JP2006105656A - 流量計測装置および流量計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 計測時間を短縮し、高精度に噴射流量を計測する流量計側装置および流量計測方法を提供する。
【解決手段】 流量計測装置１０は、ハウジング１２、圧力センサ２０、マイクロシリンジ３０、開閉弁４０を有している。燃料噴射弁１は、ハウジング１２に液密に取り付けられる。ハウジング１２の内部に形成した密封室１４の圧力センサ２０側は噴射液体１６で満たされており、密封室１４の燃料噴射弁１が取り付けられている側の空間は空気１８で満たされている。圧力センサ２０は、密封室１４の圧力センサ２０側、連通管１００内および液体室２６の噴射液体１６の体積変化を圧力変化として検出する。マイクロシリンジ３０は、燃料噴射弁１が１回噴射する毎に可変容積室３４に突出するピストン３６の突出量を減じ、可変容積室３４の容積を増加する。開閉弁４０が開弁すると、密封室１４の噴射液体１６と空気１８との境界面位置は初期位置に設定される。
【選択図】 図１

Description

流体噴射弁が噴射する液体の噴射流量を計測する流量計測装置および流量計測方法に関する。

燃料噴射弁等の流体噴射弁が噴射する液体の噴射流量を計測する装置として、流体噴射弁に噴射液体を供給する供給通路を流れる流体流量を、例えば特許文献１に記載されているように歯車式流量計で計測するものが知られている。
また、流体噴射弁が噴射した液体を容器で受け、噴射した液体の重量を計測することにより流体噴射弁が噴射する液体の流量を計測することが考えられる。

実公昭５１−３８７７７号公報

しかしながら、流体噴射弁の上流側に設置され流体噴射弁に噴射液体を供給する供給通路の液体は、通常、実際の噴射圧まで加圧されているので温度が上昇している。このように温度の高い液体は、圧力変動または温度変動の影響を受けて粘性および比重が変化しやすいので、流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測することが困難である。

また、流体噴射弁の上流側に設置された供給通路を流れる噴射液体の流量を計測する場合、流量計として前述した歯車式流量計を用いると、供給通路を連続して流れる液体の流量を計測する必要があるので、計測時間が長くなるという問題がある。
これに対して、流体噴射弁が噴射した液体を容器で受け、噴射した液体の重量を流量噴射弁の下流側で計測する場合、流体噴射弁の上流側よりも圧力の低い大気中に噴射された液体を計測するので、圧力変動および温度変動の影響を受けにくく、噴射された液体を直接計測できる。

しかしながら、大気中に液体を噴射すると、噴射された液体が蒸発し噴射された液体の重量を高精度に計測できない恐れがある。また、微量の噴射量に対し、重量を高精度に計測することは困難である。
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、計測時間を短縮し、高精度に噴射流量を計測する流量計側装置および流量計測方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１から１２記載の発明によると、流体噴射弁がハウジングの密封室に噴射した噴射液体の体積変化を検出する。つまり、流体噴射弁の上流側よりも圧力が低く、圧力変動および温度変動の影響を受けにくい流体噴射弁の下流側で、流体噴射弁が噴射した噴射液体の体積変化を検出する。したがって、検出した噴射液体の体積変化から、流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測できる。

また、密封室に噴射するので、噴射された噴射液体が蒸発しにくい。したがって、噴射液体の体積変化を高精度に検出できる。
また、流体噴射弁に噴射液体を供給する供給通路の流量ではなく、流体噴射弁が噴射した噴射液体の体積変化を検出するので、少ない噴射回数であっても、流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測できる。したがって、流体噴射弁毎の計測時間を短縮できる。

本発明の請求項２および８記載の発明によると、気体で満たされた密封室に液体が噴射されると、噴射された液体の体積分だけ気体が圧縮され、気体の圧力が上昇する。この気体の圧力上昇から噴射された液体の体積変化を検出することにより、流体噴射弁の噴射流量を計測できる。また、密封室の気体中に液体が噴射されるので、気体中に液体を噴射する動作環境の流体噴射弁であれば、類似した環境で噴射できる。したがって、高精度に噴射流量を計測できる。

本発明の請求項３および９記載の発明によると、圧力の増減により体積の殆ど変化しない液体で満たされた密封室に液体を噴射するので、噴射した液体の体積変化分を位置変位として検出するか、圧力変化として高精度に検出できる。
本発明の請求項４および１０記載の発明によると、密封室の流体噴射弁側は気体で満たされているので、流体噴射弁は気体中に液体を噴射する。それ故、気体中に液体を噴射する動作環境の流体噴射弁であれば、類似した環境で噴射できるので、高精度に流量を計測できる。また、密封室の他の部分は液体で満たされているので、流体噴射弁が密封室に噴射した液体の体積変化分を密封室の液体の位置変位として検出するか、圧力変化として検出できる。

本発明の請求項５記載の発明によると、請求項４記載の発明の構成において、大気側と密封室との連通を断続する開閉弁をさらに備え、開閉弁が開弁することにより密封室における液体と気体との境界面位置を初期位置に設定する。この構成によれば、例えば、各流体噴射弁の計測をする前に開閉弁を開弁すれば、密封室の気体と液体の境界面を簡単に初期位置に設定できる。

本発明の請求項６記載の発明によると、流体噴射弁が所定時間開弁して１回あたりに噴射する噴射量を設定噴射量とし、流体噴射弁の噴射回数と設定噴射量との積だけ容積可変装置で可変容積室の容積を増やせば、検出手段で検出する液体の体積変化分と設定噴射量とから、流体噴射弁の噴射量を計測できる。
また、検出手段で検出する噴射液体の体積変化量は、流体噴射弁の噴射回数と設定噴射量との積と、実際に流体噴射弁が噴射した流量との差になるので、検出手段で検出する噴射液体の体積変化量は小さくなる。したがって、微少の体積変化を検出する高精度な検出手段により高精度に噴射液体の体積変化を検出できる。

本発明の請求項１２記載の発明によると、流体噴射弁が所定時間開弁して１回あたりに噴射する噴射量を設定噴射量とし、流体噴射弁が複数回噴射する場合、密封室または密封室と連通する空間の容積を噴射回数と設定噴射量との積だけ増加するので、検出される噴射液体の体積変化量は、流体噴射弁の噴射回数と設定噴射量との積と、実際に流体噴射弁が噴射した流量との差になる。したがって、検出される噴射液体の体積変化分と設定噴射量とから、流体噴射弁の噴射流量を計測できる。
また、検出される噴射液体の体積変化量が小さくなるので、微少の体積変化を検出する高精度な検出手段を用いて高精度に液体の体積変化を検出できる。

以下、本発明の流量計測装置の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１に示すように、流量計測装置１０は、ハウジング１２、圧力センサ２０、マイクロシリンジ３０、開閉弁４０を有している。流体噴射弁である燃料噴射弁１は、例えば内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁である。燃料噴射弁１は、ハウジング１２に液密に取り付けられる。

ハウジング１２は、内部に密封室１４を形成している。密封室１４の圧力センサ２０側は噴射液体１６で満たされており、密封室１４の燃料噴射弁１が取り付けられている側の空間は空気１８で満たされている。
検出手段としての圧力センサ２０は、ハウジング２２およびダイヤフラム２４を有している。ハウジング２２内の空間は、ダイヤフラム２４により液体室２６と大気室２８とに隔離されている。液体室２６は連通管１００を介して密封室１４と連通しており、連通管１００内および液体室２６は、密封室１４の圧力センサ２０側と同じく噴射液体１６で満たされている。圧力センサ２０は、密封室１４の圧力センサ２０側、連通管１００内および液体室２６の噴射液体の体積変化を、ダイヤフラム２４が変位することにより圧力変化として検出し、圧力信号を電子制御装置（ＥＣＵ）５０に送出する。

容積可変装置であるマイクロシリンジ３０は、ハウジング３２およびハウジング３２に摺動自在に支持されるピストン３６を有し、ハウジング１２の周壁を貫通してハウジング１２に取り付けられている。ハウジング３２は、密封室１４と連通する可変容積室３４を形成している。ピストン３６の一方の端部は可変容積室３４に突出しており、ピストン３６の他方の端部は図示しないサーボモータに接続されている。ピストン３６が可変容積室３４に突出する突出量は、サーボモータにより制御される。

開閉弁４０は、大気側および密封室１４に開口している大気開放管１０２に設置されている。開閉弁４０が開弁および閉弁することにより、密封室１４と大気側との連通が断続される。
計測手段としてのＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１のコイル２に供給する駆動電流を制御し、燃料噴射弁１を開閉制御する。またＥＣＵ５０は、圧力センサ２０から受けた圧力信号に基づき、密封室１４に噴射された噴射液体の体積変化、すなわち、燃料噴射弁１から噴射された噴射液体の流量を計測する。またＥＣＵ５０は、サーボモータを制御し、マイクロシリンジ３０のピストン３６の突出量を調整する。

次に、流量計測装置１０による燃料噴射弁１の流量計測方法について説明する。
（１）まず、サーボモータを制御し、ピストン３６を可変容積室３４に所定量突出させる。
（２）ハウジング１２に燃料噴射弁１を取り付ける。
（３）開閉弁４０を開弁し、密封室１４を大気開放する。これにより、前回の計測時に密封室１４に噴射された噴射液体が大気開放管１０２から大気側に排出され、密封室１４の噴射液体１６と空気１８との境界面位置が、大気開放管１０２が密封室１４に開口している初期位置に設定される。大気開放管１０２から大気側に流出する噴射液体１６の流れが止まると、開閉弁４０を閉弁する。

（４）ＥＣＵ５０は、同じ噴射時間幅で所定回数噴射させるパルス信号を燃料噴射弁１に送出する。このとき、ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１が１回に噴射する噴射量を予め設定して記憶しておき、燃料噴射弁１が１回噴射する毎に、可変容積室３４の容積が設定噴射量だけ増加するように、サーボモータを制御してピストン３６を図１の左方向に移動させ、可変容積室３４に突出するピストン３６の突出量を減じる。

（５）燃料噴射弁１が所定回数噴射して噴射を停止すると、ＥＣＵ５０は、圧力センサ２０が検出した圧力信号を、燃料噴射弁１が密封室１４に噴射液体を所定回数噴射したことにより変化した圧力変化ΔＰとして認識する。
ここで、噴射中にピストン３６を移動することにより、可変容積室３４の容積は、設定噴射量Ｑと噴射回数Ｎとの積Ｑ×Ｎだけ増加しているので、燃料噴射弁１の合計噴射量が設定噴射量Ｑと噴射回数Ｎとの積Ｑ×Ｎに等しければ、密封室１４の圧力変化ΔＰは０のはずである。燃料噴射弁１の合計噴射量とＱ×Ｎとが等しくなければ、その差により密封室１４の空気１８の圧力が増減する。この空気１８の圧力の増減により、密封室１４の圧力センサ２０側、連通管１００内および液体室２６の噴射液体１６の圧力が増減する。圧力センサ２０は、この噴射液体１６の圧力の増減を圧力変化ΔＰとして検出する。
（６）そして、ＥＣＵ５０は、Ｎ回噴射した後の圧力変化ΔＰ、つまりＮ回噴射した後の噴射液体の体積変化と設定噴射量とから燃料噴射弁１のＮ回の合計噴射量を算出し、燃料噴射弁１の１回あたりの噴射流量を計測する。

以上説明した、本実施形態の流量計測装置１０では、燃料噴射弁１が密封室１４の空気中に噴射液体を噴射するので、実際に燃料噴射弁１が燃料を噴射する吸気管または燃焼室と環境が類似している。また、燃料噴射弁１の上流側である加圧された噴射液体の流量ではなく、燃料噴射弁１の下流側において燃料噴射弁１が空気中に噴射した噴射液体の体積変化分を計測するので、圧力変動および温度変動の影響を殆ど受けない。さらに、密封室１４に噴射液体を噴射するので、噴射液体の蒸発を防止できる。したがって、燃料噴射弁１が噴射した噴射液体の流量を高精度に計測できる。
また、上記実施形態では、通路を流れる噴射液体の流量ではなく、燃料噴射弁１が密封室１４に噴射した噴射液体の体積変化を検出する。燃料噴射弁１が噴射した噴射流体の体積変化は少ない噴射回数で高精度に検出できるので、流量計測時間を短縮できる。噴射流量を計測するための噴射回数は１回でもよい。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、密封室１４の圧力センサ２０側を噴射液体１６で満たし、密封室１４の燃料噴射弁１側を空気１８で満たしたが、密封室１４を全て空気１８で満たしてもよい。この場合、圧力センサ２０のダイヤフラム２４は両面ともに空気と接触する。そして、密封室１４に噴射液体が噴射されることにより、燃料噴射弁１の実際の噴射量と設定噴射量Ｑとの差として、圧力センサ２０は空気で満たされた密封室１４の圧力変化ΔＰを検出し、燃料噴射弁１の１回あたりの噴射流量を計測できる。ただし、密封室１４を全て空気で満たす場合、空気による圧力変化は小さくなるので、密封室１４全体の容積は極力小さいことが望ましい。
また、密封室１４を全て噴射液体で満たし、燃料噴射弁１から噴射液体中に噴射液体を噴射してもよい。

上記実施形態では、燃料噴射弁１が１回噴射する毎に、可変容積室３４の容積が設定噴射量だけ増加するように可変容積室３４に突出するピストン３６の突出量を制御したが、可変容積室３４の容積を増加するタイミングは、燃料噴射弁１が噴射する前後、または噴射と同時のいずれでもよい。また、燃料噴射弁１が１回噴射する毎ではく、燃料噴射弁１が複数回噴射する前後に、噴射回数と設定噴射量との積だけまとめて可変容積室３４の容積を増加してもよい。
また、マイクロシリンジ３０を用いず、燃料噴射弁１が噴射する噴射液体の総量を圧力変化ΔＰとして検出し、噴射流量を計測してもよい。

また、燃料噴射弁１が噴射した噴射液体の体積変化を圧力センサ２０により圧力変化ΔＰとして検出したが、燃料噴射弁１が噴射した噴射液体の体積変化を検出部の変位量として検出する位置センサを検出手段として用いてもよい。
上記実施形態では、内燃機関の燃料噴射弁１の流量を計測したが、これに限らず、特に微量の液体を噴射する流体噴射弁の噴射流量を高精度に計測するときに、本発明の流量計測装置または流量計測方法は効果的である。

本実施例による流量計測装置を示す模式的説明図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁（流体噴射弁）、１０ 流量計測装置、１２ ハウジング、１４ 密封室、２０ 圧力センサ（検出手段）、３０ マイクロシリンジ（容積可変装置）、３４ 可変容積室、３６ ピストン（可動部材）、４０ 開閉弁、５０ ＥＣＵ（電子制御装置）

Claims (12)

1. 流体噴射弁が噴射する液体の噴射流量を計測する流量計測装置において、
   密封室を有し、前記流体噴射弁が前記密封室に液体を噴射するハウジングと、
   前記密封室と接続しており、前記流体噴射弁から前記密封室に噴射された液体の体積変化を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする流量計測装置。
2. 計測前の状態において、前記密封室は気体で満たされていることを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
3. 計測前の状態において、前記密封室は液体で満たされていることを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
4. 計測前の状態において、前記密封室の前記検出手段と接続する側は液体で満たされ、前記密封室の前記流体噴射弁側は気体で満たされていることを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
5. 大気側と前記密封室との連通を断続する開閉弁をさらに備え、前記開閉弁が開弁することにより前記密封室における液体と気体との境界面位置は初期位置に設定されることを特徴とする請求項４記載の流量計測装置。
6. 前記密封室と連通する可変容積室と、移動することにより前記可変容積室の容積を増減する可動部材とを有する容積可変装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の流量計測装置。
7. 流体噴射弁が噴射する液体の噴射流量を計測する流量計測方法において、
   前記流体噴射弁から密封室に液体を噴射し、前記密封室に噴射された液体の体積変化を検出した値に基づいて前記流体噴射弁の噴射流量を計測することを特徴とする流量計測方法。
8. 計測前に前記密封室を気体で満たすことを特徴とする請求項７記載の流量計測方法。
9. 計測前に前記密封室を液体で満たすことを特徴とする請求項７記載の流量計測方法。
10. 計測前に前記密封室の前記流体噴射弁側を気体で満たし、前記密封室の他の部分を液体で満たすことを特徴とする請求項７記載の流量計測方法。
11. 計測前に前記密封室における液体と気体との境界面位置を初期位置に設定することを特徴とする請求項１０記載の流量計測方法。
12. 前記流体噴射弁が所定時間開弁して１回あたりに噴射する噴射量を設定噴射量とし、前記流体噴射弁が複数回噴射する場合、前記密封室または前記密封室と連通する空間の容積を前記設定噴射量と噴射回数との積だけ増加することを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項記載の流量計測方法。
    

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