(57)【要約】【課題】従来よりも簡便にシリンダの内壁への燃料付着の有無を判定することが可能な、内燃機関の測定装置を提供する。【解決手段】内燃機関の測定装置１０は、燃料を噴射する噴射弁１１と、前記噴射弁１１から離間して設けられた衝突板１２と、前記噴射弁１１から噴射され前記衝突板１２に付着した前記燃料の付着量に応じて、前記噴射弁１１から内燃機関２６の気筒内に前記燃料を噴射した場合の前記気筒の内壁面２８に付着する前記燃料の付着量を算出する演算部１４と、を備える。【選択図】図１
2013151867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁から離間して設けられた衝突板と、
前記噴射弁から噴射され前記衝突板に付着した前記燃料の付着量に応じて、前記噴射弁から内燃機関の気筒内に前記燃料を噴射した場合の前記気筒の内壁面に付着する前記燃料の付着量を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする、内燃機関の測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の測定装置であって、
２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下、及び静止場の雰囲気で、前記噴射弁から前記衝突板に前記燃料が噴射されることを特徴とする、内燃機関の測定装置。
【請求項３】
燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃料が噴射される気筒と、
２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下、及び静止場の雰囲気で、前記噴射弁から前記噴射弁に対向する前記気筒の内壁面までの離間距離または前記噴射弁の噴射軸線から前記気筒の内壁面までの離間距離と等しくなるように前記噴射弁から離間させた衝突板に対して、前記噴射弁から前記燃料を噴射させた場合に、噴射する全燃料に対する前記衝突板に付着する燃料の割合が１５％以下となるような前記噴射弁の噴射条件と同一の噴射条件で、前記噴射弁から前記気筒内に前記燃料を噴射させる制御部と、
を備えることを特徴とする、内燃機関。
【請求項４】
燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃料が噴射される気筒と、
２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下、及び静止場の雰囲気で、前記噴射弁から前記噴射弁に対向する前記気筒の内壁面までの離間距離または前記噴射弁の噴射軸線から前記気筒の内壁面までの離間距離と等しくなるように前記噴射弁から離間させた衝突板に対して、前記噴射弁から前記燃料を噴射させた場合に、以下の数式（１）を満たすような前記噴射弁の噴射条件と同一の噴射条件で、前記噴射弁から前記気筒内に前記燃料を噴射させる制御部と、
を備えることを特徴とする、内燃機関。
【数１】
2013151867.tif 000008
ここで、Ｖ[ｍ／ｓ]は前記衝突板への衝突時における前記燃料の、前記衝突板に対して垂直方向の平均速度、ｄｐ[ｍ]は前記衝突板における前記燃料の平均粒径、Ａ[ｍ２]は前記衝突板における噴霧断面積、Ｑｄｏｔ[ｍ３／ｓ]は前記噴射弁から噴射される前記燃料の噴射率である。
【請求項５】
燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃料が噴射されるとともに、前記噴射弁から前記噴射弁に対向する内壁面までの離間距離または前記噴射弁の噴射軸線から前記内壁面までの離間距離が８６ｍｍ以上となるように配置された気筒と、
噴射圧が８０ＭＰａ以上、噴射間隔が０秒以上、及び噴射率が４０ｍｍ３／ｍｓ以下となるように前記噴射弁の噴射条件を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の測定装置及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関のシリンダ（気筒）内に燃料を噴射する、筒内噴射式の内燃機関が知られている。
【０００３】
筒内噴射式の内燃機関では、燃料の噴射状態によっては、シリンダの内壁に燃料が付着する場合がある。付着燃料はシリンダ内で気化され難くなり、その結果、燃料が完全燃焼されずに排気中に未燃成分が含まれるおそれがある。未燃成分には排出規制の対象物質であるハイドロカーボン（ＨＣ）等が含まれていることから、未燃成分の発生を抑制する必要がある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１から３では、シリンダの内壁への燃料付着を抑制するために、燃料噴射のタイミング、吸気弁のリフト量またはスロットルバルブの開閉タイミング等を調整し、筒内の気体の流動性を高めることでシリンダ内壁への燃料付着を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２７６６５号公報
【特許文献２】特開２００９−６２９４６号公報
【特許文献３】特開２００９−１７４３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シリンダの内壁への燃料付着の有無を確認する場合、従来は、内燃機関を実際に作動させる必要がある。更に、作動後の内燃機関を冷却し、その後に内燃機関のエンジンオイルを抜き取り、エンジンオイル中に取り込まれた燃料量を計測することによってシリンダ内壁への燃料付着の有無を確認する。加えて、確認作業を再び行う際には、前回の確認作業に用いたエンジンオイルを全て新しいエンジンオイルに入れ替えなければならない。または、シリンダ内の直接観察によって燃料付着の有無を確認する場合には、例えば可視化用の窓を設けた実験用エンジンを用意する必要がある。このように、従来は、シリンダの内壁への燃料付着の有無を確認する過程で煩雑な作業を行う必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様は、内燃機関の測定装置に関するものである。当該測定装置は、燃料を噴射する噴射弁と、前記噴射弁から離間して設けられた衝突板と、を備える。さらに、前記噴射弁から噴射され前記衝突板に付着した前記燃料の付着量に応じて、前記噴射弁から内燃機関の気筒内に前記燃料を噴射した場合の前記気筒の内壁面に付着する前記燃料の付着量を算出する演算部を備える。
【０００８】
また、上記発明において、２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下、及び静止場の雰囲気で、前記噴射弁から前記衝突板に前記燃料が噴射されることが好適である。
【０００９】
また、本発明の一つの態様は、内燃機関に関する。当該内燃機関は、燃料を噴射する噴射弁と、前記燃料が噴射される気筒と、を備える。さらに、２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下、及び静止場の雰囲気で、前記噴射弁から前記噴射弁に対向する前記気筒の内壁面までの離間距離または前記噴射弁の噴射軸線から前記気筒の内壁面までの離間距離と等しくなるように前記噴射弁から離間させた衝突板に対して、前記噴射弁から前記燃料を噴射させた場合に、噴射する全燃料に対する前記衝突板に付着する燃料の割合が１５％以下となるような前記噴射弁の噴射条件と同一の噴射条件で、前記噴射弁から前記気筒内に前記燃料を噴射させる制御部を備える。
【００１０】
また、本発明の一つの態様は、内燃機関に関する。当該内燃機関は、燃料を噴射する噴射弁と、前記燃料が噴射される気筒と、を備える。さらに、２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下、及び静止場の雰囲気で、前記噴射弁から前記噴射弁に対向する前記気筒の内壁面までの離間距離または前記噴射弁の噴射軸線から前記気筒の内壁面までの離間距離と等しくなるように前記噴射弁から離間させた衝突板に対して、前記噴射弁から前記燃料を噴射させた場合に、以下の数式（１）を満たすような前記噴射弁の噴射条件と同一の噴射条件で、前記噴射弁から前記気筒内に前記燃料を噴射させる制御部を備える。
【００１１】
【数１】
2013151867.tif 000003
【００１２】
ここで、Ｖ[ｍ／ｓ]は前記衝突板への衝突時における前記燃料の、前記衝突板に対して垂直方向の平均速度、ｄｐ[ｍ]は前記衝突板における前記燃料の平均粒径、Ａ[ｍ２]は前記衝突板における噴霧断面積、Ｑｄｏｔ[ｍ３／ｓ]は前記噴射弁から噴射される前記燃料の噴射率である。
【００１３】
また、本発明の一つの態様は、内燃機関に関する。当該内燃機関は、燃料を噴射する噴射弁と、前記燃料が噴射されるとともに、前記噴射弁から前記噴射弁に対向する内壁面までの離間距離または前記噴射弁の噴射軸線から前記内壁面までの離間距離が８６ｍｍ以上となるように配置された気筒と、を備える。さらに、噴射圧が８０ＭＰａ以上、噴射間隔が０秒以上、及び噴射率が４０ｍｍ３／ｍｓ以下となるように前記噴射弁の噴射条件を制御する制御部を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来よりも簡便にシリンダの内壁への燃料付着の有無を判定することができる。また、上記判定手法を利用した制御により駆動される内燃機関を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施における、内燃機関の測定装置の模式図である。
【図２】内燃機関の断面図である。
【図３】内燃機関の断面図である。
【図４】衝突板への燃料付着率とシリンダ内壁面への燃料付着率との相関を示すグラフである。
【図５】液滴測定装置の模式図である。
【図６】本発明の一実施形態における、噴射パラメータに関する理論式と、衝突板への燃料付着率との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施の形態に係る内燃機関の測定装置を、図１に例示する。測定装置１０は、噴射弁１１、衝突板１２、及び演算部１４を含んで構成される。
【００１７】
噴射弁１１は、燃料タンク１６の燃料を噴射可能な噴射手段である。噴射弁１１は、例えば、ニードルを移動させることによって噴口を開閉させるニードル弁であってよい。また、燃料は測定対象となる内燃機関に用いられる燃料や、これに近い物性（密度、表面張力等）を持つ液体であってよく、例えば、ノルマルヘプタンや軽油であってよい。
【００１８】
また、燃料タンク１６内の燃料を噴射弁１１まで送るための手段として、燃料ポンプ２０及びプレッシャレギュレータ２２を設けてもよい。燃料ポンプ２０は、燃料タンク１６から燃料を引き込んで昇圧させる。また、プレッシャレギュレータ２２は、燃料ポンプ２０と噴射弁１１との間に設けられ、プレッシャレギュレータ２２と噴射弁１１間を所定の圧力に調整する機構を備えている。燃料ポンプ２０によって所定の圧力まで昇圧された燃料は、プレッシャレギュレータ２２を経由して、噴射弁１１まで供給される。
【００１９】
衝突板１２は、噴射弁１１と対向して配置される。衝突板１２は、例えば平板であってよく、噴射弁１１の噴射軸線Ｃに対して衝突面２４が垂直となるように配置されてよい。また、噴射弁１１と衝突板１２は離間して配置される。例えば、噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌは、測定対象となる内燃機関における、噴射弁１１とシリンダ（気筒）の内壁面との離間距離を考慮して定めてよい。
【００２０】
離間距離について、図２及び図３を用いて説明する。図２には、測定対象となる内燃機関２６の断面図が例示されている。内燃機関２６には、測定装置１０における噴射弁１１と同一の噴射弁１１が搭載されている。この場合において、噴射弁１１と対向するシリンダ内壁面２８までの、シリンダ内壁面２８から噴射弁１１に向かって降ろした垂線の足の長さＬ１を離間距離とする。
【００２１】
また、噴射弁１１が内壁面と対向しない場合がある。例えば、図３のように、シリンダ内壁面２８と噴射弁１１の噴射軸線Ｃとが平行となるように噴射弁１１を配置した場合がこれに該当する。この場合には、噴射軸線Ｃとシリンダ内壁面２８までの距離Ｌ２を離間距離とする。例えば、離間距離Ｌ１またはＬ２は、４０ｍｍ以上の値であってよい。また、噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌは、測定対象となる内燃機関２６における離間距離Ｌ１またはＬ２と等しくすると好適である。
【００２２】
図１に戻り、演算部１４は、衝突板１２における燃料の付着状態を算出するとともに、当該付着状態に基づいて、測定対象の内燃機関におけるシリンダ内壁面２８への燃料付着量を算出する。演算部１４は、これらの演算処理や判定処理が可能な機器であればよく、例えば、マイクロコンピュータユニットを含んで構成されてよい。
【００２３】
また、演算部１４は、燃料の噴射圧（燃圧）や噴射弁１１の噴射期間、噴射間隔等を制御可能となっている。噴射間隔とは、１サイクルの中で所定量の燃料を複数回に分けて分割噴射する場合の、各分割噴射間の時間間隔を表している。また、単位時間当たりの燃料噴射量を示す噴射率は、燃料噴射ノズルの流量係数、噴射圧、雰囲気圧、及び燃料密度によって決定される。
【００２４】
また、演算部１４は、気圧センサ３０、温度センサ３２と接続されていてもよい。気圧センサ３０は、燃料が噴射される際の雰囲気の圧力を測定可能なセンサである。また、温度センサ３２は、燃料が噴射される際の雰囲気の温度を測定可能なセンサである。
【００２５】
また、測定装置１０は、衝突板１２における燃料の付着状態を算出するための手段として、衝突板１２の質量変化を測定可能な計量手段３４を備えていてもよい。例えば、計量手段３４は、電子天秤であってよい。計量手段３４は、衝突板１２を支持している。衝突板１２に燃料が付着すると、その分重量が増加する。計量手段３４は、演算部１４に接続されており、演算部１４は、重量の増分に基づいて、衝突板１２への燃料付着量を算出することができる。なお、精度の高い測定を行うために、計量手段３４の計測値が変動しないような、静止場の雰囲気で測定を行うことが好適である。静止場とは、例えば無風状態であり、計量手段の最小計測値が５秒以上変動しない状態であってよい。
【００２６】
次に、測定装置１０による測定工程について説明する。燃料ポンプ２０及びプレッシャレギュレータ２２によって、予め設定された圧力まで燃料が昇圧され、当該燃料は噴射弁１１まで送られる。演算部１４は、予め設定された噴射率、噴射間隔で燃料が噴射されるように、噴射弁１１に対して開弁指令を送る。これによって噴射弁１１から衝突板１２に対して燃料が噴射される。演算部１４は、燃料噴射後の計量手段３４の重量変化、燃料噴射時の雰囲気の温度及び圧力を取得する。これらの値と、噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌとに基づいて、演算部１４は、上記の噴射圧、噴射率、噴射間隔と同一の噴射条件で噴射弁１１からシリンダ内に燃料を噴射した際の、シリンダ内壁面２８への燃料付着量を算出する。
【００２７】
図４には、衝突板１２への燃料付着率と、シリンダ内壁面２８への燃料付着率との関係が示されている。ここで、噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌは、図２に示した離間距離Ｌ１と等しいものとしている。また、噴射弁１１から衝突板１２への燃料噴射に当たり、雰囲気温度は２０℃以上３０℃以下の室温であり、また、気圧は標準大気圧を含む、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下であった。
【００２８】
また、内燃機関２６に関して、排気量が２リットルの４気筒エンジンを使用した。各気筒（シリンダ）の内径は８６ｍｍであった。この内燃機関２６に対して、１２００ｒｐｍ、負荷４０％の運転状態にて燃料噴射を行った。さらに、噴射後にシリンダ内壁面２８に塗布されたエンジンオイルの燃料による希釈率を求め、当該希釈率からシリンダ内壁面２８への燃料付着率を算出した。
【００２９】
図４では、噴射弁１１Ａ及び１１Ｂとして、燃料噴射速度が異なる２種類のスリットノズルを使用した。また、噴射弁１１Ａのプロットを、４０Ａ、４２Ａ、４４Ａで示し、噴射弁１１Ｂのプロットを、４０Ｂ、４２Ｂ、４４Ｂで示す。それぞれの噴射弁１１Ａ、１１Ｂの噴射条件は、以下のように設定した。すなわち、いずれのプロットにおいても、離間距離Ｌ＝Ｌ１＝８６ｍｍとした。また、プロット４０Ａ、４０Ｂにおける噴射圧は２０ＭＰａとし、噴射率は１０ｍｍ３／ｍｓ以上２０ｍｍ３／ｍｓ以下とした。また、プロット４２Ａ、４２Ｂにおける噴射圧は４０ＭＰａとし、噴射率は１４ｍｍ３／ｍｓ以上２８ｍｍ３／ｍｓ以下とした。また、プロット４４Ａ、４４Ｂにおける噴射圧は８０ＭＰａとし、噴射率は２０ｍｍ３／ｍｓ以上４０ｍｍ３／ｍｓ以下とした。さらに、いずれの噴射時においても、噴射間隔は０秒（連続噴射）とした。
【００３０】
図４に明らかなように、衝突板１２への燃料付着率と、シリンダ内壁面２８への燃料付着率には相関が見られる。したがって、衝突板１２への燃料付着率を測定することで、シリンダ内壁面２８への燃料付着率を算出することが可能となる。さらに、噴射弁１１の燃料噴射量と、上記燃料付着率に基づいて、噴射された全燃料に対する、シリンダ内壁面２８への燃料付着量を求めることが可能となる。
【００３１】
このように、本実施形態においては、内燃機関２６を実際に作動させることなく、シリンダ内壁面２８への燃料付着量を求めることが可能となる。その上、室温、大気圧での解析を行う、いわゆるコールドモデルを用いて、シリンダ内壁面２８への燃料の付着状態を判定することが可能となる。したがって、実際の内燃機関２６のような高温、高圧での環境を整える必要がなく、簡便な雰囲気調整にて測定を行うことが可能となる。
【００３２】
また、図４より、衝突板１２への燃料付着率が１５％以下になると、シリンダ内壁面２８への燃料付着率が０％となる。このことから、衝突板１２への燃料付着率が１５％以下となるような噴射弁１１の噴射条件を測定装置１０にて求めてもよい。求められた噴射条件と同一の噴射条件で内燃機関２６の噴射弁１１の噴射を制御することで、シリンダ内壁面２８に燃料を付着させずに燃料を噴射することが可能となる。例えば、測定装置１０で求めた噴射条件を、内燃機関２６の噴射弁１１を制御する制御部（図示せず）に記憶させるとともに、当該噴射条件に基づいて噴射弁１１の制御を行うようにしてもよい。
【００３３】
シリンダ内壁面２８への燃料付着率が０％となる、つまり、衝突板１２への燃料付着率を１５％以下にする噴射条件とは、例えば、図４に示したプロット４４Ａと衝突板１２への燃料付着率が０％となるまでの範囲に入るような噴射条件である。プロット４４Ａにおける噴射条件は、噴射圧が８０ＭＰａ、噴射間隔が０秒、噴射率が４０ｍｍ３／ｍｓである。また、噴射弁１１とシリンダ内壁面２８までの離間距離Ｌ１またはＬ２が８６ｍｍである。したがって、シリンダ内壁面２８への燃料付着率を０％とするためには、噴射圧を８０ＭＰａ以上、噴射間隔を０秒以上、噴射率を４０ｍｍ３／ｍｓ以下とすればよい。さらに、噴射弁１１とシリンダ内壁面２８までの離間距離Ｌ１またはＬ２を、８６ｍｍ以上とすればよい。
【００３４】
なお、衝突板１２への燃料付着率を１５％以下にする噴射条件を求めるにあたり、理論式を利用してもよい。噴射弁１１から噴射される燃料は、燃料噴流の乱れ及び周囲の空気とのせん断力などにより、微粒化して噴霧を形成する。微粒化された燃料液滴は、周囲の空気から受ける抗力Ｄ[ｍ]により周囲の空気と運動量が交換される。運動量の交換により、時間ｔ[ｓ]とともに気液相対速度Ｖ[ｍ／ｓ]は緩和されていく。
【００３５】
噴霧は気流とともに衝突板１２の衝突面２４に向かうが、その際に、気流の進行方向は衝突面２４の接線方向に曲げられる。このとき、噴霧液滴の単位質量当たりの抗力Ｄが十分に大きければ、燃料液滴は衝突面２４に衝突する前に気流によって運び去られ、衝突面２４には付着しない。
【００３６】
例えば、一様流中に置かれた球形の単一液滴を考えると、単一液滴の受ける単位質量当たりの抗力Ｄは、下記数式（２）の様に表すことができる。
【００３７】
【数２】
2013151867.tif 000004
【００３８】
ここで、ρｆ[ｋｇ／ｍ３]は燃料の密度、ｄｐ[ｍ]は衝突面２４における液滴粒径、Ｃｄ（無次元）は抗力係数、ρａ[ｋｇ／ｍ３]は周囲空気の密度、Ｖ[ｍ／ｓ]は衝突面２４における液滴の、衝突面２４に対して垂直方向の速度である。ρｆ及びρａは既知である。また、レイノルズ数Ｒｅ（無次元）がＡｌｌｅｎ域（２＜Ｒｅ＜５００）にあるとの条件で、下記数式（３）から、抗力係数Ｃｄを求めることができる。
【００３９】
【数３】
2013151867.tif 000005
【００４０】
以上から、抗力Ｄは、衝突面２４における液滴の速度Ｖと液滴粒径ｄｐを変数とする関数と捉えることができる。
【００４１】
また、単一液滴の集合体である燃料噴霧を考慮した場合、燃料噴霧と空気との運動量の交換は、液滴の数密度が小さいほど（疎であるほど）液滴１つ当たりの運動量交換に多くの空気を使うことができる。言い換えると、衝突面２４における噴霧断面積Ａ[ｍ２]は大きいほど、また、噴射弁１１から噴射される燃料の噴射率Ｑｄｏｔ[ｍ３／ｓ]は小さいほど、噴霧液滴は気流に運び去られ易くなる。
【００４２】
以上の検討から、衝突面２４における、液滴速度Ｖ、液滴粒径ｄｐ、噴霧断面積Ａ、及び、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔを変数とした理論式を導出する。理論式の導入に当たり、実測値をもとにしてもよい。例えば、衝突面２４における、液滴速度Ｖ、液滴粒径ｄｐ、噴霧断面積Ａ、及び、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔをそれぞれ測定する。さらに、衝突面２４における燃料付着率を測定する。さらに、各パラメータの関係から理論式を導出する。
【００４３】
衝突面２４における、液滴速度、液滴粒径、噴霧断面積の測定は、例えば図５のような液滴測定装置５０を用いることによって行うことが可能である。液滴測定装置５０は、例えば位相ドップラー測定装置（Phase Doppler Anemometry、ＰＤＡ）であってよい。位相ドップラー測定装置は、二本のレーザー光源５２、複数の検出器５４、トラバース機構５６、及び、演算部５７を含んで構成されている。
【００４４】
トラバース機構５６は、レーザー光源５２と検出器５４を移動させる移動手段である。トラバース機構５６は、図５のように、互いに直行する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向にそれぞれ移動可能なステージを有していてもよい。
【００４５】
また、演算部５７は、検出器５４から出力された信号を受信するとともに、当該信号に基づいて、液滴速度、液滴粒径、噴霧断面積を算出する演算手段である。また、トラバース機構５６に対して移動指令を送信可能であってもよい。演算部５７は、これらの演算処理や信号送信が可能な機器であればよく、例えば、マイクロコンピュータユニットを含んで構成されてよい。
【００４６】
衝突面２４における、液滴速度、液滴粒径、噴霧断面積の測定にあたり、まず、噴射弁１１と二本のレーザービームの交差領域（測定体積）５８との間隔を、測定装置１０における噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌと等しくする。例えば、噴射弁１１を固定するとともに、トラバース機構５６をＺ軸方向に移動させて、噴射弁１１と交差領域５８との離間距離をＬとする。
【００４７】
さらに、上述したような、静止場、室温、大気圧（計量手段の最小計測値が５秒以上変動しない状態、２０℃以上３０℃以下、９８０ｈＰａ以上１０４０ｈＰａ以下）の雰囲気下で燃料を噴射する。交差領域５８では、当該領域を通過する液滴によって、各々の光線が散乱し、その散乱光によって干渉縞が形成される。干渉縞は検出器５４によって検出される。交差領域５８における液滴は動いているので、干渉縞は粒子速度に比例したドップラー周波数で動く。この干渉縞を離れた２点で観測すると、各々の位置でのドップラーバースト信号は相対的な位相のずれを生じる。この位相ずれは、液滴粒径に比例することが知られている。したがって、演算部５７が、それぞれの検出器のドップラーバースト信号の位相ずれを求めることで、液滴粒径を測定することができる。
【００４８】
また、交差領域５８を通過した液滴から反射されるレーザー光の周波数は、液滴の速度に比例して変調することが知られている。このことから、変調周波数を計測することで、液滴の速度を測定することができる。
【００４９】
上述のように、噴射弁１１と交差領域５８との間隔は噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌと等しいことから、交差領域５８における液滴速度及び液滴粒径を求めることで、衝突板１２における液滴速度Ｖ及び液滴直径ｄｐを得ることが可能となる。なお、演算負荷の軽減のため、また、各液滴の個体差を平均化するため、噴霧断面全体のザウター平均粒径及び平均流速を求め、これを液滴粒径ｄｐ及び液滴速度Ｖとすることが好適である。
【００５０】
衝突板１２における噴霧断面積Ａは、交差領域５８をＸＹ平面上で移動させた際の、噴霧断面の粒子数分布から、既知の図形処理プログラム等によって噴霧断面の輪郭を抽出することで得ることができる。
【００５１】
なお、液滴粒径は、位相ドップラー測定装置の他にも、レーザー光散乱方式の粒度分布測定装置（Laser Diffraction Sizing Analyzer,ＬＤＳＡ）を用いても計測することが可能である。また、液滴速度は、噴霧の連続写真撮影や粒子像流速計（Particle Image Velocimetry，ＰＩＶ）によっても計測することが可能である。また、噴霧断面積Ａは、レーザーシート光による噴霧断面の散乱光を写真撮影することによっても計測することが可能である。
【００５２】
また、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔは、燃料噴射ノズルの流量係数、噴射圧、及び燃料密度を用いて算出することが可能である。また、所定の噴射期間における噴射燃料をすべて容器で受け止めて、その重量を計測することで求めることもできる。
【００５３】
さらに、衝突板１２への燃料付着率は、上記液滴測定装置５０と同一の、噴射弁１１の噴射条件、噴射弁１１と衝突板１２との離間距離Ｌ、雰囲気条件にて燃料噴射を行うことによって得ることができる。
【００５４】
所定の噴射条件にて燃料を噴射した際の、液滴測定装置５０にて測定された液滴速度Ｖ、液滴粒径ｄｐ、噴霧断面積Ａ、及び、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔの実測値と、同一条件にて燃料を噴射した場合の、衝突板１２への燃料付着率の実測値から、これらの相関を示す理論式を導くことができる。発明者らは、種々の解析の結果、液滴速度Ｖ、液滴粒径ｄｐ、噴霧断面積Ａ、及び、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔを変数とする、下記数式（４）を見出した。
【００５５】
【数４】
2013151867.tif 000006
【００５６】
図６には、数式（４）で得られる値を横軸、衝突板１２における燃料付着率を縦軸にしたグラフが示されている。×または＋の記号は、所定の噴射条件にて取得した、液滴速度Ｖ、液滴粒径ｄｐ、噴霧断面積Ａ、及び、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔの実測値を数式（４）に代入して得られる値に対する、上記所定の条件と同一の噴射条件にて取得した、衝突板１２における燃料付着率をプロットしたものである。また、実線は、これらのプロットから得られる近似曲線であり、破線は、近似曲線の誤差１０％の範囲を示す曲線である。
【００５７】
上述したように、衝突板１２への燃料付着率が１５％以下であるときに、シリンダ内壁面２８への燃料付着率が０％となる。このことから、近似曲線の誤差を考慮して、数式（４）の値が、マイナス側の誤差を表す曲線６０の、縦軸の値が１５％のときの横軸の値である０．００００９５以下であれば、シリンダ内壁面２８への燃料付着率が０％となり得る。つまり、下記数式（５）の条件が満たされるような、液滴速度Ｖ、液滴粒径ｄｐ、噴霧断面積Ａ、及び、噴射弁１１の噴射率Ｑｄｏｔとなる噴射条件であればよい。
【００５８】
【数５】
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【００５９】
液滴測定装置５０を用いて、数式（５）を満たす噴射条件を求めるとともに、当該噴射条件を、内燃機関２６の噴射弁１１に適用することによって、シリンダ内壁面２８への燃料付着率を０％にすることが可能となる。
【００６０】
また、数式（５）の右辺の値を０．００００９５にする代わりに、より厳しい値を設けてもよい。例えば、プラス側の誤差を表す曲線６１の、縦軸の値が１５％のときの横軸の値である０．００００２７を、数式（５）の右辺の値に設定してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０  測定装置、１１  噴射弁、１２  衝突板、１４  演算部、１６  燃料タンク、２０  燃料ポンプ、２２  プレッシャレギュレータ、２４  衝突面、２６  内燃機関、２８  シリンダ内壁面、３０  気圧センサ、３２  温度センサ、３４  計量手段、５０  液滴測定装置、５２  レーザー光源、５４  検出器、５６  トラバース機構、５７  液滴測定装置の演算部、５８  交差領域。
【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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