JP4293147B2

JP4293147B2 - インジェクタの特性測定試験装置および特性測定試験方法

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Publication number: JP4293147B2
Application number: JP2005068353A
Authority: JP
Inventors: 満銀屋; 圭貴中村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP2006250049A

Description

この発明は、ＣＮＧ等を燃料とするガスエンジンの筒内噴射（直噴：ＤＩ）などに用いられるガス噴射用インジェクタの特性測定試験装置および特性測定試験方法に関するものである。

エンジンの筒内噴射（直噴：ＤＩ）などに用いられるインジェクタは、製造時のバラツキが避けられず個体差が生じてしまう。多気筒エンジンでは、このインジェクタのバラツキによって各気筒間の動作がばらついて、出力低下や排気ガスの悪化を招くという問題がある。特に最近の環境対策として排気ガスの規制は益々激しくなっており、各気筒間のバラツキをなくすため、個々の噴射インジェクタの特性（噴射率、噴射量など）を把握し、噴射時に補正をすることが行われている。
なお、上記インジェクタには、液体燃料の噴射の他に、ＣＮＧ等の圧縮気体を筒内噴射するものもあり、上記と同様の課題を有している。
従来、噴射用インジェクタの特性を評価するものとして特許文献１などに示す測定装置が提案されている。該測定装置は、液体が充填された圧力容器内に噴射ノズルから液体を噴射し、噴射量に比例して増加する圧力容器内の圧力を圧力センサで検出し、その検出出力によって噴射率を測定するものである。既存技術は、液体（非圧縮性流体）燃料噴射インジェクタ用の評価設備であり、噴射率、噴射量を個別に測定している。
特開平５−２９６１２６号公報

しかし、上記した測定装置は、液体の噴射を想定したものであり、圧縮気体を噴射するインジェクタを対象とするものではなく、ガス（圧縮性流体）噴射インジェクタ用への転用が困難であるとされている。仮に、この測定装置を気体を噴射するインジェクタの特性測定に使用したとしても、気体の噴射時に、噴射による圧力波が圧力容器内で衝突し、それによって起こる反射波が脈動（気柱振動）となって検出されてしまう。このため、圧力容器内の圧力変化を測定しても正確にインジェクタの特性を評価、測定することができない。特に圧縮性流体では脈動の影響が大きく、減衰しにくい。さらに、連続噴射時には、脈動が顕著になり正確な測定が一層困難になる。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、気体を噴射するインジェクタの特性を正確に測定することを可能にするインジェクタの特性測定試験装置および特性測定試験方法を提供することを目的とする。さらに、本発明の他の目的は、連続噴射に際しても特性を正確に測定・試験することを可能にする特性測定試験装置および特性測定試験方法を提供するものである。

すなわち、本発明のうち、請求項１記載のインジェクタの特性測定試験装置は、ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験装置において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバが設けられ、前記インジェクタの下流側に噴射溜まりとなる第２チャンバが設けられており、前記第１チャンバは、上流側に第１開閉弁が設けられているとともに、該第１開閉弁の閉時に前記ガスの噴射による前記第１チャンバ内の圧力変化を検出する動圧用第１圧力センサを備えることを特徴とする。

請求項２記載のインジェクタの特性測定試験装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２チャンバの出口側に第２開閉弁が設けられ、該第２開閉弁の下流側の流路にリリーフ弁が設けられていることを特徴とする。

請求項３記載のインジェクタの特性測定試験装置の発明は、請求項２記載の発明において、前記リリーフ弁は、設定圧を変更可能であることを特徴とする。

請求項４記載のインジェクタの特性測定試験装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第２チャンバの出口側排気流路に第２開閉弁が設けられているとともに、前記第２開閉弁の閉時に前記ガスの噴射による前記第２チャンバ内の圧力変化を検出する動圧用第２圧力センサを備えることを特徴とする。

請求項５記載のインジェクタの特性測定試験装置の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記第２開閉弁の下流側の排気流路に質量流量計が設けられていることを特徴とする。

請求項６記載のインジェクタの特性測定試験装置の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１チャンバと第２チャンバの一方または両方について、各チャンバ内の圧力を検出する静圧用圧力センサを備えることを特徴とする。

請求項７記載のインジェクタの特性測定試験方法の発明は、ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験方法において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバーを設けるとともに、該第１チャンバの上流側のガス供給流路を開閉自在にしておき、前記インジェクタの下流側に設けた噴射溜まりとなる第２チャンバに前記インジェクタからガスを噴射する際に、前記ガス供給流路を閉じた後、前記ガスの噴射を行い、該噴射による第１チャンバの圧力変化を検出し、該検出出力値に基づいてガスの噴射率を求めることを特徴とする。

請求項８記載のインジェクタの特性測定試験方法の発明は、ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験方法において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバを設け、前記インジェクタの下流側に噴射溜まりとなる第２チャンバーを設けるとともに、前記第１チャンバの上流側のガス供給流路と前記第２インジェクタの出口側排気流路とをそれぞれ開閉自在にしておき、前記ガス供給流路と出口側排気流路とを閉じた後、前記インジェクタからガスの噴射を行い、該噴射による第１チャンバの圧力変化と第２チャンバの圧力変化とをそれぞれ検出し、前記インジェクタの噴射初期においては、前記第２チャンバの検出出力力値を用い、前記インジェクタの噴射初期以降について前記第１チャンバの検出出力値から時間差分を補正した出力値を用い、両者の出力値を合わせて、合成出力値を求め、該合成出力値に基づいてガスの噴射率を求めることを特徴とする。

請求項９記載のインジェクタの特性測定試験方法の発明は、請求項７または８記載の発明において、前記第２チャンバを設定圧に調整した後、第１チャンバのガス供給流路を開き、第２チャンバの出口側排気流路を閉じて前記第１チャンバまたは第２チャンバの圧力を検出して、該出力値に基づいて静リーク量を求めることを特徴とする。

請求項１０記載のインジェクタの特性測定試験方法の発明は、請求項７〜９のいずれかに記載の発明において、前記第２チャンバの出口側排気流路に前記チャンバ内を所定圧に設定するリリーフ弁と質量流量計とを設けておき、前記インジェクタからガスの噴射を複数回行う際に、前記排気流路を閉じておき、前記ガスの噴射後に、排気流路を開き、さらに噴射の１サイクルが終了する前に再度排気流路を閉じて前記ガスの噴射を行う動作を繰り返し、該噴射による噴射流量を前記質量流量計にて連続的に測定し、該噴射流量を噴射回数で除して、噴射１回当たりの平均噴射量を算出することを特徴とする。

すなわち、本発明のインジェクタの特性測定試験装置によれば、第１チャンバを含むガス供給流路内に高圧のガスを供給しておき（第１開閉弁開）、測定時に第１開閉弁を閉じてインジェクタを動作させると、第１開閉弁の下流側のガス供給流路にある高圧ガスの一部が第２チャンバ内に噴射される。この噴射によって第１チャンバ内の圧力は降圧し、その圧力変化が動圧用第１圧力センサによって検出される。上記圧力変化は、時間当たりの圧力変化（Δｐ／Δｔ）として検出可能であり、これにより時間当たりの噴射量、すなわち噴射率（ΔＶ／Δｔ）を求めることができる。上記においては、インジェクタの上流側の第１チャンバによって圧力変化を測定するため、インジェクタの噴射側のチャンバにおける気柱振動の影響がなく、正確に上記噴射率の測定、すなわちインジェクタの特性測定を正確に行うことができる。

上記圧力センサは、インジェクタの動作に伴う第１チャンバ内圧力の動的変化を検出できるものであればよく、特定のものに限定されないが、例えば応答性に優れた圧電型圧力センサを用いることができる。

また、前記第２チャンバの出口側の排気流路に第２開閉弁を設けて開閉動作をすることにより第２チャンバでの圧力変化（昇圧）を検出してその出力値を利用したインジェクタの特性測定が可能になる。すなわち、測定時には第２開閉弁を閉じ、測定後には開いて第２チャンバの排気を行う。また、第２開閉弁の下流側にリリーフ弁を設けることにより、第２チャンバを設定した圧力に調整することができ、インジェクタの特性測定をより正確に行うことができる。さらに、上記第２開閉弁とリリーフ弁とを備えることにより、インジェクタを複数回続けて噴射する際に、脈動の影響を軽減してインジェクタの特性を評価することができる。なお、リリーフ弁は、設定圧力を変更可能であるものが望ましい。これにより、インジェクタの多様な特性評価が可能になる。

なお、第２チャンバの圧力変化の測定出力値は、第１チャンバの圧力変化の測定出力値と合わせて用いることによりインジェクタの特性測定の精度をさらに上げることができる。第２チャンバの圧力変化は気柱振動の影響を受けるため、第１チャンバの圧力変化に対し、測定精度に劣っている。一方、第１チャンバは、インジェクタの噴射部分から距離を隔てているため、タイムラグがある。これらの性質を利用して噴射初期（立ち上がり時期）には、第２チャンバにおける圧力変化を採用し、その後は、上記タイムラグ分を補正した第１チャンバの圧力変化を採用することで測定精度を上げることができる。

さらに、前記排気流路に質量流量計を設けることにより、インジェクタによるガス噴射量を測定することができる。該噴射量の測定に際しては、複数回の噴射による噴射量から１ショット当たりの平均噴射量を算出することができる。本発明としては、質量流量計の種別は特定のものに限定されるものではないが、例えば測定精度に優れる熱式質量流量計を用いることができる。なお、前記熱量質量計の上流側であって前記リリーフ弁の下流側の排気流路に、ニードル弁を設けることによって排気が定量化され、連続噴射時の脈動を回避することができる。

また、インジェクタの弁開閉を行うニードルの移動量を検知することにより、該移動量変化と噴射によるチャンバでの圧力変化を比較してインジェクタの特性評価を行うことが可能になる。例えばニードルの移動量と噴射率との相関を求めることができる。上記移動量の検知は、変位センサなどのニードル移動量検知手段によって行うことができる。また、インジェクタの動作電流とチャンバでの圧力変化を比較してインジェクタの特性評価を行うことも可能になる。

また、第１チャンバや第２チャンバの静圧を静圧用圧力センサで検出可能とすれば、一次側または二次側の設定圧力を確認し、さらに圧力管理をすることができ、さらには、これらの静圧用圧力センサを用いることによりインジェクタの静リークの有無やリーク量を測定してリーク性の評価をすることが可能になる。なお、本発明としては上記静圧を測定するための静圧圧力センサが特定のものに限定されるものではないが、例えば、耐ドリフト性に優れた歪型圧力センサを用いることができる。なお、本発明としては、動圧用のセンサと静圧用のセンサとを同一のセンサで兼用することも可能である。

以上説明したように、本発明のインジェクタの特性測定試験装置によれば、ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験装置において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバが設けられ、前記インジェクタの下流側に噴射溜まりとなる第２チャンバが設けられており、前記第１チャンバは、上流側に第１開閉弁が設けられているとともに、該第１開閉弁の閉時に前記ガスの噴射による前記第１チャンバ内の圧力変化を検出する動圧用第１圧力センサを備えるので、インジェクタ噴射時の第２チャンバでの気柱振動の影響がない状態でインジェクタ噴射による圧力変化を検出することができ、該圧力変化を利用して正確にインジェクタの特性を評価することが可能になる。

また、前記第２チャンバの出口側に第２開閉弁を設け、該第２開閉弁の下流側の流路にリリーフ弁を設けるものとすれば、１ショットの噴射だけでなく、連続噴射においても特性の測定・試験が可能になる。
また、前記第２チャンバの出口側排気流路に第２開閉弁が設けるとともに、前記第２開閉弁の閉時に前記ガスの噴射による前記第２チャンバ内の圧力変化を検出する動圧用第２圧力センサを備えるものとすれば、前記第１チャンバに加えて第２チャンバにおいてもインジェクタ噴射による圧力変化を検出することができ、測定精度の精度の向上や多様な評価が可能になるという効果がある。

さらに、前記第２開閉弁の下流側の排気流路に質量流量計を設ければ、成分が一定しないガスにおいてもインジェクタ噴射による噴射量を正確に検出することが可能になる。
さらに、前記第１チャンバと第２チャンバの一方または両方について、各チャンバ内の圧力を検出する静圧用圧力センサを備えるものとすれば、インジェクタにおける静リーク量を検出することが可能になる。

また、本発明のインジェクタの特性測定試験方法によれば、ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験方法において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバーを設けるとともに、該第１チャンバの上流側のガス供給流路を開閉自在にしておき、前記インジェクタの下流側に設けた噴射溜まりとなる第２チャンバに前記インジェクタからガスを噴射する際に、前記ガス供給流路を閉じた後、前記ガスの噴射を行い、該噴射による第１チャンバの圧力変化を検出し、該検出出力値に基づいてガスの噴射率を求めるので、第２チャンバ側への気柱振動の影響を受けることなく噴射率を正確に求めることができる。

さらに、ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験方法において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバを設け、前記インジェクタの下流側に噴射溜まりとなる第２チャンバーを設けるとともに、前記第１チャンバの上流側のガス供給流路と前記第２インジェクタの出口側排気流路とをそれぞれ開閉自在にしておき、前記ガス供給流路と出口側排気流路とを閉じた後、前記インジェクタからガスの噴射を行い、該噴射による第１チャンバの圧力変化と第２チャンバの圧力変化とをそれぞれ検出し、前記インジェクタの噴射初期においては、前記第２チャンバの検出出力力値を用い、前記インジェクタの噴射初期以降について前記第１チャンバの検出出力値から時間差分を補正した出力値を用い、両者の出力値を合わせて、合成出力値を求め、該合成出力値に基づいてガスの噴射率を求めるものとすれば、より精度の高い噴射率を求めることができる。

さらに、前記第２チャンバを設定圧に調整した後、第１チャンバのガス供給流路を開き、第２チャンバの出口側排気流路を閉じて前記第１チャンバまたは第２チャンバの圧力を検出して、該出力値に基づいて静リークの有無やリーク量を求めるものとすれば、静リーク性を正確に求めることができる。

さらに、前記第２チャンバの出口側排気流路に前記チャンバ内を所定圧に設定するリリーフ弁と質量流量計とを設けておき、前記インジェクタからガスの噴射を複数回行う際に、前記排気流路を閉じておき、前記ガスの噴射後に、排気流路を開き、さらに噴射の１サイクルが終了する前に再度排気流路を閉じて前記ガスの噴射を行う動作を繰り返し、該噴射による噴射流量を前記質量流量計にて連続的に測定し、該噴射流量を噴射回数で除して、噴射１回当たりの平均噴射量を算出するものとすれば、連続噴射に際し、１ショット毎の平均噴射量を正確に求めることができる。

以下に、本発明の一実施形態の測定装置を図１に基づいて説明する。
測定対象であるガス噴射用のインジェクタ１００は、第２チャンバ２１を備える噴射室２０に取り付けられる。その際には、インジェクタ１００の噴射部が前記第２チャンバ２１に露出するように気密に取り付けられている。該取り付け部分の周囲には、インジェクタ１００を適温にするためのヒータ２２が配置されている。該インジェクタ１００のガス導入部には、ガス供給流路１が接続されている。該ガス供給流路１は、ガスタンク（図示しない）などの供給源に接続されて高圧ガスの供給が可能になっている。該ガス供給流路１には、供給源側において、減圧弁２を介してアキュムレータ３が介設され、さらに下流側に向けて手動開閉弁４、逆流防止弁５を介して第１開閉弁である電磁開閉弁６に接続されている。電磁開閉弁６の下流側では、第１チャンバ１１を備える測圧室１０が接続されており、さらにその下流側で、前記インジェクタ１００のガス導入部に接続されている。
なお、ガス供給流路１の適所には、必要に応じて系内の残圧を開放するための手動開閉弁８と異常圧を開放するための安全弁９とが設けられている。

前記測圧室１０には、第１チャンバ１１内の動圧を測定するための動圧用第１圧力センサ１５と、第１チャンバ１１内の静圧を測定するための静圧用第１圧力センサ１６と、第１チャンバ内のガスの温度を測定する温度センサ１７とが設けられている。なお、動圧用第１圧力センサ１５は、圧電型圧力センサで構成され、静圧用第１圧力センサ１６は、歪型圧力センサによって構成されている。
上記各センサ１５、１６、１７は、それぞれピエゾセンサアンプ４０、歪みセンサアンプ４１、温度指示計４２を介してデジタルオシロスコープ５１に接続されており、該デジタルオシロスコープ５１は、コンピュータ５０に接続されている。上記により、上記各センサ１５〜１７の検出結果がデジタルオシロスコープ５１で表示可能になり、さらにコンピュータ５０に検出データが送出される。上記動圧用第１圧力センサ１５によって、インジェクタ噴射時の第１チャンバ１１内の圧力変化を測定することができる。また静圧動圧用第１圧力センサ１６によって、第１チャンバ１１内の静圧圧力を測定することができる。また、温度センサ１７によって第１チャンバ１１内にあるガスの温度を検出することができる。

一方、インジェクタ１００には、インジェクタ１００内で弁開閉を行うニードル（図示しない）のリフト移動量（弁開閉動作に伴う）を検出する渦電流センサ１１０がニードル移動量検出手段として設けられており、さらにインジェクタの表面温度を検出する温度センサ１１１が設けられている。なお、インジェクタ１００には既知のものを用いることができ、上記ニードルによる弁開閉構造も既知のものである。また、上記渦電流センサ１１０は、ニードルのリフト量（変位）に伴って渦電流が変化するものであり、既知のものを用いることができる。渦電流センサ１１０は、渦電流センサアンプ４４に接続され、温度センサ１１１は、ヒータ用温調コントローラ５３に接続されている。上記渦電流センサアンプ４４は、前記デジタルオシロスコープ５１に接続されており、その検出結果がデジタルオシロスコープ５１で表示可能であり、さらにコンピュータ５０に検出データの出力が可能になっている。ニードルの移動量の検出結果は、噴射特性の測定結果と相関関係を比較することができる。また、ヒータ用温調コントローラ５２には前記ヒータ２２が接続されて、前記ヒータ２２の温度調整が可能になっており、前記温度センサ１１１の出力を受けてインジェクタ１００が所定の温度になるようにヒータ２２を制御する。なお、ヒータ用温調コントローラ５２は前記コンピュータ５０に接続されており、該コンピュータ５０によって制御温度が指示されている。

また、コンピュータ５０には、インジェクタコントローラ５５が接続されており、該インジェクタコントローラ５５にインジェクタドライバ５６が接続され、該インジェクタドライバ５６によってインジェクタ１００が制御されるように構成されている。コンピュータ５０からは、インジェクタ１００に対する所定の動作指令がインジェクタコントローラ５５に出力され、該インジェクタコントローラ５５は、動作指令に従って制御指令をインジェクタドライバ５６に出力する。インジェクタドライバ５６は、該制御指令に従ってインジェクタ１００に対する動作の制御を行う。なお、インジェクタ１００の動作電流は、電流計４５で測定され、デジタルオシロスコープ５１に出力されて、測定結果の表示が可能になっており、さらに測定データがコンピュータ５０に送出される。インジェクタ１００の動作電流の測定結果は、噴射特性の測定結果と相関関係を比較することができる。

さらに前記噴射室２０には、第２チャンバ２１内の動圧を測定するための動圧用第２圧力センサ２５と、第２チャンバ２１内の静圧を測定するための静圧用第２圧力センサ２６と、噴射後のガスの温度を測定する温度センサ２７とが設けられている。なお、動圧用第２圧力センサ２５は、圧電型圧力センサで構成され、静圧用第２圧力センサ２６は、歪型圧力センサによって構成されている。
上記各センサ２５、２６、２７は、それぞれ前記したピエゾセンサアンプ４０、歪みセンサアンプ４１、温度指示計４２を介してデジタルオシロスコープ５１に接続されており、デジタルオシロスコープ５１は、コンピュータ５０に接続されている。上記により、上記各センサ２５〜２７の検出結果がデジタルオシロスコープ５１で表示可能であり、コンピュータ５０に検出データが送出される。上記動圧用第２圧力センサ２５によって、インジェクタ噴射時の第２チャンバ２１内の圧力変化を測定することができる。また静圧動圧用第２圧力センサ２６によって、第２チャンバ２１内の圧力を測定することができる。また、温度センサ２７によって第２チャンバ内に噴射されたガスの温度を検出することができる。これにより温度センサ１７によって検出されたガスの温度との温度差を知ることができ、噴射率を算出する際に温度補正用のデータとして用いることができる。

また、噴射室２０の出口側には、排気流路３０が接続されている。該排気流路３０には、上流側において第２開閉弁である電磁開閉弁３１が接続されており、下流側でリリーフ弁３２、ニードル弁３３、熱式質量流量計３４が順次接続されている。なお、熱式質量流量計３４には、質量流量計リードアウトユニット４３が接続されており、該質量流量計リードアウトユニット４３は、デジタルオシロスコープ５１に接続されている。これにより質量流量計３４の検出結果は、デジタルオシロスコープ５１で表示可能であり、検出データはコンピュータ５０に出力可能となっている。なお、排気流路３０にも、必要に応じて系内の残圧を開放するための手動開閉弁８と異常圧を開放するための安全弁９とが設けられている。
上記した電磁開閉弁３１は電磁開閉弁６とともに系内を閉回路にするものであり、インジェクタ噴射後系内（各チャンバー内）を測定条件に戻す役割を果たす。すなわち電磁開閉弁６の開によって第１チャンバ内へのガス供給がなされ、電磁開閉弁３１の開によって第２チャンバ内のガス排気がなされる。

次に、上記測定装置の動作および測定方法について図２〜図６を参照しつつ説明する。
先ず、対象となるインジェクタ１００を噴射室２０にセットし、一次側の圧力設定を減圧弁２にて設定し、アキュムレータ３内に蓄圧する。二次側の第２チャンバ２１内の背圧はリリーフ弁３２により設定する。逆流防止弁５上流の手動開閉弁４を除き、全手動開閉弁８を閉じ、ヒータ２２で所定の温度までインジェクタ１００を昇温する。温度の設定はコンピュータ５０でなされ、温度管理は、温度センサ１１１の測定結果を用いてヒータ用温調コントローラ５２によって行う。インジェクタ１００の表面温度が所定の温度に達することで測定準備が完了する。この際にはインジェクタの噴射回数を設定しておく。（ステップａ１）。

上記準備の完了後、電磁開閉弁６、３１を開放する（ステップａ２）。この際に、第１チャンバ１１内の圧力を静圧用第１圧力センサ１６により測定し、圧力の管理を行う。さらに、二次側の圧力がリリーフ弁３２の動作圧になるまでインジェクタ１００を連続運転させる（ステップａ３）。
インジェクタ１００の動作は、コンピュータ５０によってインジェクタコントローラ５５、インジェクタドライバ５６を介して行われている。サイクル時間、電磁開閉弁開（励磁）時間・タイミング、インジェクタ動作（通電）時間は、設定内容による。また、二次側圧力は、静圧用第２圧力センサ２６によって検出され、検出データは、歪みセンサアンプ４１で増幅された後、デジタルオシロスコープ５１で所望により表示し、さらにコンピュータ５０に送出される。コンピュータ５０では、検出圧力データと予め設定した設定圧力データとを比較して設定圧に達した否かの判定を行うとともにインジェクタ１００の動作制御を行う。

二次側の圧力がリリーフ弁３２の動作圧になったものと判定されると、コンピュータ５０の動作指令に従ってインジェクタ１００の動作を停止し、その後電磁開閉弁６、３１を閉じる（ステップａ４）。なお、電磁開閉弁６、３１の開閉動作も上記したように、コンピュータ５０によって制御されている。

上記手順の後、噴射率を測定する場合について説明する。この場合、１Ｓｈｏｔ・連続噴射に共通した手順となる。すなわち、１Ｓｈｏｔ噴射時及び連続噴射時双方の噴射率のが測定が可能である。
コンピュータ５０の運転指令により、電磁開閉弁６、３１閉のまま、インジェクタ１００の動作１ｍｓｅｃ前より各センサ（温度センサ１７、２７、圧力センサ１５、２５、渦電流センサ１１０）のサンプリングを開始し、インジェクタ１００の動作（開弁、噴射）を行う（ステップａ５）。インジェクタ作動終了（開弁→閉弁、ステップａ６）直後、電磁開閉弁６を開き（ステップａ７）、各センサのサンプリング時間終了（ステップａ８）後、電磁開閉弁３１を開く（ステップａ９）。ここで、所定の噴射回数を終了している場合には噴射行程を終了し、所定回数未達の場合には次ステップａ４に移行する（ステップａ１０）。再度電磁開閉弁６、３１を閉じる。（以降所定の噴射回数まで上記行程を繰り返す）。

上記ステップａ１０で所定の噴射回数に達した際には、上記で検出したデータに基づいてインジェクタの噴射率の演算（ステップａ１１）を行う。
先ず、動圧第１圧力センサ１５より得られた圧力値ΔＰより噴射率ΔＶ／ｄｔを算出する。なお、ΔＰは圧力変化、ΔＶは噴射量変化、ｄｔは時間変化を示す。噴射率の算出方法は、既知の方法を用いればよい。その後、測定を終了する。

なお、上記測定方法では、第１チャンバ１１で得られた圧力変化のみを用いて噴射率を演算する場合について説明したが、第１チャンバ１１に加えて第２チャンバ２１で動圧第２圧力センサ２５より得られた圧力値ΔＰ２より噴射率ΔＶ２／ｄｔを算出することもできる。なお、ΔＰ２は第２チャンバ２１での圧力変化、ΔＶ２は噴射量変化、ｄｔは時間変化を示す。

さらに、第１チャンバ１１で得られた噴射率ΔＶ／ｄｔと第２チャンバ２１で得られた噴射率ΔＶ２／ｄｔとを合わせてさらに正確な噴射率を求めることも可能である。
図３は、一次側すなわち第１チャンバ１１で得られた噴射率と、二次側すなわち第２チャンバ２１で得られた噴射率と、理論値の波形を示すグラフである。グラフから明らかなように、一次側の噴射率は、第１チャンバ１１がインジェクタ１００の噴射部から離れていることから応答に遅れが生じているが、その後は、誤差が少なく理論値に近い波形を示している。一方、二次側の噴射率は、応答性が良く、立ち上がりも理論値とほぼ一致している。しかし、その後は、第２チャンバ２１内で気柱振動が発生することから誤差が大きくなっている。また、立ち下がりも反射波の影響で遅れが生じており、さらに噴射終了後にも気柱振動の影響が現れている。これらの点から、立ち上がりの部分に二次側の噴射率の波形を用い、その後は、一次側の噴射率について応答遅れ分の時間差を補正した波形にして両者の波形を合波することで、図４に示すように理論値に近い合成値の波形が得られる。これにより、インジェクタの特性をより正確に測定することができる。

以上のように、インジェクタの噴射毎のタイミングに合わせ各々の電磁開閉弁６、３１にて閉回路にし、各チャンバに設置した動圧圧力センサにて噴射前後の圧力変化（一次側：降圧、二次側：昇圧）ΔＰ、ΔＰ２、ΔＰ／ｄｔ、ΔＰ２／ｄｔを測定、噴射率ΔＶ／ｄｔ、ΔＶ２／ｄｔを算出することができる。得られた噴射率は、ニードルのリフト波形及び、インジェクタへの駆動電流波形と比較・検討することが可能である。また、上記のように電磁開閉弁６、３１の切替えにより１Ｓｈｏｔ噴射時及び連続噴射時双方の噴射率ΔＶ、ΔＶ２が測定可能となっている。

次に、連続噴射によって噴射量の測定を行う手順について説明する。
上記と同様にして測定の開始準備を行い（ステップａ１〜ステップａ３）、運転指令により、電磁開閉弁６、３１開のまま、指定回数のインジェクタ１００の連続噴射（回数はコンピュータを動作させるソフトウェアにより指示）を開始する（ステップｂ１）。指定回数噴射後、質量流量計３４でサンプリングを開始する（ステップｂ２）。この際にインジェクタ１００の噴射はさらに所定回数継続するものとし、前記したステップａ４〜ａ１１と同様にして各行程を繰り返す。
すなわち、電磁開閉弁３１を閉じ（電磁開閉弁６は開いたままとする）（ステップｂ３）、インジェクタ１００を動作させる（ステップｂ４）。その後、所定の噴射回数を終了している場合には測定を終了し、所定回数未達の場合には次ステップｂ３に移行する（ステップｂ６）。再度電磁開閉弁３１を閉じる。（以降所定の噴射回数まで上記行程を繰り返す）。

上記ステップｂ６で所定の噴射回数に達した際には、質量流量計３４のサンプリングを終了し（ステップｂ７）、上記で検出したデータに基づいて平均噴射量の演算（ステップｂ８）を行う。すなわち、質量流量計３４より得られた積算流量Ｑと噴射回数Ｎより平均噴射量ｑ／ｓｈｏｔを算出する。その後、測定を終了する。なお、上記行程において、噴射量の測定と並行して第２チャンバでの圧力変化を測定して噴射率を求めることもできる。
さらに第１開閉弁の開閉動作を前記した噴射率の測定行程と同様に行うことで、噴射量の測定と並行して第２チャンバでの圧力変化を測定して噴射率を求めることも可能である。

以上のように、本発明によれば、インジェクタより連続噴射された高圧ガスの一定時間における積算流量を質量流量計にて測定し、その測定値（積算流量）を噴射回数で割り噴射量Ｖを算出することができる。また同時に各チャンバに設置した動圧圧力センサにより、各噴射時における噴射率を測定し、噴射毎の噴射量のばらつきを監視することができる。また、質量流量計の一次側の設置したニードル弁でガスの流れを連続流にし、噴射形態による流れの脈動影響を低減することができる。

さらに、静リークの測定を行う手順について説明する。
上記と同様にして測定の開始準備を行い（ステップａ１〜ａ３）、運転指令により、電磁開閉弁６、３１開のまま、指定回数のインジェクタ１００の空打ち（回数はソフトウェアにより指示）を開始する（ステップｃ１）。終了後、電磁開閉弁３１を閉じる（ステップｃ２）。電磁開閉弁３１を閉じた後、静圧第１圧力センサ１６、静圧第２圧力センサ２６のサンプリングを開始する（ステップｃ３）。指定時間（ソフトウェアで変更可能）経過後（ステップｃ４）、再度、静圧第１圧力センサ１６、静圧第２圧力センサ２６のサンプリングを開始する（ステップｃ５）。指定時間前後の第２チャンバ２１内の圧力変化ΔＰ_Ｌと計測時間より単位時間当たりのリーク量ΔＶ_Ｌ／ｔを算出する（ステップｃ６）。上記行程により、インジェクタ非駆動時、時間当たりの二次側チャンバー内圧力変化ΔＰを検出するすることで、インジェクタの静リークの有無及び、リーク量を測定することができる。

以上、説明したように、上記実施形態では、ガス燃料噴射インジェクタの評価（噴射率・噴射量・静リーク測定）を１Ｓｈｏｔ噴射時と連続噴射時の双方可能とし、連続噴射時に噴射率・噴射量の同時計測を可能としている。また、噴射率の計測において、インジェクタの一次側及び二次側にチャンバを設置し、インジェクタ噴射による各チャンバ内の圧力変化を計測する事でより正確な噴射率の計測を可能としている。
以上、上記実施形態に沿って本発明の説明を行ったが、本発明は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において当然に変更可能なものである。また本発明の実施例では、成分の一定していないＣＮＧ（圧縮天然ガス）で測定したため、流量計を必要としたが、成分が一定で体積弾性率が正確に判明している気体では、流量計を使わずに圧力差により流量を演算することができる。

本発明の一実施形態におけるインジェクタの特性測定試験装置の概略を示す図である。同じく、噴射率の測定行程を示すフロー図である。同じく、算出された噴射率と理論値の波形を示す図である。同じく、合成値の波形を示す図である。同じく、噴射量の測定行程を示すフロー図である。同じく、静リークの測定行程を示すフロー図である。

符号の説明

１ガス供給流路
２減圧弁
３アキュムレータ
６電磁開閉弁
１０測圧室
１１第１チャンバ
１５動圧用第１圧力センサ
１６静圧用第１圧力センサ
２０噴射室
２１第２チャンバ
２５動圧用第２圧力センサ
２６静圧用第２圧力センサ
３０排気流路
３１電磁開閉弁
３２リリーフ弁
３３ニードル弁
３４質量流量計
１００インジェクタ
１１０渦電流センサ

Claims

ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験装置において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバが設けられ、前記インジェクタの下流側に噴射溜まりとなる第２チャンバが設けられており、前記第１チャンバは、上流側に第１開閉弁が設けられているとともに、該第１開閉弁の閉時に前記ガスの噴射による前記第１チャンバ内の圧力変化を検出する動圧用第１圧力センサを備えることを特徴とするインジェクタの特性測定試験装置。
前記第２チャンバの出口側に第２開閉弁が設けられ、該第２開閉弁の下流側の流路にリリーフ弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載のインジェクタの特性測定試験装置。
前記リリーフ弁は、設定圧を変更可能であることを特徴とする請求項２記載のインジェクタの特性測定試験装置。
前記第２チャンバの出口側排気流路に第２開閉弁が設けられているとともに、前記第２開閉弁の閉時に前記ガスの噴射による前記第２チャンバ内の圧力変化を検出する動圧用第２圧力センサを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のインジェクタの特性測定試験装置。
前記第２開閉弁の下流側の排気流路に質量流量計が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のインジェクタの特性測定試験装置。
前記第１チャンバと第２チャンバの一方または両方について、各チャンバ内の圧力を検出する静圧用圧力センサを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインジェクタの特性測定試験装置。
ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験方法において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバを設けるとともに、該第１チャンバの上流側のガス供給流路を開閉自在にしておき、前記インジェクタの下流側に設けた噴射溜まりとなる第２チャンバに前記インジェクタからガスを噴射する際に、前記ガス供給流路を閉じた後、前記ガスの噴射を行い、該噴射による第１チャンバの圧力変化を検出し、該検出出力値に基づいてガスの噴射率を求めることを特徴とするインジェクタの特性測定試験方法。
ガスを噴射するインジェクタの特性を測定・試験する測定試験方法において、前記インジェクタの上流側のガス供給流路に第１チャンバを設け、前記インジェクタの下流側に噴射溜まりとなる第２チャンバを設けるとともに、前記第１チャンバの上流側のガス供給流路と前記第２インジェクタの出口側排気流路とをそれぞれ開閉自在にしておき、前記ガス供給流路と出口側排気流路とを閉じた後、前記インジェクタからガスの噴射を行い、該噴射による第１チャンバの圧力変化と第２チャンバの圧力変化とをそれぞれ検出し、前記インジェクタの噴射初期においては、前記第２チャンバの検出出力力値を用い、前記インジェクタの噴射初期以降について前記第１チャンバの検出出力値から時間差分を補正した出力値を用い、両者の出力値を合わせて、合成出力値を求め、該合成出力値に基づいてガスの噴射率を求めることを特徴とするインジェクタの特性測定試験方法。
前記第２チャンバを設定圧に調整した後、第１チャンバのガス供給流路を開き、第２チャンバの出口側排気流路を閉じて前記第１チャンバまたは第２チャンバの圧力を検出して、該出力値に基づいて静リーク量を求めることを特徴とする請求項７または８に記載のインジェクタの特性測定試験方法。
前記第２チャンバの出口側排気流路に前記チャンバ内を所定圧に設定するリリーフ弁と質量流量計とを設けておき、前記インジェクタからガスの噴射を複数回行う際に、前記排気流路を閉じておき、前記ガスの噴射後に、排気流路を開き、さらに噴射の１サイクルが終了する前に再度排気流路を閉じて前記ガスの噴射を行う動作を繰り返し、該噴射による噴射流量を前記質量流量計にて連続的に測定し、該噴射流量を噴射回数で除して、噴射１回当りの平均噴射量を算出することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のインジェクタの特性測定試験方法。