高
速
デ
ィゼ
ルの
燃
料 噴射
圧
力
に
つ いて
益
田亮
*Fuel
IIljection
Pressure
ofthe
High
Speed
Diesel
Engine
Makoto
MASUDA
It is the purpose of this report to present the experimental
data
for
the characteristics of theactual
fuel
injection
presure , and to present the analyzing method of the performance of theinjection
system on the
high
speeddiesel
engine.
In
this experiment , thefuel
injection
presure of the injection system (usingJunkers
pump )is
meas・
uredin
various conditions , i.
e.
at different pump speeds atdifferent
且ever positions,
bydifferent
dia・
meters of the pump plunger or the nozzle
hole
andin
different
tubelengths。
At
the same time,
formulas
arederived
for
computingthe
instantaneGus
pressuredelivered
by
afue
且pump of theby−
pass valve with the optional cam profile.
Additional formulas are givenfor
deter.
mining the effect of the by
−
pass valve opening.
And also the re且ected pressure wave at the nozzleis
analized
。
It
is
concludedin
this report thatthe
experimentalfuel
injection
pressure curve conincides approx・
imately
withthe
curveindicated
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
一
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 射系の一
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
ー
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
と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 部, 写真4
は角 度 測 定 用の フ ラ イホ イー
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 形 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 中の音速kg
/cm2cm /skg /cm3cm /s2cmcmcmkg /cm2kg /cm2S cmcm /S41
丶
相 模工 業 大 学 紀 要 第
1
巻 第1
号 咽 写 真 1 」 写 真2
_
42一
、 馬高 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
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 続の方程 式は ∂e 9 ∂P ∂t r ∂x ∂c 9 ∂P ∂xra2
∂t丿
弖
s
⊥1
+⊥
E
く
一
工 9V冨
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
詈
)
イ(
t・罰
・ 一 ・・+1
匚
F
(
弓
)
・/(
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 射の後に 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己
Po十Pv十PT c=
Cv 十Cr rF(
t− 一
α)
一
・・v一
… T(
t十一
α)
一 ・r詈
F
(
ε一一
a)
=
・
Cv ア 6肩
)
亙 α 十 オ(
ノ 9 万 ま け.
お 0 ⊥K
と=
K
働二
9 け 今 1m ニ ー
kCr
}
(3
) (4 } よっ て (3
)式は貿
抄
}
…
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 路孔の影 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 /sCI
。: ポ ソプ出口1 − 1
に おける前 進 速 度 波の大 きさ cm /sCIr
: ポ ソプ出口 1− 1
に お け る逆進 速 度 波の大きさ cm /sF
: プ ランジ ャ の断 面 積 cm2q :
噴 射 管の管孔 断 面積
cm2
↑
α1
− ・
二
/ :↓
ノ
1
τ
乖
’
Vi
oo , lF11 幽 111B’
■ 11一
1 」一一閘
■
第 1 図一
1
t40
一 1 矧.
44一
〕
高 速デ ィゼル の燃料 噴 射 圧 力 につ い て (益 田 亮 )
V1
: ポ ンプ容 積 cmaV2
: 逆止弁 室 容積 cm3V
,=
V
,+V2
: ポン プ空 所全容 積 cm3 p1: ポソ プ出口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 して一
qC ・+Fv 一
号 讐
一
・(・) (
5
)式 と同 様 な 関 係 がポン プ出口 におい て成立する。陛 鮒
壱
c
・・−
kc
・・ σ1=
σ1り
+Clr
(6
) (7) (8)よ りPl
お よ び c1 を省 略 すれ ば ・・v・論
d一
哥
・一
… + ,島
一
(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
を一
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 : ポン プ軸の 回 転 数 [min−
1】 α : ポン プ軸の 回転 角 【deg
]t =
=
蕊
: 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 ・・〆
謐
響
一
咢
畑 … +CaZ
・ (10) (11
) 初期 条 件 α =0
に てClv =0
に よっ て上の微分 方 程 式を解けば …一
[
・一
謐
・・舞
享
)
(
・一
認
う
・(
B−
・2
鵬
・)
・+c
・a]
(12)上式か らカ ム軸の 回転 角 度に対 する速 度の振幅の経過 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。… +
雛
豊
一 ・(・
3
) qsrRa
.
’
・
CIv =
σIe6nF2
(
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 管の方へ 排 出 さ れ るが,一
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。一
(q
+q
・)σ・+F
・一
葦薯
一
・P・
−
P・+kc
・v−
】}
c
・rCI ニClv
+Clr
上三式よ りVs
d
σlv σIv + (q+qo)KE
dt
FvVs
=
− 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
σIrClr
=0
− =O
dt
v
,dCI
.dCIr
(dt
17
) (10
)..
Clv
+ (q+q。)K
五7
dt
Fn
−
(A
+B
α+σα2) (18)q
十90
L
,M
,N
を任 意の常 数と し て側 路 孔の面積の一
般形 は ポ ンプ の カ ム 角度に対 し次の如く表わ せ る。qo
;L
十Ma
十Ncrt
(19
)陛
.
dt
=⊥
da
t=−
6n ’
6n
一
45一
相模工業大 学 紀 要
第
1
巻第
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
=
ら開口弁につ いて のみ考 察す る (第 2図 参 照 )。
今ノ ; 噴射 孔の断 面積
cm2 μ : 噴 射孔の流 量係数つ
C
皿 : 噴射 孔 入 口H −
∬ に おけ る絶 対 速 度 cm /s 1 6n2V3
F
{MA
十 (q
十L
)B
十2
{NA
十(q
十L
>σ}α十(MC − NB
)α2}q
+L
+Ma
+Na2
Ke
(α+L
+Ma
+Na2
)3‘
+K
,E2
、謂
嬲
.N
。、)5[
・… L・・σ …q
+・・NA −
・M
・A −
・・q+・・MB
−
{10MNA
+2
(q+L
)MC
+8
(q+L
)齠 }α一
{10N2
A
+10(q
+ 1ン)NC +M2
C − MNB
}α2 ・・4N
・B −
・MN ・…]
一
[
詫
一
雛 耀
量
一
,簿
盤
・畿
寄
遡
嬲
篇
IM
廴
轟 器
副
ビ(
髀
_蕭
雑
黝
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 射弁
は通常
開口弁を使用 す る か (21)CIIvt
↑
l
H
曁
9
Oi
■
,
,
/’
∫
第2
図II
Clv
: ポン プ か ら噴 射 孔 矼一
∬ に来 る速 度波の大きさ cm /s σ1。: 噴射 孔 ∬一
豆 か ら ポン プに逆 進 す る速 度 波の大ぎさ cm /sC
。t : 噴射 孔か らの 噴 射 速 度 cm /sPm
: 燃料の噴 射さ れる シ リン ダ内 圧 力kg
/cm2 P皿 : 噴射孔 入 口ll− ll
に お け る圧 力kg
/cm2Q
: 噴 射孔か ら流 出す る燃 料 容積cmS /s
こ の場 合の圧 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・一
赱
…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9Q
・一
(μノ)・[
{
挈
(
P
皿一
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
−
・)一
磊
(σ… σ・・)clt
・+σ・砂
…≠
、藩
)
ζ、
と
、絵
硫 ザ σ齢
(26) (27 ) 哩 「『
「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
・’甚
… 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 C[v・
=
O
(27
)式よ り・
一
ノ
・・驫
一
4
・盗
・28・ (23) (24) 式よ り σ11二
σ皿v,
Q
=
Cll
■’
q(
22
)式・ ・P
・−
P岐
・… こ の 場合噴孔からはポ 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。一
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 波の値が定まる。 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 ・1一
…f
・・t ・・ は 砺 ・謝讐
エ ネル ギー
の法 則か ら(
c
・
t・一
σ ・・)毒
一
・−
Pz 上 二式か らc
・t−
》
2
“ゆ岬
−
(2qq2μ∫)22
(P−
Pa)9Cst
÷r
(29) (3) 式より (29
) ・・Cv
・α・一
・∫岼
帰
飾 ・P・一
・・ ・… 開口弁に おい て は Po・
=
p。 とし て差 支 えない 。 c【:v=
o { sl3
° 20 10 1000 2000 3000 4(M)O sooeレ
→ CI恥 !s 第 3 図 噴孔 に おける速 度 波の反 射状況一
47相 模工業大学紀 要 第
1
巻 第1
号 lsi
第4
図 前進速 度 波に対する逆 進 速 度 波の大 き さ↑
Pr
k
擁
姻 第5
図 蜜射弁 に お け る前 進圧 力 波と 反 射圧 力 波一
48一
朔高 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
・)一
・冠
平
瓶
訊
(4) 式を代入 すれば咢
(P・−
Pr)一
・パ
挈
瓶 訊 ・豚
穿
アー
,、K
と す れ ば (・D
.
2− 2a − T
[kg/。m ・ ]Pr 一
詈
・Pv 一
搾
・ ・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<OC
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 きるこ とがある。Pv =
T
:Pv =
0,
()Y=
OqCv
−
・冠
筆
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 等しい 。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 く一
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 波に対す る反 射 圧 力 波は定まる。
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 出発 した速 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 に達する。
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 も一
般に ポ ン プの 押 出 す 期 間 よ り長 くなる。第
7
図はある長 さの噴 射 管中の圧力波がポ 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 噴射管の短い ほ ど,
噴 射 期 間は短 くな る が 噴 射 圧 力 は 累計数が増大 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 49一
相模工 業大学紀要 第
1
巻 第1
号1
劈
漢
播窩
読
劃
, o 0.
002 0.
001 4〔 3000 n 「pm.
OOIO 0.
OOO8.
OOO6.
OOO4.
ooo2 圧 力 瀲 臣÷
(例)驪
。。、黜
黜
・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 管の短い 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 レバー
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,
第9
図である。 その他の実験 条件ポン プ径
9mm
回 転数 1000
一
3000
rpm 噴射管径 2mm 噴射管 長さ170
mm (〜470mm
)靆蠶
1
:
評
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
ー
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
205C
ボ ンプの カム リフ 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
.
9640
.
02
384
.
16
721
.
78
60
.
09
404。
25
741
.
64
80
.
19
424.
28
761
。
50
100.
3144
〃781
.
35
120.
43 4642080L21
140.
70 484.
07 821.
09 160.
97 503・
89
840
.
98
181.
22 523。
71860
.
83
201
.
55
543
.
51
880。
74221
.
85
563
.
30
920。
55242
.
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
噴
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。 網一
50一
囎 遭・
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 出唱
始 終 め 使用 範 囲 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%鹽
% 100 %■
.
0 工0 2D 30 40 50 60 70 80 90 1QO 110一一一
チ カム角度 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
.
リ尋
碧
良
其
レ レζ
’ 200 1別 誇異
レジ
靉
100齒
壌 80 %南
度 60 %f
開 度釜
づ
開 度 2 % 送出 終 cm o.
4 % り 0.
3 り 」 100 .が
o.
2.
「
50 0.
1 0 5 10 15 25 30 35 40TOP カ ム角 度 αe 第9
図ボ 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
一
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
一
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
ー
開度に よ る影響一
第15
図 レバー
開 度に ほ ぼ比 例し て最大 噴 射 圧 力は上 昇 する。 51相模工 業 大 学 紀要 第
1
巻 第1
号 1『
酌 1 跏噴 射 圧 力 P 帥 k 1000 脚 鋤 400 200 ノツズル
____
ポ ンプ_.
__
噴射管 (ノVズル側)_一
一
_.
噴 射管 (ポンプ 側 ),
e−・
葛 ’”
,
ク
)
’
i
’
t!
ゲ
〃
ノ4
ノ
ド
30,
γラ
ン 炉 、 丶’
\、
グ
丶
僚
t,
ポンプ プ ラ欝
ノ
丶
丶
一 M7 zLli
、
添
触 丶』 丶
NLs』 NX
’
,
N、
、
丶 丶 、 丶 、 丶 N’
、 丶「
丶 丶 丶 丶一
20 第 10 図一
1 TOP カム
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
2000rpmC
12} 齟
一 ’
『2500rpm
3000
rpmC
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
噴射
圧 力Pkg
/cm21000
0
レバー
開 度100
% 噴 射 管2
φX170・
へ
、筏
\
..
ノ
評
丶ヒ
グ
ノ’
/、
ジ
〆”
/
「
.
グ
一
.
Z
! 1 / / / / ノ ノ ! ノ 蘭黛
. 、、
丶 ,、
馬
丶鹽
\_40
一
30
_20
第
11
図 また レ パー
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
ー
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・
10Top
カ ム角
度 α゜ 回 転 数 に よ る 影 響10
20
噴 射ノ ズル の噴 射 孔に よ る影 響一
第17
図噴
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。一
52一
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
一一一
・
2000rpm
__
一 ▼
−
2500rpm 3000rpmCll
ユ53.
3mm3
C12 145.
3
mm3 C13 140.
3 mm3C14
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 fs2000
噴 射 圧 力Pkg
/cm2 10000
一 ・
一 ・
一
噴身’管 2φx330C
23_ _ 一
噴射 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 _
噴 2000
射
圧 力Pkg
/cm21000
0 相模工業大 学 紀要 第1
巻 第1
号9
φC14
137.
9
mm3_ _ _
7
φC40
80.
9 mm3 ,’
ノハ
厂
、 ノ 丶ノ
、 ! 1 / 、 丶 丶
一冖
、 毎 分 回 転 数3000
ノ ツ ズルM7
レ バー
開度 100% 噴射管2
φ×170
1一
40− 30
− 20
− 10
Top
第 14 図 プ ラ ン ジ ャ 径 の 影 響10
20
カ ム角 度 α゜廻
1000
噴瞿
… 力P600
kg
!
cm2400
200
』
一 一 一一
開 度20
%C4
− ・
・
一 ・
・
陶
40
%C5
−一一
一___
60
%C
6
} 一
一 ・
−
80
%C
7
100
%C11
65mm390.
5mm3
121.
7mm3
133.
3mm3
143.
7mm3
.
’ 、.
/’
一
丶.
ク 〆 丶 丶.
_ ノ
’
丶 、 丶
/
/
丶
プラン ジ ヤ径9
φ毎
分 回 転 数1500
ノ ツズルM7
L 噴
射
管2
φx170一40
−
30
第15
図一20
− 10
Top
レ バー
開 度 に よ る 影 響一 54 一
10
20
カ ム角
度 α゜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
ー
開1狂 %第
16
図レ バ
ー
関 度に対 する燃料 噴射 量一
40一
30一
20 第 17 図一
10 Top 「 10 20 30 カム角度 α゜
噴 射ノ ツ ズ ル に よ る影 響一
55一
40相 模工 業 大 学 紀 要 第 1巻 第 1号 【 記
3
。
実験結果
の理論
式に基づ く解析
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 ト曲線
を 近 似式 で示す と次式の如くなる。 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一
〇.
00024
α2) 上 式 中 n≡1000
, n=
2000
, n・
=
3000
と し て グラ フ に示 した のが第
9
図である。 よっ て (10) 式は v=
n(、4
+B
α+σα2) A= −
O.
03B =0,
011
σ= −
O.
000243・
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
図の実
験 値4,に 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 の噴
射 管 内の圧 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
に達して 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 とにする゜こ の伝 播速 度 acm /s は噴
射管内
の圧 力波
形か 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 間の往復 時間を τsec.
その往復回数を i, ポン プ の作時時 間を t sec・
その作 動 角 度を 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
髪
}
・÷
論
第
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 でその階段数か 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 らノズルに向う一
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
cm2V8 = 7t
十V2 =
0.
9cmS (Vl =
0.
6cmS )q =3。
14
,10−
2 cm2E =
.
2.
104kg
/crn2;
ー
咽
」
ゆ !高 速 デ ィゼル の燃 料 噴 射圧力につ い て (益 田 亮) r =
O
.
000763
kg
/cm2K 一
者
一
、5
。鰍 、1
糒
763−
・・
56
・m ・/kg・
・A
」=
−
0.
03,
B =O.
0055
, σニ
ー
0.
00008(13)式よ り
Clv
を求めPlv =
Clv
/K
よ りポン プ作 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 イハ
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
一
次 前 進圧力も次式の如く低 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 ル側に おい て前 進 波の
一
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
十239 .
7Pv kg
/cm23・
4
噴 射管内 の 圧 力 過 程の実 験値と 計 算値 実 験 値の 解 析の一
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 くグラ 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 バー
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 θ30c
噴射管の相当長さlc
皿 は一
次 前 進 圧 力 波 Pvkgtr カム角 度ae 第19
図 ボ ンプ側一
次 前 進圧 力波一 57 一
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
は.
θ α z三
〇
m
×21
−
30×150000
2
。3000
。21 .
0
。2
≒ 6 ポ ンプか らの一
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,一
次反 射波お よ び 二次 反 射波を 上記一
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,
これに実験 結 果の点 線に重ねて 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)式の一
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 ぎる。 21 2 m 燃 料 噴 射 圧 力 ρ κ 11 1400 12 10DO 800 600 400 2σ0 プラン ジ ヤ径9φ 毎分 回 転 数 sooo ノジズノレ M7 (0
.
6φ) レバー
開 度 1血0%一
計 算 値一__一
実験値 , 〃 , ’ ’ 1 ノ ! ノ ! ! 」 、 ー、
广 ( ! ! ! ! ! ノ ’ ’ (二 次反身,
ti皮} ’ ノ’
s.
’ !’
丶 ’ \ ‘一
次 反 射 波 )屍
一\
\
/
贓 跏1
’ 、/
、
丶
ノ
丶 , ”.
む す び1
一
訓 )−
25 本 実 験は高 速デ ィ ゼ ル の燃 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 プ側とノズル側の諸条件が与え 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 ofOil
Engines
by
S.
J
.
Davies andE .
Giffen.
Kings
College
London
J
・
SAE
Vol。46,
Ne.
3, 皿/1940
2)
Hydaulics
ofFuel
InJection
Pumpsfor
Com
・
pression Ignition
Engnes .
A.
M.
Rothreck
NACA
ReportNo .396.
3
)Pressure
Calculation
for
Oil
Engine
Fue1−In・
一
20−
15−
10−−
S Top 5 カム角度a’
第 20 図一
58一
) 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
E .
Giffen
&A .
W .
Rowe
, The
Institute
of MechanicalEngineers
,
Jan
−
June
1939.
Vorgang in
Einspritzsystem
schnellraufenderDieselmotoren
E .
Blaum.
Forschung 7, Bd/Heft
2
April
1936.
Gemischbildung
undVerbrennung
in
Diesel・
motor