(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を霧状に噴射する噴霧器からの噴霧を受け止める複数の受け止めセルと、
これら複数の受け止めセルにそれぞれ接続され、各受け止めセルで受けた液体の量を液面高さに変換する複数の計測セルと、
前記噴霧器及び前記受け止めセルを収納し、内部圧力を調整可能な圧力チャンバと、
前記各受け止めセルと前記各計測セルとの各接続経路に配置され、気体と液体とを分離して気体を排出させる気液分離器と、
前記気液分離器の気体排出側に配置され、前記噴霧器が噴射中に作動して前記圧力チャンバ内の気体を吸引する負圧ポンプと、を含んで構成され、
前記各計測セルの液面高さを計測して前記噴霧器からの噴霧の分布状態を測定することを特徴とする噴霧分布測定装置。
【請求項２】
液体を霧状に噴射する噴霧器からの噴霧を受け止める複数の受け止めセルと、
これら複数の受け止めセルにそれぞれ接続され、各受け止めセルで受けた液体の量を液面高さに変換する複数の計測セルと、
前記噴霧器及び前記受け止めセルを収納し、内部圧力を調整可能な圧力チャンバと、
前記圧力チャンバに接続され、前記噴霧器が噴射中に作動してその内部に気体を供給する加圧ポンプと、
前記各受け止めセルと前記各計測セルとの各接続経路に配置され、気体と液体とを分離して気体を排出させる気液分離器と、を含んで構成され、
前記各計測セルの液面高さを計測して前記噴霧器からの噴霧の分布状態を測定することを特徴とする噴霧分布測定装置。
【請求項３】
前記圧力チャンバに気体の流路となる連通管を接続し、
この連通管に、前記圧力チャンバの内部圧力を調整する開閉弁を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の噴霧分布測定装置。
【請求項４】
前記開閉弁は、前記噴霧器が噴射中に開閉制御されることを特徴とする請求項３に記載の噴霧分布測定装置。
【請求項５】
前記各計測セルの液面高さを撮像する撮像手段を備え、
この撮像手段は、前記噴霧器からの噴霧量が多い領域内に配置された受け止めセルに接続された計測セルから優先的に撮像することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の噴霧分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を霧状に噴射する噴霧器からの噴霧の分布状態を測定する噴霧分布測定装置に関し、詳しくは、負圧雰囲気場または加圧雰囲気場における前記噴霧器からの噴霧の分布状態を高精度、且つ短時間で測定できる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガソリンなどの燃料を霧状に噴射するインジェクタの噴射特性を解析するために、インジェクタから噴射された噴霧の分布状態を測定する装置があった。
このような噴霧分布測定装置として、例えば下向きに取り付けられたインジェクタの下方に、複数に分割された計量用の升を設置し、これら複数の分割升の基準面から測定時における液面までのヘッド圧を圧力センサでそれぞれ計測することで、各分割升に溜まった燃料の量を計測し、インジェクタからの噴霧の分布状態を測定するものがあった（特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の噴霧分布測定装置として、噴霧器の噴霧の分布状態を測定する測定板上に二次元的に配列された測定孔の形状を逆錐形状とし、各測定孔の出口に電熱体を設けたものがあった。この噴霧分布測定装置は、各測定孔に設けられた電熱体に一定電圧を印加した状態の測定板に向けて噴霧器から液体を噴射し、各測定孔の錐面を流下して出口から流れ出る噴霧粒子を電熱体で加熱し、各電熱体に流れる電流値を検出することにより、噴霧器から噴射した噴霧粒子の流量の二次元分布を測定するものであった（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平４−３５０３５９号公報
【特許文献２】特開平１０−５４８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の噴霧分布測定装置においては、分割升に溜まった燃料の量を圧力センサで計測していたので、分割升を設置する雰囲気場の圧力を一定としなければならず、通常は、大気中に設置されていた。また、インジェクタ及び分割升を含む計測系が気密状態となっておらず、シリンダ内における実際の加圧状態または負圧状態を再現した状態で、インジェクタの噴霧の分布状態を測定することはできなかった。そして、この噴霧分布測定装置は、各分割升に溜まった液体の量を一つの圧力センサで順次計測するようになっていたので、全ての分割升内の液体の量を計測するのに長時間がかかっていた。そのため、揮発性の高い燃料の場合は、分割升に溜まった燃料が計測中に蒸発することがあり、精度の高い測定ができないという問題点があった。
【０００５】
また、上記特許文献２に記載の噴霧分布測定装置においては、測定板上の測定孔が逆錐形状に形成されており、この測定孔の出口の開口面積が狭かった。そのため、噴霧器から噴射された噴霧を吸引するために測定孔の出口側を減圧しても、測定板に向けて噴射した噴霧が錐面に当たって巻き上がり、液滴が適切な測定孔で捕獲されないことがあった。この場合は、噴霧粒子の二次元分布を正確に測定できなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、液体を霧状に噴射する噴霧器からの噴霧の分布状態を測定する噴霧分布測定装置において、負圧雰囲気場または加圧雰囲気場における前記噴霧器の噴霧の分布状態を高精度に測定できる噴霧分布測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る噴霧分布測定装置は、液体を霧状に噴射する噴霧器及びこの噴霧器からの噴霧を受け止める複数の受け止めセルを内部圧力を調整可能な圧力チャンバ内に収容し、噴霧器が噴射中に圧力ポンプを作動させて、この受け止めセルで受けた液体及び圧力チャンバ内の気体を計測セル側に導いて、気液分離器で液体と気体とを分離して気体を排出し、計測セルに導かれた液面高さを計測して前記噴霧器からの噴霧の分布状態を測定するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、噴霧器及び受け止めセルを収容する圧力チャンバの内部圧力を調整することにより、各受け止めセルで受けた液体が適度に負圧吸引、または漏れ出るようになり、噴霧器から噴射された噴霧が巻き上がるのを抑制し、各受け止めセルでの捕獲率を向上することができる。このため大気圧環境以外にも噴射雰囲気場の圧力を負圧状態から加圧状態まで再現した状態で、噴霧器の噴霧の分布状態を高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による噴霧分布測定装置を示す概略図であり、図２は噴霧分布測定装置の実施形態を示す正面図である。この噴霧分布測定装置は、燃料を霧状に噴射するインジェクタの噴射特性を解析するために、インジェクタから噴射された噴霧の分布状態を測定する装置であって、図１に示すように、インジェクタ１と、受け止めセル２と、圧力チャンバ３と、計測セル４と、定油面タンク５と、ＣＣＤカメラ６とを備えて成る。
【００１０】
インジェクタ１は、液体燃料を細かい霧状に噴射する噴霧器であって、用途に応じて多くの種類のものがある。このインジェクタ１は、下向きに取り付けられており、このインジェクタ１が燃料７を噴射する方向には、複数個の受け止めセル２，２，…が並べて配置されている。
この受け止めセル２は、インジェクタ１から噴射された燃料７の噴霧を受け止める角型の筒状部材であって、その開口部の形状は例えば正方形とされている。なお、受け止めセル２の大きさは、例えば開口部の１辺が６ｍｍ程度の長さとされ、噴霧された燃料７を溜めておくのに十分な深さとされている。
【００１１】
この受け止めセル２は、図３に示すように、例えば縦に１６個、横に１６個並べて配置されている。この合計２５６個の受け止めセル２が配置された中心付近における領域Ａの内側は、インジェクタ１からの噴霧量が最も多い範囲となり、その外側の領域Ｂは噴霧量が少なく、その外側の領域Ｃでは噴霧量がさらに少なくなる。そして、本実施形態では、領域Ｃの内側に配置された縦１０個、横１６個の受け止めセル２が噴霧量の計測に用いられ、領域Ｃの外側は不使用範囲とする。なお、図１には、図３に示す領域Ａ，Ｂ，Ｃを横切る例えば第８列目の受け止めセル２の列が示されている。
【００１２】
このように配置された受け止めセル２は、図２に示す昇降装置１７によって上下動するようになっている。これにより、図１に示すように、インジェクタ１の噴射口から受け止めセル２の上面までの距離Ｌを任意の長さに設定できる。よって、この距離Ｌを適宜設定することで、インジェクタ１から噴射される噴霧が飛散する噴射範囲を調整できるので、どのような噴射特性のインジェクタ１にも適用することができる。
【００１３】
このようなインジェクタ１及び受け止めセル２は、圧力チャンバ３の中に収容されている。この圧力チャンバ３は、エンジンのインジェクタ取付け部位の内圧を想定してインジェクタ１の噴射雰囲気場を再現するもので、例えばその上面には大気連通管８が取り付けられている。この大気連通管８は、圧力チャンバ３と連通して気体の流路となるもので、その途中に開閉弁９が設けられている。また、圧力チャンバ３には、その内部に不活性ガスである窒素ガスを供給する加圧ポンプ１０が接続されている。これにより、加圧ポンプ１０を作動して圧力チャンバ３内に不活性ガスを供給したり、あるいは圧力チャンバ３内の気体を後述する負圧ポンプ１１で吸引できるようになっている。そして、開閉弁９を開閉制御することで、圧力チャンバ３の内部圧力を調整することができる。このように、大気圧環境以外にも噴射雰囲気場の圧力を負圧状態から加圧状態まで任意に設定することができる。
【００１４】
また、各受け止めセル２の底部には接続管１２が設けられている。この接続管１２は、受け止めセル２で受けた燃料７又は圧力チャンバ３内の気体の取り出し口となるもので、後述する計測セル４に導く配管１３が接続されている。この接続管１２の長さは、外側に設けられたものより内側に設けられたものの方が徐々に長くなっている。これにより、図１に示すように、各接続管１２に配管１３を接続したときに、各配管１３の先端部に設けられた脱落防止用のフランジ１３ａ同士が重なり合うことがなくなるので、多くの配管１３を容易に接続することができる。
【００１５】
また、各配管１３の他端部は、複数の計測セル４のうちのいずれかに接続されている。この計測セル４は、各受け止めセル２で受けた燃料７の量を液面高さに変換するものであって、その上面に蓋部４ａが取り付けられている。この蓋部４ａには、受け止めセル２の接続管１２に接続された配管１３を取り付ける１６個の取込口４ｂと、負圧ポンプ１１に接続された排気管１４を取り付ける１６個の排気口４ｃとが形成されている。これらの各取込口４ｂと各排気口４ｃとは、蓋部４ａの内側に形成された１６個の気液分離部４ｄを介して連通している。この気液分離部４ｄは、受け止めセル２から吸引または送り込まれた燃料７と気体とを分離するようになっている。また、各気液分離部４ｄの下部には、それぞれ計測管部４ｅが形成されている。この計測管部４ｅは、取込口４ｂから取り込まれて気液分離部４ｄで分離された燃料７の量を液面高さに変換するもので、ＣＣＤカメラ６で撮像できるように透明な部材で形成されている。
【００１６】
このように、１６組の取込口４ｂと排気口４ｃと気液分離部４ｄと計測管部４ｅとを備えて構成された計測セル４は、図４に示すように、装置内部の両側壁に沿って５個ずつ並べられている。この両側５個ずつの計測セル４の間には、前後方向に走行可能な撮像装置１８が設置されている。図４中において、右端に設置された計測セル４，４の位置を第１撮像位置Ｓ１とし、その左側に設置された計測セル４，４の位置を第２撮像位置Ｓ２とする。以下、その左側に設置された計測セル４，４の位置から順に第３撮像位置Ｓ３〜第５撮像位置Ｓ５とする。なお、撮像装置１８は、第１撮像位置Ｓ１に設置された計測セル４，４を撮像した後、第２撮像位置Ｓ２〜第５撮像位置Ｓ５に設置された計測セル４を順次撮像するようになっている。
【００１７】
そして、上記のように、本実施形態では、図３に示す領域Ｃの内側が噴霧量の計測に用いられる範囲であるので、この領域Ｃの内側に配置された１６０個の受け止めセル２が、それぞれ所定の計測セル４に接続されている。例えば、図３に示す領域Ａ内に配置された受け止めセル２が、図４に示す第１撮像位置Ｓ１に設置された計測セル４に接続され、領域Ｂ内に配置された受け止めセル２に対応するものが、第２撮像位置Ｓ２〜第３撮像位置Ｓ３に設置された計測セル４に接続され、領域Ｃ内に配置された受け止めセル２に対応するものが、第４撮像位置Ｓ４〜第５撮像位置Ｓ５に設置された計測セル４に接続されている。
【００１８】
また、図１に示す計測セル４の底部には、排液管１５及び油面調整弁１６を介して定油面タンク５が接続されている。この定油面タンク５は、計測セル４内の計測液面を初期化するのに必要な定油面を確保するための燃料７を収容しておく容器である。この定油面タンク５には、計測セル４に導かれた燃料７が廃棄されるようになっており、この廃棄された燃料７はインジェクタ１に再度供給できるようになっている。
【００１９】
図５は、左右両側の計測セル４，４の液面の高さを計測する撮像装置１８を示す平面図である。この撮像装置１８は、第１撮像位置Ｓ１〜第５撮像位置Ｓ５に設置された計測セル４，４に沿って走行するようになっており、ロボットアーム１９の基台の左右両側に２台のＣＣＤカメラ６を備えている。この撮像装置１８は、左右２台のＣＣＤカメラ６，６によって第１撮像位置Ｓ１に設置された両側の計測セル４，４を同時に撮像した後で、第２撮像位置Ｓ２〜第５撮像位置Ｓ５に設置された計測セル４を順次に撮像するようになっている。これにより、図１に示すように、各計測セル４に導かれた燃料７の液面高さｈがＣＣＤカメラ６で撮像され、受け止めセル２で受けた燃料７の量を計測することができる。なお、本実施形態では、図５に示すように、各ＣＣＤカメラ６は、ミラー２０に映った計測セル４の計測セル４を撮像するようになっている。
【００２０】
次に、このように構成された噴霧分布測定装置の動作について、図１を参照して説明する。まず、初期状態において、排液管１５に設けられた油面調整弁１６開くと、各計測セル４の計測管４ｅと定油面タンク５とが排液管１５を介して連通し、計測セル４内の液面の高さが基準位置に合わせられる。
続いて、図４に示すように、撮像装置１８が走行して第１撮像位置Ｓ１に配置された計測セル４，４の前の定位置でロボットアーム１９が停止し、２台のＣＣＤカメラ６で初期油面の画像情報を撮像した後、第２撮像位置Ｓ２〜第５撮像位置Ｓ５に配置された計測セル４の初期油面の画像情報を順次撮像して破線で示す基点位置まで戻る。図示省略のモニタに表示された各計測セル４内の液面を目視確認し、液面の高さが揃っていなければ、繰り返し定油面出し作業を行う。
【００２１】
ここで、例えば負圧雰囲気場におけるインジェクタ１の噴霧の分布状態を測定する場合には、負圧ポンプ１１を作動する。これにより、圧力チャンバ３内の気体は、受け止めセル２及び接続管１２を通過し、配管１３、計測セル４、排気管１４介して負圧ポンプ１１の排気口１１ａから排出され、圧力チャンバ３の内部が負圧状態となる。
この状態で、昇降装置１７を上下動してインジェクタ１の噴射口から受け止めセル２の上面までの距離Ｌを調整し、図３に示す領域Ｃの内側に燃料７が噴射されるようにする。このインジェクタ１から所定の時間、所定のインターバル又は噴射回数で燃料７を噴射させる。このとき、負圧ポンプ１１が作動しているので、受け止めセル２内で受けた燃料７が負圧吸引されて計測セル４に導かれる。このとき、計測セル４に導かれた燃料７は、気液分離部４ｄの斜面により流下して計測管部４ｅ側に溜まり、同時に吸引された気体のみが負圧ポンプ１１の排気口１１ａから排出する。このとき、圧力チャンバ３の内圧は、開閉弁９を開閉制御することで、一定の負圧状態に調整される。
【００２２】
一方、加圧雰囲気場におけるインジェクタ１の噴霧の分布状態を測定する場合には、負圧ポンプ１１の代わりに加圧ポンプ１０を作動して、圧力チャンバ３の内部に高圧の窒素ガスを送り込み、この窒素ガスを受け止めセル２及び計測セル４を介して負圧ポンプ１１の排気口１１ａから放出する。この状態で、上記のように、インジェクタ１から燃料７を噴射する。圧力チャンバ３の内部は、加圧状態となっているので、インジェクタ１から噴射されて受け止めセル２で受けた燃料７は、接続管１２から漏れ出し、計測セル４に導かれる。このとき、計測セル４に導かれた燃料７は、気液分離部４ｄの斜面により流下して計測管部４ｅ側に溜まり、同時に漏れ出た気体のみが負圧ポンプ１１の排気口１１ａから排出する。このとき、圧力チャンバ３の内圧は、開閉弁９を開閉制御することで、一定の加圧状態に調整される。
【００２３】
このように、圧力チャンバ３内の圧力を適切にコントロールすることで、各受け止めセル２で受けた燃料７が適度に負圧吸引、または漏れ出るようになり、インジェクタ１から噴射された噴霧が巻き上がるのを抑制し、各受け止めセル２での捕獲率を向上することができる。
そして、インジェクタ１で燃料７の噴射を開始後、予め設定された数分の待ち時間を経て計測指令を出すと、再び撮像装置１８が破線で示す基点位置から動き出し、上述したと同様に第１撮像位置Ｓ１〜第５撮像位置Ｓ５に設置された計測セル４の前で停止し、定油面から増加した液面の画像を取り込む。
【００２４】
ここで、上記のように、各受け止めセル２と各計測セル４とは、インジェクタ１の噴霧量が多い領域内に配置された受け止めセル２に接続された計測セル４から優先的に撮像するようになっており、撮像装置１８は数分間で第１撮像位置Ｓ１〜第５撮像位置Ｓ５に設置された計測セル４，４を全て撮像することができるので、計測中における燃料７の蒸発量は少なく、計測誤差を少なくして高精度の計測を行うことができる。
【００２５】
そして、全ての計測セル４について、初期油面と計測時の油面との高さの差分ｈを算出する。この差分ｈは、例えば図３に示す受け止めセル２の配置に合成して燃料噴射の分布パターンを２Ｄ化、３Ｄ化して図示省略のモニタに表示される。
このように、本発明による噴霧分布測定装置では、受け止めセル２から計測セル４までの計測系が密閉構造となっているので、インジェクタ１から噴射する燃料７はどのような性状のものでもよく、ガソリンのように揮発性の高い燃料７についても高精度に測定することができる。また、定油面合わせ、圧力調整、燃料噴射、計測の一連の作業を行う際、部品の取り外し等の作業が必要ないので、インジェクタ１による噴霧の分布状態を連続的に測定することができる。これらの一連の動作は、数分間という短時間で行うことができるので、同一の条件で繰り返し測定して測定精度の向上を図ることができる。また、圧力チャンバ３の内圧や、インジェクタ１の噴射回数、燃料７の種類等を変更して測定を行うことで、インジェクタ１の噴射特性を多面的に解析することができる。
【００２６】
なお、以上の説明は、エンジン用のインジェクタ１の噴霧の分布状態を測定するものとしたが、本発明はこれに限られず、エンジン用の燃料７以外の液体を噴霧する噴射ノズルにも適用することもできる。
以上のように、本実施形態によれば、気液分離器４ｄの気体排出側に、圧力チャンバ３内の気体を吸引する負圧ポンプ１１を備えたことにより、この負圧ポンプ１１を作動して圧力チャンバ３内の気体を吸引することで、この圧力チャンバ３の内圧を負圧状態にすることができる。これにより、受け止めセル２で受けた燃料７が負圧吸引されて計測セル４に導かれ、負圧雰囲気場におけるインジェクタ１の噴霧の分布状態を測定することができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、圧力チャンバ３に、その内部に気体を供給する加圧ポンプ１０を備えたことにより、この加圧ポンプ１０を作動して圧力チャンバ３内に気体を供給することで、この圧力チャンバ３の内圧を加圧状態にすることができる。これにより、受け止めセル２で受けた燃料７が漏れ出して計測セル４に導かれ、加圧雰囲気場におけるインジェクタ１の噴霧の分布状態を測定することができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、圧力チャンバ３に気体の流路となる連通管８を接続し、この連通管８に、圧力チャンバ３の内部圧力を調整する開閉弁９を備えたことにより、この開閉弁９を開閉制御することで、圧力チャンバ３の内部圧力を調整することができる。
また、本実施形態によれば、各計測セル４の液面高さを撮像する撮像手段１８（ＣＣＤカメラ６）を備え、この撮像手段１８は、インジェクタ１からの噴霧量が多い領域内に配置された受け止めセル２に接続された計測セル４から優先的に撮像することにより、測定精度が求められる受け止めセル２に接続された計測セル４から優先的に計測され、蒸発による誤差が少なくなり、高精度の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による噴霧分布測定装置を示す概略図である。
【図２】本発明による噴霧分布測定装置の実施形態を示す正面図である。
【図３】受け止めセルの配列状態を示す平面図である。
【図４】噴霧分布測定装置の内部を示す断面図である。
【図５】計測セル内の液面の高さを計測する撮像装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…インジェクタ，２…受け止めセル，３…圧力チャンバ，４…計測セル，４ａ…蓋部，４ｂ…取込口，４ｃ…排気口，４ｄ…気液分離部，４ｅ…計測管部，５…定油面タンク，６…ＣＣＤカメラ，７…燃料，８…大気連通管，９…開閉弁，１０…加圧ポンプ，１１…負圧ポンプ，１２…接続管，１３…配管，１４…排気管，１５…排液管，１６…油面調整弁，１７…昇降装置，１８…撮像装置，１９…ロボットアーム，２０…ミラー
【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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