JP4415260B2 - Flow rate measuring device and flow rate measuring method - Google Patents
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Description
流体噴射弁が噴射する液体の噴射流量を計測する流量計測装置および流量計測方法に関する。 The present invention relates to a flow rate measuring device and a flow rate measuring method for measuring an ejection flow rate of a liquid ejected by a fluid ejection valve.
燃料噴射弁等の流体噴射弁が噴射する液体の噴射流量を計測する装置として、流体噴射弁に噴射液体を供給する供給通路を流れる流体流量を、例えば特許文献1に記載されているように歯車式流量計で計測するものが知られている。
また、流体噴射弁が噴射した液体を容器で受け、噴射した液体の重量を計測することにより流体噴射弁が噴射する液体の流量を計測することが考えられる。
As a device for measuring an injection flow rate of a liquid ejected by a fluid injection valve such as a fuel injection valve, a fluid flow rate flowing through a supply passage for supplying an injection liquid to the fluid injection valve is changed to a gear as described in Patent Document 1, for example. What is measured with a type flow meter is known.
It is also conceivable to measure the flow rate of the liquid ejected by the fluid ejection valve by receiving the liquid ejected by the fluid ejection valve in a container and measuring the weight of the ejected liquid.
しかしながら、流体噴射弁の上流側に設置され流体噴射弁に噴射液体を供給する供給通路の液体は、通常、実際の噴射圧まで加圧されているので温度が上昇している。このように温度の高い液体は、圧力変動または温度変動の影響を受けて粘性および比重が変化しやすいので、流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測することが困難である。 However, the liquid in the supply passage that is installed upstream of the fluid injection valve and supplies the injection liquid to the fluid injection valve is usually pressurized to the actual injection pressure, and thus the temperature is increased. In this way, the liquid having a high temperature easily changes in viscosity and specific gravity under the influence of pressure fluctuation or temperature fluctuation, and it is difficult to measure the injection flow rate of the fluid injection valve with high accuracy.
また、流体噴射弁の上流側に設置された供給通路を流れる噴射液体の流量を計測する場合、流量計として前述した歯車式流量計を用いると、供給通路を連続して流れる液体の流量を計測する必要があるので、計測時間が長くなるという問題がある。
これに対して、流体噴射弁が噴射した液体を容器で受け、噴射した液体の重量を流量噴射弁の下流側で計測する場合、流体噴射弁の上流側よりも圧力の低い大気中に噴射された液体を計測するので、圧力変動および温度変動の影響を受けにくく、噴射された液体を直接計測できる。
Also, when measuring the flow rate of the jet liquid flowing through the supply passage installed upstream of the fluid injection valve, if the gear-type flow meter described above is used as the flow meter, the flow rate of the liquid flowing continuously through the supply passage is measured. Therefore, there is a problem that the measurement time becomes long.
On the other hand, when the liquid ejected by the fluid ejection valve is received by the container and the weight of the ejected liquid is measured downstream of the flow rate ejection valve, the fluid is ejected into the atmosphere at a lower pressure than the upstream side of the fluid ejection valve. Therefore, it is difficult to be affected by pressure fluctuations and temperature fluctuations, and the injected liquid can be directly measured.
しかしながら、大気中に液体を噴射すると、噴射された液体が蒸発し噴射された液体の重量を高精度に計測できない恐れがある。また、微量の噴射量に対し、重量を高精度に計測することは困難である。
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、計測時間を短縮し、高精度に噴射流量を計測する流量計側装置および流量計測方法を提供することを目的とする。
However, when a liquid is ejected into the atmosphere, the ejected liquid may evaporate and the weight of the ejected liquid may not be measured with high accuracy. Moreover, it is difficult to measure the weight with high accuracy for a small amount of injection.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a flowmeter side device and a flow rate measurement method that can shorten the measurement time and measure the injection flow rate with high accuracy.
請求項1から4記載の発明によると、流体噴射弁がハウジングの密封室に噴射した噴射液体の体積変化を検出する。つまり、流体噴射弁の上流側よりも圧力が低く、圧力変動および温度変動の影響を受けにくい流体噴射弁の下流側で、流体噴射弁が噴射した噴射液体の体積変化を検出する。したがって、検出した噴射液体の体積変化から、流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測できる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, the fluid injection valve detects the volume change of the injection liquid injected into the sealed chamber of the housing. That is, a change in the volume of the ejected liquid ejected by the fluid ejecting valve is detected on the downstream side of the fluid ejecting valve, which has a lower pressure than the upstream side of the fluid ejecting valve and is less susceptible to pressure fluctuations and temperature fluctuations. Therefore, the injection flow rate of the fluid injection valve can be measured with high accuracy from the detected volume change of the injection liquid.
また、密封室に噴射するので、噴射された噴射液体が蒸発しにくい。したがって、噴射液体の体積変化を高精度に検出できる。
また、流体噴射弁に噴射液体を供給する供給通路の流量ではなく、流体噴射弁が噴射した噴射液体の体積変化を検出するので、少ない噴射回数であっても、流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測できる。したがって、流体噴射弁毎の計測時間を短縮できる。
Moreover, since it injects to a sealed chamber, the injected injection liquid is hard to evaporate. Therefore, the volume change of the jet liquid can be detected with high accuracy.
In addition, since the volume change of the injection liquid injected by the fluid injection valve is detected instead of the flow rate of the supply passage supplying the injection liquid to the fluid injection valve, the injection flow rate of the fluid injection valve is increased even if the number of injections is small. It can be measured accurately. Therefore, the measurement time for each fluid injection valve can be shortened.
請求項1および3記載の発明によると、密封室の流体噴射弁側は気体で満たされているので、流体噴射弁は気体中に液体を噴射する。それ故、気体中に液体を噴射する動作環境の流体噴射弁であれば、類似した環境で噴射できるので、高精度に流量を計測できる。また、密封室の他の部分は液体で満たされているので、流体噴射弁が密封室に噴射した液体の体積変化分を密封室の液体の位置変位として検出するか、圧力変化として検出できる。
さらに、請求項1および3記載の発明によると、流体噴射弁が所定時間開弁して1回あたりに噴射する噴射量を設定噴射量とし、流体噴射弁の噴射回数と設定噴射量との積だけ容積可変装置で可変容積室の容積を増やせば、検出手段で検出する液体の体積変化分と設定噴射量とから、流体噴射弁の噴射量を計測できる。
また、検出手段で検出する噴射液体の体積変化量は、流体噴射弁の噴射回数と設定噴射量との積と、実際に流体噴射弁が噴射した流量との差になるので、検出手段で検出する噴射液体の体積変化量は小さくなる。したがって、微少の体積変化を検出する高精度な検出手段により高精度に噴射液体の体積変化を検出できる。
According to the first and third aspects of the invention, since the fluid injection valve side of the sealed chamber is filled with gas, the fluid injection valve injects liquid into the gas. Therefore, any fluid injection valve in an operating environment that injects liquid into gas can be injected in a similar environment, so that the flow rate can be measured with high accuracy. In addition, since the other part of the sealed chamber is filled with the liquid, the change in volume of the liquid ejected by the fluid ejection valve into the sealed chamber can be detected as the positional displacement of the liquid in the sealed chamber or as a change in pressure.
Further, according to the first and third aspects of the invention, the injection amount that the fluid injection valve opens for a predetermined time and injects once is set as the set injection amount, and the product of the number of injections of the fluid injection valve and the set injection amount. If the volume of the variable volume chamber is increased only by the variable volume device, the injection amount of the fluid injection valve can be measured from the change in volume of the liquid detected by the detection means and the set injection amount.
Further, the volume change amount of the ejection liquid detected by the detection means is the difference between the product of the number of injections of the fluid injection valve and the set injection quantity and the flow rate actually injected by the fluid injection valve. The volume change amount of the ejected liquid is small. Therefore, the volume change of the jetted liquid can be detected with high accuracy by the high-precision detection means for detecting a minute volume change.
請求項2および4記載の発明によると、請求項1記載の発明の構成において、大気側と密封室との連通を断続する開閉弁が開弁することにより密封室における液体と気体との境界面位置を初期位置に設定する。この構成によれば、例えば、各流体噴射弁の計測をする前に開閉弁を開弁すれば、密封室の気体と液体の境界面を簡単に初期位置に設定できる。 According to the second and fourth aspects of the invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the open / close valve that opens and closes the communication between the atmosphere side and the sealed chamber opens, thereby the boundary surface between the liquid and the gas in the sealed chamber. Set the position to the initial position. According to this configuration, for example, if the on-off valve is opened before measuring each fluid injection valve, the boundary surface between the gas and the liquid in the sealed chamber can be easily set to the initial position .
以下、本発明の流量計測装置の一実施形態を図に基づいて説明する。
図1に示すように、流量計測装置10は、ハウジング12、圧力センサ20、マイクロシリンジ30、開閉弁40を有している。流体噴射弁である燃料噴射弁1は、例えば内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁である。燃料噴射弁1は、ハウジング12に液密に取り付けられる。
Hereinafter, one embodiment of a flow measuring device of the present invention is described based on figures.
As shown in FIG. 1, the flow
ハウジング12は、内部に密封室14を形成している。密封室14の圧力センサ20側は噴射液体16で満たされており、密封室14の燃料噴射弁1が取り付けられている側の空間は空気18で満たされている。
検出手段としての圧力センサ20は、ハウジング22およびダイヤフラム24を有している。ハウジング22内の空間は、ダイヤフラム24により液体室26と大気室28とに隔離されている。液体室26は連通管100を介して密封室14と連通しており、連通管100内および液体室26は、密封室14の圧力センサ20側と同じく噴射液体16で満たされている。圧力センサ20は、密封室14の圧力センサ20側、連通管100内および液体室26の噴射液体の体積変化を、ダイヤフラム24が変位することにより圧力変化として検出し、圧力信号を電子制御装置(ECU)50に送出する。
The
The
容積可変装置であるマイクロシリンジ30は、ハウジング32およびハウジング32に摺動自在に支持されるピストン36を有し、ハウジング12の周壁を貫通してハウジング12に取り付けられている。ハウジング32は、密封室14と連通する可変容積室34を形成している。ピストン36の一方の端部は可変容積室34に突出しており、ピストン36の他方の端部は図示しないサーボモータに接続されている。ピストン36が可変容積室34に突出する突出量は、サーボモータにより制御される。
The
開閉弁40は、大気側および密封室14に開口している大気開放管102に設置されている。開閉弁40が開弁および閉弁することにより、密封室14と大気側との連通が断続される。
計測手段としてのECU50は、燃料噴射弁1のコイル2に供給する駆動電流を制御し、燃料噴射弁1を開閉制御する。またECU50は、圧力センサ20から受けた圧力信号に基づき、密封室14に噴射された噴射液体の体積変化、すなわち、燃料噴射弁1から噴射された噴射液体の流量を計測する。またECU50は、サーボモータを制御し、マイクロシリンジ30のピストン36の突出量を調整する。
The on-off valve 40 is installed in the atmosphere-side open pipe 102 opened to the atmosphere side and the sealed
The
次に、流量計測装置10による燃料噴射弁1の流量計測方法について説明する。
(1)まず、サーボモータを制御し、ピストン36を可変容積室34に所定量突出させる。
(2)ハウジング12に燃料噴射弁1を取り付ける。
(3)開閉弁40を開弁し、密封室14を大気開放する。これにより、前回の計測時に密封室14に噴射された噴射液体が大気開放管102から大気側に排出され、密封室14の噴射液体16と空気18との境界面位置が、大気開放管102が密封室14に開口している初期位置に設定される。大気開放管102から大気側に流出する噴射液体16の流れが止まると、開閉弁40を閉弁する。
Next, a method for measuring the flow rate of the fuel injection valve 1 by the flow
(1) First, the servo motor is controlled to cause the
(2) The fuel injection valve 1 is attached to the
(3) Open the on-off valve 40 and open the sealed
(4)ECU50は、同じ噴射時間幅で所定回数噴射させるパルス信号を燃料噴射弁1に送出する。このとき、ECU50は、燃料噴射弁1が1回に噴射する噴射量を予め設定して記憶しておき、燃料噴射弁1が1回噴射する毎に、可変容積室34の容積が設定噴射量だけ増加するように、サーボモータを制御してピストン36を図1の左方向に移動させ、可変容積室34に突出するピストン36の突出量を減じる。
(4) The ECU 50 sends a pulse signal to the fuel injection valve 1 for injecting a predetermined number of times with the same injection time width. At this time, the ECU 50 presets and stores the injection amount that the fuel injection valve 1 injects once. Each time the fuel injection valve 1 injects once, the volume of the
(5)燃料噴射弁1が所定回数噴射して噴射を停止すると、ECU50は、圧力センサ20が検出した圧力信号を、燃料噴射弁1が密封室14に噴射液体を所定回数噴射したことにより変化した圧力変化ΔPとして認識する。
ここで、噴射中にピストン36を移動することにより、可変容積室34の容積は、設定噴射量Qと噴射回数Nとの積Q×Nだけ増加しているので、燃料噴射弁1の合計噴射量が設定噴射量Qと噴射回数Nとの積Q×Nに等しければ、密封室14の圧力変化ΔPは0のはずである。燃料噴射弁1の合計噴射量とQ×Nとが等しくなければ、その差により密封室14の空気18の圧力が増減する。この空気18の圧力の増減により、密封室14の圧力センサ20側、連通管100内および液体室26の噴射液体16の圧力が増減する。圧力センサ20は、この噴射液体16の圧力の増減を圧力変化ΔPとして検出する。
(6)そして、ECU50は、N回噴射した後の圧力変化ΔP、つまりN回噴射した後の噴射液体の体積変化と設定噴射量とから燃料噴射弁1のN回の合計噴射量を算出し、燃料噴射弁1の1回あたりの噴射流量を計測する。
(5) When the fuel injection valve 1 injects the predetermined number of times and stops the injection, the
Here, by moving the
(6) Then, the
以上説明した、本実施形態の流量計測装置10では、燃料噴射弁1が密封室14の空気中に噴射液体を噴射するので、実際に燃料噴射弁1が燃料を噴射する吸気管または燃焼室と環境が類似している。また、燃料噴射弁1の上流側である加圧された噴射液体の流量ではなく、燃料噴射弁1の下流側において燃料噴射弁1が空気中に噴射した噴射液体の体積変化分を計測するので、圧力変動および温度変動の影響を殆ど受けない。さらに、密封室14に噴射液体を噴射するので、噴射液体の蒸発を防止できる。したがって、燃料噴射弁1が噴射した噴射液体の流量を高精度に計測できる。
また、上記実施形態では、通路を流れる噴射液体の流量ではなく、燃料噴射弁1が密封室14に噴射した噴射液体の体積変化を検出する。燃料噴射弁1が噴射した噴射流体の体積変化は少ない噴射回数で高精度に検出できるので、流量計測時間を短縮できる。噴射流量を計測するための噴射回数は1回でもよい。
In the flow
Moreover, in the said embodiment, the volume change of the injection liquid which the fuel injection valve 1 injected into the sealing
(その他の実施形態)
上記実施形態では、密封室14の圧力センサ20側を噴射液体16で満たし、密封室14の燃料噴射弁1側を空気18で満たしたが、密封室14を全て空気18で満たしてもよい。この場合、圧力センサ20のダイヤフラム24は両面ともに空気と接触する。そして、密封室14に噴射液体が噴射されることにより、燃料噴射弁1の実際の噴射量と設定噴射量Qとの差として、圧力センサ20は空気で満たされた密封室14の圧力変化ΔPを検出し、燃料噴射弁1の1回あたりの噴射流量を計測できる。ただし、密封室14を全て空気で満たす場合、空気による圧力変化は小さくなるので、密封室14全体の容積は極力小さいことが望ましい。
また、密封室14を全て噴射液体で満たし、燃料噴射弁1から噴射液体中に噴射液体を噴射してもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
Alternatively, all of the sealed
上記実施形態では、燃料噴射弁1が1回噴射する毎に、可変容積室34の容積が設定噴射量だけ増加するように可変容積室34に突出するピストン36の突出量を制御したが、可変容積室34の容積を増加するタイミングは、燃料噴射弁1が噴射する前後、または噴射と同時のいずれでもよい。また、燃料噴射弁1が1回噴射する毎ではく、燃料噴射弁1が複数回噴射する前後に、噴射回数と設定噴射量との積だけまとめて可変容積室34の容積を増加してもよい。
また、マイクロシリンジ30を用いず、燃料噴射弁1が噴射する噴射液体の総量を圧力変化ΔPとして検出し、噴射流量を計測してもよい。
In the above embodiment, each time the fuel injection valve 1 injects once, the protruding amount of the
Alternatively, the injection flow rate may be measured by detecting the total amount of injection liquid injected by the fuel injection valve 1 as the pressure change ΔP without using the
また、燃料噴射弁1が噴射した噴射液体の体積変化を圧力センサ20により圧力変化ΔPとして検出したが、燃料噴射弁1が噴射した噴射液体の体積変化を検出部の変位量として検出する位置センサを検出手段として用いてもよい。
上記実施形態では、内燃機関の燃料噴射弁1の流量を計測したが、これに限らず、特に微量の液体を噴射する流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測するときに、本発明の流量計測装置または流量計測方法は効果的である。
In addition, the volume change of the injection liquid injected by the fuel injection valve 1 is detected as the pressure change ΔP by the
In the above embodiment, the flow rate of the fuel injection valve 1 of the internal combustion engine is measured. However, the flow rate of the present invention is not limited to this, and particularly when the injection flow rate of the fluid injection valve that injects a small amount of liquid is measured with high accuracy. The measuring device or the flow rate measuring method is effective.
1 燃料噴射弁(流体噴射弁)、10 流量計測装置、12 ハウジング、14 密封室、20 圧力センサ(検出手段)、30 マイクロシリンジ(容積可変装置)、34 可変容積室、36 ピストン(可動部材)、40 開閉弁、50 ECU(電子制御装置) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection valve (fluid injection valve), 10 Flow measuring device, 12 Housing, 14 Sealing chamber, 20 Pressure sensor (detection means), 30 Micro syringe (volume variable device), 34 Variable volume chamber, 36 Piston (movable member) , 40 On-off valve, 50 ECU (electronic control unit)
Claims (4)
密封室を有し、前記流体噴射弁が前記密封室に液体を噴射するハウジングと、
前記密封室と接続しており、前記流体噴射弁から前記密封室に噴射された液体の体積変化を検出する検出手段と、
前記密封室と連通する可変容積室と、移動することにより前記可変容積室の容積を増減する可動部材とを有する容積可変装置と、を備え、
計測前の状態において、前記密封室の前記検出手段と接続する側は液体で満たされ、前記密封室の前記流体噴射弁側は気体で満たされており、
前記検出手段は、前記流体噴射弁から前記密封室に液体が噴射されることにより前記密封室の前記流体噴射弁側の気体の圧力が増減したとき、当該気体の圧力の増減による前記密封室の前記検出手段側の液体の圧力の増減を圧力変化として検出することで前記体積変化を検出し、
前記検出手段により検出された前記体積変化に基づいて前記流体噴射弁の噴射流量を計測し、
前記流体噴射弁が所定時間開弁して1回あたりに噴射する噴射量を設定噴射量とし、前記流体噴射弁が複数回噴射する場合、前記可動部材により前記可変容積室の容積を前記設定噴射量と噴射回数との積だけ増加させることを特徴とする流量計測装置。 In the flow rate measuring device that measures the jet flow rate of the liquid jetted by the fluid jet valve
A housing having a sealed chamber, wherein the fluid ejection valve ejects liquid into the sealed chamber;
Detecting means connected to the sealed chamber for detecting a volume change of the liquid ejected from the fluid ejection valve to the sealed chamber;
A variable volume chamber having a variable volume chamber communicating with the sealed chamber, and a movable member that increases or decreases the volume of the variable volume chamber by moving;
In the state before measurement, the side of the sealed chamber connected to the detection means is filled with liquid, and the fluid injection valve side of the sealed chamber is filled with gas,
It said detecting means, when the pressure of the fluid injection valve side of the gas by Ri said sealing chamber to the liquid is injected into the sealed chamber from the fluid injection valve is increased or decreased, the sealing by increasing or decreasing the pressure of the gas Detecting the volume change by detecting an increase or decrease in the pressure of the liquid on the detection means side of the chamber as a pressure change ,
Measure the injection flow rate of the fluid injection valve based on the volume change detected by the detection means,
When the fluid injection valve opens for a predetermined time and is injected as a set injection amount, and the fluid injection valve injects a plurality of times, the volume of the variable volume chamber is set by the movable member. A flow rate measuring device that increases the product of the quantity and the number of injections.
ハウジングの密封室に接続され、前記流体噴射弁から前記密封室に噴射された液体の体積変化を検出する検出手段を用い、
計測前に前記密封室の前記流体噴射弁側を気体で満たし、前記密封室の前記検出手段と接続する側を液体で満たし、
前記流体噴射弁から前記密封室に液体を噴射することにより前記密封室の前記流体噴射弁側の気体の圧力が増減したとき、当該気体の圧力の増減による前記密封室の前記検出手段側の液体の圧力の増減を圧力変化として検出することで前記体積変化を前記検出手段で検出し、
前記検出手段により検出した前記体積変化に基づいて前記流体噴射弁の噴射流量を計測し、
前記密封室と連通する可変容積室と、移動することにより前記可変容積室の容積を増減する可動部材とを有する容積可変装置を用い、
前記流体噴射弁が所定時間開弁して1回あたりに噴射する噴射量を設定噴射量とし、前記流体噴射弁が複数回噴射する場合、前記可動部材により前記可変容積室の容積を前記設定噴射量と噴射回数との積だけ増加させることを特徴とする流量計測方法。 In the flow rate measurement method for measuring the injection flow rate of the liquid injected by the fluid injection valve,
A detecting means connected to the sealed chamber of the housing and detecting a volume change of the liquid ejected from the fluid ejection valve to the sealed chamber;
Before measurement, the fluid injection valve side of the sealed chamber is filled with gas, and the side connected to the detection means of the sealed chamber is filled with liquid,
When the pressure of the fluid injection valve side of the gas by Ri said sealing chamber to inject liquid into said sealed chamber from said fluid injection valve is increased or decreased, the detection means side of the sealing chamber by increasing or decreasing the pressure of the gas Detecting the change in volume by detecting the increase or decrease in the pressure of the liquid as a pressure change ,
Measure the injection flow rate of the fluid injection valve based on the volume change detected by the detection means,
Using a variable volume device having a variable volume chamber communicating with the sealed chamber and a movable member that increases and decreases the volume of the variable volume chamber by moving,
When the fluid injection valve opens for a predetermined time and is injected as a set injection amount, and the fluid injection valve injects a plurality of times, the volume of the variable volume chamber is set by the movable member. A flow rate measuring method characterized by increasing the product of the quantity and the number of injections.
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