(57)【要約】噴射ノズル（２４）の噴射量測定方法たとえば製造検査時に車両用噴射ノズルの噴射量を測定する方法において、検査流体（３２）が噴射ノズル（２４）から測定室（３０）に噴射される。これにより、測定室（３０）を少なくとも部分的に区切っているピストン（１６）が動かされる。ピストン（１６）の動きは測定装置（４２）により捕捉され、この装置により相応の測定信号（４８）が供給される。測定精度を高める目的で、この測定信号（４８）を利用して有効量（Ｖｎ）と少なくとも１つの妨害量（Ｖｅ）を形成し、この有効量（Ｖｎ）自体は実質的に実際の噴射量（ｍｉ）に対応する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射ノズル（２４）の噴射量測定方法たとえば製造検査時に車両用噴射ノズルの噴射量を測定する方法であって、
検査流体（３２）を噴射ノズル（２４）から測定室（３０）に噴射させ、該測定室（３０）を少なくとも部分的に区切っているピストン（１６）の動きを測定装置（４２）により捕捉し、該測定装置によって相応の測定信号（ｓｍ）を供給する形式の噴射量測定方法において、
測定信号（ｓｍ）を使用して有効量（Ｖｎ）と少なくとも１つの妨害量（Ｖｅ）を形成し、該有効量（Ｖｎ）は実質的に実際の噴射に対応していることを特徴とする、
噴射量測定方法。
【請求項２】
前記妨害量（Ｖｅ）の少なくとも一部（Ｖｅ３）は実質的に、検査流体（３２）の圧縮性に基づくピストン（１６）の運動成分をベースとする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記妨害量（Ｖｅ）の少なくとも一部（Ｖｅ２）は実質的に、検査流体（３２）に生じる圧力波に基づくピストン（１６）の運動成分をベースとする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
妨害量（Ｖｅ）の少なくとも一部（Ｖｅ１）は実質的に、ピストン（１６）の周囲のリング状間隙を通る漏れに基づくピストン（１６）の運動成分をベースとする、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記有効量（Ｖｎ）を、全体量（Ｖｍ）から妨害量（Ｖｅ）を差し引くことにより求める、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記の有効量（Ｖｎ）と妨害量（Ｖｅ）への分離を数学的アルゴリズム（６６）により実行する、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記数学的アルゴリズムには観測器法たとえば Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ 観測器法が含まれる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記数学的アルゴリズムにはフィルタ法たとえば Ｋａｌｍａｎ フィルタ法または Ｋａｌｍａｎ−Ｂｕｃｙ フィルタ法が含まれる、請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記数学的アルゴリズムにはパラメータ推定法が含まれる、請求項６から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
コンピュータにおいて実行すると請求項１から９のいずれか１項記載の方法の実施に適していることを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項１１】
メモリたとえばフラッシュメモリに格納されている、請求項１０記載のコンピュータプログラム。
【請求項１２】
噴射ノズル（２４）の噴射量測定装置たとえば製造検査時に車両用噴射ノズルの噴射量を測定する装置であって、
噴射ノズル（２４）から検査流体（３２）が噴射される測定室（３０）と、
該測定室（３０）を少なくとも部分的に区切るピストン（１６）と、
該ピストン（１６）の動きを捕捉して相応の信号（ｓｍ）を供給する測定装置（４２）が設けられている、
噴射ノズルの噴射量測定装置において、
処理ユニット（４４）が設けられており、該処理ユニット内で前記測定信号（ｓｍ）を使用して有効量（Ｖｎ）と少なくとも１つの妨害量（Ｖｅ）が得られ、
該有効量（Ｖｎ）は実質的に実際の噴射に対応することを特徴とする、
噴射ノズルの噴射量測定装置。
【請求項１３】
前記処理ユニット（４４）には請求項１０または１１記載のコンピュータプログラムが設けられている、請求項１２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明はまず第１に噴射量たとえば自動車用の噴射量を測定する方法に関し、これはたとえば製造検査時に行われる。検査にあたっては検査流体が噴射ノズルから測定室に噴射され、測定室を少なくとも部分的に区切るピストンの動きが測定装置により捉えられ、これによって相応の測定信号が供給される。
【０００２】
この種の方法は市場で知られており、ＥＭＩ（噴射量指示器）と称する装置を用いて動作する。
【０００３】
この装置は、内部でピストンが案内されるケーシングによって構成されている。ケーシングの内部空間とピストンによって測定室が区切られており、測定室は検査オイルで満たされている。測定室は開口部を有しており、そこに噴射ノズルを圧力密に取り付けることができる。噴射ノズルが検査オイルを測定室内に噴射すると、測定室内に存在する検査オイルが押し出される。これによりピストンが移動し、その動きが変位センサにより測定される。ピストンの変位から、測定室の容積変化もしくはそこに含まれている流体の体積変化ひいては噴射されたオイル量を推定することができる。
【０００４】
ピストンの動きを測定するために公知の噴射量指示器の場合、測定タペットと誘導変位測定システムから成る装置が用いられる。変位タペットはスイッチとして構成されているかまたはピストンと固定的に結合されている。したがってピストンが運動すると測定タペットも動かされ、結局は測定タペットの運動が捕捉され、相応の信号が評価ユニットへ転送される。
【０００５】
上述の方法で作動させる公知の方法もしくは噴射量指示器は、すでにかなり高い精度で動作する。しかしながら、複数の部分噴射から成る噴射時のごく僅かな部分噴射量も高い信頼性を伴って測定しなければならないことから従来、この種の噴射量指示器に対する要求が高まっていた。この場合、個々の部分噴射は複数の部分噴射から成る１つの噴射過程全体の間に測定しなければならない。その際、各部分噴射は互いに時間的に非常に密に位置している可能性がある。
【０００６】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の方法において、噴射ノズルからの噴射量を高い分解能と精度と安定性で測定できるようにすることである。殊に、複数の部分噴射から成る１つの噴射過程全体の間に個々の部分噴射量も測定できるようにすることである。
【０００７】
この課題は、測定信号を利用して有効量と妨害量を形成し、この場合、有効量は実質的に実際の噴射量に対応することにより解決される。
【０００８】
発明の利点
このような措置が意味するのは、本発明による方法によれば噴射された体積をピストン断面積とピストン行程からそのまま計算するのではなく、数学的アプローチをベースとして求めることである。数学的アプローチによって最終的に、噴射された体積が２つの成分に分離される。つまりこの場合、噴射を表す体積（有効量）と、妨害に起因し噴射によるものではない体積（妨害量）とに分離されるのである。
【０００９】
このようにして、ピストンの動きにより得られる測定信号から、実質的に噴射された検査流体体積により引き起こされたピストンの動きに対応する成分を「フィルタリングにより抽出」することができる。これにより付加的な部品を必要とせずに、インテリジェントな手法で噴射量測定精度が格段に高められる。噴射に基づく体積変化がいっそう精確に測定されることにより測定分解能が向上し、測定精度が高まり、さらに測定の安定性が改善される。このため本発明による方法によればごく小さい部分噴射量であっても、高い信頼性を伴って測定することができる。
【００１０】
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【００１１】
第１の実施形態によれば、妨害量の少なくとも一部は実質的に検査流体の圧縮性に基づくピストンの運動成分をベースとする。さらにこの場合、検査流体のためにできるだけ圧縮性の僅かな流体が使われる。これにはたとえばオイルが属する。とはいえ実際には圧縮性のまったくない流体は存在しない。しかしながら要求されている高精度の測定分解能や測定精度において、たとえばオイルなどがもつ非常に僅かな圧縮性であればもはや問題にはならない。本発明による方法の実施形態ではこのことが考慮される。それによれば、圧縮性のオイルにおいてピストンが振動する関係を、たとえば簡単に質量ばねモデルとして格納することができる。
【００１２】
これに対する代案としてあるいはこれに加えて、妨害量の少なくとも一部は実質的に検査流体に生じる圧力波に基づくピストの運動成分をベースとすることも提案される。非常に高い圧力のもとで生じる検査流体の急激な噴射により、測定室内の検査流体において衝撃波面の伝播が生じる可能性があり、これは伝播していくうちに測定室の壁で反射するかもしれない。このような衝撃波面によって検査流体中に衝撃的な圧力変動もしくは密度変動が引き起こされ、これによって実際に噴射された検査流体体積を表さないピストンの運動成分が生じてしまう可能性がある。このような物理的状況も、比較的簡単に質量ばねモデルの格納により記述することができる。
【００１３】
やはりこの点に関して本発明による方法の実施形態によれば、妨害量の少なくとも一部は実質的に、ピストン周囲のリング状間隙を通る漏れに基づくピストンの運動成分をベースとする。噴射の際にピストンが測定室内の体積変動にできるかぎりただちに追従できるようにするためには、ピストンとその周囲のケーシングとの間の摩擦をできるかぎり小さく抑えておかなければならない。つまり一般的にいえば、ピストンとその周囲のケーシングとの間にリング状の隙間が存在することを意味する。
【００１４】
ピストンにおいて測定室とは反対側の対向圧力の高さに応じて、このリング状の隙間を通って検査流体の漏れ流が発生する可能性がある。この漏れ流は、ピストン両側における圧力間の差が大きくなればなるほど増大する。そしてこのような漏れ流によって検査流体が測定室から流出したり、あるいは測定室に流れ込み、そのことで噴射された検査流体量のボリュームとは直接関係ないピストンの運動が引き起こされてしまう。本発明による実施形態はこれを補償しようというものである。
【００１５】
妨害量を求める精度つまりは噴射された検査流体量の測定精度は、それらの妨害量にとって重要な別のパラメータを捕捉することによって高めることができる。これにはたとえば測定室内の温度が含まれ、これは検査流体の粘度に作用を及ぼす。同様に、ピストンの速度や加速度も関係する。装置の幾何学的特殊性を考慮の対象としてもよい。とはいえこのような付加的な状態量を用いなくても、本発明によって測定精度を格段に向上させることができる。
【００１６】
実際の噴射に実質的に対応する有効量を簡単に得ることができるようにするために、全体量から妨害量を差し引くことで有効量が求められる。
【００１７】
本発明による方法の精度は、数学的アプローチたとえば数学的アルゴリズムによって有効量と妨害量への分離を行うことでさらに高められる。
【００１８】
これに殊に適しているのは観測器法たとえば Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ 観測器法および／またはフィルタ法たとえば Ｋａｌｍａｎ または Ｋａｌｍａｎ−Ｂｕｃｙ フィルタ法である。しかし数学的アルゴリズムにはパラメータ推定法も含めることができる。
【００１９】
さらに本発明は、コンピュータで実行されるときに上述の方法の実施に適したコンピュータプログラムにも関する。この場合、コンピュータプログラムをメモリたとえばフラッシュメモリに格納しておくと格別有利である。
【００２０】
本発明はさらに、噴射ノズルの噴射量測定装置たとえば製造時に車両用噴射ノズルの噴射量を測定する装置に関する。この場合、噴射ノズルから検査流体を噴射することのできる測定室と、少なくとも部分的に測定室を区切るピストンと、ピストンの動きを捕捉して相応の測定信号を供給する測定装置とが設けられている。
【００２１】
非常に僅かな部分噴射量の噴射時に殊に測定精度、測定の分解能および安定性を高める目的で、本発明によれば上述の装置は処理ユニットを有しており、この処理ユニットにおいて測定信号を使用して有効量と妨害量とが形成され、ここで有効量は実際の噴射に実質的に対応するものである。
【００２２】
この処理ユニットに請求項１０または１１記載のコンピュータプログラムが設けられていると、殊に有利である。
【００２３】
図面
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。
【００２４】
図１は、噴射ノズルの噴射量を測定するための装置における領域を部分的に断面図で示す図である。
【００２５】
図２は、図１の装置の作動方法のフローチャートである。
【００２６】
実施例の説明
図１によれば、噴射ノズルの噴射量測定装置に全体として参照符号１０が付されている。この装置は中央ブロック１２を有しており、これは図面には描かれていないやり方で機械フレームに保持されている。中央ブロック１２には段付き孔１４が設けられている。段付き孔１４の上部には円筒状の閉じたピストン１６がはめ込まれており、これはコイルばね１８によって上へ向かって押される。コイルばね１８は、中央ブロック１２における段付き孔１４の段状部（参照番号なし）において下に向かう方向で支持されている。
【００２７】
中央ブロック１２にはアダプタ部材２０が圧力密に載置されている。このアダプタ部材にも段付き孔２２が設けられており、これは図１に描かれている組み立てられた状態では中央ブロック１２の段付き孔１４と同時に延在している。段付き孔２２には上方から噴射ノズル２４がはめ込まれ、段付き孔２２に対し図示されていないシールによって密閉されている。他方、噴射ノズル２４は高圧検査流体供給部２６と接続されている。アダプタ部材２０における段付き孔２２の下方の領域には噴射緩衝器２８が組み込まれている。
【００２８】
ピストン１６の上面（図１ではピストン１６の上端部）と噴射緩衝器２８との間では、アダプタ部材２０における段付き孔２２は円錐形に構成されており、測定室３０の境界を成している。この測定室は検査流体で充填されており、ここでは噴射ノズル２４から噴射すべき燃料の特性にできるかぎり近い検査流体で満たされている。温度センサ３４により測定室３０内における検査オイル３２の温度が測定される。図示されていない１つの実施例によれば、測定室３０内の検査オイル３２の状態を求めるためにさらに別のセンサも設けられており、たとえば乱流および／または圧力波の通過を検出するマイクロフォンなどが設けられている。
【００２９】
図１のピストン１６の下部端面にはタペット３６が取り付けられており、これは中央ブロック１２の段付き孔１４に対し、さらにはピストン１６に対しても実質的に同軸に延在している。タペット３６の端部には磁石区間３８が設けられており、これはコイル４０とともに誘導式変位センサ４２を成している。このセンサの出力側は制御調整装置４４と接続されており、さらにこの装置は温度センサ３４からの信号も受け取る。制御調整装置４４は図示されていない操作ユニットを介してプログラミング可能であり、噴射ノズル２４も制御する。制御調整装置４４はたとえば時間発生器４６も有している。
【００３０】
図１に描かれている噴射ノズル２４の噴射量を測定する装置１０は、コンピュータプログラムとして制御調整装置４４内に収容されている方法に従い動作する。次に、この方法について図２を参照しながら説明する。
【００３１】
制御調整装置４４の指示に応じて、噴射ノズル２４の高圧検査供給部２６を介して検査流体３２が供給され、やはり検査流体３２の満たされている測定室３０へ噴射緩衝器２８を介して噴射される。この場合、噴射流がピストン１６の上面にじかに当たってしまい、噴射に基づき測定室３０内の検査流体３２の体積変化によって引き起こされたのではない運動成分がピストンに加わってしまうのを、噴射緩衝器２８が防ぐことになる。
【００３２】
検査流体３２が測定室３０に噴射されることにより測定室３０内の検査流体体積が高まり、これによってピストン１６は図１に示した組み込み位置ではコイルばね１８の力に抗して下方に押し付けられる。これによりタペット３６がその磁石区間３８とともに動き、その結果、磁石区間３８の辿った変位に対応する誘導式変位センサ４２の信号が生じる。図２にはこの測定信号がｓｍとして表されている（ブロック４８）。測定信号ｓｍの処理は、図２に描かれている方法によればブロック５０における開始後、いかのようにして行われる：
時間発生器４６によって、ピストン１６が区間ｓｍだけ動いている間の時間ｔ（ブロック５２）が求められる。それによりブロック５４において速度ｄｓｍ／ｄｔが求められる。さらにブロック５６においてピストン１６の加速度ｄ２ｓｍ／ｄｔ２ が計算される。また、温度センサ３４により測定された測定室３０内の検査オイル３２の温度（ブロック５８）から粘度υが計算される。さらにメモリ６２には装置１０の幾何学的データが用意され、たとえばピストン１６の断面積、ピストン１６と中央ブロック１２における段付き孔１４との間のリング状間隙の大きさ、ピストン１６の質量、ピストンにおいて測定室３０とは反対側の面の対向圧力などが格納される（ブロック６４）。
【００３３】
さて次に、供給されたデータであるピストン１６の変位（ブロック４８）と速度（ブロック５４）と加速度（ブロック５６）、ならびに装置固有のその他のデータ（ブロック６４）から、計算回路６６において複数の妨害量Ｖｅが求められる。その際、これらの妨害量の算出を簡単な物理的モデルをベースとして行うこともできるし、あるいは制御技術で用いられる複雑な数学的アルゴリズムたとえば Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ 観測器法、Ｋａｌｍａｎ−Ｂｕｃｙ フィルタ法またはパラメータ推定法などによって行ってもよい。
【００３４】
妨害量Ｖｅ１によってたとえば、ピストン１６と中央ブロック１２の段付き孔１４との間に形成されたリング状間隙を通る検査オイル３２の漏れが考慮される。この場合、漏れの大きさは検査オイル３２の温度Ｔに著しく左右され、他方、この温度は粘度υに影響を及ぼす。さらに計算回路６６において妨害量Ｖｅ２が計算され、これは噴射により引き起こされる圧力波に基づくピストン１６の運動をベースとしている。さらにこれは、ブロック５６において求められたピストン１６の加速度によって決定的な影響を受ける。さらに計算回路６６において、検査オイル３２の最終的な圧縮性を考慮する妨害量Ｖｅ３が求められる。この場合、簡単な質量ばねモデルを必要に応じて用いることもできる。なぜならば測定室３０内に存在する検査オイルのボリュームないしは体積をばねとみなし、対応するピストンを質量とみなせるからである。
【００３５】
誘導式変位センサ４２により求められた変位ｓｍ（ブロック４８）とピストン１６の断面積とから、測定押しのけ容積Ｖｍがブロック６８において計算される。これと妨害量Ｖｅ１，Ｖｅ２，Ｖｅ３とからブロック７０において、いわゆる有効量を成す体積Ｖｎが計算され、実質的にこの有効量によって噴射ノズル２４を通って実際に測定室３０に到達した体積が表される。この実施例では上述の有効量Ｖｎは、測定された全体積Ｖｍから妨害量Ｖｅ１，Ｖｅ２，Ｖｅ３を差し引くことによって得られる。ついでブロック７２においてこの有効量Ｖｎから、噴射時に噴射された検査オイル３２の質量ｍｉが求められる。図２に示されている方法は終了ブロック７４において終了する。
【００３６】
上述の方法により、余計なハードウェアコンポーネントを必要とすることなく測定の分解能、精度ならびに安定性を改善することができる。測定量を誤らせるような妨害量が測定量から取り除かれることにより、非常に精確に噴射検査オイル量を表すことのできる値を最終的に得ることができる。これによりごく僅かな部分噴射量であっても高い精度で測定できる。
【００３７】
既述の精度をさらに高める可能性として挙げられるのはたとえば、ブロック５４と５６において積分によるピストン速度やピストン加速度を求めるのではなく、ピストン１６の運動中の速度経過特性または加速度経過特性を捕捉することである。このようにして求められた妨害量であればなおいっそう精確であり、このことは最終結果の精度にもそのまま影響することになる。しかもたとえば Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ 観測器法などのような数学的アルゴリズムを使用することにより、すべての状態変数を測定することなく妨害量を高い精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
噴射ノズルの噴射量を測定するための装置における領域を部分的に断面図で示す図である。
【図２】
図１の装置の作動方法のフローチャートである。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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