できればαω式から求
まることになる。そこで次にこれらＭｆおよびＡｆの求
め方について説明する。

まず始めにＭｆについて考えると噴射燃料の質ＮＭｆは
予め求めておくこともできるし、また粒径の計測時に計
算することもできる。いずれの方法にせよ燃料噴射弁の
ニードルが開弁じたときから一定時間経過するときまで
の燃料噴射量は燃料噴射率を表わす曲線から求めること
ができる。粒径の計測と同時に噴射量を計測する場合は
、第１図および第２図に示すように燃料噴射弁６に取付
けた噴射圧力計２５とニードルリフトセンサ２６−の出
力信号から燃料噴射率、即ち噴射燃料の質量Ｍｆを計算
することができる。なお、−回の噴射が完了した直後の
粒径を計測する場合には一回の噴射によって噴射される
燃料の量は予め容易に計測することができるので特にニ
ードルリフトセンサ２６を取付けなくても噴射燃料の質
量Ｍｆを計算することができる。従って第１図および第
２図に示すようにニードルリフトセンサ２６および燃料
噴射圧力センサ２５を燃料噴射弁６に取付けておけば燃
料噴射時にこれらセンサの出力信号から噴射燃料の質量
Ｍｆを計算することができる。このように噴射燃料の質
量Ｍｆについては種々の求め方がある。

次に減衰断面積Ｃｅｘｔの総和Ａｆの求め方について説
明する。減衰断面積Ｃｅｘｔの総和Ａ「が大きくなれば
それだけ粒子群を通過する光の強度が弱まるので粒子群
を通過した光の強度を計測すれば減衰断面積Ｃｅｘｔの
総和Ａｆが求まることになる。そのためにイメージセン
サ１６が使用される。

イメージセンサ１６は多数の画素を平面的に配置したス
クリーンを有し、このスクリーン上に燃料噴霧の投影像
が結像され、各画素が受光した光の強度に応じた出力電
圧を発生する。従ってイメージセンサ１６の出力電圧か
ら減衰断面積Ｃｅｘｔの総和Ａｆが求められることにな
る。

ところで単位断面積当りの減衰断面積を考え、これをａ
ｆとするとこのａｆは光の強度の減衰率を示すことにな
る。従って粒子群への入射光の強度を１０、粒子群を通
過した光の強度を１とすると単位断面積当りの通過光の
強度Ｉの減少量、即ち（１，−ｒ）はａｆＬに一致し、
従ってａｆ＝（■。−１）／Ｉｏになるものと一見考え
られる。即ち、減衰しなかった光Ｉ０と減衰した光Ｉと
の差をイメージセンサ１６によって検出すれば単位断面
積当りの減衰断面積ａｆを求めることができ、従って減
衰断面積Ｃｅｘｔの総和Ａｆを求めることができるよう
に考えられる。このように（１，−■）がａｆｌｏに一
致するというのはイメージセンサ１６によって感知され
る光の減少量が個々の粒子による光の減衰量の単なる総
和であることを意味している。

しかしながらアトランダムに浮遊する多数の粒子群を通
過した光の減衰量は個々の粒子による光の減衰量の単な
る総和ではなく、次に示すＢｏｕｇｕｅｒ　−Ｌａｍｂ
ｅｒｔ　−Ｂｅｅｒの法則に従って減衰する。

ｄ　Ｉ　／　Ｉ　＝　−Ｃｅｘｔ　Ｎ　ｄ　Ｌ　　　−
−−−−−−−一　〇〇ここでＩは粒子群を通過した光
の強度、Ｃｅｘｔは減衰断面積、Ｎは単位体積当りの粒
子個数、ｄｌは光が距離ｄＬを通過したときの光の強度
の減衰量を示している。

従って粒子の存在する距離りを光が通過したときに光の
強度が■。からＩまで減衰したとすると００式の両辺を
積分することにより次式が得られる。

ｌｎ　Ｉｏ　−Ｊｎ　Ｉ　＝　Ｃｅｘｔ　　−Ｎ−Ｌ　
　−−−−（Ｊ２ｒ又はＩ　／Ｉｏ＝ｅｘｐ（−Ｃｅｘ
ｔ　　−Ｎ−Ｌ）ここでＣｅｘｔ　　−Ｎ−Ｌは本発明
におけるａｆに相当し、従って　αｆ　＝ｌｎ　１６　
　Ｉｎ　Ｉとなる。従って単位断面積当りの減衰断面積
αｆは入射光と通過光との単なる差（ＩＯ−Ｉ）に比例
するのではなく、それらの対数の差によって表わされる
ことがわかる。第９図はイメージセンサ１６のスクリー
ン上に結像された噴霧パターンＺ　（Ｘ−Ｙ平面上）と
、通過光の減衰１　（ｊ！ｎ　ｔｏ　　ｊ！ｎ　Ｉ　）
との関係を図解的に示している。従って次式に示すよう
に噴霧パターンＺの全領域に亘ってｊ！ｎＩｏ−１ｎ■
を積分すれば減衰断面積の総和Ａｆが求められることに
なる。

Ａｆ＝　　Ｘ　、ａｆｄｘ＋Ｊｙ＝　　ｘ　　ｙ（７！
ｎ１ｏ−ｆｎｌ）ｄｘｄｙ　　　−α争イメージセンサ
１６では入射光Ｉ０および通過光Ｉの双方を検出しうる
。この検出結果はフレームメモリ１７内に一時的に記憶
され、次いで電子制御ユニット１８によりα９式に基い
てＡｆが計算される。このＡｆの計算のしかたについて
は次の２つの方法が考えられる。一つの方法は燃料噴射
を行なう前に光源８を発光させ、このときのｒｏをフレ
ームメモリ１７に記憶する。次いで燃料噴射したときに
再び光源８を発光させてこのときの■をフレームメモリ
１７に記憶する。次いで第９図のＸ−Ｙ平面の各点につ
いて順次（！！ｎ１ｏ−１ｎｌ）を計算し、次いでこれ
らを全て加算することによってＡｆを求めることができ
る。もう一つの方法は燃料噴射をしたときのみ光源８を
発光させてこのときの１をフレームメモリ１７に記憶す
る。このとき第９図のＸ−Ｙ平面において噴射パターン
Ｚ以外の領域はＩｏがフレームメモリ１７内に記憶され
ている。従って１０が記憶されているフレームメモリ１
７の数点から■。を読み出してこれらの平均値を計算し
、この平均値を１０とする。次いで第９図のＸ−Ｙ平面
の各点について順次（６ｎｌｏ−６ｎｌ）を計算し、次
いでこれらを全て加算することによってＡｆを求めるこ
とができる。

上述したようにＡｆを求めることができ、また前述した
ようにＭｆを求めることができるので００）式から１３
□を求めることができ、斯くして平均粒　−径７３□を
求めることができる。

次に燃料噴射弁６の燃料噴射量を予め求めておき、噴射
前に光源８を一度発光させ、次いで噴射完了後に再度光
源８を発光させて噴射完了直後の粒径を計測する場合を
例にとって平均粒径を計測する方法を第１Ｏ図を参照し
つつ説明する。

第１０図を参照すると、まず始めにステップ３０におい
て燃料噴射弁６の燃料噴射処理および光源８の発光処理
が行なわれる。即ち、まず第１に燃料噴射が行なわれる
前に光源８が発光せしめられ、このとき入射光そのもの
の強度Ｉ０がイメージセンサ１６に記憶される。このＩ
ｏを表わすデータはただちにフレームメモリ１７に送り
込まれて記憶される。次いで燃料噴射弁６から燃料が噴
射され、燃料噴射期間中の任意の時刻に再び光源８が発
光せしめられるこのときイメージセンサ１６に記憶され
た通過光の強度■はただちにフレームメモリ１７に送り
込まれて記憶される。次いでステップ３１ではフレーム
メモリ１７に記憶された■。

およびＩから減衰断面積の総和Ａｆがｕ式に基いて計算
される。次いでステップ３２では予めｌ？ＡＭ２１内に
記憶しである噴射燃料の質量Ｍｆ　、光の波長λ、噴射
燃料の密度ρｆ、検出半角θおよび粒子パラメータの仮
定値７３□′を読み出す。次いでステップ３３では与え
られた検出半角θと、仮定された７３□′から第８図に
示す関係に基いてみかけの減衰係数Ｒ（ｌｌｒ３ｚ’θ
）　　・Ｑｅｘｔ　　（＆３ｚ’　）が計算される。な
お、第８図に示す関係は関数式にはデータテーブルの形
で予めＲＯＭ２０内に記憶されている。従ってステップ
３３ではこの記憶された関数からみかけの減衰係数が計
算される。

次いでステップ３４では００）弐から粒子パラメータτ
３□の第１近似値が求められる。次いでステップ３５で
は第１近似値ｉ３□と仮定値７３□′の差が一定値ε以
下であるか否かが判別される。

１ｚＢ−ｆｆＢ’ｌ≧εであればステ・／プ３６に進ん
で−ｚＢを７３□′とし、次いで”３２の第２近似値が
求められる。１ａ３□−ａ、□’　ｌ　＜　ｔとなると
ステップ３７に進んで〒３□＝λ７３□／πなる式から
平均粒径Ｙ３□が求められ、次いでステップ３７におい
て平均粒径マ、２を示すデータが表示装置２９に出力さ
れて表示される。

〔発明の効果〕

本発明によれば噴射燃料の平均粒径をただちに計測する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は平均粒径計測装置の第１実施例の全体図、第２
図は平均粒径計測装置の第２実施例の全体図、第３図は
単一粒子による光の減衰を説明するための図、第４図は
粒子パラメータと減衰係数の関係を示す線図、第５図は
検出半角を説明するための図、第６図は補正係数と検出
半角との関係を示す線図、第７図は燃料粒度の分布曲線
を示す線図、第８図はみかけの減衰係数を示す線図、第
９図はイメージセンサによって感知される光の減衰量を
示す図、第１０図は平均粒径を求めるための一つの例を
示すフローチャートである。 ■・・・−平均粒径計測装置、２・・・高圧容器、６・
・・燃料噴射弁、　　　　８・・・光源、１２、１３・
・・凸レンズ、　　　１６・・・イメージセンサ、１７
・・・フレームメモリ、１８・・・電子制御ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

　平行光線を形成する手段と、該平行光線中に燃料を噴
射する燃料噴射装置と、該噴射燃料の全燃料粒子の通過
光を受光するイメージセンサと、該イメージセンサの出
力信号に基いて燃料粒子を通過しない光の強度と全燃料
粒子の通過光の強度との差および燃料噴射量から平均粒
径を計算する計算手段とを具備した噴射燃料の平均粒径
計測装置。