CN108368815A - 用于确定喷射阀的喷射速率的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助数学模型确定喷射阀(1)的喷射速率的方法，所述数学模型基于测量值，所述测量值包括限界测量室(2)的活塞(3)在测试流体(4)被喷射到所述测量室(2)中期间的行程(x)，其中，基于另外的测量值来修正所述喷射速率。根据本发明，使用适配器容积(5)中的压力(pa)作为用于修正所述喷射速率的另外的测量值，所述喷射阀(1)经由所述适配器容积与所述测量室(2)连接。此外说明一种用于确定喷射阀的喷射速率的设备。

Description

用于确定喷射阀的喷射速率的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的、用于确定喷射阀的喷射速率的方法。此外，说明一种用于确定喷射速率的设备，该设备适合执行本发明的方法。
背景技术
在喷射阀、尤其用于将燃料喷射到内燃机的燃烧室中的喷射阀的开发和功能检查中已经证实了一种方法适合高度精确地测量喷射量，例如在公开文献DE 101 07 032 A1中描述了该方法。在该方法中，测试流体由喷射阀喷射到至少局部由活塞限界的测量室中。由喷射引起的活塞行程被检测到并且作为计算喷射量的基础。为了提高计算精度，还检测测量室中的测试流体的压力并且在计算时被考虑。相同情况适用于测量室中的温度，因为该温度与压力一样对测试流体的体积密度(Rohdichte)具有影响。
于是可以基于以下方程来计算喷射量：
m(ρ,x)＝ρ(T,ρ)·x·AKolben
其中，“ρ”是测试流体的与测试流体的改变的温度“T”和测量室中的压力“p”有关的体积密度，“x”是所测量的活塞行程，并且“AKolben”是活塞的横截面积。
原则上，可以按照以下公式通过喷射量的时间导数来确定喷射速率：
然而，由于限界测量室的活塞的动态特性，在喷射期间检测到的测量信号被弹簧-质量***的干扰振动叠加，使得用于确定喷射速率的所述方案仅能够受限地应用于喷射过程的在时间上高分辨率的分析，该分析对于喷射阀的优化是必需的。
因此，在公开文献DE 10 2013 212 419 A1中已经提出一种用于确定喷射阀或者喷射器的喷射速率的方法，在该方法中(基于前面所说明的方法)基于探测到的活塞振动来附加地修正喷射速率。该修正基于数学模型来进行，该数学模型考虑具有至少一个衰减的振动频率的被衰减的振动。为此，活塞的运动被分为振动运动和残余运动，其中，所述振动运动借助数学模型来描述并且从活塞运动的运动数据减去基于振动运动所计算的运动数据，以便确定残余运动的运动数据。于是，由残余运动的运动数据或由残余运动的喷射速率成分确定喷射速率。
因为在喷射阀的开发和功能检查中根据喷射速率变化曲线，例如喷射开始、喷射速率最大值和/或喷射结束，来确定越来越多的特征，所以需要更准确的测量值，以便获得可信的结果。
发明内容
因此从上述现有技术出发，本发明所基于的任务是，说明能够尽可能精确地确定喷射阀的喷射速率的一种方法和设备。
为了解决该任务，说明一种具有权利要求1特征的方法和一种具有权利要求5特征的设备。本发明的有利扩展构型可以从对应的从属权利要求中得到。
在所提出的方法中，同样借助数学模型来确定喷射阀的喷射速率。该数学模型基于测量值，所述测量值包括限界测量室的活塞在测试流体被喷射到测量室中期间的行程。此外，基于另外的测量值来修正喷射速率。根据本发明，使用适配器容积中的压力作为所述另外的测量值，喷射阀经由所述适配器容积与测量室连接。
因此，不是直接地将测试流体喷射到测量室中，而是间接地经由适配器容积来进行，该适配器容积构造在用于接收喷射阀的适配器中。该适配器使喷射阀与测量装置的连接变容易，喷射阀尤其可以经由适配器与测量装置流体密封地连接。这尤其在设置有相应的密封装置时适用。
原则上，对用于接收喷射阀的适配器的使用由现有技术已知。然而，到目前为止忽略了以下情况：如果在计算时仅考虑活塞行程变化曲线，那么适配器容积导致在时间上的喷射延迟和/或衰减并且因此导致时间延迟的和/或圆整(abgerundet)的喷射速率变化曲线。此外，适配器密封装置也可能由于其粘弹性的特性导致叠加到活塞行程上的振动。
然而，如果相应于本发明的方法附加地检测并且在计算喷射速率时考虑适配器容积中的压力，那么既可以消除由振动决定的干扰参量又可以消除喷射速率变化曲线的时间延迟或者说圆整。
于是，可以如下计算喷射速率：
其中，“Va”代表适配器容积，“ρa”代表适配器容积中的测试流体的体积密度，“pa”代表适配器容积中的压力。
因此，除了活塞行程变化曲线以及测量室中的温度和压力以外，适配器容积中的压力变化曲线也是另外的测量参量，根据本发明方法的喷射速率计算基于该测量参量。适配器容积和活塞横截面积是已知参量。所述计算优选实时地进行。
用于执行本发明方法的附加的器具费用很低。仅需要一个另外的压力传感器，其配属于所述适配器容积，以便在喷射期间检测适配器容积中的压力。也就是说，只要以一个相应的压力传感器来扩展已经存在的测量装置，就可以使用该测量装置。
优选借助分别配属于测量室的温度传感器和压力传感器来检测测量室中的温度和压力。为了确定测试流体的体积密度，对测量室中的温度和压力的检测是必需的。
此外优选，将在喷射期间检测到的测量值作为测量信号传输给控制单元。为了基于测量信号来计算喷射速率，优选将用于计算喷射速率的数学模型保存在控制单元中。
此外为了解决开头所述的任务而提出的用于确定喷射阀的喷射速率的设备包括由活塞限界的测量室，该测量室能够经由构造在用于接收喷射阀的适配器中的适配器容积与喷射阀连接，使得借助喷射阀能够将测试流体喷射到测量室中。此外，所述设备包括用于在喷射期间检测活塞行程的位移测量装置。根据本发明，适配器容积配属有压力传感器，借助该压力传感器能够在喷射期间检测适配器容积中的压力。
通过配属于适配器容积的该压力传感器，所提出的设备适合执行前述的本发明方法。因为除了活塞行程变化曲线以外也能够检测适配器容积中的压力变化曲线，根据所述压力变化曲线来修正喷射速率变化曲线。以该方式能够消除由于中间连接的适配器容积所引起的、喷射速率变化曲线的由振动决定的干扰参量以及时间延迟或者衰减。
优选，在适配器容积与测量室之间布置有喷射减振器。该喷射减振器防止经由适配器容积喷射到测量室中的测试流体的喷射射束直接撞击到活塞上侧并使该活塞振动。
喷射减振器导致适配器容积中的背压并且从而导致喷射的进一步延迟或者衰减。然而，借助本发明的方法和本发明的设备在喷射期间也检测适配器容积中的背压，使得在计算喷射速率时考虑由喷射减振器引起的背压变化曲线。因此，所述计算得到非常精确的结果。
此外提出，测量室配属有温度传感器和压力传感器。借助这些传感器能够在喷射期间检测测量室中的温度和压力。这些测量值能够实现对测试液体的体积密度的精确确定。
有利地，用于确定喷射阀的喷射速率的设备包括控制单元。该控制单元能够根据为它提供的测量值精确地计算喷射速率。为了将测量值传输给控制单元，该控制单元优选通过控制线路与位移测量装置、测量室中的压力传感器和温度传感器以及与适配器容积中的压力传感器连接。因此，所述测量值作为测量信号由对应的测量装置发送给控制单元。因为借助数学模型来计算喷射速率，所以还优选将该数学模型作为计算机程序保存在控制单元中。
优选，本发明设备的测量室与排空阀连接。测量室中的压力能够通过反向压紧力来控制。因为在测量室中存在的压力引起作用到限界测量室的活塞上的压紧力，所以该活塞还优选在其背离测量室的一侧上被反向压紧力加载，该反向压紧力由另外的被压力加载的体积、尤其气体体积和/或由弹簧产生。
此外优选，本发明的设备适合执行本发明的方法。
附图说明
接下来根据附图更进一步地阐述本发明的方法和设备。附图示出：
图1本发明的设备的示意图；
图2用于示出被修正的喷射速率变化曲线。
具体实施方式
在图1中示意性示出的本发明设备包括可往复运动地接收在缸15中的活塞3，该活塞在缸15之内限界测量室2。该测量室2经由节流装置16与排空阀14连接。在活塞3的背离测量室2的一侧上存在反压力，该反压力引起向测量室2的方向加载活塞3的压紧力F，使得在活塞3上存在力平衡并且测量室2中的压力可控。
为了确定喷射阀1的喷射速率，能够借助喷射阀1将测试流体4喷射到测量室2中。该喷射引起活塞3的逆着压紧力F的行程，该行程能够借助位移测量装置11被检测到。当前，感应地进行位移测量，其中，将测量值作为测量信号通过控制线路13传输给控制单元9。此外，控制单元9通过控制线路13与用于检测测量室2中的温度和压力的温度传感器7和压力传感器8连接。所述测量值影响测试流体4的体积密度并且因此对喷射速率的计算是重要的。
当前，将测试流体4间接地经由适配器容积5喷射到测量室2中，该适配器容积5经由喷射减振器12与测量室2连接。适配器容积5构造在用于接收喷射阀1的适配器10中。构造在适配器容积5与测量室2之间的喷射减振器12应当防止测试流体4的喷射射束直接撞到限界测量室2的活塞3上并且从而防止活塞3的不希望的振动激励。
仅间接地经由适配器容积5和喷射减振器12引起的、测试流体4到测量室2中的喷射导致喷射的延迟或衰减。这又导致了时间延迟和圆整的喷射速率变化曲线。因此需要修正求出的喷射速率。
为此，在图1中所示的本发明设备具有压力传感器6，该压力传感器配属于适配器容积5，使得由此能够检测适配器容积5中的压力。控制线路13将压力传感器6与控制单元9连接，使得由压力传感器6检测到的测量值作为测量信号传输给控制单元9，以便在计算喷射速率时考虑所述测量值。于是，可以按照以下公式计算喷射速率：
将与当前温度有关的密度变化
保存为特征曲线族。
适配器容积5中的借助另外的压力传感器6检测到的压力不仅能够消除干扰的振动成分，而且还允许关于时间延迟和/或关于衰减或者说圆整来修正喷射速率，如例如在图2的曲线图中所示那样。
在上方的图形部分a)中所示的曲线示出喷射阀1的促动器(未示出)的通电时长，这适用于确定所述喷射阀的喷射速率。喷射阀1根据促动器的通电打开和闭合，使得进行喷射。在此，测试流体4经由适配器容积5被喷射到测量室2中。该喷射导致限界测量室2的活塞3的行程x，该行程的变化曲线在中间的图形部分b)中作为曲线18示出。曲线19给出适配器容积5中的压力pa。
在下方的图形部分c)中示出喷射速率变化曲线，其中，曲线20示出基于前述公式所修正的喷射速率变化曲线。因为如在图形部分c)中还示出那样，仅基于活塞行程变化曲线计算出的喷射速率变化曲线(曲线21)具有相对于曲线20的时间位移以及具有干扰的振动成分。可以消除所述振动成分，其方式是：附加地检测适配器容积5中的压力pa并且将其用于修正喷射速率。曲线22示出已经由压力pa计算出的喷射速率的变化曲线。

Claims (12)

1.一种用于借助数学模型确定喷射阀(1)的喷射速率的方法，所述数学模型基于测量值，所述测量值包括限界测量室(2)的活塞(3)在测试流体(4)被喷射到所述测量室(2)中期间的行程(x)，其中，基于另外的测量值来修正所述喷射速率，
其特征在于，使用适配器容积(5)中的压力(pa)作为用于修正所述喷射速率的另外的测量值，所述喷射阀(1)经由所述适配器容积与所述测量室(2)连接。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，在喷射期间，借助配属于所述适配器容积(5)的压力传感器(6)检测所述适配器容积(5)中的压力(pa)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，在喷射期间，借助配属于所述测量室(2)的温度传感器(7)和压力传感器(8)检测所述测量室(2)中的温度(T)和压力(p)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，将在喷射期间检测到的测量值作为测量信号传输给控制单元(9)，在所述控制单元中优选保存有用于计算所述喷射速率的所述数学模型。
5.一种用于确定喷射阀(1)的喷射速率的设备，包括由活塞(3)限界的测量室(2)，所述测量室能够经由构造在用于接收所述喷射阀(1)的适配器(10)中的适配器容积(5)与所述喷射阀(1)连接，使得借助所述喷射阀(1)能够将测试流体喷射到所述测量室(2)中，此外，所述设备包括用于在喷射期间检测所述活塞(3)的行程(x)的位移测量装置(11)，其特征在于，所述适配器容积(5)配属有压力传感器(6)，借助所述压力传感器能够在喷射期间检测所述适配器容积(5)中的压力(pa)。
6.根据权利要求5所述的设备，
其特征在于，在所述适配器容积(5)与所述测量室(2)之间布置有喷射减振器(12)。
7.根据权利要求5或6所述的设备，
其特征在于，所述测量室(2)配属有温度传感器(7)和压力传感器(8)，借助所述温度传感器和所述压力传感器能够在喷射期间检测所述测量室(2)中的温度(T)和压力(p)。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的设备，
其特征在于，设置有用于计算所述喷射速率的控制单元(9)，其中，优选所述控制单元(9)通过控制线路(13)与所述位移测量装置(11)、所述压力传感器(6)、所述温度传感器(7)和所述压力传感器(8)连接。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的设备，
其特征在于，所述测量室(2)与排空阀(14)连接。
10.根据权利要求5到9中任一项所述的设备，
其特征在于，所述测量室(2)中的压力能够通过所述活塞(3)的反向力来控制。
11.根据权利要求5到10中任一项所述的设备，
其特征在于，在所述控制单元(9)中保存有用于的特征曲线族，用于计算被修正的喷射速率的压力成分。
12.根据权利要求5到11中任一项所述的设备，
其特征在于，所述设备适合执行根据权利要求1到4中任一项所述的方法。
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