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Vorrichtung mit weitemAnsprechbereich zum fortlaufenden Messen dre
Druchsatzmenge eines Fluidums durch die Vorrichtullg Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung mit weitem Ansprechbereich zum fortlaufenden essen der Durchsatzmenge
eines Fluidums durch die Vorrichtung und bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung
zum Messen des Verbrauchs an flässigem oder gasförmigem Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine
während der Leistungsänderungen der Maschine selbst, die entweder auf Lastwechsel,
auf Betätigung der Maschinen-Steuerorgane oder auf andere Gründe zurückzuführen
sind.
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Bisher erfolgte die Messung des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen
stets nach zwei grundsätzlichen Verfahren, nämlich durch Messung aul dem Prüfs-tand
oder durch Messung "im Betrieb bei gleichbleibender Leistung".
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Bei den Messungen auf dem Prüfstand wird die Maschine mit konstanter
Ansaugmenge betrieben, wobei der Kraftstoffverbrauoh bei unterschiedlichen gleichbleibenden
Leistungen und bei durch Regulierung der Last bewirkten verschiedenen
konstanten
Drehzahlen gemessen @ird, während bei dre im Betrieb "unter @leichbleibenden Leistungsbedingungen"
erfolgenden Verbrauchsmessung die Brennkraftmaschine an ihrem Bestimmungsort, b
beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder Boot, eingebaut ist, wobei der Fraftstoffverbrauch
bei reduzierter Ansaugmenge gemessen wird, um die gleichbleibenden Leistungsb edingungen
Zu gewährleisten, bei deiien die Kraftstoff-Verbrauchsmessuh@ vorgenommen werden
soll.
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In der Praxis rmöglichen es diese beiden Verfahren, die betriebseigenschaften
der Brennkraftmaschine zu bestimmen und ihren Wirkungsgrad zu errechnen, doch stimmen
diese ; Eigenschaften nur selten mit den bislang unbekannten Eigenschaften bezüglich
des praktischen. Gebrauchs der @aschine überein, die insbesondere bei Verwendung
dre Maschine in einemKraftfahrzeug nur sehr selten mit gleichbleibender Leistung
betrieben nu erden kann Die erf indun sg emä# e Durchsatzmeng en-Me#vo rric htung
erl @ubt dag.eß?en eine Ausschaltung der genannten Nachteile der bekannten Verfahren,
da sie die Messung der jeweiligen Durchsatzmenge des der Brennkraftmaschine zugeführten
Kraftstoffs ermöglicht. Infolge ihrer Ansprechempfindlichkeit und -schnelligkeit
ermoglicht die erfindungsgemä#e Me#vorrichtung au#erdem eine Übrprüfung der bei
der Speisung von
Brennkraftmaschinen mittels Vor@sser odr Einspritzpumpe
auftretenden hydraulischen Erscheinungen.
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Aufgabe der Erfindung ist demzufolge die Schaffung eines insbesondere
für den genannten Zweck geeigneten Durchsatzmengenmessers mit gein@em Drucksbfall
zwischen dem Ein-und Ausla# für das Fluidum in das bzw. aus d@m Gerät, welcher bereite
auf 1% oder weni@er der ma@imalen Durchsatzmenge anspricht und dub ei einen über
den ganzen Durchsatzmengen-Me#bereich hinweg konst@nt bleiben@en Fehlerprozentsatz
gewährleistet, der gegenäber Temperaturschwankungen und Schwingungen unempfindlich
ist und eine @ro#e Ansprechgeschwindigkeit auf Änderungen der gemessenen Durchsatzmenge
besitzt, urn die Untersuchung der im Betrieb von Brennkraftmaschinen unter gleichbleibenden
Leistungsbedingungen und bei Leistungeübergängen auftretenden Erscheinungen zu erm@@lichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemä# durch einen hydraulischmechanischenÜbertrager
mit einer elektrischen Me#vorrichtung ; gelöst, die verschiedenen Me#ger@ten und/oder
Aufzeichnungsgeräten und/oder Einstellinstrumenten zugeordnet sein kann. Der h draulisch-mechanische
Transduktor weist ein gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossenes Metallgehäuse mit
zwei Anschlu#stutzen für den eine und Ausla# des Fluidums
auf,'dessen
Durchsatzmenge festgestellt werden soll.
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Der Einla#stutzen mündet in das Innere des Metallgelläuses ein, in
welciiem ein aus einer Druckdose bestehender Differenzdruckmesser eingebaut ist,
dessen Außenseite dem stromauf einer Drosseistelle herrschenden höheren Druck und
dessen Innenfläche dem stromab der Drosselstelle herrschenden .niedrigeren Druck
ausgesetzt ist.
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Die Drosselstelle besteht aus einem zylindrischen Ringraum am Ende
eines lreisförmigen Querschnitt besitzenden Rohrs, in welches das Fluidum radial
einströmt. Die vom Fluidum durchströmte freie Querschnittsfläche der Drosselstelle
hängt von der Zusammenziehung der Druckdose ab. Durch diese Anordnung besitzt die
Drosselstelle einen sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem stromauf
und dem stromab der Drosselstelle herrschenden Druck ändernden Strömungsquerschnitt,
so daß sich die Druckdifferenz linear und nicht quadratisch mit der Durchsatzmenge
ändert.
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Die Ausdehnungsschwankungen der Druckdose werden durch eine elektromechanische
Drosselanordnung elektrisch abgenommeny die ein hochpermeables Magnetmaterialstück
aufweist, welches starr mit dem bewegbaren Ende der Druckdose verbunden ist und
infolge der Hin- und Herbewegung der Druckdose den magnqetischen Widerstand des
Magnetflusses durch eine
Drosselspule -zu ändern vermag, deren Induktivität
sich in Abhängigkeit yon der Lage des Magnetmaterialstücks und somit t von der Zusammenziehung
bzw, Ausdehnung der- Druckdose ändert, welche ihrerseits von der Durchsatzmenge
des die, Drosselstelle durchströmenden Fluidums abhängt.
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Diese Drosselspule ist in eine elektrische Me#brücke eine geschaltet,
so daß die Induktivitätsänderungen --des. Übertragers eine Fehlabgleichung der Brücke
bewirken, die eine Funktion der Fluidum-Durchsatzmenge dadurch die Vorrichtung ist.
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Im folgenden- ist eine z.Zt. bevorzugte beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen; Fig. 1 einen Querschnitt.
durch eine Vorrichtung mit den Mrkmalen der Erfindung zum Messen der Durchsatzmenge
von Fluiden und Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Speise- und Me#kreise des-bei
der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten Transduktons. -Gemä# Fig. 1 weist die erfindungsgemä#e
mechanisch-hydraulische Vorrichtung einen Anschlu#stutzen 1 auf, über den das
Fluidum,
dessen Durchsatzmenge fest-estellt werden soll, in ein Gehäuse 2' eingeleitet wird,
welches mit Hilfe eines Deckels 3 und einer Dichtungspackung 4 gas- und flüssigkeitsdicht
abgeschlossen ist.
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Das den Gehäuseraum 5 füllende Fluidum strömt über eine Drosselstelle
6 in einen starr mit einer Druckdose 8 verbundehen Kanal 7 und sodann über einen
mit der das Fluidum verbrauchenden Vorrichtung verbundenen Rohr- bzw. Anschluß tstut-zen
9 aus dem Gerät aus Die Drosselstelle 6 ist zwischen des Ende des Kanals 7 und-
dem- Ende eines Einstellglieds 10 angeoronet, welches durch eine Blattfeder 11 in
Anlage gegen eine Einstellschraube 12 gehalten wird. Die Schraube 12 ermöglicht
somit eine Einstellung der Weite der Drosselstelle 6 auf -ein'en für die Messung
der @indest-Durchsatzmenge erforderlichen Ausgangswert.
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An d'er dem ICanal 7 zugewandten Seite der Druckdose 8 ist an letzterer
ein mit dem Kanal 7 verbundenes Ringglied 13 vorgesehen, ; das ebenso wie ein ;
eine Drosselspule 15 aufnehmender hohler Kern 14 aus ferromagnetischem Material
hoher Permeabilität besteht. Der Kern 14 ist an einem @alter 16 befestigt, der seinerseits
derart in den Deckel 3 eingeschraubt ist, da# eine Einstellung des Luftspalts zwischen
dem Ringglied 13 und dem Hohlkern 14 möglich ist. Der Halter
16
nimmt außerdem in seinem oberen Abschnitt eine in einem hohlen Kern 18, der mittels
eines Spreizrings 19 am Halter befestigt ist, angeordnete Drosselspule 17 auf.
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Der Halt er 16 ist bei 16a mit, Öffnungen zur Ermöglichung eines freien
Fluidumflusses durch die Drosselstelle 6 längs der durch die Pfeile in Fig. 1 angedeuteten
Strömungsbahn verstehen. Im Deckel 3 sind elektrisch isolierte und gas- und flüssigkeitsdicht
eingepa#te Durchführungen 20 für die elektrischen Anschlüsse der Drosselspulen und
eines in Fig. 1 nicht dargestellten temperatur empfindl ichen Widerstands 32 vorgesehen,
der unmittelbar zwischen zwei derartigen Durchführungen 20 befestigt ist. Die Zentralöffnung
14a des Kerns 14 besitzt solchen Durchmesser, daß sie eine freie Axialverschiebung
des starr mit der Druckdose -8 verbundenen Kanals 7 zuläßt.
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Fig. 2 zeigt die elektrische Schaltung der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung. Als Stromquelle dient eine durch eine Zenerdiode 22 und einen Arbeitswiderstand
25 stabilisierte Gleichstromquelle 2 deren Innenwiderstand bei der Arbeitsfrequenz
eines aus zwei Transistoren 25, 26, einem Transformator 27 und den zugeordneten
Bauteilen bestehenden Oszillators durch einen Kondensator 24 herabgedrückt wird.
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Die Transistoren 25 und 26 arbeiten als Gegentaktgenerator in einem
Stromkreis mit gemeinsamem Emitter.
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Widerstände 28 und 29 bilden einen Spannungsteiler zur Vorspannung
der Transistor-Basen, während ein Widerstand 30 zur Temperaturstabillsierung dient.
Der Transformator 27 weist zwei mit den kollektoren der Transistoren 25 bzw. 26
in Reihe geschaltete Wicklungen 27a, 27b, zwei mit den Basen derselben Transistoren
in Reihe geschaltete Wicklungen 27c und 27d sowie eine von den vier vorgenannten
Wicklungen galvanisch getrennte Wicklut 27e auf, deren Spannung über einen temperaturempfindlichen
iderstand 32 eine Drosselspulen 15 und 17 sowie ein Potentiometer 33 aufweisende
Meßbrücke speist. Parallel zu den Transformatorvicklungen 27a und 27b liegt ein
mit den Kollektoren der Transistoren 25 und 26 verbundener Kondensator 31, welcher
die gewünschte Schwingungsfrequenz festlegt.
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Falls als temperaturempfindlicher Widerstand. 32 ein entsprechend
dimensionierter Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet wird,
erhöht sich die an den Ausgängen der Me#brücke auftretende Spannung bei einem Anstieg
der Temperatur des untersuchten Fluidums, der naturgemäß von einer Abnahme der Dichte
dieses Fluidums begleitet ist.
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Die verringerte Indulctivitätsänderung der regelbaren Drosselspule-bestimmt
somit eine Unabgleichspannung der Brücke,
welche der einer größeren
Induktivitätsänderung bei niedrigerer Temperatur des Fluidums entsprechenden Spannung.
gleich ist.
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Die Me#brücke weist ein Abgleichpotentiometer 33 auf, das so eingestellt
werden kann, daß bei der" Durchsatzmenge Null die Brücke abgeglichen ist. Die eine
Funktion der Fluidum-Durchsatzmenge bildende Unabgleichspannung der Brücke wird
über einen Kondensator 38 einem aus gleichrichtern 59, einem Anzeigeinstrument 40
und einem Widerstand 41 bestehenden Me#kreis zugeführt, welchen zwischen dem Instrument~
40 und den Widerstand 41-, d.h. an der Klemme 42, eine Spannung entnommen werden
kann, die eine Funktion der.
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Durchsatzmenge darstellt und irgendwelchen entfernt gelegenen Aufzeichnungs-
und/oder - Übertragungssyst emen zugeführt werden kann.
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Die von der Me#brücke gelieferte Unabgleichspannung wird weiterhin
einem aus zwei ant-iparallel geschalteten, in Reihe mit- einem Widerstand 97 liegenden
Dioden36 bestehenden Kreis zugeführt, der erforderlichenfalls eine Zusammenziehung
der höheren Meßwerte ermöglicht, da durch entsprechende Auswahl der Spannungswerte
der Zenerdioden und der Grö#e des Widerstands 37 erreicht werden kann, daß das Gesamt-Ansprechvermögen
V = f(Q) logarithmisch@wird, so da#
am Anzeigeinstrument 40 sowohl
bei hohen als auch bei niedrigen Durchsatzmengen eine gleich gro#e Anzeige@genauigkeit
mit gleichbleibendem Fehlanzeigeprozentsatz erzielt werden kann.
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Durch die Kopplung der praktisch linear verlaufenden Charakteristik
der mechanischen Verschiebung des Luftspalts in Abhängigkeit vom Durchsatz des zu
untersuchenden Fluidums mit der Charakteristik der Unabgleichspannung der Me#brücke
in Abhängigkeit von der mechanischen Verschiebung des Luftspalts wird eine Gesamtcharakteristik
erzielt, die sich in ihrem unteren Bereich bereits sehr stark an einen logarithmischen
Verlauf der Kurve V = f (Q) annähert. Bei höheren Werten für Q wird dieser logarithmische
Verlauf dann durch die Wirkung des vorstehend beschriebenen Zusatzkreises aufrecht
erhalten.
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Da die Induktivität L eine umgekehrte Funktion der Eigenschaften des
Luftspalts und der diesen umgebenden Drossel ist, welche der Gleichung L = A/(B+t)
genügt, in der A eine Dimensionskonstante der Drosselspule, B eine physikalische
Dimensionskonstante des Drosselspulenkerns und t die Breite des Luftspalts bedeuten,
besitzt die Ne#-Drossel bei kleinem Luftspalt eine niedrige Induktivität, so daß
bei. geringen änderungen des Luftspalts bereits relativ große Induktivitätsänderungen
hervorgebracht werden.
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Wie erwähnt, ist die Drosselspule in den Zwei, der heßbücke eingeschaltet,
welcher bei der einer Durchsatzmenge Null entsprechendengeringsten Luftspaltbreite
abgeglichen wird. Au#erdem wird der Brücke eine Wechselspannung aufgeprägt, deren
Frequenz und Amplitude durch die Eigenschaften des den Transformator syeisenden
Schwingkreises gesteuert werden.
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Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer z. Zt, bevorzugten
Ausführungsform dargestellt und beschrieben ist, sind ersichtlicherweise zahlreiche
Änderungen und Abwandlungen möglich, -ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen
wird.