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気体燃料インジェクタの瞬間流量計測方法 新技術説明会

国内特許コード P08P006671
整理番号 IP19-041
掲載日 2009年1月23日
出願番号 特願2007-179982
公開番号 特開2009-014676
登録番号 特許第5103600号
出願日 平成19年7月9日(2007.7.9)
公開日 平成21年1月22日(2009.1.22)
登録日 平成24年10月12日(2012.10.12)
発明者
  • 荒木 幹也
  • 藤原 康裕
  • 志賀 聖一
  • 石間 経章
  • 小保方 富夫
出願人
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 気体燃料インジェクタの瞬間流量計測方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】気体燃料インジェクタから噴射される気体燃料の瞬間流量の計測誤差を減らし、実用化レベルまで向上させる。
【解決手段】気体燃料インジェクタ3は、ガスボンベ1から供給される気体燃料を計測管5内に供給し、圧力計測器4により、計測管5に設けた小孔を通して管内の圧力変化を計測する。この計測において、従来10%の誤差があったものを、(i)管内静圧から噴射率を算出する関係式の改善を行ったこと、並びに(ii)管摩擦補正を行うことにより、2~3%まで大幅に向上させることができた。
【選択図】図9

従来技術、競合技術の概要


近年、自動車用燃料として、ガソリン、軽油等の液体燃料のほか、水素、圧縮天然ガス(CNG:Compressed Natural Gas)に代表される気体燃料が注目されている。特に、CNGは、(i)単位発熱量当たりのCO排出量が少ないこと、(ii)硫黄分をほとんど含まないため硫黄酸化物(SOX)の排出がないといった利点から、これを自動車用燃料として用いる動きが進んでいる。水素、CNG等の気体燃料を自動車エンジンに用いる場合は、従来のガソリン・軽油と同様に、吸気ポートあるいはシリンダー内へ、燃料インジェクタ(燃料噴射弁ともいう)から水素、CNGを噴射させなければならない。
この水素、CNG等の適用範囲は極めて広く、吸気管噴射火花点火機関、筒内直接噴射火花点火機関、筒内直接噴射圧縮点火機関など、多岐に渡って検討が進められている。



燃料インジェクタの噴射率(単位時間当たりの燃料噴射量:m/secあるいはg/sec)は、機関性能に大きな影響を及ぼすので、この噴射率の正確な測定は燃料インジェクタならびにエンジンの設計においてきわめて重要な要素となる。ガソリンや軽油等の従来の液体燃料に関しては、多くの燃料噴射率計測法が存在している。中でも、噴射した燃料を一定断面積の管内に導き、一次元の流れと仮定して噴射率の計測を行う「ボッシュ式噴射率計」は広く利用されている(例えば、非特許文献1を参照。)。



このボッシュ式噴射率計は、噴射された燃料を,一定断面積のパイプ内に噴射し,パイプ内の圧力上昇から燃料の流量を求める方法である。これは、燃料ノズルから計測管の中に燃料を噴射した場合、噴射率(m/sec)が管の断面積(m)に流速(m/sec)を乗じたものであるという原理を利用している。すなわち、噴射ノズルから噴射された燃料が細い管を流れる場合、それによるパイプ内の圧力上昇が生じ、この圧力上昇を測定して燃料の瞬間的な流量を求める方式である。



しかしながら、ボッシュ式噴射率計は、液体燃料の測定には用いることができるものの、水素、圧縮天然ガス(CNG)等のような気体燃料に用いることはできなかった。すなわち、このボッシュ式噴射率計を気体燃料インジェクタに適用した場合、気体特有の圧縮性、つまり圧力変化とともに密度が変化する性質、及びレイノルズ数の増大による管摩擦の増大等のため、流量の測定が不可能となるという問題があった。



このため、発明者らは、ボッシュ式燃料噴射率計と同様な手法で、噴射した気体燃料の一次元の流れを作り、その静圧変動から気体燃料インジェクタからの噴射率を求める手法を提案している(特許文献1を参照)。



特許文献1に記載の気体燃料噴射率計は、電磁弁が開閉制御される気体燃料インジェクタに、計測管を接続し、さらにこの計測管に反射波を除去するための延長管を設ける構成になっている。そして、計測管に設けた小孔に密接配置された圧力計測計により計測管内の圧力を測定し、この圧力を所定の変換式で気体燃料の流量に変換して、気体燃料の噴射率を求めるものである。




【非特許文献1】林 洋「ボッシュ式噴射率計」(内燃機関7巻12号58~64頁)

【特許文献1】国際公開パンフレット WO2006/104176

産業上の利用分野


本発明は、気体燃料インジェクタから噴出する気体燃料の各時刻における噴射率(「質量流量」ともいう。)を精度よく計測する気体燃料インジェクタの瞬間流量計測方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
気体燃料インジェクタから、気体燃料を計測管内に噴射する工程と、
計測管内に設けた小孔を通して、圧力計測器によって計測管内の静圧を計測する工程と、
前記圧力計測器で計測された静圧から、気体燃料の密度及び速度並びに音速を計算する工程と、
前記圧力計測器で計測した静圧を、管摩擦による圧力勾配で補正する工程と、
前記管摩擦による圧力勾配で補正された静圧を所定の演算式に代入することにより、気体燃料の流量質量(噴射率)を演算する工程と、
を含む気体燃料インジェクタからの気体燃料噴射率の計測方法。

【請求項2】
前記所定の演算式は次式によることを特徴とする請求項1に記載の気体燃料インジェクタからの気体燃料噴射率の計測方法。

(ただし、Aは計測管の断面積(m)、ρ(t)は気体燃料の密度(kg/m)、u(t)は気体燃料の流速(m/sec)、γは比熱比(無次元の断熱係数)、P(t)は計測管内の圧力(Pa)、P=P(0)、ρ=ρ(0)である。)
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007179982thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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