JP5956912B2 - 噴射計測装置及び体積弾性係数計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料の噴射量や噴射率を計測する噴射計測装置や、燃料の体積弾性係数を計測する体積弾性係数計測装置において、計測精度を向上する技術に関するものである。

噴射計測装置に関する技術としては、燃料を充填した密閉容器内に燃料を噴射すると共に、当該噴射による密閉容器内の圧力変化を計測し、計測した圧力変化と燃料の体積弾性係数とに基づいて、燃料の噴射量や噴射率を計測する技術が知られている（特許文献１）。

また、燃料の体積弾性係数の計測に関わる技術としては、上述した噴射計測装置において密閉容器内の燃料の温度を測定すると共に測定した温度に応じた燃料の体積弾性係数を補正する技術や（特許文献１）、密閉容器に既知の体積変化を与えると共に当該体積変化に伴う圧力変化から燃料の体積弾性係数を算出する技術も知られている（特許文献２）。

特開２００１-１２３９１７号公報 特開昭６４-６３６４９号公報

以上のような噴射計測装置によれば、密閉容器に充填された燃料と密閉容器内に噴射される燃料に温度差があるため、密閉容器内の燃料に温度の不均一が生じ易い。
そして、このために、上述のように単純に密閉容器内の燃料の温度を測定すると共に測定した温度に応じた燃料の体積弾性係数を補正するのみでは、必ずしも正しく燃料の体積弾性係数を補正することができず、結果、精度の良い計測が行えない。
また、上述の密閉容器に既知の体積変化を与えると共に当該体積変化に伴う圧力変化から燃料の体積弾性係数を算出する技術によれば、同様に、密閉容器内の燃料の温度の不均一さが存在すると、各温度における体積弾性係数を精度良く算出することができない。
そこで、本発明は、密閉容器内の燃料の温度の不均一さに起因する、燃料の噴射量や噴射率の計測誤差や、体積弾性係数の算出誤差の発生を抑制することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、燃料を充填した密閉容器内の温度を測定し、測定した温度に応じて燃料の体積弾性係数を算出すると共に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、測定した圧力変化と前記体積弾性係数より、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する噴射計測装置に、前記燃料が充填される前記密閉容器の内部空間内に配置された攪拌部材と、当該攪拌部材を運動させ、前記内部空間に充填された燃料を攪拌する駆動部とを設けたものである。

ここで、このような噴射計測装置は、より具体的には、前記攪拌部材を回転翼とし、前記駆動部を、前記回転翼を回転駆動する、前記内部空間の外側に配置された、前記回転翼とマグネットカップリングを介して連結したモータとしてもよい。
このような噴射計測装置によれば、密閉容器に充填された燃料を攪拌して、当該燃料の温度を空間的に均一化し、燃料の噴射量や噴射率の計測誤差の発生を抑制することができるようになる。
また、前記課題達成のために、本発明は、燃料を充填した密閉容器内の温度を測定し、測定した温度に応じて燃料の体積弾性係数を算出すると共に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、測定した圧力変化と前記体積弾性係数より、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する噴射計測装置であって、前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間の上部から前記燃料は当該内部空間に向かって噴射され、前記内部空間の下部には、当該密閉容器から前記燃料を排出するための排出路が連結されているものを提供する。ただし、当該噴射計測装置は、前記排出路に連結された排出弁と、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定する度に、前記排出弁を開いて燃料を、前記密閉容器内の燃料の圧力が所定の圧力となるように排出する背圧制御手段を備えているものである。
このような噴射計測装置によれば、排出弁を開いて密閉容器から燃料を排出する度に、密閉容器内の燃料を全体的に攪拌する流れが生じ、密閉容器内の燃料の温度を空間的に均一化することができ、燃料の噴射量や噴射率の計測誤差の発生を抑制することができるようになる。

また、前記課題達成のために、本発明は、燃料を充填した密閉容器内の温度を測定し、測定した温度に応じて燃料の体積弾性係数を算出すると共に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、測定した圧力変化と前記体積弾性係数より、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する噴射計測装置において、前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間の形状を球形状とし、前記密閉容器に、前記燃料の前記内部空間への通路となる導入路を、前記燃料が、前記内部空間の球形状の壁面に沿って当該内部空間内に噴射されるように設けたものである。
このような噴射計測装置によれば、噴射された燃料が密閉容器の内部空間の球形状の壁面に沿って内部空間内を巡ることによって、内部空間内の燃料が攪拌され、密閉容器内の燃料の温度が空間的に均一化されるようになり、燃料の噴射量や噴射率の計測誤差の発生を抑制することができるようになる。

また、前記課題達成のために、本発明は、燃料を充填した密閉容器内の温度を測定し、測定した温度に応じて燃料の体積弾性係数を算出すると共に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、測定した圧力変化と前記体積弾性係数より、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する噴射計測装置において、前記密閉容器に、前記燃料が充填される当該密閉容器の内部空間の周囲を通過する温調用流路を形成すると共に、当該噴射計測装置に、温調した液体を前記温調用流路に通す温調用ポンプを設けたものである。
このような噴射計測装置によれば、密閉容器内に噴射される燃料の温度と、密閉容器内の燃料の温度との温度差が大きく、密閉容器内の燃料の温度に強度の温度ムラが発生してしまうことを防止して、密閉容器内の燃料に発生する温度の不均一の程度を抑制することができ、結果、燃料の噴射量や噴射率の計測誤差の発生を抑制することができるようになる。

ここで、本発明は、前記課題達成のために、密閉容器内に充填された燃料の体積弾性係数を計測する体積弾性係数計測装置に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、前記密閉容器内の燃料の圧力が所定の圧力となるように前記密閉容器から燃料を排出して当該排出した燃料量を計測し、計測した燃料量と測定した圧力変化とに基づいて当該密閉容器内の燃料の体積弾性係数を算定する体積弾性係数算定手段と、前記燃料が充填される前記密閉容器の内部空間内に配置された攪拌部材と、当該攪拌部材を運動させ、前記内部空間に充填された燃料を攪拌する駆動部とを設けたものである。

ここで、このような体積弾性係数計測装置は、より具体的には、前記攪拌部材を回転翼とし、前記駆動部を、前記回転翼を回転駆動する、前記内部空間の外側に配置された、前記回転翼とマグネットカップリングを介して連結したモータとしてもよい。
このような体積弾性係数計測装置によれば、密閉容器に充填された燃料を攪拌して、当該燃料の温度を空間的に均一化し、燃料の体積弾性係数の算出誤差の発生を抑制することができるようになる。

また、前記課題達成のために、本発明は、密閉容器内に充填された燃料の体積弾性係数を計測する体積弾性係数計測装置に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、前記密閉容器内の燃料の圧力が所定の圧力となるように前記密閉容器から燃料を排出して当該排出した燃料量を計測し、計測した燃料量と測定した圧力変化とに基づいて当該密閉容器内の燃料の体積弾性係数を算定する体積弾性係数算定手段を設けると共に、前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間の上部から前記燃料を当該内部空間に向かって噴射し、前記内部空間の下部に、当該密閉容器からの前記燃料の前記排出を行うための排出路を連結したものである。
このような体積弾性係数計測装置によれば、排出弁を開いて密閉容器から燃料を排出する度に、密閉容器内の燃料を全体的に攪拌する流れが生じ、密閉容器内の燃料の温度を空間的に均一化することができ、燃料の体積弾性係数の算出誤差の発生を抑制することができるようになる。

また、前記課題達成のために、本発明は、密閉容器内に充填された燃料の体積弾性係数を計測する体積弾性係数計測装置に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、前記密閉容器内の燃料の圧力が所定の圧力となるように前記密閉容器から燃料を排出して当該排出した燃料量を計測し、計測した燃料量と測定した圧力変化とに基づいて当該密閉容器内の燃料の体積弾性係数を算定する体積弾性係数算定手段を備えると共に、前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間の形状を球形状とし、前記密閉容器に、前記燃料の前記内部空間への通路となる導入路を、前記燃料が、前記内部空間の球形状の壁面に沿って当該内部空間内に噴射されるように設けたものである。
このような体積弾性係数計測装置によれば、噴射された燃料が密閉容器の内部空間の球形状の壁面に沿って内部空間内を巡ることによって、内部空間内の燃料が攪拌され、密閉容器内の燃料の温度が空間的に均一化されるようになり、燃料の体積弾性係数の算出誤差の発生を抑制することができるようになる。

また、前記課題達成のために、本発明は、密閉容器内に充填された燃料の体積弾性係数を計測する体積弾性係数計測装置において、前記密閉容器に、前記燃料が充填される当該密閉容器の内部空間の周囲を通過する温調用流路を形成すると共に、当該噴射計測装置に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、前記密閉容器内の燃料の圧力が所定の圧力となるように前記密閉容器から燃料を排出して当該排出した燃料量を計測し、計測した燃料量と測定した圧力変化とに基づいて当該密閉容器内の燃料の体積弾性係数を算定する体積弾性係数算定手段と、温調した液体を前記温調用流路に通す温調用ポンプとを設けたものである。
このような体積弾性係数計測装置によれば、密閉容器内に噴射される燃料の温度と、密閉容器内の燃料の温度との温度差が大きく、密閉容器内の燃料の温度に強度の温度ムラが発生してしまうことを防止して、密閉容器内の燃料に発生する温度の不均一の程度を抑制することができ、結果、燃料の体積弾性係数の算出誤差の発生を抑制することができるようになる。

以上のように、本発明によれば、閉容器内の燃料の温度の不均一さに起因する、燃料の噴射量や噴射率の計測誤差や、体積弾性係数の算出誤差の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る噴射計測装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る密閉容器の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る密閉容器の他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る密閉容器の他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る密閉容器の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに本実施形態に係る噴射計測装置の構成を示す。
図示するように、噴射計測装置は、燃料で満たされた密閉容器１、密閉容器１内に燃料を噴射するインジェクションノズル２、インジェクションノズル２に噴射する燃料を供給するインジェクションポンプ３、密閉容器１内の燃料の温度を検出する１つまたは複数の温度センサ４、密閉容器１内の燃料の圧力を検出する１つまたは複数の圧力センサ５、密閉容器１から外部への燃料排出路を開閉する排出バルブ６、排出バルブ６に連結され排出バルブ６が開状態にある期間中、密閉容器１内の燃料の圧力が規定背圧Ｐとなるまで密閉容器１内の燃料を排出するリリーフバルブ７、リリーフバルブ７によって密閉容器１から外部に排出された燃料量を計測する流量計８、測定制御装置９とを備えている。なお、複数の圧力センサ５を使用する場合は、測定レンジの異なる圧力センサを使用することが好ましい。

また、測定制御装置９は、測定シーケンスの制御を行うシーケンス制御部９１と、測定シーケンスに従って燃料の噴射量や噴射率の測定をおこなう測定部９２とを備えている。
ここで、このような噴射計測装置の、燃料の噴射量と噴射率の測定原理について、図１ｂを用いて示す。
噴射計測装置の測定原理は、Ｚｅｕｃｈの方法と呼ばれるものであり、燃料を満たした密閉容器１中に燃料を噴射したときに、その噴射量に比例して容器内圧力が上昇することを利用して噴射量や噴射率を求めるものである。
すなわち、今、図１ｂのように、容積Ｖ0 の容器内に燃料を容積Ｖだけ噴射したときの密閉容器１内の液体の圧力上昇Ｐｚは、ｋを液体の体積弾性係数とすると式（i）で表される。
Ｐz ＝（ｋＶ）／Ｖ0 …（i）
よって、噴射量Ｖは、式（ii）で表わされる。
Ｖ＝（Ｐz×Ｖ0 ）／ｋ …（ii）
また、時間をｔとすると、式（ii）を時間微分することにより、燃料噴射率ｄＶ／ｄｔが式（iii）で求められる。
ｄＶ／ｄｔ＝（Ｖ0 ／ｋ）ｄＰz ／ｄｔ …（iii）
よって、以上の式（ii）、（iii）から、燃料の噴射量と噴射率の両方が求められることになる。
以下、このような噴射計測装置の計測動作について説明する。
いま、予め、体積弾性係数ｋの関数として、燃料の温度Ｔと圧力ｐの所定の関数ｈ（Ｔ，ｐ）が既知であるものとする。また、実際の計測においては、校正係数をｍとして、ｋ＝ｍ×ｈ（Ｔ，ｐ）によって校正して体積弾性係数ｋを用いるものとする。
そして、測定制御装置９のシーケンス制御部９１は計測時に各部の以下の動作を制御する。
１（初期化処理）：測定部９２は、校正係数ｍ＝１を設定する。
２（測定処理）：
（１）、測定部９２は温度センサ４が検出している密閉容器１内の燃料の温度Ｔと圧力センサ５が検出している密閉容器１内の燃料の圧力ｐを取得し、ｍ×ｈ（Ｔ，ｐ）によって、現在の体積弾性係数ｋを設定する。
（２）、インジェクションポンプ３を駆動し、インジェクションノズル２から密閉容器１内に燃料を燃料を噴射しながら、測定部９２で圧力センサ５が検出している密閉容器１内の燃料の圧力変化を取得する。

（３）、測定部９２は燃料噴射中に取得した圧力変化から、上記式（ii）、（iii）に従って、燃料の噴射量Ｖと、噴射率ｄＶ／ｄｔを算出する。
（４）、排出バルブ６を所定期間開き、密閉容器１内の圧力を規定背圧Ｐに復帰すると共に、測定部９２は密閉容器１内の燃料の温度Ｔと、流量計８により計測された密閉容器１から外部に排出された燃料量ＥＶと流量計８内を流れる燃料の温度Ｔｆを取得する。
（５）、（２）から（４）をｎ（ｎは１以上の整数）回繰り返す。
３（校正処理）：２（測定処理）においてｎ回の（３）で算出した噴射量Ｖの総量ＴＶと、２（測定処理）においてｎ回の（４）で算出された燃料量ＥＶの燃料温度Ｔに換算した総量ＴＥＶの誤差が解消されるように体積弾性係数ｋの校正係数ｍを設定する。すなわち、例えば、ｍ＝ＴＶ／ＴＥＶによって、体積弾性係数ｋの校正係数ｍを設定する。

４：２（測定処理）（２）から３（校正処理）をｊ（ｊは２以上の整数）回、繰り返す。
以上、噴射計測装置の計測動作について説明した。
次に、図２に本実施形態に係る密閉容器１の詳細について説明する
図２は、密閉容器１の断面を模式的に表した図であり、密閉容器１は、円筒の両底面を外向きの円錐形状に置き換えた形状を有する内部空間１１の上部に、排出バルブ６に連結する排出流路１２と、インジェクションノズル２から噴射された燃料が内部空間１１に向かって通過する導入路１３とを連結したものであり、内部空間１１、排出流路１２、導入路１３には、燃料が満たされている。

また先端の測定子部分が、密閉容器１の内部空間１１に突出するように上述した温度センサ４や圧力センサ５が密閉容器１に対して固定されている。
また、密閉容器１の内部空間１１内には、密閉容器１に回動可能に軸受けされた回転軸１５と、回転軸１５に固定された回転翼１６が設けられている。また、回転軸１５の下端にはディスク状の磁石１７が固定されており、当該回転軸１５の下端の磁石１７は、密閉容器１の外部に設けられた磁石１８とマグネットカップリングを形成している。そして、密閉容器１の外部に設けられたモータ１９により密閉容器１の外部の磁石１８が回転することにより、当該回転に伴って、回転軸１５の下端の磁石１７が、回転軸１５および回転翼１６を伴って回転するように構成されている。

ここで、このような密閉容器１を用いる場合、測定制御装置９のシーケンス制御部９１などにおいて、常時、もしくは、上述した２（測定処理）の（２）の燃料の噴射と圧力の取得を行っていない期間中、モータ１９を駆動して、回転翼１６を回転し、密閉容器１内の燃料を攪拌する。

このようにすることにより、本実施形態によれば、密閉容器１内の燃料の温度を空間的に均一化することができるようになる。
次に、図３に、本実施形態に係る密閉容器１の他の例を示す。
図３ａ、ｂは、本例における密閉容器１の断面を模式的に表した図であり、この例では、密閉容器１は、円筒の両底面を外向きの円錐形状に置き換えた形状を有する内部空間１１の上部にインジェクションノズル２から噴射された燃料が内部空間１１に向かって通過する導入路１３を設け、内部空間１１の下部に排出バルブ６に連結する排出流路１２を設けたものとなっている。

ここで、図３ａは、排出流路１２の連結位置を密閉空間の底の中央としたものであり、図３ｂは、排出流路１２の密閉空間の底の端のインジェクションノズル２と斜め対向する位置としたものである。
このような密閉容器１によれば、上述のように排出バルブ６を開いて密閉容器１から排出流路１２を通して燃料を排出する度に、密閉容器１内の燃料を全体的に攪拌する流れが生じ、密閉容器１内の燃料の温度を空間的に均一化することができるようになる。つまり、インジェクションノズル２から噴射された高温の燃料が、密閉容器１の上部に滞留し続ける一方で、密閉容器１の下部が低温のままとなって、密閉容器１内の燃料の温度に上下に大きな不均一が生じてしまうことを抑制することができる。

次に、図４に、本実施形態に係る密閉容器１の他の例を示す。
図４は、本例における密閉容器１の断面を模式的に表した図であり、この例では、密閉容器１は、球形状の内部空間１１を有する。
また、内部空間１１の上部に、インジェクションノズル２からの燃料が内部空間１１の球形状の壁面に沿って当該内部空間１１に噴出されるように、内部空間１１の球形状の壁面に滑らかにつながる形状を有する導入路１３を設けたものである。
また、図示した例では、内部空間１１の上部に排出バルブ６に連結する排出流路１２を設けている。ただし、排出流路１２の配置は、図示した配置以外の配置であってもよい。
このような密閉容器１によれば、インジェクションノズル２から噴射された燃料が密閉容器１の内部空間１１の球形状の壁面に沿って内部空間１１内を巡ることによって、内部空間１１内の燃料が攪拌され、密閉容器１内の燃料の温度が空間的に均一化されるようになる。

次に、図５に、本実施形態に係る密閉容器１のさらに他の例を示す。
図５ａは、本例における密閉容器１の断面を模式的に表した図であり、図５ｂは、本例における密閉容器１の保温構造を示した図である。
図示するように、この例では、密閉容器１の内部空間１１の隔壁内の内部空間１１の近くの位置を通るように張り巡らした温調用流路５１を設け、温調用流路５１に液体（油など）を、温調機能つきポンプ５２で、所定温度に温度調整した上で循環させることにより密閉容器１内の燃料を加温し、密閉容器１内の燃料の温度を、インジェクションノズル２から噴射される燃料の温度により近い温度に維持する。なお、図示した温調用流路５１の形態は一例であり、温調用流路５１は図示した以外の任意の形態で張り巡らすようにしてかまわない。

このようにすることにより、インジェクションノズル２から噴射される燃料の温度と、密閉容器１内の燃料の温度との温度差が大きいために、密閉容器１内の燃料の温度に強度の温度ムラが発生してしまうことを防止して、密閉容器１内の燃料温度の不均一の程度を抑制することができるようになる。

以上のように本実施形態によれば、密閉容器１内の燃料の温度の空間的な不均一の程度を軽減することができる。よって、密閉容器１内の燃料の体積弾性係数ｋをより均一化でき、温度センサ４による密閉容器１内の燃料温度の検出位置に関わらずに、当該検出した温度に基づいた体積弾性係数ｋを用い、精度良く燃料の噴射量や噴射率を算出することができる。

ところで、以上の実施形態は、燃料の噴射量や噴射率を計測する噴射計測装置について説明してきたが、以上で示した噴射計測装置は、体積弾性係数ｋを計測する体積弾性係数計測装置としても用いることができる。
この場合には、上述した３（校正処理）で校正係数ｍを用いたｍ×ｈ（Ｔ、ｐ）を体積弾性係数ｋとして計測するようにしてもよいし、上述した式（ii）
Ｖ＝（Ｐz×Ｖ0 ）／ｋ …（ii）
を用いて、以下のように体積弾性係数ｋを計測するようにしてもよい。

すなわち、まず、測定部９２において、温度センサ４が検出している密閉容器１内の燃料の温度Ｔと圧力センサ５が検出している密閉容器１内の燃料の圧力ｐを取得する。そして、インジェクションポンプ３を駆動し、インジェクションノズル２から密閉容器１内に燃料を噴射しながら、測定部９２に圧力センサ５が検出している密閉容器１内の燃料の圧力の変化より圧力上昇Ｐzを取得する。次に、排出バルブ６を所定期間開き、密閉容器１内の圧力を規定背圧Ｐに復帰すると共に、測定部９２に流量計８から密閉容器１の外部に排出された燃料量ＥＶを取得し、ｋ=Ｐz×Ｖ0/ＥＶを、先に取得した温度Ｔ、圧力ｐにおける体積弾性係数ｋとして計測する。

１…密閉容器、２…インジェクションノズル、３…インジェクションポンプ、４…温度センサ、５…圧力センサ、６…排出バルブ、７…リリーフバルブ、８…流量計、９…測定制御装置、１１…内部空間、１２…排出流路、１３…導入路、１５…回転軸、１６…回転翼、５１…温調用流路、５２…ポンプ、９１…シーケンス制御部、９２…測定部。

Claims (2)

1. 燃料を充填した密閉容器内の温度を測定し、測定した温度に応じて燃料の体積弾性係数を算出すると共に、前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、測定した圧力変化と前記体積弾性係数より、燃料の噴射量と噴射率との少なくとも一方を計測する噴射計測装置であって、
   前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間は球形状を有し、
   前記密閉容器は、前記燃料の前記内部空間への通路となる導入路を有し、
   当該導入路は、前記燃料が、前記内部空間の球形状の壁面に沿って当該内部空間内に噴射されるように設けられていることを特徴とする噴射計測装置。
2. 密閉容器内に充填された燃料の体積弾性係数を計測する体積弾性係数計測装置であって、
   前記密閉容器内へ燃料を噴射して当該噴射による密閉容器内の燃料の圧力変化を測定し、前記密閉容器内の燃料の圧力が所定の圧力となるように前記密閉容器から燃料を排出して当該排出した燃料量を計測し、計測した燃料量と測定した圧力変化とに基づいて当該密閉容器内の燃料の体積弾性係数を算定する体積弾性係数算定手段を有し、
   前記密閉容器の前記燃料が充填される内部空間は球形状を有し、
   前記密閉容器は、前記燃料の前記内部空間への通路となる導入路を有し、
   当該導入路は、前記燃料が、前記内部空間の球形状の壁面に沿って当該内部空間内に噴射されるように設けられていること特徴とする体積弾性係数計測装置。