专利名称：喷嘴分选装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对喷嘴和其它类似部件进行分选的装置，更具体地涉 器上检测到的光图象而进行分选的装置。
技术背景用于压缩点火发动机的燃料喷射器包括限定有多个孔的喷嘴，燃料在高压下通过这些孔喷入燃烧室。这些孔典型地微小，直径通常小于300微 米。因此，这些孔即使是可见的，也很难一一如果可能一一直观地确定孔 数量、角取向和尺寸，尤其是在大量商业性作业诸如喷嘴制造或再制造中。但是，需要根据这些孔的构型对喷嘴进行分选。例如，在喷嘴的制造 过程中，需要确保在喷嘴被^发动机之前孔被合适地形成，因此，需要 根据这些孔是否满足设计规格来对新制造出的喷嘴进行分选。再制造包括获得已使用的喷嘴(和其它发动机部件)和修理这些已使 用的喷嘴以备再使用。因此，需要对已使用的喷嘴进行测试以判断这些孔 是否仍然满足设计规格和是否有一些孔已在使用过程中被堵塞，并相应地 对这些喷嘴进行分选。另外，孔的构型如孔的数量、角取向和尺寸决定了 燃料被喷入燃烧室时的喷雾模式特征，因此，孔的构型影响发动机的性能。 一些孔的构型对于某些发动机和应用而言是最优的，但对于其它发动机和 应用则是不可接受。因此，需要根据这些孔的构型对喷嘴进行分选。有时， 具有不同孔构型的喷嘴在所有其它方面彼此相同，而唯一不同的是孔构型。在发动机的维护过程中也需要对喷嘴进行分选。例如，对喷嘴及其孔 的效能进行测试可判断是否由于喷嘴孔的堵塞导致了已察觉的发动机运行问题。目前通过将液体通过喷嘴孔并直观地观察喷雾模式来测试燃料喷射器喷嘴的效能和喷雾模式。例如，Bunch. Jr等人在美国专利No. 5,000,043 中描述了一种用于由喷嘴喷射燃料并观察随后的喷雾才莫式的装置和方法。 Kojima等人在美国专利No. 6，053，037中描述了一种装置，在该装置中， 液体从;故测喷嘴中喷出并进入具有多个分区的碟子中，传感器测量每个分 区中的输送压力(水头压力，head pressure)以确定每个分区中收集到的 液体量。其它已知的测试方法包括确定预定喷射压力下流出喷射器的质量 流量。因此，现有技术中燃料喷射器喷嘴的测试装置和方法要求使燃料或其 它液体通过喷嘴孔，这就需要一种将燃料或其它液体供给喷嘴的液力回路。 液力回路增加了测试装置的成本及其机械复杂性，并且对每个喷嘴进行测 试都需要花费大量的时间。此外，使液体通过喷嘴孔的方法并不足够精确 到使观察者能够根据喷嘴的大量变型区分被测喷嘴。本实用新型致力于解决上述问题中的一个或多个。实用新型内容一种用于分选喷嘴的装置，该装置包括构造用于发射光的光源、光接 收器和限定有多个孔的喷嘴。所述光可以是可见光或不可见光，并可以包 括可见光、激光、红外光、紫外光、x射线中的至少一种等。喷嘴相对于 光源和光接收器充分地定位，使得来自光源的光传播通过所述多个孔并投 射到光接收器上，由此在该光接收器上形成一光图象，一种分选喷嘴的方法，该方法包括使光通过喷嘴中的多个孔而形成一 光图象。该方法还包括根据所述光图象将喷嘴分选为多种预定种类中的一 类。
图la示意性示出限定有多个燃料喷射孔的第一燃料喷射器喷嘴的局部断面图；图lb示意性示出图la的第一燃料喷射器喷嘴的仰视图； 图2a示意性示出限定有多个燃料喷射孔的第二燃料喷射器喷嘴的局 部断面图；图2b示意性示出图2a的第二燃料喷射器喷嘴的仰视图； 图3a示意性表示其中安装有图la的第 一燃料喷射器喷嘴的分选装置； 图3b示意性示出从光接收器76方向观察的图3a的屏幕的正视图； 图3c示意性示出其上包含有第一标识符的第一燃料喷射器喷嘴的局 部正视图；图4a示意性表示包含有图2a的第二燃料喷射器喷嘴的图3a的装置；图4b示意性示出图3a和4a的屏幕的正视图；以及图4c示意性示出其上包含有第二标识符的第二燃料喷射器喷嘴的正视图。
具体实施方式
下面将阐明多个示例性实施例^t分选进行说明。这些仅是示例性的， 其目的在于向本领域的普通技术人员说明(分选的)基本原理。这些实施 例及说明并不意在对专利保护范围进行限制或限定。专利保护范围由所附 权利要求限定。对于本实用新型的说明将主要结合其在燃料喷射器末端(tip)的分选 方面的应用。但是，本实用新型同样也适用于分选其它类似部件或任何可 从中获益的部件。参考图la和lb，用于压缩点火发动机的第一燃料喷射器喷嘴10A限 定一燃料腔12。该第一燃料喷射器喷嘴10A的特征在于具有一大致为柱形 的部分14，该柱形部分14具有一限定燃料腔12的柱形部分20的内表面 18。第一燃料喷射器喷嘴10A的特征还在于具有一大致为锥形的、具有内 表面30的末端26A。该内表面30限定燃料腔12的通常被称作"囊"的大 致为锥形的部分34，该锥形部分34也可具有不同的形状，例如半球状。第一燃料喷射器喷嘴10A的末端26A限定有多个燃料喷射孔38A-H。 孔38A-H从燃料腔12的锥形部分34延伸至燃料喷射器喷嘴10A的外部。 本领域的普通技术人员应该理解，在燃料喷射过程中，高压燃料从燃料腔 12通过孔38A-H流入燃烧室(未示出)。喷嘴10A的特征在于具有第一孔构型。该第一孔构型包括8个孔。孔 38A-H中的每一个都是柱形的，且其特征在于具有直径孔38A-H中 每一个的特征都在于具有一角取向；每一孔38A-H的中线与喷嘴10A的中 线C形成夹角0Ci。第一构型的特征还在于孔38A-H相对于喷嘴10A和关 于彼此的位置，如图la和lb所示。参考图2a和2b，其中示意性表示第二燃料喷射器喷嘴IOB。该第二 燃料喷射器喷嘴10B除了具有不同于第一孔构型的第二孔构型外可与第一 燃料喷射器喷嘴IOA相同(例如，第一燃料喷射器喷嘴10A和第二燃料喷 射器喷嘴10B可源自相同的原坯)。更明确地，喷嘴10B的末端26B限定 有10个柱形孔42A-J，因此，第二孔构型与第一孔构型的区别在于孔的数 量。孔42A-J中的每一个都是柱形的，且其直径D2小于喷嘴10A的孔38A-H 的直径D"因此，第二孔构型与第一孔构型的区别在于孔的尺寸。孔42A-J 中每一个的中线与喷嘴10B的中线C形成夹角oc2,夹角0C2大于夹角ex" 因此，第二孔构型与第一孔构型的区别在于孔的角取向。孔42A-J比孔 38A-H彼此之间更靠近，且孔42A-J与喷嘴10B最底部之间的距离小于孔 38A-H与喷嘴10A最底部之间的距离，因此，第二孔构型与第一孔构型的 区别在于孔的位置。本领域的技术人员将认识到，图la、 lb、 2a和2b中的孔38A-H和 42A-J以夸大的尺寸示出。孔38A-H和42A-J的直径小于300微米，因此， 其流通面积小于约0.07平方毫米。因此，很难一一如果可能一一直观地对 孔38A-H和42A-J进行检查。即使孔38A-H和42A-J可见，也很难—— 如果可能一一直观地观察喷嘴10A和喷嘴10B在构型上例如孔的数量、孔 尺寸、孔的角取向及位置的不同。喷嘴IOA和10B的第一孔构型和第二孔构型是示例性的。孔构型可包括具有任何形状(如卵形、喇叭形等)、尺寸、角取向、数量、位置等的孔。另外，尽管每一个喷嘴10A和10B中的孔示为具有相同的形状、尺寸 和角取向等，应该理解，单个喷嘴可限定具有不同的尺寸、形状和角取向 等的孔，用于某些均质充量压缩点火发动机的莲蓬头喷嘴(showerhead nozzle)便是一个这样的例子，其中该喷嘴的孔相对于喷嘴中线的取向不同。参考图3a，该图示意性示出用于分选喷嘴的装置48。装置48包括一 固定装置52 ，该固定装置52构造成用于保持喷嘴(图3a中为喷嘴10A)。 光源56构造成用于发射光60。本领域的普通技术人员能够识别，在本公 开的范围内可以利用多种不同的光源。例如，该光源可以是白炽灯泡、荧 光灯泡、发光二极管、激光器等。光60可以是光i脊中的可见部分或不可见 部分。因此，本公开中的"光"是指任何电磁辐射，包括白光、激光红外、 紫外线、x射线等。喷嘴10A被定位在固定装置52内，使得来自光源56的光60传播通 过燃料腔12和孔38A-H，并投射到光接收器64上，由此形成第一光图象 (示出为图3b中的68A)。希望有一种光导纤维电缆(未示出)或类似的 物体至少部分地延伸进入燃料腔12，以使来自光源56的光60在喷嘴10A内侧聚集。光接收器64包括屏幕72和光传感器76(如数码相机)中的至少一个。 在所示出的实施例中，光接收器64既包括屏幕72又包括光传感器76。尽 管屏幕72的使用是可选的，但是，使用该屏幕却是有益的，因为具有特定 形状的屏幕可几乎垂直地截断来自喷嘴的光60，从而使得光不会^t在很 大的表面积上。该屏幕可以具有任何几何形状，例如半球形、柱形、平面 或各形状的任意组合。可选择使分选的灵敏性最大的形状。例如，屏幕72 可限定一沿喷嘴10A的方向敞开的凹面80，在所示实施例中，屏幕72是 半球形的。在所示实施例中，屏幕72是半透明而非透明的，从而光60在 其穿过屏幕72时发生漫射，由此使得光图象更容易由光传感器76检出。 来自孔38A-H的光60在限定所述凹面80的第一表面84处i^X屏幕72,并从与第一表面相对的第二表面88离开屏幕72。光传感器76定位成检测 从第二表面88射出的光60。来自喷嘴10A的光与光接收器64相互作用而在光接收器上形成"光 图象"。光图象的特征包括入射角、折射角(若光接收器不透明或可反射)、 光漫射通过光接收器的方式(若光接收器为半透明)、光照面积(即光接 收器接收光的面积)、光照强度(即光接收器表面的电磁通量)、光接收 器表面上的光强分布等。此处所用的光"图象"并不表示光在光接收器上 的任何特定的形状或布置类型、构型或分布，而^示可以某种方式检出 的光。参考图3b，屏幕72上的光图象68A具有多个局部强光照区域92A-H。 区域92A-H的每一个都分别由从孔38A-H之一射出的光60照亮，因此， 区域92A-H的每一个都分别对应于孔38A-H之一。再参考图3a,光传感 器76构造成产生表示光图象68A的传感器信号96。光传感器76上可操作地连接有用于接收信号96的控制器即处理器 100。在本公开中，"控制器"或"处理器"是指任何可操作用于执行文中 公开的逻辑操作的设备或整套设备。控制器可以是机械的、电子的等。典 型的电子控制器典型地包括微处理器、ROM和RAM及适于接收各种输入 信号和输出各种控制命令的已知类型的输入和输出电路。电子控制器可以 是可经软件编程的，或者具有物理专用于执行文中所述的逻辑操作的电路。控制器100被编程以对信号96进行处理，从而根据光图象68A将喷 嘴10A分选为多个预定种类中的笫一类。例如，控制器100可将具有某种 孔构型的一类喷嘴从具有其它孔构型的其它类喷嘴中分选出来。或者，控 制器100可根据是否有孔被阻塞、磨损、损坏等对同类型的喷嘴进行分选。 或者，控制器100可执行这些分选类型的任意组合或其它分选类型。控制 器100可操作地连接到一标记器(标印设备，marker device) 104，以使 标记器104用与喷嘴IOA被分选成的预定种类中的第一类相对应的标识符 (示出为图3c中的108A)对喷嘴10A做标记。本领域的普通技术人员能 够识别并从多种标记器104中选择适合于指定应用的标记器，如激光蚀刻器、机械蚀刻器、喷墨打印机、粘性标签机等。所述装置48可包括一构造用于将喷嘴10A移出固定装置52并在该固 定装置中装载另一喷嘴以进行分选的自动进给机构112。参考图4a,在该 图所示的装置48中，从固定装置52取出喷嘴10A，而将喷嘴10B保持在 固定装置52中用于分选。在固定装置52中喷嘴10B这样设置使得来自光源56的光60传播通 过燃料腔12、孔42A-J并投射到屏幕72上，由此形成第二光图象(如图 4b中68B所示)。由于喷嘴10B的孔构型与喷嘴10A的孔构型不同，因 此，第二光图象68B与光图象68A不同。更具体地，参考图4a和图4b，第二光图象68B在屏幕72的第二侧 88示出有多个局部强光照区域114A-J。光传感器76定位成检测光图象68B 并将传感器信号96传输至控制器100，控制器100 ,皮编程而将喷嘴10B分 选为多种预定种类中的第二类。控制器100佳:得标记器104用与预定种类 中的第二类相对应的第二标识符(示出为图4c中的108B)对喷嘴IOB做 标记。可使固定装置52及保持在该装置52中的喷嘴经由一执行机构(未示 出)选择性地转动。该执行机构可通过所述控制器进行控制，以便使固定 装置中所容纳的喷嘴选择性地转动，由此将光图象布置在屏幕上以4更于通 过控制器IOO进行处理。还可使屏幕72可选择性地移动，从而使得屏幕72和喷嘴10A之间的 距离可选择性地改变。当光离开喷嘴孔时将发生漫射；因此，屏幕72上的 光图象(及其局部强光照区域成分)的尺寸随离喷嘴10A的距离的增加而 增加。尺寸的这种增加由于放大了孔构型的投影，而4吏孔构型的人工和自 动检查都变得容易，因此是有益的。但是，由于光的漫射，所产生的光图 象变得较不清楚。因此，改变喷嘴和屏幕之间距离的能力使得控制器或操 作者能够对(分选)装置进行调整，以在光图象的尺寸和光图象的清晰度 之间实现最优设置。还可使光传感器76可选择性地移动，从而使屏幕72和光传感器76之间的距离可选择性地改变，以便补偿屏幕的任何移动，从而使得由光传 感器觉察的屏幕可保持不变。在优选实施例中，装置48，包括光源56、固定装置52、屏幕72和光 传感器76，容纳在一不透光的壳体(未示出)内部，以防止环境光与屏幕 72或光传感器76相互作用，并防止来自喷嘴的光所形成的光图,糊。 容纳装置的内表面被构造成吸收来自光源的、具有相同波长的光，以防止 来自光源的杂散光使由来自喷嘴的光所形成的光图象变模糊。工业适用性分选装置48可有利地用于在不通过喷嘴注入流体的情况下对喷嘴进 行分选。因此，该装置48比现有技术中的必需有带泵、贮存器等的液力回 路的分选系统简单。分选装置48对现有技术的改进还在于，使光通过喷嘴 所需的时间少于使燃料或其它液体通过喷嘴喷射所需的时间，从而减少了 分选喷嘴所需的时间，进而提高了生产率。另夕卜，该装置48提供了与每一 个未堵塞的喷嘴孔对应的放大的图象，从而与仅直观地观察流出喷嘴孔的 流体相比，可更精确和详细地分选装置48。该装置48还便于实现喷嘴的 自动分选，因为与由喷嘴喷射的流体相比，所产生的放大的图象更易于转 换成用于由控制器处理的数字或其它电子信号。所述控制器100可根据一种或多种光图象特征确定喷嘴被分选为多个 种类中的哪一类，所述光图象特征可包括(l)光图象所呈现的局部强光 照区域的数量，该数量对应于喷嘴中未堵塞的孔的数量；(2)光图象所呈 现的局部强光照区域的尺寸，该尺寸至少部分地取决于喷嘴中未堵塞的孔 的尺寸及其角取向；(3)局部强光照区域(或整个光图象)的光照强度， 该强度至少部分地取决于喷嘴中未堵塞的孔的尺寸及其角取向；(4)局部 强光照区域的相对位置，该相对位置对应于喷嘴中未堵塞的孔的相对位置； 等。为了对控制器编程以使分选最优，可能需要获得由待分选的喷嘴样本 产生的光图象的多个特征并对这些特征进行分析，以确定那些能最好地区别不同种类喷嘴的特征。优选地，控制器100被编程使得能根据少于所获得和分析的所有光图象特征的光图象特征一一即能最好地对喷嘴进行区分的那些特征一一将传感器信号96处理成预定种类中的一类。应当注意，在某些情况下，具有不同孔构型的喷嘴可能功能相当，因 此应当被分选为相同的类。在这种情况下，可能需要控制器根据集总的特 征例如屏幕的总光强或平均光强、局部强光照区域的总表面积等进行分选。 因此，控制器可根据由光传感器觉察的光图象的量化或品质化特征进 行分选。可利用可从市场上获得的机器视觉软件对光图象进行分析。本领 域的技术人员会认识到多种可被利用的机器视觉软件，例如可从National Instruments获得的"Vision Builder for Automated Inspection (用于自动 检测的视觉发生器)"。本领域的技术人员将会认识到多种可被利用的根 据喷嘴的光图象来分选喷嘴的其它技术。例如，控制器100可通过将所产 生的光图象与存储的一种或多种光图象进行对比来分选喷嘴，其中，所存 储的每一种光图象与一预定种类对应；根据所存储的哪一种光图象与所产 生的光图象最相似或基本相同来分选喷嘴。在该分选装置的第一示例性应用中，在制造出喷嘴后对其进行分选以 判断其是否满足设计规格，喷嘴被分选的预定种类包括满足设计规格的第一类喷嘴和不满足设计规格的第二类喷嘴。在该分选装置的第二示例性应用中，在喷嘴的制造过程中对其进行分 选以确定每一个喷嘴具有多种孔构造中的哪一种。所述预定种类可包括 零件数目、该喷嘴适合的发动机应用等。该预定种类还可包括由于孔被堵 塞等原因而不可再用的喷嘴种类。应该理解，上述说明的目的仅为阐述，并非意在对本实用新型的范围 进行任何限制。因此，本领域的技术人员将能理解，本实用新型的其它方 面、目的和优点可通过研究附图、说明书及所附权利要求而得到.例如， 屏幕72——如果存在一一则可以是不透明的，光传感器76可定位成与喷 嘴10A和10B位于屏幕72的同侧，以检测屏幕上的光图象。光接收器64 可不包括光传感器76，而光图象由人进行人工分析。光接收器可不包括屏幕72，而光接收器76可直接接收来自喷嘴孔的光60。光传感器76可定位 在燃料腔12内，光源62可定位成使光通过孔38A-H和42A-J传输进入燃 料腔12。屏幕可具有任何形状，包括扁平的和柱形的。也可用除燃料喷射 器喷嘴外的其它喷嘴。
权利要求1. 一种用于分选喷嘴的装置，包括设计用于发射光的光源；光接收器；以及限定有多个孔的喷嘴，该喷嘴相对于光源和光接收器充分地定位，使得来自光源的光传播通过所述多个孔并投射到光接收器上，由此在该光接收器上形成光图象。
2. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括一 屏幕。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述屏幕是半透明的。
4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述屏幕是凹形的。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述屏幕限定一球体 的一部分。
6. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括一 设计用于产生表示光图象的信号的光传感器。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括一处理 器，该处理器与所述光传感器可操作地相连接以接收所述信号，并且该处 理器可被编程以处理所述信号，从而将喷嘴分选为多个预定种类中的一类。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括一标记 器，该标记器与所述处理器可操作地相连接，并i殳计成用与多个预定种类 中的所述一类对应的标识符对所述喷嘴做标记。
9. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于 相对于所述光源和所述光接收器保持喷嘴的固定装置；和设计用于将喷嘴 移出所述固定装置并将另 一喷嘴载入该固定装置的进给机构。
10. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述多个孔是燃料喷 射器孔。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述多个孔中的每一个均以小于约0.07平方毫米的流通面积为特征。
专利摘要一种分选装置，该装置包括喷嘴、光源和光接收器。喷嘴相对于光源和光接收器定位使得来自光源的光传播通过由喷嘴限定的孔并投射到光接收器上，由此形成一光图象。可对该光图象进行分析，以便将喷嘴分选为多个种类中的一类。
文档编号B07C5/34GK201091867SQ200720153260
公开日2008年7月30日 申请日期2007年8月15日 优先权日2006年8月15日
发明者D·A·莱宾斯基 申请人:卡特彼勒公司