(57)【要約】【課題】ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させる。【解決手段】インジェクタ１のノズル２が容器６内の液体７中に配置された燃料噴霧観察装置により、液体７中に発生した気泡の形状を、ノズル２から液体７中に噴射された燃料噴霧３の形状として擬視的に観察する場合に、容器６内の液体７を加圧しておく。つまり、液体７中の気泡が迅速に消滅するようにしておく。詳細には、容器６内の液体７の圧力を約０．１８ＭＰａ〜約０．２２ＭＰａ（大気圧の約２倍）にする。それにより、気泡を迅速に消滅させつつ、ノズルが浸漬されている液体が過度に加圧されるのに伴って、キャビテーションによって発生する気泡に基づく燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。【選択図】        図１
2004162615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタのノズルを液体中に配置し、前記ノズルから前記液体中に噴射された燃料噴霧を観察するようにした燃料噴霧観察装置において、前記液体を加圧することを特徴とする燃料噴霧観察装置。
【請求項２】
前記液体の圧力が約０．１８ＭＰａ〜約０．２２ＭＰａになるように前記液体を加圧することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴霧観察装置。
【請求項３】
前記液体を加圧するための加圧装置と、前記液体の圧力を調整するための圧力調整装置とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴霧観察装置。
【請求項４】
コンプレッサによって前記液体を加圧し、圧力調整弁によって前記液体の圧力を調整することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴霧観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はインジェクタのノズルから液体中に噴射された燃料噴霧を観察するための燃料噴霧観察装置に関し、特には、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させることができる燃料噴霧観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃料噴射装置の試験評価装置として様々なものが知られている。ディーゼルエンジンの性能を左右するものには、特に、燃料噴射における噴霧粒径分布、噴霧形状、噴霧角度、噴霧到達距離（ペネトレーション）等が挙げられる。これらの特性を試験評価装置によって確実に評価することは非常に重要である。
【０００３】
燃料噴霧粒径などの分布を計測する方法としては、例えばＢｅｅｒの法則を利用した透過光減衰法、レーザー光線を用いてドップラー信号を生じさせるフェイズドップラー法などが知られている。
【０００４】
透過光減衰法とは、液体噴霧油粒に平行光線を照射し、油粒の影を撮影することにより粒径を計測する方法である。計測原理は「透過光強度と入射光強度との比（透過光減衰率τ）の対数は油粒の断面積に比例する」というＢｅｅｒの法則であり、これが粒径に応用されている。詳細には、微粒化した油粒群に光を入射し、油粒群の後方において、油粒群の影が観察される。影における減衰率τの積分値を画像処理によって算出し、それにより、油粒群の総断面積（∝Ｄ２；粒径Ｄ）が求められる。油粒断面積と、事前計測した燃料噴射量（∝Ｄ３）との比率から、ザウター平均粒径Ｄ３２が算出される。
【０００５】
フェイズドップラー法とは、点計測によって粒径および油粒速度が同時計測できるという利点により、近年広く用いられている計測法であり、油粒が２本のレーザー光線の交差点内を通過せしめられ、油粒の散乱光の位相差から粒径を計測する方法である。詳細には、２本のレーザー光線の交差点内を油粒が通過すると、油粒の散乱光が干渉縞を形成し、更に油粒が移動すると干渉縞も移動し、レーザー受光部の検出器にはドップラー信号が生じる。複数の検出器を配置することにより、ドップラー信号の位相差が検出され、粒径が算出される。
【０００６】
噴霧粒径以外に、噴霧角度、噴霧到達距離などの特性も重要である。噴霧角度および噴霧到達距離の計測方法としては、例えば大気中に燃料を噴射する方法、高圧容器内に燃料を噴射する方法などが知られている。
【０００７】
大気噴射による噴霧計測方法では、計測暗箱内の大気中に燃料が噴射され、噴霧角度および噴霧到達距離が計測手段を用いて計測される。ストロボライトを使用する場合には、噴射時期に対して発光時期を遅延装置で可変にすることにより、噴射始めから任意の時点での噴霧形状を計測することができる。
【０００８】
ディーゼルエンジンでは、シリンダ内を圧縮した状態で燃料が噴射されるため、上述した大気噴射による噴霧計測方法によって計測された非加圧下における燃料噴霧の特性は、実際のエンジン運転中の加圧下における燃料噴霧の特性と著しく異なってしまう。この点を考慮したものが高圧容器内に燃料を噴射する方法であり、この方法では、高圧ガスを充填した容器内にインジェクタのノズルが取付けられ、ノズルから容器内に燃料が噴射され、燃料噴霧の計測が行われる。
【０００９】
大気噴射および高圧容器内噴射のいずれも、容器内に燃料が噴射され、容器外からガラス面などを通して燃料噴霧が観察およびストロボライト撮影される。噴霧形状、噴霧の広がり（噴霧角度）、噴霧到達距離などは、燃料が噴射される周囲の密度が大きく影響すると言われている。
【００１０】
ところが、上述した大気噴射、高圧容器内噴射など、容器内の気体中に燃料が噴射される場合には、燃料が繰り返し噴射されると容器内が噴霧で覆われてしまい、その結果、容器外からの燃料噴霧の観察およびストロボライト撮影が困難になってしまうおそれがある。更に、インジェクタのノズルから実際に圧縮着火式のディーゼル燃料が噴射される場合には、高圧容器内で燃料が着火するおそれもあり、着火に対する安全対策が必要になってしまう。
【００１１】
そこで、インジェクタのノズルを液体中に配置し、そのノズルから液体中に噴射された燃料噴霧を観察することが、従来から行われている。図３はインジェクタのノズルを液体中に配置した従来の燃料噴霧観察装置の概略構成図である。図３において、１０１はインジェクタ（燃料噴射弁）、１０２はインジェクタ１０１のノズル、１０３はノズル１０２から噴射された燃料噴霧、１０４はノズル１０２から噴射すべき燃料を加圧するための噴射ポンプである。１０５はノズル１０２から噴射される燃料の噴射時期を決定するためのバルブ、１０６はノズル１０２を収容している容器、１０７は容器１０６内に充填された液体、１０８は容器１０６内に液体１０７を供給するための液体供給用開口である。
【００１２】
１０９は容器１０６内の燃料噴霧１０３の形状を観察するために設けられたガラス、１１０はＣＣＤカメラ、１１１はストロボライト、１１２はバルブ１０５の開閉タイミング、つまり、燃料噴射タイミングを検出するためのピックアップ、１１３は噴射タイミングに対してストロボライト１１１による発光タイミングを遅延させるための遅延装置である。
【００１３】
図３に示す燃料噴霧観察装置では、ノズル１０２から容器１０６内にディーゼル燃料が噴射され、その容器１０６内には、液体１０７としてディーゼル燃料が開口１０８から予め供給されている。このように、液体１０７中に燃料を噴射することにより、ノズル１０２から液体１０７中に噴射された燃料噴霧１０３の形状と、実際のエンジン運転中における加圧された気体中に噴射された燃料噴霧の形状とをほぼ一致させることができる。
【００１４】
図３に示す燃料噴霧観察装置では、容器１０６内の液体１０７が開口１０８を介して大気に曝されているため、容器１０６内の液体１０７の圧力はほぼ大気圧に等しくなっている。一方、ノズル１０２から噴射される燃料は噴射ポンプ１０４において高圧に加圧されており、その高圧燃料がノズル１０２から液体１０７中に噴射される。ノズル１０２から噴射された燃料は周りの液体１０７中を高速で移動する。その際、ノズル１０２から噴射された燃料と周りの液体１０７との境界部分（特に、高速で移動している燃料の後方側の境界部分）に圧力降下（空洞現象＝キャビテーション）が生ずる。その圧力降下により、境界部分が局所的に飽和蒸気圧以下になり、その結果、燃料が気化し、気泡が発生する。その気泡の形状は燃料噴霧１０３の形状とほぼ一致するため、気泡の形状を観察することにより、燃料噴霧１０３の形状を擬視的に観察することができる。
【００１５】
この方法によれば、気体中に燃料が噴射される方法のように容器内を高圧にする必要なく、実際のエンジン運転中の燃料噴霧形状と同様の燃料噴霧形状を再現することができる。すなわち、この方法によれば、通常の圧力下の液体中に燃料を噴射することにより、高圧の気体中に噴射された燃料噴霧形状と同様の燃料噴霧形状を再現することができる。つまり、高圧容器内で燃料が着火するおそれを回避しつつ、高圧の気体中に噴射された燃料噴霧形状と同様の燃料噴霧形状を再現することができる。
【００１６】
ところが、図３に示した従来の燃料噴霧観察装置では、上述したように、容器１０６内の液体１０７が開口１０８を介して大気に曝されているため、液体１０７の圧力がほぼ大気圧に等しくなっている。つまり、液体１０７の圧力が比較的低い値になっている。そのため、ノズル１０２から噴射された燃料と周りの液体１０７との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡が消滅するのに比較的長い時間を要してしまう。その結果、実際のエンジンと同様に１分間当たり数千回の頻度でノズル１０２から燃料が噴射される場合には、噴射時に発生した気泡が次回の噴射時まで容器１０６内に残存してしまい、次回の噴射時に噴射された燃料噴霧１０３の形状を正確に観察することが困難になってしまう。
【００１７】
尚、上述した先行技術にかかる発明は、特許法第２９条第１項第１号または第２号に掲げる発明であり、文献公知発明ではない。従って、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報は存在しない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点に鑑み、本発明は、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させることができる燃料噴霧観察装置を提供することを目的とする。つまり、本発明は、噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下により発生した気泡が消滅するのに比較的長い時間を要するのに伴って、次の噴射タイミングに噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下により発生した気泡の形状を正確に観察できなくなってしまうのを回避することができる燃料噴霧観察装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、インジェクタのノズルを液体中に配置し、前記ノズルから前記液体中に噴射された燃料噴霧を観察するようにした燃料噴霧観察装置において、前記液体を加圧することを特徴とする燃料噴霧観察装置が提供される。
【００２０】
請求項１に記載の燃料噴霧観察装置では、ノズルが浸漬されている液体が加圧される。つまり、液体中の気泡が迅速に消滅するようになっている。そのため、ノズルが浸漬されている液体が加圧されない場合よりも、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させることができる。すなわち、ノズルが浸漬されている液体が加圧されない場合のように、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下により発生した気泡が消滅するのに比較的長い時間を要するのに伴って、次の噴射タイミングに噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下により発生した気泡の形状を正確に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、前記液体の圧力が約０．１８ＭＰａ〜約０．２２ＭＰａになるように前記液体を加圧することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴霧観察装置が提供される。
【００２２】
ノズルが浸漬されている液体が過度に加圧されると、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡があまりにも早く消滅してしまい、燃料噴霧の形状を観察できなくなってしまう点に鑑み、請求項２に記載の燃料噴霧観察装置では、ノズルが浸漬されている液体の圧力が約０．１８ＭＰａ〜約０．２２ＭＰａになるように液体が加圧される。つまり、液体が過度に加圧されてしまうのが回避される。そのため、ノズルが浸漬されている液体が過度に加圧されるのに伴って、キャビテーションによって発生する気泡に基づく燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、前記液体を加圧するための加圧装置と、前記液体の圧力を調整するための圧力調整装置とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴霧観察装置が提供される。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、コンプレッサによって前記液体を加圧し、圧力調整弁によって前記液体の圧力を調整することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴霧観察装置が提供される。
【００２５】
ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させつつ、キャビテーションによって発生する気泡に基づく燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避するためには、ノズルが浸漬されている液体の圧力を微調整する必要がある点に鑑み、請求項３及び４に記載の燃料噴霧観察装置では、ノズルが浸漬されている液体が加圧装置によって加圧され、その液体の圧力が圧力調整装置によって調整される。詳細には、例えば、ノズルが浸漬されている液体がコンプレッサによって加圧され、その液体の圧力が圧力調整弁によって調整される。そのため、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させつつ、気泡の発生や消滅条件あるいはペネトレーションが変化し、燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図１は本発明の燃料噴霧観察装置の第一の実施形態の概略構成図である。図１において、１はインジェクタ（燃料噴射弁）、２はインジェクタ１のノズル、３はノズル２から噴射された燃料噴霧、４はノズル２から噴射すべき燃料を加圧するための噴射ポンプである。５はノズル２から噴射される燃料の噴射時期を決定するためのバルブ、６はノズル２を収容している容器、７は容器６内に充填された液体である。
【００２８】
９は容器６内の燃料噴霧３の形状を観察するために設けられたガラス、１０はＣＣＤカメラ、１１はストロボライト、１２はバルブ５の開閉タイミング、つまり、燃料噴射タイミングを検出するためのピックアップ、１３は噴射タイミングに対してストロボライト１１による発光タイミングを遅延させるための遅延装置である。１４は圧縮空気を容器６内に供給することにより、容器６内の液体７を加圧するためのコンプレッサ、１５はコンプレッサ１４のコントローラ、１６は容器６内の圧縮空気の圧力を調整することにより、容器６内の液体７の圧力を調整するための圧力調整弁である。
【００２９】
図１に示すように、第一の実施形態の燃料噴霧観察装置では、インジェクタ１のノズル２が、容器６内の液体７中に浸漬せしめられている。バルブ５および噴射ポンプ４を介してインジェクタ１に供給されたディーゼル燃料が、ノズル２から容器６内の液体７中に噴射される。このように、液体７中に燃料を噴射することにより、ノズル２から液体７中に噴射された燃料噴霧３の形状と、実際のエンジン運転中における加圧された気体中に噴射された燃料噴霧の形状とをほぼ一致させることができる。
【００３０】
図１に示す第一の実施形態の燃料噴霧観察装置では、コンプレッサ１４および圧力調整弁１６により、容器６内の液体７の圧力が大気圧よりも僅かに高くなるように（大気圧の２倍程度になるように）設定されている。一方、ノズル２から噴射される燃料は噴射ポンプ４において高圧（容器６内の液体７の圧力よりも高い圧力）に加圧されており、その高圧燃料がノズル２から液体７中に噴射される。ノズル２から噴射された燃料は周りの液体７中を高速で移動する。その際、ノズル２から噴射された燃料と周りの液体７との境界部分（特に、高速で移動している燃料の後方側の境界部分）に圧力降下（空洞現象＝キャビテーション）が生ずる。その圧力降下により、境界部分が局所的に飽和蒸気圧以下になり、その結果、燃料が気化し、気泡が発生する。その気泡の形状は燃料噴霧３の形状とほぼ一致するため、気泡の形状を観察することにより、燃料噴霧３の形状を擬視的に観察することができる。
【００３１】
第一の実施形態の燃料噴霧観察装置によれば、気体中に燃料が噴射される方法のように容器内を高圧にする必要なく、実際のエンジン運転中の燃料噴霧形状と同様の燃料噴霧形状を再現することができる。すなわち、第一の実施形態の燃料噴霧観察装置によれば、大気圧よりも僅かに高圧の液体７中に燃料を噴射することにより、高圧の気体中に噴射された燃料噴霧形状と同様の燃料噴霧形状を再現することができる。つまり、高圧容器内で燃料が着火するおそれを回避しつつ、高圧の気体中に噴射された燃料噴霧の形状と同様の燃料噴霧形状を再現することができる。
【００３２】
更に、図１に示した第一の実施形態の燃料噴霧観察装置では、上述したように、容器６内の液体７の圧力が大気圧よりも高くなるように容器６内の液体７が加圧されている。つまり、図３に示した従来の燃料噴霧観察装置よりも、液体７中の気泡が迅速に消滅するようになっている。そのため、図３に示した従来の燃料噴霧観察装置のように容器１０６内の液体１０７が加圧されない場合よりも、ノズル２から噴射された燃料と周りの液体７との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させることができる。すなわち、容器１０６内の液体１０７が加圧されない従来の燃料噴霧観察装置のように、ノズル１０２から噴射された燃料と周りの液体１０７との境界部分の圧力降下により発生した気泡が消滅するのに比較的長い時間を要するのに伴って、次の噴射タイミングに噴射された燃料と周りの液体１０７との境界部分の圧力降下により発生した気泡の形状を正確に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００３３】
詳細には、図１に示した第一の実施形態の燃料噴霧観察装置では、容器６内の液体７の圧力が約０．１８ＭＰａ〜約０．２２ＭＰａになるように液体７が加圧されている。つまり、液体７が過度に加圧されてしまうのが回避されている。そのため、ノズルが浸漬されている液体が過度に加圧されるのに伴って、キャビテーションによって発生する気泡に基づく燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００３４】
また、図１に示した第一の実施形態の燃料噴霧観察装置では、上述したように、容器６内の液体７がコンプレッサ１４によって加圧され、その液体７の圧力が圧力調整弁１６によって調整される。そのため、ノズル２から噴射された燃料と周りの液体７との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させつつ、気泡の発生や消滅条件あるいはペネトレーションが変化し、燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００３５】
以下、本発明の燃料噴霧観察装置の第二の実施形態について説明する。図２は本発明の燃料噴霧観察装置の第二の実施形態の概略構成図である。図２において、図１に示した参照番号と同一の参照番号は、図１に示した部品または部分と同一の部品または部分を示しており、２０は容器６の側方に配置されたＣＣＤカメラ、２１は容器６の側方に配置されたストロボライト、２２は反射鏡である。第二の実施形態の燃料噴霧観察装置によっても、第一の実施形態の燃料噴霧観察装置とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３６】
上述した実施形態では、ノズル２から噴射される燃料および容器６内の液体７としてディーゼル燃料（軽油）が用いられているが、他の実施形態では、ノズル２から噴射される燃料および容器６内の液体７として、軽油と性状が似ている任意の液体を用いることも可能である。
【００３７】
また、上述した実施形態では、燃料噴霧３がＣＣＤカメラ１０，２０によって観察されているが、他の実施形態では、目視によって燃料噴霧を観察することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ノズルから噴射された燃料と周りの液体との境界部分の圧力降下に伴って発生した気泡を迅速に消滅させることができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、ノズルが浸漬されている液体が過度に加圧されるのに伴って、キャビテーションによって発生する気泡に基づく燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【００４０】
請求項３及び４に記載の発明によれば、圧力調整装置が設けられていないために、気泡の発生や消滅条件あるいはペネトレーションが変化し、燃料噴霧の形状を良好に観察できなくなってしまうのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴霧観察装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の燃料噴霧観察装置の第二の実施形態の概略構成図である。
【図３】従来の燃料噴霧観察装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
２  ノズル
３  燃料噴霧
６  容器
７  液体
１０  ＣＣＤカメラ
１４  コンプレッサ
１６  圧力調整弁
【図１】
2004162615.tif 000003
【図２】
2004162615.tif 000004
【図３】
2004162615.tif 000005