專利名稱：用于測(cè)量－尤其用于機(jī)動(dòng)車的－噴嘴噴射量的方法、計(jì)算機(jī)程序及裝置的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明首先涉及一種用于測(cè)量噴嘴噴射量的方法，該方法尤其用于機(jī)動(dòng)車及尤其用在加工檢驗(yàn)中，在該方法中使檢驗(yàn)流體從噴嘴噴射到一個(gè)測(cè)量室中，及由一個(gè)檢測(cè)裝置檢測(cè)至少區(qū)域性地限制該測(cè)量室的一個(gè)活塞的運(yùn)動(dòng)，該檢測(cè)裝置將輸出相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)。
這種方法已由市場(chǎng)公知及在使用一種裝置的情況下工作，該裝置被稱為EMI(噴射量指示器)。
該裝置包括一個(gè)殼體，在其中導(dǎo)向著一個(gè)活塞。殼體的內(nèi)空間及活塞限定了一個(gè)測(cè)量室，其中注入測(cè)試油。該測(cè)量室具有一個(gè)孔口，在其上可壓力密封地安裝一個(gè)噴嘴。如果噴嘴將測(cè)試油噴入該測(cè)量室，位于測(cè)量室中的測(cè)試油將被擠壓。為此活塞運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)則被一個(gè)位移傳感器檢測(cè)。由活塞的位移可推斷出測(cè)量室或其中所保持的流體的體積變化及由此推斷出噴入的測(cè)試油量。
為了測(cè)量活塞的運(yùn)動(dòng)，在公知的噴射量指示器中使用了一個(gè)由測(cè)量推桿及電感式位移測(cè)量系統(tǒng)組成的裝置。位移測(cè)量推桿作為探測(cè)器構(gòu)成或與活塞固定地連接。在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量推桿也被帶入運(yùn)動(dòng)，及最后測(cè)量該測(cè)量推桿的運(yùn)動(dòng)并將相應(yīng)的信號(hào)再傳送到一個(gè)估值單元。
該公知方法及使用該方法工作的噴射量指示器已能以很高的精確度工作。但是在昔日已對(duì)這種噴射量指示器的要求有所提高，因?yàn)樵谟啥鄠€(gè)部分噴射組成的噴射中的很少量的部分噴射量也應(yīng)可靠地被檢測(cè)。在此情況下，當(dāng)要檢測(cè)由多個(gè)部分噴射組成的總噴射量時(shí)則要檢測(cè)各個(gè)部分噴射量。這時(shí)各個(gè)部分噴射可能彼此在時(shí)間上極其靠近。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于對(duì)開始部分所述的方法作出這樣的改進(jìn)，即借助它可實(shí)現(xiàn)具有高分辨率、精確度及穩(wěn)定性的噴嘴噴射量的測(cè)量。尤其當(dāng)要檢測(cè)由多個(gè)部分噴射組成的總噴射量時(shí)可這樣地檢測(cè)各個(gè)部分噴射量。
該任務(wù)將這樣地解決，即在使用測(cè)量信號(hào)的情況下求得一個(gè)有用參數(shù)及一個(gè)干擾量，其中有用參數(shù)主要相應(yīng)于實(shí)際的噴射量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)這個(gè)措施意味著，在根據(jù)本發(fā)明的方法中不再直接由活塞的橫截面積及活塞位移計(jì)算噴射體積，而是根據(jù)數(shù)學(xué)的列式來求解。通過數(shù)學(xué)列式最后將噴射體積分成兩個(gè)分量一個(gè)重現(xiàn)噴射量的體積(有用參數(shù))，及一個(gè)通過干擾而非由噴射引起的體積(干擾量)。
以此方式，可根據(jù)由活塞運(yùn)動(dòng)得到的測(cè)量信號(hào)“濾出”實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于由測(cè)試液的噴射體積所產(chǎn)生的活塞運(yùn)動(dòng)的這個(gè)分量。以此方式，并不需要附加的部件，而通過一種智能的方法即可顯著地提高噴射量測(cè)量的精確度。對(duì)僅由噴射引起的測(cè)試液的體積改變的精確測(cè)量導(dǎo)致改進(jìn)的測(cè)量分辨率，更高的精確度及更好的測(cè)量穩(wěn)定性。因此，使用根據(jù)本發(fā)明的方法即使極少的部分噴射量也能被可靠地測(cè)量。
本發(fā)明的有利的進(jìn)一步構(gòu)型由從屬權(quán)利要求給出。
在第一個(gè)進(jìn)一步構(gòu)型中提出至少干擾量的一部分實(shí)質(zhì)上基于由于測(cè)試液的可壓縮性引起的活塞的運(yùn)動(dòng)分量。并且對(duì)于測(cè)試液將盡可能使用一種具有小的可壓縮性的液體。油即屬于這種液體。但實(shí)際上根本不具有一種液體，它是不可壓縮的。但在所需的極高的測(cè)量分辨率及精確度的情況下，例如油的很小的可壓縮性也對(duì)測(cè)量起到一定影響。為此在進(jìn)一步改進(jìn)的根據(jù)本發(fā)明的方法中將考慮它。在此情況下，活塞作用于可壓縮油上的擺動(dòng)關(guān)系譬如可簡單地以質(zhì)量-彈簧模型存儲(chǔ)。
變換地或附加地還提出，至少干擾量的一部分是實(shí)質(zhì)上基于由于測(cè)試液中存在的壓力波引起的活塞的運(yùn)動(dòng)分量。通過在很高壓力下進(jìn)行的測(cè)試液的沖擊式噴射，可引起沖擊波前在測(cè)量室的測(cè)試液中傳播，在其傳播過程中它也可能在測(cè)量室壁上被反射。這些沖擊波前在測(cè)試液中引起沖擊式的壓力或密度變化，它可導(dǎo)致活塞的一個(gè)不是由實(shí)際噴射的測(cè)試液體積得出的運(yùn)動(dòng)分量。該物理現(xiàn)象可相對(duì)簡單地用寄存的質(zhì)量-彈簧模型來描述。
同樣地，在該方向上可得到根據(jù)本發(fā)明的方法的另一進(jìn)一步構(gòu)型，其中至少干擾量的一部分是實(shí)質(zhì)上基于由于通過圍繞活塞的環(huán)形間隙引起的泄漏所產(chǎn)生的活塞的運(yùn)動(dòng)分量。為了在噴射時(shí)活塞盡可能直接跟隨測(cè)量室中體積的改變，活塞與其周圍殼體之間的摩擦必需保持盡可能地小。這通常意味著，活塞與包圍它的殼體之間要具有一個(gè)環(huán)形間隙。
根據(jù)作用在活塞的背離測(cè)量室一側(cè)的反壓力的大小，通過該環(huán)形間隙可產(chǎn)生測(cè)試液的泄漏流?；钊麅蓚?cè)上的壓力差愈大，該泄漏流愈大。通過該泄漏流，測(cè)試液將流出測(cè)量室或流入測(cè)量室，這導(dǎo)致活塞運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)與噴射的測(cè)試液量體積不直接地相關(guān)。這將通過所提出的該進(jìn)一步構(gòu)型來進(jìn)行補(bǔ)償。
可以理解，干擾量的求解的精確度及因此的噴射測(cè)試液量的測(cè)量精確度可這樣來提高，即還測(cè)量對(duì)干擾量來說重要的其它參數(shù)。測(cè)量室中的溫度就屬于這種參數(shù)，它對(duì)測(cè)試液的粘度具有影響。同樣活塞的速度及加速度也起到一定作用。同樣可考慮該裝置的幾何特征。但是即使沒有這些附加狀態(tài)量，通過本發(fā)明已能顯著地達(dá)到測(cè)量精確度的改善。
得到主要與實(shí)際噴射相對(duì)應(yīng)的有用參數(shù)的一個(gè)簡單的可能性在于，有用參數(shù)被這樣地確定，即從一個(gè)總量中減去干擾量。
根據(jù)本發(fā)明的方法的精確度還可這樣來提高通過一個(gè)數(shù)學(xué)列式，尤其是一種數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)有用參數(shù)與干擾量的分離。
對(duì)此特別適合的是一種觀測(cè)方法，尤其是Luenberger觀測(cè)方法，及/或一種濾波方法，尤其是Kalmann濾波方法或Kalmann-Bucy濾波方法。該數(shù)學(xué)算法也可包括一種參數(shù)估值方法。
本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在一個(gè)計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)，它適合于實(shí)現(xiàn)上述方法。在此情況下特別可取的是，該計(jì)算機(jī)程序被存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器上，尤其是在一個(gè)閃速存儲(chǔ)器(Flash-Memory)上。
本發(fā)明還涉及一種尤其用于機(jī)動(dòng)車及尤其用在加工檢驗(yàn)中測(cè)量噴嘴噴射量的裝置，它具有一個(gè)測(cè)量室，檢驗(yàn)液可從噴嘴噴射到其中；一個(gè)活塞，它至少區(qū)域性地構(gòu)成測(cè)量室的邊界；一個(gè)檢測(cè)裝置，它檢測(cè)活塞的運(yùn)動(dòng)及輸出一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)。
為了尤其在檢測(cè)很小部分噴射量的噴射時(shí)提高測(cè)量的精確度、分辨率及穩(wěn)定性，根據(jù)本發(fā)明提出該裝置包括一個(gè)處理單元，在該處理單元中在使用測(cè)量信號(hào)的情況下求得一個(gè)有用參數(shù)及一個(gè)干擾量，其中有用參數(shù)主要地相應(yīng)于實(shí)際的噴射量。
該裝置特別優(yōu)選的是，該處理單元設(shè)有一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求10或11的計(jì)算機(jī)程序。
實(shí)施例的描述

圖1中總地用標(biāo)號(hào)10指示一個(gè)測(cè)量噴嘴噴射量的裝置。它包括一個(gè)中心體12，它以圖中未示出的方式方法被固定在一個(gè)機(jī)器框架上。在該中心體12中設(shè)有一個(gè)臺(tái)階孔14。在臺(tái)階孔14的上區(qū)段中裝入了一個(gè)圓柱形及封閉的活塞16，它被一個(gè)螺旋彈簧18向上加載。該螺旋彈簧18向下支承在中心體12中的臺(tái)階孔14的一個(gè)臺(tái)階(未標(biāo)號(hào))上。
在中心體12上壓力密封地裝有一個(gè)適配件20。在該適配件中也設(shè)有一個(gè)臺(tái)階孔22，它在圖1所示的組裝狀態(tài)中與中心體12中的臺(tái)階孔14同軸心地延伸。在臺(tái)階孔22中由上方插入一個(gè)噴嘴24及通過未示出的密封件相對(duì)臺(tái)階孔22密封。噴嘴24還與一個(gè)高壓測(cè)試液供給裝置26相連接。在適配件20中臺(tái)階孔22的下區(qū)域中設(shè)有一個(gè)噴射緩沖器28。
在活塞16的上側(cè)(在圖1中所示的活塞16的上端位置上)及噴射緩沖器28之間適配件20中的臺(tái)階孔22構(gòu)成錐形及限定了一個(gè)測(cè)量室30。其中被注入一種測(cè)試液，這里是一種與由噴嘴24噴入的燃料的特性盡可能相似的測(cè)試油32。測(cè)量室30中測(cè)試油32的溫度將通過一個(gè)溫度傳感器34來檢測(cè)。在一個(gè)未示出的實(shí)施例中對(duì)于確定測(cè)量室30中測(cè)試油32的狀態(tài)還設(shè)有另一傳感器，例如用于檢測(cè)一個(gè)紊流和/或壓力波通過的微音器。
在圖1中活塞16的下端部固定著一個(gè)推桿36，它基本上與中心體12中的臺(tái)階孔14及亦與活塞16同軸心地延伸。該推桿36在其端部帶有一個(gè)磁鐵區(qū)段38，后者與一個(gè)線圈40一起構(gòu)成一個(gè)電感式的位移傳感器42。該位移傳感器的輸出端與一個(gè)控制及調(diào)節(jié)裝置44相連接，后者另外也接收溫度傳感器34的信號(hào)。該控制及調(diào)節(jié)裝置44可通過一個(gè)在圖中未示出的操作單元編程并也控制噴嘴24。該控制及調(diào)節(jié)裝置44此外還包括一個(gè)計(jì)時(shí)器46。
圖1中所示的用于測(cè)量噴嘴24的噴射量的裝置10根據(jù)一種方法工作，該方法作為控制及調(diào)節(jié)裝置44中的計(jì)算機(jī)程序出現(xiàn)及現(xiàn)在將借助圖2來說明在控制及調(diào)節(jié)裝置44的控制下，測(cè)試液32通過高壓測(cè)試液供給裝置26輸送到噴嘴24及經(jīng)過噴射緩沖器28噴射入也是充滿了測(cè)試液32的測(cè)量室30中。通過噴射緩沖器28可防止射束直接作用在活塞16的上表面上及使其承受一個(gè)運(yùn)動(dòng)分量，該運(yùn)動(dòng)分量并非由于噴射在測(cè)量室30中產(chǎn)生的測(cè)試液32的體積改變引起的。
通過測(cè)試液32噴入測(cè)量室30增加了測(cè)量室30中的測(cè)試液的體積，由此在圖1所示安裝位置中使活塞16抵抗螺旋彈簧18的力向下壓。因此推桿36及其磁鐵區(qū)段38也向下運(yùn)動(dòng)，這將導(dǎo)致一個(gè)與磁鐵區(qū)段38走過的位移相對(duì)應(yīng)的電感式位移傳感器42的信號(hào)。該測(cè)量信號(hào)在圖2中被稱為sm(框48)。在圖2所示的方法中，在框50上開始后，該測(cè)量信號(hào)sm的處理將如下地進(jìn)行通過計(jì)時(shí)器46確定出活塞16運(yùn)動(dòng)了距離sm所需的時(shí)間t(框52)。在框54中將由此確定出速度dsm/dt。此外，在框56中計(jì)算出活塞16的加速度d2sm/dt2。另外，根據(jù)由溫度傳感器34測(cè)量的測(cè)量室30中的測(cè)試油32的溫度T(框58)計(jì)算粘度υ。在一個(gè)存儲(chǔ)器62中準(zhǔn)備了該裝置10的其它幾何數(shù)據(jù)，例如活塞16的橫截面積，活塞16與中心體12中的臺(tái)階孔14之間的環(huán)形間隙的大小，活塞16的質(zhì)量，活塞16的背離測(cè)量室30一側(cè)上的反壓力，等(框64)。
現(xiàn)在根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)活塞16的位移(框48)，速度(框54)及加速度(框56)，測(cè)試油32的粘度(框60)及其它的裝置專用數(shù)據(jù)(框64)，在一個(gè)計(jì)算電路66中求解多個(gè)干擾量Ve。在此情況下，這些干擾量的求解可基于簡單的物理模型或通過復(fù)雜的、調(diào)節(jié)技術(shù)中所使用的數(shù)學(xué)算法如Luenberger-觀測(cè)方法、Kalmann-Bucy-濾波方法或參數(shù)估值方法來進(jìn)行。
干擾量Ve1例如考察的是通過由活塞16及中心體12中的臺(tái)階孔14之間構(gòu)成的環(huán)形間隙的測(cè)試油32的泄漏。在此情況下，泄漏的范圈大大取決于測(cè)試油32的溫度T，該溫度又影響到粘度υ。在計(jì)算電路66中還將計(jì)算干擾量Ve2，該干擾量是基于由噴射引起的壓力波所產(chǎn)生的活塞16的運(yùn)動(dòng)。它則決定性地受到在框56中確定的活塞16的加速度的影響。此外在計(jì)算電路66中還求解干擾量Ve3，它是考慮測(cè)試油32的最后可壓縮度。這里根據(jù)情況也可使用一個(gè)簡單的質(zhì)量-彈簧模型，因?yàn)槲挥跍y(cè)量室30中的測(cè)試油體積可被看作彈簧及相應(yīng)的活塞16可被看作質(zhì)量。
由通過電感式位移傳感器42求得的位移sm(框48)及活塞16的橫截面積將在框68中計(jì)算測(cè)量擠壓體積Vm。根據(jù)該測(cè)量擠壓體積及干擾量Ve1，Ve2，Ve3在框70中計(jì)算體積Vn，該體積代表所謂的有用參數(shù)，它實(shí)質(zhì)上重現(xiàn)了這樣的體積，即通過噴嘴24實(shí)際上噴入測(cè)量室30的體積。在當(dāng)前的實(shí)施例中該有用參數(shù)Vn是這樣獲得的，即從測(cè)量的總體積Vm中減去干擾量Ve1，Ve2及Ve3。最后在框72中根據(jù)該有用參數(shù)Vn確定出噴射時(shí)噴入的測(cè)試油32的質(zhì)量mi。圖2中所示的方法在框74上結(jié)束。
通過上面給出的方法可大大地改善測(cè)量的分辨率，精度及穩(wěn)定性，而不需要附加硬件。通過從測(cè)量值中消除這些使測(cè)量值不正確的干擾量，最后將得到一個(gè)可很精確地重現(xiàn)噴入的測(cè)試油量的值。由此將能以高精度檢測(cè)很小的部分噴射量。
進(jìn)一步提高所述精度的一種可能性在于，在框54及56中不是確定活塞16的一個(gè)單獨(dú)的速度或加速度，而是確定當(dāng)活塞16運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度及加速度曲線。這樣得到的干擾量將更精確，這也會(huì)直接影響到最后結(jié)果的精度。此外通過使用數(shù)學(xué)算法，如Luenberger觀測(cè)方法，可高精度地求得干擾量，而不用測(cè)量所有的狀態(tài)變量。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量噴嘴(24)噴射量的方法，尤其是用于機(jī)動(dòng)車及尤其用在加工檢驗(yàn)中，在該方法中使檢驗(yàn)液(32)從噴嘴(24)噴射到一個(gè)測(cè)量室(30)中，及由一個(gè)檢測(cè)裝置(42)檢測(cè)至少區(qū)域方式構(gòu)成該測(cè)量室(30)邊界的一個(gè)活塞(16)的運(yùn)動(dòng)，該檢測(cè)裝置輸出相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)(sm)，其特征在于在使用測(cè)量信號(hào)(sm)的情況下求得一個(gè)有用參數(shù)(Vn)及至少一個(gè)干擾量(Ve)，其中有用參數(shù)(Vn)根本上相應(yīng)于實(shí)際的噴射量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少干擾量(Ve)的一部分(Ve3)主要基于由于測(cè)試液(32)的可壓縮性引起的活塞(16)的運(yùn)動(dòng)分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于至少干擾量(Ve)的一部分(Ve2)主要基于由于測(cè)試液(32)中存在的壓力波引起的活塞(16)的運(yùn)動(dòng)分量。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的方法，其特征在于至少干擾量(Ve)的一部分(Ve1)主要基于由于通過包圍活塞(16)的環(huán)形間隙的泄漏所產(chǎn)生的活塞(16)的運(yùn)動(dòng)分量。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的方法，其特征在于有用參數(shù)(Vn)被這樣地確定，即從一個(gè)總量(Vm)中減去干擾量(Ve)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的方法，其特征在于通過一個(gè)數(shù)學(xué)算法(66)實(shí)現(xiàn)有用參數(shù)(Vn)及干擾量(Ve)的分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于該數(shù)學(xué)算法包括一種觀測(cè)方法，尤其是Luenberger觀測(cè)方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于該數(shù)學(xué)算法包括一種濾波方法，尤其是Kalmann濾波方法或Kalmann-Bucy濾波方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中一項(xiàng)的方法，其特征在于該數(shù)學(xué)算法包括一種參數(shù)估值方法。
10.一種計(jì)算機(jī)程序，其特征在于當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在一個(gè)計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)，它適合于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至9中一項(xiàng)的方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于該計(jì)算機(jī)程序被存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器上，尤其是一個(gè)閃速存儲(chǔ)器(Flash-Memory)上。
12.用于測(cè)量噴嘴(24)噴射量的裝置，尤其是用于機(jī)動(dòng)車及尤其用在加工檢驗(yàn)中，具有一個(gè)測(cè)量室(30)，檢驗(yàn)液(32)可從噴嘴(24)噴射到該測(cè)量室中；一個(gè)活塞(16)，它至少以區(qū)域方式構(gòu)成測(cè)量室(30)的邊界；一個(gè)檢測(cè)裝置(42)，它檢測(cè)活塞(16)的運(yùn)動(dòng)及輸出一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)(sm)，其特征在于該裝置包括一個(gè)處理單元(44)，在該處理單元中在使用測(cè)量信號(hào)(sm)的情況下求得一個(gè)有用參數(shù)(Vn)及至少一個(gè)干擾量(Ve)，其中有用參數(shù)(Vn)實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于實(shí)際的噴射量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于該處理單元(44)設(shè)有一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求10或11的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
在尤其用于機(jī)動(dòng)車及尤其用在加工檢驗(yàn)中的測(cè)量噴嘴(24)噴射量的方法中使檢驗(yàn)液(32)從噴嘴(24)噴射到一個(gè)測(cè)量室(30)中。由此引起至少區(qū)域性地構(gòu)成該測(cè)量室(30)邊界的一個(gè)活塞(16)的運(yùn)動(dòng)?；钊?16)的運(yùn)動(dòng)由檢測(cè)裝置(42)檢測(cè)，該檢測(cè)裝置輸出相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)(48)，為了提高測(cè)量精度，本發(fā)明提出在使用測(cè)量信號(hào)(48)的情況下求得一個(gè)有用參數(shù)(Vn)及至少一個(gè)干擾量(Ve)，其中有用參數(shù)(Vn)實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于實(shí)際的噴射量(mi)。
文檔編號(hào)F02M65/00GK1398323SQ01804800
公開日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2001年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月9日
發(fā)明者拉爾夫·賓德爾, 拉爾夫·舒爾特 申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司