JP2004144005A

JP2004144005A - 燃料噴射弁耐久試験装置

Info

Publication number: JP2004144005A
Application number: JP2002309525A
Authority: JP
Inventors: Takeji Yoshida; 吉田　竹治; Isao Kamibayashi; 上林　勲
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】長時間にわたって燃料を安定して供給することができ、異物混入燃料の異物の濃度を一定に保つことができる燃料噴射弁耐久試験装置を得る。
【解決手段】異物を混入した燃料５０を貯留する燃料タンク２と、燃料５０を加圧して燃料噴射弁１に供給する増圧装置３Ａ，３Ｂと、燃料５０を循環させる閉ループ燃料通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とを備えた燃料噴射弁耐久試験装置であって、増圧装置３Ａ，３Ｂは、円筒状のシリンダ部１５と、シリンダ部１５内を往復動するとともにシリンダ部１５と協同して燃料を加圧する加圧室２２を形成するプランジャ部１７と、燃料５０を一方向にのみ流通させるチェックバルブ３１，３２とを有する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃料噴射弁の耐久試験に用いる燃料噴射弁耐久試験装置に関し、特に異物が混入された異物混入燃料を連続して供給しながら燃料噴射弁を動作させ耐久性を試験する燃料噴射弁耐久試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は輸送機械を始めとするあらゆる機械の駆動源として用いられており、装置の中でも根源的な要素であるため、その性能においては壊れにくく耐久性に優れたものが望まれる。そのため、内燃機関そのものの性能試験や耐久試験はもとより各構成部品についても性能試験や耐久試験が行われることが多い。例えば、日本工業規格に「自動車ガソリン機関用フューエルフィルタ試験方法」が定められている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
内燃機関の重要な構成要素として燃料噴射弁がある。この燃料噴射弁においては、噴射時期、噴射量、噴射圧力、噴射パターン等の試験が行われている（例えば、特許文献１）。そして、燃料噴射弁の耐久試験の一つとして、異物混入燃料による耐久試験がある。この試験は、異物が混入された異物混入燃料を燃料噴射弁に供給しながら燃料噴射弁の開閉を繰り返す、すなわち燃料噴射弁の駆動を行う。そして、これを連続して長時間行い噴射の状態を観察しながらその耐久性を試験する。この発明に係るタイプの燃料噴射弁においては、例えば数億回開閉を繰り返しても正常に動作することが要求される。
【０００４】
このような燃料噴射弁の耐久試験に用いられる燃料噴射弁耐久試験装置の主な構成としては、異物を混入した燃料を貯留する燃料タンクと、この燃料を加圧して燃料噴射弁に供給するポンプと、燃料噴射弁が噴射した燃料を再び燃料タンクに戻す閉ループ燃料通路とが有る。
【０００５】
そして、燃料を噴射弁に供給するポンプとして、従来、羽根車を回転させて加圧する構成のターボ式ポンプや、ケース内のロータを回転させて加圧する容積式のポンプ等が用いられていた。
【０００６】
【非特許文献１】
日本工業規格、「自動車ガソリン機関用フューエルフィルタ試験方法」、ＪＩＳＤ１６０８、財団法人日本工業規格協会、昭和５７年５月３１日
【特許文献１】
特開平１１−３５２０２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来の燃料噴射弁耐久試験装置においては、燃料に混入する異物として、例えば数十μｍの粒経の珪素等の金属を用いる。そして、この珪素等の金属は非常に硬く、ターボ式ポンプの羽根車や容積式ポンプのロータを傷つけしまうことがあり、長時間にわたる安定した燃料の供給が出来なくなるので問題であった。
【０００８】
また、このような異物混入燃料による耐久試験においては、燃料に含まれる異物の濃度を一定に保つことが重要であるが、異物がポンプを通過する際、ターボ式ポンプの羽根車や容積式ポンプのロータ、ケ−シング等に堆積してしまい、濃度を一定に保つことが出来ないので問題であった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料に混入した異物が詰まりづらく、長時間にわたって燃料を安定して供給することができ、さらに異物混入燃料の異物の濃度を一定に保つことが出来る燃料噴射弁耐久試験装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料噴射弁耐久試験装置は、異物を混入した燃料を貯留する燃料タンクと、燃料を加圧して燃料噴射弁に供給する増圧装置と、燃料タンク、増圧装置、及び燃料噴射弁の相互間に設けられ燃料を循環させる閉ループ燃料通路とを備えた燃料噴射弁耐久試験装置であって、増圧装置は、円筒状のシリンダ部と、シリンダ部内を往復動するとともにシリンダ部と協同して燃料を加圧する加圧室を形成するプランジャ部と、閉ループ燃料通路の一部を成し加圧室に燃料を供給する燃料供給通路及び加圧室から燃料を吐出する燃料吐出通路にそれぞれ設けられ、燃料を一方向にのみ流通させるチェックバルブとを有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の燃料噴射弁耐久試験装置の概略を示す燃料圧力印加系統部の系統図である。図１において、燃料圧力印加系統部１００は、燃料タンク２と増圧装置３Ａ，３Ｂとこれらの間に設けられた燃料通路とを有している。燃料タンク２には、異物を混入した燃料５０が貯留されている。燃料タンク２の上部に燃料噴射弁１が固定されている。燃料タンク２から延びる燃料通路Ｐ１には、２基の増圧装置３Ａ，３Ｂが設けられている。そして、２基の増圧装置３Ａ，３Ｂから延びる燃料通路Ｐ２，Ｐ３は合流して燃料通路Ｐ４となり燃料噴射弁１まで延びている。
【００１２】
燃料タンク２に貯留された異物混入燃料は、２基の増圧装置３Ａ，３Ｂによって加圧され、燃料噴射弁１に供給される。この状態で噴射弁１を動作させると、噴射弁１は異物混入燃料を燃料タンク２内に噴射する。この異物混入燃料は、燃料タンク２に貯留された後、再び増圧装置３Ａ，３Ｂによって燃料噴射弁１に供給される。このようにして、異物混入燃料は燃料タンク２、増圧装置３Ａ，３Ｂ、及び燃料噴射弁１を循環する。すなわち、燃料通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４及び燃料タンク２の一部は、燃料タンク２、増圧装置３Ａ，３Ｂ、及び燃料噴射弁１の相互間に設けられこの３者間で異物混入燃料を循環させる閉ループ燃料通路を構成している。
【００１３】
図２はこの発明の燃料噴射弁耐久試験装置の燃料圧力印加系統部及び燃料圧力加圧系統部を示す詳細系統図である。燃料圧力加圧系統部２００において、作動油タンク５には、増圧装置３Ａ，３Ｂを駆動するための作動油６０が貯留されている。作動油６０は、作動油ポンプ６によって加圧され圧力制御弁７を経由して増圧装置３Ａ，３Ｂに供給される。そして、圧力制御弁７と増圧装置３Ａとの間に切り替えバルブ８Ａが設けられている。また、圧力制御弁７と増圧装置３Ｂとの間に切り替えバルブ８Ｂが設けられている。切り替えバルブ８Ａ，８Ｂは、外部からの電気信号によって動作する電磁バルブであって、これらはシーケンサ９と電気的に接続されている。そして、増圧装置３Ａ，３Ｂには、それぞれプランジャ部の移動位置を検出する位置検出センサ４Ａ，４Ｂが設けられている。
【００１４】
図３は図２の燃料圧力加圧系統部に用いられる増圧装置の断面図である。尚、図３は増圧装置３Ａの構造を示すが増圧装置３Ｂも同様な構造を成している。増圧装置３Ａは、円筒状のシリンダチューブ１１と、シリンダチューブ１１の前側の端面を閉塞するエンドカバー１２と、シリンダチューブ１１の他方の端面を閉塞するロッドカバー１３と、シリンダチューブ１１の内周面を摺動するピストン１４と、ピストン１４と一体的に連結されたシリンダ部として動作する円筒状のピストンロッド１５と、ロッドカバー１３と一体的に設けられた中空ケーシング１６と、中空ケーシング１６に取り付けられプランジャ部として動作する概略円柱状の増圧ロッド１７と、増圧ロッド１７を固定するナット１８と、シリンダチューブ１１内でピストン１４とロッドカバー１３との間に縮設されたばね１９と、異物混入燃料５０を一方向にのみ流通させるチェックバルブ３１，３２などから構成されている。
【００１５】
シリンダチューブ１１には、作動油６０を給排するためのポート２０が設けられている。ピストン１４の外周部のシリンダチューブ１１の内周面に接触する部分にパッキン２１ｂが設けられている。ピストンロッド１５は、ロッドカバー１３に設けられたパッキン２１ａを密に貫通している。ピストンロッド１５の中心部には、前端側に開放する加圧室２２が形成されている。加圧室２２の入口には、増圧ロッド１７が密に摺動するためのパッキン２３が設けられている。
【００１６】
中空ケーシング１６には、ピストンロッド１５が挿入可能な空間２４が設けられている。増圧ロッド１７は、中空ケーシング１６の底部を貫通してナット１８によって締結されている。増圧ロッド１７の中心部には、加圧室２２の内部と外部との間で異物混入燃料５０を流通させるための流通路２５が設けられている。流通路２５には、チェックバルブ３１を介して燃料通路Ｐ１が、チェックバルブ３２を介して燃料通路Ｐ２が、それぞれ接続されている。増圧ロッド１７は、ピストンロッド１５の移動にともなって加圧室２２に嵌入し、加圧室２２内の異物混入燃料５０を加圧する。
【００１７】
図４は増圧装置の一部を構成するチェックバルブ３１の断面図である。尚、チェックバルブ３２も同様な構造を成している。チェックバルブ３１は、ケーシング３５，３６と、ケーシング３５，３６内に移動可能に設けられた弁３７と、弁３７を弁座４０に付勢する付勢手段としてのばね４１などから構成されている。ケーシング３５，３６は、異物混入燃料５０が通過する燃料通路内に所定の空間を形成している。この空間内に弁３７と弁座４０が収納されている。弁座４０は、異物混入燃料５０の流通方向に対して直角をなす面として設けられている。この弁座４０には異物混入燃料５０が流通する流通孔４０ａが垂直方向に穿孔されている。すなわち、流通孔４０ａは燃料５０の流体を妨げない方向に形成されている。
【００１８】
弁３７の弁体３８は概略円板状をなし外周縁部にシール部３８ａが全周方向にわたって環状に形成されており、弁座４０に対向するように配置されている。そして、弁３７は中心軸３９を燃料５０の流通方向に平行に摺動するように支持されて弁座４０に対して進退動可能に設けられている。そして、弁３７は付勢手段としてのばね４１に付勢されて所定の押圧力で弁座４０の流通孔４０ａを塞ぎ燃料５０の流通を阻止している。燃料５０の圧力が弁体３８に作用し、この圧力が所定の大きさに達すると、この圧力はばね４１の付勢力に打ち勝って弁３７を図４の右方向に移動させる。これにより、燃料５０は一方向にのみ流通可能に制限される。
【００１９】
図３に戻り増圧装置３Ａの動作を説明する。ポート２０から作動油６０が供給されると、その圧力とピストン１４の断面積との積で求められる推力がピストン１４に働く。この推力がばね１９の伸長力に打ち勝つと、ピストンロッド１５は図３の左方向へ移動し、増圧ロッド１７が加圧室２２内へ嵌入する。これによって加圧室２２内の異物混入燃料は加圧され、流通路２５、チェックバルブ３２、及び燃料通路Ｐ２を介して吐出する。このときの吐出圧力は、ピストン１４の推力を増圧ロッド１７の有効断面積で除して求められる。つまり、増圧ロッド１７の断面積とピストン１４の断面積の比に応じて増圧される。
【００２０】
ポート２０から供給される作動油６０の圧力が減ずると、ピストン１４はばね１９の伸長力によって図３の右方向へ移動し、ピストンロッド１５は増圧ロッド１７が加圧室２２から抜け出る方向に移動する。これによって、異物混入燃料５０は、燃料通路Ｐ１、チェックバルブ３１、及び流通路２５を介して加圧室２２内に吸入される。
【００２１】
このような動作の間において、シリンダチューブ１１の内部に供給された作動油６０はパッキン２１ｂ，２１ａから漏れることがある。漏れた作動油６０は、空間２４内に溜まり、適時抜き穴２６から排出される。したがって、漏れた作動油６０が加圧室２２の内部に混入することはない。また、パッキン２３から漏れた加圧室２２内の異物混入燃料５０も空間２４内に溜まり、これがシリンダチューブ１１の内部へ混入することもない。つまり、作動油６０と加圧される異物混入燃料５０とが混ざることはない。すなわち、パッキン２１ａ，２１ｂは、作動油６０が異物混入燃料５０に混入することを防止する漏洩防止手段を構成している。パッキン２３は、異物混入燃料５０が作動油６０に混入することを防止する漏洩防止手段を構成している。そのため、異物混入燃料５０の濃度を一定に保つことができ、信頼性の高い試験を行うことができる。
【００２２】
しかも、ピストンロッド１５に加圧室２２を設け、加圧室２２内に増圧ロッド１７が嵌入するように構成されているので、ピストンロッド１５の長さが長くならず、増圧装置１の全長が短くなって小型化される。
【００２３】
また、ピストンロッド１５及び増圧ロッド１７が中空ケーシング１６によって覆われているため、外部に露出することがない。したがって、漏れた燃料５０又は作動油６０が周辺を汚すことを容易に防止することができ、また外部からピストンロッド１５又は増圧ロッド１７への機械的な衝撃や温度の影響を防ぐことができる。
【００２４】
図５はシーケンサの動作タイミングを示す説明図である。本発明に用いる増圧装置は、シリンダ部（ピストンロッド１５）とプランジャ部（増圧ロッド１７）とで燃料５０を加圧するので脈動が発生する。この脈動を緩和するために、本実施の形態においては、２基の増圧装置３Ａ，３Ｂを並列に設けてこれらを交互に駆動する。２基の増圧装置３Ａ，３Ｂには、増圧装置３Ａ，３Ｂには、それぞれプランジャ部の移動量を検出する位置検出センサ４Ａ，４Ｂが設けられている。シーケンサ９は、位置検出センサ４Ａ，４Ｂの出力する電気信号を入力して、切り替えバルブ８Ａ，８Ｂの切り替えのタイミングを制御する。シーケンサ９と切り替えバルブ８Ａ，８Ｂとは、並列に設けられた２基の増圧装置３Ａ，３Ｂを交互に駆動する制御手段を構成している。
【００２５】
増圧装置３Ａに接続される切り替えバルブ８Ａにおいて、通路Ａ１から通路Ｂ１に作動油６０が流れると、増圧装置３Ａのプランジャ部（増圧ロッド１７）は燃料５０を吐出する方向（図５に示す前方向）に移動する。これにより、燃料５０は加圧されて増圧装置３Ａから放出される。プランジャ部が前端に移動したことが位置検出センサ４Ａによって検出されると、シーケンサ９は切り替えバルブ８Ａの通路Ａ１を閉じると同時に通路Ｃ１を開く、すると作動油６０は増圧装置３Ａから吐き出され通路Ｃ１を抜けて作動油タンク５に戻る。このとき、燃料５０が増圧装置３Ａに補充される。一方、シーケンサ９は、これと全く逆のタイミングで増圧装置３Ｂを動作させる。
【００２６】
このような構成の燃料噴射弁耐久試験装置においては、異物混入燃料５０を加圧して燃料噴射弁１に供給する手段として、シリンダ部（ピストンロッド１５）とプランジャ部（増圧ロッド１７）とチェックバルブ３１とを有する増圧装置３Ａ，３Ｂを用いるので、増圧装置として非常にシンプルな構造とすることができ、燃料に混入した異物が増圧装置に詰まりづらく、長時間にわたって燃料を安定して供給することができるので、燃料噴射弁の耐久試験を良好に行うことができる。
【００２７】
また、増圧装置３Ａ，３Ｂは作動油６０によって駆動されるので、従来用いられていたターボ式ポンプや容積式ポンプといった大型で高価なポンプを必要とすることなく構成を簡素にすることができ、コンパクトな装置にすることが出来るとともにコストダウンを図ることができる。
【００２８】
尚、本実施の形態においては、閉ループ燃料通路内に発生する燃料５０の圧力変化（脈動）を低減するために、２基の増圧装置３Ａ，３Ｂを設けているが、コストがゆるせば、さらに多くの増圧装置を並列に配置して圧力変化をさらに小さくすることも可能である。
【００２９】
また、増圧装置３Ａ，３Ｂの作動油６０として、燃料圧力印加系統部１００を循環する燃料５０の異物が混入されていないものが用いられてもよい。このような構成とすることにより、万が一作動油として用いる燃料が漏れて異物混入燃料５０に混じったとしても異物混入燃料５０が変質するがことがなく信頼性の高い試験を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明に係る燃料噴射弁耐久試験装置は、異物を混入した燃料を貯留する燃料タンクと、燃料を加圧して燃料噴射弁に供給する増圧装置と、燃料タンク、増圧装置、及び燃料噴射弁の相互間に設けられ燃料を循環させる閉ループ燃料通路とを備えた燃料噴射弁耐久試験装置であって、増圧装置は、円筒状のシリンダ部と、シリンダ部内を往復動するとともにシリンダ部と協同して燃料を加圧する加圧室を形成するプランジャ部と、閉ループ燃料通路の一部を成し加圧室に燃料を供給する燃料供給通路及び加圧室から燃料を吐出する燃料吐出通路にそれぞれ設けられ、燃料を一方向にのみ流通させるチェックバルブとを有する。そのため、増圧装置として非常にシンプルな構造とすることができ、燃料に混入した異物が増圧装置に詰まりづらく、長時間にわたって燃料を安定して供給することができるので、燃料噴射弁の耐久試験を良好に行うことができる。また、異物混入燃料の異物の濃度が安定し信頼性の高い試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の燃料噴射弁耐久試験装置の概略を示す燃料圧力印加系統部の系統図である。
【図２】この発明の燃料噴射弁耐久試験装置の燃料圧力印加系統部及び燃料圧力加圧系統部を示す詳細系統図である。
【図３】図２の燃料圧力加圧系統部の増圧装置の断面図である。
【図４】増圧装置の一部を構成するチェックバルブの断面図である。
【図５】燃料圧力加圧系統部のシーケンサの動作タイミングを示す説明図である。
【符号の説明】
１　燃料噴射弁、２　燃料タンク、３Ａ，３Ｂ　増圧装置、４Ａ，４Ｂ　位置検出センサ（制御手段）、５　作動油タンク、６　作動油ポンプ、７　圧力制御弁、８Ａ，８Ｂ　切り替えバルブ（制御手段）、９　シーケンサ（制御手段）、１４　ピストン、１５　ピストンロッド（シリンダ部）、１７　増圧ロッド（プランジャ部）、１９　ばね、２０　作動油入出口、２１，２３　パッキン（漏洩防止手段）、２２　加圧室、３１，３２　チェックバルブ、３７　弁、４０　弁座、４１　ばね（付勢手段）、５０　異物混入燃料、６０　作動油、１００　燃料圧力印加系統部、１１０　燃料圧力加圧系統部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４　燃料通路（閉ループ燃料通路）。

Claims

異物を混入した燃料を貯留する燃料タンクと、
上記燃料を加圧して燃料噴射弁に供給する増圧装置と、
上記燃料タンク、上記増圧装置及び上記燃料噴射弁の相互間に設けられ上記燃料を循環させる閉ループ燃料通路とを備えた燃料噴射弁耐久試験装置であって、
上記増圧装置は、
円筒状のシリンダ部と、
上記シリンダ部内を往復動するとともに該シリンダ部と協同して上記燃料を加圧する加圧室を形成するプランジャ部と、
上記閉ループ燃料通路の一部を成し上記加圧室に燃料を供給する燃料供給通路及び上記加圧室から燃料を吐出する燃料吐出通路にそれぞれ設けられ、上記燃料を一方向にのみ流通させるチェックバルブとを有する
ことを特徴とする燃料噴射弁耐久試験装置。
上記増圧装置は作動油によって駆動され、
上記増圧装置に供給される上記作動油を貯留する作動油タンクと、
上記作動油を加圧して上記増圧装置に供給する作動油ポンプとをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁耐久試験装置。
上記増圧装置は、上記作動油が上記燃料に混入することを防止する漏洩防止手段を有している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁耐久試験装置。
上記閉ループ燃料通路に、複数の上記増圧装置が並列に設けられており、該複数の増圧装置を交互に駆動する制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料噴射弁耐久試験装置。
上記制御手段は、
上記作動油ポンプによって加圧された上記作動油を上記複数の増圧装置に切り替えて供給する切り替えバルブと、
上記増圧装置に各々設けられ上記シリンダ部に対する上記プランジャ部の移動位置を検出する位置検出センサと、
上記位置検出センサの信号に基づいて上記切り替えバルブを切り替えるシーケンサとを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁耐久試験装置。
上記作動油は、上記燃料と同じ液体である
ことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の燃料噴射弁耐久試験装置。