株式会社 アイ・アール・エス ~ インジェクタ再生洗浄サービス ~

ガソリン・ディーゼルエンジン用インジェクター再生洗浄サービス

噴霧計測にもいろいろあります。

2013-12-26

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こんにちは。アイ・アール・エスのせんむです。

今日は晴天で、気持ちの良い青空が広がっています。

(*^ワ^*)

車の窓から、雲ひとつ無く広がる気持ちの良い青空を

見ていて、ふと先日のお問い合わせを思い出しました。

噴霧計測についてのご質問だったのですが、今回ご

説明した計測原理には、 空がく見え、夕空が

見えるという現象を解明した、レイリー卿の偉業が

大きく関わっているからです。

ここで、ひとことに噴霧計測といっても、噴霧角、ペネトレーション等の、空間

分布に関するものや、噴霧粒子の粒径など、計測対象は様々で、それぞれ

について 計測方法も多く存在します。

また、そもそも噴霧自体、小麦粉のような固体噴霧(粉体)もあれば、

燃料噴霧の ような液体噴霧、ウェットブラストのような、それぞれが

混合されたもの等、 その形態も様々です。

今回は、燃料噴霧の粒径計測についてのお問い合わせだったので、学生

時代によく使用していたLDSA(Laser Diffraction Spray Analyzer:レーザー回折式粒度分布測定装置)

のご紹介をいたしました。

LDSAは、空間的な噴霧の濃度が低く(噴霧が薄く)、噴霧粒径が比較的

大きな噴霧の粒度分布(どの程度の大きさの粒が、どの程度含まれている

かの分布)を計測するのに適した計測器で、取り扱いも容易なため、

ガソリンインジェクタでの噴霧計測に適した計測器のひとつです。

この測定原理は、レーザーの回折を利用したもので、おおよそ以下の順序

で説明するのが理解しやすいと思います。

まず、噴霧中に照射されたレーザーは、噴霧粒子による回折のため、進行

方向を変えるように散乱されます。

これは、コンサートなどで散見する、レーザーを空間中に放出する演出と

同様で、目に直接レーザーが入るのではなく、空気中の微粒子により、

本来の進行方向とは別の方向にレーザーを散乱させ、減衰されたものが

目に入ってくるため、微粒子が存在する場所にレーザーの光が見えること

を利用したものです。

そもそも、目に直接レーザーが入ると非常に危険ですからね。Σ(゚Д゚|||)

このとき、回折により進行方向が曲げられる角度は、粒子の径とほぼ比例

し、小さい粒子になるほど大きな角度となります。上の画像は、この現象を

概念的にあらわしたものです。

次に、進行方向を曲げられた光を、フーリエ変換レンズで受光します。

これによりレーザーは、レンズへの入射角ごとに、レンズの後方ではある

一定の場所に集光されます。

つまり、同じ粒径の粒子で進行方向を曲げられたレーザーは、同じ角度で

レンズに入射するため、レンズを通り同じ場所(同円周上)に集められる

ことになります。

よって、レンズ後方にセンサーを複数配置すると、センサーの位置ごとに、

そのセンサーを照射するレーザーは、同じ径の粒子で回折したものという

ことになります。

したがって、各センサで検出された光の強さは、そのセンサーの位置に

応じた径の粒子の頻度をあらわすと考えることができ、各センサーでの

計測を集合させることにより、粒径分布を計測することとなります。

ここで気がつく方もいらっしゃるかも知れませんが、一度散乱した光が、

さらに別の粒子にぶつかる(多重散乱する)と、上記の原理は成立しません。

よって、ロジン・ラムラー式のような粒度分布モデルを予めもっておき、

それにより計測値を補正するなどの方法が採られます。

しかし、この補正は完全ではないため、そもそも多重散乱を起こさないよう

噴霧の空間的な濃度を低くしておいた方がベターということになります。

と、ひとことに噴霧の粒径計測といっても、その測定原理をある程度把握

しておかないと、間違った計測をしてしまう可能性がある点に注意を払わ

ないといけません。

また、噴霧粒径の計測は他にもいろいろな方法があるため、用途に応じた

方法を選択することが肝要で、さらに、計測のみではなく、代表粒径

(メジアン径、ザウタ平均粒径など)の算出など、データの処理にも同じ

ことが言えます。

と、そこまで書くとちょっとした論文なみに長くなってしまうので、それは

また別の機会にします。

いずれにせよ、もとは同じ燃料なのに、微粒化の方法によっては生成する

噴霧は異なるものとなり、それによりエンジンの性能にも大きく影響する

ということはとても興味深く、それを解明していくには、上記の計測原理

などもしっかり把握することが大切だと思います。(*^-^*)

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