(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料中に燃料噴射を行い、前記燃料の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定方法において、
前記燃料を一定以上の速度により移動させておき、その移動中の燃料に対して前記燃料噴射を行うこと
を特徴とする燃料噴射率の測定方法。
【請求項２】
光を散乱させる散乱粒子を含む燃料中に燃料噴射を行い、前記散乱粒子の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定方法において、
前記散乱粒子を含む燃料を一定以上の速度により移動させておき、その移動中の燃料に対して前記燃料噴射を行うこと
を特徴とする燃料噴射率の測定方法。
【請求項３】
燃料中に燃料噴射を行い、前記燃料の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定装置において、
一定以上の速度を与えた燃料の中に燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタに燃料を供給する第１の燃料供給部と、
前記インジェクタの燃料噴射口によって噴射される側の前記燃料を、前記一定以上の速度によって供給する第２の燃料供給部と、
前記インジェクタの燃料噴射口が噴射する燃料と、前記第２の燃料供給部から供給される燃料とを合流させるバイアス流供給部と、
前記バイアス流供給部の出力側の流速を測定する流速測定部と、
前記バイアス流供給部の出口の背圧を設定する背圧設定部と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射率の測定装置。
【請求項４】
光を散乱させる散乱粒子を含む燃料中に燃料噴射を行い、前記散乱粒子の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定装置において、
一定以上の速度を与えた散乱粒子を含む燃料の中に燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタに燃料を供給する第１の燃料供給部と、
前記インジェクタの燃料噴射口によって噴射される側の前記散乱粒子を含む燃料を、前記一定以上の速度によって供給する第２の燃料供給部と、
前記インジェクタの燃料噴射口が噴射する燃料と、前記第２の燃料供給部から供給される燃料とを合流させるバイアス流供給部と、
前記バイアス流供給部の出力側の流速を測定する流速測定部と、
前記バイアス流供給部の出口の背圧を設定する背圧設定部と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射率の測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射率の測定装置において、
前記背圧設定部から回収した燃料を、散乱粒子を含まない燃料と散乱粒子を含む燃料とに分離し、前記第１の燃料供給部に散乱粒子を含まない燃料を供給し、前記第２の燃料供給部に散乱粒子を含む燃料供給するリサイクル手段を設けた
ことを特徴とする燃料噴射率の測定装置。
【請求項６】
請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射率の測定装置において、
前記背圧設定部は、背圧を変化させること
を特徴とする燃料噴射率の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ノズルから燃料を噴射したときの燃料移動速度の測定に関し、特に、ガソリンのように低圧力で噴射される燃料噴射率を正確に求めることができる燃料噴射率の測定方法およびその測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の噴射率の測定方法には、圧力−リフト法、Ｗ−ｂｏｓｃｈの方法などがある。しかし、これらの測定方法は、ディーゼル機関の燃料噴射のように高圧噴射状態（数１０ＭＰａ）の場合は有効であるが、ガソリンエンジンの燃料噴射のように低圧噴射状態（数１００ＫＰａ）での測定には不向きであった。
そこで、噴射した燃料を管などにより構成した流路に流し、その流速を測定することによって、ガソリンなどのように燃料圧力の低い燃料噴射についても噴射率を求めることができる。
従来、この種の噴射率測定装置には、レーザドップラ流速計が用いられていた。レーザドップラ流速計（以下、ＬＤＶという）は、燃料中の流れに追従した散乱粒子Ｐに、レーザビームを照射して、その散乱光のドップラ周波数から粒子速度を測定するように構成されており、その粒子速度を流速としている。
【０００３】
図６は、光線の交差部の干渉縞を示す説明図であり、図７は、図６の一部（図中に点線の円で囲んだ部分）を拡大して示したものであり、図８は、さらに図７の一部を拡大した干渉縞内の粒子の移動（同図Ａ参照）と、その粒子の散乱波を受光した受信信号（同図Ｂ参照）との関係を示す説明図である。
流速とドップラ周波数の関係については、例えば、干渉縞の場合は、１本のレーザビームを２本の平行ビームに分離し、レンズＬによって１点に交差させると、その交差領域（測定領域）には間隔δｆの干渉縞が生じる。この干渉縞間隔δｆは、フリンジ間隔と呼ばれる（図８のＡ参照）。
【０００４】
フリンジ間隔δｆは、レーザの波長λと２本のビームの交差角Θにより決まり（図７参照）、δｆ＝λ／（２・ｓｉｎ（Θ／２））で表される。したがって、粒子が測定領域をフリンジ面に対して垂直な速度成分ｖとドップラ周波数ｆｄの関係は、ｖ＝δｆ・ｆｄによって表される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このレーザードップラ流速計を用いて燃料の噴射速度を測定する場合に、噴射速度の低い状態では、的確に噴射率を測定できなくなる。レーザドップラ流速計を例にあげると、流速を示す速度信号曲線は、噴射開始と同時に立ち上がり、噴射終了と同時に鋭く立ち下がる筈であるのに、噴射終了直後の速度信号曲線の包絡線はなだらかに０に近づいている。この原因として、次のことがあげられる。
【０００６】
すなわち、レーザードップラ流速計は、流れに追従した光を散乱させる粒子（以下、散乱粒子という）が２ビームの交差部を通過したときに、その散乱光により流速を測定する。よって、流速が０に近い状態では、散乱粒子がビーム交差部を通過する頻度が減り、速度の測定ができない時間が発生する。
この間の速度を補正する方法として、直前に通過した粒子の速度を次の粒子が通過するまで保持する方法がとられているので、このような現象が噴射終了後に生じる。
【０００７】
この他に、熱線流速計は、電熱線に電流を流すことによって電熱線を発熱させ、その周囲を燃料が流れることにより、電熱線が冷やされる量を測定して流速測定を行う。しかし、流速の低い状態では、測定感度が指数関数的に低下するために、測定値に誤差が生じやすくなり、レーザトップラ流速計と同様に、噴射終了後の噴射率測定に同様な問題が残る。
【０００８】
本発明の目的は、低圧燃料噴射状態でも正確な燃料噴射率が得られ、特に、噴射終了後時の噴射率測定に誤差がなく、極めて正確に測定できるような燃料噴射率の測定方法およびその測定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、燃料中に燃料噴射を行い、前記燃料の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定方法において、前記燃料を一定以上の速度により移動させておき、その移動中の燃料に対して前記燃料噴射を行うことを特徴としている。
請求項２の発明は、光を散乱させる散乱粒子を含む燃料中に燃料噴射を行い、前記散乱粒子の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定方法において、前記散乱粒子を含む燃料を一定以上の速度により移動させておき、その移動中の燃料に対して前記燃料噴射を行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、燃料中に燃料噴射を行い、前記燃料の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定装置において、一定以上の速度を与えた燃料の中に燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタに燃料を供給する第１の燃料供給部と、前記インジェクタの燃料噴射口によって噴射される側の前記燃料を、前記一定以上の速度によって供給する第２の燃料供給部と、前記インジェクタの燃料噴射口が噴射する燃料と、前記第２の燃料供給部から供給される燃料とを合流させるバイアス流供給部と、前記バイアス流供給部の出力側の流速を測定する流速測定部と、前記バイアス流供給部の出口の背圧を設定する背圧設定部と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、光を散乱させる散乱粒子を含む燃料中に燃料噴射を行い、前記散乱粒子の移動速度を求めて燃料噴射率を測定する燃料噴射率の測定装置において、一定以上の速度を与えた散乱粒子を含む燃料の中に燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタに燃料を供給する第１の燃料供給部と、前記インジェクタの燃料噴射口によって噴射される側の前記散乱粒子を含む燃料を、前記一定以上の速度によって供給する第２の燃料供給部と、前記インジェクタの燃料噴射口が噴射する燃料と、前記第２の燃料供給部から供給される燃料とを合流させるバイアス流供給部と、前記バイアス流供給部の出力側の流速を測定する流速測定部と、前記バイアス流供給部の出口の背圧を設定する背圧設定部と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載の燃料噴射率の測定装置において、前記背圧設定部から回収した燃料を、散乱粒子を含まない燃料と散乱粒子を含む燃料とに分離し、前記第１の燃料供給部に散乱粒子を含まない燃料を供給し、前記第２の燃料供給部に散乱粒子を含む燃料供給するリサイクル手段を設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射率の測定装置において、前記背圧設定部は、背圧を変化させることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、従来の静止状態の燃料（又は散乱粒子を含む同種の燃料）中に燃料を噴射していたのを、噴射される側の燃料（又は散乱粒子を含む同種の燃料）に予め一定（又は一定以上）の任意の速度を与えておき、その中に燃料を噴射するので、いかなる場合でも燃料（又は散乱粒子）は一定以上の速度を持っている。
したがって、噴射率の測定において、噴射速度の低い状況でも、流速測定部には安定して燃料（又は散乱粒子を含む燃料）が供給されることになる。その結果として、燃料の流れ（又は粒子）を観測できない時間（直前の測定値を保持しなければならない時間）を噴射率測定上では無視できる程度の短さにすることができる。そして、この測定値からバイアス流の速度を差し引くことによって、正確な噴射率を得ることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面等を参照して、実施例について、さらに詳しくに説明する。
図１は、本発明の一実施例の装置の構成を示す系統図である。
図２は、図１の実施例のインジエクタ３とその周辺の状況を示す説明図（断面図）である。
図３は、本発明の他の一実施例の装置の構成を示す系統図である。
図４は、図３の実施例のバイアス供給部４の一例を示す斜視図である。
図５は、図４のバイアス供給部４の作用を示す説明図（断面図）である。
【００１６】
図１において、燃料供給部１（第１の燃料供給部）は、インジェクタ３に燃料を供給する部分である。バイアス流散乱粒子供給部［以下、散乱粒子供給部（第２燃料供給部）という］２は、バイアス流に散乱粒子を含ませて、バイアス供給部４に供給する部分である。
本実施例では、バイアス流の燃料には、燃料供給部１よりインジェクタ３に供給される燃料と同一の燃料を用い、散乱粒子には炭化珪素（ＳｉＣ）の粉末で粒径３μｍのものを使用した。また、燃料は、本物のガソリンではなく、ガソリンに粘度等の諸特性が等しく、着火点の低い、クレンゾールなどを用いることが好ましい。
【００１７】
バイアス供給部４の構造は、図２に示すように、単にパイプを結合しただけのものでもよいが、本実施例では、図３の１４（詳細は図４および図５）に示すような燃料が噴射される管路の周側部からバイアス流が合流する構造とした。
なお、バイアス供給部４の構造は、図２に示すものや、図３〜図５に示すもの以外の構造であってもよい。
【００１８】
燃料供給部１および散乱粒子供給部２の燃料には、加圧用エアーがそれぞれ別個に加えられ、出力燃料の圧力が調整される。一方、バイアス供給部４の出口の背圧は、背圧設定部５によって設定されている。
【００１９】
インジェクションコントローラ６は、インジェクタ３にインジェクタドライブ信号を送り、ソレノイドを作動させて噴射させるとともに、ウエーブフォームアナライザ９に信号を送って同期させている。インジェクタ３は、インジェクタドライブ信号が送られてくると、図２の電気コネクタＥからソレノイドＳに電流が流れ、コアＣがソレノイドＳを吸引し、ニードルバルブが上昇して噴射口を開いて、燃料を噴射する。
【００２０】
流速計７は、例えば、レーザドップラ流速計などを使用する。レーザビームは、投光プローブ７ａから照射し、管路に形成した交差部の散乱粒子によって散乱光を受光プローブ７ｂによって受光して測定する。この受光信号は、ＬＤＶ光学ユニット８ａと、ＬＤＶプロセッサ８ｂとから構成されるドップラ信号処理部８によって処理され、ウエーブフォームアナライザ９に送られる。
なお、バイアス流の速さが一定であれば、その速さに対応して一定の数値が加算されるだけで測定結果の波形は変わらない。したがって、特に、バイアス供給部４に供給前のバイアス流を測定する流速計はなくてよい。
【００２１】
図３の実施例では、燃料供給部１１は、基本的には図１の燃料供給部１と同一であるが、インジェクタ３へ燃料を供給するとともに、内蔵するタンクへの燃料補給は、背圧設定部１５から排出される散乱粒子を含む燃料をフィルタ１９を通過させて散乱粒子を取り除き、燃料噴射停止状態のときにフィードバックさせている。
【００２２】
同様にして、散乱粒子供給部１２は、基本的には、図１の散乱粒子供給部２と同一であるが、バイアス供給部１４へ散乱粒子を含む燃料を供給するとともに、内蔵するタンクへの燃料補給は、背圧設定部１５から排出される散乱粒子を含む燃料を、燃料噴射停止状態のときにフィードバックさせている。
【００２３】
背圧設定部１５は、実際のエンジンと同じ圧力条件を発生させるための背圧可変用ピストン１６を備え、背圧の設定は、バルブの開閉により、背圧一定での噴射率測定と、背圧変動時の噴射率測定の２通りについて設定できるようになっている。
噴射率測定部１０は、背圧変動時の噴射率測定において変動するバイアス流の速度をキャンセルするために、流速計１７によって測定された速度から流速計１８によって測定された速度を差し引いている。このようにして、測定した管内の流速に、管の断面積と定数をかけて噴射率を求める。
この方法は、噴射率を正しく測定するために非常に有効である。特に、噴射率の校正などのために、噴射率の積分結果と別の測定方法によって計った噴射量とを比較する場合などに有効である。
【００２４】
つぎに、図３の実施例によって噴射率を測定した結果の一例を説明する。
図９および図１０は、図３の実施例によって、インジェクタ３に供給される燃料の圧力を６００ｋＰａとし、バイアス供給部１４の出口の背圧を２００ｋＰａとして測定した結果を示す曲線図である。
図９の場合は、バイアス流の流速を０（従来の測定方法と同じ）として測定し、図１０の場合は、バイアス供給部１４のバイアス流入力の圧力を０．５ＭＰａとし、バイアス流の流速を＋０．５ｍ／ｓとして測定している。なお、バイアス流に加えられている散乱粒子は、炭化珪素（ＳｉＣ）の粉末であり、粒径は３μｍである。
【００２５】
図９および図１０において、Ｄ−０，Ｄ−１は、イグニッションドライブ信号の電圧変化の時間経過を示し、Ｒ−０，Ｒ−１は、噴射率の時間経過を示している。
曲線Ｒ−０とＲ−１を比較すると、特に噴射終了直後の部分に大きな差が認められる。すなわち、図９の場合（バイアス流の流速０）は、噴射終了直後の部分ｒ−０は、脈動は見られるものの矩形状で正確には観測されない。これは、散乱粒子が低速になると捉えられないために、次に捉えられるまでドップラ信号処理部８において直前のデータがホールドされているからである。
一方、図１０の場合（バイアス流の流速＋０．５ｍ／ｓ）は、噴射終了直後の部分ｒ−１では、速やかにゼロとなっている。
【００２６】
なお、本実施例を使用することにより、散乱粒子の測定ポイントの通過頻度を高めるために、散乱粒子を人為的にバイアス流の燃料へ注入することが容易である。したがって、インジェクタに影響を与えずに噴射率の過渡的な変化も確実に捕らえることができる。
【００２７】
さらに、バイアス流が一定速度でない場合などにも、バイアス流供給側の流速を測ることによって、噴射率の測定が可能になる。これは噴射率を正しく測定するために非常に有効な方法であり、噴射率の校正などのために噴射率の積分結果と別の測定方法で計った噴射量とを比較する場合などには特に有効である。
【００２８】
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれる。
レーザドップラー流速計の例で説明したが、超音波流速計や熱線流速計を使用することもできる。熱線流速計では、一定速度で燃料を流すことにより、測定感度の高い状態で噴射速度の測定ができる利点がある。
また、散乱粒子は、人為的に混入させることなく、燃料中にもともと含まれる粒子を使用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、低い噴射速度でも噴射率の変化を的確に捕らえるために、燃料噴射部分に一定速度の燃料を流し、流速にバイアスを加えることにより、噴射終了時などに発生する噴射速度０付近での流速の残留の影響を取り除くことができる、という効果がある。
また、散乱粒子の移動速度を求める場合には、噴射速度の低い状況でも流速測定部に散乱粒子を安定して供給することができる。
【００３０】
また、背圧設定部で回収した燃料を、インジェクタに燃料を供給する第１の燃料供給部や散乱粒子を含むバイアス流を供給する第２の燃料供給部にフィードバックさせることにより、省燃料化を図れる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の装置の構成を示す系統図である。
【図２】図１の実施例のインジエクタとその周辺の状況を示す説明図（断面図）である。
【図３】本発明の他の一実施例の装置の構成を示す系統図である。
【図４】図３の実施例のバイアス供給部の一例を示す斜視図である。
【図５】図４のバイアス供給部の作用を示す説明図（断面図）である。
【図６】レーザ光線の交差部の干渉縞を示す説明図である。
【図７】図６の一部を拡大して示した説明図である。
【図８】図７のさらに一部を拡大し、干渉縞内の粒子の移動と、その粒子の散乱波を受光した受信信号を示す説明図である。
【図９】図３の実施例によって測定した結果の一例を示す曲線図である。
【図１０】図３の実施例によって測定した結果の他の一例を示す曲線図である。
【符号の説明】
１，１１  燃料供給部
２，１２  散乱粒子供給部
３  インジェクタ
４，１４  バイアス供給部
５，１５  背圧設定部
６  インジェクションコントローラ
７，１７，１８  流速計
７ａ  投光プローブ
７ｂ  受光プローブ
８  ドップラ信号処理部
９  ウェーブフォームアナライザ
１０  噴射率測定部
１６  背圧可変用ピストン
１９  フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003643936.tif 000009
【図９】
0003643936.tif 000010
【図１０】
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