差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法与流程

本发明涉及非接触测量领域，具体涉及一种差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，也适用于其他液体介质高压喷射过程中，单次微小喷射质量的测量。

背景技术：

采用超声波测量单次燃油喷射质量具有准确性高，测量方便的特点，现有技术一种基于超声波测量技术的单次燃油喷射仪，其通过测量容器的压力变化和容器内介质声速得到单次燃油喷射的质量，但是所得到压力是基于大气压所得到的，使得所需压力传感器量程范围偏大，影响测量精度；也有采用超声波反射系数以及声速来测量单次喷油质量，但是采用这种方法需要较大的系数差值才能得到明显的质量变化。

高压共轨燃油喷射技术是减少发动机尾气排放，提高燃油经济性的重要手段，然而，由于制造、装配和控制等原因，每个工作循环喷入缸内的燃油量及发动机各个缸喷入的油量并不一致性，其导致了发动机运行转速的不稳定和排放的增加；为了减少喷油量的不一致性，测量单次喷油量，对喷油控制进行补偿成为提高柴油机转速控制的有效方法，喷油量检测的方法有平均喷油量的检测与单次喷油量的检测两种，平均油量的检测方法主要有量筒法、称重法、容积法等，量筒法由于量筒的制造误差、刻度误差及测量时的视觉误差，导致测量精度很低；称重法需要将喷出的燃油输入到固定容器中，使用电子天平称量喷油量容器质量的变化量，简单换算即可以得到燃油的平均喷油量，容积法使用稳压装置，把喷油器喷出的燃油收集在一个容积大小确定的容器内，记录燃油装满该容器时喷油的总次数，通过计算即能得到每个工作周期内的喷油量，其测量精度相对较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，主要是选用压差计得到喷油前后的相对压力差，使得所需测量元件的量程范围大大减小，测量结果更加精准。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其组成包括：测量装置，所述的测量装置包括燃油容器a，所述的燃油容器a底部安装有超声波换能器，所述的超声波换能器通过导线与脉冲发生/接收器连接，所述的脉冲发生/接收器分别与温度传感器、数据采集器连接，所述的数据采集器通过导线与显示及控制器连接，所述的燃油容器a左侧安装有所述的温度传感器，右侧通过压差计与燃油容器b连接，所述的燃油容器a上方安装有喷射器。

所述的差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的燃油容器a侧面具有两个接口，其中一个接口通过差压计与燃油容器b连接，另一个接口依次与安全阀、电磁换向阀连接，所述的电磁换向阀连接所述的燃油容器b，所述的燃油容器b上方安装有副排气孔，所述的副排气孔通过排气管道与排气阀连接，所述的排气阀通过螺纹安装在所述的燃油容器a的前端盖上，所述的前端盖中间位置安装有所述的喷射器。

所述的差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的燃油容器a内部充满燃油，所述的燃油容器a的下方具有进油路，所述的燃油容器b侧面具有出油路。

一种差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，该方法包括如下步骤：

首先是利用显示及控制器激励脉冲发生/接收器生产脉冲信号，该信号经过超声波换能器变成超声波信号并在后续过程中求得其声速c，采用压差计测量燃油容器a以及燃油容器b在喷油前后的相对压差，根据油液的体积，超声波的声速c以及喷油前后的相对压差得到单次喷油质量；

在燃油容器a的底部安装有一个超声波换能器，包括超声波发射器以及超声波接收器，分别安装在容器的底部以及顶部，超声波信号由超声波发射器发射出去后，根据在燃油容器a内经过的位移以及采样的时间求得超声波的声速，在燃油容器a的前端盖安装有喷油器，燃油或其他液体介质可以通过此喷入到充满装有同样液体介质的燃油容器a中，由于燃油容器a没有空气，因此由于液体的不可压缩性，在喷入微量燃油后，燃油容器a内的压力会急剧升高；

在燃油容器a和燃油容器b之间连接有一个压差计以及一个电磁换向阀，该电磁换向阀为二位三通，燃油由燃油容器a注入燃油容器b，在每次测量单次喷油质量前电磁换向阀动作截断燃油容器a和燃油容器b之间的通路，在喷射器喷油后燃油容器a和燃油容器b之间存在压力差值并被压差计测量出来，以此得到值，测量结束后电磁换向阀动作，燃油由出油口进入油箱；

当容器内的压力过高时，可以通过安全阀自动放出，利用温度传感器得到喷射器内燃油的实时温度，不同的温度下，燃油的密度和声速不同，利用温度传感器对燃油的密度和声速，进行修正，可以计算出相对精确的单次喷射燃油质量。

有益效果：

1.本发明的提出一种基于超声波测量技术的单次燃油喷射质量测量方法，不仅可以测量单次喷射的燃油质量，还可以测量容器内的绝对质量，适用于不同的燃油介质以及混合燃油介质，本方法不需要利用超声波测量反射系数和声速，只需要测量压力变化就可以计算出单次燃油喷射质量，同时本方法选用压差计得到喷油前后的相对压力差，使得所需测量元件的量程范围大大减小。

本发明的优势在于：利用一个超声波换能器和一个压差计，通过测量燃油容器a内超声波的声速、喷油前后的压力差以及燃油容器a的体积，得到单次燃油的喷射质量，但是本发明结构简单，可以多次测量单次燃油喷射质量，也可以测量不同介质燃油以及混合介质燃油单次喷射质量，采用压差计所测得的相对压力差值数值更小，所以测量结果更加精准。

本发明的结构由于计算喷射前后的容器内燃油质量，因此可以多次使用，不需要使用前放掉燃油，当容器内的压力过高时，可以通过安全阀自动放出，安全可靠。

附图说明：

附图1是本发明的系统结构示意图。

附图2是本发明的机械机构示意图。

附图3是本发明的原理图。

其中：1超声波换能器、2燃油容器a、3前端盖、4喷射器、5排气阀、6排气管道、7压差计、8副排气口、9燃油容器b、10电磁换向阀、11安全阀、12脉冲发生器、13数据采集器、14显示器及控制器、15温度传感器。

具体实施方式：

实施例1：

一种差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置，其组成包括：测量装置，所述的测量装置包括燃油容器a2，所述的燃油容器a底部安装有超声波换能器1，所述的超声波换能器通过导线与脉冲发生/接收器12连接，所述的脉冲发生/接收器分别与温度传感器15、数据采集器13连接，所述的数据采集器通过导线与显示及控制器14连接，所述的燃油容器a左侧安装有所述的温度传感器，右侧通过压差计7与燃油容器b(9)连接，所述的燃油容器a上方安装有喷射器4。

实施例2：

根据实施例1所述的差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的燃油容器a侧面具有两个接口，其中一个接口通过差压计与燃油容器b连接，另一个接口依次与安全阀11、电磁换向阀10连接，所述的电磁换向阀连接所述的燃油容器b，所述的燃油容器b上方安装有副排气孔8，所述的副排气孔通过排气管道6与排气阀5连接，所述的排气阀通过螺纹安装在所述的燃油容器a的前端盖3上，所述的前端盖中间位置安装有所述的喷射器。

实施例3：

根据实施例2所述的差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置，所述的燃油容器a内部充满燃油，所述的燃油容器a的下方具有进油路，所述的燃油容器b侧面具有出油路。

实施例4：

一种利用实施例1-3所述的差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法，该方法包括如下步骤：

首先是利用显示及控制器激励脉冲发生/接收器生产脉冲信号，该信号经过超声波换能器变成超声波信号并在后续过程中求得其声速c，采用压差计测量燃油容器a以及燃油容器b在喷油前后的相对压差，根据油液的体积，超声波的声速c以及喷油前后的相对压差得到单次喷油质量；

在燃油容器a的底部安装有一个超声波换能器，包括超声波发射器以及超声波接收器，分别安装在容器的底部以及顶部，超声波信号由超声波发射器发射出去后，根据在燃油容器a内经过的位移以及采样的时间求得超声波的声速，在燃油容器a的前端盖安装有喷油器，燃油或其他液体介质可以通过此喷入到充满装有同样液体介质的燃油容器a中，由于燃油容器a没有空气，因此由于液体的不可压缩性，在喷入微量燃油后，燃油容器a内的压力会急剧升高；

在燃油容器a和燃油容器b之间连接有一个压差计以及一个电磁换向阀，该电磁换向阀为二位三通，燃油由燃油容器a注入燃油容器b，在每次测量单次喷油质量前电磁换向阀动作截断燃油容器a和燃油容器b之间的通路，在喷射器喷油后燃油容器a和燃油容器b之间存在压力差值并被压差计测量出来，以此得到值，测量结束后电磁换向阀动作，燃油由出油口进入油箱；

当容器内的压力过高时，可以通过安全阀自动放出，利用温度传感器得到喷射器内燃油的实时温度，不同的温度下，燃油的密度和声速不同，利用温度传感器对燃油的密度和声速，进行修正，可以计算出相对精确的单次喷射燃油质量。

所述的差压式单次燃油喷射质量的超声波测量装置及测量方法的原理为：

该方法的原理如附图1所示，利用显示及控制器激励脉冲发生/接收器生产脉冲信号，该信号经过超声波换能器变成超声波信号并得到其声速，采用压差计测量燃油容器a以及燃油容器b在喷油前后的相对压差，根据油液的体积，超声波的声速以及喷油前后的相对压差得到单次喷油质量；

假设燃油容器内处于真空状态，油液始终注满整个燃油容器a，体积为。燃油容器a内的油液的密度为，为一个未知量，则该状态下燃油容器的油液质量为：

（1）

设超声波的声速为，则有:

（2）

式中：为燃油容器中油液的弹性模量。

考虑到多次测量状态下密度的非均匀性，采用脉冲回波测量原理计算超声波声速：

（3）

式中：表示超声波发射器与超声波接收器之间的垂直距离。表示超声波发射与接收的总时间。

根据所测得超声波声速值可得到压力增量与密度之间的关系：

（4）

最后根据公式（1）、（3）、（4）可得到单次燃油喷射质量和压强的关系：

（5）

该发明方法所需要的主要装置包括燃油容器a、燃油容器b、超声波换能器、电磁换向阀，出油口、进油口、喷油口、压差计、脉冲发生/接收器、数据采集器和显示及处理器。本申请利用超声波换能器测量得到燃油喷射前后的容器内燃油的声速，利用压差计测得燃油容器a以及燃油容器b之间的压差值，从而计算得到单次喷射的燃油质量；

超声波发射与接收的时间为一个数字脉冲波信号的长度，在检测过程当中，确定好采样率就可以精准的得到超声波的声速。

本申请还包括这样一些特征：

1.容器测量前需要装满与喷射燃油相同介质的液体，不容许有空气，为了保证测量精度，最好使容器内的压力大于一个大气压。

该储油容器a以及出储油容器b部分分别设置有安全阀，防止容器内的压力超过容器的压力需用值。