JP4419930B2 - インジェクタの性能検査開始方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用内燃機関のインジェクタの製造後、インジェクタの性能検査の始めに行われるインジェクタ内に流体を充填するインジェクタの性能検査開始方法およびその装置に関する。

自動車用内燃機関のインジェクタの製造後、そのインジェクタの性能を検査するインジェクタの性能検査を開始する際に、インジェクタの流体回路内に流体を充填する作業を行う。従来、その作業を行う性能検査開始方法およびその装置が提案されている（特許文献１参照）。

その性能検査開始方法およびその装置は、最初にインジェクタの排出通路口側（リターン側）に接続されている負圧発生手段によってインジェクタの流体回路内を負圧状態にし、次にインジェクタの供給通路口側に接続されている流体供給部から、加圧された流体を流体回路内に供給することで流体回路内に流体を充填している。
特開２００２−２４２８００号公報

上記性能検査装置で検査するインジェクタの種類は多種多様であり、インジェクタ内に設けられている、噴孔を開閉するノズルニードルを動作させる機構も多種多様である。例えば、そのノズルニードルを動作させる機構に用いられるアクチュエータとしてピエゾ素子を利用した形式のインジェクタがある（以下、ピエゾインジェクタという）。

このピエゾインジェクタでは、通電することによりピエゾ素子自体が変位することを利用し、この変位により流体回路内の流体の流通経路を変更してノズルニードルにかかる圧力のバランスを制御し、噴孔を開閉している。しかしながら、このピエゾ素子の変位量は非常に小さいので、インジェクタは、流体回路内に液圧式の変位拡大機構を設けている。この変位拡大機構で拡大された変位でもって上記流通経路を変更しノズルニードルを動作させている。

上記変位拡大機構は、２つの異なる径を有するピストンとピストン間に形成される液圧室からなっている。上記２つのピストンは、上記液圧室を密閉するため、ピストンとそのピストンを案内する壁面との隙間は非常に小さいものとなっている。しかも、この液圧室は、流体回路の排出通路側に位置している。

上記ピエゾインジェクタを上記性能検査開始方法およびその装置で流体を充填すると、流体回路内に流体が十分に充填されず、特に、上記液圧室に流体が充填されず、アクチュエータ（ピエゾ素子等の可動部材）を動作させても、アクチュエータ（ピエゾ素子等の可動部材）の変位は伝達されず、ノズルニードルが動作しない。このため、噴孔から流体が噴射されず、次の検査工程を実施することができないという問題が発生する。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、ピエゾスタックを使用したインジェクタ内に形成されている流体回路内の隅々まで流体を充填させることができるインジェクタの性能検査開始方法およびその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、一端に噴射する流体が供給される供給通路口ともう一端に噴射されなかった余剰流体を排出する排出通路口とを有する流体回路と、該流体回路途中に設けられている噴孔と、該流体回路内に収容され該噴孔を開閉するノズルニードルであって、該流体回路内の流体の流通経路または流体圧力が変更されることにより開閉動作するノズルニードルと、充放電することにより全長が変化するピエゾスタック、および流体回路内に収容され、内部に実質的に液密となった液圧室を有し、該液圧室内に流体が充填された状態でピエゾスタックの変位量を拡大する機能を発揮する変位拡大機構であって、該ノズルニードルを開閉動作させるように該流体回路内の流体の流通経路または流体圧力を変更させる変位拡大機構を有するアクチュエータと、を備えているインジェクタ内に流体を充填するインジェクタの性能検査開始方法であって、供給通路口より流体回路内の液圧室に向けて高圧流体を供給する第１高圧流体供給工程と、排出通路口より流体回路内の液圧室に向けて高圧流体を供給する第２高圧流体供給工程と、を備えていることを特徴としている。

この方法によれば、供給通路口からだけで無く、排出通路口からも高圧流体を供給する工程を有しているので、インジェクタの流体回路内に流体を隅々まで充填することができる。また、この方法によれば、両通路口から高圧流体が供給されるので、従来よりも流体の充填作業が短時間で完了する。なお、ここでいうアクチュエータとは、例えば電磁弁やピエゾ素子のように通電することで流体回路の流体経路や流体圧力を変更するものはもちろんのこと、ノズルニードルを開閉動作させるために流体回路内で流体経路や流体圧力を変更する部品も含む。

請求項３に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、第１高圧流体供給工程と第２高圧流体供給工程は、ほぼ同時に実施されることを特徴としている。この方法によれば、両通路口から高圧流体がほぼ同時に供給されるので、より流体の充填作業が短時間で完了する。

請求項４に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、流体回路内を負圧状態にする負圧工程を備え、負圧工程は、第１高圧供給工程および第２高圧供給工程の前に実施されることを特徴としている。この方法によれば、第１、第２高圧供給工程に入る前にインジェクタの流体回路内を負圧状態にしておくので、第１、第２高圧供給工程により供給される高圧流体の相対圧力が大きくなる。この相対圧力が大きくなった状態で、高圧流体を供給すると、高圧流体は、流体回路内にある微少な隙間にも行き渡り、流体回路の隅々まで流体を充填させやすくなる。

請求項５に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、負圧工程と、第１高圧流体供給工程および第２高圧流体供給工程とは、交互に繰り返し実施されることを特徴としている。流体回路が複雑に入組んでいたり、流体回路内に微少な隙間を有する箇所があったりすると、一度の高圧流体供給工程で流体回路内に流体を完全に充填させることは困難である。少量の気体が流体回路内に残留してしまう。この方法によれば、負圧工程と、第１、第２高圧流体供給工程とを交互に繰り返し実施しているので、流体回路内に残留している気体を短時間に除去することができ、流体回路の隅々まで流体を充填することができる。

請求項６に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、アクチュエータを流体回路内の流体の流通経路または流体圧力を変更するように動作するアクチュエータ動作工程を備えていることを特徴としている。この方法によれば、アクチュエータが動作することにより、アクチュエータとそのアクチュエータを案内する壁面との間の隙間に流体が引きずりこまれやすくなる。これにより、該隙間等にも流体が充填される。

請求項７に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、アクチュエータ動作工程は、第１高圧流体供給工程または第２高圧流体供給工程中に行うことを特徴としている。インジェクタを構成する部品、特に、アクチュエータやノズルニードルなどは、流体回路に流体が充填された状態で動作することを想定して製造されている。したがって、流体回路に流体が充填されていない状態でアクチュエータやノズルニードルを動作させると、アクチュエータやノズルニードル、またはそれらを案内する案内壁などに摩耗が起こる可能性がある。

これに対し、請求項７に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、動作工程は、第１または第２高圧流体供給工程中に行うので、アクチュエータやノズルニードルの摩耗を最小限に抑えることができる。

請求項８に記載のインジェクタの性能検査開始方法によれば、アクチュエータ動作工程を実施した際、噴孔から流体が噴射されたことをもって、インジェクタへの流体の充填が完了したと判断することを特徴としている。インジェクタの形式によっては、例えば、ピエゾインジェクタなどは、上述したように、流体回路内に形成されている液圧式の変位拡大機構を有しており、この拡大機構に流体が十分に充填されていないとアクチュエータ（ピエゾ素子）を動作しても流体を噴射することができない。

この方法によれば、噴孔から流体が噴射されたことをインジェクタへの流体の充填完了の判断基準としているので、ピエゾインジェクタのような形式のインジェクタであっても流体の充填完了を適切に判断することができる。

請求項９から請求項１６に記載のインジェクタの性能検査開始装置の作用効果は、請求項１から請求項８に記載のインジェクタの性能検査開始方法の作用効果と同様であるため、その説明を省略する。

以下、図に基づき、本発明の実施の形態のインジェクタの性能検査開始方法およびその装置について説明する。最初にこのインジェクタの性能検査装置の概要について説明する。次に、この検査装置１によって検査されるインジェクタ１００について説明する。

図１は、インジェクタ１００の性能検査装置（以下、検査装置という）１の全体構成図である。この検査装置１には、インジェクタ１００の製造後、インジェクタ１００の性能検査する前に、インジェクタ１００の流体回路内に流体を充填する性能検査開始工程およびランニング運転工程を行う機能が付加されている。検査装置１は、ワーク保持部２、供給側高圧流体供給部３、排出側高圧流体供給部４、負圧部５、圧力保持部６、流量計７、タンク１３および制御装置１４を備えている。

ワーク保持部２は、被検査物であるインジェクタ１００を保持する治具である。インジェクタ１００には、通常、噴射する流体をインジェクタ１００に導入する供給通路口としての高圧通路口１８１と、噴射に使用されなかった流体を排出する排出通路口としてのリターン通路口１９１とが備えられている。インジェクタ１００には、制御装置１４からの配線が接続され、制御装置１４は、駆動信号をインジェクタ１００に送信し、インジェクタ１００を駆動する。インジェクタ１００には、高圧通路口１８１とリターン通路口１９１との間に流体回路が形成されている。なお、インジェクタ１００の動作や、流体回路については、後ほど説明する。

供給側高圧流体供給部３は、請求項に記載の第１高圧流体供給手段に相当し、第１配管としての第１供給配管８を介してインジェクタ１００の高圧通路口１８１に接続されている。この供給部３は、高圧通路口１８１からインジェクタ１００の流体回路に高圧流体を供給し、流体を充填する。具体的には、供給部３は、第１供給ポンプ３１と第１高圧制御バルブ３２とからなっている。

第１供給ポンプ３１は、例えば、タンク１３から吸引した流体を加圧し、第１供給配管８に吐出する高圧ポンプである。ポンプの形式は、この形式に限定されるものではなく、高圧流体が蓄積可能な蓄圧器であっても良い。第１高圧制御バルブ３２は、第１供給配管８の途中に設けられ、ポンプ３１から吐出された高圧流体を高圧通路口１８１に供給するか否かを、バルブを開閉することにより制御するバルブである。ポンプ３１の加圧、吐出動作や制御バルブ３２の動作は、制御装置１４から送信される制御信号によって制御される。なお、以下、上記高圧流体は、適宜高圧燃料といい、上記流体は、適宜燃料という。

排出側高圧流体供給部４は、請求項に記載の第２高圧流体供給手段に相当し、第２配管としての第２供給配管９を介してインジェクタ１００のリターン通路口１９１に接続されている。この供給部４は、リターン通路口１９１からインジェクタ１００の流体回路に高圧流体を供給し、流体を充填する。具体的には、供給部４は、第２供給ポンプ４１と第２高圧制御バルブ４２とからなっている。

第２供給ポンプ４１は、例えば、タンク１３から吸引した流体を加圧し、第２供給配管９に吐出する高圧ポンプである。ポンプの形式は、この形式に限定されるものではなく、高圧流体が蓄積可能な蓄圧器であっても良い。第２高圧制御バルブ４２は、第２供給配管９の途中に設けられ、ポンプ４１から吐出された高圧流体をリターン通路口１９１に供給するか否かを、制御するバルブである。ポンプ４１の加圧、吐出動作や制御バルブ４２の動作は、制御装置１４から送信される制御信号によって制御される。

負圧部５は、請求項に記載の負圧発生手段に相当し、第２供給配管９から枝分かれする第３配管としての負圧供給配管１０と第２供給配管９とを介してインジェクタ１００のリターン通路口１９１に接続されている。負圧部５は、インジェクタ１００の流体回路内を負圧の状態にする。具体的には、負圧部５は、空気供給ポンプ５１、ポンプ制御バルブ５２、エジェクタ５３および負圧制御バルブ５４からなっている。

負圧供給配管１０は、一方の端部が第２供給配管９に接続され、もう一方の端部がタンク１３に接続されている。負圧制御バルブ５４とエジェクタ５３とは、第２供給配管９側から負圧制御バルブ５４、エジェクタ５３の順序で、負圧供給配管１０途中に設けられている。図に示すように、空気供給ポンプ５１とポンプ制御バルブ５２とは、エジェクタ５３に接続されている。

エジェクタ５３は、流体の運動エネルギーを利用した負圧発生装置であり、このエジェクタ５３を負圧供給配管１０に設け、作動させることにより、インジェクタ１００の流体回路内の空気または流体回路内の流体を除去し、負圧状態にすることができる。

空気供給ポンプ５１は、エジェクタ５３に高圧の空気を供給するためのものである。これにより、エジェクタ５３は、供給される高圧空気の運動エネルギーの一部を負圧発生のためのエネルギーに使用することで負圧供給配管１０に負圧を発生することができる。

ポンプ制御バルブ５２は、空気供給ポンプ５１からエジェクタ５３に供給される高圧空気の供給を、制御するバルブである。負圧制御バルブ５４は、エジェクタ５３で発生した負圧をインジェクタ１００に供給するか否かを、制御するバルブである。ポンプ５１の高圧空気の吐出動作やポンプ制御バルブ５２、負圧制御バルブ５４の動作は、制御装置１４から送信される制御信号によって制御される。

圧力保持部６は、第２供給配管９から枝分かれするリターン配管１１と第２供給配管９を介してインジェクタ１００のリターン通路口１９１に接続されている。圧力保持部６は、第２供給配管９内の圧力を所定の圧力に保持する。具体的には、逆止弁６１と圧力制御バルブ６２からなっている。

リターン配管１１は、一方の端部が第２供給配管９に接続され、もう一方の端部がタンク１３に接続されている。逆止弁６１は、第２供給配管９からの流れのみを許可する弁であり、圧力制御バルブ６２は、所定の圧力以上の圧力がかかったときに第２供給配管９からの流体をタンク１３に戻すバルブである。

流量計７は、請求項に記載の流体感知手段に相当し、一方の端部がワーク保持部２に接続され、もう一方の端部がタンク１３に接続されている第４配管としての環流配管１２の途中に設けられている。この流量計７は、ワーク保持部２内でインジェクタ１００から噴射された流体を感知するためのものである。本実施形態では、流量計７を使用しているが、最低限、環流配管１２に流体が流れたことを感知できるものであれば良い。この流量計７は、流体を感知した旨、または流体の流量に対応する信号を制御装置１４に送信する。

制御装置１４は、各種の演算処理を行うＣＰＵ、各プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、スタンバイＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、各種装置（インジェクタ１００、ポンプ３１、４１、５１、バルブ３２、４２、５２、５４）の駆動を制御する駆動回路等の機能を備えている。

次に、被検査物としてのインジェクタ１００の構造およびその動作を、図６と図７に基づいて説明する。図６は、噴射停止時の状態を示すインジェクタ１００の断面図である。図７は、噴射時の状態を示すインジェクタ１００の断面図である。

図６に示すように、インジェクタ１００は、例えば、コモンレール式の燃料噴射システムを備えた内燃機関（以下、エンジンと省略していう）に適用され、エンジンの各気筒に１対１に対応して設けられる。そして、インジェクタ１００は、図示しないＥＣＵ（エンジンコントロールユニットの略）による制御で、所定の期間にコモンレールから供給される燃料を噴射する。

インジェクタ１００は、ノズル部１０１と背圧制御部１０２からなっている。インジェクタ１００は棒状のボデー１１０を有し、上記各部１０１、１０２を構成する各部品を収納する穴や請求項に記載の流体回路としての燃料が流通する通路や空間が形成される。なお、ここでは、このインジェクタ１００の上下は図面の上下に対応させて説明する。

ボデー１１０のノズル部１０１には、第１縦孔１１１が形成されている。図６に示すように、第１縦孔１１１の空間は、閉じられており、その下端部には、ボデー１１０を貫通する噴孔１１２が形成されている。噴孔１１２の上側の第１縦孔１１１の内壁には、シート１１３が形成されている。

この第１縦孔１１１には、ノズルニードル１２０と第１スプリング１６１が収容されている。ノズルニードル１２０は、第１縦孔１１１を上下に往復移動可能に収容されている。ノズルニードル１２０は、上側に大径部１２１、下側に大径部１２１よりも径が小さい小径部１２２を有している。大径部１２１は第１縦孔１１１に摺動自在に支持されている。

大径部１２１が第１縦孔１１１に収容されることによって、第１縦孔１１１内の空間が区画される。上側の空間が背圧室１７１となり、下側の空間が油溜り室１７０となる。ボデー１１０には、高圧通路口１８１から供給される高圧燃料を背圧室１７１および油溜り室１７０に供給する高圧通路１８０が形成されている。ノズルニードル１２０は、背圧室１７１、油溜り室１７０内の高圧燃料の圧力を受けるようになっている。

背圧室１７１内には、第１スプリング１６１が収容されている。第１スプリング１６１は、一端が背圧室１７１の上側に支持され、もう一端が大径部１２１に支持されている。このスプリング１６１は、ノズルニードル１２０に対して常に下方向の付勢力を付与している。ノズルニードル１２０は、背圧室１７１内の圧力、油溜り室１７０内の圧力、および第１スプリング１６１の付勢力のバランスにより、その移動が決定される。

ボデー１１０の背圧制御部１０２には、第２縦孔１１４が形成されている。図６に示すように、第２縦孔１１４は、その中に収容される部品や収容される各部品が動作することにより流体回路の流通経路や回路内の圧力が変更できるように形成されている。

図６に示すように、第２縦孔１１４には、下側から順に第２スプリング１６２、バルブニードル１３０、第３スプリング１６３、大径ピストン１４０、第４スプリング１６４およびピエゾスタック１５０が収容されている。

バルブニードル１３０および大径ピストン１４０は、第２縦孔１１４を上下に往復移動可能に収容されている。バルブニードル１３０は、下側から順に摺動ピストン１３３、弁体１３２および小径ピストン１３１からなっている。図６に示すように、それぞれの部位は、継ぎ手で接続されており、各部位は、一体となって往復移動する。摺動ピストン１３３および小径ピストン１３１は、第２縦孔１１４に摺動自在に支持されている。

摺動ピストン１３３は、第２縦孔１１４内の空間を区画し、摺動ピストン１３３の下側にスプリング室１７５を形成し、上側に摺動ピストン室１７９を形成する。摺動ピストン室１７９は、上記高圧通路１８０と接続されており、高圧燃料が供給されるようになっている。スプリング室１７５には、第２スプリング１６２が収容されている。第２スプリング１６２は、一端がスプリング室１６２の下側に支持され、もう一端が摺動ピストン１３３に支持されている。このスプリング１６２は、摺動ピストン１３３に対して常に上方向の付勢力を付与している。

小径ピストン１３１は、第２縦孔１１４内の空間を区画し、小径ピストン１３１の下側に小径ピストン室１７７を形成し、上側に液圧室１７６を形成する。ボデー１１０には、スプリング室１７５および小径ピストン室１７７内の燃料をインジェクタ１００から排出するリターン連通路１９２が形成されている。

図６に示すように、摺動ピストン室１７９と小径ピストン室１７７との間には、弁体１３２が収容される弁室１７２が形成されている。摺動ピストン室１７９と弁室１７２との境界部分には、高圧ポート１７４が形成され、小径ピストン室１７７と弁室１７２との境界部分には、リターンポート１７３が形成されている。ボデー１１０には、一端が背圧室１７１に接続され、もう一端がこの弁室１７２に接続されている高圧連通路１８２が形成されている。

弁体１３２は、上下に往復移動することにより、ポート１７３、１７４を開閉し、高圧燃料の流通経路を変更する。弁体１３２は上方向に移動すると、高圧ポート１７４を開放し、リターンポート１７３を閉塞する。これにより、摺動ピストン室１７９内の高圧燃料が高圧ポート１７４を介して弁室１７２に流入し、高圧連通路１８２を介して背圧室１７１に供給される。反対に、下方向に移動すると、高圧ポート１７４を閉塞し、リターンポート１７３を開放する。これにより、背圧室１７１および弁室１７２内の高圧燃料が、リターンポート１７３を介してリターン連通路１９２に排出され、インジェクタ１００から排出される。

第２縦孔１１４の液圧室１７６の上側には、小径ピストン１３１よりも径が大きい大径ピストン１４０が収容されている。大径ピストン１４０は、第２縦孔１１４内の空間を区画し、大径ピストン１４０の下側に液圧室１７６を形成し、上側にスタック室１７８を形成する。液圧室１７６には、第３スプリング１６３が収容されている。第３スプリング１６３は、一端が大径ピストン１４０に支持され、もう一端が小径ピストン１３１に支持されている。このスプリング１６３は、大径ピストン１４０および小径ピストン１３１に対し常にそれぞれのピストン１４０、１３１が離れる方向に付勢力を付与している。

スタック室１７８には、リターン連通路１９２の端部とリターン通路１９０の端部が接続されている。リターン通路１９０は、リターン通路口１９１を有している。リターン連通路１９２を介してスタック室１７８に排出された燃料は、リターン通路１９０およびリターン通路口１９１を介してインジェクタ１００から排出される。

大径ピストン１４０の更に上側に位置するスタック室１７８には、ピエゾ素子としてのピエゾスタック１５０が収容されている。このピエゾスタック１５０は、ＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有する周知の構造である。このピエゾスタック１５０を充放電すると上下方向に伸縮する。ピエゾスタック１５０の下端部には、大径ピストン１４０の上端部が当接しており、ピエゾスタック１５０が伸縮することにより、この伸縮が大径ピストン１４０に伝達される。ピエゾスタック１５０の下端部には、第４スプリング１６４が設けられている。このスプリング１６４は、ピエゾスタック１５０へ上方向の初期荷重を付与する。

液圧室１７６は、上側に大径ピストン１４０が、下側に小径ピストン１３１が設けられているので、変位拡大機構の一部として機能する。大径ピストン１４０、小径ピストン１３１および液圧室１７６は図に示すように配置されているので、大径ピストン１４０の変位は、液圧室１７６の流体を介して小径ピストン１３１に伝達される。その際、小径ピストン１３１の変位は、入力される変位よりも大きくなる。ピエゾスタック１５０は、動作速度が速く、伸縮量が非常に小さいという特性を有している。上記のような変位拡大機構を使用することで、ピエゾスタック１５０の伸縮量を大きくし、弁体１３２に伝達することができる。これにより、高圧燃料の流通経路を変更することができる。

次に、インジェクタ１００に収容されている構成部品の動作および通路内を流通する燃料の流れを説明する。ここでは、各種圧力室（流体回路）および各種通路（流体回路）に流体（燃料）が充填されている状態のインジェクタ１００の動作を説明する。

図６に示すようにピエゾスタック１５０が放電状態のとき、バルブニードル１３０は、バルブニードル１３０にかかる第２、第３スプリング１６２、１６３の付勢力や燃料の圧力のバランスにより上方向に移動しようとしており、弁体１３２はリターンポート１７３を閉塞する。これにより、摺動ピストン室１７９の高圧燃料は、高圧連通路１８２を介して背圧室１７１に供給される。

高圧通路１８０を介して供給される高圧燃料は、ノズルニードル１２０の背圧室１７１および油溜り室１７０に供給される。このとき、ノズルニードル１２０は、背圧室１７１、油溜り室１７０内の燃料の圧力や第１スプリング１６１の付勢力のバランスにより下方向に移動しようとしている。すると、ノズルニードル１２０の小径部１２２の先端は、シート１１３に着座し、噴孔１１２から油溜り室１７０の燃料が噴射されない。

図７に示すように、ピエゾスタック１５０が充電されて、ピエゾスタック１５０自体が伸長すると、大径ピストン１４０はその伸長量に応じた量だけ変位する。すると液圧室１７６内の燃料が圧縮され、その圧力が小径ピストン１３１に伝達される。両ピストン１４０、１３１、液圧室１７６は変位拡大機構となっているので、小径ピストン１３１の変位は、拡大される。

バルブニードル１３０の弁体１３２は、小径ピストン１３１とともに下方向に一体的に移動する。すると、弁体１３２は、リターンポート１７３を開放し、高圧ポート１７４を閉塞する。このとき、背圧室１７１および弁室１７２内の高圧燃料は、リターンポート１７３を介してリターン連通路１９２に排出される。

背圧室１７１の高圧燃料は、リターン連通路１９２に排出されるので、背圧室１７１の圧力は、油溜り室１７０の圧力よりも小さくなり、ノズルニードル１２０は、上方向に移動する。ノズルニードル１２０が上方向に移動すると、ノズルニードル１２０の小径部１２２の先端は、シート１１３から離座する。小径部１２２の先端がシート１１３から離座すると、油溜り室１７０の燃料が噴孔１１２から噴射される。

再び、ピエゾスタック１５０を放電すると、ピエゾスタック１５０は収縮し、バルブニードル１３０は上方向に移動し、弁体１３２はリターンポート１７３を閉塞し、高圧ポート１７４を開放する。背圧室１７１の圧力が高まり、ノズルニードル１２０は下方向に移動し、小径部１２２の先端がシート１１３に着座する。小径部１２２の先端がシート１１３に着座するので、噴孔１１２からの燃料の噴射が停止する。

なお、このインジェクタ１００の各種圧力室１７０、１７１、１７２、１７５、１７６、１７７、１７８および１７９と各種通路１８０、１８２、１９０および１９２は、請求項に記載の流体回路に相当し、ピエゾスタック１５０、大径ピストン１４０およびバルブニードル１３０は、請求項に記載のアクチュエータに相当する。上記各種圧力室および各種通路を指すときは、流体回路と表現する。

このインジェクタ１００の特徴は、ピエゾスタック１５０とピエゾスタック１５０の変位量を拡大する液圧式の変位拡大機構を備えている。この形式のインジェクタ１００を従来の検査装置に設置し、性能検査前に流体を流体回路に充填させる作業を行うと、流体回路の隅々まで流体が充填されないことがある。特に、液圧室１７６に流体が充填されないことがある。

図６に示すように、液圧室１７６は、大径ピストン１４０と小径ピストン１３１との間の閉じられた空間にあり、高圧通路口１８１から遠い位置にある。そして、弁体１３２がリターンポート１７３を閉塞している状態では、高圧通路口１８１から流入した高圧流体は、摺動ピストン１３３の摺動隙間、リターン連通路１９２、小径ピストン室１７７、スタック室１７８、両ピストン１３１、１４０との摺動隙間を介して流入しなければならず、高圧燃料を液圧室１７６に流入させるのは非常に困難である。摺動隙間とは、大径ピストン１４０、バルブニードル１３０の各種ピストン１３１、１３３、ノズルニードル１２０の大径部１２１と、これらの部品が摺動する第１、第２縦孔１１１、１１４の内壁面との隙間である。

液圧室１７６に流体が充填されていない状態（気体が入っている状態）では、ピエゾスタック１５０および大径ピストン１４０の変位は、小径ピストン１３１に伝達されない。弁体１３２は小径ピストン１３１と一体となっているので、ピエゾスタック１５０が動作しているにもかかわらず、弁体１３２は動作しない。結果、背圧室１７１の圧力が制御できないので、ノズルニードル１２０は動作せず、インジェクタ１００から燃料を噴射することができない。インジェクタ１００を動作させることができなければ、インジェクタ１００の性能検査を行うことはできない。

本実施形態の先に説明した検査装置１を使用し、下記に説明する検査開始方法にて上記形式のインジェクタ１００に流体を充填させれば、インジェクタ１００の流体回路内の隅々まで流体を充填させることができる。

次に、上記インジェクタ１００を上記性能検査装置１に設置し、このインジェクタ１００の性能を検査する手順について、図２から図５に基づき説明する。図２は、インジェクタ１００の性能検査の流れを示すフローチャートである。図３は、図２中の性能検査開始工程の流れを示すフローチャートである。図４は、図３中の負圧工程の流れを示すフローチャートである。図５は、図３中の高圧流体供給工程の流れを示すフローチャートである。

図２に示すように、インジェクタ１００の性能検査は、性能検査開始工程、ランニング運転工程および性能検査工程の３つの工程からなっている。ステップＳ１では、性能検査開始工程が実行される。この工程では、ワーク保持部２に被検査物としてのインジェクタ１００が保持され、図１に示すように各種配管８、９、１０、１１、１２が接続される。そして、インジェクタ１００の流体回路に高圧流体が充填される。この高圧流体は、具体的には、軽油相当の試験油である。

インジェクタ１００に高圧流体が充填された後、ステップＳ２では、制御装置１４は、インジェクタ１００をランニング運転する。ランニング運転とは、インジェクタ１００の流体回路の洗浄およびインジェクタ１００の温度を性能検査に適した温度に上昇させるために行うものである。具体的に、温度計測は、インジェクタ１００のリターン通路口１９１から排出された流体の温度を計測することによりなされる。

ステップＳ３では、制御装置１４はインジェクタ１００の例えば、噴射量や噴射率などの性能検査を行う。ここでは性能検査項目についての詳細な説明は省略する。

次に、本発明の特徴部分であるステップＳ１の性能検査開始工程について詳細に説明する。図３に示すように、この性能検査開始工程は、負圧工程、高圧流体供給工程、性能検査開始工程完了確認工程の３つの工程からなっている。

ステップＳ１１では、制御装置１４は負圧工程を実施する。具体的には、図４に示すように、制御装置１４は、ステップＳ１１１にて、第１、第２供給ポンプ３１、４１を停止し、第１、第２高圧制御バルブ３２、４２を閉じ、アクチュエータ（ピエゾスタック１５０、バルブニードル１３０）を停止する。

続いて、制御装置１４は、ステップＳ１１２にて、空気供給ポンプ５１を作動し、ポンプ制御バルブ５２を開け、負圧制御バルブ５４を開ける。これにより、エジェクタ５３は負圧供給配管１０に負圧を発生する。このとき、負圧部５とリターン通路口１９１とは負圧供給配管１０および第２供給配管９を介して接続されている状態となる。この状態は、請求項に記載の第２接続状態に相当する。負圧制御バルブ５４は開いているので、インジェクタ１００の流体回路内の空気がこの負圧によってリターン通路口１９１より除去され、流体回路内は負圧状態となる。その後、工程は、図３のステップＳ１２に移る。

次に、ステップＳ１２では、制御装置１４は高圧流体供給工程を実施する。具体的には、図５に示すように、制御装置１４は、ステップＳ１２１にて、負圧制御バルブ５４およびポンプ制御バルブ５２を閉じ、空気供給ポンプ５１を停止する。インジェクタ１００の流体回路内の負圧状態は維持される。

次に、制御装置１４は、ステップＳ１２２にて、第１供給ポンプ３１を作動し、第１高圧制御バルブ３２を開く。すると、第１供給ポンプ３１で発生した高圧流体は、インジェクタ１００の高圧通路口１８１を介して流体回路に供給される。このステップでの工程が、請求項に記載の第１高圧流体供給工程に相当する。

次いで制御装置１４は、ステップＳ１２３にて、第２供給ポンプ４１を作動し、第２高圧制御バルブ４２を開く。すると、第２供給ポンプ４１で発生した高圧流体は、インジェクタ１００のリターン通路口１９１を介して流体回路に供給される。このステップでの工程が、請求項に記載の第２高圧流体供給工程に相当する。このとき、排出側高圧流体供給部４とリターン通路口１９１とは第２供給配管９を介して接続されている状態となる。この状態は、請求項に記載の第１接続状態に相当する。

上記第１、第２接続状態は、負圧制御バルブ５４および第２高圧制御バルブ４２によって接続状態が切換えられる。したがって、これらのバルブ５４、４２は、請求項に記載の切換手段に相当する。バルブ４２、５４を第２供給配管９や負圧供給配管１０のそれぞれに設けるのではなく、第２供給配管９と負圧供給配管１０との接続部分に３方弁を設けても良い。これによれば、第１、第２接続状態の切換えを一つのバルブで制御することができる。

このように、ステップＳ１２２、Ｓ１２３にて、インジェクタ１００の高圧通路口１８１およびリターン通路口１９１の両側に、高圧流体を発生する装置（供給側高圧流体供給部３、排出側高圧流体供給部４）を備え、各供給部３、４から高圧流体を供給するようにしているので、液圧室１７６を有する形式のインジェクタ１００であっても、液圧室１７６に流体を充填させることができる。リターン通路口１９１から供給される高圧流体は、リターン通路１９０、スタック室１７８、大径ピストン１４０の摺動隙間を介して、または、リターン通路１９０、リターン連通路１９２、小径ピストン室１７７、小径ピストン１３１との摺動隙間を介して液圧室１７６に供給される。

ステップＳ１２２、Ｓ１２３の工程は、ほぼ同時に行うようにしても良い、これらの工程をほぼ同時に行えば、インジェクタ１００の流体回路への流体の充填時間が短くなる。

本実施形態では、ステップＳ１２２、Ｓ１２３において高圧流体を供給する工程の前に、ステップＳ１１１からＳ１１３において、流体回路（液圧室１７６を含む）内の空気を除去し、負圧の状態にしているので、供給される高圧流体と流体回路内の圧力との相対圧力が大きくなるので、流体回路内にある微少な隙間（摺動隙間）にも高圧流体を充填させやすくなる。

その後、制御装置１４は、ステップＳ１２４にて、第１、第２供給ポンプ３１、４１を作動させ、第１、第２高圧制御バルブ３２、４２を開かせながら、アクチュエータ（ピエゾスタック１５０、バルブニードル１３０）を作動させる。液圧室１７６にある程度流体が充填されていれば、ピエゾスタック１５０、バルブニードル１３０は、動作を開始する。これらの部品の動作の詳細については、上記で説明しているのでここでは説明を省略する。このステップでの工程が、請求項に記載のアクチュエータ動作工程に相当する。

すると、バルブニードル１３０およびノズルニードル１２０の摺動隙間に流体が引きずり込まれやすくなり、該隙間等にも流体が充填される。その後、工程は、図３のステップＳ１３に移る。

インジェクタ１００を構成する部品、特に、アクチュエータやノズルニードル１２０は、流体回路に流体が充填された状態で動作することを想定して製造されている。したがって、流体回路に流体が充填されていない状態でアクチュエータやノズルニードル１２０を動作させると、アクチュエータやノズルニードル１２０、またはそれらを案内する第１、第２縦孔１１１、１１４に摩耗が起こる可能性がある。

本実施形態では、ステップＳ１２４の工程は、第１、第２供給ポンプ３１、４１を作動させ、第１、第２高圧制御バルブ３２、４２を開かせながら、行っているので、上記摩耗を最小限に抑えることができる。

ステップＳ１３では、制御装置１４は、ステップＳ１２４でアクチュエータを作動させたとき、噴孔１１２から流体が噴射されたか否かを判断する。具体的には、環流配管１２途中に設けられている流量計７で流体が噴射されたか否かを検出する。

環流配管１２に流体が流れていることを示す信号が流量計７から制御装置１４に入力されると、制御装置１４は、インジェクタ１００の流体回路に流体が充填されたと判断し、工程を図２のステップＳ２のランニング運転工程に移す。一方、環流配管１２に流体が流れていることを示す信号が流量計７から制御装置１４に入力されなければ、制御装置１４は、インジェクタ１００の流体回路に流体が充填されていない箇所があると判断し、工程をステップＳ１１に戻し、再び負圧工程を実施する。制御装置１４は、ステップＳ１３にて流量計７から上記信号が入力されるまで、負圧工程および高圧流体供給工程を繰り返す。

ここでは、流体回路に流体が充填されたことを噴孔１１２から流体が噴射されたか否かで判断している。これにより、インジェクタ１００のような形式のインジェクタであっても流体の充填完了を適切に判断することができる。言い換えると、ステップＳ１の性能検査開始工程からステップＳ２のランニング運転工程に移すタイミングを適切に判断することができる。

図６、図７に示すように、インジェクタ１００は、流体回路が複雑に入組んでいたり、流体回路内に摺動隙間等を有していたりする。このため、一度のステップＳ１２における高圧流体供給工程で流体回路内に流体を完全に充填させることは困難である。流体回路には、少量の気体が残留してしまう。この方法によれば、負圧工程（ステップＳ１１）と、高圧流体供給工程（ステップＳ１２）とを交互に繰り返し実施しているので、流体回路内に残留している気体を短時間に除去することができ、流体回路の隅々まで流体を充填することができる。

本発明のインジェクタの性能検査装置の全体構成図である。 インジェクタの性能検査の流れを示すフローチャートである。 図２中の性能検査開始工程の流れを示すフローチャートである。 図３中の負圧工程の流れを示すフローチャートである。 図３中の高圧流体供給工程の流れを示すフローチャートである。 噴射停止時の状態を示すインジェクタの断面図である。 噴射時の状態を示すインジェクタの断面図である。

符号の説明

１ インジェクタ性能検査装置、２ ワーク保持部、３ 供給側高圧流体供給部（第１高圧流体供給手段）、４ 排出側高圧流体供給部（第２高圧流体供給手段）、５ 負圧部（負圧発生手段）、６ 圧力保持部、７ 流量計（流体感知手段）、８ 第１供給配管（第１配管）、９ 第２供給配管（第２配管）、１０ 負圧供給配管（第３配管）、１１ リターン配管、１２ 環流配管（第４配管）、１３ タンク、１４ 制御装置、３１ 第１供給ポンプ、３２ 第１高圧制御バルブ、４１ 第２供給ポンプ、４２ 第２高圧制御バルブ（切換手段）、５１ 空気供給ポンプ、５２ ポンプ制御バルブ、５３ エジェクタ、５４ 負圧制御バルブ（切換手段）、６１ 逆止弁、６２ 圧力制御バルブ、１００ インジェクタ、１０１ ノズル部、１０２ 背圧制御部、１１０ ボデー、１１１ 第１縦孔、１１２ 噴孔、１１３ シート、１１４ 第２縦孔、１２０ ノズルニードル、１２１ 大径部、１２２ 小径部、１３０ バルブニードル（アクチュエータ）、１３１ 小径ピストン（アクチュエータ）、１３２ 弁体（アクチュエータ）、１３３ 摺動ピストン（アクチュエータ）、１４０ 大径ピストン（アクチュエータ）、１５０ ピエゾスタック（アクチュエータ）、１６１ 第１スプリング、１６２ 第２スプリング、１６３ 第３スプリング、１６４ 第４スプリング、１７０ 油溜り室（流体回路）、１７１ 背圧室（流体回路）、１７２ 弁室（流体回路）、１７３ リターンポート、１７４ 高圧ポート、１７５ スプリング室（流体回路）、１７６ 液圧室（流体回路）、１７７ 小径ピストン室（流体回路）、１７８ スタック室（流体回路）、１７９ 摺動ピストン室（流体回路）、１８０ 高圧通路（流体回路）、１８１ 高圧通路口（供給通路口）、１８２ 高圧連通路（流体回路）、１９０ リターン通路（流体回路）、１９１ リターン通路口（排出通路口）、１９２ リターン連通路（流体回路）

Claims (16)

1. 一端に噴射する流体が供給される供給通路口ともう一端に噴射されなかった余剰流体を排出する排出通路口とを有する流体回路と、該流体回路途中に設けられている噴孔と、該流体回路内に収容され該噴孔を開閉するノズルニードルであって、該流体回路内の流体の流通経路または流体圧力が変更されることにより開閉動作するノズルニードルと、充放電することにより全長が変化するピエゾスタック、および前記流体回路内に収容され、内部に実質的に液密となった液圧室を有し、該液圧室内に流体が充填された状態で前記ピエゾスタックの変位量を拡大する機能を発揮する変位拡大機構であって、該ノズルニードルを開閉動作させるように該流体回路内の流体の流通経路または流体圧力を変更させる変位拡大機構を有するアクチュエータと、を備えているインジェクタ内に流体を充填するインジェクタの性能検査開始方法であって、
   前記供給通路口より前記流体回路内の前記液圧室に向けて高圧流体を供給する第１高圧流体供給工程と、
   前記排出通路口より前記流体回路内の前記液圧室に向けて高圧流体を供給する第２高圧流体供給工程と、
   を備えていることを特徴とするインジェクタの性能検査開始方法。
2. 前記流体回路および前記噴孔は、ボデーに形成され、
   前記ボデーは、前記ノズルニードルを開閉動作可能に収容するとともに、前記ノズルニードルが前記流体回路内に収容されることにより、前記流体回路内に、前記噴孔と接続するとともに前記ノズルニードルを開弁方向に付勢する前記供給通路口より流入した液圧を溜める油溜まり室と、前記油溜まり室とは反対側の端部に前記ノズルニードルを閉弁方向に付勢する前記供給通路口より流入した液圧を溜める背圧室とが画定され、
   前記アクチュエータは、前記背圧室よりも前記排出通路口側の前記流体回路内に、前記変位拡大機構にて駆動され、前記背圧室内の圧力の増減を制御することにより、前記ノズルニードルの開閉動作を制御する弁体を備えており、
   前記変位拡大機構は、前記弁体よりも前記排出通路口側の前記流体回路内に設けられ、相対的に外径が大きく、軸方向に摺動可能かつ往復移動可能に収容されるとともに、前記ピエゾスタックと連結されており、前記ピエゾスタックの全長の変化を受ける大径ピストンと、前記大径ピストンよりも外径が小さく、軸方向に摺動可能かつ往復移動可能に収容されるとともに、前記弁体と連結されており、前記大径ピストンと相対して配置されている小径ピストンとを、前記液圧室を挟んで備えており、
   前記第１高圧流体供給工程では、前記供給通路口に高圧流体を供給して、前記供給通路口から前記弁体までの前記流体回路に高圧流体を充填し、
   前記第２高圧流体供給工程では、前記排出通路口から前記弁体までの前記流体回路に高圧流体を充填するとともに、前記大径ピストンの摺動隙間および前記小径ピストンの手動隙間より前記液圧室に高圧流体を充填することを特徴とする請求項１に記載のインジェクタの性能検査開始方法。
3. 前記第１高圧流体供給工程と前記第２高圧流体供給工程は、ほぼ同時に実施され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性能検査開始方法。
4. 前記流体回路内を負圧状態にする負圧工程を備え、
   前記負圧工程は、前記第１高圧流体供給工程および前記第２高圧流体供給工程の前に実施されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインジェクタの性能検査開始方法。
5. 前記負圧工程と、前記第１高圧流体供給工程および前記第２高圧流体供給工程とは、交互に繰り返し実施されることを特徴とする請求項４に記載のインジェクタの性能検査開始方法。
6. 前記アクチュエータを前記流体回路内の流体の流通経路または流体圧力を変更するように動作するアクチュエータ動作工程を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のインジェクタの性能検査開始方法。
7. 前記アクチュエータ動作工程は、前記第１高圧流体供給工程または前記第２高圧流体供給工程中に行うことを特徴とする請求項６に記載のインジェクタの性能検査開始方法。
8. 前記アクチュエータ動作工程を実施した際、
   前記噴孔から流体が噴射されたことをもって、前記液圧室への流体の充填が完了したと判断することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のインジェクタの性能検査開始方法。
9. 一端に噴射する流体が供給される供給通路口ともう一端に噴射されなかった余剰流体を排出する排出通路口とを有する流体回路と、該流体回路途中に設けられている噴孔と、該流体回路内に収容され該噴孔を開閉するノズルニードルであって、該流体回路内の流体の流通経路または流体圧力が変更されることにより開閉動作するノズルニードルと、充放電することにより全長が変化するピエゾスタック、および前記流体回路内に収容され、内部に実質的に液密となった液圧室を有し、該液圧室内に流体が充填された状態で前記ピエゾスタックの変位量を拡大する機能を発揮する変位拡大機構であって、該ノズルニードルを開閉動作させるように該流体回路内の流体の流通経路または流体圧力を変更させる変位拡大機構を有するアクチュエータと、を備えているインジェクタ内に流体を充填するインジェクタの性能検査開始装置であって、
   前記供給通路口に接続されている第１配管を介して高圧流体を前記流体回路内の前記液圧室に向けて供給する第１高圧流体供給手段と、
   前記排出通路口に接続されている第２配管を介して高圧流体を前記流体回路内の前記液圧室に向けて供給する第２高圧流体供給手段と、
   前記第１高圧流体供給手段および前記第２高圧流体供給手段を動作させ、前記高圧流体を前記流体回路に供給させる制御装置と、
   を備えていることを特徴とするインジェクタの性能検査開始装置。
10. 前記流体回路および前記噴孔は、ボデーに形成され、
    前記ボデーは、前記ノズルニードルを開閉動作可能に収容するとともに、前記ノズルニードルが前記流体回路内に収容されることにより、前記流体回路内に、前記噴孔と接続するとともに前記ノズルニードルを開弁方向に付勢する前記供給通路口より流入した液圧を溜める油溜まり室と、前記油溜まり室とは反対側の端部に前記ノズルニードルを閉弁方向に付勢する前記供給通路口より流入した液圧を溜める背圧室とが画定され、
    前記アクチュエータは、前記背圧室よりも前記排出通路口側の前記流体回路内に、前記変位拡大機構にて駆動され、前記背圧室内の圧力の増減を制御することにより、前記ノズルニードルの開閉動作を制御する弁体を備えており、
    前記変位拡大機構は、前記弁体よりも前記排出通路口側の前記流体回路内に設けられ、相対的に外径が大きく、軸方向に摺動可能かつ往復移動可能に収容されるとともに、前記ピエゾスタックと連結されており、前記ピエゾスタックの全長の変化を受ける大径ピストンと、前記大径ピストンよりも外径が小さく、軸方向に摺動可能かつ往復移動可能に収容されるとともに、前記弁体と連結されており、前記大径ピストンと相対して配置されている小径ピストンとを、前記液圧室を挟んで備えており、
    前記第１高圧流体供給手段は、前記第１配管を介して高圧流体を前記供給通路口に供給し、前記供給通路口から前記弁体までの前記流体回路に高圧流体を充填し、
    前記第２高圧流体供給手段は、前記第２配管を介して高圧流体を前記排出通路口に供給し、前記排出通路口から前記弁体までの前記流体回路に高圧流体を充填するとともに、前記大径ピストンの摺動隙間および前記小径ピストンの摺動隙間より前記液圧室に高圧流体を充填することを特徴とする請求項９に記載のインジェクタの性能検査開始装置。
11. 前記制御装置は、前記第１高圧流体供給手段および前記第２高圧流体供給手段をほぼ同時に動作させ、前記高圧流体を前記流体回路に供給させることを特徴とする請求項９または１０に記載のインジェクタの性能検査開始装置。
12. 前記第２配管は、その配管から枝分かれする第３配管を有し
    前記第３配管には、前記流体回路内を負圧状態にする負圧発生手段が接続され、
    前記第２配管または前記第３配管の配管途中には、前記排出通路口と前記第２高圧流体供給手段とが接続する第１接続状態、または前記排出通路口と前記負圧発生手段とが接続する第２接続状態を切換える切換手段が設けられ、
    前記制御装置は、前記切換手段を前記第１接続状態にする前に前記第２接続状態に切換動作させ、接続が選択された方の手段を動作させることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載のインジェクタの性能検査開始装置。
13. 前記制御装置は、前記切換手段を前記第１接続状態と前記第２接続状態を交互に繰り返し切換動作させ、前記負圧発生手段または前記第２高圧流体供給手段のうち、接続が選択された方の手段を動作させることを特徴とする請求項１２に記載のインジェクタの性能検査開始装置。
14. 前記制御装置は、前記第１高圧流体供給手段および前記第２高圧流体供給手段を動作させるとともに前記ピエゾスタックを前記変位拡大機構が動作するように動作させることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載のインジェクタの性能検査開始装置。
15. 前記制御装置は、前記第２高圧流体供給手段を動作させている間に前記ピエゾスタックを動作させることを特徴とする請求項１４に記載のインジェクタの性能検査開始装置。
16. 前記噴孔には、前記噴孔から噴射される流体を受ける第４配管が接続され、
    前記第４配管には、該配管中を流れる流体を感知する流体感知手段を設けられ、
    前記制御装置は、前記流体感知手段から流体を感知したことを示す信号を受信すると前記インジェクタへの流体の充填が完了したと判断することを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載のインジェクタの性能検査開始装置。

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