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高速ディゼルの燃料噴射圧力について

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Academic year: 2021

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(1)

料 噴射

つ い

Fuel

 

IIljection

 

Pressure

 of 

the

 

High

 

Speed

 

Diesel

 

Engine

Makoto

 

MASUDA

  

It is the purpose  of this report  to present the experimental  

data

 

for

 the characteristics  of the

actual  

fuel

 

injection

 presure , and  to present the analyzing  method  of the performance  of the 

injection

system  on  the 

high

 speed  

diesel

 engine

 In

 this experiment , the 

fuel

 

injection

 presure of the injection system (using  

Junkers

 pump )

is

 meas

ured  

in

 various  conditions , i

 e

 at different pump  speeds  at 

different

且ever  positions

 by 

different

 

dia・

meters  of the pump  plunger  or the nozzle  

hole

 and  

in

 

different

 tube 

lengths。

  At

 the same  time

, 

formulas

 are  

derived

 

for

 computing  

the

 

instantaneGus

 pressure 

delivered

 

by

 a

fue

且pump  of the 

by−

pass valve  with  the optional  cam  profile

 Additional formulas  are given 

for

 

deter.

mining  the effect  of  the by

pass valve  opening

  And  also  the re且ected  pressure wave  at the nozzle  

is

analized

    It 

is

 concluded  

in

 this report  that 

the

 experimental  

fuel

 

injection

 pressure curve  conincides  approx

imately

 with  

the

 curve 

indicated

 

by

 the calculated  data

ま え が き

 

高速デ ィ ゼ ル の燃 焼の良 否は空 気 中の酸素に 有 効に接 触 す る燃 料噴 霧の空 間的分布と時 間 的 分 布に よっ て 決 定 される。 前 者は主に燃焼 室の 形 状

燃 料 噴 射 弁の構 造 等 に依 存 するが後 者は 主に燃料噴射 圧 力に よっ て左 右 され る。 殊に 後者の 時間 的 分 布は 燃 焼 割 合に 影響 し, ある程 度の燃 焼サ イクル の 制 御 も考 え られるので燃料 噴 射圧力 に対 する解 析は多くの人 が 行 なっ て い る1}

6〕。

 

こ こ に

層普遍 的で 簡 単 な 燃 料噴 射 圧 力を求め る理 論 計 算 式を高速 デ ィゼ ル に広 く使用 さ れ てい る盗 出 型ポ ン プ お よ び開口弁を有する燃 料 噴 射系の

般カ ム形 状に対 して確 立 し, かつ 実例につ い て 計算 し実 験 値と比較し て 見る。 ただ し本 理論 式に は燃 料の粘性に よ る流動 摩 擦 は 簡 単のた め考 慮に入 れ てない。

 

なお実 験はユ ン カ

ス 2サ イ クル デ ィ ゼル

Jumo

 205 の燃 料噴射系に て行 なっ た。 写 真

1

2

がその実 験 装 置 全 体を示 し た もの で

写 真

3

が ポ ン プ お よび ノズル , 写真

4

は角 度 測 定 用の フ ラ イホ イ

ル に取付けた指示装 置である。 噴 射 圧 力の測定は ポン プ

ノズル お よび噴射 管の中 間

2

ヵ所 計 4 ヵ所で同時に行 ない電磁オシ ロ グ ラ フに記 録 し た。

1.

  燃 料 噴 射 圧 力の 理 論 式  燃 料 噴射系の各 部の大 ぎ さ

す なわ ち ポ ソ ブ の カム  状

ブラ ン ジ ャ 径

溢 出 孔の 大ぎさ, 逆 止弁匡の大き さ, 導管の径お よび 長 さ

噴 射 孔の 大 きさ, 使 用 燃 料の 性質 等が既 知であれ ば, 任意の ポソ ブ回転に お げ る噴 射 管の任 意の位 置の圧 力は 次に 求め る式か ら略 算で きる。 Pc7 σ D ‘

S =1

/2(

D − d

): 瓦

E

亡 調; * 教 授   機 械工 学 科 α : 導 管内のある位 置に おける燃料圧 力 その位 置に おける流 体 速度 燃 料の比 重 重 力の加 速度 導管の外 径 導 管の 内 径       導 管の壁 厚 導管材料の ヤング係 数 燃料の体 積 弾性 係 数 時間 導 管 内の最初の 位 置か らあ る任 意の 位 置 まで の距 離 燃 料 流 体 中の

kg

cm2cm /skg /cm3cm /s2cmcmcmkg /cm2kg /cm2S cmcm /S

41

(2)

相 模工 業 大 学 紀 要 第

1

巻 第

1

号 咽 写  真 1 」 写  真

2

_

42

、 馬

(3)

高 速デ a ゼル の燃 料 噴 射 圧 力につ い て (益 田

 

亮)

写  真    3

写  真   4

(4)

相模工業 大学紀要 第

1

巻 第

1

号 とすれば管 内流体の運動 方程式および連 続の程 式は ∂e    9 ∂P ∂t     r ∂x ∂c     9 ∂P ∂x       

ra2

∂t  

丿

 

s

  ⊥

1

+  

E

工 9V

α (1)

 

Po お よ び c。を流 動の始 めに お け る 圧 力 お よび速 度と すれ ば, 上の偏 微 分 方 程式の解と して導管内の任意の点 の圧 力 並に速 度は次式に て表わ さ れる。

P −

P…

P

t一

t・

・ 一

1

F

・/

t・

2

2

 

す なわ ち導 管 内のある点に おける圧 力 並に 速度は互に 相反する方向の波の代数的 和 とし て表わ される。 反 射に よっ て速 度の 向 ぎは変 るけ れ ど圧力は符 号を変え ない。 反射に 際し て速 度は方 向 を 変ずるか ら反 射のに は次に 来る速 度と消 し合っ て 速 度波は

0

と な る が圧 力は方 向を 変じ ない で 反 射さ れ た圧 力波と次に 来る圧 力 波が加 わっ て全 反 射の場 合に は2倍の圧 力が表われ る

実際は 噴射 孔の側に て部 分反 射するの で絶 対 値 が 少 な くなっ た圧 力 が加わ る。  X の正の方向に 向か う圧 力波並びに速度波をそ れ ぞ れ Pv お よび Cv とし, 逆 方 向の 圧 力波並びに 速 度 波をそれ ぞ れ Pr お よ び Cr とすれば (

2

)式は た だ し P

Po十PvPT c  

Cv 十Cr rF

t

− 一

   α

・・v

… T

t十

    α

r

F

ε

一一

    a

 Cv ア 6

亙 α 十 オ

ノ 9 万 ま け

お 0 ⊥

K

K

9 け 今        1

m ニ ー

kCr

3

) (4 }  よっ て (

3

)式は

 

 

 

 

貿

 

 K

は燃料の比重 お よび 噴 射 管 中の音 速に よっ て決ま る定数である。 燃 料 噴 射 系 統の条 件に 基づ くCv とCv の 関 係を 求めれ ぽ 上 式か ら噴射管 内の圧 力波お よ び速度 波 の大きさが 決 定 される。  

1・

1

 ポンプ 側 の流 体の速度と圧 力の変動 過 程  ポン プ側の 流 体 速 度 を 考 究 するに 当り

側 路 孔の影 響 を 考 慮し ない場 合 と考慮する場合につ いて 理論 式を 求め て 見る。

 

A

 

側 路の影 響を考慮 しない場 合 (第 1図参照 )   u ; プ ラ ソジ ャ の往 復 速 度      cm /s   c : ポ ンプ出口 1

− 1

に おけ る絶対 速 度   cm s

CI

。: ポ ソプ出口

1 − 1

に おける前 進 速 度        波の大 きさ       cm s

CIr

: ポ ソプ出口 1

− 1

に お け る逆進 速 度        波の大きさ       cm s  

F

: プ ランジ ャ の断 面 積       cm2

 

q :

 

噴 射 管の孔 断 面積

         

cm2

α

1

− ・

   二

/ :

1

τ

 

Vi

oo , lF11 幽 111B    

■ 11

1 」

一一閘

第  1  図

1

t

40

一 1 矧

44

(5)

高 速デ ィゼル の料 噴 射 圧 力 につ い て 益 田 亮 )  

V1

: ポ ンプ容 積      cma  

V2

: 逆止弁 室 容積      cm3  

V

V

,+

V2

: ポン プ空 所全容 積        cm3   p1: ソ プ

1 − R

こおける圧 力      

kg

/cm2 とおけば ”fン プ内の圧 力はポ ン プ出口に おける圧 力に等 しい とい う仮定の 下に 連 続の方 程 式と して

     

qC

Fv 一

号 讐

 

(・)  (

5

)式 と同 様 な 関 係 がポン プ出口 におい て成立する。

    

陛 鮒

c

・・

kc

・・        σ1

σ1

Clr

6

) (7) (8)よ り

Pl

お よ び c1 を省 略 すれ ば ・・v・

d

 

… + ,

7

) (

8

)        

dCIr

       

dt

      (

9

 

まず 噴 射 管が非常に長 く

CIr

お よび

dCI

,/

dt

を省 略 し得るとし, また

Va

は相 当大き くこれに比 しプラ ソ ジャ の行 程 容積を 省 略 し得る とし

V3

定 と考えて上 式を解 く。

 

なお噴 射 管の短かい場 合に は噴射 期 間 中に 圧力波は数 回往 復 する が

ポ ン プ側は全 反 射 する として重ね合わ せ れ ば 近 似 的に 求め られ る。  また v はポ ソ プの カム の形 と 回転 数に よっ て定ま る  n : ン プの 回 転 数      [min

1】   α : ン プ軸の 回転 角       【

deg

]        

 

t =

: ポン プ軸が Ct°回転 する時間

  

s とすれば任意の カ ム形 状に対 し次の式が成 立 する。        v

n (

A

B

α+

c

α2) た だ し 

A ,B

, 

C

は 定 数  よっ て (

9

)(

10

)よ り ・・

畑 … +

CaZ

・ (10) (

11

) 初期 条 件 α =

0

Clv =0

に よ て上の分 方 程 式を解けば …

 

・・

B

2

・+

c

・a

(12)

 

上式か らカ ム軸の 回転 角 度に対 する速 度の幅の が与えられる。  燃料の排 出が終っ た瞬 間}こは ポソ プ容積 V エの圧 力は 急 速に低 下 し

逆 止 弁 が 閉 じ, 逆 止 弁 室 残 の圧 力 も 低 下 し始め る。 これ が後 噴射の期 間で この時の前 進 速 度 波 は (

11

)式の右辺 を

0

とお き

Va

の代りに

V2

と お け ば 求め られる。

 

 

 

 

 

 

… +

一 ・

  

(・

3

      qsrR      

 

        a

    .

 CIv =

σIe

 

6nF2

  

    

    

    

14

)  前 進 速 度 波

CI

。 が き ま れ ば (4)式 よ り前進圧力 波の 変動 過 程 が 求められ る

 ポ ン プ作動 中 噴射 孔か ら逆 進 波 が 帰 っ て来る と ポ ン プ 内の速 度波ま た は圧 力波は こ れ に影響される

 

B

  側路孔の影 響 を考 慮した場 合   側路 孔が閉じて か ら開くまで の燃 料 速 度の変 化過 程 は (

1

)式で表 わ さ れるが

その前篌で は厳 密に は側路 孔の 影 響を考 慮 しな ければ な ら ない

そ の場合ポ ン プ プ ラ ン ジ ャ に て 圧 縮 される燃 料の大部分は噴 射 管排 出 さ れ るが

,一

部は 側路孔よ り吸入側に逆 流 する。

 

今側 路孔の面積を q。と す れば連 続の方 程式と し て (

6

) 式の代りに次式が 成 立 する。

q

q

・)σ・+

F

葦薯

   

P・

P・+

kc

・v

c

・r      

CI ニClv

Clr

上三式よ り      

Vs

   

d

σlv   σIv +         (q+qo)

KE

 

dt

         Fv      

Vs

     

      

− CIr

+       (q+qD

KE

)         q十qo

16

) (7) (

8

)      v

% (A +Bα+

c

α2 噴射 管が非常に 長い と し      

d

σIr      

Clr

=0

     

− =O

       

dt

       

v

,   

dCI

dCIr

      (

dt

17

) (

10

)    

..

Clv

+       (q+q。)

K

7

 

dt

     

Fn

       

    (

A

B

α+σα2)    (18        

q

90

 

L

M

, 

N

を任 意の常 数と し て側 路 孔の面積の

般形 は ポ ンプ の カ ム 角度に対 し次の如く表わ せ る。        

qo

L

Ma

Ncrt

       

19

        

 

dt

 =

da

       t=

       

6n ’

     

6n

45

(6)

相模工大 学 紀 要

 

1

 

1

号   よっ て (19) 式は        

dn

 

Vs

 

dCI

”  

Clv

q

L

Ma

Na2

+      

KE

   

d

α        

=Fn

A

B

α +

Ca2

)     

20

 

初 期 条件 α

=0

の とき

CI

=0

によっ て上式を近 似 的に解けば       nF A +Bα+

c

α2    

Clv

ら開口につ いて のみ考 察す る (第 2図 参 照 )

 

ノ ; 射 孔の断 面積

        

cm2   μ : 噴 射の流 量係数つ  

C

皿 : 噴射 孔 入 口

H −

∬ に おけ る絶 対 速         度      cm s 1 6n2 

V3

 

F

MA

十 (

q

L

B

2

NA

十(

q

L

>σ}α十(

MC − NB

)α2}

  

q

L

Ma

Na2

       

Ke

(α+

L

Ma

Na2

)3

K

E2

N

。、)5

Lσ

q

+・・

NA −

M

A −

q

MB

  −

10MNA

2

(q+

L

MC

8

(q+

L

)齠 }α

10N2

 

A

+10(

q

+ 1ンNC +

M2

 

C − MNB

}α2 ・・

4N

B −

MN ・…

雛 耀

簿

IM

轟 器

_

 脇 路孔が閉 じて い る場 合は上 式に

L

= O   M ;

O

N =0

とおけば (

12

)式が得られ る。  1

2  噴 射 弁 側の 流 体の速 度と 圧力の変 動過程 高速デ ィゼル の燃料 噴 射

は通

開口弁を使用 す る か (21)    

CIIvt

l

H

9

Oi

 

 

 

 

         

 

 

 

 

       

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

       

 

 

第  

2

  図

II

 

Clv

: ポン プ か 噴 射 孔 矼

∬ に来 る速         度波の大きさ       cm /s  σ1。: 噴射 孔 ∬

豆 か ら ポン プに逆 進 す         る速 度 波の大ぎさ      cm /s  

C

。t : 噴射 孔か らの 噴 射 速 度      cm /s

 Pm

: 燃料の噴 射さ れる シ リン ダ内 圧 力

 kg

/cm2   P皿 : 噴射孔 入

ll− ll

に お け る圧 力 

kg

/cm2

  Q

: 噴 射か ら流 出す る燃 料 容積

   

cmS s

 

こ の場 合圧 力波お よび 速 度波に対し (

5

)式と同様 な 関 係 が 噴 射 孔入 口

ll一

皿 に お い て成立する。

   

・・ 峨 ・

k

・・1・

…      

Cl

c

[v十

Clr

毎 秒 噴 射す る燃料 容積に対 し次 式が 成 立 する

     

Q

=c

皿9

 

 

 

Q

 

(μノ)・

P

P・)

c

・・

22

) (

23

) (

24

) (25)

 

Po = p 。, 

q

/Ptf= ζ と おけ ば 上の四式より次の速 度 波の 関 係 式が得 られる。

一 46 一

Cft

cz

・)

(σ… σ・・)

clt

・+σ・

 

 

 

 

 

 

ζ、

硫 ザ σ

(26) (27 ) 哩 「

(7)

高 速 ディ ゼル の 燃料 噴射 圧 力に つ い て (益 田 亮)  こ の ‘は噴射 管 断 面 積の噴射 孔に対 する比であっ て

これ に よっ て速 度波の噴孔に おける反 射 率が き まる。  特別な 場合とし て次の三つ の場 合 が考え られ る。   噴射 管の ま ま開いた場 合  

9 =

1

   

26

)式よ り

 

911r

=Clv

   

23

) 式 より

 

、Cl

 

2

σlv       (24) 式よ り    

Q

2C コv9  こ の場 合速 度波は 正に

圧力波は負に全反 射さ れ る。       噴 射 孔 無 く閉 じた場 合     ζ

00      (

26

) 式よ り    

C

ロr

 

Cllv

     (

23

) (

24

) 式 よ り  Cll =

O

 

Q

0

   

22

)式・…

 

− P

・’

…  こ の場 合 速 度 波は 負に

圧 力 波は 正に全 反 射さ れ る。   逆進 速 度が発 生 し ない場 合   Cv 

 

O

     (

27

)式よ り

 

 

 

 

 

・・

4

28       (23)  (24) 式よ り    σ11 

 σ皿v

 

Q

 

Cll

q

   

22

)式・ ・

P

P

 こ の 合噴からはポ ソプが 押 出 す と 同 量の燃 料が噴  射さ れ, 噴 射管 内の燃料の動きは噴射 過 程には影 響 さ  れ ない。  

般に はある噴射弁の噴 射孔がぎまれ ば速度 前進 波に 対して速 度 反 射 波 が ぎまり, したがっ て 圧 力お よ び噴 射 量 も定まる。  噴射 弁に おい て 速 度波が正反 射 するか 負反 射 するか は 第

3

図に示すように ζお よ び

C

コv に よっ て決る。 した が っ て ζが きまれ ば第

4

図に示 すように前進 速 度波に対 する逆進 速 度 波のが定まる。  圧力波につ い て も 同様な関係が成立 す る。   噴 射 孔に おける連 続の関 係か ら qC ・1 

f

・・t ・・ は 砺 ・謝

ル ギ

の法 則か ら

 

    

c

t・

σ ・・)

Pz 上 二式か ら

c

・t

2

“ゆ

2qq2μ∫)2        

2

(P

Pa)9

Cst

÷      

r

(29) (3) 式より (

29

) ・・

Cv

・α・

・∫

飾 ・P

・・ ・… 開口弁に おい て は Po 

p。 とし て差 支 えない 。 c【:v

o { s

l3

° 20 10 1000 2000 3000 4(M)O      sooe

    → CI恥   !s 第 3 図   噴孔 に おける速 度 波の反 射状況

47

(8)

相 模工業大学紀 要 第

1

巻 第

1

号 ls

i

4

図   前進速 度 波に対する逆 進 速 度 波の大 き さ

   

Pr

 

k

姻 第

5

図  蜜射弁 に お け る前 進圧 力 波と 反 射圧 力 波        

48

(9)

高 速 デ 1 ゼル の燃 料 噴 射圧力につ い て (益 田 亮 ) k  kg

crn2 第 6 図

 

噴 射 弁 側の 前進 圧 力 波に対 する反 射圧 力 波

 

 

 

∴ 9

Cv

c

・)

(4) 式を代入 すれば

(P・

Pr)

瓶 訊 ・

穿

,、

K

と す れ ば (・

D

2

− 2a − T

[kg/。m ・ ]

Pr 一

Pv 一

・ ・

TPv

(31) (32)  上式よ り次の 三つ の場 合 が考え られる

 

  Pv>

T

Pr

>0

,  

Cv<O

 C

皿>

Cv

 

すな わ ち噴 射 孔か ら噴 射さ れ る 燃料 量は噴射管を経て 逆 出 されて来た量 よ り小さい     Pv <

T

: 

Pr

0,

   

Cr

>O   C皿>

Cv

 

す なわ ち噴 射孔か ら噴 射され る燃料 量は噴 射 管を経て 逆出 さ れ て来た 量よ り大 きい 。 こ の場合 p〈

0

とな り燃 料 管 中に空 虚がで るこ とがある。

 

  Pv =

T

Pv =

0

,  

()Y

O

 

 

 

 

 

 

 

qCv

 これは前述の逆 進 速 度波の ない 場 合に相 当し

噴 射 孔 か ら噴射され る燃 料 量は 噴射管を経て送 出されて 来た量 に しい 。  

T

は逆 進 圧 力 波 Pr が 正にな るか 負に なる か を 決 定 す る限界 前 進圧力であっ て導管およ び噴 射 管の断 面 積, 燃料の性質等に よ っ て左 右さ れ る。

 

反 射圧力波は第

5

図に示 す 如 く

定の

T

に対し て前 進 圧力波 の増 大と共に 負よ り 正に増大す る。

T

が増 大 す る と 反 射 圧 力波の 値は低 減す る

 

し た が っ て Ω ミぎまれ ば第 6図に示 すよ うに前 進 圧 力 波にす る反 射 圧 力 波はまる。  

1・

3

 噴 射 管 に お ける流体の速度と 圧 力の変 動 過 程

 

噴射管 内の 音 速を α

噴射管の長さ を

L

とすれ ば ポ γ プ か ら 出 た速 度 波ま たは圧 力波は

At

L

/a 時 間 の後 噴 射 孔に達 する

噴射 孔に て部分 的に反 身

1

された反 射波は

21t

時 間の後

ポ ソ プ に達

か くの如 く繰 返 さ れ た噴 射 管 内の速 度 また は圧 力はこれらの反 射波に よ っ て影響 附加さ れ, その期 間 も

に ポ ン プの 押 出 す 期 間 よ り長 くなる。

 

7

図はある長 さの噴 射 管中の力波がポ ン プのある 回 転 数の作動期 間 中 何 回 繰 返 され るか を示 すグ ラフ であ る。  こ の グ ラ フか ら明ら かの よ うに 射管のい ほ ど

噴 射 期 間は短 くな る が 噴 射 圧 力 は 計数が増大 し高 くな る。 高 速 デ ィ ゼ ル に対 し て は噴射 期間の長い こ とは致命 49

(10)

相模工 大学紀要 第

1

巻  第

1

1

              , o 0

002 0

001 4〔       3000 n 「pm

OOIO 0

OOO8

OOO6

OOO4

ooo2 圧 力 瀲 臣

÷

(例)

・時    圧 力波数 4 200D 1000 o200   400  600       1    120D       噴射 管の長 さ lmm 第

7

図  噴 射 管 内で付 加さ れる圧力 波 数 的問題であるか ら噴 射 管のい こ とが 必須条 件である。

2 .

 燃料噴 射圧 力 の実 験 結 果  実 験に 使 用 し た

Jumo

 205 ポ ソ プの角 度に 対するカ ム リフ トは第 1表に示す通 りである

こ の リフ ト曲 線上 に レバ

開 度 20%, 40%, 60%,

80,100

% の 位 置

お よ び送 出 始め 位置を 示 し た グラ フが第

8

図で ある。  ポン プ プ ラソ ジャ の リフ ト曲線よ り n = 1000 ,

2000

3000

に おける速 度 曲線 を 求めたのが

9

図である。  その他の実験 条件

  

ポン プ径

9mm   

回 転

数 1000

 

 

3000

 rpm     噴射管径 2mm      噴射管 長さ 

170

 mm       (

〜470mm

靆蠶

1

m (

M

 

7

      噴 射 管 断 面 積      

17

1     噴射 孔有効 断 面積    使 用 燃料 ガス ォ ィル (s

gO

763  各 種の条 件の下に噴射 圧 力の実 験を行なっ た結 果は次 の如 き ものである。  

 

燃料 噴 射系の各 部にお け る噴 射圧 カ

第 10

図   ポ ンプ

噴 射 管

噴 射 弁に お ける噴 射 圧 力は上 昇 過 程 お よび最大 値 付近で僅かの相違があるがほぼ等しい と考 えて よい

 

 噴

射圧 力の 回転数に よ る影響

一 第 11

図,

第 12

図 第 1 表

Jumo

 205 

C

ボ ンプの カム フ ト測 定 値 カ ム プラ ン ジ ャ カ ム プ ラ ン ジ ャ カ ム プラ ン ジ ャ 角 度 リフ ト 角度 リ フ ト 角度 リフ ト

0

° O    mm34 ° 3

76mm68 ° 2

11mm 20

005

364

02

701

96

40

02

384

16

721

78

60

09

404

25

741

64

80

19

424

28

761

50

100

31

44

781

35

120

43 46420

80L21

140

70 484

07 821

09 160

97 503

89

840

98

181

22 523

71

860

83

201

55

543

51

880

74

221

85

563

30

920

55

242

19

583

11

960

37

262

60

602

87

1000

23

282

95

622

67

1040

13

303

26 642

48

1080

06

323

55

662

29

1120

03

 

最 大

射圧 力は略回転 数に比 例する。 また噴射 期 間は ク ラ ン ク角 度に対 してばか りで な く

時 間 的に も低回転 の方が僅かで はあるが長 くなる。 網

50

囎 遭

(11)

高速 デ ィ ゼ ル の燃 料 噴 射 圧 力 につ い て (益田

 

亮 ) TOP   5           4             3                 m プ ラ ン ジ ヤ リ フ ト m ▲ Tll −               」 2 ] 送 送

1

出 出

始 終 め 使 り ポン プ  Jumo 205 レ 20 最 大リフ ト 4

28mm   カ ム No

5 パ 140 % プラン ジヤ径 9φ 開 60 % 度 80

% 100 %

0        工0 2D 30 40 50        60       70        80       90       1QO       110

一一一

チ カム αe 第 8 図

 

ボ ン プ の リフ ト曲線 (実 測 値) 速 度 cm !s 30  ポンプ Jumo 205 プ ラン ジ ヤ径  9φ 25 送 出

  

ζ

’ 200 1別 誇

 

 

    レ

    100

壌 80 %

度 60 %

f

開 度

開 度 2 % 送出 終 cm o

4 % り 0

3 り 」 100 .

o

2

50 0

1 0       5       10      15   25 30 35 40TOP カ ム角 度 αe 第

9

 

ボ ン プ プラ ン ジャ の速 度 (計算値)   噴 射圧 力の 噴射管 長さに よ る影 響

第 13 図

 

噴射管が短い と最 大噴射圧 力は上 昇 し

上昇率も増大 す る

ま た噴 射 期 間 も噴 射 管が 短 い ほ ど短 くなるe  

 

噴 射圧 力の プラ ン ジャ径に よ る影 響

第 14 図

 

最大 噴 射 圧ばプラン ジャ 径と共に大 きくなるが噴射 期 間も長 くなる。   噴射 圧 力の レバ

開度に よ る影響

15

図   レバ

開 度に ほ ぼ比 例し て最大 噴 射 圧 力は上 昇 する。 51

(12)

相模工 業 大 学 紀要 第

1

巻 第

1

1

酌 1 跏

 

噴 射 圧 力 P 帥           k 1000 脚 鋤 400 200       ノツズル

____

ポ ン

_.

__

噴射管 (ノVズル側)

_一

_.

噴 射管 (ポンプ 側 )

e

−・

葛 ’

 

  

 

  

     

i

t

    

 

  〃

4

30

   

γ

ン 炉 、 丶

   

 

t

ポンプ プ ラ

 

  

一 M7 z       

Lli

        添

      触       丶

       

』 丶

      

NLs       NX

      N

      丶 丶       、 丶       、 丶        N

、       丶

      丶       丶       丶       丶

20 第 10 図      

1                TOP     カ

角度ab 噴 射 系各 点の噴射圧 力曲 線

一 一 一

 1500rpm  

C

 

11

−・一一 一一

2000rpm  

C

 12

} 齟

一 ’

『2500rpm

       

3000

 rpm  

C

 

14

153.

3mm3

145

3mm3

C13

 

140.

3

 mm3 137

9mm3

10 プ ラ ン ジ ヤ径

9

φ ノッズ ル ノ匠

7

   

2000

  圧   力  

Pkg

/cm2    

1000

0

レバ

開 度

100

噴 射 管

 

2

φX170  

 

丶  

  ノ

 

〆      

   

 

   

 

Z

    !     1     /       /       /       /         ノ         ノ         !           ノ     蘭  

. 、  

  丶 ,

  \

_40

30

_20

       

11

図 また レ パ

開 度 と共に噴射始 め が 早 く な り, 噴 射期間 が 増大 す るv

 

なお レバ

開 度に対 する毎回の 噴射 量 mmS /rev を 参考に第 15 図に示す。

一・

10    

Top

カ ム

α゜ 回 転 数 に よ る 影 響

10

20

  噴 射ノ ズル の噴 射 孔に よ る影 響

17

 

射ノ ズル

M8

0.

65

φ)と

M5

0・

5

φ)の最大噴射 圧 力は噴射 孔 断 面積が小さくな る と大きくなる。 な お毎 回の噴射 量 mmS /rev は小 さくなる。

52

(13)

高 速 ディ ゼル の燃 料 噴 射 圧 力に つ い て (益 田  亮 )

 

       

kg

 

一一一一

 1500rpm

一一一

 

2000rpm

__

一 ▼

 2500rpm        3000rpm

Cll

 ユ53

3mm3

C12  145

3

 mm3 C13  140

3 mm3

C14

 137

9 mm3 プ ラン ジ ヤ径 9φ 0       0

001    0

002    0

003    0

004 第

12

図   回 転 数 に よ る 影 響 0

005     0

006   時 間 fs   

2000

噴 射 圧 力  

Pkg

/cm2 1000

0

一 ・

一 ・

身’管 2φx330  

C

 23

_ _ 一

射 管 2 φ×470C24140

2mm3 163

6mm3 プラン ジヤ径 9φ カ ム角 度 α゜ 第

13

図   噴 射 管 の 長 さ の 影 響

一 53 _

(14)

噴 2000

圧 力  

Pkg

/cm2  

1000

0       相模工業大 学 紀要 第

1

巻 第

1

号        

9

φ 

C14

   

137.

9

 mm3

_ _ _

   

7

φ 

C40

   

80.

9 mm3 ,

 

 

 

 

   厂    

、     ノ        丶

 

      

、   ! 1 / 、 丶 丶

一冖

、 毎 分 回 転 数

3000

ノ ツ ズル

M7

レ バ

度 100 噴射管

2

φ×

170

1

40     

− 30

    

− 20

    

− 10

    

Top

      第 14 図   プ ラ ン ジ ャ 径 の 影 響  

10

     

20

カ ム角 度 α゜

 

1000

… 力  

P600

kg

cm2    

400

   

200

一 一 一一

開 度

 20

 

C4

− ・

一 ・

     

40

%  

C5

−一一

一___

      

60

%   

C

 

6

} 一

一 ・

      

80

%  

C

 

7

     

100

C11

65mm3

90.

5mm3

121.

7mm3

133.

3mm3

143.

7mm3

     

            .

  

      ク     〆 丶 丶

    

 

_ ノ

 

丶 、 丶

プラン ジ ヤ径

9

φ

分 回 転 数

1500

ノ ツズル

M7

         

L 噴

2

φx170

一40

   

30

      第

15

一20

   

− 10

    

Top

レ バ

開 度 に よ る 影 響  

一 54 一

 

10

     

20

カ ム

α゜

(15)

高 速 ディ ゼル の燃 噴料射圧力にっ い て

 

(益田

 

亮) 2             m 噴 射 圧 力 ρ 起               1 燃 料 噴 射 量 mm3 ∫ 0 レバ

1

   

16

 

レ バ

関 度に対 する燃料 噴射 量

40

30

20 第 17 図

10 Top   「 10       20       30    カム角度 α

噴 射ノ ツ ズ ル に よ る影 響  

55

40

(16)

相 模工 業 大 学 紀 要 第 1巻  第 1号 【 記

3

 

実験結果

の理

式に基づ く解

 

3 ・

1

 ボ ンプの速 度 曲線 実 験 式 第 1表に示すポ ソプの プラ ン ジャ リフ ト曲

を 近 似式 で示す と次式のくなる。     al

E

− 0・

03

0・

0055

O

OOOO8cx2 し た が っ て ポ ソプの速度曲線は次 式で示 される。 v

n←

0.

03

0.

011α

00024

α2)   上 式 中 n

≡1000

, n 

 

2000

, n 

 

3000

と し て グラ フ に示 した のが

9

図である。   よっ て (10) 式は        v

n(、

4

B

α+σα2)        A

= −

O

03      

B =0,

011

       σ

= −

O

00024  

3・

2

圧力波の伝播速 度

 

燃 料噴射 管内の圧 力 波は音 速で伝 播するが その伝播速 度は (

1

)式で示 すよ うに燃料油の比重

弾性係数, 噴射 al   E ‘m X 管の内 外径, ヤ ン グ率 等tc左右されるばか り でな く, 第

18

験 値4, 示すように 噴 射圧 力に よっ て 影 響さ れ る。 噴 射圧 力は伝 播 速 度 と 共に増 大 する

筆者 も約

1

m の

射 管 内圧 力波の伝 播速度と 圧 力の関 係を 実測 し た。          Oat

1390m /s        600at

− 1550

 m s  この実 験に て燃料噴射圧 力は グ ラフ に示す よ うに最 高

2000at

して い るの で厳 密に は音速を変数 と考え な け れ ばな らないが平均 値とし て α

=1500

皿/s に と るこ とにる゜

 

こ の伝 播速 度 acm s は噴

射管内

圧 力

か らも推 定 で き る

今噴射 管の長 さ (噴 射 管 以 外の 取 付 部

接 手, ノ ズル 部 等 も含 む 相 当長さ)を

lcm

, 圧 力波の ポ ソ プとノズル の往復 時間を τsec

の往復回数を i, ポン プ の時時 間を t sec

作 動 角 度 θ゜ , 回転数 を nrpm とすれば それ らの間に は次 式 が 成 立 する (第 7図参照 )。

 

 

 

 

 

 

 

1

÷

 

18

図 管内圧力 kgtcm2 噴 射 管 内 圧 力に 対 する燃 料の圧縮 率, 弾 性 係 数お よ び 圧力 波 伝 播 速 度

一 56 一

 実 験 結 果の グ ラフ に示 すように 圧 力 前 進 波に対 し て反射波が階 段 状に集 積さ れ る の でその段数か ら往 復回数が求めら れ る。 また ポ ンプの作 動 角 度 は第

7

図 お よび第

8

図に示 す 静的な作 動 角度よ り実 際 噴射 時の動 的 作 動 角度は終了時が遅れ る ばか りで なく, 開始時も 相 当 早 くな る。 殊に吸入効 率の 良い低速 時に著 しい (第 14 図 参 照 )

  したがっ て

1

が既 知であ れ ば

i

か らα が推 定さ れ る。 なお (

31

)式か ら明らか の ように

i

は n に逆 比 例して増 加 する (第

10

図参 照 )。  

3・

3

  ポ ンプの前進 圧 力波とノ ズ ル の        反射 圧 力波  ポソ プか らノズルに向う

次前 進 圧 力 波を (

13

)式お よび (

14

)式に て下 記 条 件に より n

=3000

 rpm , 

am

 rpm

1000rpm に て求め る。  

F ;0 .

636

 cm2  

V8 = 7t

V2 =

0

9cmS        (

Vl =

0

6cmS )  

q =3。

14

10−

2 cm2  

E =

2

104kg

/crn2

ゆ !

(17)

高 速 デ ィゼル の燃 料 噴 射圧力につ い て (益 田 亮) r =

O

 

 

000763

 

kg

/cm2

K 一

5

。鰍 、

1

763

56

・m ・/kg

・  

A

 

0

03

  B = 

O.

0055

,  σ

 

0

00008

 

(13)式よ り

Clv

を求め

Plv =

Clv

K

よ りポン プ 動 中の圧 力 過 程を算 出しカ ム 角度 a

°

に対 して グラ フ に 示すと第 19 図の如 く なる。 た だ し作 業 開始 点の吸入効 率 効お よび バ イ

ス に 基づ く圧力低 下の修正は し てな い e

 

なお側路弁が開 きポ ンプの作動が終り逆止弁が閉じ る と (14)式に した が っ て前 進 速 度波は急速に低下 し

次 前 進圧力も次式のく低 下 す る。 n

=3000rpm

: 

Piv ;

374 e

o

9950t n

2000rpm : 

Piv =

223 e

1

493α n

=1QOO

 rpm :  Pl

二98

 e

2

geBCt  これ を 第

19

図に示 す。

 

また プラ ンジ ャが 上 昇し始め ると脇路 弁が なければ第

19

図の曲線に沿っ て圧 力が上 昇 するが 脇路 弁が 開い て い る間は こ こか ら燃料 が 逃げるので圧 力は上 昇 しない。  そ の場合の噴 射 始め の圧 力 過 程は脇 路弁の面 積 変 化か ら (

21

) 式に よっ て求め られる。 脇路弁が 閉 じて か らの 圧力は第

19

図の如 く上昇 すると考 え られ る。

 

またノ ズ ルに おい て前 進 波

部は反射 波と して ポ ソプ側に進み

圧 力が集積さ れてゆ く

その時の反 射 圧 力波の大 ぎさは q/Ptfに よっ て定 り

32

)式か ら 求め られる。

 

今 g/μ/; 17

1

と し て前 進 波に対 する反 射 波の関 係 を式で 示すと次 式と な り

グラ フに 図 示 すると第

6

図の 如 くな る。

  Pr =

239

7

Pv

3591

29

239 .

7Pv  kg

/cm2

 3・

4

噴 射管内 の 圧 力 過 程の実 験値と 計 算値  実 験 値の 解 析の

例 と し て第

11

図 中の

Cl4

の場 合 の下 記 条 件の場合を と り

その グ ラフ と重ねて計 算値に 基づ グラ フを第

20

図に画い て見る。   実 験 条 件 プ ラ ン ジ ャ 径 ノ   ズ   ル レ バ

開 度 噴    射    管 ポ ソ プ 回 転 数 毎 回 燃料 噴 射 量

M

7

 (

O .

6

φ)

100

2

φx1703000137

9mmS

 

まず 実験 値の圧 力 上昇 線の階 段 幅の カ ム 角度か ら噴射 管の相 当 長 さ を求め, (

33

)式より圧 力波の往 復回数

i

を 算出 する。  実 験値の圧力上昇周期        ポ ソプ作 動 角度  θ   

30c

  噴射管の当長さ 

lc

皿 は

  次 前 進 圧 力 波 Pvkgtr   カム角 度ae 第

19

図   ボ ンプ側

次 前 進圧 力波

一 57 一

(18)

相 模工 業 大 学 紀 要   第 1巻   第 1号 ●      

5

t =150000x

     

2x3000x6

≒ 21

O cm  よっ て (

33

)式より圧 力波の往 復回数

i

    θ    α z

m

×

21

     

30×

150000

2

3000

21 .

0

2

≒ 6  ポ ンプか らの

次 前 進波は第

19

図の 曲線 の 作動 開 始 点を 修正 し た ものをと り, ノズル の反射 波は第 6図の曲線よ り 求め て,

次反 射波お よ び 二次 反 射波を 上記

次前進 波にそ れぞれ 位相をず らし て集 積し た結 果を第

20

図上に実 線と し て 示 し

これに験 結 果の点 線にねて 見る。  計 算 値 と実 験 値 と比 較する と計 算値の 方 が 少 し小 さ くなるがほぼ 近い結 果と み な さ れ る。   同様に速 度 波か らも (

27

)式また は第 4図よ りノ ズル の反射を求め, (12)式の

次 前 進 波に 集 積 し た後

7

)式か ら圧 力波の変 化過 程が求め ら れ る。  か よ うに し て高 速デ ィ ゼル の 燃料 噴 射 系の圧 力変化を推 定 するこ とがで る。 2            

 

1       2               m 燃 料 噴 射 圧 力 ρ κ                 11 1400 12 10DO 800 600 400 2σ0 プラン ジ ヤ9φ 毎分 回 転 数 sooo ノジズノレ M7  (0

6φ) レバ

開 度 1血0%

  計 算 値

一__一

  実験値 , 〃 , ’   ’ 1 ノ ! ノ ! ! 」 、 ー

广 ( ! ! ! !   !   ノ   ’ ’       二 次反身

ti皮} ’       ノ

s

’    !

   丶 ’       \ ‘

次 反 射 波 )

 

 /

贓 跏

   

1

’ 、

        

 

ノ        

丶 , ”

む  す  び

1

訓 )   

25   本 実 験は高 速デ ィ ゼ ル 燃 料 噴 射 圧 力 が各 種の条 件に よっ て変 化する状況を実 験で確 認 する と 同時に ポγ プとノズル条件が与え られれ ば理論 的 にそ の噴 射 圧 力 を 近 似 的に推定で きるこ と を確め た。 引  用  文  献

1

 Process

 

in

 

Injection

 

in

 Syste皿 of 

Oil

 

Engines

  

by

 

S.

 

J

 Davies and  

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Giffen.

 

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College

   

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3, 皿/

1940

2)

 Hydaulics

 of 

Fuel

 

InJection

 Pumps  

for

 

Com

    pression Ignition 

Engnes .

  A

 M

  Rothreck

   

NACA

 Report 

No .396.

3

 Pressure

 

Calculation

 for

 

Oil

 

Engine

 

Fue1−In・

20    

15    

10    

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S     Top     5        カム角度a

第 20 図

58

) 4 )

5

6

) 7 燃料 噴射 圧 力の 変 化 過 程 (実 験 値お よび 計 算 値)

jection

 

System

 

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卜 ト し i ■ ヨ

吻 t.

凾 −

 

帰 −

参照

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