JP4683020B2 - 噴射量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体噴射弁の噴射量を計測する噴射量計測装置に関する。

従来、燃料噴射弁等の流体噴射弁の噴射量を計測する装置として非特許文献１に開示されているものが知られている。非特許文献１の計測装置では、流体噴射弁から計測室に流体を噴射し、増加した計測室の流体量に応じて移動するピストンの位置を検出することにより、ピストンの変位量と断面積とから流体噴射弁の噴射量を計測しようとしている。
ＥＭＩ２１(Accessory for Test benches Injection Quantity Indicator)、［online］、ＭＯＥＨＷＡＬＤ ＧｍｂＨ、［平成１９年７月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.moehwald.de/mediathek/defaultScripts/PHP/download.php?code=Mjk1LnBkZiNFTUkgMjFfRU4ucGRm/＞

ところで、各回の噴射により増加する計測室の計測流体の体積増加量、つまり流体噴射弁の噴射量をｑｎ（ｎ＝１、２・・・）、噴射前の計測室の計測流体の体積をＶｎ−１、体積弾性係数をＫとすると、計測室の圧力増加ΔＰｎは次式（１）から算出される。

ΔＰｎ＝Ｋ×（ｑｎ／Ｖｎ−１） ・・・（１）
しかしながら、例えば多段噴射を１セットで実施する多段噴射式の流体噴射弁のように噴射時間間隔が短い場合、式（１）に示す計測室の圧力増加ΔＰｎは共振等の圧力振動になってピストンを振動させる。その結果、多段噴射の各段の噴射により変位するピストンの位置を高精度に検出できないので、多段噴射の各段の噴射量の計測精度が悪化するという問題がある。多段噴射に限らず、単発噴射を計測するときに噴射時間間隔を短くするときにも、圧力振動の発生する可能性があるので同様の問題が生じることがある。

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、流体噴射弁の噴射量を高精度に計測する噴射量計測装置を提供することを目的とする。

請求項１から５に記載の発明では、流体噴射弁の各回の噴射により計測室に圧力振動が生じ、この圧力振動による変位部材の振動量が所定値以内になったときの変位部材の位置を噴射量の計測開始位置とする。

これにより、変位部材の振動量が所定値以内の状態で噴射量を計測できるので、変位部材の位置に基づき各回の噴射量を高精度に計測できる。
請求項３に記載の発明では、多段噴射を１セットで実施する多段噴射式の流体噴射弁において、１セットの多段噴射の実施後、多段噴射のうち変位部材の振動量が最初に所定値以内になったときの変位部材の位置を計測開始位置とし、計測室の計測流体を排出して計測開始位置に変位部材の位置を復帰させる。

１セットの多段噴射をすべて終了してから計測開始位置を判定するので、実際の噴射パターン通りに多段噴射を実施した結果に基づき、変位部材の振動量が所定値以内になった計測開始位置を高精度に判定できる。

請求項４および５に記載の発明では、変位検出手段が変位部材の位置を検出できる限界位置まで変位部材が移動すると、計測室の計測流体を排出して計測開始位置に変位部材の位置を復帰させる。

これにより、計測開始位置を一度判定すれば、流体噴射弁を交換するまでの間、変位部材の振動量を所定値以内にした状態で繰り返し高精度に噴射量を計測できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による噴射量計測装置を図１に示す。

（噴射量計測装置１０）
噴射量計測装置１０は、計測ハウジング１２、ベローズ２０、変位センサ３０、ドレンバルブ４２、制御装置５０等から構成されている。噴射量を計測する流体噴射弁としての燃料噴射弁２は、ディーゼルエンジン用またはガソリンエンジン用のいずれでもよい。本実施形態では、１セットで多段噴射を実施するディーゼルエンジン用の燃料噴射弁２の噴射量計測について説明する。

計測ハウジング１２の内部空間は、変位部材としてのベローズ２０により背圧室２００と計測室２０２とに仕切られている。背圧室２００には窒素等の気体が所定圧で充填されている。燃料噴射弁２は計測室２０２に面して計測ハウジング１２に取り付けられている。計測ハウジング１２に燃料噴射弁２を設置し計測流体の噴射を開始する状態で、ドレンバルブ４２は閉弁し、計測室２０２は計測流体で充填されている。計測流体として、燃料、あるいは燃料と同じ粘性を有する不燃性の計測液体が使用される。

制御装置５０とともに変位検出手段を構成する変位センサ３０は、非接触の変位センサであり、背圧室２００に設置されている。変位センサ３０は、ベローズ２０の端面位置を検出し、検出信号を制御装置５０に出力する。

排出管４０は計測室２０２に接続されている。制御装置５０とともに容積減少手段を構成するドレンバルブ４２は排出管４０に設置されている。ドレンバルブ４２が開弁すると計測室２０２の計測流体がドレン４４に排出される。ドレンバルブ４２は、制御装置５０からの指示により開閉する電磁弁である。

制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性メモリを中心とするマイクロコンピュータ（マイコン）からなる。制御装置５０は、燃料噴射弁２およびドレンバルブ４２を開閉制御するとともに、変位センサ３０から検出信号を入力する。ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている計測制御プログラムにより、制御装置５０は変位検出手段、計測開始位置判定手段、噴射量算出手段および容積減少手段として機能する。

（噴射量計測方法）
本実施形態の燃料噴射弁２の噴射量計測方法について図２に基づいて説明する。
図２では、燃料噴射弁２を、メイン噴射の前後にパイロット噴射とポスト噴射とを実施する３段噴射式であるとして説明する。尚、多段式の燃料噴射弁２の噴射段数は３段に限るものではない。

図２において、（ｑ１、ｑ２、ｑ３）、（ｑ４、ｑ５、ｑ６）、（ｑ７、ｑ８、ｑ９）はそれぞれ３段を１セットとする多段噴射の噴射量を表している。ｈｎ（ｎ＝１、２、・・・）は、変位センサ３０が検出する各段の噴射後のベローズ２０の端面位置を表している。

前述したように、計測ハウジング１２に燃料噴射弁２が取り付けられ燃料噴射弁２から計測流体の噴射を開始する状態で、背圧室２００には気体が充填され、計測室２０２には計測流体が充填されている。そして、ドレンバルブ４２は閉弁している。ベローズ２０の端面は、背圧室２００と計測室２０２との圧力の釣り合いにより初期位置にある。

制御装置５０は、燃料噴射弁２に３段噴射を１セットとして噴射させる。式（１）に示すように、燃料噴射弁２から噴射量ｑｎの計測流体が噴射されると、計測室２０２の圧力がΔＰｎ上昇する。多段噴射のように短い噴射時間間隔で連続して噴射が実施されると、ΔＰｎの圧力上昇が計測室２０２内で共振等により圧力振動になり、ベローズ２０の端面が振動する。

ここで、式（１）からわかるように、燃料噴射弁２が噴射を繰り返し計測室２０２の計測流体の体積Ｖｎ−１が増加すると、同じ噴射量に対してΔＰｎは減少する。ΔＰｎが減少すると、各段の噴射により発生する圧力振動は小さくなり、ベローズ２０の端面振動量も小さくなる。各段の噴射によるベローズ２０の端面振動量が小さくなると、各段の噴射によるベローズ２０の変位量は高精度に検出できる。

制御装置５０は、最初にベローズ２０の端面振動量が所定値以内になった噴射終了後のベローズ２０の端面位置を噴射量の計測開始位置とする。そして、計測開始位置から実際の噴射量計測を開始する。制御装置５０は、ベローズ２０の単位変位量当たりの計測室２０２の容積変化量と、計測開始位置に達してからの各段のベローズ２０の変位量との積から各段の噴射量を高精度に算出できる。

また、制御装置５０は、燃料噴射弁２からの累積噴射量が増加し計測開始位置からのベローズ２０の変位量が大きくなることにより、ベローズ２０の位置に対する検出信号の直線性が変化する場合、ベローズ２０の位置に応じて検出信号を補正することが望ましい。制御装置５０は、補正したベローズ２０の位置の検出信号に基づき、高精度に噴射量を算出できる。

（噴射量計測制御ルーチン）
次に、噴射量計測制御ルーチンについて図３に基づいて説明する。噴射量計測制御ルーチンは、制御装置５０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている。

Ｓ３００において制御装置５０は、３段を１セットとする多段噴射を通常使用時の時間間隔で燃料噴射弁２に実施させる。Ｓ３０２において制御装置５０は、変位センサ３０の検出信号から多段噴射の各段の噴射によるベローズ２０の端面振動量と噴射後のベローズ２０の端面位置ｈｎとを記憶する。

Ｓ３０４において制御装置５０は、１セットの多段噴射終了後に、記憶しておいた各段の噴射によるベローズ２０の端面振動量が所定値以内であるかを判定する。ベローズ２０の端面振動量が所定値以内になる噴射がなければ、Ｓ３００に処理を移行し、次のセットの多段噴射を実施する。

図２では、１セット目の多段噴射（ｑ１、ｑ２、ｑ３）ではベローズ２０の端面振動量は所定値以内にならないので、２セット目の多段噴射（ｑ４、ｑ５、ｑ６）を実施している。そして、２セット目の多段噴射（ｑ４、ｑ５、ｑ６）の２段目（ｑ５）終了後にベローズ端面の振動量が所定値以内になる。この場合にも、３段を１セットとする２セット目の多段噴射をすべて終了してから、各段の噴射によるベローズ２０の端面振動量が所定値以内であるかを判定する。

このように、多段噴射のすべての段の噴射を終了してから各段の噴射においてベローズ２０の端面振動量が所定値以内になったかを判定するので、実際の噴射パターンで多段噴射のすべての段の噴射を実施できる。これにより、各段の噴射量を高精度に計測できる。

ベローズ２０の端面振動量が所定値以内になった噴射が存在すれば、Ｓ３０６において制御装置５０は、最初にベローズ端面の振動量が所定値以内になった噴射終了後の端面位置（計測開始位置）にベローズ２０の端面が復帰するように、ドレンバルブ４２を開弁し計測室２０２の計測流体をドレン４４に排出する。

制御装置５０は、変位センサ３０の検出信号から、計測開始位置にベローズ２０の端面が復帰したと判断すると、ドレンバルブ４２を閉弁し、ベローズ２０の端面を停止させる。この計測開始位置から燃料噴射弁２が噴射すると、ベローズ２０の端面振動量は所定値以内になり小さいので、変位センサ３０の検出信号から多段噴射の各段の噴射量を高精度に計測できる。

Ｓ３０８において制御装置５０は、３段の多段噴射を燃料噴射弁２に実施させ、燃料噴射弁２の各段の噴射当たりのベローズ２０の端面位置の変位量と、ベローズ２０の端面の単位変位量当たりの計測流体の体積増加量との積から、各段の噴射量を算出する。

Ｓ３０８において１セットの多段噴射を実施させ各段の噴射量を計測した後、Ｓ３１０において制御装置５０は、変位センサ３０がベローズ２０の位置を検出できる検出限界位置までベローズ２０の端面が変位したかを判定する。

検出限界位置までベローズ２０の端面が変位しておらず、引き続いて噴射量を計測する場合には、制御装置５０は、Ｓ３０８に処理を移行し、次のセットの多段噴射を燃料噴射弁２に実施させる。

噴射セット回数が増加し、検出限界位置までベローズ２０の端面が変位しても引き続き同じ燃料噴射弁２の噴射量を計測する場合、制御装置５０は、Ｓ３０６に処理を移行する。そして、ドレンバルブ４２を開弁して計測室２０２の計測流体を排出し、計測ハウジング１２に燃料噴射弁２を設置したときの初期位置ではなく計測開始位置にベローズ２０の端面位置を復帰させる。そして、制御装置５０は、さらに燃料噴射弁２の噴射量計測を実施する。これにより、再び計測開始位置を判定することなく、速やかに計測を開始できる。

１個の燃料噴射弁２の噴射量計測が終了すると、制御装置５０はドレンバルブ４２を開弁して計測室２０２から計測流体を排出して計測室２０２の圧力を下げた後、別の燃料噴射弁と交換する。そして、計測ハウジング１２に設置された燃料噴射弁からの噴射等により計測室２０２が計測流体で充填されると、制御装置５０はドレンバルブ４２を閉弁する。その後、図３の噴射量計測制御ルーチンにより噴射量の計測開始位置を判定して噴射量計測を実施する。

以上は、一つの噴射量計測装置１０で複数の燃料噴射弁２の噴射量を計測する生産設備等の場合の例である。これに対し、多気筒エンジンを模した実験設備等の場合には、燃料噴射弁と噴射量計測装置との組み合わせを気筒数分設けた構成とし、実際の内燃機関の燃焼過程と同様に順次計測気筒を切り替えて噴射量計測を行う場合がある。

この場合、制御装置５０が計測対象を切り替えることになる。すなわち、ある計測対象の燃料噴射弁と噴射量計測装置との組み合わせの噴射量計測が終了した後、制御装置５０は次に計測する燃料噴射弁と噴射量計測装置との組み合わせに計測対象を切り替えることになる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による噴射量計測装置を図４に示す。第２実施形態の噴射量計測装置６０では、計測ハウジング６２の内部空間を背圧室２００と計測室２０２とに仕切る変位部材としてピストン７０を使用する。そして、燃料噴射弁２から計測室２０２に噴射することにより発生するピストン７０の振動量が所定値以内になったピストン７０の位置を計測開始位置とし、噴射量計測を開始する。第２実施形態においてベローズ２０をピストン７０に代えた以外の構成は、第１実施形態と実質的に同一である。

以上説明した本発明の実施形態では、燃料噴射弁２からの噴射により変位部材であるベローズ２０またはピストン７０が振動する振動量が所定値以内になった噴射後の変位部材の位置を計測開始位置とし、噴射量計測を開始する。変位部材が計測開始位置に変位した以降に燃料噴射弁２からの噴射により振動する変位部材の振動量は所定値以内になるので、変位部材の変位位置に基づいて多段噴射の各段の噴射による変位部材の変位量を算出し、多段噴射の各段の噴射量を高精度に計測できる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、１セットの多段噴射を終了してから各段の噴射による変位部材の振動量が所定値以内であるかを判定した。これに対し、多段噴射の実施中において、各段の噴射による変位部材の振動量が所定値以内であるかを判定できるのであれば、変位部材の振動量が所定値以内になった段の噴射で多段噴射を中止し、多段噴射の第１段目から噴射を再開して噴射量を計測してもよい。

上記実施形態では、多段噴射を実施する燃料噴射弁の噴射量計測について説明した。これに対し、単段噴射の燃料噴射弁の噴射量計測において噴射時間間隔を短くする場合にも、変位部材の振動量が所定値以内になった計測開始位置から噴射量を計測すれば、噴射量を短時間で高精度に計測できる。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

第１実施形態による噴射量計測装置を示す模式的構成図。 （Ａ）は多段噴射のセットを示し、（Ｂ）は噴射量計測の推移を示す説明図。 噴射量計測制御ルーチンを示すフローチャート。 第２実施形態による噴射量計測装置を示す模式的構成図。

符号の説明

２：燃料噴射弁（流体噴射弁）、１０、６０：噴射量計測装置、１２、６２：計測ハウジング、２０：ベローズ（変位部材）、３０：変位センサ（変位検出部材）、４２：ドレンバルブ（容積減少手段）、５０：制御装置（変位検出手段、計測開始位置判定手段、容積減少手段、噴射量算出手段）、７０：ピストン（変位部材）

Claims (5)

1. 流体噴射弁の噴射量を計測する噴射量計測装置において、
   前記流体噴射弁が計測流体を噴射する計測室を有する計測ハウジングと、
   前記計測室の計測流体量に応じて変位する変位部材と、
   前記変位部材の位置を検出する変位検出手段と、
   前記流体噴射弁の各回の噴射により前記計測室に圧力振動が生じ、この圧力振動による前記変位部材の振動量が所定値以内になったときの前記変位部材の位置を前記流体噴射弁の噴射量の計測開始位置とする計測開始位置判定手段と、
   前記変位部材の位置に基づき前記流体噴射弁の噴射量を算出する噴射量算出手段と、
   を備えることを特徴とする噴射量計測装置。
2. 前記流体噴射弁は多段噴射を１セットで実施する多段噴射式であり、
   前記計測開始位置判定手段は、前記１セットの前記多段噴射の実施中に前記変位部材の振動量が最初に所定値以内になったときの前記変位部材の位置を前記計測開始位置とすることを特徴とする請求項１に記載の噴射量計測装置。
3. 前記計測室の前記計測流体を排出し前記計測室の容積を減少する容積減少手段をさらに備え、
   前記流体噴射弁は多段噴射を１セットで実施する多段噴射式であり、
   前記計測開始位置判定手段は、前記１セットの前記多段噴射の実施後、前記多段噴射のうち前記変位部材の振動量が最初に所定値以内になったときの前記変位部材の位置を前記計測開始位置とし、
   前記容積減少手段は、前記計測室の前記計測流体を排出して前記計測開始位置に前記変位部材の位置を復帰させることを特徴とする請求項１に記載の噴射量計測装置。
4. 前記変位検出手段により前記変位部材の位置を検出できる限界位置まで前記変位部材が移動すると、前記容積減少手段は、前記計測室の前記計測流体を排出して前記計測開始位置に前記変位部材の位置を復帰させることを特徴とする請求項３に記載の噴射量計測装置。
5. 前記変位検出手段により前記変位部材の位置を検出できる限界位置まで前記変位部材が移動すると、前記計測室の前記計測流体を排出して前記計測開始位置に前記変位部材の位置を復帰させる容積減少手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の噴射量計測装置。

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