特許第6688177号(P6688177)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6688177
(24)【登録日】2020年4月7日
(45)【発行日】2020年4月28日
(54)【発明の名称】インジェクタ評価装置
(51)【国際特許分類】
   G01M 15/04 20060101AFI20200421BHJP
   G01M 13/00 20190101ALI20200421BHJP
   G01N 21/85 20060101ALI20200421BHJP
【FI】
   G01M15/04
   G01M13/00
   G01N21/85 B
【請求項の数】2
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2016-129667(P2016-129667)
(22)【出願日】2016年6月30日
(65)【公開番号】特開2018-4368(P2018-4368A)
(43)【公開日】2018年1月11日
【審査請求日】2019年3月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社SUBARU
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中山 智裕
【審査官】 川瀬 正巳
(56)【参考文献】
【文献】 特開2004−340619(JP,A)
【文献】 特開2011−257197(JP,A)
【文献】 特開2011−203060(JP,A)
【文献】 特開2005−140014(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01M 15/04
G01M 13/00
G01N 21/85
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザシート光を照射するシート照射部と、
前記インジェクタからの燃料噴射後、第1の撮像タイミング、および、該第1の撮像タイミングより後の第2の撮像タイミングで、前記レーザシート光を撮像する撮像部と、
前記第1の撮像タイミングで撮像された第1画像において、前記インジェクタから噴射された燃料が検出されず、前記第2の撮像タイミングで撮像された第2画像において、該インジェクタから噴射された燃料が検出されると、該インジェクタのペネトレーションが適正範囲内であると判断する制御部と、
を備えることを特徴とするインジェクタ評価装置。
【請求項2】
前記インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザビーム光を照射するビーム照射部と、
前記レーザビーム光を受光する受光部と、
を備え、
前記制御部は、前記撮像部の撮像結果に加えて、前記受光部が受光する前記レーザビーム光の強度の減衰タイミングによって、前記インジェクタのペネトレーションを評価することを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンのインジェクタを評価するインジェクタ評価装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、エンジンのインジェクタの性能が適正範囲であるかを評価する方法が開発されている。例えば、特許文献1には、インジェクタの複数の噴口から噴射された燃料の噴霧がレーザシート光を通過する過程を連続的に撮像し、噴霧がレーザシート光によって可視化された画像を解析し、燃料の噴射方向を特定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011−203060号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
インジェクタの性能を評価する基準としては、上記の噴射方向の他に、噴射された燃料の噴霧の到達距離の指標となるペネトレーションがある。ペネトレーションが適正範囲を超えると、例えば、直噴エンジンでは、筒内への燃料付着により排気ガスの成分の悪化や燃費低下を招くおそれがある。そのため、インジェクタのペネトレーションの精度を評価する技術の開発が希求される。
【0005】
本発明は、上記の課題に鑑み、インジェクタのペネトレーションの精度を評価することが可能なインジェクタ評価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】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のインジェクタ評価装置は、インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザシート光を照射するシート照射部と、インジェクタからの燃料噴射後、第1の撮像タイミング、および、第1の撮像タイミングより後の第2の撮像タイミングで、レーザシート光を撮像する撮像部と、第1の撮像タイミングで撮像された第1画像において、インジェクタから噴射された燃料が検出されず、第2の撮像タイミングで撮像された第2画像において、インジェクタから噴射された燃料が検出されると、インジェクタのペネトレーションが適正範囲内であると判断する制御部と、を備えることを特徴とする。
【0008】
インジェクタの燃料の噴射方向に交差するレーザビーム光を照射するビーム照射部と、レーザビーム光を受光する受光部と、を備え、制御部は、撮像部の撮像結果に加えて、受光部が受光するレーザビーム光の強度の減衰タイミングによって、インジェクタのペネトレーションを評価してもよい。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、インジェクタのペネトレーションの精度を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】インジェクタ評価装置の構成を示す図である。
図2】第1仮判定を説明するための図である。
図3】第2仮判定を説明するための図である。
図4】第1仮判定の流れを示すフローチャートである。
図5】第2仮判定の流れを示すフローチャートである。
図6】本判定処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0012】
図1は、インジェクタ評価装置100の構成を示す図である。図1に示すように、インジェクタ評価装置100は、例えば車両に搭載されるエンジンのインジェクタWの性能を評価するための装置である。具体的に、インジェクタ評価装置100は、制御装置110(制御部)と、インジェクタドライバ120と、シート照射部130と、ビーム照射部140と、受光部150と、撮像部160とを含んで構成される。
【0013】
制御装置110は、コンピュータ(マイコン、パソコン)などで構成され、インジェクタドライバ120、シート照射部130、ビーム照射部140、受光部150、撮像部160を制御する。
【0014】
インジェクタドライバ120は、インジェクタWへ電圧を印可する回路で構成され、インジェクタWへ電圧を印可することでインジェクタWを駆動させる。インジェクタWには、昇圧された燃料が供給されており、インジェクタドライバ120によってインジェクタWが駆動すると、インジェクタWに形成された複数(例えば、6つ)の噴口から燃料が噴射(噴霧)される。
【0015】
シート照射部130は、レーザシート光をパルス状に(ごく短時間)照射する。レーザシート光は、面状(ここでは扇状)のレーザ光である。シート照射部130は、インジェクタWの燃料の噴射方向に交差する向き(例えば、直交する向き)にレーザシート光を照射する。レーザシート光の面方向は、インジェクタWの燃料の噴射方向に交差する(例えば、直交する)。また、レーザシート光は、インジェクタWの複数の噴口に対向する。そして、インジェクタWの各噴口から噴射された燃料は、レーザシート光を通過する。
【0016】
ビーム照射部140は、インジェクタWの燃料の噴射方向に交差する向きにレーザビーム光を連続して照射する。レーザビーム光は、レーザシート光よりも照射範囲が狭く、大凡直線状のレーザ光である。ここでは、ビーム照射部140は、例えば、レーザシート光と平行にレーザビーム光を照射する。
【0017】
受光部150は、ビーム照射部140と対向配置され、ビーム照射部140が照射したレーザビーム光を受光して、受光強度を示す信号を制御装置110に出力する。
【0018】
撮像部160は、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像素子を含んで構成され、インジェクタWと対向配置される。具体的には、インジェクタWと撮像部160の間に、レーザシート光が照射される位置関係となっている。
【0019】
そして、撮像部160は、少なくとも輝度の情報が含まれる輝度画像(カラー画像やモノクロ画像)を生成し、制御装置110に出力する。撮像部160による撮像タイミングは、インジェクタWからの燃料噴射後である第1の撮像タイミング、および、第1の撮像タイミングより後の第2の撮像タイミングが予め設定される。撮像部160は、制御装置110の制御信号により、第1の撮像タイミング、および、第2の撮像タイミングで、レーザシート光を撮像する。
【0020】
ここで、制御装置110による制御の流れを説明する。まず、制御装置110は、ビーム照射部140にレーザビーム光の照射を開始させ、受光部150の受光強度を示す信号を連続受信する。この状態で、制御装置110は、インジェクタドライバ120に燃料噴射の制御信号を出力する。
【0021】
インジェクタWから燃料が噴射された後、制御装置110は、第1の撮像タイミング、および、第2の撮像タイミングで、シート照射部130にレーザシート光を照射させるとともに、第1の撮像タイミング、および、第2の撮像タイミングで、撮像部160にレーザシート光を撮像させる。すなわち、制御装置110は、シート照射部130および撮像部160を同期させ、レーザシート光の照射と撮像を2回実行させる。
【0022】
第1の撮像タイミングは、ペネトレーションが適正範囲であれば、インジェクタWから噴射された噴霧がレーザシート光まで到達しないタイミングに設定される。また、第2の撮像タイミングは、ペネトレーションが適正範囲であれば、インジェクタWから噴射された噴霧がレーザシート光まで到達するタイミングに設定される。
【0023】
そして、制御装置110は、2回の撮像タイミングで撮像された画像(以下、第1の撮像タイミングで撮像された画像を第1画像、第2の撮像タイミングで撮像された画像を第2画像という)、および、燃料噴射前後の受光部150の受光強度に基づいて、インジェクタWのペネトレーションの精度を評価する。
【0024】
以下、第1画像および第2画像による評価を第1仮判定、燃料噴射前後の受光部150の受光強度による評価を第2仮判定として、順次、説明する。
【0025】
図2は、第1仮判定を説明するための図である。図2(a)には、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれる場合のパターンを示し、図2(b)、(c)には、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれない場合のパターンを示す。
【0026】
上記のように、撮像部160が撮像するレーザシート光は、インジェクタWの複数の噴口から噴射された燃料が通過する。そのため、撮像タイミングによっては、噴口ごとの噴射燃料がレーザシート光を散乱させることで噴霧部分の輝度が高くなり、噴霧が可視化された画像が生成されることとなる。
【0027】
制御装置110は、第1画像170、第2画像172それぞれに対し、輝度が設定閾値以上である画素の輝度を1、輝度が設定閾値未満である画素の輝度を0とする2値化処理を行う。そして、制御装置110は、2値化された画像において、輝度が1となる画素が設定密度以上で分布する画素のグループを抽出する。抽出されたグループは、各噴口から噴射された燃料が可視化されたものである(以下、噴霧グループと称す。また、噴霧グループの集合を噴霧パターンと称す)。
【0028】
例えば、図2(a)では、第1画像170からは噴霧グループが抽出されず、第2画像172から、白抜きの丸で示す6つの噴霧グループが抽出される。図2では、噴霧グループの形状が正円である例を挙げて説明するが、噴霧グループの形状は正円に限らず、レーザシート光を通過する噴霧の態様によって異なる。
【0029】
図2(a)に示すように、第1画像170からは噴霧グループが抽出されず、第2画像172から全ての噴口の数(6つ)に対応する噴霧グループが抽出されると(換言すれば、所定の噴霧パターン(全ての噴口に対応する噴霧グループの集合からなる噴霧パターン)が抽出されると)、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断できる。
【0030】
一方、例えば、図2(b)に示すように、第1画像170で1つでも噴霧グループが検出されると、燃料噴射後、レーザシート光の位置まで噴霧が到達するタイミングが早過ぎる噴口があり、この噴口から噴射された燃料は、速度が速いためペネトレーションが長過ぎると判断できる。
【0031】
また、図2(c)に示すように、第2画像172から、全ての噴口の数(6つ)に満たない(ここでは5つの)噴霧グループしか抽出されないと(換言すれば、所定の噴霧パターンが抽出されないと)、燃料噴射後、レーザシート光の位置まで噴霧が到達するタイミングが遅過ぎる噴口があり、この噴口から噴射された燃料は、速度が遅いためペネトレーションが短か過ぎると判断できる。
【0032】
言い換えれば、ペネトレーションが適正範囲であれば、第1画像170で噴霧グループが検出されず、第2画像172で全ての噴霧グループが検出されるように、第1の撮像タイミング、第2の撮像タイミングが設定されている。具体的に、第1の撮像タイミング、第2の撮像タイミングは、燃料圧力、燃料流量、インジェクタWとレーザシート光との距離などに応じて設定される。
【0033】
ここでは、すべての噴口の噴霧到達距離や噴霧速度を大凡等しく設定する場合について説明した。しかし、例えば、噴口によって噴霧到達距離や噴霧速度を意図的に異ならせることがある。この場合、第1画像170から第1の所定の噴霧パターンが抽出され、第2画像172から第2の所定の噴霧パターンが抽出されたとき、ペネトレーションが適正範囲であると判断してもよい。言い換えれば、ペネトレーションが適正範囲であれば、第1の所定の噴霧パターンが抽出され、第2画像172から第2の所定の噴霧パターンが抽出されるように、第1の撮像タイミング、第2の撮像タイミングが設定される。
【0034】
図3は、第2仮判定を説明するための図であり、時間経過に対する受光部150の受光強度の推移を示す。図3中、時間Taにおいて、燃料噴射が行われたものとする。時間Taの後、レーザビーム光に燃料の噴霧が到達すると、受光部150の受光強度は、燃料の噴霧に遮られることで減衰する。この減衰タイミングに減衰適正範囲(図3中、ハッチングで示す時間Tb〜時間Tc)が設定される。
【0035】
凡例1のように、減衰適正範囲よりも遅くなってから、受光強度の減衰が完了する場合、燃料の噴霧がレーザビーム光に到達するタイミングが遅過ぎる、すなわち、ペネトレーションが短過ぎると判断できる。
【0036】
凡例3のように、減衰適正範囲よりも早く、受光強度の減衰が完了する場合、燃料の噴霧がレーザビーム光に到達するタイミングが早過ぎる、すなわち、ペネトレーションが長過ぎると判断できる。
【0037】
一方、凡例2のように、減衰適正範囲において、受光強度の減衰が開始して完了する場合、燃料の噴霧がレーザビーム光に到達するタイミングが適切であって、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断できる。
【0038】
すなわち、目標とするペネトレーションのとき、受光部150による受光強度の減衰タイミングを含むように、減衰適正範囲が設定されることとなる。
【0039】
そして、制御装置110は、第1仮判定と第2仮判定の結果から、インジェクタWのペネトレーションの精度を評価する本判定処理を行う。
【0040】
具体的に、制御装置110は、第1仮判定および第2仮判定の双方で、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないと判断すると、そのインジェクタWは、ペネトレーションが適正範囲に含まれないと判断し、その旨、制御装置110の表示部に表示させる。
【0041】
また、制御装置110は、第1仮判定および第2仮判定の一方でも、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断すると、そのインジェクタWは、ペネトレーションが適正範囲に含まれると判断し、その旨、制御装置110の表示部に表示させる。
【0042】
また、制御装置110は、第1仮判定および第2仮判定の結果が一致しない場合、第1仮判定と第2仮判定のうち、ペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないと判断した処理に異常(例えば、故障など)が発生している旨、表示部に表示させる。第1仮判定と第2仮判定を併用することで、故障などを早期に検出することが可能となる。
【0043】
図4は、第1仮判定の流れを示すフローチャートであり、図5は、第2仮判定の流れを示すフローチャートである。なお、第1仮判定と第2仮判定は、並行して実行される。図4図5中、燃料噴射処理(S200)は、同一の処理であり、第1仮判定と第2仮判定で合わせて1回実行される。ここでは、第1仮判定、第2仮判定の順に説明する。
【0044】
(第1仮判定:S200)
制御装置110からの制御信号により、インジェクタWから燃料が噴射される。
【0045】
(S202)
制御装置110は、第1の撮像タイミングとなったか否かを判断し、第1の撮像タイミングとなっていない場合、当該S202の処理を繰り返す。第1の撮像タイミングとなると、S204に処理を移す。
【0046】
(S204)
制御装置110からの制御信号により、シート照射部130がレーザシート光を照射し、撮像部160がレーザシート光を撮像して第1画像170を生成する。
【0047】
(S206)
制御装置110は、第2の撮像タイミングとなったか否かを判断し、第2の撮像タイミングとなっていない場合、当該S206の処理を繰り返す。第2の撮像タイミングとなると、S208に処理を移す。
【0048】
(S208)
制御装置110からの制御信号により、シート照射部130がレーザシート光を照射し、撮像部160がレーザシート光を撮像して第2画像172を生成する。
【0049】
(S210)
制御装置110は、第1画像170および第2画像172から噴霧グループを検出するための画像処理(噴霧検出処理)を行う。
【0050】
(S212)
制御装置110は、第1画像170に噴霧グループが1つも検出されないか否かを判定する。噴霧グループが1つも検出されない場合、S214に処理を移し、噴霧グループが1つ以上検出される場合、S218に処理を移す。
【0051】
(S214)
制御装置110は、第2画像172に噴霧グループが全て(例えば6つ)検出されるか否かを判定する。噴霧グループが全て検出される場合、S216に処理を移し、噴霧グループが全て検出されない場合、S218に処理を移す。
【0052】
(S216)
制御装置110は、第1仮判定では、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれるとする(適正)。
【0053】
(S218)
制御装置110は、第1仮判定では、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないとする(不適正)。
【0054】
(第2仮判定:S250)
制御装置110の制御により、ビーム照射部140は、レーザビーム光の照射を開始する。
【0055】
(S252)
受光部150は、レーザビーム光を受光し、受光強度を示す信号の制御装置110への送信を開始する。制御装置110は、受光強度を示す信号を受信すると、受光強度の記録を開始する。
【0056】
(S200)
制御装置110からの制御信号により、インジェクタWから燃料が噴射される。
【0057】
(S254)
制御装置110は、記録した受光強度の変化から、受光強度の減衰の開始および完了を検出する処理を行う。
【0058】
(S256)
制御装置110は、受光強度の減衰の完了を検出すると、レーザビーム光の照射を停止させる停止処理を行う。
【0059】
(S258)
制御装置110は、検出した受光強度の減衰タイミング(減衰の開始および完了のタイミング)が減衰適正範囲に含まれるか否かを判定する。減衰タイミングが減衰適正範囲に含まれる場合、S260に処理を移し、減衰タイミングが減衰適正範囲に含まれない場合、S262に処理を移す。
【0060】
(S260)
制御装置110は、第2仮判定では、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれるとする(適正)。
【0061】
(S262)
制御装置110は、第2仮判定では、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれないとする(不適正)。
【0062】
続いて、第1仮判定と第2仮判定の結果から、インジェクタWのペネトレーションの精度を評価する本判定処理の流れを説明する。
【0063】
図6は、本判定処理の流れを示すフローチャートである。
【0064】
(S300)
制御装置110は、第1仮判定と第2仮判定の結果が共に不適正であるか否かを判定する。第1仮判定と第2仮判定の結果が共に不適正である場合、S302に処理を移し、第1仮判定と第2仮判定の少なくとも一方の結果が適正である場合、S304に処理を移す。
【0065】
(S302)
制御装置110は、検査したインジェクタWは、ペネトレーションが適正範囲に含まれないと判断し、その旨、制御装置110の表示部に表示させ、当該本判定処理を終了する。
【0066】
(S304)
制御装置110は、検査したインジェクタWは、ペネトレーションが適正範囲に含まれると判断し、その旨、制御装置110の表示部に表示させる。
【0067】
(S306)
制御装置110は、第1仮判定と第2仮判定の結果が共に適正であるか否かを判定する。第1仮判定と第2仮判定の結果が共に適正である場合、当該本判定処理を終了する。第1仮判定と第2仮判定の一方の結果が不適正である場合、S308に処理を移す。
【0068】
(S308)
制御装置110は、第1仮判定の結果が不適正であるか否かを判定する。第1仮判定の結果が不適正である場合、S310に処理を移し、第1仮判定の結果が不適正でない場合、S312に処理を移す。
【0069】
(S310)
制御装置110は、第1仮判定に異常(例えば、故障など)が発生している旨、表示部に表示させ、当該本判定処理を終了する。
【0070】
(S312)
制御装置110は、第2仮判定に異常が発生している旨、表示部に表示させ、当該本判定処理を終了する。
【0071】
このように、本実施形態のインジェクタ評価装置100によれば、インジェクタWのペネトレーションの精度を評価することが可能となる。
【0072】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【0073】
例えば、上述した実施形態では、第1仮判定と第2仮判定の結果が、少なくとも一方でも適正である場合に、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断する場合について説明した。しかし、例えば、第1仮判定と第2仮判定の結果が、双方共に適正である場合のみ、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断してもよい。
【0074】
また、第2仮判定は、必須の処理ではなく、インジェクタ評価装置100は、第1仮判定のみを行って、第1仮判定の結果が適正であれば、インジェクタWのペネトレーションの精度が適正範囲に含まれると判断してもよい。
【0075】
また、上述した実施形態では、受光部150は、ビーム照射部140から照射されたレーザビーム光を受光する場合について説明したが、シート照射部130から照射されたレーザシート光をレーザビーム光として受光してもよい。この場合、ビーム照射部140の設置が不要となる。
【0076】
また、上述した実施形態では、撮像部160は、インジェクタWと対向配置する場合について説明したが、撮像部160は、レーザシート光で可視化された燃料の噴霧を撮像できれば、どこに配置されてもよい。
【0077】
また、上述した実施形態では、シート照射部130は、第1の撮像タイミングおよび第2の撮像タイミングでレーザシート光をパルス状に(ごく短時間)照射する場合について説明した。しかし、シート照射部130は、第1の撮像タイミングおよび第2の撮像タイミングを含む所定期間、継続的にレーザシート光を照射し続けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0078】
本発明は、エンジンのインジェクタを評価するインジェクタ評価装置に利用できる。
【符号の説明】
【0079】
W インジェクタ
100 インジェクタ評価装置
110 制御装置(制御部)
130 シート照射部
140 ビーム照射部
150 受光部
160 撮像部
170 第1画像
172 第2画像
図1
図2
図3
図4
図5
図6