专利名称：用于测量尤其是用于汽车内燃机的喷射系统的喷射量的装置及方法
现有技术本发明首先涉及一种用于测量喷射系统--尤其是用于汽车的内燃机中的喷射系统--的喷射量的装置，尤其是在制造产品的检验过程中，它具有一个测量腔，一个连接装置，通过它可以将至少一个喷射系统与该测量腔密封地连接；具有一个活塞，它至少在部分区域中构成测量腔的边界，并且具有一个检测装置，由它来检测活塞的运动。
这种装置在市场中已经可以购买到，人们称之为EMI(喷射量显示器)。它的组成包括一个壳体、其中有一个可以移动的活塞。壳体的内部空间中与活塞限定了一个测量腔的边界。该腔具有一个开孔，其上面可以密封地安装上一个喷射系统，如带有喷嘴的喷射器。如果喷射系统往测量腔中喷入燃料，处于测量腔中的液体会受到挤压。这样，活塞就会移动，而由一个位移传感器检测到。从活塞的该位移，可以获得测量腔及其中所包含的液体的体积变化，并且由此得到所喷射的燃料量。
在现有的喷射量显示器中，测量活塞的移动是通过一个测量顶杆和一个感应位移测量系统来进行的。测量顶杆为一个触针，或者与活塞固定连接。当活塞移动时，使得测量顶杆也发生移动，并且最后将测量顶杆的移动检测出来，而相应的信号会继续传送给一个处理单元。
现有的喷射量显示器已经达到很高的测量精度。不过，由测量活塞和测量顶杆组成的单元具有一定的质量，因此使得该单元具有一定的惯性。通过喷射系统将测试液体喷入测量腔时，可能因此使活塞和固定于它的上面的测量顶杆的移动并非精准地再现出测量腔中测量液体的体积增加量。尤其是喷射量很小时，或者喷射过程由多个前后紧随的部分喷射过程组成的时候，能够由此导致喷射量的体积测量结果不准确。
本发明的目的是改进前面所述类型的装置，使得人们能够利用它对于喷射系统的喷射量进行高分辨率、高精度及高度稳定的测量。尤其是在一个总的喷射过程由多个前后紧随的部分喷射过程组成的时候，应当能够对于各部分喷射量进行测定。
该目的被这样达到，即检测装置无接触式地工作。
通过这样的措施，可以使液体喷入到测量腔时，基本上只有活塞块发生移动，而测量顶杆或者测量探针不一起移动。通过这种方式，减少了喷射时发生移动的单元的总体质量。因此，活塞能够非常迅速地对测量腔中测试液体的体积变化作出反应。活塞行程能够非常直接而且没有叠加振动地跟随喷射体积发生变化。
由于活塞的运动没有受到测量系统的额外的振动质量的影响，出现的活塞振动也减弱，并且受到活塞固有的阻尼功能的影响更快速地衰减。此外，由于惯性力的作用，活塞承受的负载也减轻了，这是由于在活塞上没有或者没有大的附加质量。活塞的变形--如果发生了同样能够导致测量误差，也因此得以减弱。
本发明中具有优点的其它改进在从属权利要求中给出。
最佳的情况是，检测装置没有与活塞相连接的构件。在这种情况下，进行喷射时需要发生移动的构件质量最小，因此达到所期望的最佳效果。
在本发明装置的另一个构造中，建议检测装置采用的工作方式为电容式。这里的测量系统为一个非常简单、精密的无接触系统。在这种电容式测量系统的演变结构中，还建议活塞或者活塞的一部分构成电容器的一个电极。
在另一个改进构造中，检测装置的工作方式为电感式，并且特别是包含一个涡流传感器。涡流传感器一般包括一个半敞开的铁心，其上面安置着一个电磁线圈。在线圈中接入一个交变的磁场，其磁力线从涡流传感器平面中发出，穿过活塞，并且重新回到铁心之中。这里，交变的磁场在能导电的活塞中产生涡流。
活塞中的这个涡流，原则上随着涡流传感器与活塞之间的距离的减小而增强。在传感器线圈的输入端，涡流的这种变化通过复数输入阻抗的变化从测量技术上被计算。其中，特别的优点是在交变磁场的频率相对高时，因为这时在活塞中可以产生相对高的涡流电流，另外交变磁场在活塞中的穿透深度也相对小，这样又可以进一步提高测量精度。
此外，检测装置也可以按照激光-三角测量(Triangulation)方法工作。此时，来自一个激光源的射束由一个镜组聚集成一个窄的射束光锥，它在活塞上朝向激光源的一个位置上形成一个可见的小光点。这个测量斑由投影光具成像于一个对位置敏感的探测器上。如果活塞与激光源之间的距离发生变化，成像光束在探测器上的击中点就会移动。从成像点能够反推计算出活塞与激光源或者说探测器之间的距离。为了避免活塞上不同位置的光反射特性的差别给测量结果带来不利影响，必须要进行照明调节。
激光干涉仪也同样适用于进行无接触的位移测量。
本发明还建议该装置包括一个具有一个激光-多普勒-测振仪的检测装置。它的工作原理是所谓的“多普勒频移”原理。其中，来自一个激光源的光线被分解成一束测量光束和一束参照光束。测量光束对准活塞。背散射光线的一部分通过一个镜组偏转，使得测量光束与参考光束相叠加。在此叠加过程中形成强度调制，其频率正比于活塞的移动速度。为了辩识活塞的移动方向，可以使用一个声光调制器，例如一个所谓的布喇格单元(Braggzelle)。由速度和一个起始位置，就可以推算出活塞已经走过的行程。
在这里需要指出完全可以在一个活塞(并且是同一个活塞)上使用多个依据不同的原理工作的检测装置。这样，不仅能够检验每个检测装置的功能，还可以完成各检测装置的误差补偿，这样使得测量精度大幅度提高。
本发明还涉及一种检测方法，用于测量喷射系统--尤其是用于汽车的内燃机中的喷射系统--的喷射量，特别是在制造产品的检验中，其中，用一个喷射系统将一种测试液体喷入一个测量腔中，并且通过喷射所造成的、穿过测量腔的一个壁的、被预偏压的活塞的运动被检测。
为了提高对喷射量测量的精度，本发明建议活塞的移动通过无接触方式进行检测。这种对活塞移动的无接触检测，可以根据上面描述的方法之一来进行。
以下结合附图对本发明的两个实施例进行详细解释。其中所示为
图1一个测量喷射系统喷射量的装置的第一个实施例的一个剖视图；及图2一个测量喷射系统喷射量的装置的第二个实施例的一个类似于图1的视图。
在图1中，一个测量喷射系统喷射量的装置，带有总体标识符号10。它包括一个中心安置的机体12，后者被固定于一个套管14上。而该套管又竖立于一个底板16上。装置10被固定于底板16上。
在中心机体12内，加工出了一个基本上对中的台阶孔18。在其最上段中放入一个圆柱形的插入件20，它以一个凸缘22支承于中心机体12的上面上。在插入件20上密封地安放上一个头件24，而后者之中也同样有台阶孔26，在图1所示的组装起来的状态下它与台阶孔18同心地分布。在台阶孔26中，从上面放入一个适配件28，并且通过O形圈30相对台阶孔26密封。在适配件28中插入了一个喷射系统(在这里为一个喷射器32)的喷嘴33。而喷射器32又与一个高压-测试液体源(图中未示出)相连接。一个喷射阻尼器34被安放于头件24中台阶孔26的下部区域中；台阶孔26的下部区域中的温度通过一个温度传感器36测出。
在插入件20中，也有一个孔38，在图1中所示的组装起来的状态下，它与台阶孔18及台阶孔26同轴心。一个活塞40在孔38中滑动地受导向。活塞40被一个自身支承于测量发送器支座44上的螺旋弹簧42压向上方。测量腔45的边界由活塞40上表面、喷射阻尼器34的下部无螺纹区域以及台阶孔26的下部区域构成。活塞40制作为封闭的中空体。
在测量发送器支座44中，也有一个台阶孔46，在图1中所示的组装起来的状态下，它也与其它的台阶孔18、26及38同轴心。在测量发送器支座44的底侧上，为螺旋弹簧54拧装上一个承载件48。该承载件48以一个伸出部分50插入到台阶孔46的下部区域中，并且自身也具有一个同心的台阶孔52。
螺旋弹簧54支承于台阶孔52的一个台阶上。它将一个传感器支架56向上压靠于测量发送器支座44的指向径向内侧的凸缘上面。传感器支架56总体上呈管形，在其上部区域中拧装入一个涡流传感器58，其上端部处于活塞40的下端部的下面，二者之间间距很小。涡流传感器58的连接导线60穿过管形的传感器支架56和螺旋弹簧54的承载件48向外，并且连接于一个在图中未示出的分析处理装置上去。
在图中，头件24的左侧还装配有一个可电磁操作的排空阀62，通过它能够将测试液体从测量腔45中排出。此外，在中心机体12的左侧，安装有一个等压阀64，它的作用是当电磁控制的排空阀62打开时，即使活塞40下面的气体压力变化非常大，也保证测量腔45的排空速度基本恒定，不受活塞40下面的气体的压力的影响。
等压阀64的另一个作用是调节插入件20中径向上环绕活塞的槽(无参考标号)中的压力使之略低于测量腔45中的压力。通过这个存在于测量腔45和槽之间的确定的小压差，使得活塞40与插入件20之间的缝隙泄漏几乎保持恒定，并且非常小。这个几乎恒定的低泄漏的大小依靠软件在分析处理装置中获得。此外，如果装置10运行时，其活塞40下部的气体压力高于外界空气压力，通过等压阀64可以减少装置10的“气体消耗量”。
在图1中所示的装置10对喷射系统32的喷射量进行测量的工作方式如下。
通过高压-测试液体源，向喷射系统32和其喷嘴33输送测试液体(未示出)，并且经喷射阻尼器34喷入同样填充有测试液体的测试室45中。通过喷射阻尼器34，能够避免喷射流直接冲击到活塞40的上端面。而如果使喷射流直接射到活塞40上，会使之发生振动，而这样的振动并不与实际的喷射过程相对应。通过喷射测试液体到测试室45中，就提高了测试室45中的测试液体的体积。额外地进入到测试室45中的体积使得活塞40反抗螺旋弹簧42的作用力以及活塞40下部的气体压力的作用而向下方加速移动。这样就改变了活塞40的底面与涡流传感器58之间的距离。
活塞40的底面与涡流传感器58之间的距离的改变，通过涡流传感器58按照下面的方式进行测量涡流传感器58此外包括一个未示出的线圈。在该线圈中施加一个交变的磁场。该交变的磁场的磁力线穿入封闭的活塞40的底边壁或者底。通过这个交变磁场，在活塞40的底中产生涡流。
活塞40底中的该涡流随着涡流传感器58与活塞40的底之间的距离的减小而加大。在涡流传感器58的线圈的输入端，涡流的这种变化导致复输入阻抗的变化。这种变化在分析处理单元中利用测试技术进行计算，并由此确定一个路段，对应于活塞底已经移动的距离，因此也就是活塞40经过的距离。
为了能够使交变磁场的穿透深度尽量小，一方面使用高频率的交变磁场，另一方面应用具有尽量高的导电性的材料来制造活塞或者活塞底。而小的穿透深度允许采用薄壁的活塞40，因此可以降低其质量。同时，所用的材料自身当然也要尽量轻，例如使用铝就可以达到上述要求。
在装置10中，在进行喷射时要运动的构件，因此能够保持尽量小的质量。不需要检测装置的附加部件进行运动。由于移动部分的质量低，活塞40能够基本上直接跟踪由喷嘴33喷入的测试液体体积的变化。这样，可以对很小的喷射量、以及在一个总体的喷射过程内前后紧连在一起的部分喷射过程进行很高精度的测量。此外，活塞40所发生的振动微弱，并且也衰减得更快。
在图2中给出了测量喷射系统的喷射量的装置10的另一个实施例。其中，那些与已经利用图1所示出的和描述过的构件具有等效功能的部件，在图2中带有相同的参考标号，并且不再对它们进行详细解释。为简单起见，仅对图2所示装置10中与图1装置10的几个不同点进行详细说明。
首先确认图2中的活塞40不封闭，而是在其底部敞开。在该开口中，与活塞40及台阶孔18同轴心地导入一个中心管66。该中心管66从活塞40的下边沿区域垂直地向下延伸，一直到大约插件44的高度位置上。
在中心管66的旁边，在台阶孔18、26和46的中心轴线之外，安装有一个参考管68，其纵向轴线平行于中心管66的纵向轴线。参考管68从插件44延伸到一个中空室70的下边沿处，该中空室设置于中心机体12中，并且其上端由一个插入到中心机体12中台阶孔18内的圆柱部件71限定其边界。在插件44的下面是一个玻璃盘(没有参考标号)，它由一个环形支架48支撑着。该玻璃盘使得可以调节中空室70中的压力不同于周围环境中的压力。
在图2所示的装置10中，底板16具有一个中心开口72，并且在底板16的上面上螺钉固定上一个桥片式的支架74。该支架74上将两个光导纤维式的光导器76和78的端部固定住。这里，光导器76和78的端部的定向为一个端部与中心管66同轴心而另一个端部与参照管68同轴心。在图2中看不到的这两个光导器76和78的其余端部通过不同的光学结构元件与一个激光源以及一个激光-多普勒-测振仪的其它传感机构和分析处理电子装置相连接。
其中，由光导器78传输、并在其端部射出的激光束与中心管66同轴心地分布，并且照射到活塞40的上边界壁的底面上。由光导器76端部发出的相应激光束与参照管68同轴心，并且射向圆柱件71的底面。由活塞40反射的测量光束和从圆柱件71上反射的参照光束在光学装置中叠加。
在叠加时，产生了强度调制，其频率正比于测量物体的运动速度。为了能够辨认运动方向，应用一种声光调制器，即一个所谓的布喇格单元(Braggzelle)。由活塞40的速度能够确定通过喷嘴33喷射时活塞40所走过的距离，而由此又能够求得喷入的测试用油的数量。
激光-多普勒-测振仪的测量精度非常高，因此对极小的喷射量也确保能够测量到。其中，在喷射时需要移动的质量非常小，其原因一方面是活塞40是敞开的，而另一方面是这种无接触的测量装置不需要活塞40上有附加的构件。可以理解，也可以使用一个单点一多普勒-激光测振仪。
在一个未示出的实施例中，活塞构成一个电容器的一个电极。在这种情况下，能够根据活塞40运动时发生的电容量变化，得出活塞40所移动过的距离，并由此获得喷入的液体量。此外，检测装置的构造中也可以具有一个激光-三角测量仪。同样也可以使用激光干涉仪。
在这里需要强调指出也可以构思一个装置，其中在同一个活塞上设置多个不同的无接触检测装置。这样，能够监测所述装置的功能。此外，还可以使各不同的检测装置相互进行校准，并对系统特有的误差进行过滤。这样使得测量精度又能够大幅度提高。
权利要求
1.一种用于测量喷射系统(32)的喷射量的装置(10)，尤其是在加工检验中尤其用于测量汽车的喷射系统，该装置具有一个测量腔(45)，一个连接装置(28)，通过它可以将至少一个喷射系统(32)与该测量腔(45)密封地连接，具有一个活塞(40)，它至少在部分区域中构成测量腔(45)的边界，并且具有一个检测装置(58)，由它来检测活塞(40)的运动，其特征为检测装置(58)无接触式地工作。
2.如权利要求1所述的装置，其特征为检测装置(58)没有与活塞(40)相连接的部件。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征为检测装置电容式地工作。
4.如权利要求3所述的装置，其特征为活塞或者活塞的一个部件构成一个电容器的一个极。
5.如上述权利要求之一所述的装置，其特征为检测装置电感式地工作，尤其包含一个涡流传感器(58)。
6.如上述权利要求之一所述的装置，其特征为检测装置依照激光-三角测量方法工作。
7.如上述权利要求之一所述的装置，其特征为检测装置包含一个激光干涉仪。
8.如上述权利要求之一所述的装置，其特征为检测装置包含一个激光-多普勒-测振仪。
9.一种用于测量尤其是用于汽车中喷射系统(32)喷射量的方法，尤其是在加工检验中，其中，由喷射系统(32)将检测液体喷入一个测量腔(45)中，而对由于该喷射引发的一个活塞(40)的运动进行测量，该活塞穿过测量腔(45)的一个壁，其特征为活塞(40)的运动无接触式地被检测。
全文摘要
用于测量尤其是用于汽车的内燃机中喷射系统(32)喷射量的装置(10)，尤其是在加工检验中，它包括一个测量腔(45)。另外，还安置有一个连接装置(28)，通过它可以将至少一个喷射系统(32)与该测量腔(45)密封地连接。一个活塞(40)穿过测量腔(45)的一个壁。另外还装备有一个检测装置(58)，利用它能够对活塞(40)的运动进行检测。为了提高装置(10)的测量精度，建议检测装置(58)无接触式地工作。
文档编号F02M65/00GK1416507SQ01806204
公开日2003年5月7日 申请日期2001年12月19日 优先权日2001年1月8日
发明者约阿希姆·翁格尔, 沃尔弗拉姆·冯许尔森, 赫尔曼·博勒, 拉尔夫·宾德尔, 拉尔夫·哈斯, 迪尔克·沃尔夫 申请人:罗伯特·博施有限公司