CN107110741A - 包括喷射器和传感器的装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的装置(10)包括具有伸进压力室(17)的阀针(15)的喷射器(13)和光学传感器，所述光学传感器具有光纤布拉格光栅(12)的光导纤维(11)，其中，所述光导纤维(11)固定地布置在所述喷射器(13)中，以便在光从光源输入至所述光导纤维(11)中时构造第一光学信号，作为所述光纤布拉格光栅(12)处反射的光相对于输入的光的波长变化，所述光学信号是来自所述压力室(17)的作用于所述光导纤维(11)的力的量度，其中，能够取决于压力而变形的作用面(22′)在所述喷射器(13)中构造，以便取决于所述作用面(22′)的变形度将来自所述光导纤维(11)的光反馈到所述光导纤维(11)中，其中，作为第二信号，所反馈的光的强度是来自所述压力室(17)的使所述光导纤维(11)变形的压力的量度，其中，所述阀针(15)的打开特性和关闭特性可从两个光学信号的相关中求取。

Description

包括喷射器和传感器的装置

技术领域

本发明涉及一种包括喷射器和光学传感器的装置。本发明还涉及一种燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括至少一个这种装置。此外，本发明涉及一种用于运行这种装置的方法。

背景技术

基于适用的法律规定，为了遵守具有内燃机的机动车中的规定的尾气临界值或排放临界值，感兴趣的是：在喷射特性方面连续地检测内燃机的各个喷射器中的压力关系，以便可以尽可能提前地确定老化效应或漂移效应，所述效应导致：不再保持喷射系统的预给定的规格。例如在共轨喷射器(Common-Rail-Injektor)中常用的方案或构思从借助压力传感器检测轨压出发。通常，使用电传感器、例如应变片作为压力传感器，所述电传感器易受能够使测量结果错误的电磁干扰场或电磁散射场的影响。

发明内容

本发明的优点

具有权利要求1的特征的装置具有以下优点：喷射器的喷射特性(Einspritzverhalten)和因此其遵守标准的功能能力通过光学信号生成能够可靠地探测且监控，其中，检测的信号相对于电磁干扰影响在近似无损耗的信号传输情况下的显著更低的敏感度以及与电传感装置相比的高测量准确度能够实现。为此，该装置包括喷射器和光学传感器，该光学传感器取决于压力和/或取决于力地在输入的光学信号的特性中的至少一个方面改变喷射器中的输入的光学信号。

本发明的其他有利的扩展方案和构型通过在从属权利要求中列举的措施得出。

根据本发明的一种构型，光学传感器具有光纤布拉格光栅，在光纤布拉格光栅处反射的光学信号中，与输入信号相比，该光纤布拉格光栅改变作为特性的波长。

根据本发明的另一种构型，设置能够取决于压力而变形地构造的作用面，在用于探测的返回的光学信号中，与输入信号相比，该作用面改变作为特性的强度。

本发明的一种优选实施方式设置，光学传感器具有光导纤维，该光导纤维具有光纤布拉格光栅，其中，光导纤维固定地布置在喷射器中，以便在光从光源输入到光导纤维中时构造第一光学信号，作为光纤布拉格光栅处反射的光相对于输入的光的波长变化，所述第一光学信号是来自压力室的作用于光导纤维的力的量度，其中，还在喷射器中构造能够取决于压力而变形的作用面，以便取决于作用面的变形度将来自光导纤维的光反馈到光导纤维中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自压力室的使作用面变形的压力的量度。

因此，一方面充分利用在光导纤维中集成的光纤布拉格光栅的特性，以便根据在光纤布拉格光栅处反射的光的波长变化检测光导纤维的取决于起作用的力的拉伸或长度变化，而另一方面，为了压力检测，喷射器的作用面和光导纤维一起作用地构造光学成像系统，其中，作用面的取决于力的机械变形度改变，并且因此，对于从光导纤维入射的光的光学成像特性作为起作用的压力的函数改变，使得在作用面处反射的且然后耦合到光导纤维中的光束的份额——即光学反馈的程度——以相同的量度改变。

符合目的地设置分析处理器件，该分析处理器件将两个光学信号彼此关联。本发明的一种构型可以在于：设置分析处理器件，该分析处理器件将两个光学信号彼此关联，以便根据分别另一信号对两个信号中的一个进行合理性检验。由此，在确定的边界条件下，常规地检查两个本身不同的光学信号的功能可靠性；当喷射器在静态运行中工作——即当喷射器要么处于打开位置要么处于关闭位置中时，所述边界条件存在，因为在所述静态运行状态中，实际上不出现基于开关过程的致动器力，并且因此不仅借助基于光纤布拉格光栅原理生成的光学信号而且借助基于作用面原理生成的光学信号来探测压力波。因此，一个光学信号的错误函数可以实际上立即地根据另一光学信号的函数检查，并且反之亦然。

根据一种优选的并且特别有利的实施方式，设置分析处理器件，该分析处理器件通过相关(Korrelation)将两个光学信号彼此关联，以便尤其确定喷射器的阀针的打开特性和关闭特性(Schlieβverhalten)、尤其打开时刻和关闭时刻。由此，喷射器的喷射特性不仅能够在静态喷射器运行中监控，而且能够在打开阶段和关闭阶段期间——即当除了压力之外还有基于开关过程的致动器力出现或作用时监控；然后，该致动器力能够借助光学传感器的基于光纤布拉格光栅原理生成的光学信号探测。尤其在所谓的共轨喷射系统中出现的压力波动，所述压力波动例如由泵的周期性的压力脉动(Druckpulsationen)造成并且然后在喷射器体中多次反射，导致叠加效应，所述叠加效应通常妨碍：开关过程中的力变化过程能够仅仅由压力信号的简单分析导出；然而，通过两个不同的光学信号的组合和其相关能够实现：即使且恰好在这种条件下确定喷射器的打开特性和关闭特性。

基于同时地或组合地光学测量两个物理效应或参量——即力和压力——以及构造在此检测的不同的光学信号之间的时间上的相关，从中，能够求取阀针的在持续的测量序列期间进行的相应的打开时刻和关闭时刻，该阀针轴向可移动地穿过喷射器的压力室，并且在打开过程和关闭过程期间基本上造成在压力室中存在的力关系和压力关系的变化，所述力关系和压力关系对喷射器体和在其中集成的光学传感器产生作用。

因此，通过两个光学信号的相关，阀针的打开特性和关闭特性能够求取，并且因此所述装置的喷射器的喷射特性也能够监控，使得喷射器的错误运转(Fehlfunktion)能够提早识别。尤其在小喷射量的情况下——例如在预喷射期间，借助两个光学信号的相关能够可靠地实现阀针的打开特性和关闭特性的求取。因此，根据本发明的装置适用于所谓的车载诊断(On-Board-Diagnose)(OBD)。

本发明的一种优选构型设置：光导纤维固定在喷射器的盲孔中，其中，盲孔的底部构造为作用面。通过以下方式：作用面弯曲地——例如以抛物面镜的形式——构造，作用面工作在光学成像功能中，也就是说成簇地(gebündelt)反射到达的光束，也就是说取决于作用面的变形度。如果作用面优选凹地弯曲，其中，在作用面的未变形的状态中，其焦平面大约处于光导纤维的朝向作用面的末端上，则在未变形的作用面处反射的光束被聚焦到光导纤维的朝向作用面的末端上。在此，光学反馈度在这种情况下非常高。如果作用面基于来自压力室的起作用的压力相反地变形，则光束的聚焦改变，并且因此光学反馈度也改变。

本发明的一种优选实施方式设置，在作用面与光导纤维的朝向作用面的末端之间构造中间空隙(Zwischenraum)，该中间空隙充当对于从光导纤维的末端射出的并且然后在作用面处反射的光的反射器空间(Reflektorraum)。

本发明的一种构型可以在于：盲孔如此在喷射器中延伸，使得盲孔的充当作用面的底部邻接喷射器的压力室。由于盲孔的底部靠近压力室，实现底部的并且因此反射器空间的到压力室的最佳的在压力技术方面的耦合，该耦合有利地影响基于此的光学信号的信噪比。

为了使光导纤维关于盲孔的充当作用面的底部的定位简化，根据一种扩展措施设置套形元件，该套形元件接收光导纤维的朝向盲孔的底部的末端并且该套形元件可以引入到盲孔中，以便调节光导纤维的末端与盲孔的充当作用面的底部之间的预确定的距离。由此，套形元件充当用于光导纤维的距离保持件。

通过以下方式：套形元件由吸光材料构造，确保：仅仅将如下光束反馈到光导纤维中：所述光束在盲孔的底部处反射时，直接被成像到光导纤维的朝向底部的末端上，因为由盲孔的底部反射的并且出现在套的边缘处的光束被吸收并且因此不朝底部的方向回返。

根据本发明的一种构型设置：光源发射在光谱方面宽带的光——该光优选处于大约350nm至680nm之间的在光谱方面可见的波长范围中，以便检测尤其光纤布拉格光栅对于入射光的在光谱方面的响应特性。通过使用可见光，能够实现光学部件的特别简单的调节。

为了探测两个光学信号，设置至少一个光电探测器，以便一方面检测在光纤布拉格光栅处反射的光并且另一方面检测由作用面反馈到光导纤维的光。为了检测在光纤布拉格光栅处反射的光在从光导纤维射出时的波长变化并且为了能够将两个不同的光学信号彼此分离，在光电探测元件前面连接有至少一个光谱选择性的(spektral selektive)元件。在此，光谱选择性元件可以构造为单色仪。

本发明的替代于此的实施方式可以在于：光导纤维的设置用于将光耦合输出到至少一个光电探测器的末端具有碘涂层。因为碘(I₂)对于540nm±10nm的光谱范围中的光具有特有的吸收带，所述吸收带具有陡峭延伸的侧沿，所以光——由于在光导纤维的(基于起作用的力)拉伸的光纤布拉格光栅处的反射，所述光以改变的波长到达光导纤维的末端——经历与具有未移动的波长的光不同的吸收或衰减。因此，在540nm±10nm的光谱范围中的特有的I₂吸收变化过程的陡度已知的情况下可以实现：根据在光电探测器处测量的电信号强度，唯一地确定光学信号的分别配属的波长移动。由此，碘涂层满足从光导纤维射出的光的光谱分析的功能。

本发明的一种符合目的的构型设置：光源以及具有至少一个连接在前面的光谱选择性元件的至少一个光电探测器布置在光导纤维背向作用面的末端处。典型地，光导纤维的背向作用面的末端从喷射器体中突出，使得可以将分析处理器件与光源一起与喷射器分散地(disloziert)布置。

根据本发明的一种优选构型，分析处理器件包括处理计算单元，该处理计算单元连接在光电探测器后面，以便可以实时处理由光电探测器对两个光学信号做出反应而提供的电输出信号并且使其彼此相关。

本发明的一种有利的实施方式在于：分析处理器件包括分析处理电子单元，该分析处理电子单元充当光电探测器与处理计算单元之间的接口，以便将由光电探测器——对输入侧排队等候的光学信号做出反应——在输出侧以模拟形式产生的电信号转换为数字数据，所述数字数据然后可以由处理计算单元处理。

包括至少一个这种装置的燃料喷射系统有利地适用于车载诊断。

在根据本发明的方法——该方法适用于运行根据本发明的装置——中设置：将具有至少一个预先已知的特性的光输入到喷射器中并且在返回的光中检测特性方面的变化。也可以与输入的光的特性相比来同时检测返回的光中的多个不同的特性，以便确定返回的光中的不同特性的变化。根据本方法的构型，研究作为光的一个特性/多个特性的波长和/或强度。

在此，构造第一光学信号和第二光学信号，其中，作为光纤布拉格光栅处反射的光相对于输入的光的波长变化，第一光学信号是来自压力室的作用于所述光导纤维的力的量度，其中，取决于能够取决于压力而变形的作用面的变形度，将来自光导纤维的第二光学信号反馈到光导纤维中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自压力室的使作用面变形的压力的量度。

符合目的地，将两个光学信号彼此关联。一种方法变型方案可以在于：将两个光学信号彼此关联，以便根据分别另一信号对两个信号中的一个进行合理性检验。在静态喷射器运行中——即当喷射器要么处于打开位置要么处于关闭位置中并且因此实际上没有致动器力作用时——可以借助另一光学信号对一光学信号的规定的函数进行检查或合理性检验，因为在这种情况下借助两个光学信号分别探测压力波。

一种优选的方法变型方案在于：通过相关将两个光学信号彼此关联，以便尤其确定喷射器的阀针的打开特性和关闭特性、尤其其打开时刻和关闭时刻。在喷射器的打开阶段和关闭阶段期间，除了压力之外，基于通过尤其阀针的可动的部件的特有的开关过程，还有致动器力起作用。借助基于光纤布拉格光栅原理生成的光学信号，这种致动器力能够检测。通过以下方式：将两个不同的光学信号彼此时间上相关，则即使且恰好当压力振动(该压力振动例如由泵的周期性压力脉动造成，在喷射器中多次反射并且由此导致叠加效应，该叠加效应通常妨碍：在开关过程中的力变化过程能够仅仅通过压力信号的简单分析导出)出现时，也能够实现喷射器的打开特性和关闭特性的确定。

为了构造相关，将两个光学信号分别转换为电测量值，其中，对于相应的测量时间区间，求取第一光学信号的测量值与第二光学信号的与此时间上重合的测量值之间的相应的差值。

附图说明

本发明的实施例在以下描述中并且在附图中进一步阐述。后者在示意性视图中示出：

图1：根据本发明的装置的纵剖面图，该装置具有喷射器和在喷射器的盲孔中布置的光导纤维；

图2：图1的装置的放大的局部图，根据虚线示出的在具有在其中固定的光导纤维的盲孔的区域中的圆I；

图3：由光源发射的并且耦合到光导纤维中的辐射的光谱，其中，辐射的强度相对于波长描绘；

图4：从光导纤维返回的辐射与输入的辐射相比的光谱变化过程，其中，辐射的强度相对于波长描绘；

图5：具有在喷射器中的预喷射和接下来的主喷射期间的两个根据模型计算构建的理论上的曲线的曲线图，其中，取决于时间，下面的曲线描述流过喷射系统的喷射器的燃料的流量率，并且上面的曲线描述对应于此地作用于喷射器体的力变化过程；

图6：类似于图5具有两个根据模型计算构建的理论上的曲线的曲线图，其中，下面的曲线描述流过喷射器的燃料的流量率，而上面的曲线示出对应于此地在喷射器体的内部中起作用的压力变化过程；

图7示出具有在预喷射和主喷射期间的两个根据模型计算构建的曲线的曲线图，其中，第一曲线描述流过喷射器的燃料的流量率，而第二曲线由图5的力变化过程与图6的压力变化过程的差值构造。

具体实施方式

图1以纵剖面图直观表示总体用10标记的根据本发明的装置，该装置具有光导纤维11以及喷射器13，所述光导纤维具有在光导纤维中引入的光纤布拉格光栅12。在优选构造为共轨喷射器的喷射器13中，喷嘴针15沿着喷射器纵向中轴14基本上轴向可移动地被接收，该喷嘴针伸进压力室17，倾斜于纵向中轴延伸的压力通道17′通入该压力室中用于供给燃料。为了检测喷射器13中的力关系和压力关系以及尤其喷嘴针15的打开特性和关闭特性，光导纤维11与光纤布拉格光栅一起引入到喷射器11的盲孔16中，所述盲孔从喷射器13的壳体外侧延伸并且在喷射器13的压力室17的附近终止。光导纤维11的引入盲孔16中的区段在盲孔16中粘住，其中，粘合剂基本上在盲孔16的长度上延伸。光导纤维11配属有——未示出的——光源和——未示出的——光电探测器。不仅光源而且光电探测器布置在光导纤维11的从喷射器13的盲孔16突出的末端处。从光源耦合到光导纤维11的从盲孔突出的末端中的光穿过光导纤维11，其中，光的一部分在光纤布拉格光栅12处在布拉格波长下反射，并且作为返回的光波由光电探测器检测，而输入的光的另一部分穿过光导纤维11，在光导纤维的另一末端21处射出并且在盲孔16的底部上出现，该底部构造为在压力下可弹性变形的作用面或反射面，其光学成像特性取决于起作用的压力并且确定：反射的光束的哪些份额返回到光导纤维11中。

图2以盲孔16的区域中的放大的局部图直观表示装置10。光导纤维11具有外套18和由外套包括的光纤芯19，其中，在光纤芯18中布置有光纤布拉格光栅12。外套18和光纤芯19具有不同的折射率。具有光纤布拉格光栅12的光导纤维11如此在喷射器13的盲孔16中定位并且通过粘合剂20在面上固定，使得在光导纤维11的伸入到盲孔16中的末端21与盲孔16的底部22′之间构造空腔22。环形构造的套23优选用于在将光导纤维11引入到盲孔16中时的准确定位。套23的外直径大约相应于盲孔16的内直径，而内直径大约相应于光导纤维11的外直径。将光导纤维11的末端21引入到套23中并且固定；将套23和在该套处以其末端21固定的光导纤维11引入到盲孔16中，直到套23接触盲孔16的底部22′。因为光导纤维11的末端21不完全穿过套23，而是浸入到其中仅仅直到大约套23的轴向延伸的一半，所以由此构造光导纤维11的末端21与盲孔16的底部22′之间的预确定的距离。在光导纤维11的这种位置中，在外套18与盲孔16的壁之间大面积地构造粘合剂20，以便将光导纤维11与光纤布拉格光栅12一起固定在其中。当力作用于喷射器体且因此作用于光导纤维时，基于这种固定，光导纤维11经受拉伸(Dehnung)或长度变化。因为光导纤维11的拉伸或长度变化也检测光纤布拉格光栅12的区域，所以这种长度变化导致布拉格波长λ_B的移动，使得波长移动取决于相应地起作用的力。检测这种波长移动，其方式是：将光耦合到光导纤维11的从盲孔16突出的末端21′中，并且借助光电探测器和连接在前面的带通滤波器或单色仪来波长选择性地检测光的然后在光纤布拉格光栅12处在布拉格波长λ_B下反射的部分。光的其余部分穿过光纤布拉格光栅12并且在光导纤维11的另一末端21处耦合输出到空腔22中。在那里，光在充当反射器空间的空腔22的底部22′处反射。弯曲地或拱形地、优选凹地构造的底部22′作用为压敏膜片，因为弯曲或拱形取决于在喷射器体中作用的压力而改变或变形。由此，取决于作用于膜片的并且使膜片变形的压力——该压力来自压力室17，膜片22′的光学成像特性改变。膜片22′的凹的弯曲例如可以如此构造并且膜片与光导纤维11的末端21之间的距离——即反射器空间22的轴向延伸——可以如此调节，使得在不变形的状态中，膜片22′的焦平面大约处于光导纤维11的末端21上，使得在这种状态中得出高的光学反馈，然而当膜片22′在力的作用下变形时，该光学反馈改变。视底部22′的变形度而定，由底部22′反射的光束被不完全地反馈到光纤末端21中，而是部分地例如偏转至套23的边缘并且在那里被吸收。然而，光束的从底部22′反馈到光纤末端21中的份额穿过光导纤维11，在对置的末端21′射出并且在那里——除了波长移动信号之外——作为另一光学信号被探测，该份额的强度是由充当膜片的底部22′接收的压力的量度。因此，选择性地检测并且处理或分析处理的两个不同的光学信号在探测器侧待处理。在此，第一光学信号涉及经波长编码的信号，而第二光学信号表现为幅度信号。在第二光学信号方面，由底部22′与光导纤维11的末端21的光学共同作用得出的成像系统将底部或作用面22′的机械变形度转换为光学反馈度，该光学反馈度通过将作用面22′投影到光导纤维11的末端21上的这种光束的份额与出现在光导纤维11的末端21旁边——即例如在套边缘处——的光束的剩余份额的商来定义。因此，所述商基本上是作用面或底部22′的相应的变形度的函数。这种成像系统的光轴与盲孔16的纵轴重合。

在图3中示出由传感器的光源发射的宽带辐射的典型光谱。在此，根据波长λ描绘辐射的强度I。光源构造为宽带光源并且如此布置在光导纤维11的从喷射器13的盲孔突出的末端21′处，使得将由其优选在可见波长范围内发射的辐射耦合到光导纤维11的末端21′中。

图4示出从光导纤维11返回的辐射的光谱变化过程，该辐射在光导纤维11的末端21′处射出并且由——未示出的——光电探测器检测，所述光电探测器——如光源一样——布置在光导纤维11的从喷射器13的盲孔16突出的末端21′处。在光电探测器前面布置单色仪，该光电探测器波长选择性地分析从光导纤维11射出或耦合输出的光。光源以及具有在后面布置的光电探测器的单色仪优选通过光学耦合器(未示出)与光导纤维11的末端21′处于光学有效连接中。从光导纤维11耦合输出的光的典型光谱在布拉格波长λ_B处示出相对窄的带，并且在更高的波长处示出更宽的带，其中，λ_B处的窄带代表与光纤布拉格光栅的拉伸或长度变化对应的第一光学信号，而波长更长的宽的带作为第二光学信号与在充当压力接收的作用面的底部22′处的反射对应。与此相比，由光源发射的并且耦合或入射到光导纤维11中的发射光谱24由图3以虚线标出。

在光电探测器后面布置分析处理电子单元，该分析处理电子单元负责在光电探测器的输出侧缓冲或放大不仅为第一光学信号而且为第二光学信号提供的模拟的电输出信号并且然后将其转换为数字测量数据。在此，视使用的单色仪和使用的光电探测器的种类的而定，以对于本领域人员已知的方式将经波长编码的第一光学信号转换为相应的测量值。通过单色仪实现两个光学信号的分离。在此，分析处理在宽的吸收带中显示的第二光学信号，其方式是：为了获得强度，将例如吸收带在波长范围——吸收带在该波长范围上延伸——上积分(aufintegrien)。在分析处理电子单元后面连接的处理计算单元持续地并且实时地处理数字数据，以便对于测量序列、即例如对于测量时间区间创建对于两个光学信号中的每个的相应的数据组；为了相关，首先将相应的数据组的数据归一，接下来，对于持续的测量序列，进行两个数据组之间的差值计算。为此，根据一种实施例，在持续的测量时间区间[t₀,t_n]——该测量时间区间例如延伸经过预喷射过程和接下来的主喷射——中，从时间区间下限t₀直到时间区间上限t_n，对于区间内的每个时刻t_i(循环变量i＝1…n)，构造一数据组的配属给相应的时刻t_i的测量值与另一数据组的相应地时间上重合的测量值之间的差值，使得在达到持续的测量序列或测量时间区间的时间区间上限时通过差值计算完成相关，接下来直接循环连接新的测量序列。

一种修改后的实施例(未示出)可以在于，光导纤维的设置用于将光耦合输出到至少一个光电探测器的末端具有碘涂层。因为碘(I₂)对于在540nm±10nm光谱范围中的光具有特有的吸收带，所述吸收带具有陡峭延伸的吸收侧沿，所以光——由于在光导纤维的经拉伸的光纤布拉格光栅处的反射，所述光以经移动的波长到达光导纤维的末端——经历与具有未移动的波长的光不同的吸收或衰减。因此，在540nm±10nm的光谱范围中的特有的I₂吸收变化过程的已知的侧沿陡度的情况下，光学信号的分别配属的波长移动可以根据在光电探测器处测量的电信号强度唯一地确定，其方式是：在处理计算单元的存储器中存储数据库或数值表，在所述数据库或数值表中，对于碘的特有的吸收变化过程功能性地根据波长——即以相应的数值对的形式——可检索地存储。因此，替代单色仪，碘涂层满足在这种特别的波长范围内的待探测的光的光谱分析的功能。

作为根据本发明的装置10的传感器的理论基础和其工作原理，在图5至7中示出用于在共轨喷射器中出现的力关系和压力关系的理论计算模型的结果，所述力关系和压力关系可以在预喷射和接下来的主喷射期间在相应地打开和关闭阀针时计算地(rechnerisch)出现，其中，模型计算基于轨压(Raildruck)的典型值以及喷射器尺寸，所述喷射器尺寸包括流过的燃料的在喷射器体中存在的流动横截面。

图5示出具有两个曲线31和32的曲线图30，所述两个曲线根据在喷射器中的预喷射过程和时间上接下来的主喷射过程期间的模型计算构建，其中，下面的曲线31描述燃料的流量率(Durchflussrate)，该燃料在预喷射过程和主喷射过程期间流过喷射器，而上面的曲线32描述在此作用于喷射器体的力变化过程。在曲线图30的横坐标上，描绘时间轴t，而纵坐标示出流量率或力的幅度A。因为，描述力变化过程的曲线32在幅度中具有强烈波动，所以从曲线变化过程中不能够导出与阀针的从流量曲线31明显看出的打开时刻和关闭时刻的唯一关系。

图6示出具有两个曲线41和42的曲线图40，所述两个曲线根据在喷射器中的预喷射过程和时间上接下来的主喷射过程期间的模型计算构建，其中，下面的曲线41——如在图5中一样——描述燃料的流量率，该燃料在预喷射过程和主喷射过程期间流过喷射器，而上面的曲线42——和在图5不同——描述在此作用于喷射器体的压力变化过程。在曲线图40的坐标上，描绘时间轴t，而纵坐标示出流量率或压力的幅度A。从流量变化过程41中根据陡峭的上升侧沿和下降侧沿能够明显识别阀针的相应的打开时刻和关闭时刻，而相反，在压力变化过程42中，由于幅度中的强烈波动，不能够制造与阀针的打开时刻和关闭时刻的唯一关系。这种波动例如可以由共轨泵的压力脉动造成，其中，压力波在喷射器体中的反射可以导致叠加效应。

图7示出具有两个曲线51和52的曲线图50，所述两个曲线根据在喷射器中的预喷射过程和时间上接下来的主喷射过程期间的模型计算构建，其中，第一曲线51——如在图5和6中一样——描述流过喷射器的燃料的流量率，而第二曲线52由图5的力变化过程与图6的压力变化过程之间的差值构造。由通过彼此时间上相关的函数变化过程32与42的差值计算产生的结果曲线52，尽管在幅度中强烈波动，仍然能够唯一地求取阀针在预喷射和主喷射期间的相应的打开时刻和关闭时刻t1和t2。因此表明，通过检测喷射器体中的不仅力而且压力并且通过构造两个物理参量之间的相关，才能够在对于应用足够的公差范围内准确地求取阀针的相应的打开时刻和关闭时刻t1、t2，其中，公差范围在图7中定性地借助参考标记53标出。因此，这种定量执行的模型计算构造根据本发明的装置的传感器的工作原理，该传感器为求取喷射器的阀针的打开特性和关闭特性提供两个不同的光学信号。

总而言之，根据本发明设置：装置具有喷射器和传感器，所述喷射器具有伸进压力室的阀针，该传感器具有光导纤维11，所述光导纤维具有光纤布拉格光栅12，其中，光导纤维11固定地布置在喷射器13中，以便在光从光源输入到光导纤维11中时构造第一光学信号，作为在光纤布拉格光栅12处反射的光相对于输入的光的波长变化，该第一光学信号是来自压力室17的作用于光导纤维11的力的量度，其中，能够取决于压力而变形的作用面22′构造在喷射器13中，以便取决于作用面22′的变形度，将来自光导纤维11的光反馈到光导纤维11中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自压力室17的使作用面22′变形的压力的量度，其中分析处理器件用于检测信号，以便从其相关中求取阀针15的打开特性和关闭特性。由此也可以在小喷射量的情况下实现可靠的测量。基于两个不同的光学信号的同时测量，潜在地在喷射器中出现的压力振动实际上不能够妨碍测量可靠性。一种用于运行根据本发明的装置的方法根据优选实施例基本上包括：构造第一光学信号和第二光学信号的步骤，其中，作为在光纤布拉格光栅12处反射的光相对于输入的光的波长变化，第一光学信号是来自压力室17的作用于光导纤维11的力的量度，其中，对于第二光学信号，取决于能够取决于压力而可变形的作用面22′的变形度，将来自光导纤维11的光反馈到光导纤维11中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自压力室17的使作用面22′变形的压力的量度；以及构造两个光学信号的相关的步骤，以便从中求取阀针的打开特性和关闭特性。在此，为了构造相关，将两个光学信号分别转换为电测量值，其中，对于相应的测量时间区间，求取第一光学信号的测量值与第二光学信号的与此时间上重合的测量值之间的相应的差值。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种包括喷射器和光学传感器的装置，所述光学传感器取决于压力和/或取决于力地在输入的光学信号的特性中的至少一个方面改变所述喷射器(13)中的输入的光学信号，其特征在于，所述光学传感器具有光纤布拉格光栅(12)，在所述光纤布拉格光栅处反射的光学信号中，与输入信号相比，所述光纤布拉格光栅改变作为特性的波长。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有能够取决于压力而变形地构造的作用面(22′)，在用于探测的反馈的光学信号中，与所述输入信号相比，所述作用面改变作为特性的强度。

3.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学传感器具有光导纤维(11)，所述光导纤维具有光纤布拉格光栅(12)，其中，所述光导纤维(11)固定地布置在所述喷射器(13)中，以便在光从光源输入到所述光导纤维(11)中时构造第一光学信号，作为在所述光纤布拉格光栅(12)处反射的光相对于输入的光的波长变化，所述第一光学信号是来自所述压力室(17)的作用于所述光导纤维(11)的力的量度，其中，能够取决于压力而变形的作用面(22′)构造在所述喷射器(13)中，以便取决于所述作用面(22′)的变形度将来自所述光导纤维(11)的光反馈到所述光导纤维(11)中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自所述压力室(17)的使所述作用面(22′)变形的压力的量度。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，设置分析处理器件，所述分析处理器件将两个光学信号彼此关联。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，设置分析处理器件，所述分析处理器件将所述两个光学信号彼此关联，以便根据分别另一信号对两个信号中的一个进行合理性检验。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，设置分析处理器件，所述分析处理器件通过相关将所述两个光学信号彼此关联，以便尤其确定所述喷射器的阀针的打开特性和关闭特性、尤其打开时刻和关闭时刻。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述光导纤维(11)固定在所述喷射器(13)的盲孔(16)中，其中，所述盲孔(16)的所述底部(22′)构造为作用面。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述作用面(22″)弯曲地构造。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述作用面(22′)凹地弯曲地构造，其中，在所述作用面的未变形的状态中，其焦平面大约处于所述光导纤维(11)的朝向所述作用面(22′)的末端(21)上。

10.根据上述权利要求3至9中任一项所述的装置，其特征在于，在所述作用面(22′)与所述光导纤维(11)的朝向所述作用面的末端(21)之间构造有中间空隙，所述中间空隙充当对于从所述光导纤维(11)的所述末端(21)射出的光的反射器空间。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述盲孔(16)如此在所述喷射器(13)中延伸，使得所述盲孔(16)的充当作用面的底部(22′)邻接所述喷射器(13)的所述压力室(17)。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，设置套形元件(23)，所述套形元件接收所述光导纤维(11)的朝向所述底部(22′)的末端(21)并且所述套形元件能够引入到所述盲孔(16)中，以便调节所述光导纤维(11)的所述末端(21)与所述盲孔(16)的充当作用面的底部(22′)之间的预确定的距离。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述套形元件(23)由吸光材料构造。

14.根据权利要求3至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述光源发射在光谱方面宽带的光，所述在光谱方面宽带的光处于大约350nm至大约680nm之间的在光谱方面可见的波长范围。

15.根据权利要求3至14中任一项所述的装置，其特征在于，设置至少一个光电探测器，以便一方面检测在所述光纤布拉格光栅(12)处反射的光并且另一方面检测由所述作用面(22′)反馈到所述光导纤维(11)中的光。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，在所述光电探测器前面连接有至少一个光谱选择性元件，以便取决于波长地分辨从所述光导纤维(11)耦合输出的光。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述至少一个光谱选择性元件构造为单色仪。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述光导纤维(11)的设置用于将光耦合输出到所述至少一个光电探测器的末端(21′)具有碘涂层。

19.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述光源以及具有所述至少一个连接在前面的光谱选择性元件的所述至少一个光电探测器布置在所述光导纤维(11)的背向所述作用面(22′)的末端(21)上。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述分析处理器件包括处理计算单元，所述处理计算单元连接在所述光电探测器的后面。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述分析处理器件包括分析处理电子单元，所述分析处理电子单元充当所述光电探测器与所述处理计算单元之间的接口。

22.一种燃料喷射系统，其包括至少一个根据权利要求1至21中任一项所述的装置。

23.一种用于运行根据权利要求1至21中任一项所述的装置的方法，其中，将具有至少一个预先已知的特性的光输入到所述喷射器中并且在返回的光中检测所述特性方面的变化，作为光的特性，研究波长。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，与输入的光的特性相比，同时检测返回的光中的多个不同的特性，以便确定返回的光中的不同特性的变化。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其特征在于，作为所述光的特性，附加地研究强度。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其特征在于，构造第一光学信号和第二光学信号，其中，作为在所述光纤布拉格光栅处反射的光相对于输入的光的波长变化，所述第一光学信号是来自所述喷射器的压力室的作用于所述光导纤维的力的量度，其中，对于所述第二光学信号，取决于能够取决于压力而变形的作用面的变形度将来自所述光导纤维的光反馈到所述光导纤维中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自所述压力室的使所述作用面变形的压力的量度。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，将两个光学信号彼此关联。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，将所述两个光学信号彼此关联，以便根据分别另一信号对两个信号中的一个进行合理性检验。

29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过相关将所述两个光学信号彼此关联，以便尤其确定所述喷射器的阀针的打开特性和关闭特性、尤其其打开时刻和关闭时刻。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，为了构造相关，将所述两个光学信号分别转换为电测量值，其中，对于相应的测量时间区间求取所述第一光学信号的测量值与所述第二光学信号的与此时间上重合的测量值之间的差值。

Claims (31)

1.一种包括喷射器和光学传感器的装置，所述光学传感器取决于压力和/或取决于力地在输入的光学信号的特性中的至少一个方面改变所述喷射器(13)中的输入的光学信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学传感器具有光纤布拉格光栅(12)，在所述光纤布拉格光栅处反射的光学信号中，与输入信号相比，所述光纤布拉格光栅改变作为特性的波长。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有能够取决于压力而变形地构造的作用面(22′)，在用于探测的反馈的光学信号中，与所述输入信号相比，所述作用面改变作为特性的强度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学传感器具有光导纤维(11)，所述光导纤维具有光纤布拉格光栅(12)，其中，所述光导纤维(11)固定地布置在所述喷射器(13)中，以便在光从光源输入到所述光导纤维(11)中时构造第一光学信号，作为在所述光纤布拉格光栅(12)处反射的光相对于输入的光的波长变化，所述第一光学信号是来自所述压力室(17)的作用于所述光导纤维(11)的力的量度，其中，能够取决于压力而变形的作用面(22′)构造在所述喷射器(13)中，以便取决于所述作用面(22′)的变形度将来自所述光导纤维(11)的光反馈到所述光导纤维(11)中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自所述压力室(17)的使所述作用面(22′)变形的压力的量度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，设置分析处理器件，所述分析处理器件将两个光学信号彼此关联。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，设置分析处理器件，所述分析处理器件将所述两个光学信号彼此关联，以便根据分别另一信号对两个信号中的一个进行合理性检验。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，设置分析处理器件，所述分析处理器件通过相关将所述两个光学信号彼此关联，以便尤其确定所述喷射器的阀针的打开特性和关闭特性、尤其打开时刻和关闭时刻。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述光导纤维(11)固定在所述喷射器(13)的盲孔(16)中，其中，所述盲孔(16)的所述底部(22′)构造为作用面。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述作用面(22″)弯曲地构造。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述作用面(22′)凹地弯曲地构造，其中，在所述作用面的未变形的状态中，其焦平面大约处于所述光导纤维(11)的朝向所述作用面(22′)的末端(21)上。

11.根据上述权利要求4至10中任一项所述的装置，其特征在于，在所述作用面(22′)与所述光导纤维(11)的朝向所述作用面的末端(21)之间构造有中间空隙，所述中间空隙充当对于从所述光导纤维(11)的所述末端(21)射出的光的反射器空间。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述盲孔(16)如此在所述喷射器(13)中延伸，使得所述盲孔(16)的充当作用面的底部(22′)邻接所述喷射器(13)的所述压力室(17)。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其特征在于，设置套形元件(23)，所述套形元件接收所述光导纤维(11)的朝向所述底部(22′)的末端(21)并且所述套形元件能够引入到所述盲孔(16)中，以便调节所述光导纤维(11)的所述末端(21)与所述盲孔(16)的充当作用面的底部(22′)之间的预确定的距离。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述套形元件(23)由吸光材料构造。

15.根据权利要求4至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述光源发射在光谱方面宽带的光，所述在光谱方面宽带的光处于大约350nm至大约680nm之间的在光谱方面可见的波长范围。

16.根据权利要求4至15中任一项所述的装置，其特征在于，设置至少一个光电探测器，以便一方面检测在所述光纤布拉格光栅(12)处反射的光并且另一方面检测由所述作用面(22′)反馈到所述光导纤维(11)中的光。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，在所述光电探测器前面连接有至少一个光谱选择性元件，以便取决于波长地分辨从所述光导纤维(11)耦合输出的光。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述至少一个光谱选择性元件构造为单色仪。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述光导纤维(11)的设置用于将光耦合输出到所述至少一个光电探测器的末端(21′)具有碘涂层。

20.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述光源以及具有所述至少一个连接在前面的光谱选择性元件的所述至少一个光电探测器布置在所述光导纤维(11)的背向所述作用面(22′)的末端(21)上。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的装置，其特征在于，所述分析处理器件包括处理计算单元，所述处理计算单元连接在所述光电探测器的后面。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述分析处理器件包括分析处理电子单元，所述分析处理电子单元充当所述光电探测器与所述处理计算单元之间的接口。

23.一种燃料喷射系统，其包括至少一个根据权利要求1至22中任一项所述的装置。

24.一种用于运行根据权利要求1至22中任一项所述的装置的方法，其中，将具有至少一个预先已知的特性的光输入到所述喷射器中并且在返回的光中检测所述特性方面的变化。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，与输入的光的特性相比，同时检测返回的光中的多个不同的特性，以便确定返回的光中的不同特性的变化。

26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，作为所述光的一个特性/多个特性，研究波长和/或强度。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其特征在于，构造第一光学信号和第二光学信号，其中，作为在所述光纤布拉格光栅处反射的光相对于输入的光的波长变化，所述第一光学信号是来自所述喷射器的压力室的作用于所述光导纤维的力的量度，其中，对于所述第二光学信号，取决于能够取决于压力而变形的作用面的变形度将来自所述光导纤维的光反馈到所述光导纤维中，其中，作为第二光学信号，所反馈的光的强度是来自所述压力室的使所述作用面变形的压力的量度。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，将两个光学信号彼此关联。

29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，将所述两个光学信号彼此关联，以便根据分别另一信号对两个信号中的一个进行合理性检验。

30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，通过相关将所述两个光学信号彼此关联，以便尤其确定所述喷射器的阀针的打开特性和关闭特性、尤其其打开时刻和关闭时刻。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，为了构造相关，将所述两个光学信号分别转换为电测量值，其中，对于相应的测量时间区间求取所述第一光学信号的测量值与所述第二光学信号的与此时间上重合的测量值之间的差值。