(57)【要約】【課題】インジェクタから噴霧される燃料の噴霧領域を液滴の粒径によらず決定すること。【解決手段】インジェクタ噴霧領域算出方法は、計測工程、物理量算出工程及び噴霧領域算出工程を有する。計測工程は、インジェクタから噴霧された燃料の任意の平面の複数の箇所における流速を計測する。物理量算出工程は、複数の箇所で計測された流速に基づいて、流速の平均値と標準偏差とを算出する。噴霧領域算出工程は、計測が行われた平面において、流速が、平均値から標準偏差の所定倍だけ離れた値が所定値よりも大きな領域を噴霧領域として算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタから噴霧された燃料の任意の平面の複数の箇所における流速を計測する計測工程と、
前記複数の箇所で計測された流速に基づいて、流速の平均値と標準偏差とを算出する物理量算出工程と、
前記平面において、前記流速が、前記平均値から前記標準偏差の所定倍だけ離れた値が所定値よりも大きな領域を噴霧領域として算出する噴霧領域算出工程と、を備える、
インジェクタ噴霧領域算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタ噴霧領域算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの排出ガスの規制がますます厳しくなっている。こうした規制の代表例としては、Euro6cやSULEV（Super Ultra-Low Emission Vehicle）30などが挙げられる。エンジンからの排出ガスをこれらの規制に適合させるためには、インジェクタから噴霧される燃料の液滴の挙動を解析し、エンジン筒内への燃料付着を低減することで、排出粒子を低減することが求められる。
【０００３】
そのため、例えば、インジェクタから噴射された燃料の液滴の噴霧角やねじれ角などの噴霧状態を検査する噴霧状態検査方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、燃料噴射弁の噴射口から噴射方向にのびる噴射口軸線に対し、垂直に面状光が照射される。面状光によって、燃料噴射弁から噴霧される燃料の噴霧断面像が生じる。この噴霧断面像を、噴射口軸線に対し所定角度傾斜して配置したビデオカメラにより撮影する。ビデオカメラより得られた噴霧断面像の画像データから噴霧断面像の中心位置座標を求め、中心位置座標を通る噴霧部の中心軸と噴射口軸線間の噴霧角を算出する。これにより、算出された噴霧角を予め設定された基準値と比較することで、燃料噴射弁の良否を判定することができる。
【０００４】
また、低い噴射速度でも噴射率の変化を的確に捉える方法が提案されている（特許文献２）。この方法では、インジェクタの燃料噴射口に結合されるバイアス流供給部が設けられる。インジェクタには、燃料供給部から燃料が供給される。バイアス流供給部には、光を散乱する粒子を含むバイアス流が散乱粒子供給部から供給される。バイアス流供給部の出力側流速は流速計によって測定される。また、背圧設定部がバイアス流供給部の出力側に結合され、背圧を設定する。そして、粒子を含む燃料を一定以上の速度で移動させておき、その中に燃料噴射を行い、散乱粒子を観測することで、噴射率の変化を捉えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４８５９９号公報
【特許文献２】特開平８−６２１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排出ガスに含まれる排出粒子を低減するには、インジェクタの噴霧中の液滴を微粒化することで、エンジン筒内への燃料付着を低減できる。また、微粒化は、燃料の流れ場への追従性を向上させることができるため、混合気の均一化にも貢献できる。つまり、インジェクタの噴霧設計が適切であるかを検討するためには、微粒化した燃料の液滴の噴霧特性を定量的に把握することが重要である。
【０００７】
通常、噴霧特性を代表する指標として、液滴の粒径分布や平均粒径(ザウター平均粒径)が用いられる。図８に、噴霧された燃料液滴の粒径分布の一例を示す。この場合、液滴の粒径に閾値を設けることで、任意の粒径以上の液滴が分布する領域を燃料の噴霧領域として定義する。つまり、閾値よりも小さな粒径の液滴が分布する領域は、噴霧領域外の周囲空気として噴霧領域から除外されてしまう。その結果、粒径が閾値よりも小さい微粒化された液滴の噴霧特性を把握することができず、微粒化を実現するインジェクタの設計が困難となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様であるインジェクタ噴霧領域算出方法は、インジェクタから噴霧された燃料の任意の平面の複数の箇所における流速を計測する計測工程と、前記複数の箇所で計測された流速に基づいて、流速の平均値と標準偏差とを算出する物理量算出工程と、前記平面において、前記流速が、前記平均値から前記標準偏差の所定倍だけ離れた値が所定値よりも大きな領域を噴霧領域として算出する噴霧領域算出工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インジェクタから噴霧される燃料の噴霧領域を液滴の粒径によらず決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インジェクタから燃料が噴霧される態様を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかるインジェクタ噴霧領域算出方法を示すフローチャートである。
【図３】ＰＤＡ法により測定したＺ＝５０におけるＸ−Ｙ平面での液滴の流速の平均値の分布を示す図である。
【図４】図３においてＸ＝１２、Ｙ＝−４での一定の期間における液滴の流速分布を示す図である。
【図５】図３においてＸ＝８、Ｙ＝０での一定の期間における液滴の流速分布を示す図である。
【図６】図３においてＸ＝−２、Ｙ＝−２での一定の期間における液滴の流速分布を示す図である。
【図７】インジェクタ噴霧領域算出方法に基づいて算出した噴霧領域を示す図である。
【図８】噴霧された燃料液滴の粒径分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１
以下、実施の形態１にかかるインジェクタ噴霧領域算出方法について説明する。実施の形態１にかかるインジェクタ噴霧領域算出方法は、車両等の輸送機械のエンジンに設けられたインジェクタから燃料が噴霧される領域を決定するにあたり、燃料の液滴の速度、すなわち流速を用いて噴霧領域を決定する。
【００１２】
図１は、インジェクタから燃料が噴霧される態様を示す図である。図１では、インジェクタ１０が紙面上方に配置され、インジェクタ１０の先端が座標原点となっている。Ｚ軸の正方向（図１の紙面に対して上側から下側に向く方向）に燃料を噴霧している。また、噴霧を解析するために、Ｚ軸に垂直なＸ−Ｙ平面が設定される。Ｘ−Ｙ平面は、Ｚ軸と直交するＸ軸と、Ｘ軸及びＺ軸と直交するＹ軸と、が属する平面を指すものとする。
【００１３】
図２は、本実施の形態にかかるインジェクタ噴霧領域算出方法を示すフローチャートである。
【００１４】
ステップＳ１：計測工程
まず、任意Ｚ座標におけるＸ−Ｙ平面の複数の箇所、すなわち選択した各座標での液滴のＺ方向の流速を計測する。本実施の形態では、位相ドップラー（Phase Doppler Anemometer：以下、ＰＤＡと表記する）法（非特許文献１）によって、燃料液滴の流速を測定する。なお、ＰＤＡ法を用いているので、液滴のＺ方向の流速だけでなく、液滴の粒径も併せて計測することが可能である。なお、以下で流速という場合には、液滴のＺ方向の流速を指すものとする。
【００１５】
ステップＳ２：物理量算出工程
次いで、計測した流速に基づいて、計測した各座標における流速の物理量を求める。ここでは、例えば、流速の平均値、標準偏差及び中央値の算出、ヒストグラムの作成などを行ってもよい。本実施の形態では、計測した各座標における流速の平均値及び標準偏差を算出するものとする。
【００１６】
ステップＳ３：噴霧領域算出工程
次いで、ステップＳ２で算出した物理量に基づいて、噴霧領域を決定する。本実施の形態では、任意座標における流速の平均値をＶａ、任意座標における流速の標準偏差をσとすると、Ｖａから標準偏差の２倍である２σを減じた値が０以上である領域、すなわち、Ｖａ−２σ≧０である領域を、噴霧領域として決定する。
【００１７】
ここで、任意のＸ−Ｙ平面における液滴の分布について検討する。図３は、ＰＤＡ法により測定したＺ＝５０におけるＸ−Ｙ平面での液滴の流速の平均値の分布を示す図である。図３の等高線に表記した数字は、液滴の流速［ｍ／ｓ］の平均値を示している。図３に示すように、液滴の流速の平均値は、値が大きな部分を中心として、そこから離れるにしたがって値が小さくなるように分布する。
【００１８】
次いで、図３のＸ−Ｙ平面の任意の座標における液滴の流速分布について、代表例について検討する。図４は、図３においてＸ＝１２、Ｙ＝−４（図３の点Ａ）での一定の期間における液滴の流速分布を示す図である。この例では、Ｖａ＝２９．７６［ｍ／ｓ］、２σ＝２７．３２［ｍ／ｓ］である。よって、Ｖａ−２σ＝２９．７６−２７．３２＝２．４４＞０となるので、図４にかかる座標（Ｘ，Ｙ）＝（１２，−４）は、噴霧領域に含まれることがわかる。
【００１９】
図５は、図３においてＸ＝８、Ｙ＝０（図３の点Ｂ）での一定の期間における液滴の流速分布を示す図である。この例では、Ｖａ＝６９．１７［ｍ／ｓ］、２σ＝３５．３６［ｍ／ｓ］である。よって、Ｖａ−２σ＝６９．１７−３５．３６＝３３．１８＞０となるので、図５にかかる座標（Ｘ，Ｙ）＝（８，０）は、噴霧領域に含まれることがわかる。
【００２０】
図６は、図３においてＸ＝−２、Ｙ＝２（図３の点Ｃ）での一定の期間における液滴の流速分布を示す図である。この例では、平均値Ｖａは−１．２４［ｍ／ｓ］、２σ＝１３．０６［ｍ／ｓ］である。よって、Ｖａ−２σ＝−１．２４−１３．０６＝−１４．３＜０となるので、図６にかかる座標（Ｘ，Ｙ）＝（−２，２）は、噴霧領域から除外されることがわかる。
【００２１】
図４〜６を用いて説明したように、ステップＳ３を各座標について行うことで、噴霧領域に含まれる座標と噴霧領域から除外される座標とを区別することで、噴霧領域が決定できる。図７は、インジェクタ噴霧領域算出方法に基づいて算出した噴霧領域を示す図である。図７に示すように、上記のステップＳ３においてＶａ−２σ≧０を満たす領域が噴霧領域１として決定される。
【００２２】
以上、本方法によれば、上述のように決定した噴霧領域に含まれる各座標について、液滴の粒径や流速の平均値などの物理量を算出し、例えば分布などを取得することで、噴霧された燃料の液滴の挙動を解析することが可能となる。
【００２３】
また、一般に、粒径に閾値を設けることで噴霧領域を決定する場合、閾値以下の粒径の液滴の挙動を把握できない領域が生じてしまう。これに対し、本方法では、流速に基づいて噴霧領域を決定するので、粒径に閾値を設けずともよいので、これまでは除外されていた小さな粒径の液滴の挙動を把握できる。これにより、排出粒子数を低減するために液滴を微粒化させるインジェクタの噴霧設計を行う場合に、液滴の挙動を高精度に解析できるので、設計の容易化及び設計精度の向上を実現することができる。
【００２４】
特に、ＰＤＡ法によれば、例えば噴霧をカメラで撮影して液滴の粒径を計測する場合と比べて、カメラで撮影できない粒径の液滴を捉えることができるので、設計の容易化及び設計精度の向上を好適に実現することができる。
【００２５】
実施の形態２
本実施の形態では、ステップＳ２において、計測した各座標における流速の平均値を算出する。そして、ステップＳ３において、任意座標における流速の平均値Ｖａが正の値である領域、すなわち、Ｖａ＞０となる領域を噴霧領域として決定する。この場合、図７に示すように、上記のステップＳ３においてＶａ＞０を満たす領域が噴霧領域２として決定される。
【００２６】
以上、本方法によれば、実施の形態１と同様に、液滴の流速を基準として噴霧領域を決定することができる。
【００２７】
実施の形態３
本実施の形態では、ステップＳ２において、計測した各座標における流速の中央値Ｖｃを算出する。そして、ステップＳ３において、任意座標における流速の中央値Ｖｃが正の値である領域、すなわち、Ｖｃ＞０となる領域を噴霧領域として決定する。
【００２８】
以上、本方法によれば、実施の形態１と同様に、液滴の流速を基準として噴霧領域を決定することができる。
【００２９】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１では、流速の平均値Ｖａから標準偏差の２倍である２σを減じた値が０以上である領域、すなわち、Ｖａ−２σ≧０である領域を噴霧領域として決定する例について説明したが、標準偏差σに乗じる倍率は２倍に限定されるものではなく、任意の所定倍としてもよい。例えば、２σに代えて、σ又は３σなど、σに任意の倍数を乗じた値でもよく、標準偏差以外の任意の物理量、又は、任意の定数であってもよい。また、Ｖａ−２σ≧０以上でなくともよく、任意の所定値以上としてもよい。
【００３０】
上記では、実施の形態２及び３では、流速の平均値又は流速の中央値が０よりも大きい領域を噴霧領域として決定したが、例えばメジアン値などの他の物理量が０よりも大きい領域を噴霧領域としてもよい。流速の平均値又は流速の中央値がなどの物理量が任意の値よりも大きい領域を噴霧領域としてもよい。
【００３１】
上記では、ＰＤＡ法によって液滴の流速を計測する例について説明したが、流速の計測法はこれに限定されるものではなく、例えばレーザドップラー流速計（Laser Doppler Anemometer：ＬＤＡ、Laser Doppler Velocimeter：ＬＤＶ）などの粒径の小さな液滴を検出可能な他の計測手法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１、２  噴霧領域
１０  インジェクタ
【図１】
2018115590.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018115590.tif 000005
【図４】
2018115590.tif 000006
【図５】
2018115590.tif 000007
【図６】
2018115590.tif 000008
【図７】
2018115590.tif 000009
【図８】
2018115590.tif 000010