JPH0523610B2

JPH0523610B2 -

Info

Publication number: JPH0523610B2
Application number: JP60298212A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tsuzuki; Takashi Takahashi; Yukimitsu Oomori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1993-04-05
Also published as: JPS62188911A

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
を用いた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焼室等の圧力
（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。尚、Ｅは体積弾性率を表わす定数である。

(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と最大測
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あるくなるという問題
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た時の前
記検出されたダイヤフラムの変位量の変動初期に
おけるピーク値を検出するピーク検出部と、前記ダイヤフラムの変位量のピーク値と実際の
燃料噴射量との対応関係に基づいて、前記ピーク
検出部にて検出された変位量のピーク値から燃料
噴射量を演算して求め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。

［作用］このように構成された本発明では、燃料噴射室
には燃料噴射弁から燃料が噴射される。このとき
吐出弁は閉弁されているので、燃料噴射室内に噴
射された燃料はダイヤフラムを背圧室側に押圧す
る。すると、ダイヤフラムは噴射された燃料量に
応じて背圧室側に変位するが、ダイヤフラムが変
位しても背圧室は所定の圧力に保持されているの
で、燃料噴射室の圧力も変化しない。このため、
ダイヤフラムの変位量は燃料噴射量のみによつて
決定される。即ち、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から、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、変位量が圧力変化で変動しなくなる。

また、燃料噴射室への燃料噴射が行われると、
燃料噴射室の容積は短時間の内に急増する。この
ためダイヤフラムの変位量は、一定期間に亘つて
次第に減衰するオーバーシユートやアンダーシユ
ートを繰り返す。このダイヤフラムの減衰振動の
固有振動数、あるいはダイヤフラム変位量の、ピ
ーク値の収束値に対する割合、即ち上記ピーク値
と実際の燃料噴射量との対応関係は、燃料容積検
出部の測定系の諸要素、例えば、燃料噴射室の形
状や構造あるいは燃料の種類等により定まること
が理論的・実験的に確かめられている。

そこで本発明では、ピーク検出部によつてダイ
ヤフラム変位量の変動初期におけるピーク値を検
出する。そして、燃料噴射量演算手段によつて、
上記ダイヤフラム変位量のピーク値と実際の燃料
噴射量との対応関係に基づいて、上記検出された
変位量のピーク値から燃料噴射量を演算して求め
ている。

このように、背圧室を所定圧力に保つことによ
つて実現されるダイヤフラムの変位量と燃料噴射
量との安定した対応関係に立脚し、ダイヤフラム
の変位量の変動初期におけるピーク値から燃料噴
射量を演算するので、検出されたダイヤフラムの
変位量のオーバーシユート、アンダーシユート等
の減衰を待つことなく、燃料噴射量が短時間でし
かも高精度で演算される。この結果、短時間の演
算が要求される高回転域まで燃料噴射量が高精度
で測定される。

また、燃料噴射量の測定後、燃料排出制御手段
によつて、噴射された燃料量に応じた量の燃料を
速やかに燃料噴射室より吐出室へ排出する。即
ち、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のバラツ
キの範囲が小さくなる。

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
ータや定差減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。

ピーク検出部および燃料噴射量演算手段として
は、ピークホールド回路を備えたデイスクリート
な回路、あるいは、論理演算回路として構成され
ること等が考えられる。

燃料排出制御手段は、燃料噴射室に噴射された
燃料を吐出室へ排出する手段であつて、上記燃料
噴射量演算手段により燃料噴射量を求めた後、噴
射された燃料量に応じた量の燃料を燃料噴射室か
ら排出する手段である。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し支えない。

尚、燃料の排出は、燃料噴射毎に実行する必要
はなく、所定回数の燃料噴射毎に実行してもよい
ことはもちろんのことである。

［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
積を変化させる。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。尚、
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。

また、Ｉ／Ｖ変換器８５の出力信号はピーク検
出部としてのピークホールド部８６にも入力され
ており、ピークホールド部８６は、Ｉ／Ｖ変換器
８５より常時送られてくる容積信号Ｖのピーク値
Vpを保持するよう構成されている。これにより、
CPU７１は、アナログ入力ポート７８を介して、
ダイヤフラム３１の変位に応じた信号（C1−
C2）／（C1＋C2）のピーク値をいつでも入力す
ることができる。このピークホールド部８６に保
持されているダイヤフラム３１の変位に応じた信
号のピーク値Vpは、CUP７１によりピークホー
ルド部８６がリセツトされるまで保持されること
になる。

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
θ１、容積信号ピーク値Vpの読取タイミングθ
２、定常容積信号Vmの読取タイミングθ３、燃
料吐出タイミングθ４，θ５、容積信号Ｖと燃料
噴射室３６の燃料量Ｆとの比較定数ｋ、燃料噴射
の初期回数IN及び燃料噴射回数Ｎ（Ｎ＞IN）等
の設定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、
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、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Ｖ
をCRTデイスプレイ７０上に表示する。ダイヤ
フラム３１の静電容量に基づく容積信号Ｖ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、測定者は、
CRTデイスプレイ７０上に表示される容積信号
Ｖに基づいて各タイミングθ１，θ２，θ３，θ
４，θ５の設定を各々キーボードパネル８３を用
いて行なう。

ここで第５図タイミングチヤートの容積信号Ｖ
の一例を表わすグラフを用いて上記各タイミング
θ１，θ２，θ３，θ４，θ５について説明す
る。

零点読取タイミングθ１とは、容積信号Ｖが計
測開始前のレベルに低下したときの容積信号Ｖを
読取るときのクランク角度のことをいい、吐出弁
７，８，９，１０が作動して燃料噴射室３６内に
流入した燃料を吐出容器３へと排出した時にダイ
ヤフラム３１は初期の位置に戻るので、この時、
容積信号Ｖは計測開始前のレベルに復帰している
ことになる。

容積信号ピーク値Vpの読取タイミングθ２と
は、後述されるが、燃料が燃料噴射室３６内に噴
射された直後のピークホールド部８６に保持され
ている噴射毎の容積信号Ｖのピーク値を読取る時
のクランク角度のことをいう。

定常容積信号Vmの読取タイミングθ３とは、
燃料が燃料噴射室３６内に噴射された後、容積信
号Ｖが一定レベルに落ち着いた任意の時期に容積
信号Ｖを読取る時のクランク角度のことをいう。

燃料吐出タイミングθ４とは、上記定常容積信
号Vmの読取後に、吐出弁７，８，９，１０を開
弁して燃料噴射室３６内の燃料を吐出容器３へと
吐出する時のクランク角度のことをいう。

燃料吐出タイミングθ５とは、上記容積信号ピ
ーク値Vpの読取後に、吐出弁７，８，９，１０
を開弁して燃料噴射室３６内の燃料を吐出容器３
へと吐出する時のクランク角度のことをいう。

更に、ステツプ110では、容積信号Ｖと燃料噴
射室３６内の燃料量Ｆとを関係づける比例定数ｋ
や燃料噴射の初期回数IN及び燃料噴射回数Ｎ（Ｎ
＞IN）等の設定も各々キーボードパネル８３を
用いて行なわれる。

以上の各設定を終えると、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、噴射回数を示す変数ｎを零
に戻す作業を行なう。この変数ｎは燃料噴射回数
を表わすので、ここで零にするのである。次に、
処理はステツプ130に進み、噴射回数を示す変数
ｎをインクリメントする。このステツプ120ない
し130の処理を終えると、処理は、ステツプ140に
おいて、クランク角θが零点容積信号Voの読取
タイミングθ１に至つているか否かを判断するこ
とになる。クランク角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が零点読取タイミングのクランク角θ
１に至つていなければ、クランク角θがクランク
角θ１に至るまでウエイトをかけることになり、
クランク角θがクランク角θ１に至つた時に初め
て処理は次のステツプ150に進む。

ステツプ150では、零点の容積信号Voの読み取
りが行なわれる。これは、燃料噴射直前における
ダイヤフラム３１の変位量を燃料噴射測定用の零
点とし、計測系の各種のドリフトによる測定誤差
を除くために行なわれる。この零点における容積
信号Voの読み取りを終えると、処理はステツプ
160に進む。ステツプ160では、容積信号Ｖと燃料
噴射室３６内の燃料量とを関係づける比例定数ｋ
を用いて、零点の容積信号Voに基づく燃料噴射
室３６内の燃料量Fo（＝ｋ×Vo）を算出する。
ここで、ダイヤフラム３１の変位量が容積信号Ｖ
に基づいて算出され、この容積信号Ｖと燃料噴射
室３６内の燃料量Ｆとが比例関係にあることにつ
いて説明する。

ダイヤフラム３１の変位量はアナログ入力ポー
ト７８を介して読みこまれるが、伝送部５５より
入力される信号は、記述したように、ダイヤフラ
ム３１が電極５１，５２との間に形成する容量Ｃ
１，Ｃ２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、各
電極５１，５２の面積をＡ、ダイヤフラム室３３
内の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
量を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の出力信号である容積信号Ｖ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。

また、本実施例では、ダイヤフラム３１の変位
量Δdと燃料噴射室３６内の燃料量Ｆ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、Ｆ＝k1×
Δd（k1は係数）として表わされ、更に、ダイヤフ
ラム３１の変位量Δdは容積信号Ｖに対応してい
るので、結果として、燃料量Ｆは、Ｆ＝ｋ×Ｖと
して表わされることになる。

ステツプ160に続くステツプ170では、クランク
角θが燃料噴射後の容積信号ピーク値Vpの読取
タイミングθ２に至つているか否かの判断が行な
われる。クランク角θがクランク角θ２に至つて
いなければ、クランク角θ２に至るまでウエイト
をかけることになり、クランク角θがθ２に至つ
た時に初めて処理は次のステツプ180に進むこと
になる。ステツプ180では、CPU７１はピークホ
ールド部８６に保持されている容積ピーク値Vp
の読取を行なう。ここで、クランク角θ２のタイ
ミングにおいて容積信号Ｖのピーク値Vpをピー
クホールド部８６から読み取れることについて、
第５図タイミングチヤートの容積信号Ｖを表わす
グラフを用いて詳細に説明する。

第５図タイミングチヤートの容積信号Ｖのグラ
フに示すように、燃料噴射室３６内に燃料が噴射
されると、燃料噴射室３６の容積は急激に増加
し、燃料噴射量の測定を行なう燃料系に固有の振
動数等でダイヤフラム３１は一定期間に亘つて減
衰振動する。この振動は、燃料噴射直後にその振
幅を最大とし、時間の経過と共に次第に減衰して
ゆき、クランク角θ３においては一定レベルに落
ち着いている。一方、ピークホールド部８６は、
常時伝送部５５より送られてくる容積信号Ｖの中
でピーク値Vpのみを保持しているので（一点鎖
線で示している）、CPU７１はクランク角θ２に
おいてピークホールド部８６に保持されている容
積信号Ｖを読み取ることにより、燃料噴射におけ
る容積信号ピーク値Vpを読み取ることができる
ことになる。尚、この容積信号Ｖの振動の周期は
測定系に固有の振動周期であつて、燃料噴射量に
はよらない。

上述した容積信号ピーク値Vpを読取る処理が
行なわれたステツプ180に続いて、ステツプ190で
は、容積信号ピーク値Vpに基づいて燃料噴射室
３６内の燃料量Ｆの最大燃料量Fp（＝ｋ×Vp）
を算出し、次の処理に進む。ステツプ200では、
零点における燃料量Foと最大燃料量Fpの相対差
（Fp−Fo）により、零点からの相対差最大燃料量
Fpn（＝Fp−Fo）を算出することになる。この相
対差最大燃料量Fpnは後のステツプで使用され
る。

ステツプ210では、燃料噴射回数ｎが予め定め
られた初期噴射回数IN以上であるか否かが判断
される。燃料噴射回数ｎが初期噴射回数IN以下
と判断されると、処理はステツプ220に進む。以
下のステツプ220ないし290の一連の処理は、燃料
噴射回数ｎが初期噴射回数IN以下の場合に繰り
返し実行される処理であり、相対差最大燃料量
Fpnと実際の燃料噴射量を表わす相対差燃料量
Fnとを関係づける定数Ｌを求めるために行なわ
れる処理である（以下、ステツプ220ないし、290
の処理を定数Ｌ設定処理と呼ぶ）。ここで、この
定数Ｌ設定処理について説明する。

まず、ステツプ220では、燃料噴射後の容積信
号Ｖが一定レベルに落ち着いたクランク角θ３に
クランク角θが至つているか否かが判断される。
クランク角θがθ３に至つていなければ、クラン
ク角θがθ３に至るまでウエイトをかけることに
なり、クランク角θがθ３に至つた時、初めて処
理は次のステツプ230に進む。ステツプ230では、
クランク角θ３における容積信号Ｖである定常容
積信号Vmを読取る。この定常容積信号Vmは、
前述したように、燃料噴射後に容積信号Ｖが一定
レベルに落ち着いたときの値を表わしている。ス
テツプ240では、この定常容積信号Vmに基づい
た燃料量Fm（＝ｋ×Vm）を算出し、次のステツ
プ250において、実際の燃料噴射量を表わす相対
差燃料量Fn（＝Fm−Fo）を算出する。ステツプ
260では、こうして算出された相対差燃料量Fnと
ステツプ200において算出された相対差最大燃料
量Fpnとを用いて、ｎ回目の燃料噴射における相
対差最大燃料量Fpnと相対差燃料量Fnとの比Ln
（＝Fpn／Fn）を算出する。この処理を終えると
処理はステツプ270に進み、燃料噴射１回目から
Ｎ回目までの比Ln（＝Fpn／Fn）の平均値を算出
することになり、こうして算出されたのが定数Ｌ
（＝_o 〓ⁱ⁼¹ Li／ｎ）となることになる。ここで、ステ
ツプ260ないし270の処理について詳細に説明する
ことにする。

燃料噴射におけるダイヤフラム３１の振動は、
この測定系における固有の振動であり、実際の燃
料噴射量を表わす相対差燃料量Fnと相対差最大
燃料量Fpnとの間には、 Fpn＝Fn−Fn×Ｍ×e^-d×tp×sin（β×tp＋φ）
sinφ＝β／√²＋²＝１／Ｍ α、βは測定系における固有の定数 tpはsin（β×tp＋φ）＝−１を満たす零以上の最小値の関係があることが理論的・実験的に求められて
いる。従つて、 Fpn／Fn＝Ln （Lnは定数）と表わすことができる。この比Lnは燃料噴射量
によらず測定系固有のものであるが、測定誤差等
を考慮して、噴射毎における比Lnを求め平均値
Ｌ（＝_o 〓ⁱ⁼¹ Li／ｎ）を算出している（ステツプ
270）。

上述のステツプ260ないし270に続くステツプ
280では、実際の燃料噴射量を表わす相対差燃料
量FnをCRTデイスプレイ７０上に表示すべく出
力する。

ステツプ290では、定常容積信号Vmの読取後
の燃料吐出タイミングを示すクランク角θ４にク
ランク角θが至つているか否かが判断される。ク
ランク角θがθ４に至つていなければ、クランク
角θ４至るまでウエイトをかけることになり、ク
ランク角θ４に至つて初めて次のステツプに処理
が移ることになる。このステツプ220ないし290の
定数Ｌ設定処理は、初期噴射回数IN回だけ繰り
返されて、燃料噴射IN回分の比Lnの平均値Ｌが
算出されることになる。

一方、ステツプ210において、燃料噴射回数ｎ
が初期噴射回数INを超えたものと判断されると、
処理はステツプ350ないし370の処理を実行するこ
とになる。

ステツプ350では、定数Ｌ設定処理により求め
られた定数Ｌを用いて、ステツプ200において求
められた相対差最大燃料量Fpnから相対差燃料量
Fn（＝Fpn／Ｌ）を算出する処理が行なわれる。
こうして求められた実際の燃料噴射量を示す相対
差燃料量FnをCRTデイスプレイ７０上に表示す
べく、ステツプ360では相対差燃料量Fnを出力す
る。次に、ステツプ370では、容積信号ピーク値
Vp読取後の燃料吐出タイミングであるクランク
角θ５にクランク角θが至つているか否かが判断
されることになり、クランク角θがθ５に至るま
でウエイトをかけ、クランク角θがθ５に至つて
初めて次の処理に移ることになる。

上述したステツプ220ないしステツプ290の定数
Ｌ設定処理、又は、ステツプ350ないし370の一連
の処理を終えると、処理はステツプ300に進み、
クランク角θ４又はθ５において、燃料噴射室３
６内の噴射燃料量Fnに応じた燃料量を吐出し、
ステツプ310に進む。ステツプ310では、ピークホ
ールド部８６に保持されている容積信号Ｖのピー
ク値Vpをリセツトする。ピークホールド部８６
はリセツトされると、再度、伝送部５５より送ら
れてくる容積信号Ｖのピーク値を保持するよう働
くことになる。ステツプ310の処理を終えると、
ステツプ320では、燃料噴射回数ｎが予め定めら
れた噴射回数Ｎ以上であるか否かが判断されるこ
とになり、燃料噴射回数ｎが設定された噴射回数
Ｎ以下であればステツプ130に戻り、再度測定処
理を繰り返し、燃料噴射回数ｎが設定された噴射
回数Ｎ以上と判断されると、処理はENDに抜け
本制御ルーチンを終えることになる。

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、背圧室３７を所定圧
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。しかも、本
実施例では、ステツプ220ないし290の定数Ｌ設定
処理後は、第５図のタイミングチヤートに示すよ
うに、容積信号ピーク値Vpに基づいて噴射燃料
量を求めている。これにより、燃料噴射による容
積信号Ｖのハンチング等を考慮して容積信号Ｖが
一定レベルに落ち着くまで（クランク角θ３）待
つ必要がなく、噴射ポンプを高速回転（3000rpm
以上）にしても燃料噴射量を正確に測定すること
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。また、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。

尚本実施例では、容積信号ピーク値Vpをピー
クホールド部８６を用いて保持するよう構成され
ているが、CPU７１が実行するプログラムによ
り容積信号ピーク値Vpを読取る様構成してもよ
いことはもちろんのことである。

上記実施例において、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150，160，180〜200，350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370，300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。ピークホールド部８６がピ
ーク検出部に該当する。

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、高い測定精度、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。特にピー
ク検出部を備えるとともに、燃料噴射量演算手段
が、ダイヤフラムの変位量の変動初期におけるピ
ーク値から燃料噴射量を演算するので、検出した
ダイヤフラムの変位量の減衰を待たず短時間で演
算することが可能になり、短時間での演算が要求
される高回転域まで燃料噴射量を高精度で測定で
きるという効果を奏する。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。

【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５図は同じく実施例
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Δdと燃料
噴射室３６内の燃料噴射量Ｆとの関係を示すグラ
フ、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、８
６……ピークホールド部、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た時の前
記検出されたダイヤフラムの変位量の変動初期に
おけるピーク値を検出するピーク検出部と、前記ダイヤフラムの変位量のピーク値と実際の
燃料噴射量との対応関係に基づいて、前記ピーク
検出部にて検出された変位量のピーク値から燃料
噴射量を演算して求め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。