專利名稱：用于測量液體射束角度分布的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來測量由噴射組件噴出的液體射束、尤其是由噴油閥噴出的燃料射束的角度分布的方法和裝置。
目前，在測量由噴油閥噴出的燃料射束的角度分布時通常是，噴油閥設(shè)置在收集容器的一個二維區(qū)域上方，這些收集容器分別與一個單個坐標(biāo)相配，而部分噴射量在測量坐標(biāo)周圍的一個預(yù)定的流入?yún)^(qū)域內(nèi)被測得。收集容器例如設(shè)有供人工讀數(shù)的刻度或每個收集容器與一個單獨的傳感器相連，它以電方式求得由收集容器收集到的部分噴射量，收集容器在朝向噴油閥一側(cè)上帶有例如正方形邊界的漏斗形擴大段，因此收集容器可矩陣式一個緊挨一個地排列。噴射的燃料量通過在一個視孔玻璃內(nèi)的蓄集來測定，這已在DE 195 16923 A1中公開。
在上述測量裝置及測量方法中具有缺點的是，每個測量坐標(biāo)要設(shè)有一個單獨的帶有一個單獨傳感器的收集容器。例如，若對在兩個平面坐標(biāo)方向內(nèi)15個坐標(biāo)的等距線網(wǎng)格內(nèi)求解，則需要在總共225個坐標(biāo)上測量。這需要總共225個帶有225個單獨傳感器的收集容器。其中值得注意的是，這些傳感器必須被相互校準(zhǔn)，以使測量客觀和準(zhǔn)確。為此所需的費用很高且限制了測量的準(zhǔn)確求解。
此外的缺點是，收集容器設(shè)在一平的收集面內(nèi)。當(dāng)噴射角相對較大時，收集容器相對于垂直噴射方向的側(cè)向錯位較大，因此相對大的噴射角的測量受到限制。由于在大噴射角時長的噴射行程，例如由于重力和由周圍空氣導(dǎo)致的噴射流減速進(jìn)一步產(chǎn)生測量結(jié)果的誤差。在大噴射角范圍內(nèi)的燃料射束角度分布的測量因此借助于公知的裝置和方法不令人滿意，也不精確。
本發(fā)明的優(yōu)點具有權(quán)利要求1所述特征的本發(fā)明方法和具有權(quán)利要求6所述特征的本發(fā)明裝置與之相反則具有以下優(yōu)點，即所用收集容器的數(shù)量和所用傳感器的數(shù)量比到目前為止所用方法和裝置中使用的收集容器數(shù)量大大減少。此外，所測得的角度分布的分辨率比目前為止所用方法和所用裝置大得多。
通過從權(quán)利要求中所提出的措施，使得權(quán)利要求1所提出的方法和權(quán)利要求6所提出的裝置的拓展和完善成為可能。
通過必要的重復(fù)測量來補償為收集容器配置的多個測量坐標(biāo)以及還至少重復(fù)與具有的傳感器數(shù)量一樣多次數(shù)的測量，可以放棄傳感器的校準(zhǔn)。其中，為每個傳感器相配一個加權(quán)因子，它可通過這種輔助測量的過盈而被求得。如果使角度分布被標(biāo)準(zhǔn)化并且不必求出絕對噴射量，則可節(jié)省測量。由于不需要傳感器的校正，因此測量被大大簡化，測量精確度被大大提高。
收集容器最好被構(gòu)造成條形并分別包含同樣多的測量坐標(biāo)。單個條形的、彼此相鄰設(shè)置的收集容器可由最好具有其邊緣落在一個共同的球面上的凹口的隔離壁隔開。由此可以，以高的精度來測量在大噴射角范圍內(nèi)的角度分布，這是公知的平面測量裝置所不能的。由收集容器收集的部分噴射量可具有優(yōu)點地通過電容液位測量來實現(xiàn)。隔離壁之間的間距最好與預(yù)計的部分噴射量適配，其中，在僅僅達(dá)到少的部分噴射量的地方，如在設(shè)在外側(cè)的收集容器處的隔離壁之間的間距更大。
附圖本發(fā)明的實施例在附圖中簡化示出并將在后面的描述中進(jìn)一步說明。其中，


圖1 本發(fā)明測量裝置的第一實施例的示意圖；圖2 圖1所示測量裝置俯視圖，從中可以看出坐標(biāo)的配置；圖3 以透視圖示出的本發(fā)明測量裝置的第二實施例；圖4 圖3所示測量裝置的一中間件側(cè)視圖；圖5 圖3及4所示測量裝置的中間件細(xì)節(jié)圖；圖6 以剖切側(cè)視圖示出的本發(fā)明測量裝置的第三實施例；圖7 以透視圖示出圖6所示測量裝置的凹口。
圖1示出了本發(fā)明測量裝置1的第一實施例。該實施例的測量裝置1構(gòu)造相對簡單并主要用來解釋測量基本原理。
設(shè)置了多個條形收集容器21-210，它們的縱向沿X-軸方向伸展。在實施例中，十個這種形式的收集容器21-210沿Y-方向彼此錯位設(shè)置并由隔離壁31-39彼此隔開。外側(cè)收集容器21-210分別具有一個外壁41和42。一個僅僅示意示出的噴射裝置5、例如一個噴油閥位于本發(fā)明的測量裝置1上方的Z方向上。所示實施例中，測量裝置1具有一個正方形表面，噴射元件5垂直位于該正方形表面的對角線的交叉點上方。不過，原則上本發(fā)明的測量裝置1也可具有不同邊長的矩形表面或圓形表面。按照本發(fā)明，測量裝置1圍繞一個旋轉(zhuǎn)軸6安置，它在實施例中平行于Z-方向伸展，并最好與噴射裝置的縱軸線重合。測量裝置1用來測量由噴射元件5噴射的液體射束、例如由一噴油閥噴射的燃料射束的角度分布。噴射元件5的主噴射方向在實施例中與旋轉(zhuǎn)軸線6重合。
圖2示出了圖1所示測量裝置1的俯視圖，其中，收集容器21-210以及隔離壁31-39和外側(cè)壁41-42可從上面看出。
在測量裝置1的表面，測量坐標(biāo)(Xi，Yj)i＝1…n(n＝10)，j＝1…n(n＝10)在笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)等間隔柵格式分布。其中在第j列收集容器中總共有十個測量坐標(biāo)(X1，Yj)……(X10，Yj)。在實施例中總共有100個測量坐標(biāo)。與已有技術(shù)不同的是，每個收集容器21至210不僅僅包含一個而是包含多個測量坐標(biāo)、在實施例中為十個測量坐標(biāo)。因此在實施例中不是對每個測量坐標(biāo)都分別有一個收集容器、即總共100個收集容器，而僅僅需要10個收集容器21-210。因為分別為每個收集容器21-210也僅僅配置一個傳感器，用來測得由所設(shè)收集容器21-210收集的部分噴射量，因此相對于已公開的測量裝置節(jié)省了大量的傳感器。在已公開的測量裝置中，對于每個測量坐標(biāo)需要一個單獨的傳感器，即總共100個傳感器，而在圖1和2中總共需要十個傳感器。
本發(fā)明的測量通過以下步驟來實現(xiàn)首先進(jìn)行第一次測量，其中用于測量的噴射元件5在一預(yù)定時間間隔內(nèi)噴出一液體射束，它的角度分布應(yīng)被測量。對于每個測量容器21…210，在此次測量中在由各收集容器21-210包含的測量坐標(biāo)(XI，Yj)處的部分噴射量A(XI，Yj)的總和Aj按下面等式求得Aj=Σi=1nA(XI,Yj)j=1...n........(1)]]>其中，Aj代表由相應(yīng)的收集容器21…210的傳感器在單次測量中所求得的噴射量，而A(XI，Yj)代表坐標(biāo)(XI，Yj)處的部分噴射量。在此，相應(yīng)于已有收集容器21…210獲得許多相加的噴射量Aj。在該實施例中n＝10。
之后，測量裝置1繞旋轉(zhuǎn)軸線6旋轉(zhuǎn)一預(yù)先確定的旋轉(zhuǎn)角度。由噴射元件5噴射的液體射束的部分噴射量分別到達(dá)其它的收集容器21至210中，在該重復(fù)測量中，也按照等式1求出21至210每個收集容器的相加的噴射量Aj。不過，旋轉(zhuǎn)的測量坐標(biāo)(XI′，Yj′)的坐標(biāo)系在此被轉(zhuǎn)換成未旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系(XI，Yj)，因此所有測量的求值可在一統(tǒng)一的坐標(biāo)系內(nèi)完成。
此后，分別將測量裝置1或收集容器21至210旋轉(zhuǎn)不同的角度繼續(xù)重復(fù)幾次測量，為此，測量裝置1在兩次測量之間分別繞測量軸線6旋轉(zhuǎn)。在此，在兩次測量之間旋轉(zhuǎn)角的步距最好采用360°/a，其中a為測量的總數(shù)?？倲?shù)a必須大于收集容器21-210分別含有的坐標(biāo)n的數(shù)。在所述實施例中因此必須進(jìn)行至少10次測試，且每一次的旋轉(zhuǎn)角不同。
通過多次測量獲得了由a、x、n組成的方程組。因為在實施例中a必須包含至少10次測量，因此在實施例中包含至少100個等式，對該大方程組的求解可確定出方程組的未知變量、即在各測量坐標(biāo)(XI，Yj)處的部分噴射量A(XI，Yj)。如測量次數(shù)a選擇大于收集容器21-210的數(shù)量，則形成盈余，這有利于測量精度，通過增加測量次數(shù)a也可以增加求解，因為可以為每個收集容器21-210配置其它的坐標(biāo)，它們在計算上用作收集容器21-210內(nèi)部噴射量分布的其它輔助點。
連在各收集容器21-210上的傳感器的定標(biāo)和校準(zhǔn)在本發(fā)明方法中也不在需要。不過在其它的附加旋轉(zhuǎn)角度下與所用傳感器數(shù)量相應(yīng)要求附加的測量。在此，在每單次測量中，對應(yīng)收集容器2j的由傳感器測得的噴射量Aj又按下式求得Aj=Σi=1ngj·A(Xi,Yj)j=1...n.........(2)]]>與等式(1)不同，在等式(2)中附加出現(xiàn)的系數(shù)gj代表相應(yīng)傳感器的加權(quán)因子。該加權(quán)因子gj本身是未知數(shù)，同時代表方程組中其它n個未知數(shù)。因此需要進(jìn)行n次附加測量，如果按照合適的標(biāo)準(zhǔn)使要測量的角度分布標(biāo)準(zhǔn)化，則可以省去一次附加測量，從而只須進(jìn)行n-1次附加測量。使方程組線性化有利于數(shù)字計算。這例如可通過泰勒展開來進(jìn)行，其中，積數(shù)由第一階近似值近似并在泰勒展開式的第一線性項之后中斷。因為傳感器通常以相同方式制造，實際上出現(xiàn)的各單個傳感器之間的變化相對很小，因此，實際上達(dá)到了線性近似。
加權(quán)因子gj只須如所述那樣被一次求出，然后可作為固定值被儲存。同樣，由在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中測得的測量值向非旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換系數(shù)也是如此，只要在每個測量組中采用相同的旋轉(zhuǎn)角。由此在數(shù)字求值時節(jié)省了大的計算量。
圖3至圖5示出了本發(fā)明測量裝置1的第二實施例。與圖1和2所示的主要區(qū)別在于，測量坐標(biāo)(Xi，Yj)不是在一平面，而是分布設(shè)在一球表面或部分球表面上。與測量坐標(biāo)(Xi，Yj)平面布置相比的優(yōu)點在于，即使對于大的噴射角，即具有相對于圖1中Z方向較大傾斜度的噴射角，可以實現(xiàn)相對高精度的角度分布測量。圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)中對于大噴射角存在的問題在于，在測量坐標(biāo)(Xi，Yj)的平面即測量裝置1的表面上的擊中點距噴射元件5的垂直投影有大的間距。這是由于測量裝置1有較大表面引起的，它對于實際測量結(jié)構(gòu)是不利的。由于噴射的液體直到到達(dá)測量裝置1表面的運行軌跡長，由于重力和由與周圍空氣交互作用引起的減速而由于軌跡彎曲產(chǎn)生測量誤差。這一缺點在圖3至圖5所示實施例中被克服，因為在該實施例中設(shè)在半球上的測量坐標(biāo)與噴射元件5的噴射點之間總是具有相同的間距。
在圖3中以立體圖部分示出的測量裝置1主要包括隔離壁31，32，它們之間以及與外壁41和未示出的外壁42之間由中間件15隔開。為了簡化，在圖3中僅僅示出了兩個隔離壁31，32和兩個中間件15。外壁41、中間件15及隔離壁31和32在該實施例中具有同軸心孔16。外壁41、中間件15和隔離壁31和32及在圖中未看到的其它隔離壁、中間件和對面的外壁42借助可穿入孔16的螺栓或銷可如此彼此相連，使隔離壁31，32和外壁41，42分別緊緊靠置到相鄰的中間件15上。中間件15上各有一個槽7用于密封，例如橡膠唇或其它密封件可放入該槽中。
重要的是隔離壁31，32分別具有一個部分圓形的凹口8。在該實施例中總是半圓形的凹口8的半徑從測量裝置1的中間向兩外壁41或42方向變小，其中，隔離壁31，32的凹口8向外壁41，42方向具有依次變得更小的半徑R1，R2。半徑R1，R2在此這樣選擇，即邊緣9在測量裝置1的裝配狀態(tài)下位于一個部分球上，在該實施例中為一個半球上。噴射元件5在此這樣來設(shè)置，即它的噴射點與部分球的中心點重合。板形隔離壁31，32的凹口8確定了測量坐標(biāo)的幾何位置。
圖4示出了中間件15的局部剖側(cè)視圖。如從圖3和4可以看出的，中間件15分別具有一個凹口10，它在所述實施例中同樣成圓形。不過該凹口10的形狀對測量坐標(biāo)的幾何位置無影響。凹口10成圓形僅僅是為了，由收集容器21，22收集到的液體射束的部分噴射量被快速送到一個連在一接口11上的、未示出的傳感器。接口11在該實施例中設(shè)在中間件15下側(cè)的一個孔12內(nèi)。中間件15的上側(cè)分別具有一個V形槽13，它們通過一個設(shè)在槽13底部的漏斗形4擴大部14與傳感器接口11的孔12相連。擴大部14用來使液體更容易地向傳感器接口11的方向排出。槽13的結(jié)構(gòu)也可從圖5中看到，它是圖3中所示凹口V的俯視圖。中間件15的每個槽13是一個用來蓄積所收集到的部分噴射量A(Xi，Yj)的收集容器2。
在采用圖3至圖5所示測量裝置測量時，以與圖1和圖2所示相同方式進(jìn)行分別具有不同旋轉(zhuǎn)角的多次單個測量。也可以用持續(xù)緩慢旋轉(zhuǎn)的測量裝置1并通過傳感器的持續(xù)測讀實現(xiàn)連續(xù)的測量。起干擾作用的液體跟蹤延遲可通過測量裝置向兩個旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)而排除。
圖6和7示出了本發(fā)明測量裝置1的第三種實施例，其中，圖6示出了垂直于隔離壁31至311的截面，而圖7示出了單個隔離壁36的透視圖。
與圖3至圖5示出的實施例相反，在圖6和圖7實施例中，隔離壁31至311由一種相對厚的，電絕緣材料構(gòu)成并在邊緣9處被削尖成屋頂狀。在該實施例中，部分圓形的凹口8的半徑R1至R11被這樣確定尺寸，即凹口8的邊緣9落在一具有繞中心點M、半徑為R的半球上。噴射元件5的噴射點、如噴油閥的噴油孔位于該中心點M處。
隔離壁31至311由電絕緣的隔墊20彼此隔開并在兩側(cè)設(shè)有電極21。外壁41和42的內(nèi)側(cè)同樣帶有電極21。電極21可通過蒸鍍或其它涂層方法涂覆在電絕緣的、例如由塑料制成的隔離壁31至311和外壁41和42上。在隔離壁31至311之間或外壁41與第一隔離壁31以及外壁42與最后的隔離壁311之間構(gòu)成的收集容器21至212處因此各有兩個電極彼此相對。電極21中的一個與電路的地電位相連，而各另一個電極21通過一個接頭M1至M12與一個例如作為橋式電路工作的電容測量線路相連。由收集容器21-212收集的非導(dǎo)電液體22的液位因此能夠以尤其簡單的方式電容方式測得。導(dǎo)電液體量同樣以電容方式測得，其中，金屬電極21設(shè)有一個均勻的薄的絕緣鍍層。液位的電容式測量基于所收集到的液體與在電極21之間的未充液區(qū)域內(nèi)的空氣相比具有一個不同的介電常數(shù)。在此，可如所述那樣在不同旋轉(zhuǎn)角度下進(jìn)行多次測量，而每次得到的電容變化代表在此之前測量的液位變化。收集容器21-212的排空因此僅在測量結(jié)束才需要。
圖7示出了隔離壁36和隔墊20的透視圖?？梢钥闯鲇脕磉B接各隔墊20和隔離壁31至311以及外壁41和42的孔16。此外可以看到電極21，它在隔墊20下方的邊緣區(qū)內(nèi)，以避免在液位測量時的邊緣效應(yīng)。收集容器21-212的排空例如借助一個軟管23和一個合適的抽吸裝置來完成。在實施例中，在U形的隔墊20的上端設(shè)有一個用來固定軟管23的孔24，軟管23從該孔中穿過。
收集容器21至210的寬度可與要收集的部分噴射量適配。其中，在兩個隔離壁31至311之間的收集寬度在電極21之間間隔相同情況下在每個這樣的區(qū)域內(nèi)選擇的更大，即在該區(qū)域內(nèi)預(yù)計的部分噴射量小，如在外側(cè)的收集容器21和212上。收集寬度的變化可通過隔離壁31至311的壁厚變化來實現(xiàn)。相反也可以通過窄的收集寬度，例如在測量裝置1中心區(qū)內(nèi)，提高局部分辨率。
隔離壁31至311的邊緣9不是必須在一半球上，而也可以是一個包圍大于180°角的球拱。噴射的液體射束的角度分布也可在一張角大于180°、即相對于垂線偏斜大于90°的角度范圍內(nèi)測量。這種測量對于具有平的測量面的測量裝置1原理上是不可能。在由單個測量坐標(biāo)預(yù)定的輔助點和在那里所測得的部分噴射量之間可進(jìn)行一個內(nèi)插。
權(quán)利要求
1.一種用來測量由噴射元件(5)噴射出的液體射束、尤其是由噴油閥噴出的燃料射束的角度分布的方法，其中，部分噴射量(A(Xi，Yj))借助收集容器(21，22…)在多個空間或平面分布設(shè)置的測量坐標(biāo)(Xi，Yj)處通過測量被測得，其特征是，收集容器(21，22…)包含多個測量坐標(biāo)(Xi，Yj)，借助繞一旋轉(zhuǎn)軸線(6)旋轉(zhuǎn)了不同轉(zhuǎn)角的收集容器(21，22…)多次重復(fù)進(jìn)行測量。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，收集容器(21，22…)包含最多n個測量坐標(biāo)(Xi，Yj)，而測量至少被重復(fù)進(jìn)行n次，其中，n是大于1的整數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，部分噴射量(A(Xi，Yj))的測量借助分別為每個收集容器(21，22…)配置的傳感器進(jìn)行，這些傳感器相互間不校準(zhǔn)，由收集容器(21，22…)收集并由傳感器測得的部分噴射量(A(Xi，Yj))為校準(zhǔn)被借助加權(quán)因子(gj)加權(quán)，為求得這些加權(quán)因子(gj)在不同旋轉(zhuǎn)角度下額外重復(fù)進(jìn)行至少與傳感器數(shù)量相當(dāng)次數(shù)的測量。
4.按照權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征是，收集容器(21，22…)被構(gòu)造成條形并包含多個沿第一坐標(biāo)方向(X)彼此錯位的測量坐標(biāo)(Xi，Yj)，其中，多個收集容器(21，22…)彼此沿第二坐標(biāo)方向(Y)錯位設(shè)置，而旋轉(zhuǎn)軸線(6)平行于第三坐標(biāo)方向(Z)設(shè)置。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，設(shè)有m個條形收集容器(21，22…)，它們各自包含n個測量坐標(biāo)(Xi，Yj)，其中，n和m為大于1的整數(shù)，在不同旋轉(zhuǎn)角度下至少測量n次由收集容器(21，22…)收集的部分噴射量(A(Xi，Yj))，而由單個收集容器(21，22…)在不同旋轉(zhuǎn)角度下的單次測量中總共收集的部分噴射量(Aj)被求得，每個測量旋轉(zhuǎn)角度下的測量坐標(biāo)(Xi，Yj)的坐標(biāo)系被轉(zhuǎn)換成未旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，對由至少n×m個等式組成的、分別帶有n×m個在收集容器(21，22…)的單個坐標(biāo)(Xi，Yj)處的未知部分噴射量(A(Xi，Yj))的方程組求解。
6.用來測量由噴射元件(5)噴出的液體射束、尤其是由噴油閥噴出的燃料射束的角度分布的裝置，具有多個用來測得在多個空間或平面分布設(shè)置的測量坐標(biāo)(Xi，Yj)處的部分噴射量(A(Xi，Yj))的收集容器(21，22…)，其特征是，收集容器(21，22…)被如此構(gòu)成，即它們分別包含多個測量坐標(biāo)(Xi，Yj)，其中，為每個收集容器(21，22…)都配置一個用來測量相應(yīng)的收集容器收集到的部分噴射量(A(Xi，Yj))的傳感器，且收集容器(21，22…)可繞一旋轉(zhuǎn)軸線(6)旋轉(zhuǎn)地被安置。
7.按照權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是，收集容器(21，22…)被構(gòu)造成條形并沿縱向方向伸展，多個條形收集容器(21，22…)依次相鄰地垂直于縱向方向彼此錯位地安置。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其特征是，收集容器(21，22…)由隔離壁(31，32…)彼此隔開，并具有部分圓形凹口(8)，其半徑(R1，R2…)從中間的收集容器(27)到外側(cè)收集容器(21，212)逐漸變小，其中，部分圓形凹口(8)的邊緣(9)落在一個共同的球形表面上。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其特征是，隔離壁(31，32…)由中間件(15)隔開，這些中間件各自具有一個比相鄰的隔離壁(31，32…)的凹口(8)更大的凹口(10)并具有一個用來蓄積所收集的液體射束的部分噴射量(A(Xi，Yj))的蓄積槽(13)，蓄積槽通到相配的傳感器的接頭(11)上。
10.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其特征是，外側(cè)收集容器(21，22…)的外壁(41，42)和隔離壁(31，32…)具有用于電容測量所收集液體液位的電極(21)。
11.按照權(quán)利要求8至10之一所述的裝置，其特征是，隔離壁(31，32…)之間在凹口(8)處的間距從中間收集容器(27)到外側(cè)收集容器(21，22)逐漸變大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來測量由噴射元件(5)噴出的液體射束、尤其是由噴油閥噴出的燃料射束的角度分布的方法和裝置。其中,部分噴射量借助收集容器(文檔編號G01F23/26GK1274418SQ99801255
公開日2000年11月22日 申請日期1999年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月29日
發(fā)明者埃伯哈德·舍費爾, 約瑟夫·塞德爾 申請人:羅伯特·博施有限公司