(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を弁体に取り付けられるとともにこの弁体の変位方向に延びたセンサーロッドと、前記センサーロッドの変位を電気量の変化として検出するように前記センサーロッドを外嵌するセンサーコイルと、弁ハウジングに設置されるとともに前記センサーコイルを保持するコイルホルダーとを備えており、前記コイルホルダーには前記弁体の変位にともなって前記センサーロッドが進入可能な孔が設けられており、前記孔は前記弁体によって制御される流体の流通を許す貫通孔として形成され、前記コイルホルダーには前記弁体によって制御される流体の流れを調整するため前記貫通孔と連通する調整流路が形成されているバルブリフト量計測装置。
【請求項２】
前記コイルホルダーの外周面に凹部が設けられ、この凹部に前記センサーコイルが装着されている請求項１に記載のバルブリフト量計測装置。
【請求項３】
前記コイルホルダーには前記弁体の操作バネの一端と接当するバネ押さえ部が形成されている請求項１又は２に記載のバルブリフト量計測装置。
【請求項４】
前記センサーコイルは前記コイルホルダーと前記弁ハウジングを貫通して外部の検出回路に接続されている請求項１〜３のいずれかに記載のバルブリフト量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体回路に用いられる各種弁の弁体の動き、つまりバルブリフト量を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密な流れ制御が要求される流体回路に用いられる弁、特に内燃機関の燃料噴射系のデリバリーバルブと呼ばれている弁体の変位挙動は、排ガス、燃費、騒音低減に極めて重要な役割を果たしている燃焼室内における時間的及び空間的な噴射燃料分布に密接な関係があることから、その変位挙動を知る必要がある。
最近、コンピュータシミュレーション技術が飛躍的に発展したことから、燃料噴射系を構成する各流体要素をモデル化し、シュミレーションによって燃料の噴霧・燃焼が解析されている。このようなシュミレーションの信頼性を上げるためには、計算結果の検証実験が必須となる。この検証実験の１つとして、実際に燃料などの流体を供給する際の弁体の変位が計測される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の流体回路に組み込まれた弁体の変位を正確に計測するには、流体要素に組み込まれる計測要素が流体の流れの状態に影響を与えないこと、十分な耐久性をもつこと、さらに流体回路が高圧の場合計測要素と外部の検出回路との間を接続するケーブルの埋設にともなうリークがないことなどの仕様がバルブリフト量計測装置に課せられることになる。現状では、上述したような仕様を満たせるバルブリフト量計測装置がなかった。
本発明の目的は、内燃機関の燃料噴射系などの流体回路のシュミレーション結果の向上ための検証実験に適用できるバルブリフト量計測装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるバルブリフト量計測装置では、一端を弁体に取り付けられるとともにこの弁体の変位方向に延びたセンサーロッドと、前記センサーロッドの変位を電気量の変化として検出するように前記センサーロッドを外嵌するセンサーコイルと、弁ハウジングに設置されるとともに前記センサーコイルを保持するコイルホルダーとを備えており、前記コイルホルダーには前記弁体の変位にともなって前記センサーロッドが進入可能な孔が設けられており、前記孔は前記弁体によって制御される流体の流通を許す貫通孔として形成され、前記コイルホルダーには前記弁体によって制御される流体の流れを調整するため前記貫通孔と連通する調整流路が形成されている。
【０００５】
この構成では、弁体にしっかりと取り付けられたセンサーロッドとコイルホルダーを介して弁ハウジングに安定的に保持されたセンサーコイルによってインダクタンス変化型の変位検出センサーを構築することで、弁体の動き、つまりバルブリフト量を正確に計測することができ、シミュレーション結果の検証精度を向上させることができた。また、前記コイルホルダーの孔が前記弁体によって制御される流体の流通を許す貫通孔として形成されている。これにより、上述したようなインダクタンス変化型の変位検出センサーを構築するために必要なコイルホルダーの孔を通じて弁体によって制御される流体が流通できるので、このコイルホルダーの存在が流体の流れに影響を与えることが抑制される。さらに、センサーホルダーに弁体によって制御される流体の流れを調整するためコイルホルダーに形成された貫通孔に連通する調整流路が形成されているので、弁ハウジングへのコイルホルダーの組み込みによる流体の流れへの悪影響が避けられる。つまり、この調整流路は弁体によって制御される流体を流すための貫通孔を補助するものであり、この調整流路の形状寸法を適切に選択することにより、このバブルリフト量計測装置の存在にもかかわらず、実際に弁内を流体が流れる状態に等価な流れを作り出すことができる。
【０００７】
本発明の別な好適実施形態として、前記コイルホルダーの外周面に凹部が設けられ、この凹部に前記センサーコイルが装着されるならば、センサーコイルがコイルホルダーに確実に安定的に収納保持され、弁体によって制御される流体の流れに正面から直接さらされることがなく、流体の流れの点からも、そしてセンサーコイルの安定的な保持の点からも利点が得られる。
【０００９】
さらに、弁体が操作バネによって付勢されているような構成の場合、この操作バネの一端を接当保持するためのバネ押さえ部をコイルホルダーに形成することで、被計測体としての弁とバブルリフト量計測装置の構造的一体化が計られ、バブルリフト量計測装置の装着による違和感が減じられる。
【００１０】
さらに、本発明の別な好適実施形態として、センサーコイルがコイルホルダーと弁ハウジングを貫通して外部の検出回路に接続されるような構成を採用するならば、センサーコイルの端部をコイルホルダーで保護しながら、弁ハウジングの高圧シーリングに好都合な箇所に設けられた貫通孔を介して外部に出すことができる。これにより、高圧流体によりセンサーコイルの損傷や高圧流体の弁ハウジングからのリークを極力抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に説明される本発明に基づくバブルリフト量計測装置の一例は、直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴射系のデリバリーバルブと呼ばれている弁体の変位を計測するものであり、この弁体は燃料噴射系のインラインポンプを構成する要素の１つである。
【００１２】
まず、図１の模式図を用いてこの直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴射系を簡単に説明する。
この燃料噴射系は、インラインポンプ１０、高圧パイプ２０及びノズル３０から構成された、典型的なインラインポンプベースの系であって、ここでは、カムプレート１１が回転するのに伴って、カムプレート１１がプランジャ１２を強制的に移動させ、これによりポンプ室１３内の燃料を圧縮する。この燃料はまず弁体としてのデリバリバルブ１４を介して燃料系の残余に供給され、それから高圧パイプ２０を介して５ホール傾斜ノズル３０に供給される。ノズル室３１内の圧力がノズルオープン圧力に達したときにニードル３２が上昇する。スピルポートがオープンした時点で、ポンピングが終了する。燃料は溝１６及びスピルポートを通り、徐々にその圧力が低下する。ノズル室３１内の圧力がノズルオープン圧力よりも小さくなったときには、ニードル３２がその弁座に復帰する。
【００１３】
図２、３、４には、インラインポンプ１０のデリバリバルブ１４が詳細に示されており、図３は図２のIII −III 断面図であり、図４は図２のIV−IV断面図である。
【００１４】
このデリバリバルブ１４は典型的なものであり、退却ストローク約２．５ｍｍである。図３から明らかなように、下端部１４ａは十字型断面となっており、図４に示された中間部１４ｂの切り欠きによって形成される隙間領域１４ｄとポンプ室１３が連通することを許している。この中間部１４ｂの切り欠きは片側のみから機械加工され、バルブのリフトが退却ストリークよりも小さいときにこの隙間領域１４ｄを通って燃料が流れ得るようになっている。このデリバリバルブ１４の上方にはＲＦＲバルブと称する別のより小さな補助弁体１７があり、これは二次的な噴射の影響を防止してパイプ内の残留圧を制御するために、高圧パイプ２０のすぐ上流側に置かれている。デリバリバルブ１４と補助弁体１７は、それぞれ一端を弁ハウジング１８に接当保持させた操作バネ１９ａと１９ｂによってクローズ位置に付勢されている。
【００１５】
図５に示されたバルブリフト量計測装置５０は、上述したデリバリバルブ１４のリフト量を計測するように設計されている。弁ハウジング５１は、インラインポンプ１０の弁ハウジング１８と実質的には変わらないが、０．５〜０．６ｍｍの間で変動するような補助弁体１７の高圧パイプ内の残留圧に対する影響はほとんど無視できることがわかっているので、このバルブリフト量計測装置５０では補助弁体１７が省略されており、それにともなって一部形状が変更されている。バルブリフト量計測装置５０のベース部材であるコイルホルダー５２は、弁ハウジング５１の上部チャンバー１３ａに装着されている。コイルホルダー５２は、上部チャンバー１３ａの径に合わせた外径をもつヘッド部５２ａと上部チャンバー１３ａの径より小さな外径をもつホルダー部５２ｂとからなる。コイルホルダー５２は、ホルダー部５２ｂがデリバリバルブ１４の上部１４ｃに向かい合うように配置されており、ホルダー部５２ｂと弁ハウジング５１との間にリング状の空間ができる。このリング状の空間にデリバリバルブ１４をクローズ位置に付勢する操作バネ１９ａが配置される。この操作バネ１９ａの一端はデリバリバルブ１４の上部１４ｃに接当しており、その他端はコイルホルダー５２のヘッド部５２ａの下面に形成されたバネ押さえ部５２ｃに接当する。
【００１６】
コイルホルダー５２の中心軸に沿って貫通孔５３が設けられている。この貫通孔５３は２段形成であり、ヘッド部５２ａ領域の大径孔５３ａとホルダー部５２ｂ領域の小径部５３ｂとからなる。コイルホルダー５２のホルダー部５２ｂの外周面には所定幅の全周凹部５４が形成されており、この凹部５４にエナメル線からなるセンサーコイル５５が挿入されている。
【００１７】
デリバリバルブ１４の上部１４ｃの端面には、透磁率の高い材料からなるセンサーロッド５６が垂直に取り付けられている。このセンサーロッド５６がコイルホルダー５２の貫通孔５３、正確には小径部５３ｂに入り込んでおり、結果的にセンサーロッド５６がセンサーコイル５５の中に挿入されることとなり、センサーロッド５６とセンサーコイル５５によって、インダクタンス変化型の変位検出センサーが構築される。このために、コイルホルダー５２は通常硬質樹脂などの非磁性材料で作られる。
【００１８】
センサーコイル５５の端部はコイルホルダー５２と弁ハウジング５１を通り抜けて外部の検出回路６０に接続されている。センサーコイル５５の弁ハウジング５１の貫通部は高圧シーリングが施され、燃料のリークを防止している。
【００１９】
コイルホルダー５２のヘッド部５２ｃからホルダー部５２ｂへの移行領域に凹部５４と大径孔５３ａを連通する調整流路５７は、デリバリバルブ１４によって制御される流体を流すための貫通孔５３を補助するものであり、この調整流路５７の形状寸法を適切に選択することにより、このバブルリフト量計測装置の存在にもかかわらず、実際に弁内を流体が流れる状態に等価な流れを作り出すことができる。
【００２０】
このように構成されたバルブリフト量計測装置５０を用いることにより、デリバリバルブ１４の挙動は直接センサーコイル５５のインダクタンスの変化として検出回路６０に検出され、バルブリフト量に置き換えられる。これにより、カムプレート１１の動きに応じたデリバリバルブ１４のリフト量が、前述した燃料噴射系モデルのシュミレーション結果の検証精度を向上させる程度に正確に計測することができた。
【００２１】
シミュレーションの手法に関しては本発明の主題から外れるので、その説明を省略するが、シミュレーション結果とこのバルブリフト量計測装置５０を用いた計測結果の一例だけを図６に示しておく。図６において、細い線がシミュレーション結果を、太い線が計測結果を示している。
【００２２】
上述した実施例では、１つのセンサーコイル５５のインダクタンスの変化をバルブリフト量の計測に利用していたが、例えばコイルーホルダー５２に一次コイルと二次コイルを配置して相互インダクタンスの変化をバルブリフト量の計測に利用しても良い。
さらに、センサーコイル５５をコイルーホルダー５２の外周面ではなく、内周面に配置させる構造を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴射系の模式図
【図２】インラインポンプのデリバリバルブを示す断面図
【図３】図２のIII −III 断面図
【図４】図２のIV−IV断面図
【図５】バルブリフト量計測装置の断面図
【図６】シミュレーション結果とバルブリフト量計測装置を用いた計測結果を示すグラフ
【符号の説明】
１４  弁体
５０  バルブリフト量計測装置
５１  弁ハウジング
５２  コイルホルダー
５５  センサーコイル
５６  センサーロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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