(57)【要約】  液体のための噴射弁（１５）の噴射挙動の特性決定をする方法および装置は、噴射弁（１５）によって測定室（１１）の中へ液体が噴射される方法ステップと、噴射弁（１５）からスプレーパターン（１８）として吐出される液体に向けて測定室（１１）の中へ光が照射される方法ステップと、位置解像された強度分布を得るために、噴射弁（１５）から吐出されるスプレーパターン（１８）で反射されて撮影デバイス（１２）に結像される光によって生成される、時間的に連続する噴霧画像が検知および走査される方法ステップと、検知および走査された噴霧画像に対してそれぞれ割り当てられる強度分布が評価される方法ステップとを含み、このときそれぞれの強度分布において結像されたスプレーパターン（１８）に割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素が識別され、そのつど識別された画像マトリクス要素とその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安が判定される。【選択図】  図１Ａ、図１Ｂ
2021505812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体のための噴射弁の噴射挙動の特性決定をする方法において、次の方法ステップを有し、
前記噴射弁（１５）によって測定室（１１）の中へ液体が噴射され、
前記噴射弁（１５）からスプレーパターン（１８）として吐出される液体に向けて前記測定室（１１）の中へ光が照射され、
位置解像された強度分布を得るために、前記噴射弁（１５）から吐出されるスプレーパターン（１８）の境界面で反射されて撮影デバイス（１２，２２）に結像される光によって生成される、時間的に連続する噴霧画像が検知および走査され、
検知および走査された噴霧画像（３０）に対してそれぞれ割り当てられる強度分布が評価され、このときそれぞれの強度分布において結像されたスプレーパターン（１８）に割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素が識別され、そのつど識別された画像マトリクス要素とその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安が判定される方法。
【請求項２】
噴射挙動を表す目安として、特性量としての役目を果たす相対的な噴射率が次の関係
【数１】
2021505812.tif 000009
を用いて判定され、このときｎ（ｔ）により、時間ｔに関数依存する相対的な噴射率が表され、Ｇにより、高い強度値とこれに比べて明らかに低い強度値との間に位置する境界値が表され、Ｐｊにより、前記撮影デバイスにより検知および走査されたそれぞれの噴霧画像のｊ番目の画像マトリクス要素が表され、ｊにより、１からｍまで達する総和添字が表され、Ｋｊにより、それぞれの相関係数が表され、Ｋｊは、それぞれ割り当てられた画像マトリクス要素で検出される光強度情報値Ｉを考慮し、総和形成時には、それぞれの噴霧画像に含まれるスプレーパターンに割り当てられる画像マトリクス要素を識別するために、光強度値が境界値Ｇよりも大きいか、または境界値Ｇに等しい画像マトリクス要素Ｐｊだけが考慮されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記撮影デバイス（１２，２２）は、吐出されるスプレーパターン（１８）の横断平面が噴霧画像（３０）として鮮明に結像されるように調整されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
時間的に連続して検出される噴霧画像でそれぞれ異なる横断平面が結像および走査され、このとき前記撮影デバイス（１２，２２）の焦点距離がそのつど変更され、および／または前記撮影デバイス（１２，２２）が前記測定室（１１）との光学距離に関して変位することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
噴射の各々の時点でのそれぞれ異なる横断平面からスプレーパターンの三次元画像を生成できることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
噴射挙動を表す目安として、横断平面における噴霧拡散速度が次の関係
【数２】
2021505812.tif 000010
を用いて判定され、ここでｖ（ｔｉ＋１）により噴霧拡散速度が表され、ｉにより、それぞれ処理されるべき噴霧画像についての添字が表され、ｒｉにより、ｉ番目の噴霧画像についての時点ｔｉでの噴霧拡散半径が表され、ｒｉ＋１により、（ｉ＋１）番目の噴霧画像についての時点ｔｉ＋１での噴霧拡散半径が表され、ｉ番目の噴霧画像で、結像されたスプレーパターン（１８）の噴霧ローブの外方を向く端部と対応する、噴霧拡散半径ｒｉを有する仮想的な円環の上にほぼ配置されている画像マトリクス要素が識別され、（ｉ＋１）番目の噴霧画像で、その際に結像されたスプレーパターン（１８）の噴霧ローブの外方を向く端部と対応する、噴霧拡散半径ｒｉ＋１を有する仮想的な円環の上にほぼ配置されている画像マトリクス要素が識別されることによって、時間的に連続する少なくとも２つの噴霧画像が検知および評価されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
スプレーパターンの三次元画像から噴霧軸に沿った噴霧拡散速度が判定されることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
結像関連の対象物サイズ、好ましくは検査されるべき噴射弁のノズル直径、および／または前記撮影デバイス（１２，２２）の結像縮尺および／または前記撮影デバイス（１２，２２）の分解能が考慮されることによって、噴霧拡散半径のキャリブレーションが行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
噴霧画像の光学式の検知と同時に、液圧式に取得される特性量の判定のために液圧式の測定が前記測定室（１１）で実行され、光学式に取得された測定データが液圧式に取得された測定データと特性量に関して相関づけられることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
さらに別の特性量として噴霧パルスが判定され、噴霧パルスは、横断平面で、または噴霧軸に沿って光学式に取得された噴霧拡散速度ｖ（ｔｉ＋１）と、液圧式に取得された噴射量とから、それぞれの積の形成によって判定されることを特徴とする、請求項６，７または８を引用している限りにおいて請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
測定室と、光学的なアクセス部を介して前記測定室の中へ光を照射するための照明デバイスと、前記測定室から前記光学的なアクセス部を介して戻ってくる光を検知するための撮影デバイスと、評価デバイスとを有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置において、前記評価デバイスは前記撮影デバイス（１２，２２）により検知および走査される噴霧画像を処理および評価するために前記撮影デバイス（１２，２２）とのデータ伝送接続を有し、前記評価デバイスは前記撮影デバイス（１２，２２）により検出されるそれぞれの噴霧画像の強度分布で、結像されたスプレーパターン（１８）に割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素を識別し、そのつど識別された画像マトリクス要素とその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安を判定することを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記撮影デバイス（１２，２２）は、前記撮影デバイス（１２，２２）と前記測定室（１１）の間の光学的な経路長を変更するために、その光学軸に沿って付属の位置決めデバイス（２４，２５）により移動可能なように構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記撮影デバイス（１２，２２）は検知および走査された各々の噴霧画像についてそれぞれ位置解像された強度推移を検出するためにデジタルカメラとして構成されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体のための噴射弁の噴射挙動の特性決定をする方法に関し、ならびに、このような種類の方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴射弁の、特にコモンレールインジェクタの機能検査ないし特性決定をするために、通常、たとえば１回の噴射プロセスの噴射開始と噴射終了を認識できるようにするために、たとえばシングルインジェクションやマルチインジェクションにおける噴射率などの特性量の厳密な測定が必要である。そのために現在、種々の測定技術が採用されているが、そのなかでも測定室内での圧力と音速の測定をベースとする、噴射率などの一次特性量の検出が比較的多く採用されている。しかしこの従来技術では、測定室の固有振動に基づく外乱信号の影響を補正するために、ローパスフィルタリングを用いた比較的コストの高い圧力センサ信号コンディショニングが必要である。
【０００３】
特許文献１より、弁によって噴射される液体の噴射量および／または噴射率を少なくとも判定する装置および方法が公知である。この装置は、測定室と、弁を受容するためのインターフェースと、測定室内で生じている状態を測定するための少なくとも１つのセンサとを有しており、ならびに、測定された状態に少なくとも依存して噴射量および／または噴射率を決定するためにセンサと配線された評価デバイスを有している。噴射量および／または噴射率を判定するためのこの装置ならびに方法は、それと同時に、液体の別のパラメータを判定して評価することを可能にする。この別のパラメータは噴射される液体の噴霧画像であり、噴射される液体の噴霧画像検出をするデバイスによって撮影される。そのために光学チャンバが使用され、噴射量および／または噴射率と同時に噴霧画像が評価デバイスにより判定、評価される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１００７６１１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
請求項１の構成要件を有する方法は、比較的簡易かつ低コストに具体化可能であり、さらには定量的な結果をもたらすという利点を有する。そのために本方法は、噴射弁によって測定室の中へ液体が噴射されるステップと、噴射弁からスプレーパターンとして吐出される液体に向けて測定室の中へ光が照射されるステップと、位置解像された強度分布を得るために、噴射弁から吐出されるスプレーパターンの境界面で反射されて撮影デバイスに結像される光によって生成される、時間的に連続する噴霧画像が検知および走査されるステップと、検知および走査された噴霧画像に対してそれぞれ割り当てられる強度分布が評価されるステップとを含み、このときそれぞれの強度分布において結像されたスプレーパターンに割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素が識別され、それぞれ識別された画像マトリクス要素ないしピクセルとその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安が判定される。このように本発明の根底にある知見は、適切な測定室圧力のもとで、噴射プロセスを表す気相／液相と、測定室の中にある液相／気相との間の相境界で反射されてから光学的なスナップショットとして結像される光が、噴射挙動の時間的に「凍結された」状態を表すというものである。液体の媒体で充填された測定室の中への噴射プロセスのときにスプレーパターンとして現れるキャビテーションが発生し、それにより、噴射弁の開放と閉止はキャビテーションの発生および消滅と一義的に相関関係にあるからである。したがって、キャビテーション現象のこのように「凍結された」スナップショットの評価は、その時間的な動向に関する推定をもたらし、そこから噴射挙動の特性決定のための特性量を導き出すことが可能である。このように、噴射プロセスの開始と終了を、その際に発生する噴霧画像の強度分布の急激な変化に基づいて一義的に決定することが可能である。本発明による方法は、その根底にある光学式の測定技術に基づき、測定室の固有振動に対してほぼ感受性がない。
【０００６】
本発明のその他の好ましい発展例と実施形態は、従属請求項に記載されている方策によってもたらされる。
【０００７】
本発明の１つの好都合な実施形態は、噴射挙動を表す目安として、特性量としての役目を果たす相対的な噴射率が次の関係
【数１】
2021505812.tif 000003
を用いて判定されることにあり、このときｎ（ｔ）により、時間ｔに関数依存する相対的な噴射率が表され、Ｇにより、高い強度値とこれに比べて明らかに低い強度値との間に位置する境界値が表され、Ｉ（Ｐｊ，ｔ）により、時間ｔで撮影デバイスにより検知および走査されたそれぞれの噴霧画像のｊ番目の画像マトリクス要素の強度が表され、ｊにより、１からｍまで達する総和添字が表され、このときｍは評価された画像マトリクス要素の総数であり、Ｋｊにより、それぞれ割り当てられた画像マトリクス要素で検出される光強度情報値Ｉ（Ｐｊ，ｔ）を考慮するそれぞれの相関係数が表され、総和形成時には、それぞれの噴霧画像に含まれるスプレーパターンに割り当てられる画像マトリクス要素を識別するために、光強度値が境界値Ｇよりも大きいか、または境界値Ｇに等しい画像マトリクス要素Ｐｊだけが考慮される。
【０００８】
撮影デバイスは、吐出されるスプレーパターンの横断平面が噴霧画像として鮮明に結像されるように調整されるのが好都合であり、それによってスプレーパターンの二次元の結像を表現可能である。
【０００９】
光学式の検知の基礎となるスプレーパターンのいわば三次元の結像を表現可能である１つの方法態様は、時間的に連続して検出される噴霧画像でそれぞれ異なる横断平面が結像および走査されることであってよく、そのときに撮影デバイスの焦点距離が変更され、および／または撮影デバイスが測定室との光学距離に関して変位する。
【００１０】
噴射挙動の特性決定をするためのさらに別の特性量を光学的に取得可能である本発明の発展例は、噴射挙動を表す目安として、スプレーパターン（噴霧画像）の横断平面における噴霧拡散速度が次の関係
【数２】
2021505812.tif 000004
を用いて判定されることであってよく、ここでｖ（ｔｉ＋１）により、時間ｔｉ＋１での噴霧拡散速度が表され、ｉにより、それぞれ処理されるべき噴霧画像についての添字が表され、ｒｉにより、ｉ番目の噴霧画像についての時点ｔｉでの噴霧拡散半径が表され、ｒｉ＋１により、（ｉ＋１）番目の噴霧画像についての時点ｔｉ＋１での噴霧拡散半径が表され、ｉ番目の噴霧画像で、結像されたスプレーパターンの噴霧ローブの外方を向く端部と対応する、噴霧拡散半径ｒｉを有する仮想的な円環の上にほぼ配置されている画像マトリクス要素が識別され、（ｉ＋１）番目の噴霧画像で、その際に結像されたスプレーパターンの噴霧ローブの外方を向く端部と対応する、噴霧拡散半径ｒｉ＋１を有する仮想的な円環の上にほぼ配置されている画像マトリクス要素が識別されることによって、時間的に連続する少なくとも２つの噴霧画像が検知および評価される。
【００１１】
このとき結像関連の対象物サイズ、好ましくは検査されるべき噴射弁のノズル直径、および／または撮影デバイスの結像縮尺、および／または撮影デバイスの分解能が考慮されることによって噴霧拡散半径のキャリブレーションが行われ、それにより特性量を絶対的な単位で表すことが可能である。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態では、噴霧画像の光学式の検知と同時に、噴射率および／または噴射量などの液圧式に取得される特性量の判定のために液圧式の測定が測定室で実行され、光学式に取得された測定データが液圧式に取得された測定データと特性量に関して相関づけられる。それにより、液圧式に取得された測定結果を、同時に実行される光学式の認識によってただちにチェック可能および検証可能であり、それにより、液圧式の測定値検出のとき、そのために必要なローパスフィルタリングに基づいて発生する測定アーティファクトを認識可能である。
【００１３】
さらに、光学式に判定された関連する噴射率ｎ（ｔ）から、１の最大値に合わせて正規化された噴射率Ｆ（ｔ）を判定し、液圧式の測定結果を取り入れることによって絶対的な噴射率Ａ（ｔ）を判定することができ、それは、率に対する積分に相当する液圧式に測定された噴射率に関してスケーリングが行われることによる。
【００１４】
光学式と液圧式の測定値検出が組み合わせて適用されれば、さらに別の特性量として噴霧パルスを噴射挙動の特性決定のために判定することができ、噴霧パルスは、光学式に取得された噴霧拡散速度ｖ（ｔｉ）と液圧式に取得された噴射量とから、それぞれの積の形成によって判定される。
【００１５】
噴射の各々の時点でのさまざまに異なる横断平面からスプレーパターンの三次元の画像を生成できるのが好都合である。さらに、スプレーパターンの三次元の画像から、噴霧軸に沿った噴霧拡散速度が判定される。
【００１６】
本発明による方法を実施するための用途に定められた装置は簡易に設計され、噴射弁ないし燃料インジェクタの噴射挙動の特性決定をするための信頼度の高い定量的な結果をもたらす。そのためにこの装置は、撮影デバイスにより検知および走査される噴霧画像を処理および評価するために撮影デバイスとのデータ伝送接続を有する評価デバイスを含み、評価デバイスは撮影デバイスにより検出されたそれぞれの噴霧画像の強度分布の中で、結像されたスプレーパターンに割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素を識別して、そのつど識別された画像マトリクス要素とその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安を判定することが意図される。
【００１７】
本発明の実施形態では、撮影デバイスは、撮影デバイスと測定室の間の光学的な経路長を変更するために、その光学軸に沿って割り当てられた位置決めデバイスにより移動可能なように構成される。それにより、噴射弁により吐出されるスプレーパターンのそれぞれ異なる横断平面を光学的に通過して順次検出し、それによっていわば三次元の図像を得ることが可能である。撮影デバイスは、検知および走査された各々の噴霧画像についてそれぞれ位置解像された強度推移を検出するために、デジタルカメラとして構成されるのが好都合であり、このことは、光学式に取得されるデータの評価を簡易化するとともに、本装置のコンパクトな構造を可能にする。
【００１８】
本発明の実施例が以下の記述および添付の図面に詳しく説明されている。後者は模式的に図面で次のものを示している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】測定室およびその中に収容されたインジェクタと、測定室の光学的なアクセス部に配置された照明デバイスと、測定室の外部に配置された撮影デバイスとを有する、本発明による装置を示す断面図である。
【図１Ｂ】第１の噴射およびその後に行われる第２の噴射について、それぞれ噴射時間中に検出される液圧式の測定を、２つのグラフと、これと時間的に同時発生するように光学式に検出されるキャビテーション画像とを用いて、検査されるべきインジェクタの噴射についてのパルスシーケンスとともに、および照明デバイスを制御するための制御信号とともに示す回路図であり、時間軸は横軸に沿って延び、グラフには、液圧式に検出された噴射質量とその時間微分が時間の関数としてプロットされている。
【図２Ａ】本発明による制御方法の第１の実施形態の主要な方法ステップを含むフローチャートである。
【図２Ｂ】本発明による制御方法の第２の実施形態の主要な方法ステップを含むフローチャートである。
【図２Ｃ】本発明による制御方法の第３の実施形態の主要な方法ステップを含むフローチャートである。
【図３Ａ】検査されるべきインジェクタの相対的な噴射率を表す目安を判定するための、本発明による評価方法の第１の実施形態の主要な方法ステップを含むフローチャートである。
【図３Ｂ】評価方法の第１の実施形態のための基礎としての役目を果たす、キャビテーション画像として光学式に検知されるインジェクタのスプレーパターンである。
【図４Ａ】検査されるべきインジェクタから吐出されるスプレーパターンの画像平面での噴霧拡散を表す目安を判定するための、本発明による評価方法の第２の実施形態の主要な方法ステップを含むフローチャートである。
【図４Ｂ】評価方法の第２の実施形態のための基礎としての、時間的にすぐ連続して検知される２つのキャビテーション画像の投影である。
【図４Ｃ】検査されるべきインジェクタから吐出されるスプレーパターンの噴霧軸に沿った噴霧拡散を表す目安を判定するための、本発明による評価方法の第３の実施形態の主要な方法ステップを含むフローチャートである。
【図４Ｄ】判定されるべき噴霧拡散速度についての計算基礎としての、それぞれ異なる時点でそれぞれ対応する外側半径を用いて簡略化して略示として示された、インジェクタから吐出されるスプレーパターンの原理的な時間的な発散挙動を大まかに図像化するための略図である。
【図４Ｅ】単一の画像平面で判定されるべき噴霧拡散速度についての計算基礎としての、インジェクタから吐出されるスプレーパターンの原理的な時間的な発散挙動を図像化するための略図である。
【図５Ａ】評価のときの測定室壁での望ましくない反射を抑圧するための、キャビテーション画像を用いて図像化された評価のための評価マスクである。
【図５Ｂ】噴霧以外の反射成分を抑圧するために評価のときに利用される、キャビテーション画像を用いて図像化された評価マスクである。
【図５Ｃ】キャビテーション画像で選択的に個々の噴霧ローブを分析するための、キャビテーション画像を用いて図像化された評価のために利用される評価マスクである。
【図６】本発明による方法に基づいて検出されて評価される測定グラフであり、ここでは縦軸に沿って正規化された噴射率Ｆ（ｔ）がプロットされ、それに対して横軸に沿って時間軸が延びており、時間的なシーケンスの個々のセンサ画像の明るい画像マトリクス要素の割合が、噴射プロセス中の撮影デバイスの撮影時間に対する関数依存で図示されることによって、光学式に検出される測定データの群が図示されており、これとの比較で、同時に液圧式に検出された測定曲線が図示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａは、測定室１１と光学式の撮影デバイス１２、ならびに照明デバイス１３を有する、全体として符号１０で表された装置を大幅に模式化された断面図で示している。測定室１１はインジェクタを検査するための役目を果たすものであり、検査されるべきインジェクタ１５を収容するために設けられるハウジング１４を有しており、該インジェクタは、ハウジング１４の上側に配置された壁部でそのために設けられた開口部の中央に挿入され、それにより、噴射穴を備えるインジェクタ端部が測定室１１の中に突入する。
【００２１】
ハウジング１４には、圧力センサ１６と、超音波源および超音波センサで構成される超音波変換デバイス１７とが収容されている。それによって測定室１１は、液圧式の圧力上昇分析器としての機能性を有している。インジェクタ１５がその噴射開口部ないし噴射穴を通して、液体で満たされた測定室１１の中に液体を噴射し、それによって測定室１１の圧力が上昇すると、従来式の仕方により、圧力センサ１６と超音波変換デバイス１７とによって測定室１１の中の圧力と音速を同時に測定することで、インジェクタの特徴的な特性量すなわち噴射率を判定することができる。
【００２２】
照明デバイス１３と光学式の撮影デバイス１２が測定室１１と協同作用することによって、装置１０は、噴射プロセスのときにインジェクタ１５の噴射穴でそこから外に出る燃料のスプレーパターン１８の横断平面として生成される噴霧画像３０を光学式に検知し、図示しない評価デバイスによってこれを定量的に分析するために、光学式のセンサ機能性を有している。そのために、ハウジング１４はインジェクタ１５と向かい合うように配置された底面側１４’に、そのほぼ中央に収容された、光学的に透明な窓として構成される光学式のアクセス部２０を有している。照明デバイス１３は環状の発光ダイオード構造（ＬＥＤ構造）として構成されるとともに、外側でハウジング１４の底面側１４’に配置されて、ＬＥＤ構造１３の環状内面が、底面側１４’から突き出ている光学窓２０の区域を取り囲むようになっている。環状のＬＥＤ構造１３から照射される光は、光学窓２０を介して測定室１１の中に到達する。測定室の中に照射された光が測定室１１の内壁で望ましくない反射をするのをほぼ抑圧するために、測定室１１の内壁はブラッキングされて構成されており、それにより測定室１１の中に入射する光は、実質的に、検査されるべきインジェクタ１５の噴射穴からの噴射プロセス中のキャビテーションによって噴霧ローブの形態で生じてスプレーパターン１８を形成する相境界で反射される。この相境界ではね返され、ないしは反射された光の少なくとも一部が光学窓２０を通って、およびＬＥＤ構造１３の内側リングを通って外部に出てから、方向転換ミラー２１を介して９０°だけ方向転換されて、撮影デバイス１２により噴霧画像ないしキャビテーション画像３０として検知され、このとき、前置されている対物レンズ２２が、方向転換ミラー２１から入射してくる光線束を撮影デバイス１２の画像センサ（図示せず）に結像し、この撮影デバイスは、本実施例では画像センサとしてのＣＭＯＳアレイないしＣＣＤ（”ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ”）アレイを有する高速デジタルカメラとして構成されている。このとき環状のＬＥＤ構造１３、光学窓２０、およびインジェクタ１５が、互いに同心的に測定室１１の長軸１１’に沿って配置されるのが好都合である。撮影デバイス１２は、前置された対物レンズ２２とともに位置決めキャリッジ２４の上に取り付けられ、この位置決めキャリッジは、撮影デバイス１２の画像平面をその焦点調整に関わりなく変更できるようにするために、案内部２５に沿って水平方向へスライド可能なように構成されている。制御・評価デバイス（図示せず）が、一方では、位置決めキャリッジ２４を制御するため、インジェクタ１５の噴射挙動を制御するため、ＬＥＤ構造の光エミッションをパルス制御するため、およびこれに時間的に適合された撮影デバイス１２の撮影挙動のための役目を果たし、他方では、撮影デバイス１２の画像センサにより検知された光強度を評価するための役目を果たす。そのために、制御・評価デバイスは制御・データ回線（図示せず）を介して、インジェクタのセンサエレクトロニクス、ＬＥＤ構造、撮影カメラとその対物レンズ、および位置決めキャリッジの制御エレクトロニクスと電気接続されている。さらに制御・評価デバイスは、光学式に得られたデータを、これと同時に圧力測定および音速測定から液圧式に得られたデータと相関づける。
【００２３】
図１Ｂは、本発明による装置１０によって実現される測定が示された図表２７を示しており、一方では、検査されるべきインジェクタの時間的に連続する２つの噴射について液圧式に検出された測定を２つのグラフ２８，２８’に含むとともに、これにそれぞれ時間的に相関関係にある光学式に検出されたキャビテーション画像３０’，３０’’を含んでいる。両方のグラフ２８，２８’では、測定室内で継続的に測定される圧力ｐと、測定された音速ｃとを用いて判定された噴射質量ｍおよび噴射率ｄｍ／ｄｔが、たとえば図示している前噴射、主噴射、および後噴射からなるマルチインジェクション中の時間の関数として示されている。両方のグラフ２８，２８’の各々に、前噴射についてたとえば三角形ののこぎり波状パルス２９が適用され、主噴射について台形状のパルス２９’が適用され、後噴射について、主噴射に比べて短いパルス時間を有する台形状のパルス２９’’が適用されることによってインジェクタの噴射を制御可能である制御パルス列が割り当てられている。さらに両方のグラフ２８，２８’の各々に対して、噴射と同期して行われる測定室の照明が惹起される、照明デバイスの発光ダイオードを制御するための制御信号３９が示されており、制御信号は実質的に方形のパルス形状を有していて、そのパルス長は前噴射、主噴射、および後噴射にわたって延びるように設定されている。図１Ｂがさらに図示するように、噴射率ｄｍ／ｄｔが高くなるほどキャビテーション事象が顕著になる。というのも、前噴射と同時に記録されるキャビテーション画像３０’は、半径方向に延びる噴霧ローブがこれに比べて明らかに長い到達範囲を有する、主噴射中に高い噴射率で記録されるキャビテーション画像３０’’よりも明らかに顕著さが低いからである。
【００２４】
図２Ａは、さまざまな装置コンポーネントを、すなわち撮影カメラ、その対物レンズ、ＬＥＤ構造などを、検査されるべきインジェクタの噴射プロセスと同期化する役目を果たす、第１の方法態様に基づく本発明による制御方法の主要な方法ステップを、著しく模式化されたフローチャート１００を用いて示している。第１の方法ステップ１０１で、制御パルスがインジェクタ１５のエレクトロニクス、ＬＥＤ構造１３、撮影カメラ１２、対物レンズ２２に同期して伝送され、それによりインジェクタ１５が燃料をその噴射穴から吐出して、測定室１１の中に噴射する。それと同時にＬＥＤリング１３が光パルスを放出し、対物レンズ２２が絞りと焦点を調整し、撮影カメラ１２が事前設定された露光時間のあいだシャッターを開き、それに伴ってＬＥＤリング１３から発せられる光が、スプレーパターン１８としてインジェクタから吐出される燃料の相境界で反射されて、測定室１１から光学窓２０、方向転換ミラー２１、および対物レンズ２２を介して撮影カメラ１２の画像センサに到達し、ないしは結像される。まだ露光段階中に行われる第２の方法ステップ１０２で、インジェクタの噴射プロセスのとき典型的に生成されるスプレーパターンないしキャビテーション画像を画像センサで鮮明に結像するために、対物レンズ１１の画像平面がインジェクタ１５の噴射穴の平面に合わせて焦点合せされる。これら両方の調節ステップ１０１および１０２の後に、時間的に連続する個別画像のシーケンスを開始するために、これに引き続く方法ステップ１０３であらためて制御パルスがインジェクタ１５のエレクトロニクス、ＬＥＤ構造１３、および撮影カメラ１２に送られ、これを受けて後続の方法ステップ１０４で第１の個別画像が検出される。次の方法ステップ１０５で、そのすぐ前に検出された最新の個別画像が、それぞれの光強度が検出されている画像マトリクス要素ないしピクセルを有する画像マトリクスとして記憶媒体に保存される。これに続く検査ステップ１０６で、プリセットされた個別画像のシーケンスがすでに処理されたか否かが継続的に照会され、照会結果が否定的であるときはステップ１０３へとジャンプして戻り、それぞれ次の個別画像の検出と保存をするためのステップ１０４および１０５を含む手順がステップ１０３から１０６を含むループの内部で、ループの添字をカウンタで１だけ周期的に増分させながら進行していき、それに対して照会結果が肯定的であるときは、すなわち個別画像のシーケンスが検出されて保存されているときは、ループが終了され、ないしはループから離れて、続く方法ステップ１０７で評価方法へのジャンプを開始する。制御・測定データ検出方法のこの実施形態で得られた個別画像は、光学的な装置コンフィグレーションに基づき、対物レンズ２２で一定に調整される画像平面に沿った、インジェクタにより生成されるキャビテーションの横断面である。
【００２５】
図２Ｂは、さまざまな装置コンポーネントを、すなわち撮影カメラ、その対物レンズ、およびＬＥＤ構造および位置決めキャリッジを、検査されるべきインジェクタの噴射プロセスと同期化するための役目を果たす、第２の方法態様に基づく本発明による制御方法の主要な方法ステップを、著しく模式化されたフローチャート１００’を用いて示している。制御・測定データ検出方法１００の第１の実施形態とは異なり、制御方法１００’の第２の実施形態ではさらに追加して位置決めキャリッジ２４が、その上に取り付けられた撮影カメラ１２およびこれに前置された対物レンズ２２を、調整された対物レンズ焦点距離に関わりなく案内レール２５に沿って移動させることができるようにするために制御される。初期化をする方法ステップ１０１’で、位置決めキャリッジが初期位置ないしスタート位置へと移動する。これを受けて次の方法ステップ１０２’で、検査されるべきインジェクタ１５のエレクトロニクス、ＬＥＤ構造１３、撮影カメラ１２、およびその対物レンズ２２に制御パルス信号が同期して出され、それによりインジェクタ１５が燃料を噴射穴から吐出して、測定室１１の中に噴射する。それと同時にＬＥＤリング１３が光パルスを放出し、対物レンズ２２が絞りと焦点を調整し、撮影カメラ１２が事前設定された露光時間のあいだシャッターを開き、それに伴ってＬＥＤリング１３から発せられる光が、スプレーパターン１８としてインジェクタから放出される燃料の相境界で反射されて、測定室１１から光学コンポーネント２０，２１，および２２を介して撮影カメラ１２の画像センサに到達し、ないしは結像される。まだ露光段階中に行われる方法ステップ１０３’で、インジェクタの噴射プロセスのとき典型的に生成されるスプレーパターンをキャビテーション画像として画像センサで鮮明に結像するために、対物レンズ２２の画像平面がインジェクタ１５の噴射穴の平面に合わせて焦点合せされる。これらの調節ステップ１０１’，１０２’および１０３’の後に、時間的に連続する個別画像のシーケンスを開始するために、これに引き続く方法ステップ１０４’で制御パルス信号がインジェクタ１５のエレクトロニクス、ＬＥＤ構造１３、撮影カメラ１２、および対物レンズに送られ、これを受けてすぐ後続する方法ステップ１０５’で個別画像が検出され、その次の方法ステップ１０６’で、画像マトリクスとして記憶媒体に保存される。保存１０６’の後、これに引き続く方法ステップ１０７’で、制御パルス信号が位置決めデバイスないし位置決めキャリッジに送られて、ステップ１０１’のときにスタート位置ｘ０に合わせて調整された位置決めキャリッジを、送りΔｘの分だけ新たな位置ｘ：＝ｘ０＋Δｘへと移動させる。それによって画像平面がΔｘだけ変化する。これに引き続く検査ステップ１０８’で、プリセットされたシーケンスがすでに処理されたか否かが継続的に照会され、照会結果が否定的であるときはステップ１０４’へとジャンプして戻り、それぞれ次の個別画像の検出と保存をするためのステップ１０５’および１０６’を含む手順がステップ１０４’から１０８’を含むループの内部で進行していき、このとき個別画像をカウントするためのループの添字がそのつど１のカウンタだけ増大ないし増分され、それに対して照会結果が肯定的であるときは、すなわち個別画像のシーケンスが検出されて保存されているときは、ループが終了され、ないしはループから離れて、続く方法ステップ１０９’で−あとでまた説明する−評価方法へのジャンプを開始する。ループ１０４’から１０８’を１回通過するたびに位置決めキャリッジの位置がそのつどΔｘだけ変化するので、制御・測定データ検出方法のこの実施形態で得られるシーケンスの個別画像は、そのつど測定室の中にあるインジェクタにより生成されるスプレーパターンを連続的に走査する互いにオフセットされた横断面であり、それにより−フローチャート１００の第１の制御方法態様とは異なり−、ただ１つのシーケンスによって、インジェクタのスプレーパターンを事実上三次元で一度に表現可能である。
【００２６】
図２Ｃは、さまざまな装置コンポーネントを、すなわち撮影カメラ、その対物レンズ、およびＬＥＤ構造および位置決めキャリッジを、検査されるべきインジェクタの噴射プロセスと同期化するための役目を果たす、第３の方法態様に基づく本発明による制御方法の主要な方法ステップを、著しく模式化されたフローチャート１００’’を用いて示している。制御・測定データ検出方法１００の第１の実施形態とは異なり、制御方法１００’’の第３の実施形態ではさらに追加して位置決めキャリッジ２４が、その上に取り付けられた撮影カメラ１２およびこれに前置された対物レンズ２２を、調整された対物レンズ焦点距離に関わりなく案内レール２５に沿って移動させることができるようにするために制御される。初期化をする方法ステップ１０１’’で、位置決めキャリッジが初期位置ないしスタート位置へと移動する。これを受けて次の方法ステップ１０２’’で、検査されるべきインジェクタ１５のエレクトロニクス、ＬＥＤ構造１３、撮影カメラ１２、およびその対物レンズ２２に制御パルス信号が同期して出され、それによりインジェクタ１５が燃料を噴射穴から吐出して、測定室１１の中に噴射する。それと同時にＬＥＤリング１３が光パルスを放出し、対物レンズ２２が絞りと焦点を調整し、撮影カメラ１２が事前設定された露光時間のあいだシャッターを開き、それに伴ってＬＥＤリング１３から発せられる光が、スプレーパターンとしてインジェクタから放出される燃料の相境界で反射されて、測定室１１から光学コンポーネント２０，２１，および２２を介して撮影カメラ１２の画像センサに到達し、ないしは結像される。まだ露光段階中に行われる方法ステップ１０３’’で、インジェクタの噴射プロセスのとき典型的に生成されるスプレーパターンをキャビテーション画像として画像センサで鮮明に結像するために、対物レンズ２２の画像平面がインジェクタ１５の噴射穴の平面に合わせて焦点合せされる。これらの調節ステップ１０１’’，１０２’’および１０３’’の後に、時間的に連続する個別画像のシーケンスを開始するために、これに引き続く方法ステップ１０４’’で制御パルス信号がインジェクタ１５のエレクトロニクス、ＬＥＤ構造１３、撮影カメラ１２、および対物レンズに送られ、これを受けてすぐ後続する方法ステップ１０５’’で個別画像が検出され、その次の方法ステップ１０６’’で画像マトリクスとして記憶媒体に保存される。これに続く検査ステップ１０７’’で、プリセットされた個別画像の時間的シーケンスがすでに処理されたか否かが継続的に照会され、照会結果が否定的であるときはステップ１０４’’へとジャンプして戻り、それぞれ次の個別画像の検出と保存をするためのステップ１０５’’および１０６’’を含む手順がステップ１０４’’から１０７’’を含むループの内部で、ループの添字をカウンタで１だけ周期的に増分させながら進行していき、それに対して照会結果が肯定的であるときは、すなわち個別画像の時間的シーケンスが検出されて保存されているときは、ループが終了され、ないしはループから離れて、続く方法ステップ１０８’’で、制御パルス信号が位置決めデバイスないし位置決めキャリッジに送られて、ステップ１０１’’のときにスタート位置ｘ０に合わせて調整された位置決めキャリッジを送りΔｘだけ新たな位置ｘ：＝ｘ０＋Δｘへと移動させる。それによって画像平面がΔｘだけ変化する。これに引き続く検査ステップ１０９’’で、プリセットされた画像平面のシーケンスがすでに処理されたか否かが継続的に照会され、照会結果が否定的であるときはステップ１０４’’へとジャンプして戻り、次の画像平面およびその時間的シーケンスのそれぞれ次の個別画像の検出と保存をするためのステップ１０５’’および１０６’’を含む手順がステップ１０４’’から１０９’’を含むループの内部で進行していき、このとき個別画像をカウントするためのループの添字がそのつど１のカウンタだけ増大ないし増分され、それに対して照会結果が肯定的であるときは、すなわちすべての画像平面の個別画像のシーケンスが検出されて保存されているときは、ループが終了され、ないしはループから離れて、続く方法ステップ１１０’’で−あとでまた説明する−評価方法へのジャンプを開始する。ループ１０４’’から１０９’’を１回通過するたびに位置決めキャリッジの位置がそのつどΔｘだけ変化するので、制御・測定データ検出方法のこの実施形態で得られるシーケンスの個別画像は、そのつど測定室の中にあるインジェクタにより生成されるスプレーパターンを連続的に走査する互いにオフセットされた横断面であり、それにより−フローチャート１００の第１の制御方法態様とは異なり−、ただ１つのシーケンスによって、インジェクタのスプレーパターンを事実上三次元で一度に表示可能である。
【００２７】
図３Ａは、第１の実施形態に基づく本発明による評価方法２００の主要な方法ステップを含むフローチャートを示しており、キャビテーション画像として光学式に検知されるスプレーパターンを基礎として、インジェクタのそのつどの噴射率が判定される。図３Ｂは、撮影デバイスの画像センサによりデジタル式に検出され、全体として暗い画像背景に比べて高い光強度値を有する画像マトリクス要素ないしピクセルによって見分けられる噴霧ローブ３１を有する、このような種類のセンサ画像ないしキャビテーション画像３０を例示として示しており、噴霧ローブ３１を再現するピクセルの内部の強度分布は、たとえば８ビット深度で最大２５５までのグレースケールを含んでいる。第１の方法ステップ２０１で、時間的に連続して検知された撮影画像のシーケンスに属する第１のセンサ画像が分析され、画像マトリクスが要素ごとに、それぞれ包含ないし走査された光強度情報の観点から読み込まれる。これに続く方法ステップ２０２で、測定室内壁での反射に帰せられる外乱バックグラウンドを抑圧するための役目を基本的に果たす明暗境界を第１のセンサ画像の強度推移の内部で規定するために、第１のセンサ画像で強度閾値Ｇが規定される。これに続く方法ステップ２０３で、第１のセンサ画像の画像マトリクス要素Ｐｉのうち、これに割り当てられて保存されている光強度情報が事前設定された強度閾値に達しているもの、またはこれを上回っているものの認識ないし識別が行われる。これにすぐ後続する方法ステップ２０４は、次に掲げる式に基づき、第１のセンサ画像における定義された数ｍの事前に認識された画像マトリクス要素ないしピクセルＰｉの相対的な噴射率を判定するための役目を果たす：
【数３】
2021505812.tif 000005
【００２８】
ここではｎ（ｔ）により、相対的な噴射率が時間ｔに対する関数依存で表され、Ｐｊにより、画像センサにより検出されたｍ個の要素を有するそれぞれの噴霧画像のｊ番目のピクセルないし画像マトリクス要素が表され、Ｇにより、高い強度値とこれに比べて低い強度値との間に位置する境界値が表され、ｊにより、１からｍまで達する総和添字が表され、Ｋｊにより、それぞれの相関係数が表される。この相関係数は、それぞれ割り当てられた画像マトリクス要素で保存および検出される光強度情報値Ｉ（Ｐｊ，ｔ）を考慮するものであり、画像マトリクス要素値の正規化をｎ（ｔ）に対して惹起する。総和形成時には画像マトリクス要素Ｐｊのうち、その光強度情報値が境界値Ｇよりも大きいか、または境界値Ｇに等しいものだけが考慮される。次の方法ステップ２０５で、光学式に検知されたキャビテーション画像と対応する噴射率を表す目安として、時間ｔで第１のセンサ画像について判定されたｎ（ｔ）の保存が行われる。これに続いて行われる方法ステップ２０６は内部カウンタを１だけ増分するとともに、方法ステップ２０１へ戻るジャンプを惹起し、それは時間ｔ＋Δｔでの次のセンサ画像を、その後に続く方法ステップ２０２から２０５でこれに関わる噴射率ｎ（ｔ＋Δｔ）を判定する目的をもって、分析するためである。このような手順がシーケンスのその他のセンサ画像についても周期的に反復され、それにより、最終的に１つの撮影シーケンスの時間ｔでの各々のセンサ画像に対して、それぞれ割り当てられた噴射率ｎ（ｔ）が存在することになる。最後の方法ステップ２０７で、分析されたすべてのセンサ画像についてそれぞれの噴射率ｎ（ｔ）が表され、これらに対してそれぞれ時間的に同時発生するように圧力ｐと音速ｃを用いた液圧式の測定検出で検出された噴射率が相関づけられる。
【００２９】
図４Ａは、第２の実施形態に基づく本発明による評価方法の主要な方法ステップを含むフローチャート３００を示しており、このことは基本的に、噴霧拡散速度をキャビテーションによって決定する役目を果たす。このとき初期化ステップ３０１で内部カウンタｉがゼロにセットされ、これを受けて次の方法ステップ３０２でカウンタｉが１だけ増分され、すなわちｉ：＝ｉ＋１となり、これに続く方法ステップ３０３で、検出されたｍ個のセンサ画像Ｓ１，Ｓ２，．．．，Ｓｉ，．．．Ｓｍのシーケンスないし列に属する添字表記された第１のセンサ画像Ｓ１を処理ないし評価する。その後に続く方法ステップ３０４で、識別されたキャビテーションパターンの噴霧ローブの径方向外側に向かって離れていくように延びる端部と対応する、現在処理されているセンサ画像Ｓｉの画像マトリクス要素で明暗強度閾が判定され、この明暗強度閾と関連付けられる画像マトリクス要素ないしピクセルは、半径Ｒｉを有する仮想的な−センサ画像で径方向に延びる−円環にほぼ沿って配置される。その後に続く方法ステップ３０５は、前のステップ３０４で判定されてピクセル間隔の単位で算出された結像縮尺のＲｉと、本実施例では検査されるべきインジェクタのノズル直径であってよい物体サイズとをベースとして、径方向の噴霧拡散半径ｒｉをｍｍの単位で算定ないし決定するための役目を果たす。次の方法ステップ３０６で、こうして算出された噴霧拡散半径ｒｉが、最新のセンサ画像ｉの割り当てられた撮影時点ｔｉとともに一組の値として保存される。次の評価ステップを実施するために、時間的に連続する少なくとも２つのセンサ画像が分析されるので、まず中間ステップ３０７で、カウンタｉが２以上であるか否かの検討が行われ、ｉ：＝１のカウンタ水準であればステップ３０２へジャンプして戻り、カウンタ水準を増分し、次のセンサ画像を処理してからステップ３０４から３０６を実行し、または、それが該当しない場合には次の方法ステップ３０８へと移行する。というのも方法ステップ３０８では、時間的に連続する２つのセンサ画像Ｓｉ＋１およびＳｉの評価から、これらについてそれぞれ判定される一組の値について、次式に従って商ｖが形成されるからである：
【数４】
2021505812.tif 000006
【００３０】
ここでｖ（ｔｉ＋１）により商が表され、ｒｉにより、それぞれのセンサ画像について判定された噴霧半径が表され、ｔｉにより、センサ画像のそれぞれの撮影時点が表され、それに対してｒｉ＋１は、時間的に後続して時点ｔｉ＋１で撮影されたセンサ画像について判定された噴霧拡散半径を表す。このように式（２）は、ｖ＝Δｒ／Δｔから導き出される。商ｖ（ｔｉ＋１）は、−径方向外方へ離れていくように向くキャビテーションの噴霧ローブの端部にそれぞれ存在する−それぞれ時間的に直接的に連続して検出された２つのセンサ画像ないし撮影画像の間の明暗強度閾の環状の拡散を表す目安となり、すなわち、横断平面における噴霧拡散速度ｖを表し、同時に実行される噴射量の液圧式の測定を考慮したうえで、これが相応の噴霧パルスｐを判定するために利用される。これを図解するために図４Ｂは、時間的に直接的に連続するように検出された２つのキャビテーション画像の投影２６を示しており、噴霧ローブ３１の端部に関する明暗強度閾の半径が、第１のキャビテーション画像についてはｒ１で表され、第２のキャビテーション画像についてはｒ２で表されている。その後に続く方法ステップ３０９で、横断平面における噴霧拡散速度ｖを表す目安として先ほどそれぞれ判定された商と、これから計算された横断平面における噴霧パルスｐとが保存されて表示される。これに続く中間ステップ３１０は、最新のカウンタ水準をチェックし、シーケンスの全部のセンサ画像がまだ分析ないし評価されていない場合にはステップ３０２へジャンプして戻るための役目を果たす。それが該当しない場合、最後のステップ３１１でこの方法ブロック３００の終了が行われ、上位の制御方法にジャンプして戻る。
【００３１】
図４Ｃは、第３の実施形態に基づく本発明による評価方法の主要な方法ステップを含むフローチャート３００’を示しており、このことは基本的に、画像平面における噴霧拡散速度を判定する図４Ａの評価方法とは異なり、噴霧軸ｖＳ（ｔｉ）に沿ったキャビテーションによって噴霧拡散速度を決定する役目を果たす。そのために、初期化ステップ３０１’で内部カウンタｉがゼロにセットされるとともに内部カウンタｊがゼロにセットされ、すなわちｉ：＝０かつｊ：＝０となり、このときカウンタｉは時間的な添字として、特定の画像平面についての個別画像撮影ないしセンサ画像Ｓを時間の観点から添字表記するための役目を果たし、それに対してカウンタｊは、個別画像撮影Ｓの空間的な添字表記をするための添字としての役目を果たし、すなわち、相応の個別画像撮影のそれぞれの画像平面のポジションないし位置を添字表記する。これに続いて方法ステップ３０２’および３０３’で、まずカウンタｉが１だけ増分され、すなわちｉ：＝ｉ＋１となり、次いでカウンタｊが１だけ増分され、すなわちｊ：＝ｊ＋１となり、これを受けて次の方法ステップ３０４’で、検出されて保存されているセンサ画像の集合から相応に添字表記されたセンサ画像Ｓｉｊを選び出して処理し、ないしは評価する。これにすぐ後続する方法ステップ３０５’で、現在処理されているセンサ画像Ｓｉｊの画像マトリクス要素を参照して半径Ｒｉｊが（ピクセル間隔単位で）判定され、その次の方法ステップ３０５’’で、そこから実際の噴霧拡散半径ｒｉｊをｍｍの単位で計算する。さらに次の方法ステップ３０６’で、算出された噴霧拡散半径ｒｉｊが、これに割り当てられる撮影時点ｔｉおよび現在処理されているセンサ画像の画像平面位置ｘｊとともに三つ組みの値（ｒｉｊ，ｔｉ，ｘｊ）として保存される。少なくとも２つのセンサ画像を分析ないし相互比較できるようにするために、中間ステップ３０７’で、カウンタｊが２以上であるか否かの検討が行われ、結果が否定的であればステップ３０３’へジャンプして戻り、ｊについてのカウンタ水準を１だけ増分して次のセンサ画像を処理し、ステップ３０４’から３０６’があらためて連続して実行され、または、それが該当しない場合には次の方法ステップ３０８’へと移行する。この方法ステップ３０８’は検査ステップとして、撮影時点ｔｉで最大の半径を有する画像平面を見出すために、分析のために互いに割り当てられた２つのセンサ画像が相応の噴霧拡散半径ｒｉｊおよびｒｉ，ｊ−１について不等式ｒｉｊ≧ｒｉ，ｊ−１を満たすか否かの照会を実行するための役目を果たす。照会結果が否定的であるときは、三つ組みの値（ｒｉｊ，ｔｉ，ｘｊ）を保存するためにステップ３０６’にジャンプして戻り、それに対して照会結果が肯定的であるときは次のステップ３０９’への移行が行われ、そこでカウンタｊがゼロにセットされ、すなわちｊ：＝０となり、これを受けて次のステップ３１０’で、一組ごとに分析されるべきセンサ画像について、カウンタｉが２以上であるか否かの照会が実行される。照会結果が否定的であるときはステップ３０２’にジャンプして戻り、そこでｉについてカウンタ増分が実行され、すなわちｉ：＝ｉ＋１となり、それに対して照会結果が肯定的であるときはステップ３１１’への移行が行われ、そこで、あとでまた詳しく説明するように、噴霧軸に沿った噴霧拡散速度ｖＳ（ｔｉ）が計算される。そしてこれに続くステップ３１２’で、計算された噴射拡散速度が、これから算出される噴霧拡散パルスｐＳとともに保存される。さらに次のステップ３１３’で、１つのシーケンスが完成ないし処理されたか否か、すなわち、最新のカウンタ水準ｉが、保存されているセンサ画像の規模ｍに相当しているか否かの照会が行われる。照会結果が否定的であるとき、カウンタの増分が１だけなされるステップ３０２’へとジャンプして戻り、すなわちｉ：＝ｉ＋１となり、それに対して照会結果が肯定的であるときは最後のステップ３１４’への移行が行われ、そこで上位の制御方法へとジャンプして戻る。
【００３２】
図４Ｄは、図４Ｃの方法ステップ３１１’で行われる噴霧拡散速度ｖＳ（ｔ）の決定のための計算基礎としての図式的な略図を示している。ここでは、インジェクタ１５から吐出されるスプレーパターンが時間に依存して、その噴霧軸１８−３に沿ってどのように空間的に拡散していくかが略図として示されており、このスプレーパターンは、時点ｔｉでの第１の状態１８−１と、時点ｔｉ＋１での第２の状態１８−２とで、それぞれの外側半径ｒｉおよびｒｉ＋１を用いて明示されている。スプレーパターン状態１８−１，１８−２のこれらの外側半径に対して、ｘ，ｙ，ｚ座標系のｚ軸に沿って互いに間隔をおく異なる画像平面ｚｊ＋１およびｚｊ＋３が割り当てられている。そのために、図式的に示すこの実施例については、噴霧軸１８−３に沿って両方の状態１８−１，１８−２の間に直角三角形１８−４を座標系で作図可能であり、そこでは直角を挟む両方の辺について次の関係
ｄｚ＝ｚｊ＋３−ｚｊ＋１  式（３）
および
ｄｘ＝ｄｒ＝ｒｉ＋１−ｒｉ  式（４）
が成り立ち、ここでｄｚにより変数ｚの微分が表され、ｄｘによりｘの微分が表され、ｄｒによりｒの微分が表され、ｄｓにより変数ｓの微分が表されている。
そして斜辺については次式が成り立つ：
【数５】
2021505812.tif 000007
それにより噴霧拡散速度ｖＳ（ｔｉ＋１）については、式３から式５を基本式ｖＳ（ｔｉ＋１）＝ｄｓ／ｄｔへｄｔ＝ｔｉ＋１−ｔｉをもって代入することで、ｖＳ（ｔｉ＋１）についての相応の評価式がもたらされ、この評価式は、本実施例については関数ｆ（ｚｉ＋３，ｚｉ＋１，ｒｉ＋１，ｒｉ，ｔｉ＋１，ｔｉ）として表すことが可能である。
【００３３】
図４Ｅは、−図４Ｄに示す模式図とは異なり−図４Ａおよび図４Ｂに示すただ１つの画像平面でのみ、判定されるべき噴霧拡散速度についての計算基礎としての役目を果たす、インジェクタ１５から吐出されるスプレーパターンの時間的な発散挙動を図解するための模式図を示している。ここでは、噴霧軸１８−３に沿って拡散していくスプレーパターンが、時点ｔｉでの第１の状態１８−１と、時点ｔｉ＋１での第２の状態１８−２とで、それぞれの外側半径ｒｉおよびｒｉ＋１を用いて明示されており、これらの外側半径は、ｘ，ｙ，ｚ座標系における画像平面ｚ’とのそれぞれの交点によって生じる。それにより、両方の状態１８−１と１８−２の間の経路差ｄｒの計算のために関係ｄｒ＝ｒｉ＋１−ｒｉがもたらされ、ここで時間差はｄｔ＝ｔｉ＋１−ｔ１である。したがって、ｖ（ｔｉ＋１）の計算については関係ｖ（ｔｉ＋１）＝ｄｒ／ｄｔが成り立つ。
【００３４】
図５Ａは、本発明による装置１０によって光学式に検出されたキャビテーション画像３０を示しており、このキャビテーション画像は、高い強度値（明るく図示）を有する画像センサの画像マトリクス要素ないしピクセルによって明示された、中央の画像領域で対称に配置されている噴霧ローブ３１のほかに領域３３を画像縁部のところに有しており、該領域の割り当てられる画像マトリクス要素は同じく高い強度値を含んでいて、測定室の内壁での照射された光の望ましくない反射に原因が帰せられる。本発明による評価方法の内部でこの種の反射の影響を低減するために、各々のセンサ画像ないしキャビテーション画像に評価マスク３２が割り当てられ、それは、このような画像マトリクス要素を評価にあたって除外するためであり、すなわち、それぞれのキャビテーション画像の画像マトリクスで評価範囲を相応に制限するためである。そのために図５Ａに示す態様では、画像中心３４と反対を向くほうの噴霧ローブ３１の端部と、デジタル式に走査ないし検出されたキャビテーション画像の反射を含んでいる縁部領域との間に、径方向に延びる評価マスク３２が挿入されており、その半径は、画像中心３４に関して噴霧ローブ３１の径方向の伸長よりも大きいが、縁部領域３３の径方向の位置より小さく設定されており、それにより、画像マトリクスの縁部領域３３の画像マトリクス要素は式（１）に基づく評価にあたって考慮されないままに保たれ、したがって、評価マスク３２の半径の内部に位置する画像マトリクス要素だけが式（１）に基づく評価にあたって考慮される。
【００３５】
図５Ｂは、上記に対して改変された評価マスク３５を示しており、この評価マスクは−図５Ａのものとは異なり−実質的に星形の構造を有するとともに、星形の構造の各々の輪郭要素にそれぞれ１つの噴霧ローブ３１が割り当てられるように設計されており、それにより各々の個々の噴霧ローブが取り囲まれ、それぞれ互いに隣接する輪郭要素の間でそれぞれの中間スペースが区切られ、各々の輪郭要素の径方向の伸長は、それぞれの噴霧ローブ３１の端部の径方向で見た位置よりも大きいが、縁部領域３３の径方向で見た位置よりは明らかに小さい。それにより式（１）に基づく評価にあたって、それぞれ隣接する噴霧ローブ３１の間に位置する、および噴霧ローブの端部と画像縁部３３との間に位置する、画像領域の画像マトリクス要素は考慮されないままに保たれ、このことは評価にあたって、画像背景に対する噴霧関連の画像成分の強調を惹起する。
【００３６】
図５Ｃは、−図５Ａおよび図５Ｂに示す実施形態とは異なり−、キャビテーション画像のただ１つの噴霧ローブ３１だけが選択的に割り当てられ、マスク構造がほぼ噴霧ローブ３１の原点から発して噴霧ローブをその外側縁部で端部まで密接して区切るように噴霧ローブ３１を取り囲む構造を有する、再度改変された評価マスク３６を示しており、この評価マスク３６の構造の径方向の伸長は、径方向で見た噴霧ローブ３１の端部の位置よりも大きく設定されている。それにより、式（１）に基づく評価にあたって、個々の噴霧ローブ３１の強度分布を反映する画像マトリクス要素の明らかに外部に位置する画像領域の画像マトリクス要素が考慮されないままに保たれる。この種のマスク構造がキャビテーション画像の個々の噴霧ローブ３１に選択的に適用されることに基づき、対応する噴射穴に関してたとえば製造公差を判断し、および／または製造の不具合を位置特定できるようにするために、非対称性効果すなわち個々の噴霧ローブ３１の相互の強度分布の相違を、定量的に分析可能かつ評価可能である。
【００３７】
図６は、正規化された噴射率を表す目安として光学的に取得されて本発明の方法により評価された測定データ４１が、それぞれ横軸に沿って延びる噴射プロセス中の時間ｔに対する関数依存でプロットされるとともに、これとの比較で、液圧式に検出されて１の最大値に正規化された噴射率が実線の測定曲線４２によってプロットされた測定グラフ４０を示している。光学式に測定されて本発明の方法によりフローチャート２００に従って評価された測定データ４１が、調整された強度閾値に関してそれぞれ互いに相違する、図６にそれぞれ異なる記号で示された各群に下位区分されており、割り当てられる測定データが標準記号
2021505812.tif 000008
で表された第１の群については、たとえば０から２５５まで及ぶ８ビットグレー値深度でたとえば１５０の閾を超える強度値を有するそれぞれのキャビテーション画像のピクセルだけが計数で考慮されており、割り当てられる測定データが標準記号◇で表されている第２の群については、２２０の閾を超える強度値を有するピクセルだけが考慮されており、割り当てられる測定データが標準記号○で表された第３の群については、２５０の閾を超える強度値を有するピクセルだけが考慮されている。光学式に検出されて評価された測定データ４１の３つすべての群が、図６に示すように互いに密接に位置するとともに、時間軸ｔに沿ってほぼ鐘形の分布を有しており、その立上りエッジ４４が噴射プロセスの開始と対応し、立下りエッジ４４’が終了と対応する。これと同時に液圧式に検出された噴射率が、縦軸に沿って実線の測定曲線４２として示されており、この噴射率は基本的に、継続して測定される測定室内の圧力ｐ（ｔ）および測定される圧力依存的な音速ｃ（ｐ）の時間的推移の関数として判定される。光学式の認識ないし走査で得られた測定データと、これと同時に液圧式に検出される測定曲線とは両方とも、直接的な比較を可能にするために、縦軸Ｆ（ｔ）に関して１の最大値に合わせて正規化されている。さらに図６は、光学式に得られた測定データ４１の時間的推移と、液圧式に得られた測定曲線４２の推移との間の基本的な一致を示している。噴射開始と噴射終了も−同時に行われる液圧式の測定と近似的に時間的に一致して−、立上りエッジ４４と立下りエッジ４４’を参照して一義的に決定可能である。液圧式の測定とは異なり光学式の認識ないし走査でエッジ急峻度が高いことは、液圧式の測定ではローパスフィルタが測定エレクトロニクスユニットで利用されることに理由が帰せられ、これが測定室での固有振動をフィルタアウトするための役目を果たすが、副作用として、一方では、実線の測定曲線のエッジ領域での明らかにいっそう低傾斜の推移のために作用するとともに、他方では、両方のエッジ４４，４４’の間に位置するプラトー領域４５での測定値分散ないし測定アーティファクトのために作用する。
【符号の説明】
【００３８】
１１  測定室
１２  撮影デバイス
１５  噴射弁
１８  スプレーパターン
２２  撮影デバイス
２４，２５  位置決めデバイス
３０  噴霧画像
【図１Ａ】
2021505812.tif 000011
【図１Ｂ】
2021505812.tif 000012
【図２Ａ】
2021505812.tif 000013
【図２Ｂ】
2021505812.tif 000014
【図２Ｃ】
2021505812.tif 000015
【図３Ａ】
2021505812.tif 000016
【図３Ｂ】
2021505812.tif 000017
【図４Ａ】
2021505812.tif 000018
【図４Ｂ】
2021505812.tif 000019
【図４Ｃ】
2021505812.tif 000020
【図４Ｄ】
2021505812.tif 000021
【図４Ｅ】
2021505812.tif 000022
【図５Ａ】
2021505812.tif 000023
【図５Ｂ】
2021505812.tif 000024
【図５Ｃ】
2021505812.tif 000025
【図６】
2021505812.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月5日(2020.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体のための噴射弁の噴射挙動の特性決定をする方法において、次の方法ステップを有し、
前記噴射弁（１５）によって測定室（１１）の中へ液体が噴射され、
前記噴射弁（１５）からスプレーパターン（１８）として吐出される液体に向けて前記測定室（１１）の中へ光が照射され、
位置解像された強度分布を得るために、前記噴射弁（１５）から吐出されるスプレーパターン（１８）の境界面で反射されて撮影デバイス（１２，２２）に結像される光によって生成される、時間的に連続する噴霧画像が検知および走査され、
検知および走査された噴霧画像（３０）に対してそれぞれ割り当てられる強度分布が評価され、このときそれぞれの強度分布において結像されたスプレーパターン（１８）に割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素が識別され、そのつど識別された画像マトリクス要素とその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安が判定される、そのような方法において、噴射挙動を表す目安として、特性量としての役目を果たす相対的な噴射率が次の関係
【数１】
2021505812.tif 000027
を用いて判定され、このときｎ（ｔ）により、時間ｔに関数依存する相対的な噴射率が表され、Ｇにより、高い強度値とこれに比べて明らかに低い強度値との間に位置する境界値が表され、Ｐｊにより、前記撮影デバイスにより検知および走査されたそれぞれの噴霧画像のｊ番目の画像マトリクス要素が表され、ｊにより、１からｍまで達する総和添字が表され、Ｋｊにより、それぞれの相関係数が表され、Ｋｊは、それぞれ割り当てられた画像マトリクス要素で検出される光強度情報値Ｉを考慮し、総和形成時には、それぞれの噴霧画像に含まれるスプレーパターンに割り当てられる画像マトリクス要素を識別するために、光強度値が境界値Ｇよりも大きいか、または境界値Ｇに等しい画像マトリクス要素Ｐｊだけが考慮されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記撮影デバイス（１２，２２）は、吐出されるスプレーパターン（１８）の横断平面が噴霧画像（３０）として鮮明に結像されるように調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
時間的に連続して検出される噴霧画像でそれぞれ異なる横断平面が結像および走査され、このとき前記撮影デバイス（１２，２２）の焦点距離がそのつど変更され、および／または前記撮影デバイス（１２，２２）が前記測定室（１１）との光学距離に関して変位することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
噴射の各々の時点でのそれぞれ異なる横断平面からスプレーパターンの三次元画像を生成できることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
噴射挙動を表す目安として横断平面における噴霧拡散速度が次の関係
【数２】
2021505812.tif 000028
を用いて判定され、ここでｖ（ｔｉ＋１）により噴霧拡散速度が表され、ｉにより、それぞれ処理されるべき噴霧画像についての添字が表され、ｒｉにより、ｉ番目の噴霧画像についての時点ｔｉでの噴霧拡散半径が表され、ｒｉ＋１により、（ｉ＋１）番目の噴霧画像についての時点ｔｉ＋１での噴霧拡散半径が表され、ｉ番目の噴霧画像で、結像されたスプレーパターン（１８）の噴霧ローブの外方を向く端部と対応する、噴霧拡散半径ｒｉを有する仮想的な円環の上にほぼ配置されている画像マトリクス要素が識別され、（ｉ＋１）番目の噴霧画像で、その際に結像されたスプレーパターン（１８）の噴霧ローブの外方を向く端部と対応する、噴霧拡散半径ｒｉ＋１を有する仮想的な円環の上にほぼ配置されている画像マトリクス要素が識別されることによって、時間的に連続する少なくとも２つの噴霧画像が検知および評価されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
スプレーパターンの三次元画像から噴霧軸に沿った噴霧拡散速度が判定されることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
結像関連の対象物サイズ、好ましくは検査されるべき噴射弁のノズル直径、および／または前記撮影デバイス（１２，２２）の結像縮尺および／または前記撮影デバイス（１２，２２）の分解能が考慮されることによって、噴霧拡散半径のキャリブレーションが行われることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
噴霧画像の光学式の検知と同時に、液圧式に取得される特性量の判定のために液圧式の測定が前記測定室（１１）で実行され、光学式に取得された測定データが液圧式に取得された測定データと特性量に関して相関づけられることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
さらに別の特性量として噴霧パルスが判定され、噴霧パルスは、横断平面で、または噴霧軸に沿って光学式に取得された噴霧拡散速度ｖ（ｔｉ＋１）と、液圧式に取得された噴射量とから、それぞれの積の形成によって判定されることを特徴とする、請求項５，６または７を引用している限りにおいて請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
測定室と、光学的なアクセス部を介して前記測定室の中へ光を照射するための照明デバイスと、前記測定室から前記光学的なアクセス部を介して戻ってくる光を検知するための撮影デバイスと、評価デバイスとを有し、前記評価デバイスは前記撮影デバイス（１２，２２）により検知および走査される噴霧画像を処理および評価するために前記撮影デバイス（１２，２２）とのデータ伝送接続を有し、前記評価デバイスは前記撮影デバイス（１２，２２）により検出されるそれぞれの噴霧画像の強度分布で、結像されたスプレーパターン（１８）に割り当てられる画像情報を含んでいる画像マトリクス要素を識別し、そのつど識別された画像マトリクス要素とその時間的動向を参照して噴射挙動を表す目安を判定する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置において、噴射挙動を表す目安として、特性量としての役目を果たす相対的な噴射率が次の関係
【数３】
2021505812.tif 000029
を用いて判定され、このときｎ（ｔ）により、時間ｔに関数依存する相対的な噴射率が表され、Ｇにより、高い強度値とこれに比べて明らかに低い強度値との間に位置する境界値が表され、Ｐｊにより、前記撮影デバイスにより検知および走査されたそれぞれの噴霧画像のｊ番目の画像マトリクス要素が表され、ｊにより、１からｍまで達する総和添字が表され、Ｋｊにより、それぞれの相関係数が表され、Ｋｊは、それぞれ割り当てられた画像マトリクス要素で検出される光強度情報値Ｉを考慮し、総和形成時には、それぞれの噴霧画像に含まれるスプレーパターンに割り当てられる画像マトリクス要素を識別するために、光強度値が境界値Ｇよりも大きいか、または境界値Ｇに等しい画像マトリクス要素Ｐｊだけが考慮されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記撮影デバイス（１２，２２）は、前記撮影デバイス（１２，２２）と前記測定室（１１）の間の光学的な経路長を変更するために、その光学軸に沿って付属の位置決めデバイス（２４，２５）により移動可能なように構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記撮影デバイス（１２，２２）は検知および走査された各々の噴霧画像についてそれぞれ位置解像された強度推移を検出するためにデジタルカメラとして構成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図６は、正規化された噴射率を表す目安として光学的に取得されて本発明の方法により評価された測定データ４１が、それぞれ横軸に沿って延びる噴射プロセス中の時間ｔに対する関数依存でプロットされるとともに、これとの比較で、液圧式に検出されて１の最大値に正規化された噴射率が実線の測定曲線４２によってプロットされた測定グラフ４０を示している。光学式に測定されて本発明の方法によりフローチャート２００に従って評価された測定データ４１が、調整された強度閾値に関してそれぞれ互いに相違する、図６にそれぞれ異なる記号で示された各群に下位区分されており、割り当てられる測定データが標準記号□で表された第１の群については、たとえば０から２５５まで及ぶ８ビットグレー値深度でたとえば１５０の閾を超える強度値を有するそれぞれのキャビテーション画像のピクセルだけが計数で考慮されており、割り当てられる測定データが標準記号◇で表されている第２の群については、２２０の閾を超える強度値を有するピクセルだけが考慮されており、割り当てられる測定データが標準記号○で表された第３の群については、２５０の閾を超える強度値を有するピクセルだけが考慮されている。光学式に検出されて評価された測定データ４１の３つすべての群が、図６に示すように互いに密接に位置するとともに、時間軸ｔに沿ってほぼ鐘形の分布を有しており、その立上りエッジ４４が噴射プロセスの開始と対応し、立下りエッジ４４’が終了と対応する。これと同時に液圧式に検出された噴射率が、縦軸に沿って実線の測定曲線４２として示されており、この噴射率は基本的に、継続して測定される測定室内の圧力ｐ（ｔ）および測定される圧力依存的な音速ｃ（ｐ）の時間的推移の関数として判定される。光学式の認識ないし走査で得られた測定データと、これと同時に液圧式に検出される測定曲線とは両方とも、直接的な比較を可能にするために、縦軸Ｆ（ｔ）に関して１の最大値に合わせて正規化されている。さらに図６は、光学式に得られた測定データ４１の時間的推移と、液圧式に得られた測定曲線４２の推移との間の基本的な一致を示している。噴射開始と噴射終了も−同時に行われる液圧式の測定と近似的に時間的に一致して−、立上りエッジ４４と立下りエッジ４４’を参照して一義的に決定可能である。液圧式の測定とは異なり光学式の認識ないし走査でエッジ急峻度が高いことは、液圧式の測定ではローパスフィルタが測定エレクトロニクスユニットで利用されることに理由が帰せられ、これが測定室での固有振動をフィルタアウトするための役目を果たすが、副作用として、一方では、実線の測定曲線のエッジ領域での明らかにいっそう低傾斜の推移のために作用するとともに、他方では、両方のエッジ４４，４４’の間に位置するプラトー領域４５での測定値分散ないし測定アーティファクトのために作用する。
【国際調査報告】
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