DE102006004543A1

DE102006004543A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Sprühleistung von Düsen, insbesondere von Common-Rail-Injektoren für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102006004543A1
Application number: DE200610004543
Authority: DE
Inventors: Stephan Wengerek; Horst Bruennet; Stefan Toussaint
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-02

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Sprühleistung von Düsen, insbesondere des Einspritzmengenniveaus von Common-Rail-Injektoren in Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, besteht eine wesentliche Besonderheit darin, dass der (die) aus einem oder mehreren Düsenaustritten (12, 13) austretende(n) Sprühstrahl(en) (15, 16) von einem Laser-Lichtband (19) durchsetzt wird (werden) und dass die Parameterkombination Partikelgröße/Partikelanzahl aus der hierzu jeweils proportionalen Abschattung des Laser-Lichtbandes (19) unter Verwendung des zuvor gemessenen hydraulischen Durchflusses ermittelt wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung mit einer mindestens eine Düse aufweisenden, druckflüssigkeitbeschickten Sprühvorrichtung (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, eingesetzt, aus deren Düsenaustritt(en) (12, 13) (jeweils) ein Sprühstrahl (15, 16) austritt. Eine wesentliche Besonderheit ist hier darin zu sehen, dass - jeweils seitlich des Sprühstrahls (15, 16) - auf der einen Seite ein ein Laser-Lichtband (19) abstrahlender Laser-Sender (17) und auf der anderen Seite ein Laser-Empfänger (18) angeordnet ist, derart, dass das Laser-Lichtband (19) vom Sprühstrahl (15, 16) durchsetzt wird und dass der Laser-Empfänger (18) eine Auswerteelektronik besitzt, welche die Intensität des empfangenen Laser-Lichtbandes (19) in zeitabhängige Signale umwandelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Es ist allgemein bekannter Stand der Technik, Kraftstoffeinspritzsysteme für Dieselmotoren mit sogenannten Common-Rail-Injektoren auszurüsten. Diese unterliegen – fertigungsbedingt – hinsichtlich ihres Einspritzmengenniveaus einer Streuung. Um das – von Stück zu Stück unterschiedliche – Einspritzmengenniveau der einzelnen Injektoren zu erfassen, müssen diese vor Verlassen des Werks sämtlich vermessen werden. Die Messergebnisse werden auf die Injektoren mittels Datamatrixcode gelasert. Um die Streuung der Injektoren untereinander an einem Motor zu verringern, werden die injektorspezifischen Codes in das Motorsteuergerät programmiert. In dem Motorsteuergerät ist das mittlere Kennfeld des Injektortypus hinterlegt. Damit kann das Motorsteuergerät die Injektoren spezifisch länger oder kürzer ansteuern und somit alle Injektoren an einem Motor auf das gleiche Einspritzmengenniveau einstellen.

Die in Rede stehenden Messungen werden bislang auf so genannten Einspritzmengenindikator-Prüfbänken durchgeführt. Die bekannte Messmethode erweist sich dadurch als anlagentechnisch sehr aufwändig. Die benötigten Prüfeinrichtungen sind teuer und erfordern einen hohen Personalaufwand für Bedienung, Wartung und Instandhaltung. Das Messprinzip über einen bewegten Kolben ist anfällig für Mehrfach-Oszillationen und erfordert deshalb Mehrfachmessungen, um einen zuverlässigen Mittelwert an einem Prüfpunkt zu erhalten. Die Auflösung des Einspritzmengenindikators ist gerade für kleine Voreinspritzmengen unbefriedigend. Spannstellenunterschiede wurden ebenfalls beobachtet.

Aufgabe der Erfindung ist es, den bisher erforderlichen Messaufwand merkbar zu verringern.

Vorteile der Erfindung

In verfahrenstechnischer Hinsicht löst die Erfindung die gestellte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können den Patentansprüchen 2 und 3 entnommen werden.

In gegenständlicher Hinsicht wird die Aufgabe gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.

Weiterbildungen des gegenständlichen Teils der Erfindung enthalten die Patentansprüche 5–10.

Da das erfindungsgemäße Laser-Lichtband vom Sprühstrahl der Düse gewissermaßen durchkreuzt wird, entsteht in dem Laser-Lichtband eine Abschattung, die von dem Laser-Lichtband-Receiver (Laser-Empfänger) erfasst und – über eine Auswerteelektronik – in zeitabhängige Signale umgewandelt wird. Die Abschattung und damit das vom Receiver erzeugte Signal ist proportional zur Anzahl und Größenverteilung der Teilchen im Sprühstrahl (Volumenstrom). Da der hydraulische Durchfluss der zu messenden Düsen, z. B. jeder einzelnen Common-Rail-Injektordüse, über entsprechende vorherige Prüfungen bekannt ist, läßt sich auf diese Weise ohne großen Aufwand die von der betreffenden Düse erbrachte Leistung, z. B. die von einem Injektor abgegebene Kraftstoff-Einspritzmenge über den Verlauf des erfassten Abschattungssignals und mit der Information des hydraulischen Durchflusses ermitteln.

Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im Folgenden detailliert beschrieben werden. Es zeigt:
1 – in schematischer Darstellung und ausschnittsweise – eine Common-Rail-Injektor-Prüfspannstelle,
2 die Einzelheit „A" aus 1 in gegenüber 1 vergrößerter Darstellung,
3 eine Prinzipdarstellung eines sogenannten „Keyence-Laser-Lichtbandes", und
4 – in Diagramm-Darstellung – den (erwarteten) Signalverlauf bei einer Kraftstoff-Voreinspritzung in den Brennraum eines Dieselmotors, aufgetragen in der elektrischen Spannungseinheit (Volt) über der Zeit (in Mikrosekunden).
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Common-Rail-Injektor-Prüfspannstelle, die als an sich bekannt vorausgesetzt werden kann, so dass hier auf eine detaillierte Darstellung und Funktionsbeschreibung der einzelnen Bestandteile weitgehend verzichtet werden konnte.
Es bezeichnet 10 einen über eine Hochdruckleitung 11 mit Prüföl gespeisten Injektor, der (im Betrieb einer Brennkraftmaschine, z. B. eines Dieselmotors) die Funktion hat, Kraftstoff in exakt dosierter Menge zum optimalen Zeitpunkt in den Brennraum des betreffenden Zylinders (nicht dargestellt) einzuspritzen. Konstruktiver Aufbau, Funktionsweise und Steuerung des Injektors 10 (z. B. mittels Elektromagnet oder Piezoaktor) können als bekannt vorausgesetzt werden, so dass auf eine detaillierte Darstellung des Injektors 10 verzichtet wurde und sich auch eine in Einzelheiten gehende Beschreibung desselben erübrigt.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, besitzt der Injektor 10 an seinem unteren Ende zwei in einem stumpfen Winkel zueinander stehende Düsenaustritte 12, 13, die durch eine von einem Streuerungsteil 28 (s. 1) angesteuerte Düsennadel 14 verschließbar sind. Im Öffnungszustand treten aus den Düsenaustritten 12, 13 zwei mit 15 und 16 bezifferte Sprühstrahlen aus.
Es handelt sich hier nur um ein schematisch dargestelltes Beispiel. So kann es in der Praxis durchaus zweckmäßig sein, mehr als nur zwei Düsenaustritte vorzusehen, die entsprechend mehrere Sprühstrahlen erzeugen.
Wie des Weiteren insbesondere aus 2 hervorgeht, besteht eine wesentliche Besonderheit der in 1 (teilweise) dargestellten Messanordnung darin, dass unterhalb des Injektors 10, beidseitig der einen stumpfen Winkel einschließenden Sprühstrahlen 15, 16 einerseits (in 1 und 2 linksseitig) ein als Laser-Sender 17 ausgestalteter Computer und andererseits (in 1 und 2 rechtsseitig) ein Laser-Empfänger 18 angeordnet ist. Der Laser-Sender 17 sendet ein Laser-Lichtband 19, vorzugsweise ein so genanntes Keyence-Laserlichtband (s. hierzu 3 und die zugehörige Beschreibung), aus, welches quer zur Längsachse des Injektors 10 gerichtet ist und vom Laser-Empfänger 18 aufgenommen wird. Aufgrund der beschriebenen Konstellation von Laser-Lichtband 19 und Sprühstrahlen 15,16 wird das Laser-Lichtband 19 von den Sprühstrahlen 15, 16 durchsetzt bzw. das Laser-Lichtband 19 durchsetzt die Sprühstrahlen 15, 16. Hierdurch kommt es zu einer Abschattung des Laser-Lichtbandes 19, die vom Laser-Empfänger 18 wahrgenommen und in ein zeitabhängiges Ausgangssignal (s. 4) umgewandelt wird. Hierbei wird die Besonderheit ausgenutzt, dass die Laser-Lichtband-Abschattung und damit das vom Laser-Empfänger 18 erzeugte Ausgangssignal zum einen mit sich verringernder Größe und zum anderen mit steigender Anzahl der Partikel, aus denen die Sprühstrahlen 15, 16 bestehen, wächst. Das bedeutet: Die Kombination kleiner Partikeldurchmesser und einer großen Partikelanzahl produziert das beste Ausgangssignal. Im Falle eines Common-Rail-Einspritzsystems handelt es sich um sehr kleine Partikeldurchmesser und eine große Partikelanzahl des Sprays durch die feine Zerstäubung in Folge des hohen Einspritzdruckes.
Um die vom Injektor 10 zum jeweiligen Zeitpunkt erbrachte Sprühmenge (Einspritzmenge) anhand des vom Laser-Empfänger 18 über eine geeignete Auswerteelektronik (nicht gezeigt) erzeugten Ausgangssignals (s. 4) zu ermitteln, bedarf es einer vorherigen Messung des hydraulischen Durchflusses, die unproblematisch ist.
Eine (weitere) Besonderheit der aus 1 und 2 ersichtlichen Messanordnung besteht darin, dass die unmittelbare Messstelle am Düsenaustrittsbereich des Injektors 10 von einem Gehäuse 20 umgeben ist. Hierbei reicht ein oberer Gehäuseteil 21 von oben bis unmittelbar an das Laser-Lichtband 19 heran (s. insbesondere 2). Ein unterer Gehäuseteil 22 (s. 1) erstreckt sich von unten ebenfalls bis an das Laser-Lichtband 19 heran. Er übernimmt die Rückführung des versprühten Prüföls, und zwar derart, dass kein zerstäubtes Prüföl wieder aufsteigen, dadurch die Intensität des Laser-Lichtbandes 19 verringern bzw. die Abschattung verstärken und – als Folge davon – das Messergebnis verfälschen kann.
3 zeigt das Prinzip eines sogenannten Keyence-Laser-Lichtbandes, das durch den Laser-Sender 17, vorliegend ein Halbleiterlaser, generiert wird und – wie auch schon in 1 und 2 – mit 19 bezeichnet ist. Das Laserlicht verlässt den Laser-Sender 17 zunächst in fächerförmig divergierender Form 23 und wird dann durch zwei vorgeschaltete Linsen 24, 25 in einen (Haupt-)Abschnitt 26 gleichbleibender Breite gebündelt. Dem Laser-Empfänger 18 (Lichtempfangselement) ist eine Linse 27 vorgeschaltet, die das Laser-Lichtband 19 – in konvergierender Fächerform – auf den Laser-Empfänger 18 fokussiert.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Sprühleistung von Düsen, insbesondere des Einspritzmengenniveaus von Common-Rail-Injektoren in Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) aus einem oder mehreren Düsenaustritten (12, 13) austretende(n) Sprühstrahlen) (15, 16) von einem Laser-Lichtband (19) durchsetzt wird (werden) und dass die Parameterkombination Partikelgröße/Partikelanzahl aus der hierzu jeweils proportionalen Abschattung des Laser-Lichtbandes (19) unter Verwendung des zuvor gemessenen hydraulischen Durchflusses ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den (die) Sprühstrahl(en) (15, 16) durchsetzende Laser-Lichtband (19) in einem Laser-Empfänger (18) in zeitabhänige Ausgangssignale umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zur Bestimmung des Einspritzmengenniveaus von Common-Rail-Injektoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattung des Laser-Lichtbandes (19) an verschiedenen, zuvor bestimmten Betriebspunkten des Common-Rail-Injektors (10) ermittelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer mindestens einen Düsenaustritt (12, 13) aufweisenden, druckflüssigkeitsbeschickten Sprühvorrichtung (10), insbesondere Common-Rail-Injektor, aus deren Düsenaustritten) (12, 13) (jeweils) ein Sprühstrahl (15, 16) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass – jeweils seitlich des Sprühlstrahls (15, 16) – auf der einen Seite ein ein Laser-Lichtband (19) abstrahlender Laser-Sender (17) und auf der anderen Seite ein Laser-Empfänger (18) angeordnet ist, derart, dass das Laser-Lichtband (19) vom Sprühstrahl (15, 16) durchsetzt wird, und dass der Laser-Empfänger (18) eine Auswerteelektronik besitzt, welche die Intensität des empfangenen Laser-Lichtbandes (19) in zeitabhängige Signale umwandelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Laser-Sender (17) und Laser-Empfänger (18) unterhalb der Sprühvorrichtung (10) und symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zu deren Längsachse angeordnet sind, derart, dass das Laser-Lichtband (19) rechtwinklig zur Längsachse der Sprühvorrichtung (10) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laser-Lichtband (19) ein an sich bekanntes „Keyence-Laser-Lichtband" ist (3).
Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6 mit einem Common-Rail-Injektor (10) als Sprühvorrichtung, dessen Düsenkörper gegenüberliegende Düsenaustritte besitzt, aus denen voneinander divergierende, einen Winkel bildende Sprühstrahlen austreten, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des von den Sprühstrahlen (15, 16) eingeschlossenen Winkels einerseits der das Laser-Lichtband (19) abgebende Laser-Sender (17) und andererseits der Laser-Empfänger (18) angeordnet ist, derart, dass das Laser-Lichtband (19) gleichzeitig von den Sprühstrahlen (15, 16) durchsetzt wird (2).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbare Messstelle am Düsenaustrittsbereich (12, 13) von einem Gehäuse (20) umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) zweiteilig ausgebildet ist, derart, dass sich ein oberer Gehäuseteil (21) von oben bis unmittelbar an das Laser-Lichtband (19) und ein unterer Gehäuseteil (22) von unten ebenfalls bis an das Laser-Lichtband (19) heran erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Gehäuseteil (22) zur Rückführung des versprühten Prüföls dient, derart, dass ein Wiederaufsteigen bereits versprühten Prüföls in den Bereich des Laser-Lichtbandes (19) verhindert wird.