WO2019110169A1 - Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids - Google Patents

Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids Download PDF

Info

Publication number
WO2019110169A1
WO2019110169A1 PCT/EP2018/078014 EP2018078014W WO2019110169A1 WO 2019110169 A1 WO2019110169 A1 WO 2019110169A1 EP 2018078014 W EP2018078014 W EP 2018078014W WO 2019110169 A1 WO2019110169 A1 WO 2019110169A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
injection
spray pattern
measuring chamber
matrix elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/078014
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Clemens Majer
Wolfgang Sander
Stefan Muelders
Markus Boerner
Iris Hartung
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP18789061.1A priority Critical patent/EP3721071B1/en
Priority to CN201880079192.6A priority patent/CN111465763B/en
Priority to JP2020531109A priority patent/JP2021505812A/en
Publication of WO2019110169A1 publication Critical patent/WO2019110169A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/001Measuring fuel delivery of a fuel injector
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/082Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to a condition of the discharged jet or spray, e.g. to jet shape, spray pattern or droplet size

Definitions

  • the invention relates to a method for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids and to an apparatus for carrying out such a method.
  • the injection rate for single or multiple injections neces sary to be able to recognize, for example, start of injection and injection end of an injection process.
  • z.T. different measurement techniques is set, under which the detection of primary parameters such as the injection rate based on the measurement of pressure and sound velocity in a measuring chamber is used relatively frequently.
  • a relatively complex pressure sensor signal conditioning by means of a low-pass filtering is necessary to compensate for interference signal due to natural oscillations of the measuring chamber.
  • DE 10 2011 007 611 A1 discloses an apparatus and a method for determining at least the spray quantity and / or the spray rate of a liquid sprayed with a valve.
  • the device has a measuring chamber and an interface for receiving the valve, at least one sensor for measuring a prevailing in the measuring chamber state, and an interconnected with the sensor evaluation for determining the spray rate and / or the spray rate at least in dependence on the measured to stand on ,
  • the device and the method for determining the spray quantity and / or the spray rate make it possible to simultaneously determine and evaluate a further parameter of the liquid.
  • This further parameter is the spray pattern of the sprayed liquid and is recorded by a device for beam imaging of the sprayed liquid.
  • an opti- used see chamber wherein the jet pattern is determined and evaluated simultaneously to the spray rate and / or the injection rate of the evaluation.
  • the method with the features of claim 1 has the advantage that it is relatively easy and inexpensive to implement and also provides quantitative Re results.
  • the method comprises the steps of injecting liquid through the injection valve into a measuring chamber, injecting light into the measuring chamber onto liquid ejected from the injection valve as a spray pattern, detecting and scanning temporally successive jet images coming from at interfaces of the Injection valve ejected spray patterns reflected and to a recording device gebil detem light are generated to th spatially resolved intensity distributions, the evaluation of the detected and scanned beam images depending Weil associated intensity distributions, wherein in the respective intensity distributions such image matrix elements are identified, which the contained image information associated with the spray pattern, and a measure of the injection behavior is determined on the basis of the respectively identified image matrix elements or pixels and their time evolution.
  • the invention is therefore based on the finding that, with a suitable measuring chamber pressure at a phase boundary between a gas phase representing an injection process
  • n (t) is the relative injection rate in function of time t, with G a threshold between high and significantly lower intensity values
  • l (P j , t) the intensity of a j th image element matrix j is a summation index extending from 1 to m, where m represents the total number of evaluated image matrix elements and K j denotes a respective correlation factor
  • wel cher one in each associated one image matrix element detected light intensity information value l (P j, t) taken into account, with only such image matrix elements P j are taken into account in the summation, the light intensity values are greater than the threshold value G or equal to the threshold value G, to identifi associated with the spray pattern contained in the respective beam image-forming matrix elements adorn.
  • the receiving device is adjusted so that a cross-sectional plane of the ejected spray pattern forms sharply provide as a spray pattern, whereby a two-dimensional image of the spray pattern is displayed.
  • a variant of the method, with which a quasi-three-dimensional image of a spray pattern on which the optical detection is based may be that different cross-sectional planes are imaged and scanned in temporally successively detected beam images, in each case the focal length of the recording device is changed and / or the recording device is moved with respect to their optical distance to the measuring chamber.
  • a development of the invention with which a further characteristic for characterizing the characterization of the injection behavior is optically recoverable, can best hen that as a measure of the injection behavior a Strahlausbreitungsgeschwin speed in a cross-sectional plane of the spray pattern (spray pattern) based on the following relationship
  • v (ti + i ) is the beam propagation velocity at time t + i , where i is an index for a respective beam image to be processed, where n is a beam spread radius at time t, for an i-th beam image, and n + i a Strahlausbrei tion radius at time t, + i are designated for an (i + l) -th jet image, wherein at least two temporally successive beam images are detected and evaluated by identified in the i-th beam image image elements who the with which outward pointing ends of the beam lobes of a projected spray pattern and are arranged approximately on an imaginary circular ring with a Strahlausbreitungsradius n, and in the (i + l) -th jet image image elements are identified, which with the outward-pointing ends of beam lobes of the then mapped spray pattern kor respond Schl and approximately on an imaginary circular ring with a beam spread radius n + i are arranged.
  • a calibration of the Strahlausbreitungsradien by a relevant Abbil relevant object size, preferably a nozzle diameter of the injection valve to be tested, and / or a magnification of the recording and / or a resolution of the recording device is taken into account is / are, so that the parameter in absolute units representable is.
  • hydraulic measurements for determining a hydraulically obtained parameter such as the injection rate and / or the injection quantity in the measuring chamber are carried out simultaneously with the optical detection of beam images, with optically obtained measuring data with hydraulically obtained measurement data with respect to the parameter be corrected.
  • the hydraulically obtained measurement results can be checked and verified directly by means of the optical detection performed at the same time, so that measurement artefacts can be detected in the hydraulic measured value detection because of the measurement artifacts that are required for the required low-pass filtering.
  • an absolute injection rate A (t) can be determined by scaling via the hydraulically measured injection rate, which corresponds to the integral over the rate takes place.
  • a beam pulse for characterizing the injection behavior wherein the jet pulse from the optically ge acquired beam propagation velocity v (t,) and from a hydraulically ge obtained injection quantity is determined by respective product formation.
  • a three-dimensional image of the spray pattern can be generated from the various cross-sectional planes at each point in time of the injection. Furthermore, a beam propagation velocity along the beam axis is determined from the three-dimensional image of the spray pattern.
  • the device intended for carrying out the method according to the invention is simply designed and reliably delivers quantitative results for characterizing the injection behavior of an injection valve or fuel! njektors.
  • the device comprises an evaluation device, which has a data transmission connection to the recording device to ver work and evaluate scanned by the receiving device and ver to evaluate the evaluation in detected by the recording intensity distributions of respective beam images such image matrix elements, which an associated spray pattern associated image information included, and based on the respective identified image matrix elements and their time evolution determines a measure of the injection behavior.
  • the receiving device along its optical axis by means of an associated positioning displacer bar to change the optical path length between the receiving device and the measuring chamber. This makes it possible to successively ver different cross-sectional planes ejected from the injector
  • the flesh tone device is designed as a digital camera to detect a spatially resolved intensity curve for each detected and scanned beam image, which simplifies the evaluation of optically acquired data and allows a compact design of the device.
  • 1A is a sectional view of a device according to the invention, comprising a measuring chamber with an injector received therein, a arranged on an optical access of the measuring chamber illumination device and an au outside the measuring chamber arranged receiving device,
  • Fig. 1B is a diagram for a first and then taking place a second injection respectively during the injection period detected hydraulic measurements based on two diagrams and temporally coincident thereto optically detected cavitation images together with a pulse train for the injection of the current to tes injector and a control signal represents the control of the proceedingssein direction, wherein the time axis runs along the abscissa and in the diagrams, the hydraulically detected injection mass and their temporal Ablei direction are plotted as a function of time,
  • 2A is a flowchart showing the essential method steps of a first embodiment of the control method according to the invention
  • 2B shows a flowchart with the essential method steps of a two-th embodiment of the control method according to the invention
  • 2C is a flowchart with the essential method steps of a third embodiment of the inventive control method
  • FIG. 3A shows a flow chart with the essential method steps of a first embodiment of the evaluation method according to the invention in order to determine a measure of a relative injection rate of an injector to be tested
  • FIG. 3B shows a spray pattern of an injector optically detected as a cavitation image, which serves as the basis for the first embodiment of the evaluation method
  • FIG. 4A shows a flowchart with the essential method steps of a two-th embodiment of the evaluation method according to the invention in order to determine a measure of the beam propagation in an image plane of a spray pattern ejected from a test object to be tested,
  • 4C shows a flow chart with the essential method steps of a third embodiment of the evaluation method according to the invention in order to determine a measure of the beam propagation along the beam axis of a spray pattern ejected from an injector to be tested,
  • 4D is a diagram for a rough illustration of the principal temporal divergence behavior of a spray pattern ejected from the injector, which is illustrated in a simplified and sketch-like manner on the basis of its outer radius respectively assigned to different times, as the basis for calculating the beam propagation velocity to be determined;
  • 4E is a diagram for illustrating the principle temporal Diver genz s ejected from the injector spray pattern as calculation basis for the beam propagation speed to be determined in a single image plane
  • FIG. 5A shows an evaluation mask, which has been illustrated on the basis of a cavitation image, for evaluation in order to suppress unwanted reflections on the measuring chamber wall in the evaluation
  • 5B shows an evaluation mask, which is illustrated by means of a cavitation image and is used in the evaluation in order to suppress reflections outside the beam,
  • FIG. 5C is an evaluation mask illustrated by means of a cavitation image, which is used for the evaluation in order to selectively analyze individual beam lobes in the cavitating image, as well as FIG
  • FIG. 6 shows a measured measurement diagram acquired and evaluated in accordance with the method according to the invention, in which a normalized injection rate F (t) is plotted along the ordinate, while the time axis runs along the abscissa, wherein groups of optically acquired measurement data are represented by the fraction hel Image matrix elements of individual sensor images of a temporal sequence in functional dependence on the recording time of the recording device during an injection process are shown, and in comparison thereto a simultaneously hydraulically detected measurement curve is shown.
  • F normalized injection rate
  • Fig. 1A illustrates in a highly schematically held sectional view of the device generally designated 10, which has a measuring chamber 11 and egg ne optical pickup device 12 and a lighting device 13.
  • the measuring chamber 11 is used for testing injectors and has a housing 14 which is provided for receiving an injector 15 to be tested, which is centrally inserted into a designated opening in a th above wall of the housing 14, so that with spray holes ver seen injector end protrudes into the measuring chamber 11.
  • a pressure sensor 16 and a Ultraschallwandlereinrich device 17 are received, which is formed of an ultrasonic source and an ultrasonic sensor.
  • the measuring chamber 11 has a functionality as a hydraulic pressure increase analyzer;
  • the injector 15 injects liquid into the liquid-filled measuring chamber 11 through its injection openings or injection holes, thereby increasing the pressure in the measuring chamber 11, it is possible in a conventional manner to measure the pressure and the speed of sound in the measuring chamber 11 simultaneously by means of the pressure sensor 16 and the ultrasonic transducer means 17 a characteristic characteristic of the injector, namely the injection rate can be determined.
  • the device 10 opti cal sensor functionality to the generated during the injection process to the Spritzlö Chern the injector 15 as a cross-sectional plane of the spray pattern 18 by the fuel emerging there spray jet 30 optically to detect and quantitatively analyze by means of an evaluation, not shown. Since to the case 14 on its the injector 15 opposite angeord Neten bottom side 14 'has an approximately centrally located therein optical access 20, which is formed as an optically transparent window.
  • the lighting device 13 is formed as an annular light emitting diode array (LED array) and on the outside so on the bottom side 14 'of the housing 14 is arranged, that the ring inner surface of the LED array 13 from the bottom side 14 ' projecting portion of the optical window 20th encloses. Light emitted by the annular LED arrangement 13 then passes into the measuring chamber 11 via the optical window 20.
  • LED array annular light emitting diode array
  • the inner wall of the measuring chamber 11 is formed blackened that in the measuring chamber 11 irradiated light is reflected substantially at phase boundaries, which arise by cavitation currency end of the injection process from the spray holes of the injector 15 to be tested in the form of beam lobes and form a spray pattern 18.
  • At least a portion of the reflected or reflected light occurs through the opti cal window 20 and through the inner ring of the LED assembly 13 through outward and is then deflected by a deflection mirror 21 by 90 ° to a receiving device 12 as a spray pattern or Cavitation image 30 detected too with an upstream objective 22 imaging the falling light beam from the deflection mirror 21 onto an image sensor (not shown) of the recording device 12, which in the exemplary embodiment is a high-speed digital camera with a CMOS or CCD (charge coupled Device ") - array is formed as an image sensor.
  • the annular LED arrangement 13, the optical window 20 and the injector 15 are arranged concentrically with one another along the longitudinal axis 11 'of the measuring chamber 11.
  • the receiving device 12 is mounted together with the upstream lens 22 on a positioning slide 24 which is formed horizontally displaceable along a guide 25 to vary the image plane of the receiving device 12 un depending on the focus setting can.
  • a control and evaluation (not shown) serves on the one hand for driving the posi tionierschlittens 24, for controlling the injection behavior of the injector 15, for pulsed control of the light emission of the LED array and time on it tuned recording behavior of the receiving device 12 and on the other hand for evaluation the light intensities detected by the image sensor of the recording device 12;
  • the control and evaluation via control and data lines (not shown) with an electronic control unit of the injector, electrically connected to the LED array, with the recording camera and its lens and control electronics of the positioning slide.
  • the control and evaluation device performs a correlation of the optically obtained data with the same time from the pressure and Schall Anlagensmes solution hydraulically obtained data.
  • Fig. 1B shows a graph 27, in which with the invention Vorrich device 10 scored measurements are shown, on the one hand hydraulically recorded measurements in two diagrams 28, 28 ' for two consecutive injections of the injector to be tested and each temporally correlated and optically detected Cavitation images 30 ' , 30 '' include.
  • the injection mass m determined on the basis of the pressure p measured in the measuring chamber and the measured speed of sound c and the injection rate dm / dt as a function of the time t during a multiple injection are composed of for example illustrated, Main and Nachein injection represented.
  • Each of the two diagrams 28, 28 ' is a Steuerimp uls plausible assigned, with which the injection of the injector is controllable, in which for the pilot injection, for example, a triangular sawtooth pulse 29, for the main injection, a trapezoidal pulse 29 ' and for Nachein injection a trapezoidal pulse 29 "is used by opposite the main injection shorter pulse duration.
  • a control signal 39 for driving the LEDs of the lighting device processing is shown, with which a synchronous injection for illumination of the measuring chamber is effected, wherein the control signal has a We sentlichen rectangular pulse shape whose pulse length so bemes sen is that this extends over the pre-, main and post injection.
  • FIG. 2A shows, on the basis of a highly schematically kept flow chart 100, the essential method steps of the inventive control method according to a first variant of the method, which serves for various device components, ie the camera, its objective and the LED arrangement with the injection process of the injector to be tested Synchronisie ren.
  • a second method step 102 which takes place during the exposure phase, the image plane of the objective 11 is focused on the plane of the injection holes of the injector 15 in order to image the spray pattern or cavitation image typically generated during the injection process of the injector sharply onto the image sensor.
  • a next method step 105 the immediately before currently detected individual image as image matrix with Schmmatrixele elements or pixels, in which the respective light intensities are detected, stored on egg nem storage medium.
  • a subsequent test step 106 is continuously queried whether the preset sequence of frames has already been processed, with a negative query result, a return to step 103 and the procedure steps 104 and 105 for detecting and storing a respective next frame within a step 103 to 106, while incrementing a loop index by one counter 1, while on the other hand with a positive interrogation result, that is, when a sequence of frames is detected and stored, the loop is terminated to leave it at a subsequent step 107 to initiate a jump into an evaluation procedure.
  • the individual images obtained in this embodiment of the control and measurement data acquisition method are, as a result of the optical device configuration, cross sections through the cavitation generated by the injector along the image plane which is set constant on the objective 22.
  • FIG. 2B shows, on the basis of a highly schematically held flow chart 100 ', the essential method steps of the inventive control method according to a second variant of the method, which serves for different component components, ie the camera, its lens and the LED arrangement and the positioning slide with the injection process of the to test synchronizing the injector.
  • the positioning carriage 24 is additionally actuated to move the camera 12 mounted thereon along with the objective lens 22 along the guide rail 25, together with the objective lens 22 can.
  • an initializing method step 101 ' the positioning carriage is moved to a starting or starting position.
  • a control pulse signal is output synchronously to the electronics of the injector 15 to be tested, the LED arrangement 13, the recording camera 12, and its objective 22, such that the injector 15 ejects fuel from its injection ports and injects it into the metering chamber 11;
  • the LED ring 13 emits a Lichtim pulse, the lens 22 aperture and focus and opens the sacredkame ra 12 for a predetermined exposure time their closure, so that light emitted from the LED ring 13, at the phase boundary of the Injector as a spray pattern 18 released fuel reflected and from the measuring chamber 11 via the optical components 20, 21, and 22 on the image sensor of the Aufnah melie 12 passes or is mapped.
  • the image plane of the lens 22 is focused on the plane of the injection holes of the injector 15 to map the spray pattern typically generated during the injection process of the injector as Kavita tion image sharp on the image sensor.
  • a subsequent test step 108 ' it is continuously queried whether the preset sequence has already been processed, with a negative query function being a return to step 104 ' and the procedure with the steps 105 ' and 106 ' for detecting and storing a respective cyclically through the next frame within a step 104 ' to 108 ' , the loop index being incremented by one count of 1 for counting the frames, while on the other hand, if the sequence of frames is detected and if the result is positive is ab stores, the loop is terminated or left to initiate in a subsequent procedural step sequential step ' a jump in a - still to erläu terndes - evaluation.
  • the control and measurement data acquisition methods used in this embodiment are different.
  • the spray pattern of the injector virtually three-dimensionally by means of a single sequence in a three-dimensional Time is displayed.
  • FIG. 2C shows, with reference to a highly schematically held flow chart 100 ", the essential method steps of the inventive control method according to a third variant of the method, which serves various device components, ie the camera, its lens and the LED arrangement and the positioning carriage with the injection process of FIG to test synchronizing the injector.
  • the positioning carriage 24 is driven to move the receiving camera 12 mounted thereon along with the objective lens 22 independently of the set objective focal length along the guide rail 25 to be able to.
  • an initializing method step 101 " the positioning carriage is moved to a start or start position.
  • a control pulse signal is output synchronously to the electronics of the injector 15 to be tested, the LED arrangement 13, the recording camera 12, and its objective 22, so that the injector 15 ejects fuel from its spray holes and into the measuring chamber 11 injected;
  • the LED ring 13 emits a Lichtim pulse, the lens 22 aperture and focus and opens the sacredkame ra 12 for a predetermined exposure time their closure, so that light emitted from the LED ring 13, at the phase boundary of the Injector as a spray pattern of released fuel reflected and passes from the measuring chamber 11 via the optical components 20, 21, and 22 on the image sensor of the Aufnah me disability 12 or imaged.
  • step 103 " the image plane of the lens 22 is focused on the plane of the injection holes of the injector 15 to map the spray pattern typically generated during the injection process of the injector as Kavita tion image sharp on the image sensor.
  • test step 109 " is continuously inquired whether the preset sequence of image planes has already been processed, with a negative query result, a return to step 104 " and the procedure with the steps 105 " and 106 " for detecting and storing one
  • the next frame of the next image plane and its temporal sequence are cycled within a 104 " to 109 " loop, with the loop in dex incremented by one count of 1 for counting the frames, while the result is a positive interrogation That is, when the sequence of frames of all image planes is detected and stored, the loop is terminated or exited, in a subsequent procedural step 110 " to initiate a jump into an evaluation method to be explained below.
  • the individual images obtained in this embodiment of the control and measurement data acquisition method are cross-sections staggered with respect to one another, the injector located in the respective measuring chamber generated spray pattern successively scanned, so that - in contrast to the first Ste- tion method variant according to flowchart 100 - by means of a single Se quenz the spray pattern of the injector is practically three-dimensionally displayed.
  • FIG. 3A shows a flow chart with the essential method steps of the evaluation method 200 according to the invention in accordance with a first embodiment, wherein a respective injection rate of the injector is determined on the basis of spray patterns optically detected as cavitation images.
  • FIG. 3B shows such a sensor image or cavitation image 30, which is digitally detected by the image sensor of the recording device and has beam lobes 31 which are recognizable from predominantly dark background images based on image matrix elements or pixels with high light intensity values, the intensity distribution within that the beam lobes 31 reproducing pixel grayscale to, for example, a maximum of 255 at an 8-bit depth includes.
  • a first sensor image is analyzed from a sequence of temporally successively detected image images, wherein the image matrix is read element by element with respect to the light intensity information respectively contained or scanned.
  • an intensity threshold value G is set in the first sensor image in order to define a light-dark boundary within the intensity curve of the first sensor image, which essentially serves to cause a reflection due to reflections on the interior wall of the measuring chamber to suppress.
  • recognition or identification of those image matrix elements P, of the first sensor image, whose associated stored light intensity information value reaches or exceeds the predetermined intensity threshold takes place.
  • the immediately following method step 204 is used to determine a relative injection rate of a defined number m of the previously known image matrix elements or pixel P, in the first sensor image according to the following equation:
  • n (t) the relative injection rate in functional dependence on the time t
  • P j the jth pixel or image matrix element of a respective m image element detected by the image sensor, with G between high and contrast lower intensity values lying limit value
  • j a summation index extending from 1 to m
  • K j a respective correlation factor.
  • the correlation factor takes into account a light intensity information value I (P j , t) recorded in the respectively assigned image matrix element and causes a normalization of the image matrix element contributions to n (t). In the summation, only those image matrix elements P j are taken into account whose light intensity information values are greater than the limit value G or equal to the limit value G.
  • a further method step 205 the determined n (t) for the first sensor image is stored at time t as a measure of the injection rate corresponding to the optically detected cavitation image.
  • a subsequent procedural step 206 increments an internal counter by one and initiates a return to step 201 to analyze a next sensor image at time t + At with the target, an associated injection rate (t + At) therein subsequent method steps 202 to 205 to determine. This procedure is repeated cyclically for the remaining sensor images of the sequence, so that finally there is an associated injection rate n (t) for each sensor image at a time t of a recording sequence.
  • n (t) is displayed for all analyzed sensor images and correlated with injection rates from hydraulic measured-value acquisition, which are respectively coincident in time, on the basis of the pressure p and the speed of sound c.
  • FIG. 4A shows a flowchart 300 with the essential method steps of the evaluation method according to the invention in accordance with a second embodiment, which essentially serves to determine the beam propagation speed through the cavitation.
  • a light / dark intensity threshold is determined in those image matrix elements of the sensor image S currently being processed, which coincide with the dial outwardly extending ends of the beam lobes of an identified cavitation pattern correspond, the associated with this bright-dark intensity threshold image matrix elements or pixels approximately along ei nes imaginary - radially extending in the sensor image - circular ring with radius R, are arranged.
  • the subsequent process step 305 serves a real beam propagation radius n in units of mm on the basis of the previously determined in step 304 and calculated in units of pixel pitch Ri, the magnification and the object size, which inskysbei play the nozzle diameter of the injector to be tested can be, calculate or determine.
  • a check is first made in an intermediate step 307 as to whether the counter i is greater than or equal to 2, with a return to step 302 with a count of i: 1 to increment the count and to process the next sensor image and then perform steps 304-306, or else proceed to the next step 308.
  • a quotient v is formed according to the following equation:
  • V (t i + i ) fc + i - ) Equation (2)
  • v (ti + i ) is the quotient
  • n is the beam radius determined for a respective sensor image
  • t is the respective recording time of a sensor image
  • n + i is the one for a time subsequently at time t + i characterized drew sensor image determined beam spread radius
  • the quotient v (ti + i ) is a measure of the zir kulare propagation of - each existing at the radially outwardly pioneering ends of the beam lobes cavitation existing - light / dark intensity threshold between two temporally immediately successively detected sensor images or recording images and thus represents the Strahlausbreitungsgevindtechnik v in a cross-sectional plane, which is used to determine the corresponding jenden beam pulse p, taking into account the simultaneous hydraulic measurement of the injection quantity is used;
  • 4B shows a projection 26 of two cavitation images taken in chronological succession, wherein the radius of the light-dark intensity threshold with respect to the ends of the beam lobes 31 is designated ri in the first cavitation image and r 2 in the second cavitation image.
  • the respectively previously determined quotient is stored and displayed as a measure of the beam propagation velocity v in a cross-sectional plane and the beam impulse p calculated therefrom in a cross-sectional plane.
  • a subsequent intermediate step 310 serves to check the current counter reading and, in the event that not all sensor images of a sequence have yet to be analyzed or evaluated, to return to step 302; otherwise, in a final step 311, a stop of this method block 300 and a return to the higher-level control method takes place.
  • FIG. 4C shows a flowchart 300 ' with the essential method steps of the evaluation method according to the invention according to a third embodiment, which serves essentially to control the beam propagation speed through the cavitation along the beam axis v s (ti) in contrast to the evaluation method according to FIG. 4A to determine the beam propagation velocity in an image plane.
  • step 306 ' the calculated beam spread radius r, j together with the associated recording time t and the image plane position X j of the sensor image currently being processed are stored as value tuples (n j , t ,, X j ).
  • a check is made as to whether the counter is greater than or equal to 2, with a negative result returning to step 303 ' to obtain the count for j increment by 1 and process the next sensor image, again performing steps 304 ' through 306 ' , or else proceed to next step 308 ' .
  • step 312 ' the calculated Strahlausbrei processing speed is stored together with the calculated therefrom Strahlausbrei processing pulse p s .
  • FIG. 4D illustrates a graphical diagram as a basis for calculating the determination of the jet angle in step 311 ' according to FIG. 4C.
  • propagation velocity v s (t) It is sketchy illustrated how a spray pattern ejected from an injector 15 spreads spatially depending on the time along its beam axis 18-3, with the spray pattern in a first state 18-1 at a time ⁇ and in a second state 18- 2 at a time t, i + n based on the respective outer radius and n + i is indicated;
  • These outer radii of the spray pattern states 18-1, 18-2 are associated with different image planes Z j + i and Z j + 3 spaced apart along the z axis of an x, y, z coordinate system.
  • dz is the differential of the variable z
  • dx is the differential of x
  • dr is the differential of r
  • ds is the differential of the variable s.
  • FIG. 4E shows a diagram to illustrate the temporal Divergenzverhal least one of an injector 15 ejected spray pattern, which - in contrast to the scheme shown in Fig. 4D - as Basis calculating the ge to determine the beam propagation speed in only one single image plane as shown in FIG. 4A and 4B is used.
  • the spray pattern propagating along its beam axis 18-3 is identified in a first state 18-1 at time t1 and a second state 18-2 at time t1 + i on the basis of the respective outside radii n and n + i , which are resulting from their respective intersections with the image plane z ' in an x, y, z coordinate system.
  • FIG. 5A shows a cavitation image 30 which is optically detected by the device 10 according to the invention and, in addition to the beam lobes 31 symmetrically arranged in the central image area, which are identified by image matrix elements or pixels of the image sensor with high intensity values (shown in bright) at the image edges 33 whose associated image matrix elements also contain high intensity values and are attributable to undesired reflections of the light emitted from the inner wall of the measuring chamber.
  • an evaluation mask 32 is assigned to each sensor image or cavitation image in order to eliminate such image matrix elements during evaluation, ie to limit the evaluation region in the image matrix of the respective cavitation image accordingly.
  • FIG. 5B shows a modified evaluation mask 35 which, unlike that of FIG. 5A, has a substantially star-shaped structure and is contoured so that each contour element of the star-shaped structure is assigned a respective beam lobe 31, so that each beam is closely framed, the respective gap between each zueinan the adjacent is delimited and the radial extent of each Konturenele element greater than the position seen in the radial direction of the end of the respec gene beam lobe 31, but significantly smaller than that seen in the radial direction Location of the edge regions 33 is dimensioned.
  • FIG. 5C shows a again modified evaluation mask 36, which - in contrast to the embodiments shown in FIGS. 5A and 5B - has a structure which is selectively associated with only a single beam lobe 31 in the cavitation image and the beam lobe 31 is framed in this way.
  • the mask structure proceeds approximately from the origin of the beam lobe 31 and narrows the beam lobe narrowly at its outer edges up to its end, wherein the radial extension of the structure of the evaluation mask 36 is dimensioned to be slightly larger than the position of the end of the beam lobe 31 seen in the radial direction.
  • FIG. 6 shows a measurement diagram 40 in which measurement data 41 evaluated optically and evaluated by the method according to the invention as a measure of a normalized injection rate in each case functionally dependent on the time t running along the abscissa axis during an injection process and for comparison to a hydraulically detected and on a maximum of 1 normalized injection rate are plotted on the basis of a continuous measurement curve 42.
  • the optically detected and evaluated according to the method according to the invention from the flow diagram 200 measured data 41 are divided into groups, each differing from each other with respect to the set intensity threshold un and are shown in Fig.
  • the rising edge 44 corresponds to the beginning and the falling edge 44 ' with the end of the injection process.
  • the simultaneously hydraulically detected injection rate is shown along the ordinate axis as a continuous measurement curve 42, the injection rate being determined essentially as a function of the time profile of the measured pressure p (t) in the measuring chamber and the measured pressure-dependent sound velocity c (p) becomes.
  • Both the measured data obtained according to optical recognition or sampling and the measuring curve acquired simultaneously at the same time are normalized with respect to the ordinate axis F (t) to a maximum of 1, in order to enable a direct comparison.
  • the higher edge steepness in the optical detection or sampling in contrast to the hydraulic measurement is due to the fact that in the hydraulic measurement, a low-pass filter is used in the Meßelektronikein unit, which serves to filter out natural oscillations in the measuring chamber and as a side effect on the one hand for a clear flatter course in the flank area of the solid curve and on the other hand for measurement value scattering or measurement artifacts in between the two flanks 44, 44 ' lie ing plateau region 45 provides.

Abstract

The invention relates to a method and to a device for characterizing the injection behavior of an injection valve (15) for liquids, which method comprises the method steps of injecting liquid into a measurement chamber (11) by means of the injection valve (15), radiating light into the measurement chamber (11) onto liquid discharged from the injection valve (15) as a spray pattern (18), detecting and scanning temporally successive spray images which are produced by light reflected at the spray pattern (18) discharged from the injection valve (15) and are imaged at a capturing apparatus (12) in order to obtain spatially resolved intensity distributions, evaluating the intensity distributions associated with the detected and scanned spray images, wherein those image matrix elements that contain image information associated with the imaged spray pattern (18) are identified in the intensity distributions, and a measure of the injection behavior is determined on the basis of the identified image matrix elements and the time development thereof.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung des Einspritzverhaltens eines Method and device for characterizing the injection behavior of a
Einspritzventils für Flüssigkeiten Injector for liquids
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung des Einspritzverhaltens eines Einspritzventils für Flüssigkeiten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. The invention relates to a method for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids and to an apparatus for carrying out such a method.
Stand der Technik State of the art
Zur Funktionsprüfung bzw. Charakterisierung von Einspritzventilen, insbesondere von Common-Rail-Injektoren, ist in der Regel eine genaue Messung von Kenn größen wie z.B. der Einspritzrate bei Einzel- oder Mehrfacheinspritzungen erfor derlich, um beispielsweise Spritzbeginn und Spritzende eines Einspritzvorgangs erkennen zu können. Dazu werden z.T. unterschiedliche Messtechniken einge setzt, unter denen die Erfassung von primären Kenngrößen wie der Einspritzrate basierend auf der Messung von Druck und Schallgeschwindigkeit in einer Mess kammer relativ häufig eingesetzt wird. Bei diesem Stand der Technik ist jedoch eine relativ aufwendige Drucksensorsignalkonditionierung mittels einer Tiefpass filterung nötig, um Störsignaleinflüsse aufgrund von Eigenschwingungen der Messkammer zu kompensieren. For functional testing or characterization of injection valves, in particular of common rail injectors, an accurate measurement of characteristic variables, such as, for example, is generally required. the injection rate for single or multiple injections neces sary to be able to recognize, for example, start of injection and injection end of an injection process. For this purpose z.T. different measurement techniques is set, under which the detection of primary parameters such as the injection rate based on the measurement of pressure and sound velocity in a measuring chamber is used relatively frequently. In this prior art, however, a relatively complex pressure sensor signal conditioning by means of a low-pass filtering is necessary to compensate for interference signal due to natural oscillations of the measuring chamber.
Aus der DE 10 2011 007 611 Al sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung zumindest der Spritzmenge und/oder der Spritzrate einer mit einem Ventil verspritzten Flüssigkeit bekannt. Die Vorrichtung weist eine Messkammer und eine Schnittstelle zur Aufnahme des Ventils, zumindest einen Sensor zum Messen eines in der Messkammer herrschenden Zustandes, sowie eine mit dem Sensor verschaltete Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Spritzmenge und/oder der Spritzrate zumindest in Abhängigkeit von dem gemessenen Zu stand auf. Die Vorrichtung sowie das Verfahren zur Ermittlung der Spritzmenge und/oder der Spritzrate ermöglichen es, gleichzeitig einen weiteren Parameter der Flüssigkeit zu ermitteln und zu bewerten. Dieser weitere Parameter ist das Strahlbild der verspritzten Flüssigkeit und wird von einer Einrichtung zur Strahl bilderfassung der verspritzten Flüssigkeit aufgenommen. Hierfür wird eine opti- sehe Kammer verwendet, wobei das Strahlbild simultan zu der Spritzmenge und/oder der Spritzrate von der Auswerteeinrichtung ermittelt und bewertet wird. DE 10 2011 007 611 A1 discloses an apparatus and a method for determining at least the spray quantity and / or the spray rate of a liquid sprayed with a valve. The device has a measuring chamber and an interface for receiving the valve, at least one sensor for measuring a prevailing in the measuring chamber state, and an interconnected with the sensor evaluation for determining the spray rate and / or the spray rate at least in dependence on the measured to stand on , The device and the method for determining the spray quantity and / or the spray rate make it possible to simultaneously determine and evaluate a further parameter of the liquid. This further parameter is the spray pattern of the sprayed liquid and is recorded by a device for beam imaging of the sprayed liquid. For this purpose, an opti- used see chamber, wherein the jet pattern is determined and evaluated simultaneously to the spray rate and / or the injection rate of the evaluation.
Offenbarung epiphany
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass es relativ einfach und kostengünstig realisierbar ist und zudem quantitative Re sultate liefert. Dazu umfasst das Verfahren die Schritte des Einspritzens von Flüssigkeit durch das Einspritzventil in eine Messkammer, des Einstrahlens von Licht in die Messkammer auf von dem Einspritzventil als Sprühmuster ausgesto ßene Flüssigkeit, des Detektierens und Abtastens von zeitlich aufeinanderfol genden Strahlbildern, die von an Grenzflächen des vom Einspritzventil ausge stoßenen Sprühmusters reflektiertem und auf eine Aufnahmeeinrichtung abgebil detem Licht erzeugt werden, um ortsaufgelöste Intensitätsverteilungen zu erhal ten, des Auswertens der zu den detektierten und abgetasteten Strahlbildern je weils zugeordneten Intensitätsverteilungen, wobei in den jeweiligen Intensitäts verteilungen solche Bildmatrixelemente identifiziert werden, welche dem abgebil deten Sprühmuster zugeordnete Bildinformationen enthalten, und anhand der jeweils identifizierten Bildmatrixelemente bzw. Pixel und deren Zeitentwicklung ein Maß für das Einspritzverhalten ermittelt wird. Der Erfindung liegt mithin die Erkenntnis zugrunde, dass bei geeignetem Messkammerdruck an einer Phasen grenze zwischen einer einen Einspritzvorgang darstellenden Gaspha The method with the features of claim 1 has the advantage that it is relatively easy and inexpensive to implement and also provides quantitative Re results. To this end, the method comprises the steps of injecting liquid through the injection valve into a measuring chamber, injecting light into the measuring chamber onto liquid ejected from the injection valve as a spray pattern, detecting and scanning temporally successive jet images coming from at interfaces of the Injection valve ejected spray patterns reflected and to a recording device gebil detem light are generated to th spatially resolved intensity distributions, the evaluation of the detected and scanned beam images depending Weil associated intensity distributions, wherein in the respective intensity distributions such image matrix elements are identified, which the contained image information associated with the spray pattern, and a measure of the injection behavior is determined on the basis of the respectively identified image matrix elements or pixels and their time evolution. The invention is therefore based on the finding that, with a suitable measuring chamber pressure at a phase boundary between a gas phase representing an injection process
se/Flüssigkeitsphase und einer in der Messkammer befindlichen Flüssigpha se/Gasphase reflektiertes und dann als optische Momentaufnahme abgebildetes Licht einen zeitlich„eingefrorenen“ Zustand des Einspritzverhaltens darstellt, da beim Einspritzvorgang in die mit dem flüssigen Medium gefüllte Messkammer ei ne sich als Sprühmuster manifestierende Kavitation auftritt, so dass Öffnen und Schließen des Einspritzventils eindeutig mit dem Auftreten und Verschwinden von Kavitation korreliert ist; die Auswertung von derart„eingefrorenen“ Moment aufnahmen eines Kavitationsereignisses gibt somit Aufschluss über dessen zeit liche Entwicklung, woraus eine Kenngröße zur Charakterisierung des Einspritz verhaltens ableitbar ist. Mithin ist es möglich, Beginn und Ende eines Einspritz vorgangs aufgrund der dann auftretenden abrupten Änderungen der Intensitäts verteilungen der Strahlbilder eindeutig zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der zugrundeliegenden optischen Messtechnik weitge hend unempfindlich gegenüber Eigenschwingungen der Messkammer. se / liquid phase and located in the measuring chamber Flüssigpha se / gas phase and then imaged as an optical snapshot light represents a temporally "frozen" state of the injection behavior, since the injection process in the filled with the liquid medium measuring chamber egg ne manifesting itself as a spray pattern cavitation occurs so that opening and closing of the injector is clearly correlated with the occurrence and disappearance of cavitation; the evaluation of such "frozen" snapshots of a cavitation event thus provides information about its temporal development, from which a parameter for characterizing the injection behavior can be derived. Thus, it is possible to unambiguously determine the beginning and end of an injection process due to the then occurring abrupt changes in the intensity distributions of the beam images. The invention Method is largely insensitive to natural oscillations of the measuring chamber due to the underlying optical measurement technique.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen. Further advantageous developments and refinements of the invention will become apparent from the measures listed in the dependent claims.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass als Maß für das Einspritzverhalten eine als Kenngröße dienende relative Einspritzrate an hand der nachstehenden Beziehung An expedient embodiment of the invention is that as a measure of the injection behavior serving as a parameter relative injection rate on hand of the following relationship
Figure imgf000005_0001
Figure imgf000005_0001
ermittelt wird, wobei mit n(t) die relative Einspritzrate in funktionaler Abhängigkeit von der Zeit t, mit G ein zwischen hohen und demgegenüber deutlich niedrigeren Intensitätswerten liegender Grenzwert, mit l(Pj, t) die Intensität eines j-ten Bild matrixelements eines jeweiligen zur Zeit t von der Aufnahmeeinrichtung detek- tierten und abgetasteten Strahlbilds, mit j ein sich von 1 bis m erstreckender Summationsindex, wobei m die Gesamtzahl der ausgewerteten Bildmatrixele mente darstellt und mit Kj ein jeweiliger Korrelationsfaktor bezeichnet sind, wel cher einen im jeweils zugeordneten Bildmatrixelement erfassten Lichtintensitäts informationswert l(Pj, t) berücksichtigt, wobei bei der Summenbildung nur solche Bildmatrixelemente Pj berücksichtigt werden, deren Lichtintensitätswerte größer als der Grenzwert G oder gleich dem Grenzwert G sind, um dem im jeweiligen Strahlbild enthaltenen Sprühmuster zugeordnete Bildmatrixelemente zu identifi zieren. where n (t) is the relative injection rate in function of time t, with G a threshold between high and significantly lower intensity values, with l (P j , t) the intensity of a j th image element matrix j is a summation index extending from 1 to m, where m represents the total number of evaluated image matrix elements and K j denotes a respective correlation factor, wel cher one in each associated one image matrix element detected light intensity information value l (P j, t) taken into account, with only such image matrix elements P j are taken into account in the summation, the light intensity values are greater than the threshold value G or equal to the threshold value G, to identifi associated with the spray pattern contained in the respective beam image-forming matrix elements adorn.
Zweckmäßigerweise wird die Aufnahmeeinrichtung so eingestellt, dass eine Querschnittebene des ausgestoßenen Sprühmusters als Strahlbild scharf abge bildet wird, wodurch ein zweidimensionales Abbild des Sprühmusters darstellbar ist. Conveniently, the receiving device is adjusted so that a cross-sectional plane of the ejected spray pattern forms sharply abge as a spray pattern, whereby a two-dimensional image of the spray pattern is displayed.
Eine Verfahrensvariante, mit welcher ein quasi dreidimensionales Abbild eines der optischen Detektion zugrundeliegenden Sprühmusters darstellbar ist, kann darin bestehen, dass in zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Strahlbildern ver schiedene Querschnittebenen abgebildet und abgetastet werden, wobei jeweils die Brennweite der Aufnahmeeinrichtung verändert wird und/oder die Aufnahme einrichtung hinsichtlich ihres optischen Abstands zur Messkammer verschoben wird. A variant of the method, with which a quasi-three-dimensional image of a spray pattern on which the optical detection is based, may be that different cross-sectional planes are imaged and scanned in temporally successively detected beam images, in each case the focal length of the recording device is changed and / or the recording device is moved with respect to their optical distance to the measuring chamber.
Eine Weiterbildung der Erfindung, mit welcher eine weitere Kenngröße zur Cha rakterisierung des Einspritzverhaltens optisch gewinnbar ist, kann darin beste hen, dass als Maß für das Einspritzverhalten eine Strahlausbreitungsgeschwin digkeit in einer Querschnittebene des Sprühmusters (Strahlbild) anhand der nachstehenden Beziehung
Figure imgf000006_0001
A development of the invention, with which a further characteristic for characterizing the characterization of the injection behavior is optically recoverable, can best hen that as a measure of the injection behavior a Strahlausbreitungsgeschwin speed in a cross-sectional plane of the spray pattern (spray pattern) based on the following relationship
Figure imgf000006_0001
ermittelt wird, wobei mit v(ti+i) die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit zur Zeit t+i, mit i ein Index für ein jeweils zu verarbeitendes Strahlbild, mit n ein Strahlausbrei tungsradius zum Zeitpunkt t, für ein i-tes Strahlbild und mit n+i ein Strahlausbrei tungsradius zum Zeitpunkt t,+i für ein (i+l)-tes Strahlbild bezeichnet sind, wobei wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende Strahlbilder detektiert und ausge wertet werden, indem in dem i-ten Strahlbild Bildmatrixelemente identifiziert wer den, welche mit nach außen weisenden Enden von Strahlkeulen eines abgebil deten Sprühmusters korrespondieren und etwa auf einem gedachten Kreisring mit einem Strahlausbreitungsradius n angeordnet sind, und in dem (i+l)-ten Strahlbild Bildmatrixelemente identifiziert werden, welche mit den nach außen weisenden Enden von Strahlkeulen des dann abgebildeten Sprühmusters kor respondieren und etwa auf einem gedachten Kreisring mit einem Strahlausbrei tungsradius n+i angeordnet sind. where v (ti + i ) is the beam propagation velocity at time t + i , where i is an index for a respective beam image to be processed, where n is a beam spread radius at time t, for an i-th beam image, and n + i a Strahlausbrei tion radius at time t, + i are designated for an (i + l) -th jet image, wherein at least two temporally successive beam images are detected and evaluated by identified in the i-th beam image image elements who the with which outward pointing ends of the beam lobes of a projected spray pattern and are arranged approximately on an imaginary circular ring with a Strahlausbreitungsradius n, and in the (i + l) -th jet image image elements are identified, which with the outward-pointing ends of beam lobes of the then mapped spray pattern kor respondieren and approximately on an imaginary circular ring with a beam spread radius n + i are arranged.
Dabei erfolgt eine Kalibrierung der Strahlausbreitungsradien, indem eine abbil dungsrelevante Gegenstandsgröße, vorzugsweise ein Düsendurchmesser des zu prüfenden Einspritzventils, und/oder ein Abbildungsmaßstab der Aufnahme einrichtung und/oder ein Auflösungsvermögen der Aufnahmeeinrichtung berück sichtigt wird/werden, so dass die Kenngröße in absoluten Einheiten darstellbar ist. In this case, a calibration of the Strahlausbreitungsradien by a relevant Abbil relevant object size, preferably a nozzle diameter of the injection valve to be tested, and / or a magnification of the recording and / or a resolution of the recording device is taken into account is / are, so that the parameter in absolute units representable is.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden simultan zum op tischen Detektieren von Strahlbildern hydraulische Messungen zum Ermitteln ei ner hydraulisch gewonnenen Kenngröße wie die Einspritzrate und/oder die Ein spritzmenge in der Messkammer durchgeführt, wobei optisch gewonnene Mess- daten mit hydraulisch gewonnenen Messdaten bezüglich der Kenngröße korre liert werden. Dadurch sind die hydraulisch gewonnenen Messresultate unmittel bar mittels der zeitgleich durchgeführten optischen Erkennung überprüfbar und verifizierbar, so dass bei der hydraulischen Messwerterfassung aufgrund der da für erforderlichen Tiefpassfilterung auftretende Messartefakte erkennbar sind. In accordance with an advantageous embodiment of the invention, hydraulic measurements for determining a hydraulically obtained parameter such as the injection rate and / or the injection quantity in the measuring chamber are carried out simultaneously with the optical detection of beam images, with optically obtained measuring data with hydraulically obtained measurement data with respect to the parameter be corrected. As a result, the hydraulically obtained measurement results can be checked and verified directly by means of the optical detection performed at the same time, so that measurement artefacts can be detected in the hydraulic measured value detection because of the measurement artifacts that are required for the required low-pass filtering.
Weiterhin können aus der optisch ermittelten relativen Einspritzrate n(t) eine auf ein Maximum von 1 normierte Einspritzrate F(t) und durch Einbeziehung der hyd raulischen Messresultate eine absolute Einspritzrate A(t) ermittelt werden, indem eine Skalierung über die hydraulisch gemessene Einspritzrate, welche dem In tegral über der Rate entspricht, erfolgt. Furthermore, from the optically determined relative injection rate n (t), an injection rate normalized to a maximum of 1 (t) and by inclusion of the hydraulic measurement results, an absolute injection rate A (t) can be determined by scaling via the hydraulically measured injection rate, which corresponds to the integral over the rate takes place.
Bei dem kombinierten Einsatz von optischer und hydraulischer Messwerterfas sung kann als weitere Kenngröße ein Strahlimpuls zur Charakterisierung des Einspritzverhaltens ermittelt werden, wobei der Strahlimpuls aus der optisch ge wonnenen Strahlausbreitungsgeschwindigkeit v(t,) und aus einer hydraulisch ge wonnenen Einspritzmenge durch jeweilige Produktbildung ermittelt wird. In the combined use of optical and hydraulic Meßwerterfas solution can be determined as a further parameter, a beam pulse for characterizing the injection behavior, wherein the jet pulse from the optically ge acquired beam propagation velocity v (t,) and from a hydraulically ge obtained injection quantity is determined by respective product formation.
Zweckmäßigerweise kann aus den verschiedenen Querschnittebenen zu jedem Zeitpunkt der Einspritzung ein dreidimensionales Bild des Sprühmusters erzeugt werden. Ferner wird eine Strahlausbreitungsgeschwindigkeit entlang der Strahl achse aus dem dreidimensionalen Bild des Sprühmusters ermittelt. Conveniently, a three-dimensional image of the spray pattern can be generated from the various cross-sectional planes at each point in time of the injection. Furthermore, a beam propagation velocity along the beam axis is determined from the three-dimensional image of the spray pattern.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Vorrichtung ist einfach konzipiert und liefert zuverlässig quantitative Resultate zur Charakteri sierung des Einspritzverhaltens eines Einspritzventils bzw. Kraftstoff! njektors. Dazu ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung umfasst, welche eine Datenübertragungsverbindung zur Aufnahmeeinrichtung aufweist, um von der Aufnahmeeinrichtung detektierte und abgetastete Strahlbilder zu ver arbeiten und auszuwerten, wobei die Auswerteeinrichtung in von der Aufnahme einrichtung erfassten Intensitätsverteilungen von jeweiligen Strahlbildern solche Bildmatrixelemente identifiziert, welche einem abgebildeten Sprühmuster zuge ordnete Bildinformationen enthalten, und anhand der jeweils identifizierten Bild matrixelemente und deren Zeitentwicklung ein Maß für das Einspritzverhalten ermittelt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Aufnahmeeinrichtung entlang ihrer optischen Achse mittels einer zugeordneten Positioniereinrichtung verfahr bar ausgebildet, um die optische Weglänge zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Messkammer zu verändern. Dadurch ist es möglich, nacheinander ver schiedene Querschnittebenen des vom Einspritzventil ausgestoßenen The device intended for carrying out the method according to the invention is simply designed and reliably delivers quantitative results for characterizing the injection behavior of an injection valve or fuel! njektors. For this purpose, it is provided that the device comprises an evaluation device, which has a data transmission connection to the recording device to ver work and evaluate scanned by the receiving device and ver to evaluate the evaluation in detected by the recording intensity distributions of respective beam images such image matrix elements, which an associated spray pattern associated image information included, and based on the respective identified image matrix elements and their time evolution determines a measure of the injection behavior. According to one embodiment of the invention, the receiving device along its optical axis by means of an associated positioning displacer bar to change the optical path length between the receiving device and the measuring chamber. This makes it possible to successively ver different cross-sectional planes ejected from the injector
Sprühmusters optisch durchzufahren und zu erfassen, um mithin eine quasi drei dimensionale Darstellung zu erzielen. Zweckmäßigerweise ist die Aufnahmeein richtung als Digitalkamera ausgebildet, um für jedes detektierte und abgetastete Strahlbild jeweils einen ortsaufgelösten Intensitätsverlauf zu erfassen, was die Auswertung der optisch gewonnenen Daten vereinfacht und einen kompakten Aufbau der Vorrichtung ermöglicht. Visually traversing and detecting spray patterns in order to achieve a quasi three-dimensional representation. Conveniently, the Aufnahmeein device is designed as a digital camera to detect a spatially resolved intensity curve for each detected and scanned beam image, which simplifies the evaluation of optically acquired data and allows a compact design of the device.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Letztere zeigen in schematisch gehaltenen Ansichten: Embodiments of the invention are explained in more detail in the following description and in the accompanying drawings. The latter show in schematic views:
Fig. 1A eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Messkammer mit einem darin aufgenommenen Injektor, eine an einen optischen Zugang der Messkammer angeordnete Beleuchtungseinrichtung und eine au ßerhalb der Messkammer angeordnete Aufnahmeeinrichtung aufweist, 1A is a sectional view of a device according to the invention, comprising a measuring chamber with an injector received therein, a arranged on an optical access of the measuring chamber illumination device and an au outside the measuring chamber arranged receiving device,
Fig. 1B ein Schaubild, das für eine erste und eine darauf erfolgende zweite Ein spritzung jeweils während der Einspritzdauer erfasste hydraulische Messungen anhand von zwei Diagrammen und zeitlich koinzidierend dazu optisch erfasste Kavitationsbilder zusammen mit einer Impulsfolge für die Einspritzung des zu tes tenden Injektors und einem Steuersignal zur Ansteuerung der Beleuchtungsein richtung darstellt, wobei die Zeitachse entlang der Abszisse verläuft und in den Diagrammen die hydraulisch erfasste Einspritzmasse und deren zeitliche Ablei tung als Funktion der Zeit aufgetragen sind, Fig. 1B is a diagram for a first and then taking place a second injection respectively during the injection period detected hydraulic measurements based on two diagrams and temporally coincident thereto optically detected cavitation images together with a pulse train for the injection of the current to tes injector and a control signal represents the control of the Beleuchtungsein direction, wherein the time axis runs along the abscissa and in the diagrams, the hydraulically detected injection mass and their temporal Ablei direction are plotted as a function of time,
Fig. 2A ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens, Fig. 2B ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer zwei ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens, 2A is a flowchart showing the essential method steps of a first embodiment of the control method according to the invention, 2B shows a flowchart with the essential method steps of a two-th embodiment of the control method according to the invention,
Fig. 2C ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer drit ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens, 2C is a flowchart with the essential method steps of a third embodiment of the inventive control method,
Fig. 3A ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens, um ein Maß für eine relative Einspritzrate eines zu testenden Injektors zu ermitteln, 3A shows a flow chart with the essential method steps of a first embodiment of the evaluation method according to the invention in order to determine a measure of a relative injection rate of an injector to be tested,
Fig. 3B ein als Kavitationsbild optisch detektiertes Sprühmuster eines Injektors, das als Grundlage für die erste Ausführungsform des Auswerteverfahrens dient, FIG. 3B shows a spray pattern of an injector optically detected as a cavitation image, which serves as the basis for the first embodiment of the evaluation method, FIG.
Fig. 4A ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer zwei ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens, um ein Maß für die Strahlausbreitung in einer Bildebene eines von einem zu testenden Injek tor ausgestoßenen Sprühmusters zu ermitteln, 4A shows a flowchart with the essential method steps of a two-th embodiment of the evaluation method according to the invention in order to determine a measure of the beam propagation in an image plane of a spray pattern ejected from a test object to be tested,
Fig. 4B eine Projektion von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend detek- tierten Kavitationsbildern als Grundlage für die zweite Ausführungsform des Auswerteverfahrens, 4B shows a projection of two temporally immediately successively detected cavitation images as a basis for the second embodiment of the evaluation method,
Fig. 4C ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten einer drit ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens, um ein Maß für die Strahlausbreitung entlang der Strahlachse eines von einem zu testenden Injektor ausgestoßenen Sprühmusters zu ermitteln, 4C shows a flow chart with the essential method steps of a third embodiment of the evaluation method according to the invention in order to determine a measure of the beam propagation along the beam axis of a spray pattern ejected from an injector to be tested,
Fig. 4D ein Schema zur groben Veranschaulichung des prinzipiellen zeitlichen Divergenzverhaltens eines vom Injektor ausgestoßenen Sprühmusters, das an hand seines zu verschiedenen Zeitpunkten jeweils zugeordneten Außenradius vereinfachend und skizzenhaft dargestellt ist, als Berechnungsgrundlage für die zu ermittelnde Strahlausbreitungsgeschwindigkeit, 4D is a diagram for a rough illustration of the principal temporal divergence behavior of a spray pattern ejected from the injector, which is illustrated in a simplified and sketch-like manner on the basis of its outer radius respectively assigned to different times, as the basis for calculating the beam propagation velocity to be determined;
Fig. 4E ein Schema zur Veranschaulichung des prinzipiellen zeitlichen Diver genzverhaltens eines vom Injektor ausgestoßenen Sprühmusters als Berech- nungsgrundlage für die zu ermittelnde Strahlausbreitungsgeschwindigkeit in einer einzigen Bildebene, 4E is a diagram for illustrating the principle temporal Diver genzverhaltens ejected from the injector spray pattern as calculation basis for the beam propagation speed to be determined in a single image plane,
Fig. 5A eine anhand eines Kavitationsbilds veranschaulichte Auswertemaske zur Auswertung, um unerwünschte Reflexionen an der Messkammerwand bei der Auswertung zu unterdrücken, FIG. 5A shows an evaluation mask, which has been illustrated on the basis of a cavitation image, for evaluation in order to suppress unwanted reflections on the measuring chamber wall in the evaluation, FIG.
Fig. 5B eine anhand eines Kavitationsbilds veranschaulichte Auswertemaske, die bei der Auswertung eingesetzt wird, um strahlfremde Reflexionsanteile zu unter drücken, 5B shows an evaluation mask, which is illustrated by means of a cavitation image and is used in the evaluation in order to suppress reflections outside the beam,
Fig. 5C eine anhand eines Kavitationsbilds veranschaulichte Auswertemaske, die zur Auswertung eingesetzt wird, um selektiv einzelne Strahlkeulen im Kavitati onsbild zu analysieren, sowie FIG. 5C is an evaluation mask illustrated by means of a cavitation image, which is used for the evaluation in order to selectively analyze individual beam lobes in the cavitating image, as well as FIG
Fig. 6 ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfasstes und ausgewerte tes Messdiagramm, bei dem entlang der Ordinate eine normierte Einspritzrate F(t) aufgetragen ist, während entlang der Abszisse die Zeitachse verläuft, wobei Gruppen von optisch erfassten Messdaten dargestellt sind, indem der Anteil hel ler Bildmatrixelemente einzelner Sensorbilder einer zeitlichen Sequenz in funkti onaler Abhängigkeit von der Aufnahmezeit der Aufnahmeeinrichtung während ei nes Einspritzvorgangs dargestellt sind, und im Vergleich dazu eine gleichzeitig hydraulisch erfasste Messkurve dargestellt ist. 6 shows a measured measurement diagram acquired and evaluated in accordance with the method according to the invention, in which a normalized injection rate F (t) is plotted along the ordinate, while the time axis runs along the abscissa, wherein groups of optically acquired measurement data are represented by the fraction hel Image matrix elements of individual sensor images of a temporal sequence in functional dependence on the recording time of the recording device during an injection process are shown, and in comparison thereto a simultaneously hydraulically detected measurement curve is shown.
Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments
Fig. 1A veranschaulicht in einer stark schematisch gehaltenen Schnittansicht die im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung, welche eine Messkammer 11 und ei ne optische Aufnahmeeinrichtung 12 sowie eine Beleuchtungseinrichtung 13 aufweist. Die Messkammer 11 dient zum Prüfen von Injektoren und weist ein Gehäuse 14 auf, das zur Aufnahme eines zu prüfenden Injektors 15 vorgesehen ist, welcher mittig in einer dafür vorgesehenen Öffnung in einer oben angeordne ten Wandung des Gehäuses 14 eingesetzt ist, so dass das mit Spritzlöchern ver sehene Injektorende in die Messkammer 11 hineinragt. In dem Gehäuse 14 sind ein Drucksensor 16 und eine Ultraschallwandlereinrich tung 17 aufgenommen, welche aus einer Ultraschallquelle und einem Ultra schallsensor gebildet ist. Dadurch weist die Messkammer 11 eine Funktionalität als hydraulischer Druckanstiegsanalysator auf; wenn der Injektor 15 durch seine Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöcher Flüssigkeit in die mit Flüssigkeit gefüllte Messkammer 11 einspritzt und dadurch der Druck in der Messkammer 11 an steigt, kann in herkömmlicher Weise durch gleichzeitige Messung des Drucks und der Schallgeschwindigkeit in der Messkammer 11 mittels des Drucksensors 16 und der Ultraschallwandlereinrichtung 17 eine charakteristische Kenngröße des Injektors, nämlich die Einspritzrate, ermittelt werden. Fig. 1A illustrates in a highly schematically held sectional view of the device generally designated 10, which has a measuring chamber 11 and egg ne optical pickup device 12 and a lighting device 13. The measuring chamber 11 is used for testing injectors and has a housing 14 which is provided for receiving an injector 15 to be tested, which is centrally inserted into a designated opening in a th above wall of the housing 14, so that with spray holes ver seen injector end protrudes into the measuring chamber 11. In the housing 14, a pressure sensor 16 and a Ultraschallwandlereinrich device 17 are received, which is formed of an ultrasonic source and an ultrasonic sensor. As a result, the measuring chamber 11 has a functionality as a hydraulic pressure increase analyzer; When the injector 15 injects liquid into the liquid-filled measuring chamber 11 through its injection openings or injection holes, thereby increasing the pressure in the measuring chamber 11, it is possible in a conventional manner to measure the pressure and the speed of sound in the measuring chamber 11 simultaneously by means of the pressure sensor 16 and the ultrasonic transducer means 17 a characteristic characteristic of the injector, namely the injection rate can be determined.
Indem die Beleuchtungseinrichtung 13 und die optische Aufnahmeeinrichtung 12 mit der Messkammer 11 Zusammenwirken, weist die Vorrichtung 10 eine opti sche Sensorfunktionalität auf, um das beim Einspritzvorgang an den Spritzlö chern des Injektors 15 als Querschnittebene des Sprühmusters 18 durch den dort austretenden Kraftstoff erzeugte Strahlbild 30 optisch zu detektieren und mit tels einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung quantitativ zu analysieren. Da zu weist das Gehäuse 14 auf seiner dem Injektor 15 gegenüberliegend angeord neten Bodenseite 14' einen etwa mittig darin aufgenommenen optischen Zugang 20 auf, der als optisch transparentes Fenster ausgebildet ist. Die Beleuchtungs einrichtung 13 ist als ringförmige Leuchtdiodenanordnung (LED-Anordnung) aus gebildet und außenseitig derart an der Bodenseite 14' des Gehäuses 14 ange ordnet, dass die Ringinnenfläche der LED-Anordnung 13 einen aus der Boden seite 14' herausragenden Abschnitt des optischen Fensters 20 umschließt. Von der ringförmigen LED-Anordnung 13 abgestrahltes Licht gelangt dann über das optische Fenster 20 in die Messkammer 11. Um unerwünschte Reflexionen des in die Messkammer abgestrahlten Lichts an der Innenwandung der Messkammer 11 weitestgehend zu unterdrücken, ist die Innenwandung der Messkammer 11 geschwärzt ausgebildet, so dass in die Messkammer 11 eingestrahltes Licht im Wesentlichen an Phasengrenzen reflektiert wird, welche durch Kavitation wäh rend des Einspritzvorgangs aus den Spritzlöchern des zu prüfenden Injektors 15 in Form von Strahlkeulen entstehen und ein Sprühmuster 18 bilden. Zumindest ein Teil des daran zurückgeworfenen bzw. reflektierten Lichts tritt durch das opti sche Fenster 20 und durch den Innenring der LED-Anordnung 13 hindurch nach außen und wird dann über einen Umlenkspiegel 21 um 90° umgelenkt, um von einer Aufnahmeeinrichtung 12 als Strahlbild bzw. Kavitationsbild 30 detektiert zu werden, wobei ein vorgeordnetes Objektiv 22 das vom Umlenkspiegel 21 her ein fallende Lichtstrahlenbündel auf einen Bildsensor (nicht dargestellt) der Aufnah meeinrichtung 12 abbildet, welche im Ausführungsbeispiel als Hochgeschwindig- keits- Digitalkamera mit einem CMOS- bzw. CCD-(,, Charge coupled device“)-Array als Bildsensor ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise sind dabei die ringförmige LED-Anordnung 13, das optische Fenster 20 und der Injektor 15 konzentrisch zueinander entlang der Längsachse 11' der Messkammer 11 angeordnet. Die Aufnahmeeinrichtung 12 ist zusammen mit dem vorgeordneten Objektiv 22 auf einem Positionierschlitten 24 befestigt, der entlang einer Führung 25 horizontal verschiebbar ausgebildet ist, um die Bildebene der Aufnahmeeinrichtung 12 un abhängig von deren Fokuseinstellung variieren zu können. Eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) dient einerseits zum Ansteuern des Posi tionierschlittens 24, zur Steuerung des Einspritzverhaltens des Injektors 15, zur gepulsten Steuerung der Lichtemission der LED-Anordnung und zum darauf zeit lich abgestimmten Aufnahmeverhalten der Aufnahmeeinrichtung 12 und anderer seits zur Auswertung der vom Bildsensor der Aufnahmeeinrichtung 12 detektier- ten Lichtintensitäten; dazu ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung über Steuer- und Datenleitungen (nicht dargestellt) mit einer Steuerelektronik des Injektors, mit der LED-Anordnung, mit der Aufnahmekamera und deren Objektiv und einer Steuerelektronik des Positionierschlittens elektrisch verbunden. Außerdem führt die Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Korrelation der optisch gewonnenen Daten mit den dazu simultan aus der Druck- und Schallgeschwindigkeitsmes sung hydraulisch gewonnenen Daten durch. By the illumination device 13 and the optical recording device 12 with the measuring chamber 11 cooperate, the device 10 opti cal sensor functionality to the generated during the injection process to the Spritzlö Chern the injector 15 as a cross-sectional plane of the spray pattern 18 by the fuel emerging there spray jet 30 optically to detect and quantitatively analyze by means of an evaluation, not shown. Since to the case 14 on its the injector 15 opposite angeord Neten bottom side 14 'has an approximately centrally located therein optical access 20, which is formed as an optically transparent window. The lighting device 13 is formed as an annular light emitting diode array (LED array) and on the outside so on the bottom side 14 'of the housing 14 is arranged, that the ring inner surface of the LED array 13 from the bottom side 14 ' projecting portion of the optical window 20th encloses. Light emitted by the annular LED arrangement 13 then passes into the measuring chamber 11 via the optical window 20. In order to largely suppress unwanted reflections of the light radiated into the measuring chamber on the inner wall of the measuring chamber 11, the inner wall of the measuring chamber 11 is formed blackened that in the measuring chamber 11 irradiated light is reflected substantially at phase boundaries, which arise by cavitation currency end of the injection process from the spray holes of the injector 15 to be tested in the form of beam lobes and form a spray pattern 18. At least a portion of the reflected or reflected light occurs through the opti cal window 20 and through the inner ring of the LED assembly 13 through outward and is then deflected by a deflection mirror 21 by 90 ° to a receiving device 12 as a spray pattern or Cavitation image 30 detected too with an upstream objective 22 imaging the falling light beam from the deflection mirror 21 onto an image sensor (not shown) of the recording device 12, which in the exemplary embodiment is a high-speed digital camera with a CMOS or CCD (charge coupled Device ") - array is formed as an image sensor. Expediently, the annular LED arrangement 13, the optical window 20 and the injector 15 are arranged concentrically with one another along the longitudinal axis 11 'of the measuring chamber 11. The receiving device 12 is mounted together with the upstream lens 22 on a positioning slide 24 which is formed horizontally displaceable along a guide 25 to vary the image plane of the receiving device 12 un depending on the focus setting can. A control and evaluation (not shown) serves on the one hand for driving the posi tionierschlittens 24, for controlling the injection behavior of the injector 15, for pulsed control of the light emission of the LED array and time on it tuned recording behavior of the receiving device 12 and on the other hand for evaluation the light intensities detected by the image sensor of the recording device 12; For this purpose, the control and evaluation via control and data lines (not shown) with an electronic control unit of the injector, electrically connected to the LED array, with the recording camera and its lens and control electronics of the positioning slide. In addition, the control and evaluation device performs a correlation of the optically obtained data with the same time from the pressure and Schallgeschwindigkeitsmes solution hydraulically obtained data.
Fig. 1B zeigt ein Schaubild 27, in welchem mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung 10 erzielte Messungen dargestellt sind, die einerseits hydraulisch erfasste Messungen in zwei Diagrammen 28, 28' für zwei zeitlich aufeinanderfolgende Einspritzungen des zu testenden Injektors und jeweils zeitlich dazu korrelierte und optisch erfasste Kavitationsbilder 30', 30'' umfassen. In den beiden Dia grammen 28, 28' sind die anhand des in der Messkammer laufend gemessenen Drucks p und der gemessenen Schallgeschwindigkeit c ermittelte Einspritzmasse m und die Einspritzrate dm/dt als Funktion der Zeit t während einer Mehrfachein spritzung bestehend aus beispielsweise dargestellter Vor-, Haupt- und Nachein spritzung dargestellt. Jedem der beiden Diagramme 28, 28' ist eine Steuerimp ulsfolge zugeordnet, mit welcher die Einspritzung des Injektors steuerbar ist, in dem für die Voreinspritzung beispielsweise ein dreieckförmiger Sägezahnimpuls 29, für die Haupteinspritzung ein trapezförmiger Impuls 29' und für die Nachein spritzung ein trapezförmiger Impuls 29 von gegenüber der Haupteinspritzung kürzerer Impulsdauer verwendet wird. Ferner ist zu jedem der beiden Diagramme 28, 28' ein Steuersignal 39 zur Ansteuerung der Leuchtdioden der Beleuch tungseinrichtung dargestellt, mit dem eine synchron zur Einspritzung erfolgende Beleuchtung der Messkammer bewirkt wird, wobei das Steuersignal eine im We sentlichen rechteckförmige Impulsform aufweist, deren Impulslänge so bemes sen ist, das diese sich über die Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung erstreckt. Wie Fig. 1B weiterhin veranschaulicht, ist ein Kavitationsereignis desto ausgeprägter, je höher die Einspritzrate dm/dt ist, denn das zeitgleich mit einer Voreinspritzung aufgezeichnete Kavitationsbild 30' ist deutlich schwächer ausgeprägt als das während einer Haupteinspritzung bei hoher Einspritzrate aufgezeichnete Kavita tionsbild 30, dessen in radialer Richtung verlaufende Strahlkeulen demgegen über eine deutlich längere Reichweite aufweisen. Fig. 1B shows a graph 27, in which with the invention Vorrich device 10 scored measurements are shown, on the one hand hydraulically recorded measurements in two diagrams 28, 28 ' for two consecutive injections of the injector to be tested and each temporally correlated and optically detected Cavitation images 30 ' , 30 '' include. In the two diagrams 28, 28 ' , the injection mass m determined on the basis of the pressure p measured in the measuring chamber and the measured speed of sound c and the injection rate dm / dt as a function of the time t during a multiple injection are composed of for example illustrated, Main and Nachein injection represented. Each of the two diagrams 28, 28 ' is a Steuerimp ulsfolge assigned, with which the injection of the injector is controllable, in which for the pilot injection, for example, a triangular sawtooth pulse 29, for the main injection, a trapezoidal pulse 29 ' and for Nachein injection a trapezoidal pulse 29 "is used by opposite the main injection shorter pulse duration. Further, to each of the two diagrams 28, 28 ', a control signal 39 for driving the LEDs of the lighting device processing is shown, with which a synchronous injection for illumination of the measuring chamber is effected, wherein the control signal has a We sentlichen rectangular pulse shape whose pulse length so bemes sen is that this extends over the pre-, main and post injection. As further illustrated in FIG. 1B, the higher the injection rate dm / dt, the more pronounced a cavitation event, since the cavitation image 30 ' recorded simultaneously with a pre-injection is significantly weaker than the cavitation image 30 " recorded during a main injection at a high injection rate. whose beam lobes extending in the radial direction, in contrast, have a significantly longer range.
Fig. 2A zeigt anhand eines stark schematisch gehaltenen Flussdiagramms 100 die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Steuerungsverfah rens gemäß einer ersten Verfahrensvariante, die dazu dient, verschiedene Vor richtungskomponenten, d.h. die Aufnahmekamera, deren Objektiv und die LED- Anordnung mit dem Einspritzvorgang des zu testenden Injektors zu synchronisie ren. In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein Steuerimpuls synchron an die Elektronik des Injektors 15, die LED-Anordnung 13, die Aufnahmekamera 12, das Objektiv 22 übermittelt, so dass der Injektor 15 Kraftstoff aus seinen Spritzlö chern ausstößt und in die Messkammer 11 injiziert; gleichzeitig emittiert der LED- Ring 13 einen Lichtimpuls, stellt das Objektiv 22 Blende und Fokus ein und öffnet die Aufnahmekamera 12 für eine vorbestimmte Belichtungszeit ihren Verschluss, damit Licht, das von dem LED-Ring 13 emittiert, an der Phasengrenze des von dem Injektor als Sprühmuster 18 ausgestoßenen Kraftstoffs reflektiert wird, aus der Messkammer 11 über das optische Fenster 20, den Umlenkspiegel 21 und das Objektiv 22 auf den Bildsensor der Aufnahmekamera 12 gelangt bzw. abge bildet wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 102, welcher noch während der Belichtungsphase erfolgt, wird die Bildebene des Objektivs 11 auf die Ebene der Spritzlöcher des Injektors 15 scharfgestellt, um das beim Einspritzvorgang des Injektors typischerweise erzeugte Sprühmuster bzw. Kavitationsbild scharf auf den Bildsensor abzubilden. Nach diesen beiden Justageschritten 101 und 102 wird, um eine Sequenz von zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern zu star- ten, in einem daran anschließenden Verfahrensschritt 103 erneut ein Steuerimp uls an die Elektronik des Injektors 15, die LED-Anordnung 13 und an die Auf nahmekamera 12 abgegeben, worauf in einem folgenden Verfahrensschritt 104 ein erstes Einzelbild erfasst wird. In einem nächsten Verfahrenschritt 105 wird das unmittelbar zuvor aktuell erfasste Einzelbild als Bildmatrix mit Bildmatrixele menten bzw. Pixel, in denen die jeweiligen Lichtintensitäten erfasst sind, auf ei nem Speichermedium abgespeichert. In einem daran anschließenden Prüfschritt 106 wird laufend abgefragt, ob die voreingestellte Sequenz von Einzelbildern schon abgearbeitet ist, wobei bei negativem Abfrageresultat ein Rücksprung zu Schritt 103 erfolgt und die Prozedur mit den Schritten 104 und 105 zum Erfassen und Abspeichern eines jeweils nächsten Einzelbilds innerhalb einer Schritte 103 bis 106 umfassenden Schleife, unter Inkrementierung eines Schleifenindex um einen Zähler 1 zyklisch durchlaufen wird, während demgegenüber bei positivem Abfrageresultat, d.h. wenn eine Sequenz von Einzelbildern erfasst und abgespei chert ist, die Schleife beendet bzw. verlassen wird, um in einem anschließenden Verfahrensschritt 107 einen Sprung in ein Auswerteverfahren einzuleiten. Die bei dieser Ausführungsform des Steuer- und Messdatenerfassungsverfahrens ge wonnenen Einzelbilder sind aufgrund der optischen Vorrichtungskonfiguration Querschnitte durch die vom Injektor erzeugte Kavitation entlang der am Objektiv 22 konstant eingestellten Bildebene. FIG. 2A shows, on the basis of a highly schematically kept flow chart 100, the essential method steps of the inventive control method according to a first variant of the method, which serves for various device components, ie the camera, its objective and the LED arrangement with the injection process of the injector to be tested Synchronisie ren. In a first method step 101, a control pulse synchronously to the electronics of the injector 15, the LED array 13, the recording camera 12, the lens 22 is transmitted so that the injector 15 ejects fuel from its Sprühlö chern and into the measuring chamber 11th injected; at the same time, the LED ring 13 emits a light pulse, the lens 22 adjusts aperture and focus, and opens the shutter 12 for a predetermined exposure time to light that emits from the LED ring 13 at the phase boundary of the injector Spray pattern 18 is ejected fuel is reflected from the measuring chamber 11 via the optical window 20, the deflection mirror 21 and the lens 22 on the image sensor of the recording camera 12 passes or forms abge. In a second method step 102, which takes place during the exposure phase, the image plane of the objective 11 is focused on the plane of the injection holes of the injector 15 in order to image the spray pattern or cavitation image typically generated during the injection process of the injector sharply onto the image sensor. After these two adjustment steps 101 and 102, in order to start a sequence of temporally successive individual images. th, in a subsequent process step 103 again a Steuerimp uls to the electronics of the injector 15, the LED array 13 and on the camera on camera 12 delivered, whereupon in a subsequent step 104, a first frame is detected. In a next method step 105, the immediately before currently detected individual image as image matrix with Bildmatrixele elements or pixels, in which the respective light intensities are detected, stored on egg nem storage medium. In a subsequent test step 106 is continuously queried whether the preset sequence of frames has already been processed, with a negative query result, a return to step 103 and the procedure steps 104 and 105 for detecting and storing a respective next frame within a step 103 to 106, while incrementing a loop index by one counter 1, while on the other hand with a positive interrogation result, that is, when a sequence of frames is detected and stored, the loop is terminated to leave it at a subsequent step 107 to initiate a jump into an evaluation procedure. The individual images obtained in this embodiment of the control and measurement data acquisition method are, as a result of the optical device configuration, cross sections through the cavitation generated by the injector along the image plane which is set constant on the objective 22.
Fig. 2B zeigt anhand eines stark schematisch gehaltenen Flussdiagramms 100' die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Steuerungsverfah rens gemäß einer zweiten Verfahrensvariante, die dazu dient, verschiedene Vor richtungskomponenten, d.h. die Aufnahmekamera, deren Objektiv und die LED- Anordnung und den Positionierschlitten mit dem Einspritzvorgang des zu testen den Injektors zu synchronisieren. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform des Steuer- und Messdatenerfassungsverfahrens 100 wird bei der zweiten Aus führungsform des Steuerverfahrens 100' zusätzlich noch der Positionierschlitten 24 angesteuert, um die darauf befestigte Aufnahmekamera 12 zusammen mit vorgeordnetem Objektiv 22 unabhängig von der eingestellten Objektivbrennweite entlang der Führungsschiene 25 verfahren zu können. In einem initialisierenden Verfahrensschritt 101' wird der Positionierschlitten in eine Anfangs- bzw. Start position gefahren. Daraufhin wird in einem nächsten Verfahrensschritt 102' ein Steuerimpulssignal synchron an die Elektronik des zu testenden Injektors 15, die LED-Anordnung 13, die Aufnahmekamera 12, und deren Objektiv 22 abgegeben, so dass der Injektor 15 Kraftstoff aus seinen Spritzlöchern ausstößt und in die Messkammer 11 injiziert; gleichzeitig emittiert der LED-Ring 13 einen Lichtim puls, stellt das Objektiv 22 Blende und Fokus ein und öffnet die Aufnahmekame ra 12 für eine vorbestimmte Belichtungszeit ihren Verschluss, damit Licht, das von dem LED-Ring 13 emittiert, an der Phasengrenze des von dem Injektor als Sprühmuster 18 freigesetzten Kraftstoffs reflektiert und aus der Messkammer 11 über die optischen Komponenten 20, 21, und 22 auf den Bildsensor der Aufnah mekamera 12 gelangt bzw. abgebildet wird. In einem noch während der Belich tungsphase erfolgenden Verfahrensschritt 103' wird die Bildebene des Objektivs 22 auf die Ebene der Spritzlöcher des Injektors 15 scharfgestellt, um das beim Einspritzvorgang des Injektors typischerweise erzeugte Sprühmuster als Kavita tionsbild scharf auf den Bildsensor abzubilden. Nach diesen Justageschritten 101', 102' und 103' wird, um eine Sequenz von zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern zu starten, in einem daran anschließenden Verfahrensschritt 104' ein Steuerimpulssignal an die Elektronik des Injektors 15, an die LED-Anordnung 13, an die Aufnahmekamera 12 und an das Objektiv abgegeben, worauf in einem unmittelbar folgenden Verfahrensschritt 105' ein Einzelbild erfasst und in einem weiteren Verfahrensschritt 106' als Bildmatrix in einem Speichermedium abge speichert wird. Nach dem Abspeichern 106' wird in einem daran anschließenden Verfahrensschritt 107' ein Steuerimpulssignal an die Positioniereinrichtung bzw. den Positionierschlitten abgegeben, um den bei Schritt 101' auf eine Startpositi on xo eingestellten Positionierschlitten um einen Vorschub Dc zu einer neuen Po sition x:= xo + Dc zu verfahren; dadurch ändert sich die Bildebene um Dc. In ei nem daran anschließenden Prüfschritt 108' wird laufend abgefragt, ob die vor eingestellte Sequenz schon abgearbeitet ist, wobei bei negativem Abfrageresul tat ein Rücksprung zu Schritt 104' erfolgt und die Prozedur mit den Schritten 105' und 106' zum Erfassen und Abspeichern eines jeweils nächsten Einzelbilds innerhalb einer Schritte 104' bis 108' umfassenden Schleife zyklisch durchlaufen wird, wobei der Schleifenindex zum Zählen der Einzelbilder um jeweils einen Zähler von 1 erhöht bzw. inkrementiert wird, während demgegenüber bei positi vem Abfrageresultat, d.h. wenn die Sequenz von Einzelbildern erfasst und abge speichert ist, die Schleife beendet bzw. verlassen wird, um in einem anschlie ßenden Verfahrensschritt 109' einen Sprung in ein - nachstehend noch zu erläu terndes - Auswerteverfahren einzuleiten. Da sich bei jedem Durchlauf der Schlei fe 104' bis 108' die Position des Positionierschlittens um jeweils ein Dc ändert, sind die bei dieser Ausführungsform des Steuer- und Messdatenerfassungsver- fahrens gewonnenen Einzelbilder einer Sequenz zueinander versetzte Quer schnitte, welche das vom jeweils vom in der Messkammer befindlichen Injektor erzeugte Sprühmuster sukzessive abrastern, so dass - im Unterschied zu der ersten Steuerungsverfahrensvariante gemäß Flussdiagramm 100 - mittels einer einzigen Sequenz das Sprühmuster des Injektors praktisch dreidimensional zu einer Zeit darstellbar ist. FIG. 2B shows, on the basis of a highly schematically held flow chart 100 ', the essential method steps of the inventive control method according to a second variant of the method, which serves for different component components, ie the camera, its lens and the LED arrangement and the positioning slide with the injection process of the to test synchronizing the injector. In contrast to the first embodiment of the control and measurement data acquisition method 100, in the second embodiment of the control method 100 ' , the positioning carriage 24 is additionally actuated to move the camera 12 mounted thereon along with the objective lens 22 along the guide rail 25, together with the objective lens 22 can. In an initializing method step 101 ' , the positioning carriage is moved to a starting or starting position. Then, in a next method step 102 ', a control pulse signal is output synchronously to the electronics of the injector 15 to be tested, the LED arrangement 13, the recording camera 12, and its objective 22, such that the injector 15 ejects fuel from its injection ports and injects it into the metering chamber 11; Simultaneously, the LED ring 13 emits a Lichtim pulse, the lens 22 aperture and focus and opens the Aufnahmekame ra 12 for a predetermined exposure time their closure, so that light emitted from the LED ring 13, at the phase boundary of the Injector as a spray pattern 18 released fuel reflected and from the measuring chamber 11 via the optical components 20, 21, and 22 on the image sensor of the Aufnah mekamera 12 passes or is mapped. In a still taking place during the Belich processing phase step 103 ' , the image plane of the lens 22 is focused on the plane of the injection holes of the injector 15 to map the spray pattern typically generated during the injection process of the injector as Kavita tion image sharp on the image sensor. After these adjustment steps 101 ' , 102 ' and 103 ' , in order to start a sequence of temporally successive individual images, in a subsequent method step 104 ', a control pulse signal is sent to the electronics of the injector 15, to the LED arrangement 13, to the recording camera 12 and delivered to the lens, whereupon in a immediately following method step 105 ' captures a single image and in a further method step 106 ' is stored as an image matrix in a storage medium abge. After storing 106 ' , a control pulse signal is output to the positioning device or the positioning carriage in a subsequent method step 107 ' in order to set the positioning carriage set to a start position x at step 101 ' by a feed Dc to a new position x: = xo + Dc to proceed; this changes the image plane by Dc. In a subsequent test step 108 ' it is continuously queried whether the preset sequence has already been processed, with a negative query function being a return to step 104 ' and the procedure with the steps 105 ' and 106 ' for detecting and storing a respective cyclically through the next frame within a step 104 ' to 108 ' , the loop index being incremented by one count of 1 for counting the frames, while on the other hand, if the sequence of frames is detected and if the result is positive is ab stores, the loop is terminated or left to initiate in a subsequent procedural step sequential step ' a jump in a - still to erläu terndes - evaluation. Since the position of the positioning carriage changes by one Dc each time the loop 104 ' to 108 ' passes through, the control and measurement data acquisition methods used in this embodiment are different. In contrast to the first control method variant according to flow chart 100, the spray pattern of the injector virtually three-dimensionally by means of a single sequence in a three-dimensional Time is displayed.
Fig. 2C zeigt anhand eines stark schematisch gehaltenen Flussdiagramms 100 die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Steuerungsverfah rens gemäß einer dritten Verfahrensvariante, die dazu dient, verschiedene Vor richtungskomponenten, d.h. die Aufnahmekamera, deren Objektiv und die LED- Anordnung und den Positionierschlitten mit dem Einspritzvorgang des zu testen den Injektors zu synchronisieren. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform des Steuer- und Messdatenerfassungsverfahrens 100 wird bei der dritten Aus führungsform des Steuerverfahrens 100 zusätzlich noch der Positionierschlitten 24 angesteuert, um die darauf befestigte Aufnahmekamera 12 zusammen mit vorgeordnetem Objektiv 22 unabhängig von der eingestellten Objektivbrennweite entlang der Führungsschiene 25 verfahren zu können. In einem initialisierenden Verfahrensschritt 101 wird der Positionierschlitten in eine Anfangs- bzw. Start position gefahren. Daraufhin wird in einem nächsten Verfahrensschritt 102 ein Steuerimpulssignal synchron an die Elektronik des zu testenden Injektors 15, die LED-Anordnung 13, die Aufnahmekamera 12, und deren Objektiv 22 abgegeben, so dass der Injektor 15 Kraftstoff aus seinen Spritzlöchern ausstößt und in die Messkammer 11 injiziert; gleichzeitig emittiert der LED-Ring 13 einen Lichtim puls, stellt das Objektiv 22 Blende und Fokus ein und öffnet die Aufnahmekame ra 12 für eine vorbestimmte Belichtungszeit ihren Verschluss, damit Licht, das von dem LED-Ring 13 emittiert, an der Phasengrenze des von dem Injektor als Sprühmuster freigesetzten Kraftstoffs reflektiert und aus der Messkammer 11 über die optischen Komponenten 20, 21, und 22 auf den Bildsensor der Aufnah mekamera 12 gelangt bzw. abgebildet wird. In einem noch während der Belich tungsphase erfolgenden Verfahrensschritt 103 wird die Bildebene des Objektivs 22 auf die Ebene der Spritzlöcher des Injektors 15 scharfgestellt, um das beim Einspritzvorgang des Injektors typischerweise erzeugte Sprühmuster als Kavita tionsbild scharf auf den Bildsensor abzubilden. Nach diesen Justageschritten 101, 102 und 103 wird, um eine Sequenz von zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbildern zu starten, in einem daran anschließenden Verfahrensschritt 104 ein Steuerimpulssignal an die Elektronik des Injektors 15, an die LED-Anordnung 13, an die Aufnahmekamera 12 und an das Objektiv abgegeben, worauf in einem unmittelbar folgenden Verfahrensschritt 105 ein Einzelbild erfasst und in einem weiteren Verfahrensschritt 106 als Bildmatrix in einem Speichermedium abge speichert wird. In einem daran anschließenden Prüfschritt 107 wird laufend ab gefragt, ob die voreingestellte zeitliche Sequenz von Einzelbildern einer Bildebe ne schon abgearbeitet ist, wobei bei negativem Abfrageresultat ein Rücksprung zu Schritt 104 erfolgt und die Prozedur mit den Schritten 105 und 106 zum Erfassen und Abspeichern eines jeweils nächsten Einzelbilds innerhalb einer Schritte 104 bis 107 umfassenden Schleife unter Inkrementierung eines Schleifenindex um einen Zähler 1 zyklisch durchlaufen wird, während demge genüber bei positivem Abfrageresultat, d.h. wenn eine zeitliche Sequenz von Einzelbildern einer Bildebene erfasst und abgespeichert ist, die Schleife beendet bzw. verlassen wird, um in einem anschließenden Verfahrensschritt 108 ein Steuerimpulssignal an die Positioniereinrichtung bzw. den Positionierschlitten abzugeben, um den bei Schritt 101 auf eine Startposition xo eingestellten Posi tionierschlitten um einen Vorschub Dc zu einer neuen Position x:= xo + Dc zu ver fahren; dadurch ändert sich die Bildebene um Dc. In einem daran anschließen den Prüfschritt 109 wird laufend abgefragt, ob die voreingestellte Sequenz von Bildebenen schon abgearbeitet ist, wobei bei negativem Abfrageresultat ein Rücksprung zu Schritt 104 erfolgt und die Prozedur mit den Schritten 105 und 106 zum Erfassen und Abspeichern eines jeweils nächsten Einzelbilds der nächsten Bildebene sowie deren zeitliche Sequenz innerhalb einer Schritte 104 bis 109 umfassenden Schleife zyklisch durchlaufen wird, wobei der Schleifenin dex zum Zählen der Einzelbilder um jeweils einen Zähler von 1 erhöht bzw. in- krementiert wird, während demgegenüber bei positivem Abfrageresultat, d.h. wenn die Sequenz von Einzelbildern aller Bildebenen erfasst und abgespeichert ist, die Schleife beendet bzw. verlassen wird, um in einem anschließenden Ver fahrensschritt 110 einen Sprung in ein - nachstehend noch zu erläuterndes - Auswerteverfahren einzuleiten. Da sich bei jedem Durchlauf der Schleife 104 bis 109 die Position des Positionierschlittens um jeweils ein Dc ändert, sind die bei dieser Ausführungsform des Steuer- und Messdatenerfassungsverfahrens gewonnenen Einzelbilder einer Sequenz zueinander versetzte Querschnitte, wel che das vom jeweils in der Messkammer befindlichen Injektor erzeugte Sprüh muster sukzessive abrastern, so dass - im Unterschied zu der ersten Steue- rungsverfahrensvariante gemäß Flussdiagramm 100 - mittels einer einzigen Se quenz das Sprühmuster des Injektors praktisch dreidimensional darstellbar ist. 2C shows, with reference to a highly schematically held flow chart 100 ", the essential method steps of the inventive control method according to a third variant of the method, which serves various device components, ie the camera, its lens and the LED arrangement and the positioning carriage with the injection process of FIG to test synchronizing the injector. In contrast to the first embodiment of the control and measurement data acquisition method 100, in the third embodiment of the control method 100 ", additionally the positioning carriage 24 is driven to move the receiving camera 12 mounted thereon along with the objective lens 22 independently of the set objective focal length along the guide rail 25 to be able to. In an initializing method step 101 " , the positioning carriage is moved to a start or start position. Subsequently, in a next method step 102 ", a control pulse signal is output synchronously to the electronics of the injector 15 to be tested, the LED arrangement 13, the recording camera 12, and its objective 22, so that the injector 15 ejects fuel from its spray holes and into the measuring chamber 11 injected; Simultaneously, the LED ring 13 emits a Lichtim pulse, the lens 22 aperture and focus and opens the Aufnahmekame ra 12 for a predetermined exposure time their closure, so that light emitted from the LED ring 13, at the phase boundary of the Injector as a spray pattern of released fuel reflected and passes from the measuring chamber 11 via the optical components 20, 21, and 22 on the image sensor of the Aufnah mekamera 12 or imaged. In a still taking place during the Belich processing phase step 103 " , the image plane of the lens 22 is focused on the plane of the injection holes of the injector 15 to map the spray pattern typically generated during the injection process of the injector as Kavita tion image sharp on the image sensor. After these adjustment steps 101 " , 102 " and 103 " , in order to start a sequence of temporally successive individual images, in a subsequent method step 104 " a control pulse signal to the electronics of the injector 15, to the LED array 13, the recording camera 12 and the lens delivered, whereupon in an immediately following step 105 " captures a single frame and abge in a further step 106 " as an image matrix in a storage medium stores. In a subsequent test step 107 " , a query is continuously made as to whether the preset temporal sequence of individual images of an image element has already been processed, with a negative query result returning to step 104 " and the procedure comprising steps 105 " and 106 " for detecting and storing a respective next frame within a step 104 " to 107 " loop by incrementing a loop index by one counter 1 cyclically, while demge with a positive polling result, ie when a temporal sequence of frames of an image plane is detected and stored, the Loop is exited or left to deliver in a subsequent process step 108 " a control pulse signal to the positioning or the positioning slide to the set at step 101 " to a start position xo posi tion carriage by a feed Dc to a new Pos x: = xo + Dc to drive; this changes the image plane by Dc. In a subsequent step, the test step 109 " is continuously inquired whether the preset sequence of image planes has already been processed, with a negative query result, a return to step 104 " and the procedure with the steps 105 " and 106 " for detecting and storing one The next frame of the next image plane and its temporal sequence are cycled within a 104 " to 109 " loop, with the loop in dex incremented by one count of 1 for counting the frames, while the result is a positive interrogation That is, when the sequence of frames of all image planes is detected and stored, the loop is terminated or exited, in a subsequent procedural step 110 " to initiate a jump into an evaluation method to be explained below. Since the position of the positioning carriage changes by one Dc with each pass of the loop 104 " to 109 ", the individual images obtained in this embodiment of the control and measurement data acquisition method are cross-sections staggered with respect to one another, the injector located in the respective measuring chamber generated spray pattern successively scanned, so that - in contrast to the first Ste- tion method variant according to flowchart 100 - by means of a single Se quenz the spray pattern of the injector is practically three-dimensionally displayed.
Fig. 3A zeigt ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens 200 gemäß einer ersten Ausführungs form, wobei auf der Grundlage von als Kavitationsbilder optisch detektierten Sprühmustern eine jeweilige Einspritzrate des Injektors ermittelt wird. Fig. 3B zeigt exemplarisch ein derartiges Sensorbild bzw. Kavitationsbild 30, das von dem Bildsensor der Aufnahmeeinrichtung digital erfasst ist und Strahlkeulen 31 aufweist, die anhand von Bildmatrixelementen bzw. Pixeln mit hohen Lichtintensi tätswerten gegenüber einem überwiegend dunklen Bildhintergrund kenntlich sind, wobei die Intensitätsverteilung innerhalb der die Strahlkeulen 31 wiederge benden Pixel Graustufen bis beispielsweise maximal 255 bei einer 8-Bit-Tiefe umfasst. In einem ersten Verfahrensschritt 201 wird ein erstes Sensorbild aus ei ner Sequenz von zeitlich aufeinanderfolgend detektierten Aufnahmebildern ana lysiert, wobei die Bildmatrix elementweise im Hinblick auf die jeweils enthaltene bzw. abgetastete Lichtintensitätsinformation ausgelesen wird. In einem daran an schließenden Verfahrensschritt 202 wird in dem ersten Sensorbild ein Intensi tätsschwel Iwert G festgesetzt, um eine Hell-Dunkel-Grenze innerhalb des Intensi tätsverlaufs des ersten Sensorbilds festzulegen, die im Wesentlichen dazu dient, einen auf Reflexionen an der Messkammerinnenwand zurückzuführenden Stö runtergrund zu unterdrücken. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 203 erfolgt ein Erkennen bzw. Identifizieren von denjenigen Bildmatrixelementen P, des ersten Sensorbilds, deren zugeordnet abgespeicherter Lichtintensitätsinfor mationswert den vorbestimmten Intensitätsschwellwert erreicht oder überschrei tet. Der sich unmittelbar daran anschließende Verfahrensschritt 204 dient zum Ermitteln einer relativen Einspritzrate einer definierten Anzahl m der zuvor er kannten Bildmatrixelemente bzw. Pixel P, im ersten Sensorbild gemäß der nach stehend aufgeführten Gleichung: 3A shows a flow chart with the essential method steps of the evaluation method 200 according to the invention in accordance with a first embodiment, wherein a respective injection rate of the injector is determined on the basis of spray patterns optically detected as cavitation images. By way of example, FIG. 3B shows such a sensor image or cavitation image 30, which is digitally detected by the image sensor of the recording device and has beam lobes 31 which are recognizable from predominantly dark background images based on image matrix elements or pixels with high light intensity values, the intensity distribution within that the beam lobes 31 reproducing pixel grayscale to, for example, a maximum of 255 at an 8-bit depth includes. In a first method step 201, a first sensor image is analyzed from a sequence of temporally successively detected image images, wherein the image matrix is read element by element with respect to the light intensity information respectively contained or scanned. In an adjoining method step 202, an intensity threshold value G is set in the first sensor image in order to define a light-dark boundary within the intensity curve of the first sensor image, which essentially serves to cause a reflection due to reflections on the interior wall of the measuring chamber to suppress. In a subsequent method step 203, recognition or identification of those image matrix elements P, of the first sensor image, whose associated stored light intensity information value reaches or exceeds the predetermined intensity threshold, takes place. The immediately following method step 204 is used to determine a relative injection rate of a defined number m of the previously known image matrix elements or pixel P, in the first sensor image according to the following equation:
Figure imgf000018_0001
Dabei sind mit n(t) die relative Einspritzrate in funktionaler Abhängigkeit von der Zeit t, mit Pj das j-te Pixel bzw. Bildmatrixelement eines jeweiligen von dem Bildsensor erfassten Strahlbilds mit m- Elementen, mit G ein zwischen hohen und demgegenüber niedrigeren Intensitätswerten liegender Grenzwert, mit j ein sich von 1 bis m erstreckender Summationsindex und mit Kj ein jeweiliger Korrelati onsfaktor bezeichnet. Der Korrelationsfaktor berücksichtigt einen im jeweils zu geordneten Bildmatrixelement gespeichert erfassten Lichtintensitätsinformati onswert l(Pj, t) und bewirkt eine Normierung der Bildmatrixelementbeiträge zu n(t). In der Summenbildung werden nur solche Bildmatrixelemente Pj berücksich tigt, deren Lichtintensitätsinformationswerte größer als der Grenzwert G oder gleich dem Grenzwert G sind. In einem weiteren Verfahrensschritt 205 erfolgt ein Speichern des ermittelten n(t) für das erste Sensorbild zur Zeit t als Maß für die mit dem optisch detektierten Kavitationsbild korrespondierende Einspritzrate. Ein darauf erfolgender Verfahrensschritt 206 inkrementiert einen internen Zähler um 1 und löst einen Rücksprung zu Verfahrenschritt 201 aus, um ein nächstes Sen sorbild zur Zeit t+At mit dem Ziel zu analysieren, eine diesbezügliche Einspritzra te n(t+At) in den sich daran anschließenden Verfahrensschritten 202 bis 205 zu ermitteln. Dieses Procedere wiederholt sich zyklisch für die übrigen Sensorbilder der Sequenz, so dass schließlich zu jedem Sensorbild zu einer Zeit t einer Auf nahmesequenz eine jeweils zugeordnete Einspritzrate n(t) vorliegt. In einem ab schließenden Verfahrensschritt 207 wird die jeweilige Einspritzrate n(t) für alle analysierten Sensorbilder dargestellt und mit dazu jeweils zeitlich koinzidierend erfassten Einspritzraten aus hydraulischer Messwerterfassung anhand des Drucks p und der Schallgeschwindigkeit c korreliert.
Figure imgf000018_0001
In this case, with n (t) the relative injection rate in functional dependence on the time t, with P j the jth pixel or image matrix element of a respective m image element detected by the image sensor, with G between high and contrast lower intensity values lying limit value, with j a summation index extending from 1 to m and with K j a respective correlation factor. The correlation factor takes into account a light intensity information value I (P j , t) recorded in the respectively assigned image matrix element and causes a normalization of the image matrix element contributions to n (t). In the summation, only those image matrix elements P j are taken into account whose light intensity information values are greater than the limit value G or equal to the limit value G. In a further method step 205, the determined n (t) for the first sensor image is stored at time t as a measure of the injection rate corresponding to the optically detected cavitation image. A subsequent procedural step 206 increments an internal counter by one and initiates a return to step 201 to analyze a next sensor image at time t + At with the target, an associated injection rate (t + At) therein subsequent method steps 202 to 205 to determine. This procedure is repeated cyclically for the remaining sensor images of the sequence, so that finally there is an associated injection rate n (t) for each sensor image at a time t of a recording sequence. In a subsequent process step 207, the respective injection rate n (t) is displayed for all analyzed sensor images and correlated with injection rates from hydraulic measured-value acquisition, which are respectively coincident in time, on the basis of the pressure p and the speed of sound c.
Fig. 4A zeigt ein Flussdiagramm 300 mit den wesentlichen Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungs form, was im Wesentlichen dazu dient, die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit durch die Kavitation zu bestimmen. Dabei wird in einem Initialisierungsschritt 301 ein interner Zähler i auf Null gesetzt, worauf in einem weiteren Verfahrensschritt 302 der Zähler i um 1, d.h. i:= i +1 inkrementiert wird, um in einem daran an schließenden Verfahrensschritt 303 ein erstes indiziertes Sensorbild Si aus einer Sequenz bzw. Folge von m erfassten Sensorbildern Si, S2, ..., Si, ... ,Sm zu bear beiten bzw. auszuwerten. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 304 wird eine Hell/Dunkel-Intensitätsschwelle in denjenigen Bildmatrixelementen des ak tuell in Bearbeitung befindlichen Sensorbilds S, ermittelt, welche mit den sich ra- dial nach außen wegerstreckenden Enden der Strahlkeulen eines identifizierten Kavitationsmusters korrespondieren, wobei die mit dieser Hell-Dunkel- Intensitätsschwelle assoziierten Bildmatrixelemente bzw. Pixel etwa entlang ei nes gedachten - radial im Sensorbild verlaufenden - Kreisrings mit Radius R, an geordnet sind. Der daran anschließende Verfahrensschritt 305 dient dazu, einen realen Strahlausbreitungsradius n in Einheiten von mm auf der Basis des im vor herigen Schritt 304 ermittelten und in Einheiten des Pixelabstands berechneten Ri, des Abbildungsmaßstabs und der Objektgröße, welche im Ausführungsbei spiel der Düsendurchmesser des zu prüfenden Injektors sein kann, zu errechnen bzw. bestimmen. In einem weiteren Verfahrensschritt 306 wird der so errechnete Strahlausbreitungsradius n mit dem zugeordneten Aufnahmezeitpunkt t, des ak tuellen Sensorbilds i als Wertepaar abgespeichert. Da zum Durchführen eines weiteren Auswerteschritts wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende Sensor bilder zu analysieren sind, erfolgt zunächst in einem Zwischenschritt 307 eine Prüfung, ob der Zähler i größer oder gleich 2 ist, wobei bei einem Zählerstand von i:= 1 ein Rücksprung zu Schritt 302 erfolgt, um den Zählerstand zu inkremen- tieren und das nächste Sensorbild in Bearbeitung zu nehmen und sodann die Schritte 304 bis 306 durchzuführen, oder andernfalls zum nächsten Verfahrens schritt 308 überzugehen. Denn in dem Verfahrensschritt 308 wird aus der Aus wertung von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Sensorbildern Si+i und S, für die dafür jeweils ermittelten Wertepaare ein Quotient v gebildet gemäß der nachste henden Gleichung: FIG. 4A shows a flowchart 300 with the essential method steps of the evaluation method according to the invention in accordance with a second embodiment, which essentially serves to determine the beam propagation speed through the cavitation. In this case, an internal counter i is set to zero in an initialization step 301, whereupon in a further method step 302 the counter i is incremented by 1, ie i: = i + 1, in a process step 303 subsequent thereto, a first indexed sensor image Si a sequence or sequence of m detected sensor images Si, S 2 , ..., Si, ..., S m bear to bear or evaluate. In a subsequent method step 304, a light / dark intensity threshold is determined in those image matrix elements of the sensor image S currently being processed, which coincide with the dial outwardly extending ends of the beam lobes of an identified cavitation pattern correspond, the associated with this bright-dark intensity threshold image matrix elements or pixels approximately along ei nes imaginary - radially extending in the sensor image - circular ring with radius R, are arranged. The subsequent process step 305 serves a real beam propagation radius n in units of mm on the basis of the previously determined in step 304 and calculated in units of pixel pitch Ri, the magnification and the object size, which in Ausführungsbei play the nozzle diameter of the injector to be tested can be, calculate or determine. In a further method step 306, the beam propagation radius n calculated in this way is stored with the associated recording time t, of the current sensor image i as a pair of values. Since at least two temporally successive sensor images are to be analyzed in order to carry out a further evaluation step, a check is first made in an intermediate step 307 as to whether the counter i is greater than or equal to 2, with a return to step 302 with a count of i: = 1 to increment the count and to process the next sensor image and then perform steps 304-306, or else proceed to the next step 308. For in method step 308, the evaluation of two temporally successive sensor images Si + i and S, for the respectively determined value pairs, a quotient v is formed according to the following equation:
V (ti+i) = fc+i - ) Gleichung (2)V (t i + i ) = fc + i - ) Equation (2)
0  0
Dabei sind mit v(ti+i) der Quotient, mit n der für ein jeweiliges Sensorbild ermittel te Strahlradius und mit t, der jeweilige Aufnahmezeitpunkt eines Sensorbilds be zeichnet, während n+i der für ein zeitlich nachfolgend zum Zeitpunkt t,+i aufge zeichnetes Sensorbild ermittelte Strahlausbreitungsradius darstellt; somit ist Gleichung (2) aus v = Ar/At abgeleitet. Der Quotient v(ti+i) ist ein Maß für die zir kulare Ausbreitung der - jeweils an den radial nach außen wegweisenden Enden der Strahlkeulen einer Kavitation existierenden - Hell/Dunkel-Intensitätsschwelle zwischen jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend erfassten Sensor bildern bzw. Aufnahmebildern und repräsentiert somit die Strahlausbreitungsge schwindigkeit v in einer Querschnittebene, welche zum Ermitteln des entspre- chenden Strahlimpulses p unter Berücksichtigung der simultan durchgeführten hydraulischen Messung der Einspritzmenge dient; zur Veranschaulichung zeigt Fig. 4B eine Projektion 26 von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend er fassten Kavitationsbildern, wobei der Radius der Hell-Dunkel-Intensitätsschwelle bezüglich der Enden der Strahlkeulen 31 bei dem ersten Kavitationsbild mit ri und bei dem zweiten Kavitationsbild mit r2 bezeichnet ist. In einem daran an schließenden Verfahrensschritt 309 wird der zuvor jeweils ermittelte Quotient als Maß für die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit v in einer Querschnittebene und der daraus berechnete Strahlimpuls p in einer Querschnittebene abgespeichert und dargestellt. Ein anschließender Zwischenschritt 310 dient dazu, den aktuel len Zählerstand zu überprüfen und für den Fall, dass noch nicht alle Sensorbilder einer Sequenz analysiert bzw. ausgewertet sind, einen Rücksprung zu Schritt 302 auszuführen; andernfalls erfolgt in einem abschließenden Schritt 311 ein Stopp dieses Verfahrensblocks 300 und ein Rücksprung in das übergeordnete Steuerverfahren. In this case, v (ti + i ) is the quotient, n is the beam radius determined for a respective sensor image, and t is the respective recording time of a sensor image, while n + i is the one for a time subsequently at time t + i characterized drew sensor image determined beam spread radius; thus equation (2) is derived from v = Ar / At. The quotient v (ti + i ) is a measure of the zir kulare propagation of - each existing at the radially outwardly pioneering ends of the beam lobes cavitation existing - light / dark intensity threshold between two temporally immediately successively detected sensor images or recording images and thus represents the Strahlausbreitungsgevindigkeit v in a cross-sectional plane, which is used to determine the corresponding jenden beam pulse p, taking into account the simultaneous hydraulic measurement of the injection quantity is used; FIG. 4B shows a projection 26 of two cavitation images taken in chronological succession, wherein the radius of the light-dark intensity threshold with respect to the ends of the beam lobes 31 is designated ri in the first cavitation image and r 2 in the second cavitation image. In a subsequent method step 309, the respectively previously determined quotient is stored and displayed as a measure of the beam propagation velocity v in a cross-sectional plane and the beam impulse p calculated therefrom in a cross-sectional plane. A subsequent intermediate step 310 serves to check the current counter reading and, in the event that not all sensor images of a sequence have yet to be analyzed or evaluated, to return to step 302; otherwise, in a final step 311, a stop of this method block 300 and a return to the higher-level control method takes place.
Fig. 4C zeigt ein Flussdiagramm 300' mit den wesentlichen Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens gemäß einer dritten Ausführungs form, was im Wesentlichen dazu dient, die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit durch die Kavitation entlang der Strahlachse vs(ti) im Gegensatz zu dem Auswer teverfahren gemäß Fig. 4A, das die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit in einer Bildebene ermittelt, zu bestimmen. Dazu werden in einem Initialisierungsschritt 301' ein interner Zähler i und ein interner Zähler j jeweils auf Null gesetzt, d.h. i:=0 und j:=0, wobei der Zähler i als zeitlicher Index dazu dient, Einzelbildauf nahmen bzw. Sensorbilder S für eine bestimmte Bildebene in zeitlicher Hinsicht zu indizieren, während der Zähler j als Index zur räumlichen Indizierung der Ein zelbildaufnahmen S dient, also eine Position bzw. Lage einer jeweiligen Bildebe ne von entsprechenden Einzelbildaufnahmen indiziert. Im Anschluss daran wird in Verfahrenschritten 302' und 303' zunächst der Zähler i um 1, d.h. i:=i+l, und dann der Zähler j um 1, d.h. j:=j+l, inkrementiert, um daraufhin in einem weiteren Verfahrensschritt 304' ein entsprechend indiziertes Sensorbild S aus der Menge erfasster und abgespeicherter Sensorbilder herauszuselektieren und zu bearbei ten bzw. auszuwerten. Gemäß einem sich unmittelbar daran anschließenden Verfahrensschritt 305' wird anhand der Bildmatrixelemente des aktuell in Bear beitung genommenen Sensorbilds Sy der Radius Ry (in Pixelabstandseinheiten) ermittelt, um im nächsten Verfahrensschritt 305'' daraus einen realen Strahlaus- breitungsradius r,j in Einheiten von mm zu berechnen. In einem weiteren Verfah rensschritt 306' wird der errechnete Strahlausbreitungsradius r,j zusammen mit dem zugeordneten Aufnahmezeitpunkt t, und der Bildebenenposition Xj des aktu ell in Bearbeitung befindlichen Sensorbilds als Werte-Tupel (nj, t,, Xj) abgespei chert. Um wenigstens zwei Sensorbilder analysieren bzw. miteinander verglei chen zu können, erfolgt in einem Zwischenschritt 307' eine Prüfung, ob der Zäh ler j größer oder gleich 2 ist, wobei bei negativem Resultat ein Rücksprung zu Schritt 303' erfolgt, um den Zählerstand für j um 1 zu inkrementieren und das nächste Sensorbild zu bearbeiten, wobei die Schritte 304' bis 306' erneut durch laufend ausgeführt werden, oder andernfalls zum nächsten Verfahrensschritt 308' überzugehen. Dieser Verfahrensschritt 308' dient als Prüfschritt dazu, eine Abfrage durchzuführen, ob bei zwei einander zur Analyse zugeordneten Sensor bildern für die entsprechenden Strahlausbreitungsradien r,j und n,j-i die Unglei chung r,j > n,j-i erfüllt ist, um die Bildebene mit maximalem Radius zum Aufnah mezeitpunkt t, zu finden; bei negativem Abfrageresultat erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 306' zum Abspeichern eines Werte-Tupels (nj, t,, Xj), während bei positi vem Abfrageresultat ein Übergang zum nächsten Schritt 309' erfolgt, wo der Zähler j auf Null gesetzt wird, d.h. j:=0, worauf in einem nächsten Schritt 310' ei ne Abfrage für paarweise zu analysierende Sensorbilder durchgeführt wird, ob der Zähler i größer oder gleich 2 ist. Bei negativem Abfrageresultat erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 302', wo eine Zählerinkrementierung für i durchgeführt wird, also i:=i+l, während bei positivem Abfrageresultat ein Übergang zu Schritt 311' erfolgt, in welchem die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit vs(ti) entlang der Strahlachse berechnet wird, wie nachfolgend noch erläutert werden wird. In ei nem daran anschließenden Schritt 312' wird dann die berechnete Strahlausbrei tungsgeschwindigkeit zusammen mit dem daraus errechneten Strahlausbrei tungsimpuls ps abgespeichert. In einem weiteren Schritt 313' erfolgt eine Abfra ge, ob eine Sequenz fertiggestellt bzw. abgearbeitet ist, d.h. der aktuelle Zähler stand i der Dimension m der abgespeicherten Sensorbilder entspricht; bei nega tivem Abfrageresultat erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 302' mit Inkrementierung des Zählers i um 1, also i:=i+l, während bei positivem Abfrageresultat ein Über gang zum letzten Schritt 314' erfolgt, in welchem ein Rücksprung zum überge ordneten Steuerungsverfahren erfolgt. 4C shows a flowchart 300 ' with the essential method steps of the evaluation method according to the invention according to a third embodiment, which serves essentially to control the beam propagation speed through the cavitation along the beam axis v s (ti) in contrast to the evaluation method according to FIG. 4A to determine the beam propagation velocity in an image plane. For this purpose, an internal counter i and an internal counter j are each set to zero in an initialization step 301 ' , ie i: = 0 and j: = 0, the counter i serving as a temporal index, taking individual image images or sensor images S for one To index certain image plane in terms of time, while the counter j is used as an index for the spatial indexing of the A zelbildaufnahmen S, ie a position or location of a respective Bildebe ne of corresponding single image recordings indexed. Following this, in method steps 302 ' and 303 ', first the counter i is incremented by 1, ie i: = i + 1, and then the counter j is incremented by 1, ie j: = j + 1, in order subsequently to be used in a further method step 304 ' a correspondingly indexed sensor image S from the set of detected and stored sensor images herauszuselektieren and edit ing or evaluate. In accordance with an immediately subsequent method step 305 ' , the radius Ry (in pixel spacing units) is determined on the basis of the image matrix elements of the sensor image Sy currently taken in processing in order to produce a real ray emission in the next method step 305 ". distribution radius r, j in units of mm. In a further process step 306 ' , the calculated beam spread radius r, j together with the associated recording time t and the image plane position X j of the sensor image currently being processed are stored as value tuples (n j , t ,, X j ). In order to be able to analyze or compare at least two sensor images, in an intermediate step 307 ', a check is made as to whether the counter is greater than or equal to 2, with a negative result returning to step 303 ' to obtain the count for j increment by 1 and process the next sensor image, again performing steps 304 ' through 306 ' , or else proceed to next step 308 ' . This method step 308 ' serves as a test step to perform a query, if at two mutually for analysis associated sensor images for the corresponding beam propagation radii r, j and n, ji the Unglei chung r, j> n, ji is satisfied with the image plane maximum radius at the time of recording t, to find; if the query result is negative, a return is made to step 306 ' for storing a value tuple (nj, t ,, Xj), while if the query result is positive, a transition is made to the next step 309 ' , where the counter j is set to zero, ie j : = 0, whereupon in a next step 310 'a query is made for pairwise sensor images to be analyzed as to whether the counter i is greater than or equal to 2. If the query result is negative, a return is made to step 302 ' , where a counter increment for i is performed, i: = i + 1, while if the query result is positive, a transition is made to step 311 ' , in which the beam propagation velocity v s (ti) along the Beam axis is calculated, as will be explained below. In a subsequent step 312 ' then the calculated Strahlausbrei processing speed is stored together with the calculated therefrom Strahlausbrei processing pulse p s . In a further step 313 ' , a query is made as to whether a sequence has been completed or executed, ie the current counter i has the dimension m of the stored sensor images; with nega tive query result, there is a return to step 302 ' with incrementing the counter i by 1, ie i: = i + l, while a positive query result, a transition to the last step 314 ' takes place, in which a return to überge arranged control process takes place ,
Fig. 4D veranschaulicht ein graphisches Schema als Berechnungsgrundlage für die in Verfahrensschritt 311' gemäß Fig. 4C erfolgende Bestimmung der Strahl- ausbreitungsgeschwindigkeit vs(t). Dabei ist skizzenhaft dargestellt, wie ein von einem Injektor 15 ausgestoßenes Sprühmuster sich abhängig von der Zeit ent lang seiner Strahlachse 18-3 räumlich ausbreitet, wobei das Sprühmuster in ei nem ersten Zustand 18-1 zu einem Zeitpunkt ^ und in einem zweiten Zustand 18- 2 zu einem Zeitpunkt t,+i anhand der jeweiligen Außenradien n und n+i kenntlich gemacht ist; diesen Außenradien der Sprühmuster-Zustände 18-1, 18-2 sind ver schiedene entlang der z-Achse eines x, y, z- Koordinatensystems voneinander beabstandete Bildebenen Zj+i und Zj+3 zugeordnet. Dazu ist für das graphisch dargestellte Ausführungsbeispiel ein rechtwinkliges Dreieck 18-4 im Koordina tensystem zwischen den beiden Zuständen 18-1, 18-2 entlang der Strahlachse 18-3 konstruierbar, in welchen für die beiden Katheten die Beziehungen dz = Zj+3 - Zj+i Gleichung (3) FIG. 4D illustrates a graphical diagram as a basis for calculating the determination of the jet angle in step 311 ' according to FIG. 4C. propagation velocity v s (t). It is sketchy illustrated how a spray pattern ejected from an injector 15 spreads spatially depending on the time along its beam axis 18-3, with the spray pattern in a first state 18-1 at a time ^ and in a second state 18- 2 at a time t, i + n based on the respective outer radius and n + i is indicated; These outer radii of the spray pattern states 18-1, 18-2 are associated with different image planes Z j + i and Z j + 3 spaced apart along the z axis of an x, y, z coordinate system. For this purpose, a rectangular triangle 18-4 in Koordina tensystem between the two states 18-1, 18-2 along the beam axis 18-3 constructable for the graphically illustrated embodiment, in which for the two cathets the relationships dz = Z j +3 - Z j + i equation (3)
und and
dx = dr = n+i - n Gleichung (4) dx = dr = n + i - n equation (4)
gelten, wobei mit dz das Differential der Variablen z, mit dx das Differential von x, mit dr das Differential von r und mit ds das Differential der Variablen s bezeichnet sind. where dz is the differential of the variable z, dx is the differential of x, dr is the differential of r, and ds is the differential of the variable s.
Für die Hypotenuse gilt dann:  For the hypotenuse then applies:
ds = jdr 1 + dz 2 Gleichung (5); ds = jdr 1 + dz 2 equation (5);
Dadurch ergibt sich für die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit vs(ti+i) durch Ein setzen von Gl. 3 bis 5 in die Basisformel vs(ti+i) = ds/dt mit dt= t,+i - t, eine ent sprechende Auswertegleichung für vs(t ,+i), die für das Ausführungsbeispiel als Funktion f(zi+3, z,+i, n+i, n, t+i, t,) darstellbar ist. This results in the beam propagation velocity v s (ti + i ) by a set of Eq. 3 to 5 in the basic formula v s (ti + i ) = ds / dt with dt = t, + i - t, a corresponding evaluation equation for v s (t, + i), which for the embodiment as a function f (zi + 3, z, + i, n + i , n, t + i , t,) can be represented.
Fig. 4E zeigt ein Schema zur Veranschaulichung des zeitlichen Divergenzverhal tens eines von einem Injektor 15 ausgestoßenen Sprühmusters, welches - im Unterschied zu dem in Fig. 4D dargestellten Schema - als Berechnungsgrundla ge für die zu ermittelnde Strahlausbreitungsgeschwindigkeit in lediglich einer ein zigen Bildebene gemäß Fig. 4A und 4B dient. Dabei ist das sich entlang seiner Strahlachse 18-3 ausbreitende Sprühmuster in einem ersten Zustand 18-1 zum Zeitpunkt t, und einem zweiten Zustand 18-2 zum Zeitpunkt t,+i anhand der jewei ligen Außenradien n und n+i kenntlich gemacht, welche sich durch ihre jeweiligen Schnittpunkte mit der Bildebene z' in einem x, y, z- Koordinatensystem ergeben. Dadurch ergibt sich für die Berechnung der Wegdifferenz dr zwischen den beiden Zuständen 18-1 und 18-2 die Beziehung dr = n+i - n, wobei die Zeitdifferenz dt = ti+i - 1, ist; für die Berechnung von v(ti+i) gilt mithin die Beziehung v(ti+i) = dr/dt. Fig. 5A zeigt ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 optisch erfasstes Kavitationsbild 30, das neben den im zentralen Bildbereich symmetrisch ange ordneten Strahlkeulen 31, die anhand von Bildmatrixelementen bzw. Pixeln des Bildsensors mit hohen Intensitätswerten (hell dargestellt) kenntlich sind, an den Bildrändern Bereiche 33 aufweist, deren zugeordnete Bildmatrixelemente eben falls hohe Intensitätswerte enthalten und auf unerwünschte Reflexionen des ab gestrahlten Lichts an der Innenwand der Messkammer zurückzuführen sind. Um innerhalb des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens den Einfluss derartiger Reflexionen zu reduzieren, wird jedem Sensorbild bzw. Kavitationsbild eine Aus wertemaske 32 zugeordnet, um solche Bildmatrixelemente bei der Auswertung auszusparen, also den Auswertebereich in der Bildmatrix des jeweiligen Kavitati onsbilds entsprechend einzuschränken. Dazu wird gemäß der in Fig. 5A darge stellten Variante zwischen den dem Bildzentrum 34 abgewandten Enden der Strahlkeulen 31 und den die Reflexionen enthaltenden Randbereichen des digital abgetasteten bzw. erfassten Kavitationsbilds eine radial verlaufende Auswerte maske 32 eingesetzt, deren Radius bezüglich des Bildzentrums 34 größer als die radiale Erstreckung der Strahlkeulen 31, jedoch kleiner als die radiale Lage der Randbereiche 33 bemessen ist, so dass die Bildmatrixelemente in den Randbe reichen 33 der Bildmatrix bei der Auswertung gemäß Gleichung (1) außer Be tracht bleiben und mithin lediglich die Bildmatrixelemente, die innerhalb des Ra dius der Auswertemaske 32 liegen, bei der Auswertung gemäß Gleichung (1) be rücksichtigt werden. 4E shows a diagram to illustrate the temporal Divergenzverhal least one of an injector 15 ejected spray pattern, which - in contrast to the scheme shown in Fig. 4D - as Basis calculating the ge to determine the beam propagation speed in only one single image plane as shown in FIG. 4A and 4B is used. In this case, the spray pattern propagating along its beam axis 18-3 is identified in a first state 18-1 at time t1 and a second state 18-2 at time t1 + i on the basis of the respective outside radii n and n + i , which are resulting from their respective intersections with the image plane z ' in an x, y, z coordinate system. This results in the calculation of the path difference dr between the two states 18-1 and 18-2, the relationship dr = n + i - n, wherein the time difference dt = ti + i - 1, is; for the calculation of v (ti + i ), therefore, the relation v (ti + i ) = dr / dt holds. FIG. 5A shows a cavitation image 30 which is optically detected by the device 10 according to the invention and, in addition to the beam lobes 31 symmetrically arranged in the central image area, which are identified by image matrix elements or pixels of the image sensor with high intensity values (shown in bright) at the image edges 33 whose associated image matrix elements also contain high intensity values and are attributable to undesired reflections of the light emitted from the inner wall of the measuring chamber. In order to reduce the influence of such reflections within the evaluation method according to the invention, an evaluation mask 32 is assigned to each sensor image or cavitation image in order to eliminate such image matrix elements during evaluation, ie to limit the evaluation region in the image matrix of the respective cavitation image accordingly. For this purpose, according to the presented in Fig. 5A Darge variant between the image center 34 remote from the beam lobes 31 and the reflections containing edge regions of the digitally scanned or recorded Kavitationsbilds a radially extending evaluation mask 32 is used, whose radius with respect to the image center 34 is greater than the radial extension of the beam lobes 31, but is dimensioned smaller than the radial position of the edge regions 33, so that the image matrix elements in the Randbe 33 of the image matrix in the evaluation according to equation (1) remain out of consideration and therefore only the image matrix elements within of the radius of the evaluation mask 32 are to be taken into account in the evaluation according to equation (1).
Fig. 5B zeigt eine demgegenüber abgewandelte Auswertemaske 35, die - im Un terschied zu jener von Fig. 5A - eine im Wesentlichen sternförmige Struktur auf weist und so konturiert ist, dass jedem Konturenelement der sternförmigen Struk tur jeweils einer Strahlkeule 31 zugeordnet ist, so dass jede einzelne Strahlkeule eng eingerahmt ist, wobei der jeweilige Zwischenraum zwischen jeweils zueinan der benachbarten abgegrenzt ist und die radiale Erstreckung jedes Konturenele ments größer als die in radialer Richtung gesehene Lage des Endes der jeweili gen Strahlkeule 31, jedoch deutlich kleiner als die in radialer Richtung gesehene Lage der Randbereiche 33 bemessen ist. Dadurch bleiben bei der Auswertung nach Gleichung (1) Bildmatrixelemente von Bildbereichen außer Betracht, welche zwischen den jeweils benachbarten Strahlkeulen 31 und zwischen den Enden der Strahlkeulen und den Bildrändern 33 liegen, was bei der Auswertung eine Hervorhebung von strahlrelevanten Bildanteilen gegenüber dem Bildhintergrund bewirkt. FIG. 5B shows a modified evaluation mask 35 which, unlike that of FIG. 5A, has a substantially star-shaped structure and is contoured so that each contour element of the star-shaped structure is assigned a respective beam lobe 31, so that each beam is closely framed, the respective gap between each zueinan the adjacent is delimited and the radial extent of each Konturenele element greater than the position seen in the radial direction of the end of the respec gene beam lobe 31, but significantly smaller than that seen in the radial direction Location of the edge regions 33 is dimensioned. As a result, image matrix elements of image areas which lie between the respectively adjacent beam lobes 31 and between the ends of the beam lobes and the image edges 33 remain in the evaluation according to equation (1), which in the evaluation is a Highlighting of beam-relevant image components compared to the image background causes.
Fig. 5C zeigt eine abermals abgewandelte Auswertemaske 36, welche - im Un terschied zu den in Fig. 5A und 5B dargestellten Ausführungsformen - eine Struk tur aufweist, der selektiv nur eine einzige Strahlkeule 31 im Kavitationsbild zuge ordnet ist und die Strahlkeule 31 so einrahmt, dass die Maskenstruktur etwa von Ursprung der Strahlkeule 31 ausgeht und die Strahlkeule an ihren Außenrändern bis hin zu ihrem Ende eng eingrenzt, wobei die radiale Erstreckung der Struktur der Auswertemaske 36 geringfügig größer als die in radialer Richtung gesehene Lage des Endes der Strahlkeule 31 bemessen ist. Dadurch bleiben bei der Aus wertung gemäß Gleichung (1) Bildmatrixelemente von Bildbereichen außer Be tracht, die deutlich außerhalb jener Bildmatrixelemente liegen, welche die Intensi tätsverteilung der einzelnen Strahlkeulen 31 wiedergeben. Aufgrund der selek tiven Anwendung einer derartigen Maskenstruktur auf einzelne Strahlkeulen 31 eines Kavitationsbildes sind Asymmetrieeffekte, also Abweichungen der Intensi tätsverteilungen der einzelnen Strahlkeulen 31 zueinander quantitativ analysier bar und bewertbar, um im Hinblick auf die zugeordneten Spritzlöcher z.B. Ferti gungstoleranzen beurteilen und/oder Fertigungsfehler lokalisieren zu können. 5C shows a again modified evaluation mask 36, which - in contrast to the embodiments shown in FIGS. 5A and 5B - has a structure which is selectively associated with only a single beam lobe 31 in the cavitation image and the beam lobe 31 is framed in this way. the mask structure proceeds approximately from the origin of the beam lobe 31 and narrows the beam lobe narrowly at its outer edges up to its end, wherein the radial extension of the structure of the evaluation mask 36 is dimensioned to be slightly larger than the position of the end of the beam lobe 31 seen in the radial direction. As a result, in the evaluation according to equation (1), image matrix elements of image areas remain out of consideration, which lie clearly outside those image matrix elements which reflect the intensity distribution of the individual beam lobes 31. As a result of the selective application of such a mask structure to individual beam lobes 31 of a cavitation image, asymmetry effects, ie deviations of the intensity distributions of the individual beam lobes 31, can be quantitatively analyzed and evaluated with respect to one another with regard to the associated injection ports. Assess manufacturing tolerances and / or localize manufacturing defects.
Fig. 6 zeigt ein Messdiagramm 40, bei dem optisch gewonnene und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewertete Messdaten 41 als Maß für eine normierte Einspritzrate jeweils in funktionaler Abhängigkeit von der entlang der Abszissenachse verlaufenden Zeit t während eines Einspritzvorgangs und zum Vergleich dazu eine hydraulisch erfasste und auf ein Maximum von 1 normierte Einspritzrate anhand einer durchgezogenen Messkurve 42 aufgetragen sind. Die optisch erfassten und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Ab laufdiagramm 200 ausgewerteten Messdaten 41 sind in Gruppen unterteilt, die sich jeweils voneinander bezüglich des eingestellten Intensitätsschwellwerts un terscheiden und in Fig. 6 durch unterschiedliche Symbole dargestellt sind, wobei für eine erste Gruppe, bei der die zugeordneten Messdaten mit Bezugssymbol L bezeichnet sind, nur solche Pixel im jeweiligen Kavitationsbild mit Intensitätswer ten ab einer Schwelle von beispielsweise 150 in einer beispielsweise von 0 bis 255 reichenden 8-Bit-Grauwerttiefe in der Zählung berücksichtigt sind, für eine zweite Gruppe, bei der die zugeordneten Messdaten mit Bezugssymbol 0 be zeichnet sind, nur solche Pixel mit Intensitätswerten ab einer Schwelle von 220, und für eine dritte Gruppe, bei der die zugeordneten Messdaten mit Bezugssym bol O bezeichnet sind, nur solche Pixel mit Intensitätswerten ab einer Schwelle von 250. Alle drei Gruppen der optisch erfassten und ausgewerteten Messdaten 41 liegen, wie Fig. 6 zeigt, dicht beieinander und weisen entlang der Zeitachse t eine etwa glockenförmige Verteilung auf, deren ansteigende Flanke 44 mit dem Beginn und deren abfallende Flanke 44' mit dem Ende des Einspritzvorgangs korrespondiert. Die simultan dazu hydraulisch erfasste Einspritzrate ist entlang der Ordinatenachse als durchgezogene Messkurve 42 dargestellt, wobei die Ein spritzrate im Wesentlichen als Funktion des zeitlichen Verlaufs des laufend ge messenen Drucks p(t) in der Messkammer und der gemessenen druckabhängi gen Schallgeschwindigkeit c(p) ermittelt wird. Sowohl die gemäß optischer Er kennung bzw. Abtastung gewonnenen Messdaten als auch die zeitgleich hydrau lisch erfasste Messkurve sind bezüglich der Ordinatenachse F(t) normiert auf ein Maximum von 1, um einen direkten Vergleich zu ermöglichen. Weiterhin zeigt Fig. 6 eine wesentliche Übereinstimmung zwischen dem zeitlichen Verlauf der optisch gewonnenen Messdaten 41 und dem Verlauf der hydraulisch gewonne nen Messkurve 42. Auch der Einspritzbeginn und das Einspritzende ist - in annä hernd zeitlicher Übereinstimmung mit der simultan erfolgten hydraulischen Mes sung - eindeutig anhand der ansteigenden Flanke 44 und der abfallenden Flanke 44' bestimmbar. Die höhere Flankensteilheit bei der optischen Erkennung bzw. Abtastung im Unterschied zur hydraulischen Messung ist darauf zurückzuführen, dass bei der hydraulischen Messung ein Tiefpassfilter in der Messelektronikein heit eingesetzt wird, der zum Ausfiltern von Eigenschwingungen in der Mess kammer dient und als Nebeneffekt einerseits für einen deutlich flacheren Verlauf im Flankenbereich der durchgezogenen Messkurve und andererseits für Mess wertstreuungen bzw. Messartefakte im zwischen den beiden Flanken 44, 44' lie genden Plateaubereich 45 sorgt. 6 shows a measurement diagram 40 in which measurement data 41 evaluated optically and evaluated by the method according to the invention as a measure of a normalized injection rate in each case functionally dependent on the time t running along the abscissa axis during an injection process and for comparison to a hydraulically detected and on a maximum of 1 normalized injection rate are plotted on the basis of a continuous measurement curve 42. The optically detected and evaluated according to the method according to the invention from the flow diagram 200 measured data 41 are divided into groups, each differing from each other with respect to the set intensity threshold un and are shown in Fig. 6 by different symbols, wherein for a first group, in the the associated measurement data are denoted by reference symbol L, only such pixels in the respective cavitation image with intensity values from a threshold of, for example, 150 in an 8 to 8 bit gray value depth, for example from 0 to 255, are taken into account in the count for a second group in which the associated measured data are denoted by reference symbol 0, only those pixels with intensity values above a threshold of 220, and for a third group, in which the associated measured data are denoted by reference symbol O, only those pixels with intensity values from a threshold of 250 are used. All three groups of the optically acquired and evaluated measured data 41 are, as shown in FIG. 6, close to each other and have along the time axis t an approximately bell-shaped distribution, the rising edge 44 corresponds to the beginning and the falling edge 44 ' with the end of the injection process. The simultaneously hydraulically detected injection rate is shown along the ordinate axis as a continuous measurement curve 42, the injection rate being determined essentially as a function of the time profile of the measured pressure p (t) in the measuring chamber and the measured pressure-dependent sound velocity c (p) becomes. Both the measured data obtained according to optical recognition or sampling and the measuring curve acquired simultaneously at the same time are normalized with respect to the ordinate axis F (t) to a maximum of 1, in order to enable a direct comparison. Furthermore, Fig. 6 shows a substantial agreement between the time course of the optically obtained measurement data 41 and the course of the hydraulically gewonne NEN measurement curve 42. Also, the start of injection and the end of injection is - in annä mately temporal agreement with the simultaneously made hydraulic measurement Mes - clearly based the rising edge 44 and the falling edge 44 ' determinable. The higher edge steepness in the optical detection or sampling in contrast to the hydraulic measurement is due to the fact that in the hydraulic measurement, a low-pass filter is used in the Meßelektronikein unit, which serves to filter out natural oscillations in the measuring chamber and as a side effect on the one hand for a clear flatter course in the flank area of the solid curve and on the other hand for measurement value scattering or measurement artifacts in between the two flanks 44, 44 ' lie ing plateau region 45 provides.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Charakterisierung des Einspritzverhaltens eines Einspritzventils für Flüssigkeiten mit folgenden Verfahrensschritten: 1. A method for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids with the following method steps:
- Einspritzen von Flüssigkeit durch das Einspritzventil (15) in eine Messkammer - Injecting liquid through the injection valve (15) in a measuring chamber
(11), (11)
- Einstrahlen von Licht in die Messkammer (11) auf von dem Einspritzventil (15) als Sprühmuster (18) ausgestoßene Flüssigkeit,  - Injecting light into the measuring chamber (11) on the injection valve (15) as a spray pattern (18) ejected liquid,
- Detektieren und Abtasten von zeitlich aufeinanderfolgenden Strahlbildern, die von an Phasengrenzen des vom Einspritzventil (15) ausgestoßenen Sprühmus ters (18) reflektiertem und auf eine Aufnahmeeinrichtung (12, 22) abgebildetem Licht erzeugt werden, um ortsaufgelöste Intensitätsverteilungen zu erhalten, Detecting and sampling temporally successive jet images which are produced by light reflected at phase boundaries of the spray nozzle (18) ejected from the injection valve (15) and imaged onto a recording device (12, 22) in order to obtain spatially resolved intensity distributions,
- Auswerten der zu den detektierten und abgetasteten Strahlbildern (30) jeweils zugeordneten Intensitätsverteilungen, wobei in den jeweiligen Intensitätsvertei lungen solche Bildmatrixelemente identifiziert werden, welche dem abgebildeten Sprühmuster (18) zugeordnete Bildinformationen enthalten, und anhand der je weils identifizierten Bildmatrixelemente und deren Zeitentwicklung ein Maß für das Einspritzverhalten ermittelt wird. Evaluating the respective intensity distributions assigned to the detected and scanned beam images, wherein in the respective intensity distributions such image matrix elements are identified which contain image information associated with the imaged spray pattern, and a measure based on the respective image matrix elements identified and their time evolution for the injection behavior is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für das Einspritzverhalten eine als Kenngröße dienende relative Einspritzrate anhand der nachstehenden Beziehung 2. The method according to claim 1, characterized in that as a measure of the injection behavior serving as a characteristic relative injection rate based on the following relationship
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0001
ermittelt wird, wobei mit n(t) die relative Einspritzrate in funktionaler Abhängigkeit von der Zeit t, mit G ein zwischen hohen und demgegenüber deutlich niedrigeren Intensitätswerten liegender Grenzwert, mit Pj ein j-tes Bildmatrixelement eines jeweiligen von der Aufnahmeeinrichtung detektierten und abgetasteten Strahl bilds, mit j ein sich von 1 bis m erstreckender Summationsindex und mit Kj ein jeweiliger Korrelationsfaktor bezeichnet sind, wobei Kj einen im jeweils zugeord neten Bildmatrixelement erfassten Lichtintensitätsinformationswert I berücksich tigt, wobei bei der Summenbildung nur solche Bildmatrixelemente Pj berücksich tigt werden, deren Lichtintensitätswerte größer als der Grenzwert G oder gleich dem Grenzwert G sind, um dem im jeweiligen Strahlbild enthaltenen Sprühmus ter zugeordnete Bildmatrixelemente zu identifizieren. where n (t) is the relative injection rate functionally dependent on the time t, with G a threshold between high and significantly lower intensity values, and Pj is a jth image matrix element of a respective beam detected and sampled by the receiver image, where j is a summation index extending from 1 to m and K j is a respective correlation factor, where K j takes into account a light intensity information value I detected in the respectively assigned image matrix element, whereby only such image matrix elements P j are taken into account in the summation, their light intensity values are greater than the threshold G or equal the limit value G are to identify ter associated with the respective spray pattern Sprühmus associated image matrix elements.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf nahmeeinrichtung (12, 22) so eingestellt wird, dass eine Querschnittebene des ausgestoßenen Sprühmusters (18) als Strahlbild (30) scharf abgebildet wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the on acquisition device (12, 22) is set so that a cross-sectional plane of the ejected spray pattern (18) as a spray pattern (30) is shown in focus.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Strahlbildern verschiedene Querschnitt ebenen abgebildet und abgetastet werden, wobei jeweils die Brennweite der Aufnahmeeinrichtung (12, 22) verändert wird und/oder die Aufnahmeeinrichtung (12, 22) hinsichtlich ihres optischen Abstands zur Messkammer (11) verschoben wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that recorded in temporally successive beam images different cross-sectional planes and scanned, in each case the focal length of the receiving device (12, 22) is changed and / or the receiving device (12, 22 ) is shifted with respect to its optical distance to the measuring chamber (11).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ver schiedenen Querschnittebenen zu jedem Zeitpunkt der Einspritzung ein dreidi mensionales Bild des Sprühmusters erzeugt werden kann. 5. The method according to claim 4, characterized in that from the ver different cross-sectional planes at each time of injection a dreidi dimensional image of the spray pattern can be generated.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für das Einspritzverhalten eine Strahlausbreitungsgeschwindigkeit in ei ner Querschnittebene anhand der nachstehenden Beziehung
Figure imgf000028_0001
6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that as a measure of the injection behavior, a beam propagation speed in egg ner cross-sectional plane based on the following relationship
Figure imgf000028_0001
ermittelt wird, wobei mit v(t,+i) die Strahlausbreitungsgeschwindigkeit, mit i ein In dex für ein jeweils zu verarbeitendes Strahlbild, mit n ein Strahlausbreitungsradi us zum Zeitpunkt t, für ein i-tes Strahlbild und mit n+i ein Strahlausbreitungsradius zum Zeitpunkt t,+i für ein (i+l)-tes Strahlbild bezeichnet sind, wobei wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende Strahlbilder detektiert und ausgewertet werden, indem in dem i-ten Strahlbild Bildmatrixelemente identifiziert werden, welche mit nach außen weisenden Enden von Strahlkeulen eines abgebildeten Sprühmus ters (18) korrespondieren und etwa auf einem gedachten Kreisring mit einem Strahlausbreitungsradius n angeordnet sind, und in dem (i+l)-ten Strahlbild Bild matrixelemente identifiziert werden, welche mit den nach außen weisenden En den von Strahlkeulen des dann abgebildeten Sprühmusters (18) korrespondieren und etwa auf einem gedachten Kreisring mit einem Strahlausbreitungsradius n+i angeordnet sind. where v (t, + i ) is the beam propagation velocity, where i is an index for a respective beam image to be processed, n is a beam spread radius at time t, for an i-th beam image, and n + i is a beam spread radius time t, + i th a (i + l)-ray image are designated, wherein detects at least two consecutive spray patterns and evaluated by image matrix elements are identified in the i-th ray image which facing with outward ends of beam lobes of an imaged Sprühmus ters (18) correspond and are arranged approximately on an imaginary circular ring with a Strahlausbreitungsradius n, and in the (i + l) -th beam image image matrix elements are identified, which with the outward pointing En of beam lobes of the spray pattern then mapped ( 18) correspond and are arranged approximately on an imaginary circular ring with a beam spread radius n + i .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlausbreitungsgeschwindigkeit entlang der Strahlachse aus dem dreidimen sionalen Bild des Sprühmusters ermittelt wird. 7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that a beam propagation velocity along the beam axis from the dreidimen sional image of the spray pattern is determined.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Strahlausbreitungsradien erfolgt, indem eine abbildungsrelevante Gegen standsgröße, vorzugsweise ein Düsendurchmesser des zu prüfenden Einspritz ventils, und/oder ein Abbildungsmaßstab der Aufnahmeeinrichtung (12, 22) und/oder ein Auflösungsvermögen der Aufnahmeeinrichtung (12, 22) berücksich tigt wird/werden. 8. The method according to claim 6, characterized in that a calibration of the Strahlausbreitungsradien takes place by an imaging relevant object size, preferably a nozzle diameter of the injection valve to be tested, and / or a magnification of the receiving device (12, 22) and / or a resolution of the Recording device (12, 22) is taken into account / be.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass simultan zum optischen Detektieren von Strahlbildern hydraulische Messungen zum Ermitteln einer hydraulisch gewonnenen Kenngröße in der Messkammer (11) durchgeführt werden, wobei optisch gewonnene Messdaten mit hydraulisch gewonnenen Messdaten bezüglich der Kenngröße korreliert werden. 9. Method according to claim 1, characterized in that hydraulic measurements for determining a hydraulically obtained characteristic variable in the measuring chamber (11) are carried out simultaneously with optically detecting beam images, wherein optically obtained measured data correlate with hydraulically obtained measured data with respect to the characteristic become.
10. Verfahren nach Anspruch 9, soweit rückbezogen auf Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Kenngröße ein Strahlimpuls ermittelt wird, wobei der Strahlimpuls aus der optisch gewonnenen Strahlausbreitungsge schwindigkeit in einer Querschnittebene v(ti+i) oder entlang der Strahlachse und aus einer hydraulisch gewonnenen Einspritzmenge durch jeweilige Produktbil dung ermittelt wird. 10. The method of claim 9, if appended to claim 6, 7 or 8, characterized in that a beam pulse is determined as a further characteristic, wherein the beam pulse from the optically obtained Strahlausbreitungsge speed in a cross-sectional plane v (ti + i ) or along the Beam axis and from a hydraulically obtained injection quantity by respective Produktbil tion is determined.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Messkammer, einer Beleuchtungseinrichtung zum Einstrahlen von Licht über einen optischen Zugang in die Messkammer, einer Aufnahmeein richtung zum Detektieren von aus der Messkammer über den optischen Zugang zurückkommendem Licht und einer Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeich net, dass die Auswerteeinrichtung eine Datenübertragungsverbindung zur Auf nahmeeinrichtung (12, 22) aufweist, um von der Aufnahmeeinrichtung (12, 22) detektierte und abgetastete Strahlbilder zu verarbeiten und auszuwerten, wobei die Auswerteeinrichtung in von der Aufnahmeeinrichtung (12, 22) erfassten In tensitätsverteilungen von jeweiligen Strahlbildern solche Bildmatrixelemente identifiziert, welche einem abgebildeten Sprühmuster (18) zugeordnete Bildin- formationen enthalten, und anhand der jeweils identifizierten Bildmatrixelemente und deren Zeitentwicklung ein Maß für das Einspritzverhalten ermittelt. 11. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 10 with a measuring chamber, an illumination device for irradiating light via an optical access in the measuring chamber, a Aufnahmeein direction for detecting from the measuring chamber via the optical access zurückkommendem light and an evaluation , characterized in that the evaluation device has a data transmission connection to the receiving device (12, 22) in order to process and evaluate jet images detected and scanned by the recording device (12, 22), the evaluation device being in from the receiving device (12, 22). detected in intensity distributions of respective beam images such image matrix elements identified which an image spray pattern (18) associated Bildin- contain formations, and determined on the basis of the respectively identified image matrix elements and their time evolution, a measure of the injection behavior.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnah- meeinrichtung (12, 22) entlang ihrer optischen Achse mittels einer zugeordneten12. The device according to claim 11, characterized in that the receiving device (12, 22) along its optical axis by means of an associated
Positioniereinrichtung (24, 25) verfahrbar ausgebildet ist, um die optische Weg länge zwischen der Aufnahmeeinrichtung (12, 22) und der Messkammer (11) zu verändern. Positioning device (24, 25) is designed to be movable in order to change the optical path length between the receiving device (12, 22) and the measuring chamber (11).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die13. The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the
Aufnahmeeinrichtung (12, 22) als Digitalkamera ausgebildet ist, um für jedes de- tektierte und abgetastete Strahlbild jeweils einen ortsaufgelösten Intensitätsver lauf zu erfassen. Recording device (12, 22) is designed as a digital camera in order to detect a spatially resolved Intensitätsver run for each detected and scanned beam image.
PCT/EP2018/078014 2017-12-08 2018-10-15 Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids WO2019110169A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18789061.1A EP3721071B1 (en) 2017-12-08 2018-10-15 Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids
CN201880079192.6A CN111465763B (en) 2017-12-08 2018-10-15 Method and device for characterizing injection behavior of an injection valve for liquids
JP2020531109A JP2021505812A (en) 2017-12-08 2018-10-15 Methods and devices for characterizing the injection behavior of injection valves for liquids

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017222234.4A DE102017222234A1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids
DE102017222234.4 2017-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019110169A1 true WO2019110169A1 (en) 2019-06-13

Family

ID=63896132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/078014 WO2019110169A1 (en) 2017-12-08 2018-10-15 Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3721071B1 (en)
JP (1) JP2021505812A (en)
CN (1) CN111465763B (en)
DE (1) DE102017222234A1 (en)
WO (1) WO2019110169A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2603087A (en) * 2019-09-18 2022-07-27 Univ Birmingham Traumatic brain injury detection

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110985256B (en) * 2019-12-19 2021-05-14 哈尔滨工程大学 Constant volume elastic reflector end cover and porous oil sprayer spraying test system applying same
CN113530737B (en) * 2021-08-17 2022-06-03 安徽江淮汽车集团股份有限公司 Comprehensive testing method for performance of engine oil injector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2719871A1 (en) * 1994-05-13 1995-11-17 Bertin & Cie Test equipment for fuel injectors of internal combustion engines
JP2001050866A (en) * 1999-08-06 2001-02-23 Denso Corp Apparatus and method for inspecting spray
DE102011007611A1 (en) 2011-04-18 2012-10-18 Robert Bosch Gmbh Device for determining injection quantity and/or injection rate of e.g. fuel injected into engine, has evaluation unit to determine injection quantity and/or injection rate depending on picked-up beam image of liquid and sensed condition
DE102015217940A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Robert Bosch Gmbh Test device for a gas injector

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19917583C1 (en) * 1999-04-19 2000-07-06 Siemens Ag Fuel injection pattern/image detector for combustion engine fuel-injection nozzle
US8154711B1 (en) * 2004-10-01 2012-04-10 Ingo Werner Scheer Spray diagnostic and control method and system
DE102014212392A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 Robert Bosch Gmbh Method and device for characterizing an injector
CN105909444A (en) * 2016-05-09 2016-08-31 江苏科技大学 Marine diesel engine spray field measuring system and method based on three-dimensional PIV

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2719871A1 (en) * 1994-05-13 1995-11-17 Bertin & Cie Test equipment for fuel injectors of internal combustion engines
JP2001050866A (en) * 1999-08-06 2001-02-23 Denso Corp Apparatus and method for inspecting spray
DE102011007611A1 (en) 2011-04-18 2012-10-18 Robert Bosch Gmbh Device for determining injection quantity and/or injection rate of e.g. fuel injected into engine, has evaluation unit to determine injection quantity and/or injection rate depending on picked-up beam image of liquid and sensed condition
DE102015217940A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Robert Bosch Gmbh Test device for a gas injector

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAEYOUNG JEONG ET AL: "Investigation of the spray characteristics for a secondary fuel injection nozzle using a digital image processing method", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY., vol. 18, no. 5, 3 April 2007 (2007-04-03), GB, pages 1591 - 1602, XP055543025, ISSN: 0957-0233, DOI: 10.1088/0957-0233/18/5/051 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2603087A (en) * 2019-09-18 2022-07-27 Univ Birmingham Traumatic brain injury detection
GB2603087B (en) * 2019-09-18 2024-03-13 Univ Birmingham Traumatic brain injury detection

Also Published As

Publication number Publication date
EP3721071B1 (en) 2022-12-28
CN111465763B (en) 2022-05-13
JP2021505812A (en) 2021-02-18
DE102017222234A1 (en) 2019-06-13
CN111465763A (en) 2020-07-28
EP3721071A1 (en) 2020-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1423731B1 (en) Method and device for recording a three-dimensional distance-measuring image
EP0228500B2 (en) Method of and device for contactless measurement of the wheel profile of the wheels of railway wheel sets
WO2019110169A1 (en) Method and device for characterizing the injection behavior of an injection valve for liquids
DE3441038C2 (en)
DE102007033809B4 (en) Laserzündanlage
DE3007233A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE PHYSICAL PROPERTY OF AN OBJECT SURFACE
EP1953504A1 (en) Method for recording an object and optoelectronic device
DE2833069A1 (en) LASER MEASURING SYSTEM
DE3305739A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR PROCESSING POSITION SIGNALS
WO2019145078A1 (en) Distance detection system, method for a distance detection system and vehicle
DE102009014080A1 (en) Device for determining particle sizes
EP3111161B1 (en) Method and device for optically determining a distance
DE102010017604B4 (en) Method for optically measuring structures of an object
DE4130394C2 (en) Method and device for determining a quantity of fluid injected during an injection process in a specific quantity distribution and its distribution
DE102014011480B3 (en) Method for calibrating a particle image velocimeter and particle image velocimeter
DE102020003199A1 (en) Method for recognizing image artifacts, control device for carrying out such a method, recognition device with such a control device and motor vehicle with such a recognition device
DE102017208704A1 (en) Device and method for distance measurement
DE102018117938A1 (en) Method and image processing system for automatic detection and / or correction of image artifacts in images from a runtime camera
CH628425A5 (en) METHOD AND DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF LINEAR DISTANCES, ESPECIALLY THE DIAMETER.
DE102009047324A1 (en) Hand-held device for calibrating optical sensor e.g. fixed irradiating linear detection and ranging sensor, in vehicle at e.g. workshop, has multipixel detector, and faceplate mask arranged in optical path between sensor and detector
DE102004011169B4 (en) Method and device for detecting a jet pattern of a fluid jet
EP3614172B1 (en) Method and device for optically measuring distances
DE102021209296B4 (en) Method for determining the movement of an object equipped with at least one video camera for image capture
DE102020209065B4 (en) Optical distance sensor with exposure control and corresponding method
EP3798570B1 (en) Optical measuring system and method for calibrating an optical measuring system, and calibration object for an optical measuring system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18789061

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020531109

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018789061

Country of ref document: EP

Effective date: 20200708