DE10064509C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren von Wegsensoren, sowie Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Wegsensoren, mit einer Aufnahme für einen Wegsensor, einer Einrichtung zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor, einer Einrichtung zur Verarbeitung des vom Wegsensor bereitgestellten Signals, einer Referenzmesseinrichtung und einer Einrichtung zur Beaufschlagung des Wegsensors mit mindestens einer Zustandsgröße.

Eine solche Vorrichtung ist vom Markt her bekannt. Bei ihr wird ein Wegsensor zunächst auf eine bestimmte Temperatur gebracht und dann mit verschiedenen Wegen beaufschlagt. Anschließend wird der Wegsensor auf eine andere Temperatur gebracht und wieder mit verschiedenen Wegen beaufschlagt. Hieraus können Kurven oder Tabellen ermittelt werden, welche die Temperatur des Wegsensors, dessen Ausgangssignal (im Allgemeinen eine Spannung) und den Weg, mit dem der Wegsensor beaufschlagt wurde, miteinander verknüpfen.

Auf diese Weise kann bei einer Wegmessung berücksichtigt werden, dass das bei einem bestimmten Weg von dem Wegsensor zur Verfügung gestellte Signal von der Temperatur des Wegsensors abhängt. Im Betrieb kann hierdurch das Messergebnis genauer gemacht werden.

Es hat sich nun jedoch herausgestellt, dass in bestimmten Anwendungsgebieten die derzeit erzielbare Genauigkeit von Wegsensoren nicht immer ausreicht. Ein solches Anwendungsgebiet betrifft z. B. sogenannte Einspritzmengenindikatoren (EMI). Diese werden zur Qualifizierung bzw. Prüfung von Einspritzsystemen, z. B. Injektoren oder Einspritzdüsen, für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet. Ein solcher Einspritzmengenindikator besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Kolben geführt ist. Der Innenraum des Gehäuses und der Kolben begrenzen eine Messkammer. Diese weist eine Öffnung auf, an die beispielsweise ein Injektor druckdicht ansetzbar ist. Spritzt der Injektor Kraftstoff in die Messkammer ein, wird ein in der Messkammer befindliches Fluid verdrängt. Hierdurch bewegt sich der Kolben, was von einem Wegsensor erfasst wird. Aus dem Weg des Kolbens kann auf die Volumenänderung der Messkammer bzw. des dort gehaltenen Fluids und hierdurch auf die eingespritzte Fluidmenge geschlossen werden.

Zur Messung der Bewegung des Kolbens wird bei dem bekannten Einspritzmengenindikator mit einer Anordnung aus einem Messstößel und einem induktiven Wegmesssystem gemessen. Bei einer Bewegung des Kolbens liefert der Wegsensor ein entsprechendes Signal an eine Auswerteeinheit.

Einspritzsysteme moderner Brennkraftmaschinen müssen jedoch in der Lage sein, auch kleinste Mengen an Kraftstoff einzuspritzen. In einem entsprechenden Einspritzmengenindikator müssen also ebenfalls solche kleinsten Einspritzmengen festgestellt werden können. Dies stellt Anforderungen an die Genauigkeit des verwendeten Wegsensors, die bei den bekannten Wegsensoren nicht immer zufriedenstellend erfüllt werden. Auf der anderen Seite haben sich die bekannten Wegsensoren im Hinblick auf ihre Robustheit und die messtechnischen Anforderungen bewährt.

Die DE 44 21 372 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Wegsensoren. Mit ihr können Wegsensoren in jener Lage und Anordnung kalibriert werden, in der sie später tatsächlich eingesetzt werden sollen. Eine spezielle Einrichtung zur Beaufschlagung des Wegsensors mit einer Zustandsgröße, beispielsweise einer bestimmten Temperatur, ist in dieser Druckschrift allerdings nicht angegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Messgenauigkeit gängiger Wegsensoren zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Einrichtung zur Beaufschlagung des Wegsensors mit mindestens einer Zustandsgröße einen Druckbehälter umfasst, in dem der Wegsensor angeordnet ist und der mit einem Fluid gefüllt ist, welches mit Druck und Temperatur beaufschlagt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Signal, welches vom Wegsensor bei einem definierten Weg geliefert wird, nicht nur von der Temperatur des Wegsensors sondern auch vom Druck abhängt, dem der Wegsensor ausgesetzt ist. Die Ursachen für dieses druckabhängige Verhalten unterscheiden sich von einem Wegsensortyp zum anderen. Auch der Umfang der Druckabhängigkeit hängt vom Wegsensortyp ab. Erfindungsgemäß wurde jedenfalls festgestellt, dass fast alle bekannten Wegsensoren eine druckabhängige Messcharakteristik aufweisen. Diese überlagert sich der Temperaturabhängigkeit des Messverhaltens der Wegsensoren.

Daher wurde eine Vorrichtung geschaffen, bei der die beiden für die Messgenauigkeit der Wegsensoren wesentlichsten Zustandsgröße, nämlich die Temperatur und der Druck, berücksichtigt werden können. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, einen bestimmten Weg an dem Wegsensor einzustellen und das entsprechende Messsignal bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Drücken zu erfassen. Auf diese Weise kann z. B. eine Kalibriertabelle erstellt werden, welche den Weg, mit dem der Wegsensor beaufschlagt wird, die Temperatur des Wegsensors, der Druck, dem der Wegsensor ausgesetzt wird, und das vom Wegsensor bereitgestellte Messsignal miteinander verknüpft. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, den Referenzsensor unter Normbedingungen bzw. mit konstanten Umgebungsbedingungen zu betreiben. Mit der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung ist somit eine viel genauere Kalibrierung von Wegsensoren möglich, welche auch zu den gewünschten genaueren Messergebnissen bei der Benutzung solchermaßen kalibrierter Wegsensoren führt. Diese Erhöhung der Genauigkeit kann auch bei gängigen Wegsensoren erzielt werden.

Dabei können mit einer solchen Vorrichtung die in üblichen Messsituationen angetroffenen Bedingungen insgesamt relativ gut simuliert werden, was die Aussagekraft der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Kalibrierung erhöht. In den meisten Messsituationen dürfte nämlich der Wegsensor seine Temperatur aufgrund eines Wärmeübergangs von einem ihn umgebenden Fluid erreichen. Gleiches gilt auch für den Druck, mit dem der Wegsensor beaufschlagt wird. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass unter einem Fluid vorliegend sowohl ein Gas, z. B. Luft, als auch eine Flüssigkeit, z. B. Wasser oder ein Prüföl, verstanden werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Eine einfache Möglichkeit, das Fluid auf eine bestimmte Temperatur zu bringen, besteht darin, dass der Druckbehälter temperierbar ist.

Die Temperierung des Druckbehälters wiederum kann auf einfache Art und Weise dadurch erfolgen, dass die Wand des Druckbehälters mindestens einen Fluidkanal aufweist, welcher von einem temperierten Fluid durchströmt ist. Bei diesem letztgenannten Fluid handelt es sich also im Allgemeinen nicht um jenes Fluid, welches im Innenraum des Druckbehälters vorliegt und welches den Wegsensor direkt umgibt, sondern um ein Kühl- und/oder Heizfluid, welches speziell dafür angepasst ist, den Druckbehälter bzw. das in ihm gefasste Fluid auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen bzw. abzukühlen. Diese Weiterbildung ermöglicht es also, für die entsprechenden Anforderungen jeweils optimal geeignete Fluidtypen einzusetzen.

Vorgeschlagen wird auch, dass ein Messkolben vorgesehen ist, welcher mindestens einen Bereich des Innenraums des Druckbehälters begrenzt, und der Wegsensor so ausgebildet ist, dass er eine Bewegung des Messkolbens erfasst. Mit einer solchen Vorrichtung können die tatsächlichen Verhältnisse, wie sie an einem Einspritzmengenindikator vorliegen, besonders gut simuliert werden, was die Kalibrierung eines Wegsensors, der für einen solchen Einspritzmengenindikator verwendet werden soll, besonders geeignet und aussagekräftig macht.

Dabei ist besonders bevorzugt, dass zu beiden Seiten des Messkolbens Fluidräume vorhanden sind, welche miteinander verbunden sind, so dass in beiden Fluidräumen im Wesentlichen der gleiche Druck herrscht. Ein solcher Messkolben ist also "druckausgeglichen" und kann daher mit sehr geringer Kraft bewegt werden.

In einer anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor einen Übersetzerkolben umfasst, der an dem Messkolben anliegt. Ein solcher Übersetzerkolben kann also den gewünschten Weg über den Messkolben an den Wegsensor übertragen, ohne dass eine starre Verbindung zum Messkolben bzw. zum Wegsensor erforderlich ist. Auch dies kommt der Genauigkeit der Kalibrierung zugute.

Die Einstellung des Weges kann besonders einfach dadurch realisiert werden, dass die Einrichtung zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor einen Schrittmotor umfasst. Ein solcher Schrittmotor ist relativ preiswert und sehr präzise ansteuerbar.

Zusätzlich oder alternativ ist auch möglich, dass die Einrichtung zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor einen auf einem Lineartisch beweglichen Schlitten umfasst. Mit einem solchen Schlitten kann ein Weg sehr präzise und ohne die bei einer Schwenkbewegung auftretenden Winkelverfälschungen eingestellt werden.

Bevorzugt ist auch, dass die Referenzmesseinrichtung einen inkrementalen Messtaster umfasst. Diese arbeiten, bei bestimmten Normbedingungen, mit hoher Genauigkeit und sind relativ preiswert.

Die Genauigkeit der Kalibrierung wird ferner dadurch erhöht, dass der Messkolben und/oder der Übersetzerkolben aus einem Material mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind/ist. Diese Weiterbildung basiert auf der Überlegung, dass die Referenzmesseinrichtung ja unter bestimmten Norm- und Referenzbedingungen betrieben werden soll. Vor dem Start einer Messreihe sollten sich daher die Temperaturen und die Drücke in der Vorrichtung sowie in der Umgebung in einem stationär eingeschwungenen Zustand befinden. Voraussetzung hierfür ist eine gute Wärmeleitung. Gleichzeitig sollten die geometrischen Veränderungen während des Einschwingvorgangs möglichst gering sein. Dies erfordert wiederum einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kalibrieren von Wegsensoren. Um die Genauigkeit der Kalibrierung zu erhöhen und das Ergebnis der Kalibrierung möglichst einfach anwendbar zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bei dem bekannten Verfahren das Kalibrieren bei unterschiedlichen Temperaturen des Wegsensors und unterschiedlichen Drücken, denen der Wegsensor ausgesetzt ist, erfolgt und aus den Messergebnissen für den Wegsensor entsprechende Kennlinien und/oder Kennfelder ermittelt werden.

Die Erfindung betrifft schließlich noch eine Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer, in welche Prüffluid von einem Einspritzsystem eingespritzt werden kann, mit einem Messkolben, der die Messkammer bereichsweise begrenzt, mit einem Wegsensor, der eine Bewegung des Messkolbens bei einer Einspritzung erfasst und ein entsprechendes Signal abgibt und mit einer Verarbeitungseinrichtung, welche das Signal des Wegsensors verarbeitet.

Wie bereits eingangs ausgeführt worden ist, ist eine solche Vorrichtung vom Markt her bekannt und wird als EMI (Einspritzmengenindikator) bezeichnet. Um eine hohe Genauigkeit bei der Messung eines eingespritzten Prüffluidvolumens auch bei kleinsten Einspritzmengen zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Einrichtung vorhanden ist, welche die Temperatur des Wegsensors und den Druck, dem er ausgesetzt ist, wenigstens in etwa ermittelt, und in der Verarbeitungseinrichtung Kennlinien und/oder Kennfelder abgelegt sind, welche das vom verwendeten Wegsensor bereitgestellte Signal, den tatsächlichen Weg, die Temperatur des Wegsensors und den Druck, dem der Wegsensor ausgesetzt ist, miteinander verknüpfen, und die Verarbeitungseinrichtung die Kennlinien und/oder Kennfelder bei der Verarbeitung der Signale berücksichtigt.

Bei einer solchen Vorrichtung können also die mit der eingangs genannten Kalibriervorrichtung ermittelten Kennfelder bzw. entsprechende Kennlinien, mit denen die Temperatur- und Druckabhängigkeit des Messsignals des Wegsensors ausgedrückt wird, eingesetzt werden. Die Wegmessung erfolgt bei einer solchen Vorrichtung also mit höchster Präzision. Da aus der Wegmessung das eingespritze Fluidvolumen ermittelt wird, ist auch diese Größe mit hoher Präzision feststellbar.

Die Wirkung der Berücksichtigung der Druck- und Temperaturabhängigkeit des Wegsensors ist bei einem solchen Einspritzmengenindikator deshalb besonders markant, da bei diesen Vorrichtungen der Wegsensor im Allgemeinen mit dem unterhalb des Messkolbens herrschenden Druck beaufschlagt wird. Dieser Druck wiederum kann relativ hoch bzw. sehr unterschiedlich sein und ist nur geringfügig niedriger als der Druck in der Messkammer. Durch die Höhe des Drucks in der Messkammer sollen die in der Brennkraftmaschine, in die das zu prüfende Einspritzsystem eingebaut werden soll, herrschenden Bedingungen simuliert werden. Die Einspritzung des Kraftstoffs bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen mit Direkteinspritzung, erfolgt aber bei einem relativ hohen Druck im Brennraum der Brennkraftmaschine. Daher herrschen im Prüffluid der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls unterschiedliche und wenigstens bisweilen sehr hohe Drücke. Dies wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung berücksichtigt.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines Wegsensors;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht auf die Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 ein Kennfelddiagramm für das Messsignal des Wegsensors von Fig. 1; und

Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen unter Verwendung des Kennfelds von Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Fig. 1 und 2 trägt eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Wegsensors insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst eine Aufnahme 12 für einen Wegsensor 14 und eine Einrichtung 16 zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor 14. Ferner ist eine Einrichtung 18 vorgesehen, mit der das vom Wegsensor 14 bereitgestellte Signal verarbeitet wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 eine Referenzmesseinrichtung 20 und eine Einrichtung 22 zur Beaufschlagung des Wegsensors 14 mit einer oder mehreren Zustandsgrößen.

Insgesamt steht die Vorrichtung auf einer Grundplatte 24. Im Bereich von deren einem Ende ist auf dieser zunächst eine Kunststoffplatte 26 angeordnet und auf diese wiederum eine Stahlplatte 28 aufgesetzt und mit ihr verschraubt. Die Stahlplatte 28 wiederum trägt einen kreiszylindrischen Grundkörper 30, dessen Längsachse parallel zur Längsachse der Grundplatte 24 verläuft und in den eine zentrische Stufenbohrung 32 eingebracht ist.

Die Aufnahme 12 für den Wegsensor besteht aus einem zylindrischen Drehteil mit einem Basisabschnitt 34 und einem Flanschabschnitt 36. Mit dem Basisabschnitt 34 ist die Aufnahme 12 in den einen größeren Durchmesser aufweisenden Bereich der Stufenbohrung 32 im Grundkörper 30 eingeführt. Sie stützt sich mit dem Flanschabschnitt 36 an der in Fig. 1 linken Stirnfläche des Grundkörpers 30 ab und ist mit diesem über mehrere Schrauben 38 verschraubt, von denen in der Figur nur eine sichtbar ist. Ein O-Ring 40 dichtet die Aufnahme 12 gegenüber dem Grundkörper 30 ab. In der Aufnahme 12 ist ebenfalls eine zentrische Bohrung 42 vorhanden, in die der Wegsensor 14 eingesetzt ist. Der Wegsensor 14 ist dabei gegenüber der Aufnahme 12 ebenfalls über hier nicht näher dargestellte Mittel abgedichtet. Vom Wegsensor 14 führt eine Leitung (ohne Bezugszeichen) durch die zentrische Bohrung 42 nach außen zur Verarbeitungseinrichtung 18.

In den in Fig. 1 rechten Bereich der Stufenbohrung 32 ist ein ringförmiges Zylinderteil 44 eingesetzt. Dessen Länge ist so bemessen, dass es etwas über die in Fig. 1 rechte Stirnseite des Grundkörpers 30 übersteht. In die zentrische Ausnehmung 46 im Zylinderteil 44 ist ein Kolben 48 eingeführt. Die Weite der Ausnehmung 46 und der Außendurchmesser des Kolbens 48 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Kolben 48 in der Ausnehmung 46 gleitend verschieblich ist.

Auf die in Fig. 1 rechte Stirnseite des Grundkörpers 30 ist ein Übersetzerkörper 50 aufgesetzt und mit mehreren Schrauben 52 am Grundkörper 30 verschraubt (auch von den Schrauben 52 ist in der Figur nur eine sichtbar). Im Übersetzerkörper 50 ist ebenfalls eine Stufenbohrung 54 vorhanden, die zur Stufenbohrung 32 im Grundkörper 30 koaxial ist. Das ringförmige Zylinderteil 44 greift in den in Fig. 1 äußersten linken Bereich der Stufenbohrung 54 im Übersetzerkörper 50 ein. Der Übersetzerkörper 50 ist gegenüber dem Grundkörper 30 durch O-Ringdichtungen 56 und 58 abgedichtet.

In den in Fig. 1 äußersten rechten Bereich der Stufenbohrung 54 im Übersetzerkörper 50 ist eine runde Platte 60 eingesetzt und am Übersetzerkörper 50 durch mehrere Schrauben 62 befestigt, von denen in der Figur nur eine sichtbar ist. Die runde Platte 60 besitzt eine zentrische Bohrung. Durch diese Bohrung in der runden Platte 60 ist ein Übersetzerkolben 64 hindurchgeführt, der bis zum Messkolben 48 reicht und in etwa in seiner axialen Mitte einen Ringbund 66 trägt. Die Querschnittsflächen am Übersetzerkolben 64 sind so gewählt, dass sich unabhängig vom Druck am Wegsensor 14 und vom Druck in der Umgebung am Übersetzerkolben 64 die durch die besagten Drücke hervorgerufenen Kräfte in axialer Richtung des Übersetzerkolbens aufheben.

An seinem in Fig. 1 rechten Ende trägt der Übersetzerkolben 64 ein becherförmiges Anschlussteil 68. Dieses ist über einen Winkel 70 mit einem Schlitten 72 verbunden, der auf einem Lineartisch 74 linear verschieblich gelagert ist. Der Lineartisch 74 ist wiederum auf die Grundplatte 24 aufgeschraubt. Die Bewegung des Schlittens 72 erfolgt durch einen Schrittmotor 76. Der Übersetzerkolben 64, das Anschlussteil 68, der Winkel 70, der Schlitten 72, der Lineartisch 74 und der Schrittmotor 76 bilden insgesamt die Einrichtung 16, mit der am Wegsensor 14 ein Weg eingestellt werden kann.

Im Bereich des Lineartisches 74 ist an der Grundplatte 24 eine Brücke 78 festgeschraubt. An deren Quertraverse ist durch eine Schraube 80 ein inkrementaler Messtaster 82 befestigt. Dieser weist einen federbeaufschlagten Stößel 84 auf, der mit seiner Spitze am Boden des becherförmigen Anschlussteils 68 anliegt. Der Stößel 84 und der Messtaster 82 sowie die Brücke 78 bilden insgesamt die Referenzmesseinrichtung 20. Der Messtaster 82 ist, ebenso wie der Wegsensor 14, an die Verarbeitungseinrichtung 18 angeschlossen.

Die Einrichtung 22, mit der der Wegsensor 14 mit einer oder mehreren Zustandsgrößen beaufschlagt werden kann, ist folgendermaßen aufgebaut:
Über einen Druckanschluss 85 (vgl. Fig. 2) ist der zwischen der Aufnahme 12 und dem Messkolben 48 gebildete Fluidraum 86 mit einer ersten Fluidversorgung 88 verbunden. Über einen nicht dargestellten Kanal ist dieser erste Fluidraum 86 wiederum mit dem zwischen dem Messkolben 48 und dem Übersetzerkolben 64 gebildeten zweiten Fluidraum 90 verbunden. Ein weiterer Kanal (ohne Bezugszeichen) verbindet den zweiten Fluidraum 90 mit dem zwischen dem Ringbund 66 und der runden Platte 60 gebildeten Ringraum. Durch die Fluidversorgung 88 können somit die Fluidräume 86 und 90 mit einem Fluid beaufschlagt werden, und dieses Fluid kann durch die Fluidversorgung 88 wiederum mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden. Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas, z. B. Luft, oder um eine Flüssigkeit, z. B. Wasser oder Öl, handeln. Wie insbesondere aus Fig. 1 leicht ersichtlich ist, kann auf diese Weise der Wegsensor 14 mit einem definierten Druck beaufschlagt werden.

Die Temperatur T im Fluidraum 86 wird über einen Sensor 91, der Druck p über einen Sensor 93 erfasst. Die enrtsprechenden Signale werden ebenfalls der Verarbeitungseinrichtung zugeführt.

Im Grundkörper 30 und im Übersetzerkörper 50 ist ferner ein Ringraum 92 vorhanden, der über Fluidanschlüsse 94 mit einer zweiten Fluidversorgung 96 verbunden ist. Diese Fluidversorgung 96 sorgt für einen Fluidstrom durch den Ringraum 92 hindurch. Das Fluid, welches durch den Ringraum 92 strömt, wird dabei von der zweiten Fluidversorgung 96 auf eine bestimmte Temperatur gebracht, also erhitzt oder abgekühlt. Mit Hilfe des Ringraums 92, der Fluidanschlüsse 94 und der zweiten Fluidversorgung 96 kann also der Grundkörper 30 sowie der Übersetzerkörper 50 auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden. Hierdurch wird auch das im ersten Fluidraum 86 und im zweiten Fluidraum 90 vorhandene Fluid auf eine gewünschte Temperatur erwärmt oder abgekühlt. Dies wiederum bewirkt eine entsprechende Temperierung des Wegsensors 14.

Insbesondere für den Messkolben 48 und den Übersetzerkolben 64 werden Materialien verwendet, welche einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Die Vorrichtung 10 arbeitet wie folgt:
Vom Schrittmotor 76 wird der Schlitten 72 gegenüber dem Lineartisch 74 um einen bestimmten Weg bewegt. Hierdurch bewegt sich auch der Winkel 70 und der mit diesem über das Anschlussteil 68 verbundene Übersetzerkolben 64. Dieser wiederum liegt am Messkolben 48 an und führt zu einer Bewegung des Messkolbens 48. Diese Bewegung wird vom Wegsensor 14 erfasst und ein dem Umfang der Bewegung entsprechendes Messsignal an die Verarbeitungseinrichtung 18 weitergeleitet. Die Bewegung des Anschlussteils 68 wird gleichzeitig vom Messtaster 82 erfasst und ein entsprechendes Signal ebenfalls an die Verarbeitungseinrichtung 18 übertragen. Gleichzeitig wird die Temperatur T und der Druck p des Fluids im ersten Fluidraum 86 über den Temperatursensor 91 und den Drucksensor 93 erfasst und entsprechende Signale an die Verarbeitungseinrichtung 18 abgegeben.

In dieser wird dann das entsprechende Quadrupel abgelegt, welches aus der Temperatur T, dem Druck p, dem vom Wegsensor 14 bereitgestellten Messsignal (im Allgemeinen eine Spannung U) und dem vom Messtaster 82 bereitgestellten Referenzweg s besteht. Nun wird eine Zustandsgröße, entweder die Temperatur T oder der Druck p, verändert und die Messung wiederholt und ein entsprechendes neues Quadrupel abgelegt. Dieser Vorgang wird bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Drücken sowie verschiedenen Wegen wiederholt. Aus den vorhandenen Quadrupeln können dann Kennfelder gebildet werden, welche die einzelnen Messgrößen miteinander verknüpfen.

Zwei solche Kennfelder sind in Fig. 3 dargestellt und insgesamt mit den Bezugszeichen 98 und 100 gekennzeichnet. Die in Fig. 3 dargestellten Kennfelder 98 und 100 sind jeweils bei konstantem Druck p1 und p2 gebildet und liefern bei einer bestimmten Temperatur T und einem bestimmten Messsignal (Spannung U) einen entsprechenden tatsächlichen Weg s. Die Verwendung dieser Kennfelder 98 und 100 wird nun anhand Fig. 4 erläutert:
Wie eingangs ausgeführt worden ist, ist eine besonders genaue und druck- sowie temperaturkompensierte Wegmessung vor allem bei Einspritzmengenindikatoren erforderlich. Mit diesen wird die Einspritzmenge von Einspritzsystemen insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen geprüft. Die Prüfung erfolgt durch die Erfassung einer Bewegung eines Messkolbens. Aus dem Querschnitt des Messkolbens und dem von diesem zurückgelegten Weg kann das Volumen des eingespritzten Prüffluids berechnet werden. Hieraus wiederum kann die Masse des eingespritzten Prüffluids ermittelt werden.

Ein Verfahren, mit dem diese Ermittlung von Weg, Volumen und Masse unter Verwendung der mit der Vorrichtung 10 ermittelten Kennfelder 98 und 100 sehr präzise erfolgen kann, ist in Fig. 4 angegeben: Nach einem Startblock 102 werden bei einer Einspritzung drei Messwerte bereitgestellt, nämlich eine Spannung, welche vom Wegsensor kommt, sowie ein Druck im Einspritzmengenindikator und eine Temperatur des Wegsensors 14 des Einspritzmengenindikators (Blöcke 104-108). Diese drei Werte U, p und T werden im Block 110 in Kennfelder eingespeist, welche jedem Werte- Tripel U, p und T einen entsprechenden Weg s (Block 112) zuordnen. Bei diesem Weg s handelt es sich also um einen druck- und temperaturkompensierten Wert, der den vom Messkolben 48 zurückgelegten Weg s mit höchster Präzision wiedergibt. Aus diesem Weg s können dann im Block 114 unter Zugrundelegung der Geometrie des Messkolbens 48 das vom Einspritzsystem eingespritzte Prüffluidvolumen V und die eingespritzte Prüffluidmasse m ermittelt werden. Das Verfahren endet im Block 116.

Claims (13)

1. Vorrichtung (10) zum Kalibrieren von Wegsensoren (14), mit einer Aufnahme (12) für einen Wegsensor (14), einer Einrichtung (16) zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor (14), einer Einrichtung (18) zur Verarbeitung des vom Wegsensor (14) bereitgestellten Signals, einer Referenzmesseinrichtung (20), und einer Einrichtung (22) zur Beaufschlagung des Wegsensors (14) mit mindestens einer Zustandsgröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (22) zur Beaufschlagung des Wegsensors (14) mit mindestens einer Zustandsgröße einen Druckbehälter (30, 50) umfasst, in dem der Wegsensor (14) angeordnet ist und der mit einem Fluid gefüllt ist, welches mit Druck und Temperatur beaufschlagt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (30, 50) temperierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Druckbehälters (30, 50) mindestens einen Fluidkanal (92) aufweist, welcher von einem temperierten Fluid durchströmt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messkolben (48) vorgesehen ist, welcher mindestens einen Bereich des Innenraums des Druckbehälters (30, 50) begrenzt, und der Wegsensor (14) so ausgebildet ist, dass er eine Bewegung des Messkolbens (48) erfasst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten des Messkolbens (48) Fluidräume (86, 90) vorhanden sind, welche miteinander verbunden sind, so dass in beiden Fluidräumen (86, 90) im Wesentlichen der gleiche Druck herrscht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor (14) einen Übersetzerkolben (64) umfasst, der an dem Messkolben (48) anliegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zur Einstellung eines Weges (14) an dem Wegsensor einen Schrittmotor (76) umfasst.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zur Einstellung eines Weges an dem Wegsensor (14) einen auf einem Lineartisch (74) verschieblichen Schlitten (72) umfasst.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmesseinrichtung (20) einen inkrementalen Messtaster (82) umfasst.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der inkrementale Messtaster (82) den Weg des Übersetzerkolbens (64) misst.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkolben (48) und/oder der Übersetzerkolben (64) aus einem Material mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind/ist.

12. Verfahren zum Kalibrieren von Wegsensoren, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrieren bei unterschiedlichen Temperaturen (T) des Wegsensors und unterschiedlichen Drücken (p), denen der Wegsensor (14) ausgesetzt ist, erfolgt und aus den Messergebnissen (p, T, s, U) für den Wegsensor (14) entsprechende Kennlinien und/oder Kennfelder (98, 100) ermittelt werden.

13. Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen insbesondere von Kraftfahrzeugen und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer, in welche Prüffluid von einem Einspritzsystem eingespritzt werden kann, mit einem Messkolben, der die Messkammer bereichsweise begrenzt, mit einem Wegsensor, der eine Bewegung des Messkolbens bei einer Einspritzung erfasst und ein entsprechendes Signal abgibt, und mit einer Verarbeitungseinrichtung, welche das Signal des Wegsensors verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorhanden ist, welche die Temperatur des Wegsensors und den Druck, dem er ausgesetzt ist, wenigstens in etwa ermittelt, und in der Verarbeitungseinrichtung mindestens eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld abgelegt ist, welche bzw. welches das vom verwendeten Wegsensor bereitgestellte Signal, den tatsächlichen Weg, die Temperatur des Wegsensors und den Druck, dem der Wegsensor ausgesetzt ist, miteinander verknüpft, und die Verarbeitungseinrichtung das Kennfeld bei der Verarbeitung des Signals berücksichtigt.