JP5575264B2 - 噴射工程を測定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、噴射弁と、該噴射弁によって中に流体量を噴射することができる、流体が充填された測定チャンバと、該測定チャンバ内に配置されたピストンと、前記測定チャンバ内のピストンの変位を継続的に検出する評価ユニットと接続されて、前記ピストンの変位に対する尺度となる電圧を形成する、評価ユニットに接続されたセンサと、前記測定チャンバへのバイパスチャネル内に配置され、印加された体積差に依存して駆動される回転式の容量式ポンプと、前記測定チャンバ内に配置されている圧力センサとを備える、噴射工程を測定するためのシステムに関する。本発明はさらに、このようなシステムによって噴射工程を測定するための方法に関する。

このようなシステムは一般的に公知であり、種々の刊行物に記載されている。とりわけディーゼル方式またはガソリン方式によって動作する直噴式の内燃機関の分野においては、噴射の測定すべき量、時点、経過に関して噴射システムに対する要求は常に高まっている。したがって近年における噴射工程は、１つの燃焼サイクルに対して測定すべき噴射量を複数の小さな部分噴射に分けるか、または燃料圧力の調整に関するレート推移形成または他のレート調整手段が制御されるというところまで修正されている。このような噴射経過をできるだけ実時間において精確に表すために、個々の燃料噴射の噴射特性をできるだけ精確に表すことができる相応のシステムを提供しなければならない。ＤＥ１０３３１２２８Ｂ３から、とりわけ内燃機関における噴射工程の、時間分解された体積的な流量推移を測定するための装置が公知である。この装置は、バイパス管に配置された回転式の容量式装置と、測定チャンバ内に配置された可動式のピストンから構成されており、該ピストンは、測定液と同じ比重を有する。ピストンにはセンサが対応付けられており、センサが形成した電圧は、噴射が生じた際のピストンの変位に対する尺度となっている。形成された電圧は評価ユニットへと伝達され、評価ユニットは、測定チャンバにおけるピストンの変位を継続的に検出する時間的に高分解された流量推移を画像によって表示する。制御回路は、噴射装置の動作サイクル中に当該回転式の容量式装置の回転数が一定に保たれ、かつ実質的に動作サイクル全体に亘る平均流量に相当するように、回転式の容量式装置を制御する。

この装置は、時間的に高分解された流量推移の表示を可能にし、したがって全体量のみならず精確な推移も表示および評価することができる。しかしながらこの装置は、測定チャンバへの噴射によるエネルギ入力によって熱的な整定時間が比較的長くなるという欠点がある。従来技術においては、この結果として得られる測定精度を、事前測定によって得られた補償定数によって補償することが試みられた。しかしながらこの定数は必ずしも精確に把握されるわけではなく、この不精確性は依然として残る。

したがってＤＥ１００６４５０９Ａ１から距離センサを較正する方法が公知であり、この方法では本来の測定の前に、温度と圧力と距離センサの測定信号からなる４タプルによって較正表が作成される。この表を作成できるようにするために、リング形室が温度調節可能となっている。つまり、リング形室では所定の温度に調整設定することができる。この補償方法は、較正のために著しい時間コストをかけてしか実施することができず、さらにそれぞれ別の弁に対して繰り返さなければならない。それに加えて各噴射の際には、システムにおいて再度の整定工程が行われるので、複数の個別噴射からなる全体噴射の場合、精確な測定を分解して表示することはできない。なぜなら、個別の温度変化を測定することができないからである。

したがって本発明の課題は、流量測定装置の測定精度を高めることができる、噴射工程を測定するためのシステムおよび方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載したシステムならびに請求項６の特徴部分に記載した方法によって解決される。

測定チャンバに加熱または冷却要素が配置されており、該加熱または冷却要素が、噴射された流体量と前記加熱または冷却要素とによって供給されるエネルギ量が噴射毎に実質的に一定になるように、制御装置によって操作されることによって、測定および計算された噴射量が温度変化に依存しないようにすることができる。相応にして噴射工程が複数の場合にも複数の噴射量が次々に精確に決定される。なぜなら整定工程が存在しないからである。

上記利点は本発明の方法によっても得られ、本方法においては、噴射毎に実質的に一定のエネルギ量が測定チャンバに供給され、このエネルギ量は、噴射によって供給されるエネルギ量と、加熱または冷却要素によって供給されるエネルギ量とから合成されている。

有利には、加熱要素はグロープラグである。グロープラグは、非常に短い時間で充分なエネルギ量をシステムに供給するのに適している。

１つの発展形態においては、測定チャンバに冷却装置が配置されており、この冷却装置を介して一定の熱量を測定チャンバから排出することができる。これによって、常時のエネルギ入力におけるシステムの過熱が阻止される。

これに続く発展形態においては、冷却装置に供給される冷却媒体を、制御装置と接続された電磁弁によって制御することができる。電磁弁は非常に高速な切換を行うので、精確な制御が可能となる。

有利には、測定チャンバ内に温度センサが配置されており、この温度センサを介して精確なエネルギ入力をチェックすることができる。温度センサによって検出された値を、エネルギ入力をさらに補正するために使用することも、温度吸収が非常に迅速な場合にはエネルギ入力に対する基準変量として使用することも可能である。

有利な方法を実施する際には、まず噴射弁の開時間が最大である場合における最大エネルギ入力が計算され、その後、噴射により予想されるエネルギ入力が計算されるか、または実際のエネルギ入力が測定される。それに続いて、最大エネルギ入力と実際のエネルギ入力とのエネルギ差が計算され、その後、このエネルギ差が加熱要素によって測定チャンバへと供給される。このようにして、噴射毎のシステムへのエネルギ入力が常に同じになり、これによってシステムにおいてそれぞれ一定のエネルギ上昇が行われ、このエネルギ上昇は付加的な冷却によって再び低減することができる。システムにおける温度が同じ場合には、各測定が相応に行われる。

択一的実施形態においては、まず実際のエネルギ入力か、または噴射によって予想されるエネルギ入力が計算もしくは測定され、続いてこのエネルギ入力が、相応の冷却によってシステムから再び取り除かれる。このようにしても、精確な測定のためにシステムにおける一定の温度を補償することが可能である。

本発明の有利な実施形態においては、予想されるエネルギ入力が、特性マップによって計算される。この特性マップでは、噴射弁の所定の開時間の場合に予想される流量と、調整設定された圧力差に亘って、エネルギ入力がプロットされる。制御装置には開時間が既知であり、この開時間における固定的な圧力差ならびに容量式ポンプの理論的に予想される流量が圧力制御器と高圧ポンプを介して既知であるので、ここから理論的に必要なエネルギ入力を特性マップによって決定してシステムに供給することができる。理論上の流量とその後にシステムにおいて測定される流量との間の結果的な差は基本的に非常に僅かであるので、後補正は必須ではないがもちろん可能である。したがって測定は、改善された特性マップによって、システム内の温度が一定になるまで繰り返すことができる。

択一的な実施形態においては、実際のエネルギ入力は、測定チャンバの温度変化を測定することによって決定され、最大エネルギ入力との差がシステムに供給される。こうすることによっても測定チャンバの温度を一定にすることができ、これにより測定結果は精確になるが、このシステムは格段に緩慢になる。

１つの発展形態において、付加的なエネルギ入力を供給した後に温度変化を測定し、この温度変化から補正エネルギ入力が決定され、補正エネルギ入力が測定チャンバへと供給されるか、または取り除かれる。このようにして、反復式に動作するシステムを得ることができ、このようなシステムによって、エネルギ入力のための基礎となる流量と、その後に測定される流量との間の差が補正される。

本発明のシステムの実施形態を、図１に概略的に図示している。以下この図面に基づき本発明について説明する。

本発明のシステムの実施形態を示す図である。

本発明のシステムは噴射弁４が設けられた測定チャンバ２からなる。測定チャンバ２には噴射弁４が配置されており、噴射弁４が測定チャンバ２へと噴射できるようになっている。測定チャンバ２内には、測定チャンバ２内の流体と同じ比重を有する軸方向に可動のピストン６が設けられている。ピストン６は測定チャンバ２を、流入領域８と流出領域１０とに分割している。測定チャンバ２には、測定チャンバ２内のピストン６の動きを検出するセンサ１２が配置されている。

さらに、ピストン６を迂回して測定チャンバ２の流入領域８と流出領域とを接続する、ピストン６を取り囲むバイパスチャネル１４には、例えばギアポンプの形態の回転式の容量式ポンプ１６が配置されている。測定チャンバ２の流出領域１０から圧力調整器２０を介してタンク２２へと流出管１８が導かれている。タンク２２の中には流体が蓄積されており、タンク２２は供給ポンプ２４を介して噴射弁４と接続されている。

センサ１２は、噴射弁４およびポンプ１６と同様に制御装置２６と接続されており、該制御装置２６は、このセンサ１２の値ならびに運動センサが設けられているポンプ１６の回転数を受信および処理する。測定チャンバ２内には、ピストン６と噴射弁４との間に圧力センサ２８および温度センサ３０が配置されている。これらのセンサは、当該領域に生じる圧力および温度を継続的に測定して再び制御装置２６へと供給する。制御装置２６は、噴射弁４を制御するために使用されると同時に、ピストン位置を検出するための評価ユニットとしても使用される。

本発明によれば、測定チャンバ２にグロープラグの形態の加熱要素３２が配置されており、加熱要素３２を介してエネルギを短時間で測定チャンバ２に供給することが可能である。このために加熱要素３２も制御装置と接続されている。さらにはピストン６の領域に冷却装置３４が配置されており、冷却装置３４を介して測定チャンバ２からエネルギを取り出すことができる。この制御は電磁弁３６を介して行われ、電磁弁３６を介して冷却装置３４の貯蔵容器３８から調節された冷却媒体を供給することができる。

ここで噴射弁４から測定チャンバ２に試験流体が噴射されると、ピストン６は遅延することなく反応する。バイパスチャネル１４内に配置された容量式ポンプ１６は同時に、ピストン６の変位、ひいては噴射された流体量に依存した回転数で駆動される。ポンプの回転数は公知の方法によって、ポンプ１６の回転数、ひいては流量が、動作サイクルに亘って一定に保たれるように制御される。

したがってピストン６の変位は、ポンプ１６による連続成分と、逆方向での噴射工程中の不連続成分との重畳によって生じる。制御装置２６では測定チャンバ２内に配置された圧力センサ２８により、センサ１２の信号が、時間に亘って噴射された流体量に換算される。そのためポンプ１６によって生じる動作の連続成分は、実際に進んだシフト量から、つまりセンサ１２の値から、自動的に差し引かれる。制御装置２６での換算は物理的な基礎となるモデル計算によって行われる。このモデル計算においては、実際に測定されたピストンのシフト量が、圧力信号を用いて、等圧条件下で測定中に得られるであろうピストンシフト量に変換される。相応にして、この計算では流体の体積弾性率も圧力の関数として考慮される。

しかしながら噴射によるエネルギ入力によって流体の温度も変化する。しかしながら温度推移を測定することによる補償や、補償係数を用いた計算はエラーを負ったままであることが多い。したがって、付加的なエネルギを測定チャンバ２に供給するために加熱素子３２が使用される。エネルギ量は、測定チャンバ２内の温度が噴射時間とは独立して一定に維持されるように決定される。

このためにまず、噴射弁４の特性データから、測定チャンバ２への噴射によって供給すべき最大エネルギ量が計算される。相応にして、測定チャンバ２への実際のエネルギ入力は基本的にこのエネルギ量よりも小さくなる。計算された最大エネルギ量と、噴射によって供給されるエネルギ量との間の差が、各噴射の際に加熱素子３２によって測定チャンバに供給される。同時に、測定チャンバ２の温度を維持するために、規定のエネルギ量が冷却装置３４によって排出される。したがって、噴射された流体量を計算する際に温度補償を実行しなくてもよい。温度変化によって変化した圧縮率に基づくエラーは生じない。

加熱素子３２によって供給すべきエネルギ量の制御は、例えば制御装置２６に記憶された特性マップを用いて行われる。この特性マップにはエネルギ入力が、ポンプ１６の流量と、圧力調整器を介して決定された圧力差とに亘ってプロットされている。この際流量は、設定された開放時間と圧力差とに依存している。このようにしてこのエネルギ量は、特性マップを介して計算され、測定サイクル中、加熱素子３２を介して測定チャンバ２に供給される。この制御時には媒体の排出自体によるエネルギの排出は考慮されないので、補正または妥当性チェックのために温度センサ３０が使用される。温度センサ３０は、その後サイクルの開始時および終了時に一定の温度を測定する。温度が一定でない場合には記憶された特性マップにエラーが存在しており、このエラーは相応に適合することができる。

択一的に、供給すべきエネルギ量の決定を温度センサ３０のみによって行うことも可能である。しかしながらこの場合には、より長い整定時間を伴う非常に遅いシステムとなる。

相応にして、特性マップの適合を温度が一定になるまで実施することが可能であり、一定にならない場合には噴射弁の機能エラーであると推定することができる。次に非常に精確かつ迅速に実行可能な測定が行われる。この測定は等温条件下で行われるので、付加的な温度依存性の圧縮係数は不要である。

単純な冷却によってエネルギバランスを達成でき、これによって温度を一定に保つことができるということを明確にしておく。ただこの冷却は、非常に迅速に実施しなければならない。供給すべきエネルギ成分または取り除くべきエネルギ成分を算出するための別の可能性も考えられる。本発明の独立請求項の範囲内において構成を変更することも考えられる。

Claims (11)

1. 噴射弁と、
   該噴射弁によって中に流体量を噴射することができる、流体が充填された測定チャンバと、
   該測定チャンバ内に配置されたピストンと、
   前記測定チャンバ内のピストンの変位を継続的に検出する評価ユニットと接続され、前記ピストンの変位に対する尺度となる電圧を形成するセンサと、
   前記測定チャンバへのバイパスチャネル内に配置されて、印加された体積差に依存して駆動される回転式の容量式ポンプと、
   前記測定チャンバ内に配置されている圧力センサと
   を備える、噴射工程を測定するためのシステムにおいて、
   前記測定チャンバ（２）に加熱または冷却要素（３２）が配置されており、
   該加熱または冷却要素（３２）は、前記噴射された流体量と前記加熱または冷却要素（３２）とによって全体として供給されるエネルギ量が噴射毎に実質的に一定になるように、前記制御装置（２６）によって操作される、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記加熱要素（３２）はグロープラグである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記測定チャンバ（２）に冷却装置（３４）が配置されており、該冷却装置（３４）によって一定の熱量が前記測定チャンバ（２）から排出される、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のシステム。
4. 前記冷却装置（３４）に供給される冷却媒体量は、前記制御装置（２６）に接続された電磁弁（３６）によって制御される、
   ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 前記測定チャンバ（２）内に温度センサ（３０）が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のシステム。
6. 請求項１から５に記載のシステムによって噴射工程を測定するための方法において、
   噴射毎に実質的に一定のエネルギ量が前記測定チャンバ（２）に供給され、前記エネルギ量は、噴射によって供給されたエネルギ量と、加熱または冷却要素（３２）を介して供給されたエネルギ量とから構成されている、
   ことを特徴とする方法。
7. ・前記噴射弁（４）の開時間が最大である場合における最大エネルギ入力が計算され、
   ・噴射により予想されるエネルギ入力が計算されるか、または実際のエネルギ入力が測定され、
   ・前記最大エネルギ入力と前記実際のエネルギ入力ないし前記予想されるエネルギ入力とのエネルギ差が計算され、
   ・前記エネルギ差が前記加熱要素（３２）によって前記測定チャンバ（２）へと供給される、
   ことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. ・実際の噴射による実際のエネルギ入力または予想されるエネルギ入力が計算または測定され、
   ・前記実際の噴射による実際のエネルギ入力または予想されるエネルギ入力が前記冷却要素（３２）によって前記システムから取り除かれる、
   ことを特徴とする請求項６記載の方法。
9. 前記予想されるエネルギ入力は、特性マップによって計算され、
   前記特性マップでは、前記噴射弁（４）の所定の開時間において予想される流量および調整設定された圧力差に亘って、エネルギ入力がプロットされる、
   ことを特徴とする請求項７または８記載の方法。
10. 前記実際のエネルギ入力は、前記測定チャンバ（２）内の温度変化を測定することによって決定される、
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項記載の方法。
11. 前記温度変化は、前記付加的なエネルギ入力の供給後に測定され、
    前記温度変化から補正エネルギ入力が決定され、該補正エネルギ入力は、前記測定チャンバ（２）に供給されるか、または前記測定チャンバ（２）から取り除かれる、
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。

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