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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
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Einspritzventile sind aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftwagen, hinlänglich bekannt. Derartige Einspritzelemente, welche üblicherweise auch als Injektoren bezeichnet werden, werden üblicherweise zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff verwendet. Dabei wird der Kraftstoff beispielsweise in einen jeweiligen Brennraum, insbesondere in der Form eines Zylinders, direkt eingespritzt. Ferner ist es bekannt, den Kraftstoff mittels eines solchen Einspritzelements auch in ein Saugrohr stromauf der Brennräume einzuspritzen.
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Im Brennraum bildet der Kraftstoff mit Luft ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches im Rahmen eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird. Die Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft wirkt sich dabei besonders stark auf die darauffolgende Verbrennung aus. Diese Vermischung wiederum wird – insbesondere bei der Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum – maßgeblich von der durch das Einspritzelement bewirkten Einspritzung beeinflusst. Durch die entsprechende Gestaltung der Einspritzung von Kraftstoff kann somit ein effizienter und in der Folge emissions- und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, ein sogenanntes Strahlbild des Einspritzelements zu überprüfen. Zu dem Strahlbild kommt es, wenn mittels des Einspritzelements eine Einspritzung von Kraftstoff bewirkt wird.
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Das Einspritzelement strahlt über wenigstens eine Austrittsöffnung einen Flüssigkeitsstrahl entlang einer sogenannten Düsenachse des Einspritzelements aus, wobei sich der Flüssigkeitsstrahl entlang der Düsenachse von der Austrittsöffnung und somit von dem Eintrittselement weg unter Ausbildung des Strahlbilds ausbreitet.
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Durch die Erfassung und Überprüfung des Strahlbilds kann das Einspritzelement überprüft werden. Insbesondere ist es möglich, den Einfluss unterschiedlicher Strahlbilder von unterschiedlichen Einspritzelementen auf die Durchmischung des Kraftstoffs mit der Luft und somit auf die Realisierbarkeit eines kraftstoff- und emissionsarmen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine zu untersuchen. Ferner ist es beispielsweise durch das Erfassen des Strahlbilds möglich, Änderungen des Einspritzelements zu erfassen, welche beispielsweise durch über die Lebensdauer des Einspritzelements auftretenden Verschleiß bewirkt werden.
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Der
DE 10 2004 011 169 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine als bekannt zu entnehmen, wobei das Strahlbild mittels eines Lichtschnittverfahrens überprüft wird. Zum Überprüfen des Strahlbilds wird mittels des Einspritzelements unter Ausbildung eines vom Einspritzelement entlang einer Düsenachse ausgestrahlten und sich entlang der Düsenachse vom Einspritzelement weg ausbreitenden Flüssigkeitsstrahls eine Einspritzung von Flüssigkeit durchgeführt. Bei der Flüssigkeit kann es sich um den flüssigen Kraftstoff oder um eine anderweitige, vom flüssigen Kraftstoff unterschiedliche Flüssigkeit handeln, welche üblicherweise als Ersatzflüssigkeit bezeichnet wird. Zum Überprüfen des Strahlbilds wird mittels wenigstens eines Laserstrahls das Lichtschnittverfahren durchgeführt. Ein solches Lichtschnittverfahren ist grundsätzlich aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Im Rahmen eines solchen Lichtschnittverfahrens werden Lichtschnittbilder des Flüssigkeitsstrahls erfasst. Die Lichtschnittbilder charakterisieren das Strahlbild, welches somit anhand der Lichtschnittbilder überprüft werden kann.
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Die
DE 10 2004 011 169 A1 offenbart ferner ein Verfahren zum Erfassen eines Strahlbilds eines Fluidstrahls, insbesondere eines Einspritzstrahls bei einem Einspritzventil. Dabei ist vorgesehen, dass ein Punktlichtstrahl erzeugt wird, welcher den Fluidstrahl durchläuft. Der Punktlichtstrahl wird in dem Fluidstrahl verschoben, wobei mittels eines Sensors eine Intensität des Punktlichtstrahls beim Durchlaufen des Fluidstrahls aufgenommen wird.
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Aus der
DE 27 01 777 A1 ist eine Anordnung zur Erfassung der Spritzzeit an Einspritzventilen und Einspritzdüsen und zur Ermittlung des Strahlquerschnitts bekannt. Dabei trifft ein Laserstrahl an einer Mündung der Düse tangierend auf einen lichtempfindlichen Sensor, wo er in proportional elektrische Signale gewandelt wird und in einem elektronischen Auswertegerät dargestellt wird.
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Die
DE 199 17 583 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen des Spritzbildes einer Kraftstoffeinspritzdüse, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Lichtstrahls. Die Strahlengänge des ersten und des zweiten Lichtstrahls verlaufen dabei schräg zueinander. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Erfassen des ersten und des zweiten Lichtstrahls, wobei die Einrichtung jeweils ein Signal beim Unterbrechen eines der Lichtstrahlen ausgibt. Es ist eine Einrichtung zum Drehen der Kraftstoffeinspritzdüse und des ersten und des zweiten Lichtstrahls relativ zueinander vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen der Position der Kraftstoffeinspritzdüse relativ zur Position des ersten und des zweiten Lichtstrahls, wobei diese Einrichtung ein Positionssignal ausgibt. Es ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die mit der Einrichtung zum Erfassen des ersten und des zweiten Lichtstrahls und der Einrichtung zum Erfassen der Position der Kraftstoffeinspritzdüse relativ zur Position des ersten und des zweiten Lichtstrahls verbunden ist, um die Strahllage eines Einspritzstrahls der Kraftstoffeinspritzdüse aus einer Position der Kraftstoffeinspritzdüse bei der Unterbrechung des ersten Lichtstrahls durch den Einspritzstrahl, einer Position der Kraftstoffeinspritzdüse bei der Unterbrechung des zweiten Lichtstrahls durch den Einspritzstrahl und der Lage des ersten und des zweiten Lichtstrahls zueinander zu bestimmen.
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Aus der
DE 10 2010 011 580 A1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen und Vermessen eines Flüssigkeitsstrahls bekannt, welche eine Flüssigkeitsquelle umfasst. Die Flüssigkeitsquelle stellt eine Flüssigkeit unter einem bestimmten Ausgangsdruck bereit. Die Vorrichtung umfasst eine Fokussierungseinrichtung zum Formen und Abgeben des Flüssigkeitsstrahls entlang einer Strahllängsachse. Die Vorrichtung umfasst ferner eine in axialem Abstand von der Fokussierungseinrichtung positionierte oder positionierbare Strahlmesseinrichtung. Dabei ist die Strahlmesseinrichtung dazu ausgebildet, den Flüssigkeitsstrahl hinsichtlich seiner Geometrie und seines Verlaufs bezüglich einer Sollachse zu erfassen.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2005 010 847 B4 eine Messvorrichtung für aus einer Austrittsöffnung austretende Flüssigkeiten mit einem ein Messsignal aussendenden Sender und einem dieses Messsignal empfangenden Empfänger. Der Sender und der Empfänger sind so zueinander angeordnet, dass die austretende Flüssigkeit das Messsignal durchquert und dadurch eine Änderung des im Empfänger empfangenen Messsignals bewirkt. Darüber hinaus ist eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Messsignale vorgesehen. Der Sender und der Empfänger sind seitlich neben der Austrittsöffnung so angeordnet, dass das Messsignal im Wesentlichen parallel zu der Richtung der austretenden Flüssigkeit emittiert und nachgewiesen wird. Das Messsignal wird mittels optischer Komponenten so umgelegt, dass es quer zu der Austrittsöffnung vor dieser verläuft.
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen allesamt eine nur unzureichend präzise Erfassung und Überprüfung des Strahlbilds.
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Die
EP 2 407 662 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements. Die Vorrichtung umfasst eine Halteeinrichtung, mittels welcher das Einspritzelement in einer vorgebbaren Position zu Halten ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Betätigungseinrichtung, mittels welcher das Einspritzelement betätigbar ist, um dadurch ein Austreten einer Flüssigkeit zu bewirken. Schließlich umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Aussenden von Licht und eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Licht.
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Aus der
DE 199 04 319 A1 ist ein Druckkammerprüfstand zur Untersuchung von Einspritzabläufen an Verbrennungskraftmotoren bekannt, mit einer einsehbaren und mit einer Einspritzdüse für druckbeaufschlagten Kraftstoff versehenen Druckkammer, die zur Versorgung mit konditionierter Druckluft mit einem Kompressor und einer Heizvorrichtung gekoppelt ist. Ferner ist eine Kamera zum chronologisch optischen Erfassen eines Einspritzablaufs vorgesehen. Der Druckkammerprüfstand umfasst ferner eine Beleuchtungseinrichtung für den Einspritzstrahl. Dabei ist es vorgesehen, dass zum Erfassen des Einspritzablaufs eine mit einer Signalsteuereinheit eines Rechners, die mit einer Endstufensteuerung für die Einspritzdüse verbunden ist, gekoppelte, ansteuerbare hochauflösende Kamera eingesetzt ist, deren Bilder digitalisiert und in einer Messwerterfassungseinheit abrufbar ablegbar sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders präzise Überprüfung des Strahlbilds realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weitebildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Verfahren wird mittels des Einspritzelements unter Ausbildung eines vom Einspritzelement entlang einer Düsenachse ausgestrahlten und sich entlang der Düsenachse vom Einspritzelement weg ausbreitenden Flüssigkeitsstrahls eine Einspritzung von Flüssigkeit durchgeführt. Ferner wird mittels wenigstens eines Laserstrahls ein Lichtschnittverfahren durchgeführt. Im Rahmen des Lichtschnittverfahrens werden Lichtschnittbilder des Flüssigkeitsstrahls erfasst. Diese Lichtschnittbilder charakterisieren das Strahlbild des Flüssigkeitsstrahls, so dass das Strahlbild in Abhängigkeit von den Lichtschnittbildern überprüft werden kann.
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Um nun eine besonders hohe Präzision und Auflösung zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der mit der Düsenachse einen Winkel mit einem Winkelwert von 90° einschließende Laserstrahl unter Beibehaltung des Winkelwerts von 90° zumindest über einen Teilbereich einer von einer Austrittsöffnung des Einspritzelements entlang der Düsenachse verlaufenden Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls relativ zu diesem entlang der Düsenachse bewegt wird. Mit anderen Worten weist der Flüssigkeitsstrahl infolge der Einspritzung eine Erstreckung auf, welche von der Austrittsöffnung bis zu einem entlang der Düsenachse davon beabstandeten Ende des Flüssigkeitsstrahls reicht. Der Laserstrahl wird nun entlang der Düsenachse, welche üblicherweise auch als Längsachse des Flüssigkeitsstrahls bezeichnet wird, zumindest über einen Teil bzw. einen Teilbereich dieser Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls bewegt, wobei der Laserstrahl mit der Düsenachse stets den Winkel mit dem Winkelwert von zumindest im Wesentlichen 90° einschließt.
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Bei dem Verfahren wird der Laserstrahl mittels einer Optik einer Optikeinrichtung zu einem Lichtschnitt aufgespannt, wobei der Lichtschnitt entlang der Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls bewegt wird. Ferner erstreckt sich der Lichtschnitt in jeweiligen Lichtschnittebenen, die sich wiederum senkrecht zur Düsenachse erstrecken. Zum Erfassen der Lichtschnittbilder in den jeweiligen Lichtschnittebenen wird wenigstens eine Kamera verwendet, deren optische Achse zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Lichtschnittebenen verläuft.
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Hierdurch können besonders vorteilhafte Lichtschnittbilder des Flüssigkeitsstrahls erfasst werden, so dass das Strahlbild mit einer besonders hohen Präzision und Auflösung ermittelt werden kann. In der Folge können das Strahlbild und somit das Einspritzelement insgesamt besonders gut hinsichtlich ihrer Eignung bewertet werden, eine gewünschte Durchmischung des Kraftstoffs mit Luft zu bewirken und in der Folge einen emissions- und kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Ferner ist es besonders gut möglich, infolge der hohen Präzision und Auflösung eine beispielsweise durch Verschleiß bewirkte Änderung der Funktion des Einspritzelements während seiner Lebensdauer zu erfassen. Dabei wird der Laserstrahl unter Erfassung von Lichtschnittbildern zumindest über den Teilbereich bewegt.
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In erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird der Laserstrahl unter Beibehaltung des Winkelwerts über die gesamte von der Austrittsöffnung entlang der Düsenachse verlaufende Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls relativ zu diesem entlang der Düsenachse bewegt. Hierdurch kann der zumindest im Wesentlichen gesamte Flüssigkeitsstrahl vermessen und durch die Lichtschnittbilder erfasst sowie abgebildet werden, so dass besonders präzise und umfangreiche Aussagen darüber getroffen werden können, ob sich bei der Einspritzung von Kraftstoff ein gewünschtes bzw. vorteilhaftes Strahlbild einstellt.
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Eine besonders präzise Überprüfung des Strahlbilds ist realisierbar, wenn das Lichtschnittverfahren mittels wenigstens eines zweiten Laserstrahls durchgeführt wird. Die Lichtschnittbilder werden somit mittels des ersten als auch mittels des zweiten Laserstrahls erfasst. Dabei wird der mit der Düsenachse einen zweiten Winkel mit einem zweiten Winkelwert von 90° einschließenden Laserstrahl unter Beibehaltung des zweiten Winkelwerts und unter Erfassen von Lichtschnittbildern zumindest über den Teilbereich der von der Austrittsöffnung entlang der Düsenachse verlaufenden Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls relativ zu diesem entlang der Düsenachse bewegt. Durch die Verwendung wenigstens zweier Laserstrahlen kann das Phänomen der sogenannten Extinktion vermieden werden, so dass besonders genaue Lichtschnittbilder erfasst werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zum Erzeugen der Laserstrahlen eine jeweilige Laserstrahlquelle verwendet wird. Hierdurch können etwaige Fehler und/oder Ungenauigkeiten der den ersten Laserstrahl erzeugenden Laserstrahlquelle durch die den zweiten Laserstrahl erzeugende Laserstrahlquelle ausgeglichen werden und umgekehrt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zum Erzeugen beider Laserstrahlen eine den Laserstrahlen gemeinsame Laserstrahlquelle verwendet. Die Laserstrahlquelle strahlt dabei einen dritten Laserstrahl aus, der in den ersten und zweiten Laserstrahl aufgeteilt wird. Das Verfahren kann somit besonders bauraum- und kostengünstig durchgeführt werden, da zur Erzeugung sowohl des ersten als auch des zweiten Laserstrahls die eine Laserstrahlquelle verwendet wird.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zum Erfassen der Lichtschnittbilder in jeweiligen Lichtschnittebenen im Rahmen des Lichtschnittverfahrens wenigstens eine Kamera, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitskamera, verwendet wird, deren optische Achse zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Lichtschnittebenen verläuft. Diese Ausrichtung der Kamera ermöglicht die Erfassung besonders präziser und verzerrungsfreier Lichtschnittbilder, anhand derer das Strahlbild besonders gut überprüft und ausgewertet werden kann. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass anhand der Lichtschnittbilder ein dreidimensionales Bild des Flüssigkeitsstrahls ermittelt wird. Das dreidimensionale Bild des Flüssigkeitsstrahls stellt somit das dreidimensionale Strahlbild dar, welches aufgrund seiner Dreidimensionalität besonders präzise und anschaulich überprüft werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, mittels des Einspritzelements unter Ausbildung eines vom Einspritzelement entlang einer Düsenachse ausgestrahlten und sich entlang der Düsenachse vom Einspritzelement weg ausbreitenden Flüssigkeitsstrahls eine Einspritzung von Flüssigkeit zu bewirken und mittels wenigstens eines Laserstrahls ein Lichtschnittverfahren zum Erfassen von Lichtschnittbildern des Flüssigkeitsstrahls durchzuführen.
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Zur Realisierung einer besonders präzisen und hochauflösenden Überprüfung des Strahlbilds ist es beim zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, den mit der Düsenachse einen Winkel mit einem Winkelwert von 90° einschließenden Laserstrahl unter Beibehaltung des Winkelwerts zumindest über einen Teilbereich einer von einer Austrittsöffnung des Einspritzelements entlang der Düsenachse verlaufenden Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls relativ zu diesem entlang der Düsenachse zu bewegen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Durch die Bewegung des Laserstrahls zumindest über den Teilbereich und der damit einhergehenden Beibehaltung des Winkelwerts von 90° kann das Strahlbild anhand der Lichtschnittbilder besonders präzise sowie mit einer sehr hohen Auflösung ermittelt werden. In der Folge ist es besonders gut möglich zu ermitteln, ob mittels des Einspritzelements ein vorteilhaftes Strahlbild erzeugt wird, welches zu einem emissions- und kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine führt.
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Ferner ist eine Optikeinrichtung mit einer Optik zum Aufspannen des Laserstrahls zu einem entlang der Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls zu bewegenden und sich in jeweiligen sich senkrecht zur Düsenachse erstreckenden Lichtschnittebenen erstreckenden Lichtschnitt vorhanden. Ferner ist zum Erfassen der Lichtschnittbilder in den jeweiligen Lichtschnittebenen wenigstens eine Kamera vorhanden, deren optische Achse zumindest im wesentlichen senkrecht zu den Lichtschnittebenen verläuft.
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Im Rahmen der Überprüfung des Strahlbilds kann als die Flüssigkeit der flüssige Kraftstoff verwendet und eingespritzt werden. Dadurch können beim Überprüfen des Strahlbilds Rahmenbedingungen geschaffen werden, die den Randbedingungen, die für das Einspritzelement im in der Verbrennungskraftmaschine verbauten Zustand vorliegen, besonders nahe kommen. Alternativ dazu ist es möglich, als die Flüssigkeit eine vom flüssigen Kraftstoff unterschiedliche Ersatzflüssigkeit zu verwenden, um dadurch beispielsweise die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu vermeiden und/oder Ressourcen zu schonen. Die Ersatzflüssigkeit ähnelt vorzugsweise insbesondere hinsichtlich der Dichte und/oder Viskosität dem Kraftstoff, um aussagekräftige Ergebnisse realisieren zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine, wobei zum Überprüfen des Strahlbilds ein Lichtschnittverfahren mittels zweier Laserstrahlen durchgeführt wird, welche mit einer Düsenachse eines vom Einspritzelement ausgestrahlten Flüssigkeitsstrahls einen Winkel mit einem Winkelwert von 90° einschließen und unter Beibehaltung des Winkelwerts und unter Erfassung von Lichtschnittbildern des Flüssigkeitsstrahls zumindest über einen Teilbereich einer Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls relativ zu diesem entlang der Düsenachse bewegt werden.
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Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung zum Überprüfen eines Strahlbilds eines Einspritzelements 12 zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine. Mit anderen Worten dient die Vorrichtung 10 zum Durchführen eines Verfahrens zum Überprüfen des Strahlbilds des Einspritzelements 12.
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Das Einspritzelement 12 wird auch als Injektor bezeichnet und dient dazu, flüssigen Kraftstoff in einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum der als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine direkt einzuspritzen. Zum Bewirken einer Einspritzung von Flüssigkeit wie beispielsweise dem Kraftstoff weist das Einspritzelement 12 wenigstens eine Austrittsöffnung auf, über welche die Flüssigkeit bzw. der Kraftstoff aus dem Einspritzelement 12 austreten kann. Bei einer Einspritzung der Flüssigkeit bzw. des Kraftstoffes wird die Flüssigkeit bzw. der Kraftstoff unter Druck aus der Austrittsöffnung entlang einer Düsenachse ausgestrahlt, wobei sich der Flüssigkeitsstrahl entlang der Düsensachse ausgehend von der Austrittsöffnung vom Einspritzelement 12 weg ausbreitet. Je nach Ausgestaltung des Einspritzelements 12, beispielsweise je nach Anzahl an Austrittsöffnungen und/oder nach Größe der Austrittsöffnungen sowie nach Anordnung der Austrittsöffnungen, bildet sich ein Flüssigkeitsstrahl mit einem jeweiligen Strahlbild aus. Dieses jeweilige Strahlbild wirkt sich auf eine Durchmischung der Flüssigkeit und insbesondere des Kraftstoffs mit Luft aus. Diese Durchmischung wiederum spielt eine wichtige Rolle bei der Verbrennung des Kraftstoffes mit der Luft, von der ein effizienter und somit emissions- und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine abhängt. Die Vorrichtung 10 kann somit insbesondere dazu dienen, unterschiedliche Einspritzelemente 12 zu überprüfen und zu ermitteln, ob sich mittels der überprüften Einspritzelemente 12 ein effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prüfkammer 14, an der das Einspritzelement 12 gehalten ist und in die die Flüssigkeit und insbesondere der Kraftstoff eingespritzt werden. Mittels der Prüfkammer 14 kann die Ausbreitung des Kraftstoffs in Grenzen gehalten werden, so dass ein unkontrollierter Austritt von unverbrannten Kohlenwasserstoffen vermieden werden kann.
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In der Figur ist die Düsenachse, entlang welcher die Einspritzung des Kraftstoffs erfolgt und entlang welcher sich der Flüssigkeitsstrahl ausbreitet, mit einem Doppelpfeil 16 veranschaulicht.
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Um das Strahlbild zu überprüfen, wird mittels des Einspritzelements 12 unter Ausbildung des vom Einspritzelement 12 entlang der Düsenachse ausgestrahlten und sich entlang der Düsensachse vom Einspritzelement 12 weg ausbreitenden Flüssigkeitsstrahls wenigstens eine Einspritzung der Flüssigkeit bzw. des Kraftstoffes durchgeführt. Ferner wird mittels zweier Laserstrahlen 18, 20 ein Lichtschnittverfahren durchgeführt, in dessen Rahmen Lichtschnittbilder des Flüssigkeitsstrahls erfasst werden. In Abhängigkeit von diesen Lichtschnittbildern kann das Strahlbild als dreidimensionales Bild ermittelt und somit besonders präzise und mit einer hohen Auflösung überprüft werden. Zum Erzeugen der Laserstrahlen 18, 20 wird eine den Laserstrahlen 18, 20 gemeinsame Lichtquelle in Form eines Lasers 22 der Vorrichtung 10 verwendet. Mittels des Lasers 22 wird ein dritter Laserstrahl 24 erzeugt. Der dritte Laserstrahl 24 wird mittels einer Aufteilungseinrichtung 26 der Vorrichtung 10 in die beiden Laserstrahlen 18, 20 aufgeteilt, wobei – wie aus der Figur zu erkennen ist – der zweite Laserstrahl 20 mittels jeweiliger Spiegel 28 der Vorrichtung 10 umgelenkt wird, so dass der zweite Laserstrahl 20 dem ersten Laserstrahl 18 entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten werden die Laserstrahlen 18, 20 zueinander entgegengesetzt in den Flüssigkeitsstrahl, welcher üblicherweise auch als Spray bezeichnet wird, eingekoppelt. Auch die Aufteilungseinrichtung 26 kann wenigstens einen Spiegel 28 umfassen, mittels welchem der zweite Laserstrahl 20 entsprechend abgelenkt wird.
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Anstelle des den Laserstrahlen 18, 20 gemeinsamen Lasers 22 kann auch ein jeweiliger Laser zum Erzeugen der Laserstrahlen 18, 20 verwendet werden. Mit anderen Worten werden die Laserstrahlen 18, 20 mittels jeweiliger, zueinander synchroner Laser erzeugt. Durch das Verwenden der wenigstens zwei Laserstrahlen 18, 20 kann eine besonders gleichmäßige Beleuchtung für das Lichtschnittverfahren realisiert werden. Darüber hinaus kann das Auftreten von Extinktion vermieden werden.
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Mittels jeweiliger Scanner 30, 32, wobei der Scanner 30 dem ersten Laserstrahl 18 und der Scanner 32 dem zweiten Laserstrahl 20 zugeordnet ist, werden die Laserstrahlen 18, 20 unter Erfassung der Lichtschnittbilder vorliegend über die gesamte, von der Austrittsöffnung entlang der Düsenachse verlaufende Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls relativ zu diesem entlang der Düsenachse bewegt. Mit anderen Worten werden die Laserstrahlen 18, 20 vom Düsenaustritt bis zum Sprayende bewegt, so dass der Flüssigkeitsstrahl vom Düsenaustritt bis zu seinem Ende mittels der Laserstrahlen 18, 20 durchleuchtet wird.
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Hierzu umfassen die Scanner 30, 32 beispielsweise jeweils wenigstens einen schnell rotierenden Spiegel, auf den die Laserstrahlen 18, 20 geleitet werden und der die jeweiligen Laserstrahlen 18, 20 entsprechend ablenkt und über die Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls führt. Dieses Ablenken und Bewegen der Laserstrahlen 18, 20 entlang der Düsenachse ist durch jeweilige Richtungspfeile 34 veranschaulicht.
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Dem Laserstrahl 18 ist eine erste Optikeinrichtung 36 zugeordnet, während dem Laserstrahl 20 eine zweite Optikeinrichtung 38 der Vorrichtung 10 zugeordnet ist. Die Optikeinrichtungen 36, 38 sind beispielsweise als Zylinderoptiken ausgebildet und weisen eine jeweilige, erste Optik auf, mittels welcher der jeweilige, durch den entsprechenden Scanner 30, 32 abgelenkte Laserstrahl 18, 20 so ausgeglichen wird, dass der jeweilige Laserstrahl 18, 20 stets einen jeweiligen Winkel mit einem Winkelwert von 90° mit der Düsenachse einschließt. Mit anderen Worten schließen beide Laserstrahlen 18, 20 einen jeweiligen Winkel mit einem jeweiligen Winkelwert von 90° mit der Düsenachse ein und werden unter Beibehaltung des jeweiligen Winkelwerts über die gesamte Erstreckung relativ zum Flüssigkeitsstrahl entlang der Düsenachse bewegt. Da der jeweilige Laserstrahl 18, 20 stets den Winkel mit dem Winkelwert von zumindest im Wesentlichen 90° mit der Düsenachse einschließt, können besonders präzise Lichtschnittbilder in jeweiligen Lichtschnittebenen erfasst werden. Zum Erfassen der Lichtschnittbilder umfasst die Vorrichtung 10 eine Hochgeschwindigkeitskamera 40, deren optische Achse 42 zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den jeweiligen Lichtschnittebenen verläuft.
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Die Optikeinrichtungen 36, 38 umfassen jeweils wenigstens eine zweite Optik, welche den entsprechenden Laserstrahl 18, 20 zu einem hinreichend dünnen und in der Figur besonders schematisch dargestellten Lichtschnitt 44 aufspannt. Wie in der Figur durch die drei Lichtschnitte 44 dargestellt ist, werden diese Lichtschnitte entlang der Düsenachse über die Erstreckung des Flüssigkeitsstrahls bewegt, wobei die Düsenachse stets senkrecht zu den Lichtschnitten 44 verläuft. Beide Optiken laufen synchron zueinander und sind exakt aufeinander ausgerichtet. Auch die Hochgeschwindigkeitskamera 40 ist mit dem Laser 22 synchronisiert und dient zur Erfassung der einzelnen Lichtschnitte bzw. der Lichtschnittbilder.
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Die mittels der Hochgeschwindigkeitskamera 40 erfassten Lichtschnittbilder werden im Rahmen des Verfahrens als Stützstellen genutzt, um mittels einer Recheneinrichtung ein dreidimensionales Modell, d. h. das dreidimensionale Strahlbild zu ermitteln, wobei eine besonders hohe Präzision und Auflösung realisierbar ist.
