JP2006342763A - 燃料噴射弁の噴射量調整方法および噴射量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な設備で調整作業が容易であり調整時間の短い燃料噴射弁の噴射量調整方法および噴射量調整装置を提供する。
【解決手段】 燃料噴射弁１０は、試験液体を使用しない環境において、駆動回路５２からコイル２６に供給される電流により作動する。光センサ４８は、可動コア１８または弁部材１２に照射した光が反射され受光されるまでの時間を検出し、制御回路で距離に変換し電気信号として出力する。ＰＣ５０は、光センサ４８が出力する電気信号から求めた弁部材１２のリフト量を元に、モータ４０を駆動する駆動電流を制御する。モータ４０とともに送りねじ４６が回転し、アジャスティングパイプ２２が押し込まれることによりスプリング２４の荷重が調整される。試験液体を使用しない環境においてスプリング荷重を調整し、開弁時間および閉弁時間を調整することにより噴射量を調整できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射弁の噴射量調整方法および噴射量調整装置に関するものである。

従来、燃料噴射弁の噴射量調整方法および噴射量調整装置として特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１では、噴射流体を使用せずに目標の電流値以上の電流値で弁部材がフルリフトするまでスプリングの一端を係止するアジャスティングパイプを前工程において予め押し込んでおき、その後工程として、噴射流体の噴射量を測定しながらアジャスティングパイプの押し込み量を調整している。

しかしながら、前工程において噴射流体を噴射せずにアジャスティングパイプをある程度押し込んでおいたとしても、後工程において実際に噴射流体を噴射して噴射量を調整するので、噴射流体を所定圧に加圧して調整対象の燃料噴射弁に供給する設備が必要になる。さらに、噴射流体の粘性を一定にするために温度を調整したり、噴射流体の漏れを防止する必要がある等、調整作業が煩雑である。さらに、噴射流体を実際に噴射し、測定した噴射量に基づきアジャスティングパイプを押し込むので、調整工程が多くなり調整時間が長くなる。

特開２００３−０２８０２３号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、簡単な設備で調整作業が容易であり調整時間の短い燃料噴射弁の噴射量調整方法および噴射量調整装置を提供することを目的とする。

請求項１から６記載の発明によると、噴射流体を使用しないときの開弁時間が予め設定された調整目標開弁時間になり、かつ噴射流体を使用しないときの閉弁時間が予め設定された調整目標閉弁時間になるように荷重部材の荷重を調整することにより、燃料噴射弁の噴射量を調整している。これにより、実際に噴射流体を噴射することなく噴射量を調整できるので、噴射流体を燃料噴射弁に供給する設備が不要になり、簡単な設備で調整できる。さらに、噴射流体を使用することなく噴射量を調整できるので、噴射量の調整作業が容易である。さらに、噴射流体を使用しないので、噴射量の調整工程が減少し調整時間が短くなる。ここで、噴射流体を使用しないときの調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間は、特定の目標時間だけでなく、特定の目標時間を含む所定の時間幅に設定されていてもよい。

請求項２および４記載の発明によると、調整目標開弁時間は、噴射流体を使用するときの実目標開弁時間を噴射流体を使用しないときの開弁時間に換算し、調整目標閉弁時間は、噴射流体を使用するときの実目標閉弁時間を噴射流体を使用しないときの閉弁時間に換算して設定される。したがって、噴射流体を使用することなく、実際に噴射流体を使用するときの実目標開弁時間および実目標閉弁時間に燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間を調整できる。

請求項５記載の発明によると、リフト検出装置は、光を照射してから反射された光を受光するまでの時間から弁部材のリフト位置を検出するので、弁部材のリフト位置を高精度に検出できる。
請求項６記載の発明によると、噴射流体を使用しないときの開弁時間が調整目標開弁時間になり、かつ噴射流体を使用しないときの閉弁時間が調整目標閉弁時間になるように荷重制御装置が荷重調整装置を作動させることにより噴射量を調整する。これにより、噴射量の調整作業の自動化が促進され、調整時間が短くなる。

尚、請求項３から６記載の発明に備わる複数の装置の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源が複数の装置の各機能を実現してもよいし、共通のハードウェア資源が複数の機能を実現してもよいし、複数のハードウェア資源が各機能を実現してもよい。

以下、本発明の複数の実施形態による燃料噴射弁の噴射量調整方法および噴射量調整装置について説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁および噴射量調整装置を図１に示す。燃料噴射弁１０の弁部材１２は、弁ボディ１４の内壁面に設けた弁座１５に着座することにより噴孔１６からの燃料噴射を遮断し、弁座１５から離座することにより噴孔１６からの燃料噴射を許容する。

可動コア１８は弁部材１２とともに往復移動する。固定コア２０は可動コア１８に対して弁部材１２と反対側に設置され可動コア１８と向き合っている。係止部材としてのアジャスティングパイプ２２は固定コア２０内に圧入されており、スプリング２４の一端を係止している。荷重部材としてのスプリング２４は弁部材１２または可動コア１８に他端を係止されている。スプリング２４の荷重は、弁部材１２が噴孔１６を閉塞する弁座１５方向に向けて加わる。アジャスティングパイプ２２の圧入位置を調整することにより、スプリング２４が弁部材１２に加える荷重が変化する。電気駆動部としてのコイル２６に通電すると、スプリング２４の荷重に抗して可動コア１８が固定コア２０側に吸引され、弁部材１２が弁座１５からリフトする。これにより、噴孔１６からの燃料噴射が許容される。

噴射量調整装置３０は、モータ４０、モータギヤ４２、ねじギヤ４４、送りねじ４６、光センサ４８、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）５０、および駆動回路５２で構成されている。モータ４０、モータギヤ４２、ねじギヤ４４および送りねじ４６は、特許請求の範囲に記載した荷重調整装置を構成している。モータ４０とともに回転するモータギヤ４２はねじギヤ４４と噛み合っている。ねじギヤ４４は送りねじ４６とねじ結合しており、ねじギヤ４４が回転すると、送りねじ４６が図１の上方または下方に移動する。送りねじ４６が下方に移動すると、アジャスティングパイプ２２が固定コア２０内に送り込まれ、弁座１５に向けて弁部材１２を押し付けるスプリング２４の荷重が増加する。

リフト検出装置としての光センサ４８は、光ファイバ、発光器、受光器、制御回路等を有している。光センサ４８は、発光器から照射された光が、光ファイバを通って可動コア１８または弁部材１２に反射され光ファイバを通って受光器に受光されるまでの時間を検出し、制御回路で距離に変換し電気信号として出力する。ＰＣ５０は、光センサ４８が出力する電気信号から求めた弁部材１２のリフト位置、言い換えれば弁部材１２のリフト量特性を元に、モータ４０を駆動する駆動電流を制御する。ＰＣ５０は、特許請求の範囲に記載した測定装置および荷重制御装置を兼ねている。通電装置としての駆動回路５２は、ＰＣ５０からの制御によりコイル２６にパルス波形の電流を供給し燃料噴射弁１０を作動させる。

次に、本実施形態の燃料噴射弁１０の噴射量調整方法について説明する。
まず、図２に示すように、コイル２６に通電するパルス幅をＴ_i、コイル２６に通電してから弁部材１２がフルリフトするまでの開弁時間をＴ_o、弁部材１２がフルリフトしている状態からコイル２６への通電を遮断し弁部材１２が弁座１５に着座するまでの閉弁時間をＴ_c、弁部材１２がフルリフトしている状態で単位時間当たりに噴射する噴射量を静的流量Ｑ、開弁時間Ｔ_oの間に噴射する噴射量をｑ_o、弁部材１２がフルリフトしている間に噴射する噴射量をｑ_m、閉弁時間Ｔ_cの間に噴射する噴射量をｑ_c、弁部材１２が弁座１５に着座しバウンスしている間に噴射する噴射量をｑ_bcとすると、コイル２６に１パルスのコイル電流を供給するときに燃料噴射弁１０が噴射する噴射量ｑは、次式（１）で表される。
ｑ＝ｑ_m＋ｑ₀＋ｑ_c＋ｑ_bc
＝Ｑ（Ｔ_i−Ｔ_o）＋ｑ₀＋ｑ_c＋ｑ_bc・・・（１）

式（１）において、ｑ₀、ｑ_cはＴ_o、Ｔ_cに応じて変化し、Ｑはスプリング２４の荷重に関わらず一定である。ｑ_bcはＴ_o、Ｔ_cの値に関わらず一定であるとする。式（１）から、Ｔ_o、Ｔ_cに関するｑの変化率とＴ_o、Ｔ_cの増分とによりΔｑを求めた式を次式（２）に示す。
Δｑ＝（∂ｑ／∂Ｔ_o）ΔＴ_o＋（∂ｑ／∂Ｔ_c）ΔＴ_c・・・（２）
式（２）から、燃料噴射弁１０の噴射量はＴ_o、Ｔ_cに応じて増減することが分かる。したがって、開弁時間Ｔ_oおよび閉弁時間Ｔ_cを調整することにより、燃料噴射弁１０の噴射量を調整できる。また、コイル電流のパルス幅および電流値が等しい条件で、アジャスティングパイプ２２を押し込みスプリング２４の荷重が増加すると、図３に示すように、弁部材１２のリフト量特性は点線１００から実線１０２に変化する。つまり、スプリング２４の荷重が増加すると、開弁時間Ｔ_oは長くなり閉弁時間Ｔ_cは短くなるので、噴射量ｑは減少する。

また、図４に、コイル電流のパルス幅および電流値が等しく、スプリング２４の荷重が等しい条件で、噴射流体として燃料とほぼ同一の粘性を有する試験液体を使用して噴射する場合のリフト量特性１１０と、試験液体を使用しないで燃料噴射弁１０を作動させた場合のリフト量特性１１２とを示す。試験液体を使用しない場合の開弁時間Ｔ_o2、閉弁時間Ｔ_c2は、それぞれ試験液体を使用する場合の開弁時間Ｔ_o1、閉弁時間Ｔ_c1よりも短くなる。したがって、試験液体を使用しない環境において、試験液体を使用する場合の目標噴射量を達成する開弁時間（調整目標開弁時間）および閉弁時間（調整目標閉弁時間）は、試験液体を使用するときに目標噴射量を達成する開弁時間（実目標開弁時間）および閉弁時間（実目標閉弁時間）よりも短くなる。これは、試験液体を使用しない場合は、試験液体の抵抗がないために弁部材１２の移動速度が速くなり、開弁時間および閉弁時間が短くなるからだと考えられる。

また、噴射量を調整する燃料噴射弁に対して実験またはシミュレーションを実施することにより、試験液体を使用する場合と試験液体を使用しない場合とにおいて、開弁時間および閉弁時間と噴射量との関係を図５に示すように得ることができる。点線１２０、１３０は試験液体を使用する場合の開弁時間および閉弁時間と噴射量との関係を示し、実線１２２、１３２は、試験液体を使用しない場合の開弁時間および閉弁時間と噴射量との関係を示している。図５から、試験液体を使用する場合の実目標開弁時間および実目標閉弁時間を試験液体を使用しない場合の時間に換算し、試験液体を使用しない場合の調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間を設定することができる。この実目標開弁時間および実目標閉弁時間から調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間への換算は、燃料噴射弁の機種毎に、実験またはシミュレーションを実施することにより実施される。設定された調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間は、ＰＣ５０の記憶装置に記憶されている。

次に、試験液体を使用しない環境において、スプリング２４の荷重を調整し、燃料噴射弁１０の開弁時間、閉弁時間を調整目標開弁時間、調整目標閉弁時間に設定する調整工程について図６に基づいて説明する。
まず、噴射量調整装置３０にワークである燃料噴射弁１０をセットし、クランプする（Ｓ２００、２０２）。

次に、ＰＣ５０からの指示により駆動回路５２からコイル２６に通電し、燃料噴射弁１０が作動するかをチェックする（Ｓ２０４）。通電しても燃料噴射弁１０が作動しない場合は不良品と判断し、次の燃料噴射弁１０をセットする。
通電により燃料噴射弁１０が作動すれば、本調整を行う（Ｓ２０６）。本調整では、ＰＣ５０からの指示により、駆動回路５２からコイル２６に所定パルス幅のコイル電流を繰り返し供給し、モータ４０を回転させてアジャスティングパイプ２２を徐々に押し込んでいく。アジャスティングパイプ２２を押し込むことにより、弁座１５に向けて弁部材１２に加えるスプリング２４の荷重が増加し、図３に示すように、点線１００で示す噴射量特性が実線１０２に示す噴射量特性へと変化する。

ＰＣ５０は、駆動回路５２からコイル２６に供給されるコイル電流のオンタイミングおよびオフタイミングと、光センサ４８が検出する弁部材１２のリフト量検出信号とから、現在の燃料噴射弁１０の開弁時間および閉弁時間を測定し、予め設定されている調整目標開弁時間、調整目標閉弁時間と比較する（Ｓ２０８）。そして、所定の時間幅の範囲内で調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間に達していないと、さらにアジャスティングパイプ２２を押し込み、開弁時間および閉弁時間の測定を続ける。

所定の時間幅の範囲内で調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間に達すると調整が終了したと判断し、燃料噴射弁１０をアンクランプし、噴射量調整装置３０から取り外す。
本実施形態の噴射量調整方法および噴射量調整装置３０に対し、本実施形態と同じ燃料噴射弁１０の噴射量を調整するために、噴射流体として試験液体を使用して噴射量を調整する従来の噴射量調整方法のフロチャートを図７に示す。

図７に示す試験液体を噴射する調整方法では、試験液体を使用するので、以下に示す本実施形態では不要な作業工程が必要である。
（１）試験液体を供給する配管から空気抜きをする（Ｓ３０８）。
（２）試験液体の供給を開始、ならびに試験液体の供給を遮断する開閉弁を操作する（Ｓ３０６、Ｓ３２４）、。
（３）アジャスティングパイプを押し込む部材（調整ピン）を上昇させて噴射量を計測する（Ｓ３１２）
（４）噴射量を計測する毎に、アジャスティングパイプを押し込む目標押込量を計算する（Ｓ３１６）。
このように従来の噴射量調整方法および噴射量調整装置では、試験液体を使用するので、作業工程が増加し、かつ作業が煩雑になっている。

これに対し、本実施形態では、試験液体等の噴射流体を使用することなく、アジャスティングパイプ２２を押し込みながらスプリング２４の荷重を調整し、燃料噴射弁１０の開弁時間および閉弁時間を予め設定した調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間に設定することにより、噴射量を調整している。したがって、図６の調整フローチャートに示すように、従来の試験液体を使用する調整方法および調整装置に比べ、作業工程が減少する。したがって、調整作業の時間が短くなる。
また、試験液体を使用しないので、試験液体等の噴射流体の粘性および圧力の管理が不要である。したがって、調整作業が容易である。また、噴射流体を供給するためのポンプ、開閉弁等の設備が不要になるので、調整設備が簡単になる。

（第２、第３実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示し、第３実施形態を図９に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図８に示す第２実施形態では、弁ボディ１４の底部外壁に振動センサ６０を設置している。リフト検出装置としての振動センサ６０は、可動コア１８が固定コア２０側に吸引され可動コア１８が固定コア２０に衝突するときの振動によりフルリフトしたことを検出し、弁部材１２が弁座１５に着座して衝突するときの振動により閉弁したことを検出する。したがって、コイル２６に供給するコイル電流のオンタイミングおよびオフタイミングと、振動センサ６０の検出信号とから、開弁時間および閉弁時間を測定することができる。

図９に示す第３実施形態では、噴孔１６の噴射側にギャップセンサ７０を設置している。リフト検出装置としてのギャップセンサ７０は、ギャップセンサ７０と弁部材１２とのギャップの大きさの変化を検出する。したがって、コイル２６に供給するコイル電流のオンタイミングおよびオフタイミングと、ギャップセンサ７０の検出信号とから、開弁時間および閉弁時間を測定することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１０に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。燃料噴射弁８０を除く噴射量調整装置の構成は、上記複数の実施形態と同一である。
図１０に示す燃料噴射弁８０では、アジャスティングパイプではなく、可動コア１８に対して反対側の固定コア８２の開口端部８３でスプリング２４の一端を係止している。つまり、第４実施形態では、固定コア８２がスプリング２４を係止する係止部材を兼ねている。そして、図１０の（Ａ）から（Ｂ）に示すように、送りねじ４６を送り込んで開口端部８３を塑性変形させることにより、スプリング２４の荷重を増加し、開弁時間および閉弁時間を調整する。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、試験液体等の噴射流体を使用しない環境において、測定した燃料噴射弁１０の開弁時間および閉弁時間と、調整目標開弁時間および調整目標閉弁時間とを荷重制御装置であるＰＣ５０により比較し、この比較結果に基づいてモータ４０を作動させ、スプリング２４の荷重を自動的に調整した。これに対し、図３に示す弁部材１２のリフト量特性をディスプレイ表示し、手動で送りねじ４６を回転してスプリング２４の荷重を調整しながら、燃料噴射弁１０の開弁時間および閉弁時間が所定の時間幅の範囲内で調整目標開弁時間および調整目標閉弁時簡に達したか否かを目視で確認してもよい。
上記複数の実施形態において、試験液体を使用しないで噴射量を調整した後、試験液体を噴射して噴射量を計測し、所定の噴射量になっているかを確認してもよい。

第１実施形態による噴射量調整装置を示す模式的構成図。 噴射量の時間変化を示す特性図。 アジャスティングパイプを押し込むことによる噴射量の変化を示す図。 試験液体を使用する場合と、試験液体を使用しない場合とにおける開弁時間および閉弁時間を比較する図。 試験液体を使用する場合と試験液体を使用しない場合との開弁時間および閉弁時間と噴射量との関係を示す図。 噴射量調整工程を示すフローチャート。 従来の噴射量調整工程を示すフローチャート。 第２実施形態による噴射量調整装置を示す模式的構成図。 第３実施形態による噴射量調整装置を示す模式的構成図。 第４実施形態による燃料噴射弁を示す模式図。

符号の説明

１０：燃料噴射弁、１２：弁部材、１５：弁座、１８：可動コア、２０：固定コア、２２：アジャスティングパイプ（係止部材）、２４：スプリング（荷重部材）、２６：コイル（電気駆動部）、３０：噴射量調整装置、４０：モータ（荷重調整装置）、４２：モータギヤ（荷重調整装置）、４４：ねじギヤ（荷重調整装置）、４６：送りねじ（荷重調整装置）、４８：光センサ（リフト検出装置）、５０：ＰＣ（測定装置、荷重制御装置）、５２：駆動回路（通電装置）、６０：振動センサ（リフト検出装置）、７０：ギャップセンサ（リフト検出装置）、８２：固定コア（係止部材）

Claims (6)

1. 弁座と、前記弁座に着座および前記弁座から離座することにより燃料噴射を断続する弁部材と、前記弁座に向けて前記弁部材に荷重を加える荷重部材と、前記荷重部材の荷重に抗して前記弁部材をリフトさせる駆動力を発生する電気駆動部とを備える燃料噴射弁の噴射量調整方法において、
   前記弁部材が前記弁座に着座している状態から前記電気駆動部に通電され前記弁部材がフルリフトするまでに要する時間を開弁時間、前記弁部材がフルリフトしている状態から前記電気駆動部への通電が遮断され前記弁部材が前記弁座に着座するまでに要する時間を閉弁時間とすると、
   噴射流体を使用しないときの前記開弁時間が予め設定した調整目標開弁時間になり、かつ噴射流体を使用しないときの前記閉弁時間が予め設定した調整目標閉弁時間になるように前記荷重部材の荷重を調整することにより噴射量を調整する燃料噴射弁の噴射量調整方法。
2. 噴射流体を使用するときの実目標開弁時間を噴射流体を使用しないときの開弁時間に換算して前記調整目標開弁時間を設定し、噴射流体を使用するときの実目標閉弁時間を噴射流体を使用しないときの閉弁時間に換算して前記調整目標閉弁時間を設定する請求項１記載の燃料噴射弁の噴射量調整方法。
3. 弁座と、前記弁座に着座および前記弁座から離座することにより噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材と、前記弁座に向けて前記弁部材を荷重する荷重部材と、前記荷重部材の荷重に抗して前記弁部材をリフトさせる駆動力を発生する電気駆動部と、前記荷重部材の一端を係止する係止部材とを備える燃料噴射弁の噴射量調整装置において、
   前記電気駆動部に通電する通電装置と、
   前記弁部材のリフト位置を検出するリフト検出装置と、
   前記弁部材が前記弁座に着座している状態から前記電気駆動部に通電され前記弁部材がフルリフトするまでに要する時間を開弁時間、前記弁部材がフルリフトしている状態から前記電気駆動部への通電が遮断され前記弁部材が前記弁座に着座するまでに要する時間を閉弁時間とすると、前記通電装置の通電状態と前記リフト検出装置が検出する前記弁部材のリフト位置とから前記開弁時間および前記閉弁時間を測定する測定装置と、
   前記荷重部材を係止する前記係止部材の係止位置を変更し前記荷重部材の荷重を調整することにより、噴射流体を使用しないときの前記開弁時間が予め設定された調整目標開弁時間に調整され、かつ噴射流体を使用しないときの前記閉弁時間が予め設定された調整目標閉弁時間に調整される荷重調整装置と、
   を備える燃料噴射弁の噴射量調整装置。
4. 前記調整目標開弁時間は噴射流体を使用するときの実目標開弁時間を噴射流体を使用しないときの開弁時間に換算して設定され、前記調整目標閉弁時間は噴射流体を使用するときの実目標閉弁時間を噴射流体を使用しないときの閉弁時間に換算して設定されている請求項３記載の燃料噴射弁の噴射量調整装置。
5. 前記リフト検出装置は、光を照射してから反射された光を受光するまでの時間から前記弁部材のリフト位置を検出する光センサを有する請求項３または４記載の燃料噴射弁の噴射量調整装置。
6. 噴射流体を使用しないときの前記開弁時間が前記調整目標開弁時間になり、かつ噴射流体を使用しないときの前記閉弁時間が前記調整目標閉弁時間になるように前記荷重調整装置を作動させる荷重制御装置をさらに備える請求項３〜５のいずれか一項記載の燃料噴射弁の噴射量調整装置。

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