JPH0523608B2

JPH0523608B2 -

Info

Publication number: JPH0523608B2
Application number: JP60281425A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi; Naoyuki Tsuzuki; Yukimitsu Oomori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1993-04-05
Also published as: JPS62138724A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的［産業上の利用分野］本発明は燃料噴射量測定装置に関し、詳しくは
実際の燃料噴射に則した条件で精度よく燃料噴射
量を測定しえる燃料噴射量測定装置に関する。

［従来の技術］燃料の供給を燃料噴射によつて行なう場合、例
えばデイーゼルエンジンや電子制御燃料噴射装置
を備えたカソリンエンジン等においては、噴射さ
れる燃料量を精度良く制御しなければならないこ
とから、燃料噴射量を正確に測定する燃料噴射量
測定装置が開発・設計や検査等において必要とな
る。そこで従来より種々の燃料噴射量測定装置が
知られており、例えば次の三種類が用いられてい
る。

(1) ばねで全閉方向に付勢されたピストンを有す
るシリンダを燃料噴射弁の噴出側に接続し、噴
射された燃料量によるピストンの変位量ｄを検
出し、この変位量ｄとシリンダの断面積Ｓとの
積（Ｓ×ｄ）から燃料噴射量を測定する。以
下、これをピストン型燃料噴射量測定装置と呼
ぶ。

(2) 実際に燃料噴射が行なわれる燃料室等の圧力
（これを背圧と呼ぶ）に相当する圧力で燃料を
詰めた密閉容器（体積Vo）内へ燃料噴射を行
なつて、容器内の圧力Ｐの変化から、噴射され
た燃料の体積Vbを、 dVb／dt＝（Vo／Ｅ）×（dP／dt）により求める（Ｅは燃料の体積弾性率［Kg／
cm²］）。これを圧力式燃料噴射量測定装置と呼
ぶ。

(3) 一定時間内に噴射された燃料の量を積算して
検出し、これを噴射回数で除して燃料噴射１回
当りの燃料量を求める。これを蓄積型燃料噴射
量測定装置と呼ぶ。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、これら種々の燃料噴射量測定装
置には、一長一短ともいうべき以下の問題があ
り、猶一層の改良が望まれていた。

(1‐a)ピストン型燃料噴射量測定装置のように、
変位量ｄを求めて、シリンダの断面積Ｓとから
噴射燃料量を求めるものでは、測定の分解能を
上げるためには断面積を小さくしなければなら
ない。ところが、微小な燃料量、例えば0.1mm³
程度の燃料量を正確に求めようとする最大測定
燃料量を大きくすることが極めて困難となつて
しまう。従つて、燃料噴射装置の噴射しえる燃
料量の範囲（例えば０〜100mm³／ストローク）
に亘つて、これを精度良く測定することができ
ないという問題があつた。

(1‐b)また、ピストンを用いた場合には、ピスト
ンの慣性によつて測定にオーバシユートを生じ
てしまい、これが安定となるまで燃料噴射量の
正確な測定ができない。従つて測定の応答性が
低く、高回転で内燃機関を運転するような状況
での燃料噴射量の測定に供することができない
という問題もあつた。

(1‐c)ピストンはばねによつて付勢されるので、
燃料噴射が行なわれるシリンダ内の圧力（背
圧）を一定に保つたり、燃料噴射条件のひとつ
としてこれを自在に設定することが極めて困難
であつた。従つて現実の燃料噴射の条件に則し
た実験・測定ができないという問題があつた。

(1‐d)更に、ピストンを用いた場合には、ピスト
ンに摺動抵抗があつて燃料噴射量の正確な測定
がむずかしいという問題があつた。摺動抵抗を
減らそうとすると一般にシール性が犠牲にされ
るので、燃料のリーク量が増え燃料噴射量の測
定精度が悪化する要因となつてしまう。

(2) 一方、圧力式燃料噴射量測定装置は、容器内
の圧力変化から噴射燃料量を求めるので、気泡
が混入すると測定精度が悪くなるという問題が
あつた。これは燃料噴射によつて生じた圧力波
が容器内の気泡で反射して、この反射波が測定
上の誤差となつて現われるためである。

(3) 更に、蓄積型燃料噴射量測定装置では、一定
時間内に蓄積された燃料量から１回当りの燃料
噴射量を求めているので、燃料噴射系の動的な
特性、例えば内燃機関の振動（ラフネス等）に
大きな影響を与える噴射燃料量の変動等は測定
することができないという問題があつた。ま
た、この方式では測定の精度を上げるためには
噴射燃料量の蓄積回数（ストローク数）を大き
くとらねばならず、特に内燃機関が低回転で運
転されている状態に対応した燃料噴射を行なつ
ている場合には、噴射燃料量の測定、ひいては
調整に長大な時間を要するという問題があつ
た。この結果、燃料噴射装置の生産性が低下す
る要因ともなつていた。

以上説明したように、従来の燃料噴射量測定装
置では、高い測定精度、広い測定範囲及び測定の
高い応答性の三者を共に満足することができなか
つた。こうした問題は、この他の種々の燃料噴射
量測定装置にあつても大同小異である。この結
果、検査・測定・調整において、燃料噴射系の性
能を、ともすると、定量的に把握できないことが
考えられた。そこで本発明は上記の問題を解決
し、燃料噴射量を好適に測定しえる燃料噴射量測
定装置を提供することを目的としてなされた。

発明の構成［問題点を解決するための手段］かかる目的を達成すべく、本発明は問題点を解
決するための手段として、次の構成をとつた。即
ち、燃料噴射弁の噴射側に接続された燃料噴射室の
壁面の一部をダイヤフラムで構成すると共に、該
ダイヤフラムを前記燃料噴射室側に付勢する所定
圧力に保たれた背圧室を設け、更に該ダイヤフラ
ムの変位量を検出する変位量検出手段を設けた燃
料容積検出部と、前記燃料噴射室へ燃料噴射が行なわれる前に検
出されたダイヤフラムの変位量と前記燃料噴射が
行われた後に検出されたダイヤフラムの変位量と
の変位量相対差に基づいて燃料噴射量を演算する
燃料噴射量演算手段と、前記燃料噴射室に接続された吐出弁および該吐
出弁の開弁により前記燃料噴射室から燃料を吐出
させる吐出室を有する燃料吐出部と、前記燃料噴射室への燃料噴射時には前記吐出弁
を閉弁し、前記燃料噴射の終了後、噴射された噴
射量に応じた量の燃料を、前記吐出弁の開弁によ
り前記燃料噴射室より前記吐出室に排出する燃料
排出制御手段と、を備えた燃料噴射量測定装置の構成がそれであ
る。

ここで、燃料容積検出部は、噴射された燃料量
をダイヤフラムの変位量に変換して検出するもの
であり、燃料噴射室と背圧室と両室を隔てるダイ
ヤフラムとを有する。燃料噴射室の容積やダイヤ
フラムの径等は、噴射される燃料量の測定上の上
限に合わせて定めればよい。また背圧室は所定の
圧力に保たれるが、これは応答性の良いレギユレ
ータや定差圧弁等を背圧室側の圧力系に設けると
いつた構成により実現してもよいし、気体により
背圧室の圧力を設定し、所定の体積を有する気体
部分の低い体積弾性率によつて見掛け上一定に保
つよう構成してもよい。

変位量検出手段はダイヤフラムの変位量を検出
するものであつて、直接ダイヤフラムの変位量
（通常は中心位置での変位量）を種々のセンサ、
例えば差動トランスやポテンシヨメータのような
機械的なセンサや光学式センサ等により検出する
よう構成してもよいし、金属薄膜等で形成された
ダイヤフラムを用い電極間との静電容量の変化や
コイルとの間の相互インダクタンスの変化等によ
り電気的、磁気的に検出するよう構成してもよ
い。後者にあつては、非接触式である上、ダイヤ
フラム全体の変位が反映されるので測定精度を高
くすることができるといつた利点を有する。

燃料噴射量演算手段は、燃料噴射前のダイヤフ
ラムの変位量と燃料噴射後のダイヤフラムの変位
量との変位量相対差から噴射燃料量を演算する手
段であつて、燃料噴射室の容積変化とダイヤフラ
ムの変位量との関係を、予め実験的もしくは理論
的に求めておき、これを参照して燃料噴射前後の
変位量の相対差から噴射燃料量を演算するよう構
成することができる。ダイヤフラムの変位量相対
差と噴射燃料量との間にリニアな（一次の）関係
やその他の比較的明確な関係、例えば二次の関係
等があれば燃料噴射量演算手段はデイスクリート
な回路構成により実現することもできる。一方、
両者の関係が複雑な場合には、燃料噴射量演算手
段を論理演算回路として構成し、マツプ等により
燃料噴射量を求めるよう構成することもできる。

燃料排出制御手段は、燃料噴射室に噴射された
燃料を吐出する手段であつて、燃料噴射終了後
に、噴射された燃料量に応じた量の燃料を燃料噴
射室から吐出する手段である。従つて、燃料噴射
量演算手段と同様、デイスクリートな回路もしく
は論理演算回路として構成することができ、更に
両者を一体に構成することも何等差支えない。

［作用］上記構成を有する本発明の燃料噴射量測定装置
は、燃料容積検出部の燃料噴射室に噴射された燃
料量を燃料噴射室と背圧室とを隔てるよう設けら
れたダイヤフラムの変位によつて検出する。燃料
容積検出部の背圧室は、所定の圧力に保たれてお
り、ダイヤフラムを燃料噴射室側に付勢してい
る。この結果、燃料噴射室へ燃料噴射弁より燃料
噴射が行なわれると、ダイヤフラムは噴射された
燃料量、即ちその体積に応じて変位するが、ダイ
ヤフラムが変位しても燃料噴射室の圧力は変化し
ない。しかも、本発明の燃料噴射量測定装置は、
変位量検出手段により、燃料噴射前のダイヤフラ
ムの変位量と燃料噴射後のダイヤフラムの変位量
とを検出し、この差である変位量相対差に基づい
て燃料噴射量を燃料噴射量演算手段によつて求め
ると共に、燃料排出制御手段が吐出弁を制御する
ことによつて、燃料噴射の終了後に、噴射された
燃料量に応じた量の燃料を燃料噴射室から吐出室
へ排出する。即ち、本発明の燃料噴射量測定装置
においては、背圧室を所定圧力に保持するから、
ダイヤフラムの変位量が燃料噴射量で決定され
る。ダイヤフラムの変位量に他の因子つまり圧力
変化が影響しない。したがつて、ダイヤフラムの
変位量と燃料噴射量との対応関係が安定し、圧力
変化で変動しなくなる。また、燃料噴射量演算手
段が燃料噴射量を求めた後、燃料排出制御手段は
噴射された噴射量に応じた量の燃料を吐出し、噴
射量に無関係に燃料を吐出しないから、燃料噴射
室の容積が燃料噴射前には毎回ある程度同じ量に
回復し、ダイヤフラムが戻る位置がほぼ定位置に
なる。このようにしてダイヤフラムの変位量と燃
料噴射量との安定した対応した対応関係が実現さ
れる。

実際には燃料噴射室の圧力と吐出室の圧力との
間の差圧が変動したり、吐出量がばらついたり、
ダイヤフラムの応答遅れや、燃料温度変化による
燃料噴射室の容積変化が発生するなど、種々の不
安定要因により燃料噴射前のダイヤフラムの位置
がばらつく。本発明では、燃料噴射量演算手段は
燃料噴射前のダイヤフラムの変位量と燃料噴射後
のダイヤフラムの変位量との変位量相対差に基づ
いて燃料噴射量を演算するから、燃料噴射前のダ
イヤフラムの位置がばらついても、バラツキが相
殺される。したがつて、燃料噴射量が高精度で測
定される。

なお、以上のように燃料容積検出部におけるダ
イヤフラムの変位量から燃料噴射量を測定するの
であるから、従来のピストンを使用することで生
ずる問題や、圧力変化に基づき測定することの問
題や、一定時間に蓄積された燃料量から平均値を
求めることの問題は解消される。

［実施例］以上説明した本発明の構成を一層明らかにする
為に、次に本発明の好適な実施例について説明す
る。第１図は本発明一実施例としての燃料噴射量
測定装置の概略構成図である。

図示するように、本実施例の燃料噴射量測定装
置は、燃料容積検出部１、噴射された燃料を吐出
する吐出容器３、燃料噴射量の測定制御を行なう
計測制御部５、及び吐出容器３の吐出弁７，８，
９，１０とドレイン排出弁１２との開閉を行なう
バルブドライブユニツト１４を中心に構成されて
いる。ここで計測制御部５は燃料噴射量演算手段
として、またバルブドライブユニツト１４と共に
燃料排出制御手段としても働く。実施例において
燃料噴射量の測定に供される燃料噴射ポンプVE
は４気筒デイーゼルエンジン用の分配型ポンプで
あり、測定用のベンチに配設され、実使用におけ
る駆動源としてのデイーゼルエンジンに替えてモ
ータ１５がそのドライブシヤフト１７に結合され
ている。ドライブシヤフト１７には、３種類のロ
ータ１８ａ，１９ａ，２０ａが固定されており、
ロータ１８ａ，１９ａ，２０ａに対向して設けら
れた電磁式ピツクアツプコイル１８ｂ，１９ｂ，
２０ｂと共に、各々回転数センサ１８、気筒判別
センサ１９、TDC検出センサ２０を形成してい
る。

分配型の燃料噴射ポンプVEは、図示しない内
部のフイードポンプによつて燃料タンク２２より
燃料を吸い上げ、周知の加圧ポンプ室内へ送り込
む。図示しないプランジヤによつて加圧された燃
料は、４気筒分用意されたデリバリバルブ２３の
ひとつを介して燃料噴射弁２４へ圧送される。第
１図にはデリバリバルブ２３と燃料噴射弁２４と
は１系統のみを示した。尚、オーバフローした燃
料はオーバフローパイプ２６により燃料タンク２
２に戻される。

燃料噴射弁２４の噴射側は燃料容積検出部１の
燃料噴射側ポート３０に配管されている。燃料容
積検出部１は、ダイヤフラム３１を備えたダイヤ
フラム室３３を中心に伝播通路３４，３５を介し
て燃料噴射室３６と背圧室３７とをほぼ対称に配
した構成を有する。

燃料噴射室３６は、燃料噴射側ポート３０の反
対側に排出ポート３８を備え、側壁の一部がステ
ンレス薄膜の隔壁３９をなしている。一方、背圧
室３７も２つのポート４０，４１を備え、その側
壁の一部が同様の隔壁４３をなしている。これら
の隔壁３９，４３は、燃料噴射室３６、背圧室３
７を伝播通路３４，３５から各々隔てている。伝
播通路３４，３５及びダイヤフラム室３３内に
は、絶縁性が高く所定の誘電率を有する液体、こ
こではシリコン油が充填・封入されており、燃料
噴射弁２４より燃料噴射室３６に圧送された燃料
による隔壁３９の変位、即ち燃料噴射室３６の容
積変化は伝播通路３４のシリコン油を介してダイ
ヤフラム３１に伝達され、ダイヤフラム３１を変
位させる。ダイヤフラム３１の変位は、伝播通路
３５のシリコン油を介して今ひとつの隔壁４３に
伝達されて隔壁４３を変位させ、背圧室３７の容
積を変位させる。ここで、背圧室３７は、背圧室
３７に設けられた２つのポート４０，４１の一方
が定圧力室４５に連通され、定圧の窒素ガス
（N₂）により満たされている。従つて、ダイヤフ
ラム３１の変位によつて隔壁４３が押されても、
気体（N₂）の低い体積弾性率と定圧力室４５を
含めた十分なデツドボリユームとによつて背圧室
３７の圧力は一定に保たれる。窒素ガスの圧力は
燃料噴射量の測定条件のひとつとして10〜60Kg／
cm²の間で任意に設定可能であるが、誤つて過大な
圧力が加わつた場合を考慮して、背圧室３７の今
ひとつのポート４１には作動圧100Kg／cm²の安全
弁４７が備えられている。

ダイヤフラム室３３は、第２図として示した拡
大図に明らかなように、中央に厚さ100μmオーダ
の金属薄膜のダイヤフラム３１を備えており、ダ
イヤフラム３１に対向する両サイドの内壁には独
立した２つの電極５１，５２がダイヤフラム３１
と同心円状に蒸着により形成されている。ダイヤ
フラム室３３を満たすシリコン油は、高い絶縁性
と一定の誘電率とを有するので、金属薄膜のダイ
ヤフラム３１と各電極５１，５２間にはその離間
距離に応じた容量が存在する。ダイヤフラム３１
及び電極５１，５２に接続された伝送部５５は、
この容量を検出するものである。容量の検出方法
については後述する。

燃料噴射によつて燃料噴射室３６へ送り込ま
れ、隔壁３９を押して燃料噴射室３６の容積を変
化させた燃料は、後述する燃料量の測定が終了す
ると排出ポート３８より吐出パイプ５８を介し
て、内圧を一定（大気圧）に保たれた吐出容器３
に排出される。燃料噴射室３６は吐出パイプ５８
を介して容器内のデリバリパイプ６０に連通して
おり、デリバリパイプ６０には４個の吐出弁７，
８，９，１０が設けられているので、この吐出弁
７，８，９，１０を開弁することにより、燃料の
吐出が行なわれる。吐出された燃料は吐出容器３
の底部に貯溜されるが、貯溜量が所定量以上とな
ると、オーバフロースイツチ６２が作動してこれ
を検出し、バルブドライブユニツト１４によりド
レインバルブ１２が開弁されて燃料はドレイン通
路６３を介してリザーバタンク６４に排出され
る。尚、吐出容器３には容器内の圧力を検出する
圧力ゲージ６５と安全弁６６とが、ドレイン通路
６３には手動バルブ６８が、各々設けられてい
る。

燃料噴射ポンプVEにより圧送される燃料は、
以上説明したように、燃料容積検出部１の燃料噴
射室３６に送り込まれて、一旦燃料噴射室３６の
容積を変化させ、その後、吐出容器３の吐出弁
７，８，９，１０を開くことにより、吐出容器３
内に吐出されるが、燃料噴射ポンプVEの作動に
同期して行なわれる燃料噴射室３６容積変化の検
出や上述した吐出弁７，８，９，１０の開弁制御
等は、計測制御部５及びこれが駆動するドライブ
ユニツト１４によつて行なわれる。

計測制御部５は、既述した回転数センサ１８、
気筒判別センサ１９、TDCセンサ２０や伝送部
５５からの信号を入力し、ドライブユニツト１４
を介して吐出弁７，８，９，１０を所定のタイミ
ングで開弁制御すると共に、燃料噴射ポンプVE
の燃料噴射量をほぼリアルタイムで計測し、計測
結果をCRTデイスプレイ７０上に表示するよう
構成されている。また、計測制御部５は、更に他
の制御装置、例えばホストコンピユータ等に測定
結果等を出力する。そこで次に、計測制御部５及
びバルブドライブユニツト１４の内部構成を、伝
送部５５の回路構成と共に、第３図に依拠して説
明する。

伝送部５５は発振器Os、２つのオペアンプOP
１，OP２、除算器Dv、補償増幅器Ag、Ｖ／Ｉ
変換器Cv及び同一の抵抗値を有する３個の精密
抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３から構成されている。発
振器Osの接地側の端子はダイヤフラム室３３の
ダイヤフラム３１に接続されており、他端は精密
抵抗器Ｒ１を介して、他の２つの精密抵抗器Ｒ
２，Ｒ３及びオペアンプOP１に接続されている。
精密抵抗器Ｒ２，Ｒ３の他端は、ダイヤフラム３
１に対向する電極５１，５２に各々接続されてい
る。既述したように、ダイヤフラム３１と電極５
１，５２の間にはその離間距離ｄに応じた容量が
存在するので、これを第３図では可変容量コンデ
ンサＣ１，Ｃ２として示した。

また、オペアンプOP２の入力端子は、一方が
上記精密抵抗器Ｒ２及び電極５１に、他方が精密
抵抗器Ｒ３及び電極５２に接続されている。この
結果、上記精密抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び可変
容量コンデンサＣ１，Ｃ２が形成する回路に発振
器Osより流れる電流Ｉ１，Ｉ２に基づいて、オ
ペアンプOP１，OP２の出力電圧が定まることに
なる。即ち、オペアンプOP１の出力電圧Ｖ１は
Ｋ１を比例係数として、 V1＝K1×（I1＋I2）一方、オペアンプOP２の出力電圧Ｖ２はＫ２
を比例定数として、 V2＝K2×（I1−I2）となる。そこで両オペアンプOP１，OP２の出力
を除算器Dvに入力して除算V2／V1を行ない、そ
の出力を補償増幅器Agによつて補償すると、（I1
−I2）／（I1＋I2）に比例した出力電圧Voを得
ることができる。電流Ｉ１，Ｉ２は、各々ダイヤ
フラム３１が電極５１，５２との間に形成する容
量Ｃ１，Ｃ２に対応しているので、結果的に出力
電圧Voは（C1−C2）／（C1＋C2）に比例して
いることになる。この出力電圧VoはＶ／Ｉ変換
器Cvを介して計測制御部５に出力されるが、
Ｖ／Ｉ変換器Cvは、伝送における耐ノイズ性を
良好なものにするために、出力電圧Voを４−
20mAの電流信号に変換するものである。

計測制御部５は、周知のCPU７１，ROM７
２，RAM７３を中心に論理演算回路として構成
されている。CPU７１は、バス７５によりROM
７２，RAM７３やデータの入出力を行なう各ポ
ートと相互に接続されている。データの入力を行
なう入力ポートとしてはパルス入力ポート７７、
アナログ入力ポート７８が、一方データの出力を
行なう出力ポートとしては外部出力ポート８０、
吐出弁制御出力ポート８１が、更には入出力を共
に行なうものとしては、CRTデイスプレイ７０
やキーボードパネル８３とデータを遺り取りする
ターミナル入出力ポート８４がある。CPU７１
は、予めROM７２に格納されたプログラムに従
つて、データの演算や各ポートを介したデータの
入出力等を実行する。パルス入力ポート７７に
は、既述した回転数センサ１８、気筒判別センサ
１９、TDCセンサ２０が各々接続されているの
で、CPU７１はパルス入力ポート７７を介して、
燃料噴射ポンプVEの回転数Ｎやどの気筒が燃料
噴射タイミングにあるかといつた気筒判別信号Ｄ
あるいは燃料噴射の行なわれる気筒のピストンが
上死点に至つたタイミングTDC等を読み取るこ
とができる。一方、アナログ入力ポート７８は、
伝送部５５より送られる４−20mAの電流信号を
電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器８５に接続され
ており、CPU７１は、ダイヤフラム３１の変位
に応じた信号（C1−C2）／（C1＋C2）をこのア
ナログ入力ポート７８を介して入力する。

外部出力ポート８０は、図示しないプリンタ、
モニタテレビ、警告灯あるいはホストコンピユー
タ等に接続されており、CPU７１の指令に応じ
て、プリント信号Prnt、ビデオ信号Vd、回転数
信号Sn、燃料噴射量信号Sτ、警告信号Swn等を
出力するのに供される。また、吐出弁制御出力ポ
ート８１は、バルブドライブユニツト１４内の４
つの駆動回路８７，８８，８９，９０に接続され
ており、CPU７１は吐出弁制御出力ポート８１
を介して制御信号を出力することにより、駆動回
路８７，８８，８９，９０に各々接続された吐出
弁７，８，９，１０を開弁制御することができ
る。

尚、バルブドライブユニツト１４には、ドレイ
ンバルブ１２を駆動するための２入力NANDゲ
ート９２と駆動回路９４とが内蔵されており、２
入力NANDゲート９２の一方の入力がオーバフ
ロースイツチ６２に、他方の入力が手動操作スイ
ツチ９６に各々接続されている。従つて、吐出容
器３内の燃料が増えてオーバフロースイツチ６２
がオンとなるか手動操作スイツチ９６がオン操作
された時、ドレインバルブ１２は開弁される。

次に、計測制御部５による燃料噴射量の計測に
ついて、第４図のフローチヤート及び第５図のタ
イミングチヤートを用いて説明する。計測制御部
５は、電源が投入されるとステツプ100より処理
を開始する。まず、ステツプ100では、CPU７１
の内部レジスタ等のクリア等所謂初期化の処理を
行ない、続くステツプ110では、燃料噴射量の計
測における零点較正のための零点読取タイミング
や燃料噴射後の静電容量読取タイミング及び燃料
噴射排出タイミングの設定等の処理が次のように
行なわれる。

モータ１５が起動されて計測が開始されると、
第５図５Ａに示すように、燃料噴射弁２４がリフ
トされ、燃料の噴射が行なわれる。次に、計測制
御回路５は、適当なタイミング（デフオルト値）
で吐出弁７，８，９，１０を開・閉弁しながら
（第５図５Ｂ）、伝送部５５より入力されたダイヤ
フラム３１の静電容量に基づく容積信号をCRT
デイスプレイ７０上に表示する（第５図５Ｃ）。
ダイヤフラム３１の静電容量に基づく容積信号の
変化はクランク角度０〜720゜を横軸としてCRT
デイスプレイ７０上に表示されるので（第５図５
Ｄ）、測定者は、CRTデイスプレイ７０上に表示
される容積信号に基づいて各タイミングの設定を
行なう。まず、吐出弁７，８，９，１０がto間作
動すると（第５図５Ｂ）流入した燃料は吐出容器
３へと排出され、ダイヤフラム３１は初期の位置
に戻る為、容積信号は、一旦、計測開始前のレベ
ルに低下する。この時のクランク角度θ１を、伝
送部５５の信号をＡ／Ｄ変換し、この点の容積信
号を零レベルとする零点読取りタイミングとして
キーボードパネル８３を用いて設定する。次に、
噴射が行なわれ、燃料が燃料噴射室３６に流入す
るとダイヤフラム３１が流入量に比例した容積信
号を出力する（第５図５Ｃ）。この噴射終了後、
容積信号が一定のレベルに落ち着いた任意の時期
を、この点のダイヤフラムの持つ静電容量に基づ
く入力電圧Vxを測定するタイミングとしてキー
ボードパネル８３を用いて設定する（この時のク
ランク角度をθ２とする）。以上のように、本実
施例では、クランク角θ２を燃料噴射後の静電容
量に基づく入力電圧Vxの読取タイミング、フラ
ンク角θ３を燃料排出タイミング、クランク角θ
１を零点読取タイミングとする。この各タイミン
グ等の設定が終了すると、処理は燃料噴射量の計
測を行なうべくステツプ120以降に進む。

ステツプ120では、クランク角度θが零点読取
タイミングθ１に至つたか否かの判断が行なわれ
る。クランク角度θは、TDCセンサ２０からパ
ルス入力ポート７７を介して入力される上死点の
タイミングTDCを基準とし、回転数センサ１８
より入力される回転数信号Ｎ（30゜CA毎に出力さ
れる）を用いて検出することができる。

クランク角度θが、ステツプ110で設定された
零点読取タイミングθ１に至つたことが検出され
ると、ステツプ120での判断は「YES」となり、
処理はステツプ130に進み零点におけるダイヤフ
ラム３１の持つ静電容量に基づく入力電圧Vxの
読み取りが行なわれる。

続くステツプ140では、クランク角度θが燃料
噴射後の読取タイミングθ２に一致しているか否
かの判断が行なわれ、一致していなければステツ
プ140での判断は常に「NO」となつて、一致す
るまでウエイトをかけることになる。クランク角
度θが読取タイミングθ２に一致した時、ステツ
プ140での判断は初めて「YES」となつて、処理
はステツプ150に進む。ステツプ150では燃料噴射
終了後の静電容量に基づく入力電圧Vyを測定す
る。上記零点における入力電圧Vxと噴射後の入
力電圧Vyとはダイヤフラム３１の変位量相対差
を求めるために使用される。即ち、ダイヤフラム
３１の変位量はアナログ入力ポート７８を介して
読み込まれるが、伝送部５５より入力される入力
電圧Voは、既述したように、ダイヤフラム３１
が電極５１，５２との間に形成する容量Ｃ１，Ｃ
２に関して、（C1−C2）／（C1＋C2）に比例し
たものである。この容量Ｃ１，Ｃ２は、電極５
１，５２の面積をＡ、ダイヤフラム室３３内に封
入されたシリコン油の誘電率をε、ダイヤフラム
３１と電極５１，５２との距離の平均値をdo、
噴射燃料量によるダイヤフラム３１の変位量Δd
とすると、 C1＝ε×Ａ／（do−Δd） ……(1) C2＝ε×Ａ／（do＋Δd） ……(2) となる。従つて、式(1)、(2)より、 Δd／do＝（C1−C2）／（C1＋C2） ……(3) を得る。距離doは定数なので、式(3)より伝送部
５５の出力信号である入力電圧Voはダイヤフラ
ム３１の変位量Δdに対応していることがわかる。
ここで、変位量Δdは、ダイヤフラム３１が全く
変動していない距離、言い換えれば、原点からの
変位量を表わしている。従つて、測定上における
零点の変位量をΔdxとし、噴射後の変位量をΔdy
とすると、燃料噴射によるダイヤフラム３１の変
位量相対差Δdは Δd＝Δdy−Δdx として表わされ、しかも、Δdxは入力電圧Vxに
対応し、Δdyは入力電圧Vyに対応している。こ
れにより、入力電圧VxとVyの相対差が燃料噴射
によるダイヤフラム３１の変位量相対差Δdに対
応していることになる。

ステツプ160では、燃料噴射量τの算出、及び
燃料噴射量τに応じて行なわれる吐出弁７，８，
９，１０の制御量を求める処理が行なわれる。本
実施例では、ダイヤフラム３１の変位量相対差
Δdと燃料噴射量τとの間には、第６図に示すよ
うに、比例関係が存在することが予め実験的に確
かめられているので、τ＝K3×Δd（K3は係数）
として容易に燃料噴射量τを求めることができ
る。また、ステツプ160において算出される吐出
弁７，８，９，１０の制御量とは、吐出弁７，
８，９，１０のうち吐出弁７は開弁時間を可変し
えるが、他の吐出弁８，９，１０の開弁時間は固
定となつていることから燃料噴射室３６に噴射さ
れた量の燃料をそのまま吐出するために開弁すべ
き吐出弁の数及び吐出弁７の開弁時間である。

次にステツプ165では、クランク角度θが燃料
排出タイミングθ３に一致するか否かが判定され
る。一致しなければステツプ165の判断は常に
「NO」となつて、一致するまでウエイトをかけ
ることになる。一致するとステツプ165の判断は
初めて「YES」となりステツプ170に進む。

続くステツプ170では、ステツプ160で求めた制
御量に従い、吐出弁制御出力ポート８１を介して
各吐出弁７，８，９，１０の開弁制御信号が出力
される。この制御信号はバルブドライブユニツト
１４に送られ、その駆動回路８７，８８，８９，
９０によつて吐出弁７，８，９，１０用の駆動信
号とされて各弁へ出力される。この結果、吐出弁
７，８，９，１０は適宜開弁され、燃料噴射室３
６内の燃料は噴射された量だけ吐出される。尚、
このように燃料の吐出量を正確に制御するのは、
繰返し行なわれる燃料噴射に対して、燃料噴射量
の計測を精度良く行なうためであつて、特に吐出
弁７，８，９，１０の開弁時間が過剰となつた時
に燃料噴射室３６内の燃料に気泡を生じて測定精
度を低下させる現象の発生を防止しているのであ
る。また吐出弁７，８，９，１０の開弁時間が不
足であつた時に燃料噴射室３６内の燃料が過剰に
貯留されてダイヤフラム３１の変位が不良となる
現象も防止できる。

ステツプ170に続くステツプ180では、燃料噴射
量の計測を終了すべきか否かの判断が行なわれ
る。計測終了でなければ、処理はステツプ120へ
戻つて、上述したステツプ120ないしステツプ180
の判断・処理を繰返すが計測終了、例えば計測制
御部５のキーボードパネル８３より計測終了のキ
ー操作がなされた時には、計測を終了するとして
「END」へ抜け、本制御ルーチンを終了する。

以上実施例としての燃料噴射量測定装置の構成
と計測制御部５が行なう処理について詳細に説明
したが、本実施例によれば、燃料噴射室３６内の
圧力を背圧室３７の圧力に保つたまま燃料噴射を
行なつて、燃料噴射量をダイヤフラム３１の変位
量として検出することから、広い測定範囲（例え
ば０〜100mm³／ストローク）に亘つて、精度良く
（例えば±0.1mm³以内）燃料噴射量を測定すること
ができる。これは背圧室３７の圧力を所定圧力に
保持し、ダイヤフラム３１の変位量相対差と燃料
噴射量との対応関係（第６図）を安定させるから
である。しかも、本実施例では、燃料噴射前のダ
イヤフラム３１の変位量Δdxと燃料噴射後のダイ
ヤフラム３１の変位量Δdyとを測定し、この両者
の変位量相対差（Δdy−Δdx）に基づき噴射燃料
量を求めている。従つて、燃料噴射前にダイヤフ
ラム３１が全く移動していない位置、言い換えれ
ば原点に戻らなくても噴射燃料量を精度よく測定
できる。これにより、吐出弁７，８，９，１０に
精度のバラつきがある場合でも、又は、低精度の
吐出弁７，８，９，１０を用いたとしても、ある
いは、燃料噴射室３６の圧力と吐出容器３内の圧
力との差圧が変動して吐出量がバラついたとして
も、噴射燃料量を正確に測定することができる。
また、ダイヤフラム３１が吐出弁７，８，９，１
０の作動後、応答遅れ等によつて原点に復帰しな
かつた時や、燃料温度変化等によつて原点がドリ
フトした時でも燃料噴射量を精度よく測定するこ
とができる。更に、本実施例の燃料噴射量測定装
置は、燃料噴射が終了すると直ちに燃料噴射量を
測定することができ、デイーゼルエンジンが高い
回転数で駆動されている場合に対応した状況で
も、応答性よく燃料噴射ポンプVEの燃料噴射量
を測定することができる。この結果、エンジンラ
フネスに関与する燃料噴射量のバラツキ等も容易
に測定することができる上、燃料噴射ポンプVE
の調整を極めて短時間に完了させることも可能と
なつた。

更に背圧室３７の圧力を容易に変更しえること
から、燃料噴射室３６内の圧力を種々の条件とし
て燃料噴射量の測定ができ、より実機に近い条件
での燃料噴射量の測定を行なうことができるとい
う効果も生じている。

また燃料噴射終了後は、計測制御部５により吐
出弁７，８，９，１０を開弁して、燃料噴射室３
６から吐出容器３内へ、噴射量に応じた量の燃料
を排出する。このことにより燃料噴射室３６内に
気泡が生ずるほど過剰に燃料が排出されたり、あ
るいはダイヤフラム３１の変位が不良となるほど
燃料が過剰に貯留されることがなくなる。気泡が
生じないことにより、燃料噴射の圧力波の反射が
なくなり、反射波に起因する測定誤差がなくな
る。

次に第７図に示すフローチヤート及び第８図に
示すタイミングチヤートを用いて第２実施例の燃
料噴射量測定装置について説明する。

第２実施例の燃料噴出量測定装置は、第１実施
例と同一の装置・構成を有し、噴射された燃料の
吐出に関する制御を第１実施例と異なつたものと
している。つまり、燃料噴射を続けて所定回数実
行し、この所定回数の噴射量の積算値に応じた燃
料の吐出を実行する。即ち、第４図に示す第１実
施例を表わすフローチヤートにおけるステツプ
110において、燃料噴射回数NTの設定を追加し
（ステツプ210）、ステツプ255の燃料噴射回数NT
のチエツク処理を新たに追加している。なお、第
１実施例と同じ内容の処理については、下２桁を
同じステツプ番号として示してある。

まず、第１実施例のステツプ110の処理に対し
て、第２実施例では、ステツプ210で、燃料噴射
回数NTを設定している。本実施例ではNT＝３
と設定することにする。これは、第８図８Ａに示
す様に、吐出弁７，８，９，１０の開便後、第８
図８Ｂに示すように、容積信号が零レベルになつ
た時点で、零点のクランク角θ１を設定する（第
８図８Ｃ）。続いて第１回目の燃料噴射後に容積
信号が一定レベルに落ち着いた時点において、こ
の時の静電容量に基づく入力電圧Vy１の測定タ
イミングであるクランク角θ２₁を設定する。次
いて、第２回目の燃料噴射後の入力電圧Vy２の
測定タイミングであるクランク角θ２₂を設定す
る。更に、第３回目の燃料噴射後の入力電力Vy
３の測定タイミングであるクランク角θ２₃を設
定することになる。この各タイミング等の設定
後、ステツプ220ないし255の各処理を実行し、零
点における入力電圧Vx、及び燃料噴射後の入力
電圧Vy１，Vy２，Vy３を測定することになる。
燃料噴射後の入力電圧の測定が３回になると、ス
テツプ255での判断断は「YES」となり処理はス
テツプ260に進む。

ステツプ260では、３回の燃料噴射量の積算値
を入力電圧VxとVy３の相対差Vy３−Vxに基づ
いて算出し、この燃料噴射量に応じた吐出弁７，
８，９，１０の開弁すべきバルブ数と開弁時間を
計算する。また、燃料噴射毎の噴射量は、各相対
差であるVy１−Vx，Vy２−Vy１，Vy３−Vy
２に基づいて算出することができる。

次に、処理はステツプ265以降に進み、ステツ
プ２７０，２８０において、第１実施例と同じ処
理をして計測を終了することになる。

以上のように構成された本実施例の燃料噴射量
測定装置では、第１実施例の効果に加えて、燃料
噴射室からの燃料の吐出を複数回（本実施例では
３回）の燃料噴射に対して行なうことから、吐出
弁７，８，９，１０による最小吐出量以下の極微
量の燃料噴射量の測定を行なうことができるとい
う効果が得られる。これは、燃料噴射量が吐出弁
７，８，９，１０による最小吐出量以下の極微量
となつた時に、燃料噴射毎に吐出弁を開弁制御し
たのでは、燃料噴射室３６内の圧力が低下して燃
料噴射室３６内の燃料に気泡が発生し測定精度を
低下させるという問題を、複数回の燃料噴射に対
して１回の吐出を行なうことで、十分に解消して
いるからである。これにより、極微量な燃料噴射
量（0.1mm³以下）、例えばアイドル時における燃料
噴出量の設定も可能となつて、一層、広範囲に亘
る燃料噴射量の測定を可能にしている。

尚、第１、第２実施例では、噴射された燃料が
測定用のダイヤフラム３１を直接押圧するのでは
なく、隔壁３９と伝播通路３４内のシリコン油と
を介してダイヤフラム３１を変位させる構成をと
つた。従つて、ダイヤフラム３１が電極５１，５
２との間に形成する容量を定める媒体の誘電率ε
は常に一定に保たれており、測定の精度を向上さ
せている。また、誤つて燃料噴射室３６内が過大
な圧力となつても隔壁３９が一定以上には変形し
ないので、こうした場合にも測定用のダイヤフラ
ム３１が過大な圧力をうけて破損等に至るといつ
たことがなく、測定精度を劣化させることもな
い。

上記各実施例で、特に、計測制御部５が燃料噴
射量演算手段に該当し、その処理の内、ステツプ
120〜160，220〜260が燃料噴射量演算手段として
の処理に該当する。計測制御部５およびバルブド
ライブユニツト１４が燃料排出制御手段に該当
し、その処理の内、ステツプ160〜170，260〜270
が燃料排出制御手段としての処理に該当する。吐
出容器３が燃料吐出部に該当し、吐出容器３の内
部の空間が吐出室に該当する。伝送部５５が変位
量検出手段に該当する。

以上、本発明のいくつかの一実施例について説
明したが、本発明はこうした実施例に何等限定さ
れるものではなく、列型燃料噴射はもとよりガソ
リンエンジンにおける燃料噴射装置の燃料噴射量
の測定等産業上の広い範囲で用いることができ、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において、更に
種々なる態様で実施しえることは勿論である。

発明の効果以上詳述したように、本発明の燃料噴射量測定
装置は、特に燃料噴射量演算手段が、燃料噴射前
のダイヤフラム変位量と燃料噴射後のダイヤフラ
ム変位量との変位量相対差に基づき噴射燃料量を
算出するので、燃料噴射前のダイヤフラムの位置
によらず、噴射燃料量を極めて精度よく測定でき
るという効果を奏する。この結果、燃料吐出手段
による燃料の吐出にバラつきが生じた時、例え
ば、低精度の燃料吐出手段を用いた場合や、燃料
が吐出される所と燃料噴射室との差圧が変動する
といつた場合でも、噴射燃料量の測定を精度良く
行なうことができ、また、燃料吐出後、ダイヤフ
ラムの応答遅れ等により、ダイヤフラムが元の位
置にもどらなかつた場合や、燃料温度変化等によ
つてダイヤフラムがドリフトした場合等の影響を
ほとんど受けず、正確な噴射燃料量を測定するこ
とができる。しかも、広い測定範囲及び高い測定
の応答性をも満足することができる。これによ
り、本発明の燃料噴射量測定装置を燃料噴射ポン
プの検査・測定・調整に供すれば、燃料噴射系の
性能を定量的に正確に把握しえるばかりでなく、
燃料噴射ポンプの性能向上に資することができ、
更に調整時間を短縮して生産性を格段に向上させ
ることができるという効果を奏する。

また、燃料噴射を所定回数続けて実行し、噴射
毎に噴射量を測定し、所定回数の燃料噴射の終了
後、燃料を吐出することにより、燃料吐出手段の
最小吐出量による計測上の制限を受けることもな
く、極微量な噴射量でも検出することができる。
これにより、一層、広範囲に亘る燃料噴射量の測
定を可能にしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての燃料噴射量
測定装置の概略構成図、第２図は同じく実施例に
おけるダイヤフラム室３３の断面拡大図、第３図
は実施例における電気系統を示すブロツク図、第
４図は本発明の第１実施例の燃料噴出量測定装置
の処理を示すフローチヤート、第５図は同じく第
１実施例における測定のタイミングを示すタイミ
ングチヤート、第６図はダイヤフラムの変位量相
対差Δdと燃料噴射量τとの関係を示すグラフ、
第７図は本発明の第２実施例の燃料噴射量測定装
置の処理を示すフローチヤート、第８図は同じく
第２実施例における測定のタイミングを示すタイ
ミングチヤートを表わしている。１……燃料容積検出部、３……吐出容器、５…
…計測制御部、７，８，９，１０……吐出弁、１
２……ドレインバルブ、１４……バルブドライブ
ユニツト、２４……燃料噴射弁、３１……ダイヤ
フラム、３３……ダイヤフラム、室、３４，３５
……伝播通路、３６……燃料噴射室、３７……背
圧室、３９，４３……隔壁、５１，５２……電
極、５５……伝送部、７０……CRTデイスプレ
イ、７１……CPU、８３……キーボードパネル、
Ag……補償増幅器、Op１，Op２……オペアン
プ、Os……発振器、VE……燃料噴射ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】１燃料噴射弁の噴射側に接続された燃料噴射室
の壁面の一部をダイヤフラムで構成すると共に、
該ダイヤフラムを前記燃料噴射室側に付勢する所
定圧力に保たれた背圧室を設け、更に該ダイヤフ
ラムの変位量を検出する変位量検出手段を設けた
燃料容積検出部と、前記燃料噴射室へ燃料噴射が行なわれる前に検
出されたダイヤフラムの変位量と前記燃料噴射が
行われた後に検出されたダイヤフラムの変位量と
の変位量相対差に基づいて燃料噴射量を演算する
燃料噴射量演算手段と、前記燃料噴射室に接続された吐出弁および該吐
出弁の開弁により前記燃料噴射室から燃料を吐出
させる吐出室を有する燃料吐出部と、前記燃料噴射室への燃料噴射時には前記吐出弁
を閉弁し、前記燃料噴射の終了後、噴射された噴
射量に応じた量の燃料を、前記吐出弁の開弁によ
り前記燃料噴射室より前記吐出室に排出する燃料
排出制御手段と、を備えた燃料噴射量測定装置。２前記燃料排出制御手段が、所定回数の燃料噴
射終了毎に、前記燃料の排出を行なう特許請求の
範囲第１項記載の燃料噴射量測定装置。