DE10103899C2 - Vorrichtung zum Kalibrieren von Einspritzmengenindikatoren sowie Einspritzmengenindikator - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Einspritzmengenindikatoren, welche mit einem Einspritzmengenindikator verbunden werden kann.

Bei einem Einspritzmengenindikator handelt es sich um eine Vorrichtung, mit der die Einspritzmenge von Injektoren für Brennkraftmaschinen insbesondere für Kraftfahrzeuge gemessen werden kann. Im Allgemeinen erfolgt die Messung durch Einspritzung eines Prüffluids in eine Messkammer und die Erfassung des eingespritzten Prüffluidvolumens. Insbesondere moderne Brennkraftmaschinen benötigen jedoch Injektoren, welche auch äußerst kleine Kraftstoffmengen einspritzen können. Entsprechend muss ein Einspritzmengenindikator in der Lage sein, kleinste Einspritzvolumina zu erfassen. Dies stellt wiederum sehr hohe Anforderungen an die Kalibrierung eines solchen Einspritzmengenindikators.

Neben der individuellen Kalibrierung der an dem Einspritzmengenindikator zum Einsatz kommenden Sensoren wird auch eine Kalibrierung der gesamten Vorrichtung gewünscht. Eine solche Kalibrierung erfolgt bisher dadurch, dass zunächst bestimmte Injektoren, welche besonders präzise arbeiten, durch eine intensive Qualitätsprüfung selektiert werden. Diese ausgewählten Injektoren, die auch als CRIN bezeichnet werden (COMMON RAIL INJECTOR NORMAL), werden dann dazu eingesetzt, um eine relativ genaue Menge an Prüffluid in den Einspritzmengenindikator einzuspritzen.

Der Einsatz solcher ausgewählter Injektoren hat jedoch verschiedene Nachteile. Zum einen handelt es sich bei den ausgewählten Injektoren zwar um besonders präzis arbeitende Injektoren, letztlich entstammen sie jedoch der normalen Serienfertigung und weisen daher immer eine gewisse Ungenauigkeit im Hinblick auf die tatsächlich eingespritzte Menge an Prüffluid auf. Darüber hinaus hängt die tatsächlich von diesen ausgewählten Injektoren eingespritzte Menge an Prüffluid nicht nur von der Qualität des jeweiligen Injektors, sondern auch vom Betriebszustand der an den Injektor angeschlossenen Prüffluidversorgung sowie von der Steuereinrichtung ab, welche den Injektor ansteuert. Dies führt in der Summe dazu, dass auch ein solcher ausgewählter Injektor im Hinblick auf die eingespritzte Menge an Prüffluid eine Streuung aufweist, die der Genauigkeit der mit einem solchen Injektor durchgeführten Kalibrierung Grenzen setzt. Diese Grenzen führen insbesondere bei der Messung kleinster Einspritzmengen zu einer Schwächung der Aussagekraft der Einspritzmengenmessung.

Die DE 35 00 138 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Kalibrieren von Einspritzpumpen. Dabei wird die Fördermenge einer hochgenauen Kalibrierpumpe mit der einer zu kalibrierenden Pumpe verglichen. In der DE 199 36 102 C1 wird ein Verfahren zur Überprüfung von Injektoren angegeben. Bei diesem werden die Leckmengen einzelner Injektoren erfasst und mit einem entsprechenden Grenzwert verglichen. Die Leckmenge soll ein Indikator für die Funktionstüchtigkeit des Injektors sein. Aus der DE 697 01 738 T2 geht ein Kalibrierungsverfahren für ein elektronisches Kraftstoffeinspritzsystem hervor, welches während des Betriebs der Brennkraftmaschine im Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Auf diese Weise können die Injektoren im Betrieb neu abgestimmt werden.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihr eine hochgenaue Kalibrierung von Einspritzmengenindikatoren möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Volumengenerator mit einer Kammer umfasst, in der ein definiertes Volumen an Prüffluid gesammelt und aus der das definierte Prüffluidvolumen reproduzierbar abgegeben werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht davon aus, dass übliche Einspritzmengenindikatoren die von einer Einspritzdüse bzw. einem Injektor eingespritzte Menge an Prüffluid volumetrisch messen. Wesentlich für eine exakte Kalibrierung eines Einspritzmengenindikators ist also das definierte und reproduzierbare Einbringen eines bestimmten Volumens an Prüffluid. Dem wird die vorliegende Erfindung auf besonders einfache Art und Weise dadurch gerecht, dass ein bestimmtes Prüffluidvolumen zunächst in einer entsprechenden Kammer gesammelt und dann reproduzierbar abgegeben werden kann. Das Volumen einer solchen Kammer kann mit üblichen Mitteln auf einfache Weise äußerst präzise bestimmt werden. Hieraus erhält man "automatisch" das Volumen des in der Kammer vorhandenen Prüffluids.

Wird dieses Volumen in den Einspritzmengenindikator abgelassen, kann man den am Einspritzmengenindikator gemessenen Wert mit dem aufgrund des bekannten Kammervolumens exakt bekannten Volumen des abgegebenen Prüffluids vergleichen und hierdurch den Einspritzmengenindikator kalibrieren. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit auf äußerst preiswerte und einfache Art und Weise das reproduzierbare Einbringen eines exakt definierten Prüffluidvolumens in den Einspritzmengenindikator möglich. Dies gestattet wiederum eine höchst genaue Kalibrierung des Einspritzmengenindikators. Mit einem solchermaßen genau kalibrierten Einspritzmengenindikator sind auch kleinste Einspritzmengen exakt messbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Volumengenerator eine Verdrängungskammer umfasst, welche bereichsweise durch eine bewegliche Wand und im Übrigen durch eine starre Begrenzungsfläche begrenzt wird, wobei der Raum zwischen beweglicher Wand und starrer Begrenzungsfläche mit Prüffluid gefüllt werden kann und wobei eine Einrichtung vorhanden ist, welche die bewegliche Wand in einem definierten Umfang in Richtung auf die starre Begrenzungsfläche bewegen kann. Zwischen der beweglichen Wand und der starren Begrenzungsfläche wird also die Kammer gebildet, in der das Prüffluid gesammelt werden kann. Das definierte Prüffluidvolumen, welches von dem Volumengenerator abgegeben werden kann, wird durch dieses Kammervolumen und die mindestens teilweise, vorzugsweise aber vollständige Entleerung desselben bestimmt, welche durch die definierte Bewegung der beweglichen Wand in Richtung auf die starre Begrenzungsfläche möglich ist. Im Extremfall liegt die bewegliche Wand nach der Abgabe des Prüffluids plan an der starren Begrenzungsfläche an. Denkbar ist aber auch, dass die bewegliche Wand oder eine mit dieser verbundene Einrichtung bereits vorher an einen Anschlag in Anlage kommt. Das abgegebene Prüffluidvolumen kann somit auf einfachste Weise aufgrund der definierten geometrischen Verhältnisse im Volumengenerator bestimmt werden.

In Weiterbildung dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auch vorgeschlagen, dass die bewegliche Wand eine flexible, elastische und fluiddichte Membran umfasst und eine Einrichtung vorhanden ist, welche die Membran gegen die starre Begrenzungsfläche beaufschlagen kann. Bei dieser Weiterbildung ist es möglich, dass nach einer Bewegung der Membran kein Prüffluid mehr zwischen der Membran und der starren Begrenzungsfläche verbleibt, da die Membran aufgrund ihrer Flexibilität und Elastizität sich vollständig an die starre Begrenzungsfläche "anschmiegen" kann. Voraussetzung ist natürlich eine Elastizität und Flexibilität in einem erheblichen Umfang, wie er z. B. bei gummielastischen Stoffen angetroffen wird. Ein solcher Volumengenerator und die mit diesem ausgerüstete Vorrichtung arbeiten besonders genau.

Vorgeschlagen wird auch, dass die Membran im Ruhezustand flächig an einer Anlagefläche anliegt. Hierdurch wird eine definierte Ausgangsposition für die Membran geschaffen, was die Definition des zwischen der an der Anlagefläche anliegenden Membran und der starren Begrenzungsfläche gebildeten Volumens noch präziser macht.

Besonders bevorzugt ist, dass ein von der Begrenzungsfläche begrenzter Körper wenigstens bereichsweise offenporig porös ist. In diesem Fall kann auf eine diskrete Öffnung zum Zuführen und zum Abführen des in der Verdrängungskammer gehaltenen Prüffluids verzichtet werden, da das Prüffluid durch den porösen Körper und die Begrenzungsfläche hindurchtreten kann. Das Volumen der Verdrängungskammer kann hierdurch noch besser und genauer bestimmt werden.

Dabei wird auch bevorzugt, dass ein von der Anlagefläche begrenzter Körper wenigstens bereichsweise offenporig porös ist. In diesem Fall kann auch in der Anlagefläche und dem von ihr begrenzten Körper auf eine diskrete Öffnung zur Zuführung des Prüffluids verzichtet werden. Auch hierdurch wird die Genauigkeit bei der Bestimmung des Volumens der Verdrängungskammer nochmals erhöht.

Die offenporig porösen Körper können auf besonders einfache Art und Weise dadurch realisiert werden, dass zwei poröse Sinterkörper, vorzugsweise aus Bronze, vorgesehen sind, zwischen denen die Membran verklemmt ist, wobei die der Membran zugewandte Begrenzungs- bzw. Anlagefläche mindestens eines Sinterkörpers eine Ausnehmung begrenzt. Eine solche Vorrichtung ist relativ einfach und preiswert herzustellen. Bronze eignet sich besonders gut, da sie bei der Verwendung üblicher Prüffluide wenig oder überhaupt nicht korrosionsanfällig ist.

Bei einer anderen Weiterbildung umfasst die Vorrichtung einen Verdrängerkolben, der bei einer Aktivierung ein Prüffluid verdrängt, welches die bewegliche Wand beaufschlagt. Im Grunde handelt es sich bei einem solchen Verdrängerkolben um eine Kolbenpumpe, welche das Prüffluid fördert, welches wiederum die Membran gegen die starre Begrenzungsfläche presst. Da die abzugebenden Mengen an Prüffluid jedoch sehr klein sind, reicht ein einziger Hub eines solchen Verdrängerkolbens im Allgemeinen aus, um die notwendige Menge an Prüffluid zu transportieren.

Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Vorrichtung eine Rückstelleinrichtung umfasst, welche den Verdrängerkolben in Richtung seiner Ruhestellung beaufschlagt. In diesem Fall ist sichergestellt, dass der Verdrängerkolben nach einer Prüffluidförderung wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehrt und schnell für eine weitere Einspritzung zur Verfügung steht.

Eine impulsartige Betätigung eines solchen Verdrängerkolbens ist bei jener Weiterbildung möglich, welche einen Piezoaktuator umfasst, der mit dem Verdrängerkolben verbunden ist. Auf diese Weise können sehr schnell auch kleinste Mengen an Prüffluid gefördert werden, welche die entsprechende Bewegung der Membran bewirken.

Um sicherzustellen, dass die Kammer mit dem definierten Volumen tatsächlich nur mit Prüffluid gefüllt ist, also wirklich das gewünschte Prüffluidvolumen abgegeben wird, ist es erforderlich, mögliche gasförmige und kompressible Fluidbestandteile zu eliminieren. Dies wird bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, dass sie mindestens eine sperrbare Spül- und Entlüftung umfasst, die im geöffneten Zustand eine Spülung von Fluidwegen mit Prüffluid und die Entfernung kompressibler Gasanteile ermöglicht. Eine solche Spül- und Entlüftungsleitung ermöglicht es im Optimalfalle, sämtliche Fluidwege der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem einzuspritzenden Prüffluid zu spülen und hierdurch Gasblasen mitzureißen und zu entfernen. Über einen entsprechenden Auslass wird das mit den Gasblasen verunreinigte Prüffluid nach außen abgelassen.

Möglich ist auch, dass die Vorrichtung einen Drucksensor, welcher den Druck im Fluidraum zwischen Verdrängerkolben und Membran erfasst, und eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, welche die Einrichtung, die die bewegliche Wand in einem definierten Umfang in Richtung auf die starre Begrenzungsfläche bewegen kann, so ansteuert, dass bei jeder Einspritzung im Wesentlichen die gleichen Druckverhältnisse in den Fluidräumen des Volumengenerators herrschen. Hierdurch wird vermieden, dass es durch unterschiedliche Beaufschlagungsdrücke der beweglichen Wand zu nicht reproduzierbaren Anlagesituationen der beweglichen Wand an der starren Begrenzungsfläche kommt. Vor allem bei der Verwendung einer Membran und eines Sinterkörpers könnte es ohne die erfindungsgemäße Maßnahme durch eine unterschiedliche Beaufschlagung zu einem unterschiedlich starken Eindrücken bzw. Anschmiegen der Membran an die raue Oberflächenstruktur des Sinterkörpers kommen. Dies würde zu unterschiedlichen Entleerungsvolumina führen. Vor jeder Einspritzung, wenn die Membran an der Anlagefläche anliegt, soll jedoch immer die gleiche Druckdifferenz über der Membran anstehen. Das gleiche gilt für die Situation nach jeder Einspritzung, wenn die Membran an der Begrenzungsfläche anliegt (es sei allerdings darauf hingewiesen, dass die einzuregelnde Druckdifferenz über der Membran, d. h. bei Anlage der Membran an der Anlagefläche bzw. der Begrenzungsfläche, unterschiedlich sein kann). Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können auch Reibungseinflüsse der Beaufschlagungseinrichtung, beispielsweise zwischen einem Kolben und seiner Führungsbohrung, ausgeregelt werden. Der Druck zwischen Membran und Einspritzmengenindikator kann im Übrigen durch einen meist beim Einspritzmengenindikator vorgesehenen Drucksensor erfasst und hierdurch berücksichtigt werden.

Möglich ist ferner, dass die Einrichtung, die die bewegliche Wand in einem definierten Umfang in Richtung auf die starre Begrenzungsfläche bewegen kann, einstellbar ist. Dies ermöglicht die Kompensation von Temperatureffekten. Insbesondere bei der Verwendung von Piezoaktuatoren kann eine Temperaturänderung des Aktuators wegen der vergleichsweise kleinen Hübe zu einer erheblichen Verringerung des erzielbaren Hubs führen. Im Extremfall kann dies dazu führen, dass der Aktuator die bewegliche Wand nicht mehr im definierten Umfang bewegen kann und somit nicht die gewünschte Entleerung der Verdrängungskammer erzielt wird.

Die Einstellbarkeit kann beispielsweise durch eine Verschiebemöglichkeit des Aktuators erreicht werden. Denkbar ist auch, einen Ausgleichszylinder mit verschieblichem Ausgleichskolben vorzusehen, welcher Fluidvolumenänderungen zwischen der beweglichen Wand und der Beaufschlagungseinrichtung ausgleicht, die durch thermische Einflüsse hervorgerufen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Injektoren insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer, in welche Prüffluid von einem Injektor eingespritzt werden kann, und mit einer Erfassungseinrichtung, welche die Menge des eingespritzten Prüffluids volumetrisch erfasst.

Wie bereits oben ausgeführt worden ist, wird eine solche Vorrichtung allgemein als Einspritzmengenindikator bezeichnet. Sie 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 eine Einspritzdüse bzw. ein Injektor druckdicht ansetzbar ist. Spritzt der Injektor Kraftstoff in die Messkammer ein, wird ein in der Messkammer befindliches Prüffluid verdrängt. Hierdurch bewegt sich der Kolben, was von einem Wegsensor erfasst wird. Aus dem Weg des Kolbens und der Geometrie des Kolbens kann auf die Volumenänderung der Messkammer bzw. des dort gehaltenen Prüffluids und hierdurch auf die eingespritzte Prüffluidmenge geschlossen werden.

Um bei einer solchen Vorrichtung eine Kalibrierung mit höchster Genauigkeit durchführen zu können, was wiederum im Hinblick auf die äußerst kleinen Einspritzmengen heutiger Injektoren gewünscht ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sie eine Kalibriervorrichtung der oben genannten Art umfasst.

Zeichnung

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

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Einspritzmengenindikator und eine mit diesem verbundene Kalibriereinrichtung;

Fig. 2 eine Ansicht der Kalibriereinrichtung von Fig. 1 in Richtung des Pfeils II gesehen;

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt längs der Linie III- III von Fig. 2;

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt längs der Linie IV-IV von Fig. 2;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht der Kalibriereinrichtung in Richtung des Pfeils V von Fig. 2 und eines Bereichs des Einspritzmengenindikators von Fig. 1; und

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI von Fig. 5.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 trägt ein Einspritzmengenindikator insgesamt das Bezugszeichen 10. Er umfasst einen zentralen Körper 12, der auf einer Hülse 14 montiert ist. Diese steht wiederum auf einer Grundplatte 16, welche am Boden verankert ist.

In den zentralen Körper 12 ist ein zylindrischer Einsatz 18 eingesetzt, in dem ein Kolben 20 gleitend geführt ist. Der Kolben 20 wird in Fig. 1 nach oben durch eine Feder 22 beaufschlagt. Ein Stößel 24 eines Wegsensors 26 ist fest mit der Unterseite des Kolbens 20 verbunden. Über diesen wird also eine Bewegung des Kolbens 20 erfasst und ein entsprechendes Messsignal an eine in der Figur nicht dargestellte Verarbeitungseinrichtung abgegeben.

Auf den Einsatz 18 ist ein Kopf 28 druckdicht aufgesetzt. In seine zum Kolben 20 koaxiale Längsbohrung ist ein Adapter 30 eingesetzt. In den Adapter 30 ist ein Einspritzsystem, beispielsweise ein Injektor mit seiner Düse (nicht dargestellt), eingesetzt. Das Einspritzsystem ist wiederum mit einer in der Figur nicht näher dargestellten Hochdruck- Prüffluidversorgung verbunden. Zwischen der Einspritzdüse und dem Kolben 20 ist ein Spritzdämpfer 32 vorgesehen. Der Raum, der vom Kolben 20, einem Bereich der Stufenbohrung im Einsatz 18, einem Bereich der Stufenbohrung im Kopf 28 und dem unteren gewindelosen Bereich des Spritzdämpfers 32 begrenzt wird, wird als Messkammer 34 bezeichnet. Die Temperatur des Prüffluids in der Messkammer 34 wird durch einen Temperatursensor 36 erfasst. Links vom zentralen Körper 12 ist in Fig. 1 noch ein Gleichdruckventil 38 sichtbar.

Der Einspritzmengenindikator 10 arbeitet folgendermaßen:
Über die Hochdruck-Prüffluidversorgung wird der Einspritzdüse Prüffluid (nicht dargestellt) zugeführt und über den Adapter 30 und den Spritzdämpfer 32 in die ebenfalls mit Prüffluid gefüllte Messkammer 34 eingespritzt. Durch den Spritzdämpfer 32 wird verhindert, dass der Einspritzstrahl direkt auf die Oberseite des Kolbens 20 trifft und diesem eine Bewegungskomponente auferlegt, welche nicht durch die Volumenänderung des Prüffluids in der Messkammer 34 hervorgerufen ist. Durch die Einspritzung von Prüffluid in die Messkammer 34 erhöht sich das Prüffluidvolumen in dieser, wodurch der Kolben 20 entgegen der Kraft der Feder 22 nach unten gedrückt wird. Hierdurch wird auch der Stößel 24 bewegt, was vom Wegsensor erfasst wird. In der Verarbeitungseinrichtung wird aus dem Signal des Wegsensors 26 ein Weg bestimmt, um den sich der Kolben 20 bewegt hat, und aus der Kolbengeometrie wird das entsprechende Volumen ermittelt, um das sich die Messkammer 34 vergrößert hat. Dieses Volumen entspricht in etwa dem eingespritzten Prüffluidvolumen.

Da mit dem Einspritzmengenindikator 10 auch kleinste Einspritzmengen gemessen werden sollen, werden an die Messgenauigkeit eines solchen Einspritzmengenindikators 10 sehr hohe Anforderungen gestellt. Diese können nur erfüllt werden, wenn der Einspritzmengenindikator 10 sehr genau kalibriert werden kann. Für eine solche hoch genaue Kalibrierung wird eine Kalibriereinrichtung 40 verwendet, welche in Fig. 1 nur schematisch strichpunktiert dargestellt ist und an der in Fig. 1 linken Seite des Kopfs 28 befestigt ist. Zu diesem Zweck wird ein üblicherweise im Betrieb an dieser Stelle angeordnetes magnetisches Entleerungsventil (nicht dargestellt) abmontiert und stattdessen die Kalibriereinrichtung 40 am Kopf 28 befestigt.

Mit der Kalibriereinrichtung 40 kann ein definiertes Volumen an Prüffluid gesammelt und in die Messkammer 34 reproduzierbar abgegeben werden. Zu diesem Zweck ist die Kalibriereinrichtung 40 mit der Messkammer 34 über einen Fluidkanal 42 verbunden, der von der Messkammer 34 nach schräg oben führt. Über diesen Fluidkanal 42 wird andernfalls das Prüffluid zum Entleerungsventil geleitet.

Die Kalibriereinrichtung 40 wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 erläutert; dabei sei darauf hingewiesen, dass die Fig. 5 und 6 zur besseren Darstellung der Fluidwege dienen und daher in diesen beiden Figuren nicht alle an sich vorhandenen Elemente dargestellt und bezeichnet sind:
Insgesamt besteht die Kalibriereinrichtung 40 aus einem Kopfabschnitt 44 und einem länglichen Antriebsabschnitt 46. Der Kopfabschnitt 44 wiederum umfasst zwei Gehäuseteile 48 und 50. Das Gehäuseteil 48, welches in Fig. 2 auf der rechten Seite und in den Fig. 3 und 4 links dargestellt ist, dient u. a. zur Befestigung am Kopf 28 des Einspritzmengenindikators 10. In ihm ist in Form eines Sacklochs ein erster Fluidkanal 52 vorgesehen, der an seiner in Einbaulage dem Kopf 28 zugewandten Mündung eine Erweiterung aufweist (ohne Bezugszeichen), in die in Einbaulage eine O-Ringdichtung eingelegt ist, durch die das Gehäuseteil 48 gegenüber dem Kopf 28 bzw. die Stoßstelle zwischen dem ersten Fluidkanal 52 im Gehäuseteil 48 und dem Fluidkanal 42 im Kopf 28 abgedichtet ist. Wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist, führt der erste Fluidkanal 52 leicht nach unten (die Richtung "nach unten" ist auf den Einspritzmengenindikator 10 bezogen; sie verläuft also in den Fig. 3, 4 und 5 senkrecht zur Blattebene).

Vom ersten Fluidkanal 52 zweigt im Gehäuseteil 48 ebenfalls in Form eines Sacklochs ein zweiter Fluidkanal 54 in einem rechten Winkel ab. Dieser verläuft im Wesentlichen horizontal in Richtung auf das zweite Gehäuseteil 50. In die dem zweiten Gehäuseteil 50 zugewandte Grenzfläche 56 des Gehäuseteils 48 ist eine im Wesentlichen zentrische kreisrunde Ausnehmung 58 eingebracht. Der zweite Fluidkanal 54 mündet, in horizontaler Richtung gesehen, mittig in die Basis dieser Ausnehmung 58. In vertikaler Richtung gesehen (in den Fig. 3 bis 5 also senkrecht zur Blattebene) mündet er in den unteren Bereich der Ausnehmung 58 (vgl. Fig. 6).

In die Ausnehmung 58 ist ein erster scheibenförmiger Sinterkörper 60 eingelegt (in Fig. 6 weggelassen), auf dessen Funktion weiter unten noch im Detail eingegangen wird. Die dem Gehäuseteil 50 zugewandte Begrenzungsfläche 61 des Sinterkörpers 60 begrenzt eine konkave, sphärische Ausnehmung. Der Sinterkörper 60 besteht aus gesinterter Bronze und ist insgesamt offenporig porös. Vom oberen Rand der Ausnehmung 58 zweigt in etwa tangential ein dritter Fluidkanal 62 ab (vgl. Fig. 4, 5 und 6). Dieser dritte Fluidkanal 62 verläuft ebenfalls in etwa in horizontaler Richtung. In seinem äußeren Bereich ist der dritte Fluidkanal 62 aufgeweitet und trägt ein Gewinde. In dieses ist eine Ventilschraube 64 eingeschraubt, welche eine Ventilkugel 66 gegen einen Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) beaufschlagen kann.

Von dem erweiterten Bereich des dritten Fluidkanals 62 zweigt ein ebenfalls als Sackloch ausgebildeter vierter Fluidkanal 68 ab, der, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, schräg nach unten verläuft. Sein äußerer Bereich ist ebenfalls aufgeweitet und trägt ein Gewinde, in welches eine Verschlussschraube 70 eingeschraubt ist. Vom vierten Fluidkanal 68 zweigt wiederum ein kurzer Stichkanal 72 (vgl. Fig. 3) in einer Richtung senkrecht zur Grenzfläche 56 ab. Er mündet mit einer Erweiterung (ohne Bezugszeichen) in der Grenzfläche 56. In die Erweiterung ist im eingebauten Zustand eine O-Ringdichtung (ohne Bezugszeichen) eingelegt.

Der Stichkanal 72 im Gehäuseteil 48 wird im Gehäuseteil 50 durch einen kurzen Stichkanal 74 fortgeführt, der in einen fünften Fluidkanal 76 mündet, der in etwa parallel zum dritten Fluidkanal 62 angeordnet ist und in den unteren Bereich einer kreisförmigen Ausnehmung 78, die in der dem Gehäuseteil 48 zugewandten Grenzfläche 80 des Gehäuseteils 50 vorhanden und spiegelbildlich zur Ausnehmung 58 im Gehäuseteil 48 ausgebildet ist, tangential mündet. Eine Verschlussschraube 81 dichtet den Fluidkanal 76 nach außen ab. In die Ausnehmung 78 ist ebenfalls ein kreisrunder, offenporig poröser Sinterkörper 82 aus Bronze eingesetzt, welcher zu dem ersten Sinterkörper 60 identisch ist, bis auf die Tatsache, dass seine dem ersten Sinterkörper 60 zugewandte Anlagefläche 83 eben ist.

Vom oberen Bereich der Ausnehmung 78 zweigt ein sechster Fluidkanal 84 ab, der das Gehäuseteil 50 bis zu der in den Fig. 3 bis 5 rechten Seitenfläche durchquert. In seinem äußeren Bereich ist er ebenfalls aufgeweitet und trägt ein Gewinde, in welches eine Ventilschraube 86 eingeschraubt ist. Diese kann eine Ventilkugel 88 gegen einen Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) beaufschlagen.

Von dem erweiterten Bereich des sechsten Fluidkanals 84 führt ein siebter Fluidkanal 90 nach außen (in den Fig. 3 bis 5 also nach oben). An seinem ebenfalls erweiterten äußeren Bereich trägt der siebte Fluidkanal 90 ebenfalls ein Gewinde, in welches eine Einschraubverschraubung 92 eingeschraubt ist. An diese kann wiederum eine Leitung zum Abführen von Prüffluid angeschlossen werden (nicht dargestellt).

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, schneidet der sechste Fluidkanal 86 in seinem mittleren Bereich tangential eine Kolbenkammer 94, welche zur Seite hin (in den Fig. 3 und 5 also nach unten) von einem Kolben 96 begrenzt wird. Der Kolben 96 wiederum wird von einer Feder 98 gegen einen Piezoaktuator 100 beaufschlagt. Dieser ist in einer langgestreckten Aufnahme 102 aufgenommen, welche am einen Ende auf hier nicht näher dargestellte Art und Weise am Gehäuseteil 50 befestigt und am anderen Ende durch einen Deckel 104 abgeschlossen ist. Die Feder 98 stützt sich an ihrem vom Kolben 96 abgewandten Ende gegen eine Verschlussschraube 106 ab, die in eine zum Kolben 96 koaxiale Gewindeausnehmung im Gehäuseteil 50 eingeschraubt ist.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich ist, ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 48 und 50 eine elastische, flexible und fluiddichte Membran 108 angeordnet. Sie ist mit ihren äußeren Randbereichen zwischen den Grenzflächen 56 und 80 der beiden Gehäuseteile 48 und 50 verklemmt. Mit ihrem mittleren Bereich liegt sie in dem dargestellten Ruhezustand plan an der Anlagefläche 83 des zweiten Sinterkörpers 82 an. Die Membran 108 ist aus einem fluiddichten Gummi o. ä. hergestellt. Der Kolben 96 und der Piezoaktuator 100 bilden, wie weiter unten ausgeführt ist, eine Einrichtung, mit der die Membran 108 in Richtung auf die Begrenzungsfläche 61 bewegt werden kann.

Die Kalibriereinrichtung 40 wird folgendermaßen eingesetzt:
Nach der Montage der Kalibriereinrichtung 40 am Kopf 28 des Einspritzmengenindikators 10 werden zunächst die Ventilschrauben 64 und 86 gelockert, so dass die entsprechenden Ventilkugeln 66 und 88 nicht in ihre Ventilsitze gedrückt werden. Dann wird über den Injektor eine größere Menge an Prüffluid, z. B. ein Prüföl, in die Messkammer 34 des Einspritzmengenindikators 10 eingeleitet. Von dort gelangt das Prüföl über den Fluidkanal 42 im Kopf 28 in den ersten Fluidkanal 52 im Gehäuseteil 48 der Kalibriereinrichtung 40. Das Prüföl durchströmt dann den zweiten Fluidkanal 54 und gelangt in die Ausnehmung 58, wo es den ersten Sinterkörper 60 und die Verdrängungskammer 63 durchströmt.

Aus der Ausnehmung 58 fließt das Prüföl über den dritten Fluidkanal 62, die beiden Stichkanäle 72 und 74 und den fünften Fluidkanal 76 in die Ausnehmung 78 im Gehäuseteil 50 und durchströmt dort den zweiten Sinterkörper 82. Aus der Ausnehmung 78 strömt das Prüföl über den sechsten Fluidkanal 84 ab und gelangt in die Kolbenkammer 94. Das Prüföl verlässt die Kalibriereinrichtung 40 über den siebten Fluidkanal 90 und die Einschraubverschraubung 92.

Durch dieses Durchströmen aller Fluidkanäle und Fluidräume der Kalibriereinrichtung 40 und des Einspritzmengenindikators 10 werden diese Fluidräume und Fluidkanäle gespült und entlüftet, d. h., es werden Verunreinigungen sowie insbesondere gasförmige Bestandteile aus dem Prüffluid in den Fluidkanälen und Fluidräumen entfernt. Dies ist besonders wichtig, um bei der eigentlichen Anwendung der Kalibriereinrichtung 40 ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erhalten, wie weiter unten noch im Detail ausgeführt ist. Die Entfernung von gasförmigen Bestandteilen, z. B. Luftblasen, aus den Sinterkörpern 60 und 82 wird dadurch erleichtert, dass das Prüföl dem jeweiligen Sinterkörper 60 bzw. 82 in seinem unteren Bereich zugeführt und von seinem oberen Bereich abgeführt wird.

Durch die Spülung der Fluidkanäle mit Prüföl werden Luftblasen mitgerissen und aus den Fluidwegen entfernt. Nach einer ausreichenden Dauer der Spülung wird die Ventilschraube 86 festgedreht, so dass die Ventilkugel 88 gegen den Ventilsitz gepresst wird. Hierdurch ist der sechste Fluidkanal 84 an seinem Ende verschlossen, d. h., dass die Verbindung nach außen über den siebten Fluidkanal 90 und die Einschraubverschraubung 92 unterbrochen ist. Außerdem wird auch die Ventilschraube 64 festgeschraubt, so dass die Ventilkugel 66 gegen den entsprechenden Ventilsitz gepresst wird. Hierdurch ist die Fluidverbindung zwischen den Fluidkanälen im Gehäuseteil 48 und den anderen Fluidkanälen im Gehäuseteil 50 unterbrochen. Außerdem wird auch die Einleitung von Prüföl durch den Injektor 30 in die Messkammer 34 des Einspritzmengenindikators 10 unterbrochen.

Nun beginnt der eigentliche Kalibriervorgang:
Der Piezoaktuator 100 wird von einer nicht dargestellten Ansteuerung so angesteuert, dass er den Kolben 96 gegen die Federkraft der Feder 98 nach oben verschiebt. Hierdurch wird das Prüföl aus der Kolbenkammer 94 durch den sechsten Fluidkanal 84 und den zweiten Sinterkörper 82 hindurch gegen die Membran 108 gedrückt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Membran 108 sich elastisch verformt und gegen die Begrenzungswand 61 der Ausnehmung im ersten Sinterkörper 60 gedrückt wird, bis sie an dieser flächig anliegt. Das in der Verdrängungskammer 63 vorhandene Prüffluid wird dabei durch den ersten Sinterkörper 60, den zweiten Fluidkanal 54 und den ersten Fluidkanal 52 aus der Kalibriereinrichtung 40 heraus und in den Fluidkanal 42 des Einspritzmengenindikators 10 gepresst.

Entsprechend strömt Prüföl in die Messkammer 34 im Einspritzmengenindikator und verdrängt dort den Kolben 20 nach unten. Dies wird wiederum vom Wegsensor 26 gemessen, der ein entsprechendes Signal an eine Verarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) abgibt. Aus dem Messsignal wird ein Weg bestimmt, um den sich der Kolben 20 bewegt hat, und aus der Kolbengeometrie wird ein Volumen berechnet.

Dieses aus dem Messwert ermittelte Prüfölvolumen wird mit dem tatsächlichen Prüfölvolumen verglichen. Dieses ist aufgrund des Aufbaus der Kalibriereinrichtung 40 exakt bekannt: Es entspricht nämlich exakt dem Volumen der Verdrängungskammer 63. Deren Volumen ist jedoch aus der Kontur der Begrenzungswand 61 im ersten Sinterkörper 60 exakt berechenbar. Aus dem Vergleich des gemessenen theoretischen Einspritzvolumens mit dem tatsächlichen Einspritzvolumen kann ein Korrekturfaktor ermittelt werden, der bei späteren Messungen der Einspritzmengen von Injektoren verwendet werden kann.

Es versteht sich, dass zur Feststellung eines nicht linearen Verhaltens des Einspritzmengenindikators 10 entweder unterschiedliche Kalibriereinrichtungen 40 verwendet werden können, die unterschiedlich große Verdrängungskammern 63 aufweisen, oder es kann das Gehäuseteil 50 vom Gehäuseteil 48 gelöst und der erste Sinterkörper 60 gegen einen anderen Sinterkörper 60 ausgetauscht werden, dessen Begrenzungsfläche eine Verdrängungskammer 63 mit einem anderen Volumen begrenzt.

Voraussetzung für die hohe Messgenauigkeit mit der vorliegenden Kalibriereinrichtung 40 ist ferner, dass sich in den Fluidkanälen und Fluidräumen der Kalibriereinrichtung 40 und des Einspritzmengenindikators 10 bei der Abgabe des Prüföls aus der Kalibriereinrichtung 40 in den Einspritzmengenindikator 10 keine gasförmigen und kompressiblen Bestandteile befinden. Derartige Bestandteile, z. B. Luftblasen, würden dazu führen, dass eine geringere Menge an Prüföl in die Messkammer 34 des Einspritzmengenindikators 10 gelangt, als eigentlich dem Volumen der Verdrängungskammer 63 entsprechen würde. Derartige gasförmige Bestandteile werden vor einer Messung durch die oben beschriebene Spülung der Fluidwege entfernt.

Die Kalibriereinrichtung 40 ermöglicht es also, ein bestimmtes Prüfölvolumen, welches dem Volumen der Verdrängungskammer 63 entspricht, reproduzierbar in die Messkammer 34 des Einspritzmengenindikators 10 einzuspritzen. Die Kalibrierung kann dabei unabhängig vom Injektor erfolgen. Hierdurch wird die mit dem Einspritzmengenindikator 10 mögliche Prüfgenauigkeit wesentlich erhöht.

Claims (13)

1. Vorrichtung (40) zum Kalibrieren von Einspritzmengenindikatoren (10), welche mit einem Einspritzmengenindikator (10) verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40) einem Volumengenerator mit einer Kammer (63) umfasst, in der ein definiertes Volumen an Prüffluid gesammelt und aus der das definierte Prüffluidvolumen reproduzierbar abgegeben werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumengenerator eine Verdrängungskammer (63) umfasst, welche bereichsweise durch eine bewegliche Wand (108) und im übrigen durch eine starre Begrenzungsfläche (61) begrenzt wird, wobei der Raum zwischen beweglicher Wand (108) und starrer Begrenzungsfläche (61) mit Prüffluid gefüllt werden kann und wobei eine Einrichtung (96, 100) vorhanden ist, welche die bewegliche Wand (108) in einem definierten Umfang in Richtung auf die starre Begrenzungsfläche (61) bewegen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand eine elastische, flexible und fluiddichte Membran (108) umfasst und eine Einrichtung (96, 100) vorhanden ist, welche die Membran gegen die starre Begrenzungsfläche beaufschlagen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (108) im Ruhezustand flächig an einer starren Anlagefläche (83) anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Begrenzungsfläche (61) begrenzter Körper (60) wenigstens bereichsweise offenporig porös ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Anlagefläche (83) begrenzter Körper (82) wenigstens bereichsweise offenporig porös ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper als zwei poröse Sinterkörper (60, 82), vorzugsweise aus Bronze, ausgebildet sind, zwischen denen die Membran (108) verklemmt ist, wobei die der Membran (108) zugewandte Begrenzungsfläche (61) bzw. Anlagefläche (83) mindestens eines Sinterkörpers (60, 82) mindestens bereichsweise eine im dem Sinterkörper (60) vorhandene Ausnehmung begrenzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Verdrängerkolben (96) umfasst, der bei einer Aktivierung ein Prüffluid verdrängt, welches die bewegliche Wand (108) beaufschlagt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Rückstelleinrichtung (98) umfasst, welche den Verdrängerkolben (96) in Richtung seiner Ruhestellung zurückbewegen kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Piezoaktuator (100) umfasst, der mit dem Verdrängerkolben (96) verbunden ist.

11. Vorrichtung (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine sperrbare Spül- und Entlüftungsleitung (62, 84) umfasst, die im geöffneten Zustand eine Spülung von Fluidwegen mit Prüffluid und die Entfernung kompressibler Gasanteile ermöglicht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Drucksensor, welcher den Druck in Fluidraum zwischen Verdrängerkolben (96) und Membran (108) erfasst, und eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, welche die Einrichtung (96, 100), die die bewegliche Wand (108) in einem definierten Umfang in Richtung auf die starre Begrenzungsfläche (61) bewegen kann, so ansteuert, dass vor jeder Einspritzung, wenn die bewegliche Wand an der Anlagefläche anliegt, im Wesentlichen eine gleiche, erste Druckdifferenz über der beweglichen Wand ansteht, und dass nach jeder Einspritzung, wenn die bewegliche Wand an der Begrenzungsfläche anliegt, im Wesentlichen jeweils eine gleiche, zweite Druckdifferenz über der beweglichen Wand ansteht, wobei die erste und die zweite Druckdifferenz gleich oder verscheiden sein können.

13. Einspritzmengenindikator (10) zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer (34), in welche Prüffluid von einem Einspritzsystem eingespritzt werden kann, und mit einer Erfassungseinrichtung, welche die Menge des eingespritzten Prüffluids erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kalibriervorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.