JP4692126B2

JP4692126B2 - 流量計測装置および流量計測方法

Info

Publication number: JP4692126B2
Application number: JP2005220468A
Authority: JP
Inventors: 裕人林; 義之中野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007033373A

Description

本発明は、流体の流量を計測する流量計測装置および流量計測方法に関し、特に圧力流体の流量を計測する流量計測装置および圧力流量計測方法に関する。

従来、流体の流量は、例えば、流れの中に置いた邪魔物により発生する圧力変化（差圧式流量計）や、流れにより発生する温度変化を測定（熱線式流量計）して流量計測していた。しかし、これらは低圧の流体を対象にしており、高圧の圧力流体の流量の計測には、耐圧上の問題があり、使用できないとされていた。したがって、例えばディーゼルエンジンに用いられるインジェクタのように１００ＭＰａ以上の高圧の流体を扱う場合には、インジェクタから噴射した後、すなわち低圧の流体となってから前記のような流量計を使用してその流量を計測していた（特許文献１参照）。

しかしながら、噴射後に流量を計測すると、噴射前後の温度変化による誤差、あるいは各部の漏れによる誤差等の各種の誤差が累積し、測定精度が低下するおそれがあった。

特開２０００−３２１１１０号公報

本発明は、従来の問題点に鑑み、圧力流体の流量を計測可能にした流量計測装置および流量計測方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様である流量計測装置は、請求項１に記載のとおり、検査対象（１０）から噴出する流体の流量を計測する流量計測装置であって、シリンダ（２）と、前室（２１ａ）に配置される前部ピストンロッド（２４）と後室（２１ｂ）に配置される後部ピストンロッド（２５）を有するピストン（２３）を備え、該ピストン（２３）をシリンダ（２）内で移動させることによって、前部ピストンロッド（２４）で前記流体を加圧して圧力流体を形成する増圧部（２）と、前記前室（２１ａ）と前記後室（２１ｂ）とにシリンダ（２）内のピストンを移動させる作動流体を供給可能な作動流体供給部（３）と、前記増圧部（２）から供給される前記圧力流体を貯留する蓄圧部（４）と、前記ピストンの位置を計測する位置計測部（７）と、前記蓄圧部（４）の圧力を一定に保持するように前記作動流体の供給量を制御するとともに、前記位置計測部（７）で計測された前記ピストンの位置に応じて前記作動流体の供給量を制御することにより、前記増圧部（２）から前記圧力流体の前記蓄圧部（４）へ供給する流量を制御する流体制御部（１１）と、前記検査対象（１０）からの前記圧力流体の噴出を制御する噴出制御部（８）と、前記噴出した圧力流体の流量を算出する流量算出部（１５）とを備え、前記検査対象（１０）から前記圧力流体が噴出するとき、前記流量算出部（１５）は、前記位置計測部（７）で計測された前記ピストンの位置情報から算出される前記ピストンの移動量に基づいて前記増圧部（２）から前記蓄圧部（４）に供給される前記圧力流体の流量を求め、該流量を所定の補正係数に基づいて補正することによって、前記検査対象（１０）から噴出する流体の流量を計測することを特徴とする。

したがって、検査対象から噴出する流量を噴出する前の流量に基づいて求めることができ、圧力流体について高精度の流量計測が行なえる。

さらに、請求項２に記載のとおり、流量算出部（１５）は、圧力計測部（５）と温度計測部（６）とにより計測された温度と圧力とに基づいて、補正係数を作成することができる。このようにすれば、補正係数を正確に算出することができ、正確な流量を求めることができる。

本発明の他の態様である流量計測方法は、請求項３に記載のとおり、蓄圧部に貯留した流体を検査対象から噴出させ、噴出する流体の流量を計測する流量計測方法であって、シリンダ（２）と、前室（２１ａ）に配置される前部ピストンロッド（２４）と後室（２１ｂ）に配置される後部ピストンロッド（２５）を有するピストン（２３）を、前記前室（２１ａ）あるいは前記後室（２１ｂ）に作動流体を供給することにより、シリンダ（２）内で移動させることによって、前部ピストンロッド（２４）で前記流体を加圧して圧力流体を形成する増圧ステップと、前記圧力流体を前記蓄圧部に貯留する蓄圧ステップと、前記検査対象から圧力流体を噴出させるとともに、前記蓄圧部（４）の圧力を一定に保持するように前記作動流体の供給量を制御するとともに、前記ピストンの位置に応じて前記作動流体の供給量を制御することにより、前記圧力流体を前記蓄圧部に供給する噴出・供給ステップと、前記圧力流体の流量を前記ピストンの位置に基づいて求め、該流量を所定の補正係数に基づいて補正することによって、噴出する流体の流量を求める流量算出ステップとを有することを特徴とする。

さらに、請求項４に記載のとおり、補正係数は、圧力流体の圧力と温度とに基づいて作成されることができ、高精度の補正を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本実施形態の流量計測装置１を示す図である。図１では、理解を容易にするために、流体回路は実線で、信号回路は破線で記載した。

流量計測装置１は、検査対象１０を蓄圧部４に接続して、高圧の検査流体すなわち圧力流体である圧力検査流体を検査対象１０から噴出させ、検査対象１０から噴出する流量を計測するものである。本実施形態では、検査対象１０はディーゼルエンジンの燃料噴射用のインジェクタであり、検査対象１０から噴出する圧力検査流体は、軽油相当の試験油である。

流量計測装置１の蓄圧部４に接続された検査対象１０は、噴出制御部８からの制御信号によって駆動され、圧力検査流体を噴出する。具体的には、圧力検査流体を噴出させるために、噴出制御部８は、インジェクタの噴射制御用電磁弁にインジェクタ噴射パルスを印加する。なお、噴射回数あるいは噴射時間は検査対象や計測目的などに応じて適宜定めることができる。

また、流量計測装置１は、蓄圧部４内に圧力検査流体を貯めるために増圧部２を備え、検査流体供給部９から供給される検査流体を、逆止弁４１を介して増圧部２に取り込む。その後加圧して逆止弁４２を介して蓄圧部４に供給する。増圧部２は、本実施形態では、大径シリンダ部２１と小径シリンダ部２２を備えるシリンダを有している。大径シリンダ部２１にはピストン２３が備えられ、ピストン２３によって前後に分けられた大径シリンダ部２１の前室２１ａ又は後室２１ｂに作動流体を供給することによって、ピストン２３が前後に摺動移動する。

ピストン２３には、小径シリンダ部２２に延びる前部ピストンロッド２４と後部に設けられた後部ピストンロッド２５が設けられている。前部ピストンロッド２４は前進することによって、小径シリンダ部２１に取り込まれた検査流体を加圧する。加圧された検査流体は、加圧検査流体として逆止弁４２を介して蓄圧部４に供給される。位置計測部７によって、後部ピストンロッド２５の位置を計測して、ピストン２３の位置を知ることができる。移動したピストンの移動前と移動後の位置からピストンの移動量も算出することができる。

増圧部２のピストン２３を動作させるための作動流体は、作動流体供給部３から供給される。作動流体供給部３では、モータ３２によって駆動されるピストンポンプ３２によって、作動流体貯留部３１から作動流体を切換弁３５に供給し、切換弁３５を電磁的に切換えることにより、増圧部２に供給する。なお、通常は作動流体は油である。

切換弁３５は、３つの切換位置をもち、中立位置３５ｂではすべての弁が閉じ、作動流体はシリンダに供給されない。後退位置３５ａでは、作動流体は大径シリンダ部２１の後室２１ｂに流れ込み、前室２１ａから作動流体貯留部３１に戻る。これにより、ピストン２３は後退し、検査流体を小径シリンダ部２２に取り込む。前進位置３５ｃでは、作動流体の流れの方向は、後退位置３５ａとは逆になり、作動流体は大径シリンダ部２１の前室２１ａに流れ込み、後室２１ｂから作動流体貯留部３１に戻る。これにより、ピストン２３は前進し、小径シリンダ部２２に取り込んだ検査流体を加圧して蓄圧部４に供給することになる。なお、リリーフ弁３６は、作動流体の圧力が高くなりすぎると開いて、作動流体を作動流体貯留部３１にもどす。

流体制御部１１は、蓄圧部４の圧力を圧力計測部５で監視して、蓄圧部４が所定の圧力を維持するように作動流体供給部３の切換弁３５の開度を制御するとともに、位置計測部７により得られたピストンの位置に応じて、作動流体供給部の切換弁３５の開度を制御する。ピストン位置による制御は、ピストンの位置とともに検査流体が占める容積が変化し、それに伴い圧力変化の速度が異なるからで、ピストンの位置に対応して検査流体の供給量を変化させて、圧力変化の速度が速くても迅速に追随して所定の圧力を維持するようにしている。流体制御部１１は、蓄圧部４内の圧力検査流体が検査対象１０を通って噴出する場合にも、蓄圧部４が所定の圧力を維持するように作動流体供給部の切換弁３５の開度を制御して、検査流体を蓄圧部４に供給する。前述のピストン位置による制御は、このような急激な圧力変化の状態で効果を発揮する。

流量算出部１５は、増圧部２から蓄圧部４に供給される検査流体の流量をピストン２３の移動量から算出し、これを蓄圧室４の温度と圧力とによって決る圧縮率である補正係数により補正することによって、検査対象１０から噴出する流量を算出する。流量算出部１５に入力する計測値は、ピストン２３の位置情報と、蓄圧室４の圧力と温度を計測する圧力計測部５と温度計測部６からの出力値である。ピストン２３の移動量は、ピストン２３の初期位置と移動終了位置の情報から算出される。求められた噴出流量は、適宜の表示装置あるいは記録装置（図示せず）により表示され、記録される。

図２（ａ）（ｂ）は、本実施形態による流量算出の原理を説明する図である。図２（ａ）では、ピストン６０とピストンロッド６１を備えるシリンダ５０には流体が満たされ、シリンダ５０内の圧力が所定の高圧に維持されているとする。

次に、シリンダ内５０内の流体を、出口５３を通して流出させる。その場合、流体圧力を圧力計８２で監視して、圧力制御部７０により流体圧力を所定の高圧に維持するようにピストンを移動させる。なお、本実施形態では、高圧にある全容積がピストン位置によって変化し、必要圧縮量も変化するので、前述のように、ピストンの移動はピストンの位置に応じても制御される。図２（ｂ）のように、流体の流出がとまったときのピストンの移動量ΔＬとすると、ピストンの断面積をＳとして、流出した流体の体積はΔＬＳとして求まり、流出流量が求まることになる。

しかしながら、流体が高圧の圧力流体であると、圧力Ｐさらには温度Ｔに関係する圧縮率ないし膨張率が無視できなくなる。本発明では、圧力と温度を考慮して流量を補正する。本実施形態では、圧縮率を示す補正係数ｋ（ｐ，Ｔ）を実測により作成し、補正テーブルとして流量計測部に記憶する。このとき、流量Ｑは、次の式のようにして求まる。

Ｑ＝ΔＬＳ／ｋ（ｐ，Ｔ）
なお、本実施形態では、圧縮率である補正係数は実測により求めたが、計算あるいはシミュレーションで求めることもできる。

以下、図３のフロー図に基づいて、本実施形態の動作を説明する。

まずステップＳ１では、検査対象１０であるインジェクタを蓄圧部４に結合する。インジェクタを量産する製造ラインで使用するときには、パレットに載って運ばれてくるインジェクタは、自動的に蓄圧部４に結合される。次にインジェクタは、噴出制御部８に電気的に接続され、噴出制御部８からの信号により駆動可能となる。

ステップＳ２では、増圧部２の大径シリンダ部２１の前部２１ｂに作動流体を供給して、ピストン２３を後退させ、検査流体供給部９からの検査流体を小径シリンダ部２２内に取り込む。なお、ステップＳ２は、ステップＳ１と同時あるいはその前に行なうこともできる。

次いでステップＳ３で、増圧部２の大径シリンダ部２１の後部２１ａに作動流体を供給し、前部２１ｂの作動流体を放出して、ピストン２３を前進させる。小径シリンダ部２２内の検査流体は、所定の高圧本実施形態では１８０ＭＰａまで加圧され、圧力検査流体として蓄圧部４に送られる。蓄圧部４では、圧力計測部５により蓄圧部４の圧力を監視し、１８０ＭＰａを維持するように、流体制御部１１により作動流体供給部３の切換弁３５の開度を制御する。

ステップＳ４では、噴出制御部８は、燃料噴射を起こさせるように、検査対象１０であるインジェクタの噴射制御用電磁弁にインジェクタ噴射パルスを印加し、検査流体である軽油を噴出させる。

同時にステップＳ５で、流体制御部１１は、蓄圧部４の圧力を１８０ＭＰａに維持するように、かつ位置計測部７で計測されたピストン位置に応じた供給量を供給するように、作動流体供給部３の切換弁３５の開度を制御する。したがって、増圧部２のピストン２３が迅速に前進して、蓄圧部４に圧力検査流体を供給し、蓄圧部４の圧力を一定に保持する。このように、蓄圧部の圧力を１８０ＭＰａに保持するように迅速にピストン２３が前進するので、噴出した検査流体の分だけ迅速かつ正確に蓄圧部４に供給される。

ステップＳ６では、流量算出部１５において、位置計測部７で計測された位置の変化、すなわち移動開始位置と移動終了位置との差からピストンの移動量ΔＬを求め、移動量ΔＬとシリンダの断面積Ｓから検査流体の体積ΔＬＳを求める。

ステップＳ７では、圧力計測部５で求めた圧力と、温度計測部６で求めた温度とにより、予め作成された補正係数テーブルから圧縮率である補正係数を求めて検査流体の噴出体積ΔＬＳを補正し、検査流体の噴出流量を求める。

以上のように、本実施形態では、増圧部２のピストンの移動を圧力を一定に保持して移動させ、増圧部２のピストン２３の位置を計測して、圧力流体の流量を求め、圧力検査流体の温度と圧力とに基づいて求められた圧縮率により流量を補正することにより、圧力検査流体の噴出流量を上流側で計測でき、高精度な流量計測が可能となる。さらに、増圧部２のピストンの移動は、ピストン位置に応じて供給する流量が適正なものとなるように制御するので、圧力を一定に保持するのに遅れることがない。

なお、本実施形態では、検査対象はインジェクタであり、検査流体は軽油としたが、本発明は、これに限らず、検査対象は検査流体を噴出あるいは流出させるものであればよく、検査流体も一般の流体としてよい。

本発明の流量計測装置の一実施形態を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の流量計測を説明する図である。本実施形態の動作フローを示す図である。

符号の説明

１流量計測装置
２増圧部
３作動流体供給部
４蓄圧部
５圧力計測部
６温度計測部
７位置計測部
８噴出制御部
９検査流体供給部
１０検査対象
１１流体制御部
１５流量算出部

Claims

検査対象（１０）から噴出する流体の流量を計測する流量計測装置であって、
シリンダ（２）と、前室（２１ａ）に配置される前部ピストンロッド（２４）と後室（２１ｂ）に配置される後部ピストンロッド（２５）を有するピストン（２３）を備え、該ピストン（２３）をシリンダ（２）内で移動させることによって、前部ピストンロッド（２４）で前記流体を加圧して圧力流体を形成する増圧部（２）と、
前記前室（２１ａ）と前記後室（２１ｂ）とにシリンダ（２）内のピストンを移動させる作動流体を供給可能な作動流体供給部（３）と、
前記増圧部（２）から供給される前記圧力流体を貯留する蓄圧部（４）と、
前記ピストンの位置を計測する位置計測部（７）と、
前記蓄圧部（４）の圧力を一定に保持するように前記作動流体の供給量を制御するとともに、前記位置計測部（７）で計測された前記ピストンの位置に応じて前記作動流体の供給量を制御することにより、前記増圧部（２）から前記圧力流体の前記蓄圧部（４）へ供給する流量を制御する流体制御部（１１）と、
前記検査対象（１０）からの前記圧力流体の噴出を制御する噴出制御部（８）と、
前記噴出した圧力流体の流量を算出する流量算出部（１５）とを備え、
前記検査対象（１０）から前記圧力流体が噴出するとき、前記流量算出部（１５）は、前記位置計測部（７）で計測された前記ピストンの位置情報から算出される前記ピストンの移動量に基づいて前記増圧部（２）から前記蓄圧部（４）に供給される前記圧力流体の流量を求め、該流量を所定の補正係数に基づいて補正することによって、前記検査対象（１０）から噴出する流体の流量を計測することを特徴とする流量計測装置。
前記蓄圧部（４）の圧力と温度を計測する圧力計測部（５）と温度計測部（６）とを備え、前記流量算出部（１５）は、該圧力計測部（５）と温度計測部（６）とにより計測された温度と圧力とに基づいて前記補正係数を作成することを特徴とする請求項１に記載の流量計測装置。
蓄圧部に貯留した流体を検査対象から噴出させ、噴出する流体の流量を計測する流量計測方法であって、
シリンダ（２）と、前室（２１ａ）に配置される前部ピストンロッド（２４）と後室（２１ｂ）に配置される後部ピストンロッド（２５）を有するピストン（２３）を、前記前室（２１ａ）あるいは前記後室（２１ｂ）に作動流体を供給することにより、シリンダ（２）内で移動させることによって、前部ピストンロッド（２４）で前記流体を加圧して圧力流体を形成する増圧ステップと、
前記圧力流体を前記蓄圧部に貯留する蓄圧ステップと、
前記検査対象から圧力流体を噴出させるとともに、前記蓄圧部（４）の圧力を一定に保持するように前記作動流体の供給量を制御するとともに、前記ピストンの位置に応じて前記作動流体の供給量を制御することにより、前記圧力流体を前記蓄圧部に供給する噴出・供給ステップと、
前記圧力流体の流量を前記ピストンの位置に基づいて求め、該流量を所定の補正係数に基づいて補正することによって、噴出する流体の流量を求める流量算出ステップと
を有することを特徴とする流量計測方法。
前記補正係数は、前記圧力流体の圧力と温度とに基づいて作成されることを特徴とする請求項３に記載の流量計測方法。