JPS63284420A - 噴射量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 え咀Ω旦句 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料等を噴射する噴射弁の噴射量測定装置に関
し、詳しくは、実際の噴射状態に即した条件で正確に噴
射量を測定し得る装置に関するものである。

［従来の技術］ 内燃機関の燃焼室内への燃料供給を噴射弁により行う場
合、例えばディーゼルエンジンや電子制御燃料噴射を行
うガ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。従って、燃料噴射量
を正確に測定する噴射量測定装置が設計・開発や検査等
において必要とされる。

このため、従来より種々の噴射量測定装置が考案されて
いるが、そのうちの一つに、予め一定の圧力に保持した
噴射室に被計測噴射弁からガソリン等を噴射し、その噴
射室容積の増加量により噴射量を測定する方法がある（
特公昭５Ｂ−３７４８５号）。ここで噴射室に予圧を与
えるのは、噴射室内の燃料に混在するガスが噴射時に収
縮することによる測定誤差を除去するためである。

又、噴射室容積の増加量の測定方法として、上記文献で
はピストンの移動量により一計測を行うものの他、ベロ
ーズ（又はダイヤフラム）と円板とを用いて噴射室の一
部を画定し、その円板の変位量により噴射量の測定を行
うものも示されている。

これによると、噴射室内の液体の漏れがない、移動部材
の慣性重量が小さい、ピストンと壁との摩擦がない等の
利点がある。

［発明が解決しようとする問題点コ 測定される噴射弁は通常、上記の通り、ディーゼル機関
又はガソリン機関等で使用されるものであるが、このよ
うな機関で噴射弁から実際にシリンダ内に燃料が噴射さ
れる時には、シリンダ内の圧力は３０〜１５０　ｋｇ／
ａｍ２と高圧かつ広範囲に変化しているものである。そ
して、燃料噴射量は噴射される室の圧力により影響され
ることから、上記のように噴射室が常に一定の圧力に保
持されている場合には、実際の使用条件の下での燃料噴
射量が正確には求められないという欠点がある。

又、ベローズ又はダイヤプラム方式は上記の通りの利点
を有するものであるが、燃料噴射時の噴射室の圧力上昇
によりベローズ、ダイヤフラム自身が多少変形し、噴射
室の容積増加が円板の変位量に比例しないという問題点
もある。更に、燃料噴射時の噴射圧力によるベローズの
横方向のずれ、傾き等も測定誤差に影響を与える原因と
なる。

上記従来の技術では円板の変位量の測定は、それに取り
付けられたロッドの移動を差動トランスによって検出す
るという方法をとるが、このような方法であるとロッド
も変位するため、可動部分の慣性重量がなお大きく、高
速繰り返し噴射の噴射量測定に不利である。また、ロッ
ドの熱膨張により測定結果の温度ドリフトが増大すると
いう問題点もある。更に、ゼロ点合わせ等のために、非
噴射時には円板はストッパー等に当接されるが、これも
その当りの振動により、高速繰り返し噴射時の噴射量測
定を困難にしている。

本発明は従来の燃料噴射量測定装置がかかえる上記問題
点を解決し、広範な条件の下、実際の作動状態に近い状
態で、正確に燃料噴射弁の噴射量を測定することのでき
る測定装置を提供するものである。

発月Ｉｌ」成 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために成された本発明に係る噴射
量測定装置は、 測定条件に応じト圧力に保持された背圧室と、被測定噴
射弁の噴射する液体で満たされた、噴射弁が噴射を行う
噴射室と、 その噴射による噴射室の容積増加に応じて変位する、上
記背圧室と上記噴６１室とを同圧力で隔てる変位部材と
、 その変位部材の位置を測定する変位測定手段と、上記噴
射弁の非噴射時に、変位部材の位置が所定の範囲内にな
るように噴射室内の液体を排出する排出制御手段と を備えたことを特徴とするものである。

ここで、背圧室は測定条件に応じて定められた圧力の気
体で満たされているものであることが好ましい。特に、
背圧室が１回の噴射量に比して十分に大きい容積の空間
と連通しており、その空間にそのような圧力の気体が満
たされていることが望ましい。

背圧室と噴射室とを同圧力で隔てる変位部材としては、
筒状ベローズと該ベローズの先端に固定された非変形性
の隔板とから構成されるものであると好ましい。このと
きには、両室に圧力差があると、ベローズが自動的に変
位して、その圧力差を解消する。もちろん、噴射時には
この隔板は噴射室の容積増加に応じて変位するが、噴射
時及び非噴射時とも、隔板は排出制御手段によりベロー
ズ以外の部材と接触しない位置になるように調整される
。

又、変位測定手段は、非接触型の変位測定装置であるこ
とが望ましい。例えば、隔板が金属板から成り又は金属
板を備え、背圧室内の該金属板と対向する位置に検出用
コイルと温度補償用のダミーコイルとが備えれた変位測
定装置のようなものである。

［作用コ 被測定噴射弁が噴射を行っていないときには、噴射室と
背圧室は共に測定条件に応じた圧力に保持されている。

噴射弁が噴射を行うと、両室が同じ圧力を保ったまま、
噴射量に応じた噴射室の体積増加により、変位部材がそ
の増加量に応じた変位を行う。変位測定手段はその変位
部材の噴射前後の位置を測定することにより、変位部材
の変位を測定する。この変位部材の変位より、毎回ある
いは所定回数分の噴射弁の噴射量が得られる。

毎回の噴射終了後、あるいは何回かの噴射が行われた後
、非噴射時に、排出制御手段は噴射室内の液体をほぼ噴
射による増加分だけ排出し、変位部材が所定の範囲内に
なるようにする。これにより系は最初の状態に戻り、上
記噴射量測定が繰り返される。

［実施例コ 次に、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。本発明に係る噴射量測定装置を備えるディーゼ
ルエンジン用燃料噴射弁の噴射量測定システムの構成を
第２図に示す。燃料噴射量測定システム１は、燃料噴射
量を測定する検出部２と燃料噴射量の測定制御を行う計
測制御部３とを中心に構成されている。ディーゼルエン
ジン用燃料噴射ポンプ４は試験用のベンチに固定されて
いる。この燃料噴射ポンプ４は実際にはディーゼルエン
ジンの回転により燃料供給を行うが、本システム１では
モータ５が燃料噴射ポンプ４の駆動軸６に接続され、こ
れにより試験条件が調整される。モータ５の回転軸には
、回転速度、気筒判別信号及び上死点信号等を検出して
計測制御部３に出力する角度センサ７が配設されている
。

燃料噴射ポンプ４は燃料タンク８から燃料を吸入して加
圧し、検出ＭＪ２に取り付けられた燃料噴射弁２０に供
給する。なお、第２図では複数備えられている燃料噴射
弁のうち１系統のみを示した。

検出部２は、燃料噴射弁２０からの燃料噴射量に応じた
噴射量信号を計測制御部３に出力する。

一方、計測制御部３からの駆動信号に応じて、検出部２
はその内部に噴射された燃料を排出し、排出された燃料
は燃料タンク８に還流する。

次に検出部２の構成を第１図に基づいて詳しく説明する
。検出部２は噴射弁２０と噴射量測定装置２２とから成
る。噴射弁２０はアダプタ２１を介して噴射量測定装置
２２のロアボディ２４に取り付けられる。噴射弁２０の
噴射口２６は噴射量測定装置２２のロアボディ２４内の
噴射室２日に開口している。噴射室２８はロアボディ２
４のほぼ中央に位置する円筒状の空間であるが、噴射弁
２０へは通路３０が、上下方向へは後述する排出弁３１
、安全弁３２への通路３３．３４が設けられている。

噴射室２８内の噴射口２６と反対の方には円筒状のベロ
ーズ３６が燃料噴射室２日の内壁と僅かの隙間を設けて
配設され、その一端はロアボディ２４に固定された円盤
状の固定部材３日のフランジ部分４０に気密固定される
。ベローズ３６のもう一方の端は薄い鋼製円板状の隔板
４２が同じく気密に固定される。隔板４２と噴射口２６
の間には、多数の孔を有する焼結金属材料製の緩衝部材
４４がロアボディ２４に固定して配設される。

ベローズ３６及び隔板４２により噴射室２８と隔てられ
た背圧室５０の中央には、隔板４２の変位量を測定する
ための非接触タイプの変位センサ５２が配設される。変
位センサ５２については後に詳述する。変位センサ５２
とベローズ３６の間の隙間には硬質プラスチック等の非
磁性体材料から成るカラー５４が挿入される。

ロアボディ２４の右方には前記の固定部材３８を介して
アッパボディ６０が固定され、その中心には前記の変位
測定器５２及びその位置を固定するための位置決め部材
６２が介挿される。位置決め部材６２の左方とアッパボ
ディ６０との間には前記背圧室５０に連通ずる狭い隙間
６６が設けられ、この隙間６６の右方は位置決め部材６
２とアッパボディ６０との間に介挿される０リング６日
により気密が保たれる。この隙間６６にはアッパボディ
６０に設けられた与圧通路７０が開口する。

与圧通路７０は図示せぬ大容量のリザーバタンクに連通
ずる。

排出弁３１は、リード線７２により計測制御部３と接続
される電磁弁７４により構成され、電磁弁７４の弁体７
６が噴射室２８側の通路３３と燃料タンク８側の通路７
８との間を連通・遮断する。

変位センサ５２の詳細を第３図により説明する。

本変位センサ５２は基本的にはセラミック製の円柱状ボ
ビン８０の隔板４２側にセンサコイル８２が、その右方
に温度補償用のダミーコイル８４が巻かれたものである
。なお、空間８６はセンサコイル８２用のリード線８５
を通すための幅の狭い溝である。ダミーコイル８４用の
リード線８７もボビン８０内を通り、両リード線８５．
８７は中心で右方に導かれて外部の計測制御部３（第２
図）に接続される。ボビン８０の左方中央には、ポビン
８０成形時及び使用時の熱による割れを防止するための
空間８８が設けである。両コイル８２．８４が巻かれた
ボビン８０は、セラミックケース９０内に納められ、ダ
ミーターゲット９２を介してセンサボディ９４にネジ及
び接着により固定される。ダミーターゲット９２はダミ
ーコイル８４と対になるものであり、隔板４２と同じ材
料から成る。

以上のように構成された本実施例の作用を以下に説明す
る。背圧室５０には与圧通路７０を通じてリザーバタン
クから測定条件に応じた圧力の気体が供給される。この
リザーバタンクには予めその圧力の窒素ガスが充填され
る。リザーバタンクの容量は噴射弁２６の１回の燃料噴
射量の１００倍程度以上であることが望ましい。この圧
力は、噴射弁２０が実際に動作するときのエンジンの燃
焼室内の圧力を想定し、測定しようとする条件によって
、大気圧から約１５０　ｋｇ／ｃｍ２までの圧力の中か
ら適当に選択される。又、背圧室５０に供給する気体に
は、空気、窒素、ヘリウム等を用いることができる。一
方、噴射室２日は噴射弁２０が噴射する軽油で満たされ
ているが、その量は排出弁３１により、後述の通り、隔
板４２及び緩衝部材４４がロアボディ２４の内部に触れ
ずに、噴射室２日内で浮いている状態になるように調節
される。これにより、噴射室２日と背圧室５０とは同一
圧力に保たれる。

噴射弁２０による燃料噴射が行われていないときに、隔
板４２の位置が変位センサ５２により検出される。隔板
４２は鋼製であるため、変位センサ５２のセンサコイル
８２に高周波の励磁電流を流すと、それによる磁力線が
隔板４２内に誘導電流を発生させる。この誘導電流によ
り磁力線分布が影響を受け、センサコイル８２のインダ
クタンスが変化する。この変化量の大きさはセンサコイ
ル８２と隔板４２との間の距離に応じて変化するため、
計測制御部３ではこのセンサコイル８２のインダクタン
スの測定により、隔板４２の位置を検出することができ
る。なお、ここで隔板４２は薄い鋼板製としたが、セン
サコイル８２の発生する磁力線により誘導電流を発生す
るものであればどのような材料でもよい。また、隔板４
２自体は軽量のプラスチック等にし、それに金属薄板を
張るという構成にしてもよい。なお、センサコイル８２
と隔板４２との相互関係からインダクタンスを検出する
のと同時に、ダミーターゲット９２との関係からダミー
コイル８４のインダクタンスが検出される。ダミーコイ
ル８４とダミーターゲット９２との間の距離はボビン８
０の寸法により一定であるため、両コイル８２．８４の
インダクタンスの値の変化を比較することにより、環境
温度の変化によるインダクタンスの変化分が相殺され、
温度変化が補償された隔板４２の位置情報が検出される
ことになる。また、ボビン８０、ケース９０ともセラミ
ックにより構成されているため、温度による寸法変化が
ほとんどなく、第４図に温度と出力値のドリフト量のグ
ラフを示す通り、温度変化にほとんど影響されない位置
検出が行える。

燃料噴射量測定時には噴射速度が高くなると温度も上昇
する傾向にあるため、このような温度の影響を受けない
位置検出機構は、広範な試験条件の下での測定精度の向
上及び季節要因を排した測定に有利な点となる。参考の
ために、ダミーコイルを持たない従来の変位センサによ
る温度−出力ドリフト値のグラフを第５図に示すが、温
度による出力ドリフトが数％にも及ぶ。このような温度
ドリフトは隔板４２の位置の検出誤差に結び付き、後述
するように正確な燃料噴射量の測定を困難にする。

噴射弁２０の噴射口２６から軽油が噴射されると、噴射
室２日内の軽油の量が噴射量Ｖだけ増加する。噴射時に
は排出弁３１、安全弁３２とも閉鎖されているため、こ
の燃料の増加は隔板４２を右方に移動させる。隔板４２
の移動（変位）量Ｓは、隔板４２の有効面積（背圧室５
０と対面している部分の面積）をＡとすると、 ｓ＝Ｖ／Ａ　　　　　　　　・・・　（１）となる。隔
板４２の変位量Ｓを変位センサ５２で検出することによ
り、（１）式より、噴射弁２０の燃料噴射量Ｖは、 ■＝Ａ−６・・・　（２） と求められる。

隔板４２の変位量Ｓは燃料噴射前後の隔板４２の位置を
各々変位センサ５２により検出し、その差を求めること
により得られる。噴射後の隔板４２の位置の検出は前記
の噴射前の位置検出と全く同じであるが、各々の検出時
期は第２図のモータ５の回転軸に設けられた角度センサ
７からの角度信号に基づいて決められる。なお、隔板４
２と変位センサ５２及びカラー５４との間の距離は、最
大測定可能燃料噴射量の燃料が噴射されたときでも両者
が接触しない程度の大きさに決められる。

噴射口２６から燃料を噴射した時に、噴射された燃料は
ある程度の運動量を持つ噴流となって噴射室２日に充満
する軽油内を隔板４２の方に進むが、緩衝部材４４によ
りその噴流の勢いが弱められるため、位置検出精度を悪
化させる隔板４２の振動が防止される。また、緩衝部材
４４は噴流による力が隔板４２に斜め方向に当たったり
、ベローズ３６に直接当たることを防止する役割も果た
す。これらの作用も隔板４２の位置検出精度向上及び燃
料噴射量■と隔板４２の変位量Ｓの比例性維持に寄与す
る。このような機能より、緩衝部材４４は上記のような
多孔質材料の他、複数個の穴を有する円板、或いは中心
に１つの穴を設けた中空円筒状のものでもよい。

ベローズ３６は、外周をロアボディ２４の内壁により、
内周をカラー５４により、各々画定されており、また、
その両側の圧力は前記の通り同一に保たれているため、
燃料噴射時においてもベローズ３６には隔板４２を左右
方向に移動させるため以外の変形が生じない。これによ
り、噴射量Ｖと隔板４２の変位量Ｓとの比例性が保証さ
れる。

カラー５４はこのような機能より、本実施例のような硬
質プラスチ・ンクの他、ゴム、セラミック等で構成する
ことも可能である。

燃料噴射が終了し、隔板４２の変位検出による噴射量測
定が終了した後、排出弁３１から、噴射室２日内の軽油
が燃料タンク８に排出される。このとき、変位センサ５
２により検出される隔板４２の位置がほぼ噴射前の位置
に近い所定の範囲内になるまで、排出が実行されるもの
であるが、この位置及び範囲は、噴射後も隔板４２が変
位センサ５２に接触しないように決められる。これによ
り、隔板４２は噴射時、非噴射時とも、噴射室２日内の
壁に同等接触せず、噴射室２８の軽油の中でいわば浮い
た状態が保たれる。従って、隔板４２が内壁や変位セン
サ等に当たることによる振動がないため、特に高速試験
時の噴射量測定精度の向上効果が得られる。また、測定
時に運動する部分は薄い隔板４２とベローズ３６のみで
あるため、慣性重量が小さく、高速回転試験に対する応
答性が良好である。なお、噴射室２８内の燃料の排出は
、１回の噴射毎に行うのではなく、何回か毎にまとめて
排出するようにしてもよい。

上記実施例では噴射室２８と背圧室５０とが同一圧力に
保たれているため、噴射時、非噴射時ともベローズ３６
の圧力差による変形がなく、噴射室２日の容積増加すな
わち燃料噴射量Ｖと隔板４２の変位量Ｓとの比例性が保
たれる。また、その圧力は大気圧から１５０　ｋｇ／ｃ
ｍ２までの任意の値に設定できるため、噴射弁２０のデ
ィーゼルエンジンの燃焼室における実際の作動条件に近
い条件での噴射量測定が可能となる。そして通常の試験
条件ではその圧力が３０　ｋｇ／ｃｍ２以上であるため
、噴射室２８内の軽油に含まれる気泡が抑制され、噴射
量が正確に測定されるという従来技術の効果もそのまま
有する。

え脈辺効１ 本発明に係る噴射量測定装置では、噴射室が任意の圧力
に設定できるため、噴射弁の実際の作動状態に近い条件
での噴射量測定が行える。又、噴射時、非噴射時とも噴
射室と背圧室との圧力が同じに保たれるため、噴射時の
変位部材の異常な変形が防止され、正確な噴射量の測定
が可能となる。

更に、変位部材が當°に他の部材と当接しないようにす
ることができるため、高速の噴射にも追随する噴射量測
定が行える。なお、変位量測定に非接触型の変位測定装
置を用いると、可動部分の慣性重量が減少するため、そ
の高速追随性が更に確実となり、又、ロッドを用いた変
位測定装置と比較して、部材の熱膨張に起因する温度ド
リフトの少ない測定が行える。更に、温度補償型の変位
測定装置を用いると、広い温度範囲で同様に温度ドリフ
トの少ない、正確な噴射量測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例であるディーゼルエンジン用燃
料噴射弁の噴射量測定システムの概略構成図、第２図は
そのシステムで用いられる噴射量測定装置の断面図、第
３図はその噴射量測定装置で用いられる変位センサの断
面図、第４図はその変位センサの環境温度と変位出力値
のドリフト量の関係を示すグラフ、第５図は従来の変位
センサの温度−出力ドリフト量のグラフである。 １　・・・　燃料噴射量測定システム、２　・・・　検
出部、　　　３　・・・　計測制ｆｆｆＨＢ。 ４　・・・　燃料噴射ポンプ、　　５　・・・　モータ
、２０　　・・・　噴射弁、　　　２８　　・・・　噴
射室、３１　　・・・　排出弁、　　　３６　　・・・
　ベローズ、４２　　・・・　隔板、　　　　４４　　
・・・　緩衝部材、５０　　・・・　背圧室、　　　５
２　　・・・　変位センサ、５４　　・・・　カラー、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　測定条件に応じた圧力に保持された背圧室と、 被測定噴射弁の噴射する液体で満たされた、該噴射弁が
   噴射を行う噴射室と、 その噴射による噴射室の容積増加に応じて変位する、上
   記背圧室と上記噴射室とを同圧力で隔てる変位部材と、 該変位部材の位置を測定する変位測定手段と、上記噴射
   弁の非噴射時に、該変位部材の位置が所定の範囲内にな
   るように噴射室内の液体を排出する排出制御手段と を備えたことを特徴とする噴射量測定装置。 ２　前記背圧室が前記圧力の気体で満たされている特許
   請求の範囲第１項記載の噴射量測定装置。 ３　前記変位部材が、筒状ベローズと該ベローズの先端
   に固定された非変形性の隔板とから構成される特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の噴射量測定装置。 ４　前記所定の範囲が、噴射弁の噴射時及び非噴射時に
   前記隔板が該ベローズ以外の部材と接触しない位置とな
   るものである特許請求の範囲第３項記載の噴射量測定装
   置。 ５　前記変位測定手段が非接触型の変位測定装置である
   特許請求の範囲第３項又は第４項に記載の噴射量測定装
   置。 ６　前記隔板が金属板から成り又は金属板を備え、前記
   非接触型の変位測定装置が、該背圧室内の該金属板と対
   向する位置に固定して設けられた検出用コイルと温度補
   償用のダミーコイルとを備える特許請求の範囲第５項記
   載の噴射量測定装置。