CN110425068A - 单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法。目前采用超声波测量单次燃油喷射质量具有准确性高，测量方便的特点，但需要通过测量容器的压力变化和容器内介质声速得到单次燃油喷射质量，不能测量不同介质的边界的反射系数及容器内的声速，应用非常局限。本发明其组成包括：测量装置（15），测量装置上方安装有喷射器（4），测量装置的两侧分别安装有温度传感器（1）、安全阀（6），测量装置底部安装有超声波换能器（11），温度传感器通过导线与数据采集器连接（13）连接，脉冲发生/接受器（12）分别通过导线与数据采集器、超声波换能器连接，数据采集器连接显示及控制器（14）。本发明用于单次燃油喷射质量的超声波测量装置。

Description

单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法

技术领域：

本发明涉及非接触测量领域，具体涉及一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，也适用于其他液体介质高压喷射过程中，单次微小喷射质量的测量。

背景技术：

高压共轨燃油喷射技术是减少发动机尾气排放，提高燃油经济性的重要手段，然而，由于制造、装配和控制等原因，每个工作循环喷入缸内的燃油量及发动机各个缸喷入的油量并不一致性，其导致了发动机运行转速的不稳定和排放的增加；

为了减少喷油量的不一致性，测量单次喷油量，对喷油控制进行补偿成为提高柴油机转速控制的有效方法，喷油量检测的方法有平均喷油量的检测与单次喷油量的检测两种，平均油量的检测方法主要有量筒法、称重法、容积法等；量筒法由于量筒的制造误差、刻度误差及测量时的视觉误差，导致测量精度很低；称重法需要将喷出的燃油输入到固定容器中，使用电子天平称量喷油量容器质量的变化量，简单换算即可以得到燃油的平均喷油量，容积法使用稳压装置，把喷油器喷出的燃油收集在一个容积大小确定的容器内，记录燃油装满该容器时喷油的总次数，通过计算即能得到每个工作周期内的喷油量，其测量精度相对较低；

目前现有技术是采用超声波测量单次燃油喷射质量具有准确性高，测量方便的特点，但是需要通过测量容器的压力变化和容器内介质声速得到单次燃油喷射的质量，不能测量两个不同介质的边界的反射系数及容器内的声速，应用非常局限。本发明同样提出一种基于超声波测量技术的单次燃油喷射质量测量方法，但本方法不需要测量压力变化，只利用超声波测量反射系数和声速计算出单次燃油喷射质量，同时本方法不仅可以测量单次喷射的燃油质量，还可以测量容器内的绝对质量。

发明内容：

本发明的目的是提供一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其组成包括：测量装置，所述的测量装置上方安装有喷射器，所述的测量装置的两侧分别安装有温度传感器、安全阀，所述的测量装置底部安装有超声波换能器，所述的温度传感器通过导线与数据采集器连接，脉冲发生/接受器分别通过导线与所述的数据采集器、所述的超声波换能器连接，所述的数据采集器连接显示及控制器。

所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的测量装置包括容器，所述的容器上方的平板上分别安装有所述的喷射器、放气阀，所述的容器下方通过螺栓依次与底座、底板连接，所述的底座左侧安装有所述的超声波换能器，所述的底座右侧分别具有进油口、出油口，所述的容器上方具有凹槽，所述的凹槽内放置密封圈，所述的底座材料为聚氯乙烯。

所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的容器内充满与喷射燃油相同的介质，所述的容器内没有空气，所述的容器内的压力应高于大气压。

一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，该方法包括如下步骤：

首先在在容器的上端安装有喷射器，燃油或其他液体介质可以通过此喷入到充满装有同样液体介质的容器中，由于容器没有空气，液体具有不可压缩性，在喷入微量燃油后，容器内的压力急剧升高，压力和密度发生变化，利用显示及控制器激励脉冲发生/接收器产生脉冲信号；

所述的脉冲信号经过超声波换能器变成超声波信号，超声波信号在容器和燃油介质的边界处会发生反射和透射，透射超声波信号会在燃油中传播，在容器的顶端反射回来，超声波换能器才接到边界处反射的信号，以及容器的顶端反射的信号，通过边界处反射的信号强度可以计算出反射系数；

利用容器的顶端反射的信号的时间可以计算出声速，计算出单次喷射的燃油质量，底座的材料为聚氯乙烯，其声阻抗为1.3-1.7之间，这样声波会投射过去，再经过燃油过射到容器上顶面时，能量可以反射回来；

利用超声波测量某一密封容器内的燃油声速，以及容器与燃油边界的反射波和入射波声压计算得容器内的燃油质量，通过测量对容器内喷射燃油的前后，容器内的燃油质量，计算出单次燃油喷射质量；

在容器上安装有温度传感器，利用温度传感器对燃油的密度和声速进行修正，可以计算出相对精确的单次喷射燃油质量；

利用容器和空气的全反射率测量入射波的声压，在测量时，只需要测量入射波发射到容器和燃油界面的反射波声压来计算得到单次喷射的燃油量；

利用容器和上下面的材料不同，上顶面为金属，或其他与燃油声阻抗相差较大的材料，下底面是与燃油声阻抗相差较小的材料；

所述的超声波测量装置可以开展多次单次喷射测量，不需要放掉容器内的燃油，容器上安装有安全阀或溢流阀，当容器内压力超过安全设定值时，容器自动排出燃油。

有益效果：

1.本发明的方法不需要测量压力变化，只利用超声波测量反射系数和声速计算出单次燃油喷射质量，同时本方法不仅可以测量单次喷射的燃油质量，还可以测量容器内的绝对质量，具有良好的精度和实用性。

本发明结构的优势在于：利用一个超声波换能器，通过测量两个不同介质的边界的反射系数和容器内的声速，从而计算出单次喷射的燃油质量，该方法结构、安装和测量更加简便。

本发明采用温度传感器，温度传感器用于测量容器的介质的温度，用于修正单次喷射的燃油质量，在实际应用中，利用温度传感器得到喷油器内燃油的实时温度，不同的温度下，燃油的密度和声速不同，因此，利用温度传感器对燃油的密度和声速进行修正，可以计算出相对精确的单次喷射燃油质量，有效提高了测量精度。

本发明的结构由于能够计算喷射前后的容器内燃油质量，因此可以多次使用，不需要使用前放掉燃油，当容器内的压力过高时，可以通过安全阀自动放出，该结构使用安全可靠。

本发明可以采用水浸式的超声波换能器或者采用其他耦合剂去除空气对超声波信号的反射。

本发明的容器测量前需要装满与喷射燃油相同介质的液体，不容许有空气，为了保证测量精度，最好使容器内的压力大于一个大气压，同时在测量容器上装有一个安全阀，防止容器内的压力超过容器的压力需用值。

附图说明：

附图1是本发明的***结构示意图。

附图2是本发明的机械机构示意图。

附图3是本发明的原理图。

其中：1温度传感器器，2容器，3密封圈，4喷射器，5放气阀，6安全阀，

7底座，8底板，9进油口，10出油口，11超声波换能器，12脉冲发生/接受器，13数据采集器，14显示及控制器，15测量装置，16燃油。

具体实施方式：

实施例1：

一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其组成包括：测量装置15，所述的测量装置上方安装有喷射器4，所述的测量装置的两侧分别安装有温度传感器1、安全阀6，所述的测量装置底部安装有超声波换能器11，所述的温度传感器通过导线与与数据采集器连接13连接，脉冲发生/接受器12分别通过导线与所述的数据采集器、所述的超声波换能器连接，所述的数据采集器连接显示及控制器14。

实施例2：

根据实施例1所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的测量装置包括容器，所述的容器上方的平板上分别安装有所述的喷射器、放气阀5，所述的容器下方通过螺栓依次与底座7、底板8连接，所述的底座左侧安装有所述的超声波换能器，所述的底座右侧分别具有进油口9、出油口10，所述的容器上方具有凹槽，所述的凹槽内放置密封圈3，所述的底座材料为聚氯乙烯。

实施例3：

根据实施例2所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的容器内充满与喷射燃油相同的介质，所述的容器内没有空气，所述的容器内的压力应高于大气压。

实施例4：

一种利用实施例1-3所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，该方法包括如下步骤：

首先在在容器的上端安装有喷射器，燃油或其他液体介质可以通过此喷入到充满装有同样液体介质的容器中，由于容器没有空气，液体具有不可压缩性，在喷入微量燃油后，容器内的压力急剧升高，压力和密度发生变化，利用显示及控制器激励脉冲发生/接收器产生脉冲信号；

所述的脉冲信号经过超声波换能器变成超声波信号，超声波信号在容器和燃油介质的边界处会发生反射和透射，透射超声波信号会在燃油中传播，在容器的顶端反射回来，超声波换能器才接到边界处反射的信号，以及容器的顶端反射的信号，通过边界处反射的信号强度可以计算出反射系数；

利用容器的顶端反射的信号的时间可以计算出声速，计算出单次喷射的燃油质量，底座的材料为聚氯乙烯，其声阻抗为1.3-1.7之间，这样声波会投射过去，再经过燃油过射到容器上顶面时，能量可以反射回来；

利用超声波测量某一密封容器内的燃油声速，以及容器与燃油边界的反射波和入射波声压计算得容器内的燃油质量，通过测量对容器内喷射燃油的前后，容器内的燃油质量，计算出单次燃油喷射质量；

在容器上安装有温度传感器，利用温度传感器对燃油的密度和声速进行修正，可以计算出相对精确的单次喷射燃油质量；

利用容器和空气的全反射率测量入射波的声压，在测量时，只需要测量入射波发射到容器和燃油界面的反射波声压来计算得到单次喷射的燃油量；

利用容器和上下面的材料不同，上顶面为金属，或其他与燃油声阻抗相差较大的材料，下底面是与燃油声阻抗相差较小的材料；

所述的超声波测量装置可以开展多次单次喷射测量，不需要放掉容器内的燃油，容器上安装有安全阀或溢流阀，当容器内压力超过安全设定值时，容器自动排出燃油。

所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法的原理为：

当超声波入射在两个不同介质的边界时，一些声压被反射，一些被透射。设入射波的声压为P_O，反射波声压为，透射波声压为，则其之间存在：

（1）

以及

（2）

式中：Z₂和Z₁分别表示边界两边的介质声阻，Z=ρc，ρ是介质的密度，c是声波在介质中的传播速度。

如图3所示，在注满同样介质的容积内时，容积内燃油介质的密度和声速为ρ₂ C₂。

当超声波传感器入射到容积和燃油之间的边界时，将发生反射，按照公式（2）可知，其存在关系：

（3）

式中ρ₂ C₂，为容积的密度和声速。

公式（3）可变为：

（3）

由于

（4）

即

（5）

在测量过程中，由于容器介质的ρ₁ C₁没有变化，容器的体积V没有变化，因此，直接利用超声波传感器入射波声压、反射波声压和容积内燃油声速，即可得到容器内的燃油绝对质量。

当把燃油喷射到该容器中时，容积内燃油介质的密度和声速变为ρ₂ ^／和C₂ ^／。

则此时的容器的燃油介质绝对质量为：

（6）

由公式（4）和（5）可以计算得到单次喷射的燃油质量为：

该发明包括燃油容器、超声波换能器、溢流阀、出油阀、进油阀、温度传感器、喷油口、脉冲发生/接收器、数据采集器和显示及处理器，本发明利用超声波换能器测量得到燃油喷射前后的容器内燃油的声速和超声波在容器和燃油介质边界的反射系数，然后计算得到单次喷射的燃油质量。

式（5）中，入射波声压P_O采用参考反射波方法求取，即把相同入射波发射到金属-空气界面，由于该界面声波全反射，因此可以由超声波换能器测得入射波声压P_O。

在实际测量时，只需要测量入射波发射到容器和燃油界面的反射波声压P_r，即可按照式（5）计算得到单次喷射的燃油量。

由于金属和燃油之间的较大声阻抗差，但超声波发射到其之间的边界时，会大部分反射，因此难以测量声速，因此设计容器的下地面材料与燃油的声阻抗相差不大的材料。

Claims (4)

1.一种单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其组成包括：测量装置，其特征是：所述的测量装置上方安装有喷射器，所述的测量装置的两侧分别安装有温度传感器、安全阀，所述的测量装置底部安装有超声波换能器，所述的温度传感器通过导线与数据采集器连接，脉冲发生/接受器分别通过导线与所述的数据采集器、所述的超声波换能器连接，所述的数据采集器连接显示及控制器。

2.根据权利要求1所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其特征是：所述的测量装置包括容器，所述的容器上方的平板上分别安装有所述的喷射器、放气阀，所述的容器下方通过螺栓依次与底座、底板连接，所述的底座左侧安装有所述的超声波换能器，所述的底座右侧分别具有进油口、出油口，所述的容器上方具有凹槽，所述的凹槽内放置密封圈，所述的底座材料为聚氯乙烯。

3.根据权利要求2所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其特征是：所述的容器内充满与喷射燃油相同的介质，所述的容器内没有空气，所述的容器内的压力应高于大气压。

4.一种利用权利要求1-3之一所述的单次燃油喷射质量的超声波测量装置的测量方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

首先在在容器的上端安装有喷射器，燃油或其他液体介质可以通过此喷入到充满装有同样液体介质的容器中，由于容器没有空气，液体具有不可压缩性，在喷入微量燃油后，容器内的压力急剧升高，压力和密度发生变化，利用显示及控制器激励脉冲发生/接收器产生脉冲信号；

所述的脉冲信号经过超声波换能器变成超声波信号，超声波信号在容器和燃油介质的边界处会发生反射和透射，透射超声波信号会在燃油中传播，在容器的顶端反射回来，超声波换能器才接到边界处反射的信号，以及容器的顶端反射的信号，通过边界处反射的信号强度可以计算出反射系数；

利用容器的顶端反射的信号的时间可以计算出声速，计算出单次喷射的燃油质量，底座的材料为聚氯乙烯，其声阻抗为1.3-1.7之间，这样声波会投射过去，再经过燃油过射到容器上顶面时，能量可以反射回来；

利用超声波测量某一密封容器内的燃油声速，以及容器与燃油边界的反射波和入射波声压计算得容器内的燃油质量，通过测量对容器内喷射燃油的前后，容器内的燃油质量，计算出单次燃油喷射质量；

在容器上安装有温度传感器，利用温度传感器对燃油的密度和声速进行修正，可以计算出相对精确的单次喷射燃油质量；

利用容器和空气的全反射率测量入射波的声压，在测量时，只需要测量入射波发射到容器和燃油界面的反射波声压来计算得到单次喷射的燃油量；

利用容器和上下面的材料不同，上顶面为金属，或其他与燃油声阻抗相差较大的材料，下底面是与燃油声阻抗相差较小的材料；

所述的超声波测量装置可以开展多次单次喷射测量，不需要放掉容器内的燃油，容器上安装有安全阀或溢流阀，当容器内压力超过安全设定值时，容器自动排出燃油。