DE2245781A1 - Pruefvorrichtung fuer maschinen - Google Patents
Pruefvorrichtung fuer maschinenInfo
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Description
DIPL.-! NO. PIETER j AND ER
8MONCHENeO(BOeENHAUSEN)
KQLBERGER S T RAS SE 21 Telefon: 0811/?827 04
DR.-INg. MANFRED B ON INQ
2«*ΙβΗβατβ$|β:
reply to:
1 BERLIN 33 (DAHLEM) HOTTENWEG 15 Telefon: 0311/8324046
Telegramme: Consideration Berlin
227/13-899 DE 15-. Sept. 1-972
Patent a η m e 1 d u η g
der 3?irma
Leslie Hartridge Limited
Leslie Hartridge Limited
of Tingewick Boad
Buckingham, Buckinghamshire,, England
Buckingham, Buckinghamshire,, England
"Prüfvorrichtung für Maschinen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für Maschinen,
insbesondere Verbrennungsmascliinen, insbesondere Dieselmaschinen.
n dieser Art wurden bisher auf einem Prüfstand getestet,
wobei man Abtastvorrichtungen vorgesehen hab, welche die Arbeitsbedirif-ur'fon
verschiedener Teile der Maschine erfassen. Die Maschine wird tdi verschiedenen Goncliv/indinkeiben geprüft, wobei zugleich
die J.ort variiert t/ird. Anr. δ on. Ergebnissen knnn man Schlüsse auf
die J/i iibu.ng der Maschine union allen Lfsst- baw· Geschv^indigkeits-
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bedingungen ziehen. Ferner ist es möglich, den Brennstoff zu
variieren, um den Einfluß der Brennstoffe auf die !leistung der
Maschine zu berücksichtigen.
Ist eine Maschine in ein Fahrzeug eingebaut, sg ist es schwierig,
die oben erwähnten Prüfungen durchzuführen. Insbesondere bereitet
es Schwierigkeiten, die Maschine in definierter teise zu belasten.
Um zu prüfen, ob eine Maschine in gutem Zustand ist oder Fehler
aufweist, sind gewisse Te st vorrichtungen erforderlieh,, die in apparativer Hinsicht nicht sehr aufwendig sein ■ dürfen,,.
Wenn eine Maschine mit konstanter Geschwindigkeit; und im Xeerlauf
läuft, so ist als einzige »Last der Maschine ihre Eigenreibung und die Last irgendwelcher■ Hilf soirgane^ 'z#'B* des Generators
oder des Alternators,, zu berücksichtigen,. Wenn <tie Maschine beschleunigt
wird, so hängt die Beschleunigung; im wesentlichen von dem Trägheitsmoment der Maschine ab; ist dieses Trägheitsmoment
bekannt, so kann das von der Maschine entwickelte Moment berechnet werden. Wird die Zeit erfaßt, die die Maschine zum Beschleunigen
von einer kleinen Geschwindigkeit zu einer hohen Geschwindigkeit
benötigt, so kann auch das mittlere Drehmoment für diesen Geschwindigkeitsbereich bestimmt werden. Indem man die Winkelgeschwindigkeit
der Maschine vor und nach jedem Zün&hub mißt,
kann man die Arbeit während dieses Zündhubes bestimmen· Aus all diesen Daten läßt sich ersehen, ob die Maschine einwandfrei das
gewünschte Drehmoment entwickelt.
Wird ein zu großes oder zu kleines mittleres Drehmoment erzeugt,
so wird man zunächst dos Brennstoffsystem überprüfei% das entweder zu viel oder zu wenig Brennstoff liefert. Es kann jedoch,
auch eine ararnal hohe Reibung vorliegen, die maö durch Messen
der Verzögerung während eines bestimmten Bereiches erfaßt.
Zeigt die Arbeit pro Zündhub Ungleichmäßigkeiten zwischen den Zylindern, so kann das an dem BrennstoffsuleituncseysteiH oder
den physikalischen Verhältnissen der Zylinder lfegeA. IJetztere
können beispielsweise durch Betätigung dei* H;:jchine mittels den
Startermotors überprüft werden.
Aus all dem ergibt sich, daß es erfin&imgsgemäß zitfeekmässig ist,
wenn man gh. der Maschine eine Vorrichtung.anbringt, die Signale
erzeugt, welche von der Maschine entwickelt werden,, und die jeweils bei bestimmten Stellungen der Kurbelwelle insbesondere
relativ zu einem Zündhub erscheinen. Die Maschine soll also erfindungsgemäß mit einer Einrichtung, die Signale erzeugt,
bestückt sein, wobei .diese Einrichtung entweder"an der Maschine
lösbar angebracht ist oder mit ihr fest verbunden ist.
Erfindungsgemriß xcLrd eine Prüfvorrichtung für Maschinen vorgeschlagen,
die gekennzeichnet ist durch einen Abtaster neben einem drehbaren Teil der Maschine, das sich mit der Kurbelwelle der Maschine
mit \^on deren Winkelgeschwindigkeit abhängiger Winkelgeschwindigkeit
dreht, und durch wenigstens eine Marke an dem drehbaren 'feil, deren Lauf an dem Abtaster vorbei von diesem
registriert.wird.
Als Marke kann ein sichtbarer Punkt, eine Ausnehmung, eine Kerbe,
ein Vorsprung oder sonst irgendeine Unregelmässigkeit in der Oberfläche
des drehbaren Teils sein. .... '
Bei einer ersten Ausführungsform dient als drehbares Teil das
Schwungrad, wobei ■ erfindungsgemäß ein einziger Abtaöber vorgesehen
ist. Handelt es sich um eine. Vierzyliiidermas Chine, so sollten
.erfindungsgemäß zwei Paare von Marken auf dem Schwungrad vorgesehen
sein, wobei die Marken der beiden Paare die gleichen Abstände voneinander haben. JPerner sollten erfindungsgemäß die
beiden Iiarkenpaare diametral einander gegenüberliegen. Wird das Schwungrad mit konstanter"Geschwindigkeit, angetrieben, so erzeugt
der Abtaster vier Impulse pro Umdrehung des Schwungrades. Die Seit stoischen den "Impulsen, die von einem Karkenpaar erzeugt
werden, ist gleich der Seit zwischen den Impulsen, die von dem anderen I-iarkenpaar erzeugt werden. Wird das Schvrangrad konstant
beschleunigt, dann ist die Zeit zwischen den Impulspaaren unterschiedlich«
Die Zeitverkürzung hängt von der Beschleunigung des
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Schwungrades ab. Diese Zeitverkürzung kann benutzt werden, um
das von der Maschine entwickelte Drehmoment zu bestimmen, vorausgesetzt
das Trägheitsmoment ist bekannt.
Das Schwungrad wird dann nicht gleichmäßig beschleunigt, wenn
die Zylinder ungleichmäßig arbeiten. So kann es beispielsweise,
sein, daß ein Zylinder weniger leistet als die anderen, was sich dadurch bemerkbar macht, daß die Beschleunigung während des
Sündhubes dieses bestimmten Zylinders geringer ist als während der Zündhübe der anderen Zylinder. In besonderen Füllen kann es
sogar vorkommen, daß das Schwungrad während eines Zündhubes überhaupt nicht beschleunigt wird, und insbesondere kann es
passieren, daß in dieser Zeit das Schwungrad sich sogar verzögert. Die von dem Abtaster erzeugten Signale geben ein Bild
von dem mittleren effektiven Drehmoment, das von, jedem Zylinder
während des Zündhubes entwickelt wird. Aus diesem Grunde int es
erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn bei einer Vierzylindcrnaschiiie,
die im Viertakt arbeitet, zwei i-iarkonpaare vorgesehen sind. Handelt
es sich um einen Sechszylinder-Viertaktmotor, so ist es erfindungsgemr'ß
zweckmäßig, drei Harkenpaare auf dem Schwungrad vorzusehen, wobei die Paare gleiche Abstände in bezug auf die
Zündhübe der Maschine haben sollten. Vorzugsweise sind die Harkenpaare an dem Schwungrad so angebracht, daß Impulse erzeugt
werden, unmittelbar vor dem oberen Totpunkt und unmittelbar nach dem oberer: Totpunkt des betreffenden Zylinders,
Es ist wesentlich, daß die Marken aller Horkenpaarc den gleichen
Abstand voneinander haben. Die Schaffung solcher gleichen .Abstände
mag gewisse Schwierigkeiten bereiten. Diese Schwierigleiten
können erfindungsgemäß teilweise dadurch üborwtmdon
werden, daß man ein Vcar Abtaster vorsieht, die einen gewissen
Abotand voneinander Vaben, und indem rirn rwei Marken vorsioM:,
die otwp di'-T'et.;!"1! einander gegemi^erü iego.n, wenn es sich um
einen Vierzylinder-Viertaktmotor hn idelt. Handelt es sich um
einen Sechssylinderniotor, so sollten evfTndungsgfctnäß drei. I>vl:o-i.
an dom Schwungrad vorgesehen sein.
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Die Zeiten zwischen den Impulsen, die von dem Abtaster oder den beiden Abtastern erzeugt werden, können eine Information geben
über die Geschwindigkeit der Maschine, über die Beschleunigung des Schwungrades, erzeugt im wesentlichen durch einen Zylinder,
über das Drehmoment, das von der Maschine während eines bestimmten Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungs-und/oder Verzögerungsbereiches erzeugt wird, bzw. über das Drehmoment , das von-der
Maschine während eines Zyklus (zwei Umdrehungen bei einem Viertaktmotor) erzeugt wird. '
Die Prüfvorrichtung ist erfindungsgemäß ferner versehen mit
Organen, die den Zeitpunkt des Einspritzens des Brennstoffes in die Maschine erfassen, wobei in diesem Zeitpunkt ein Impuls
erzeugt wird, der von einem weiteren Abtaster stammt, welcher
beispielsweise auf Druck anspricht und in Verbindung steht mit der Pumpe und/oder dem Einlaßventil der Maschine. Auch kann ein
solches Signal von einem Abtaster erzeugt werden, der auf das Anheben eines Ventils in dem Brennstoffeinspr.itzsystem anspricht.
Die Signale, die von,dem Abtaster erzeugt werden, welcher dem Brennstoffsystem zugeordnet ist, können mit den Signalen verglichen
werden, die von dem Abtaster oder den Abtastern erzeugt wird (werden), der (die) dem Schwungrad zugeerdnet ist (sind). Auf
diese "./eise kann der Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung erfaßt werden, und ferner ist es möglich, eine Aussage zu erhalten
darüber, ob die Einrichtung, welche den Zeitpunkt der Brennnto:i'"i.c:i.n.".pritzung
variiert, korrekt arbeitet. Dazu ist es z.weckra?'liif:, die Zeitpunkte der Brennstoffeinspritzung/ bei verschiedenen
Geschwindigkeiten zu bestimmen.
Es leuchtet ein, daß ein Signal, dn-n-in einem bestimmten 7erhültnir,
:iu fieri Stellungen der nockenwelle der Maschine erscheint,
verwendet werden konn, um nnsuceif;eri, .welcher Zylinder bzw..
welche der die sein zugeordneten Einrichtung eine Ungleichmässigkeit
aufweist, file mittels eines der oben erwähnten Tests, z.B. dem
r;r:toij|;., erfnßt wirrt. ''veol/uifjBi rer-weise kann diesen Signal
der Impuls sein, der im Zusammenhang mit der Zeitbestimmung, die
im vorangegangenen Absatz erwähnt ist, steht.
Bei einer anderen Anwendung kann die Anwesenheit oder Abwesenheit
einer Ungleichmäßigkeit dadurch erfaßt werden, daß »an ähnlich
arbeitet wie oben beschrieben, v/obei jedoch die Maschine nicht in der Beschleunigungsphase arbeitet. So kann z.B. das Fahrzeug auf
einem Chassisdynamometer stehen, wobei die Maschine unter bekannten Bedingungen bezüglich der Geschwindigkeit und der Last
läuft. Hierbei ist es möglich, festzustellen, ob ein Fehler in der
Leistung der Maschine vorliegt aufgrund eines Zylinders oder der diesem zugeordneten Einrichting oder einer Einrichtung, die allen
Zylindern zugeordnet ist. '
Die erfindungsgemäße Testvorrichtung besitzt eine elektronische Verarbeitungsstation, v/obei die Zeitintervalle zwischen den beiden
elektrischen Impulsen, wsLche von jedem Markenpaar über einen Abtaster oder von jeder Marke über sv/ei Abtaster erzeugt tirerden, ein
elektrisches Signal bewirken, das eine Funktion in Abhängigkeit von der BMEP mittlerer effektiver Bremsdruck für jeden Zylinder
bzw. für die Maschine als Ganzes ist. Diese Werte können auf Meßinstrumenten
zur Anzeige kommen oder von Registriervorrichtungen, z.B. Druckern, erfaßt werden. Die Arbeitsstation kann ferner
Organe aufweisen, welche die elektrischen Signale oder Impulse (die von dem erwähnten Abtaster oder den Abtastern, welche mit den
Schwungrad, bzw. der T'.r'ennctoiieiiispritj-eiprichttmg; zusammenarbeiten)
dazu benutzt, um die Ceitverhältnir.Go zwischen den
oberen Totpunkt jedes Kolbens (oder eines anderen Punktes, der· r.v
dem oberen Totpunkt in einem festen Verl^ltnif.: steht) und dem
Berinn der Brennstoffei-nspritr-unp: anzuzeigen·
Weitere einzelheiten der Erfindung ergeben rdah aus der "',<
Darin neigen
!•'if·:. I schematise!! eim; Kofi'pre;;i;ionsniafH'.ninf; mit 'i'esi;einrichtung
und die
, 309812/0S79
DIPL1-INQ-DlEItRJANDER DK.-INQ. MANFRED BONING · . "
PATENTANWÄLTE Aa <
r *Tf Q Λ
- _ 7 _ 11 *f y f o «
» -2 + 3 ■ Blockdiagramme zweier elektronischer Verarbeitungsstationen,
die ein Seil der Prüfeinrichtung darstellen*
1 zeigt einen Motor IO mit Verdichtungszündung eines Persönenwagens,
Lastwagens oder dgl,.Dieser besitzt vier Zylinder (nickt
dargestellt), eine Einspritzpumpe 12, die vier Ein sprit ziniindungen -14
und Zuleitungen 16* Die Pumpe 12 wird von der Kurbelwelle 18 über
ein ^".hnrad 20 angetrieben.
Auf.-der V/elle 1Ö des Ilotors sitzt ein Schwungrad 22, das über ein
Zahnrad 24 mit einem Startmotor 26 verbunden ist. !letzterer ist
in einen Kreis 28 eingeschaltet-, in welchem weiter eine Batterie JO
und ein Schalter ~;2 liegen. Im Gegensatz zu üblichen Maschinen
v'eist das Scliwunfread 22 s'vjei Paar Marken Γ>4· auf (Ausnehmungen,
Koi?ben, Yorsprünge oder dgl.). Die beiden Paare liegen sich
diametral gegenüber auf der Oberfläche des Schwungrades. Unrdttelbrr
neben der Peripherie des ,Schwungrades 22 befindet sich,
ein Jlctaster ~J6, der eine Spule .38 aufweist, die ihr elektrisches
"/erhalten "ndert, wenn eine 1-Iarke 5l\- an dem Abtaster vorbeiläuft.
Die Spule erzeugt.dann elektrische Impulse, die in einem bestimmten
YerliältniF au den !Totpunkten jedes Kolbens- stehen oder
in Pc-.lle einer Knschine- nit gegenläufigen Kolben in einem bestirnten
Verhältnis su den. Totpunkten eines Kolbens eines Kolbenpaares
stehen. Die Impulse, die die Spule 38 erz,eugt, werden über
Leitungen 40. zu einer Verarbeitungsstation 4-6 geleitet. Die
Lflp.retnisse werden von vier Keßinstrumenten 42 angezeigt, wobei
jeweils ein ließ instrument einem Zylinder -der lias chine zugeordnet .ist.
Die liar·chine weint einen weiteren Abtaste:? 44 auf, der auf Druck
anspricht und an oder in einer de?" leitungen , i 6 sitzt. Der Ab-.
taste?" lu\ erzeugt elektrische Signale jeweils dann, wenn sich die
Leitung 16 au.fr.mnd einer Brennstoffci^r=pritsung yerformt. Dac
von dem Abtaster 44 kommende■ Signrl wird ebenfalls in die. Ver- .
arbeitimpsfitotion 46 eingespeist.
Anstelle eines Abtasters, der auf ode?? in der Leitung-d 6 sit st,
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ist es auch möglich, einen Druckabtaster vorzusehen, der in oder
in der Nähe der Brennstoffeinspritzpumpe sitzt. Ferner kann der Druckabtaster lösbar angebracht sein, derart, daß er nur angebracht
wird, wenn die Maschine getestet wird.
Die Maschine kann zusätzlich mit einem Rauch- oder Abgasmesser 48
ausgerüstet sein, der die Undurchsichtigkeit der Gase erfaßt, die aus der Leitung 50 ausströmen. Dieser Abgasmesser 48 besteht aus
einer fotoelektrischen Zelle, die Licht von einem Strahl erhält,
welcher durch die ausströmenden Gase hindurchläuft. Die fotoelektrische Zelle, erzeugt ein elektrisches Signal, das über Leitungen
52 zu der Bearbeitungsstation 46 läuft.Natürlich, können weitere
Faktoren erfaßt werden: z.B. der Druck im Auspuff oder der Druck in der Eingangsleitung der Maschine.
Wie bereits dargelegt, besitzt die Bearbeitungsstation Meßinstrumente
42, die die BKEP (mittleren effektiver Bremsdruck) für ,-jeden Zylinder und die EMEP für die Maschine insgesamt zur Anzeige
bringen. Die Station 46 besitzt ferner ein Meßinstrument 54, das die Geschwindigkeit der Maschine anzeigt, und ein Meßinstrument
58» das den Winkel zwischen dem Impuls des Abtasters
44 und dem oberen Totpunkt des zugeordneten Kolbens angibt, der vom Ausgang des Abtasters 36 abgeleitet wird, der der speziellen
Brennstoffleitung zugeordnet ist, welche den Abtaster 44 enthält. Eines der Meßinstrumente 42, 54 und 58 oder mehrere können ferner
mit dem Ausgang des fotoelektrischen Elementes des Abgasmessers 48 verbunden sein. Natürlich kann auch ein gesondertes Meßinstrument
für diesen Zweck vorgesehen sein. Ebenso kann natürlich der Scheitelstrom des Starters zur Anzeige kommen, wenn dieser die
Maschine durch jeden Kompressionshub bewegt. Diese Anzeige konnte durch eines der Meßinstrumente 42 erfolgen.
Der BMEP für die Maschine insgesamt wird erhalten, indem man die
einzelnenBMEP-Werte jedes Zylinders addiert. Das ergibt die abgegebene
Kraft insgesamt, z.B. während der Beschleunigung der Maschine.
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PATENTANWÄLTE ?■ 9 Λ R 7 fi 1
Die Meßinstrumente 42 geben ferner die Reibungspferdestärke in
BMEP-Einheiten während der Verzögerung der Maschine an. ·
Die Meßfolge beginnt bei einer bestimmten Umdrehung pro Minute .
der Kurbelwelle 18 und erfolgt während eines vollständigen Arbeitszyklus der Maschine, d.h. während zweier Umdrehungen der
Kurbelwelle, wenn es sich bei der Maschine um eine Yier-Zylindermaschine
handelt. Die Meßinstrumente 42, "54 und. 58 halten die
verschiedenen Anzeigen fest. Ferner weist die Bearbeitungsstation 46 einen Kartenleser 60 auf, wobei die Karte die notwendigen Testparameter aufweist, die der zu untersuchenden Maschine zugeordnet
sind. Natürlich können die Parameter auch per Hand in den Apparat
mittels Knöpfe eingegeben werden. Wird eine Karte verxirendet, so
ist diese normalerweise gelocht oder in anderer Weise kodiert.
Kit der Arbeitsstation 46 ist Überleitungen 62 ein Drucker 64
verbunden, der einen Papierstreifen 46 auswirft, auf dem sich
die Ergebnisse des Testes befinden. Der Testapparat wird in folgenden Weise verwendet:
liachdem alle Teile des Apparates ordnungsgemäß mit der Maschine
und ihrer Ausströmleitung verbunden worden sind, wird die Maschine gestartet und ihr Gelegenheit zum Warmlaufen gegeben.
Die Maschine wird dann gestoppt, und der Apparat wird durch
Bet tätigung des Knopfes 68 in Gang gesetzt, so daß dieser "Startstrom"
liest. Der Starter 26 wird nun in Betrieb gesetzt, ohne
daß aber die Maschine startet. Der Scheitelstrom, der vom Starter für jeden Kompressionshub für jeden Zylinder gezogen
wird, kann von dem entsprechenden Meßinstrument in der Arbeitsstation 46 abgelesen werden.·
Ein weiterer Steuerknopf der Arbeitsstation 46 wird nun betätigt,
was zur JPolp;e hat, daß "Beschleunigung" nunmehr gelesen wird.
Die Mafichine wird abermals gestartet und läuft jetzt im Leerlauf.
Donnch wird der Gashebel schnell nach unten gedrückt. Wenn die
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Maschine ihre Maxim al geschwindigkeit erreicht hat, wird der Gashebel
freigegeben und die BMEP oder irgendeine andere Einheit, die der Beschleunigung entspricht, x^ird von den Meßinstrumenten
4-2 abgelesen. Der entsprechende Knopf wird dann auf "Verzögerung"
geschaltet, und die BMEP, die zu der Verzögerung gehört, kann nun von den Meßinstrumenten 4-2 in gleicher Weise abgelesen werden.
Ein entsprechender Knopf 68 der Arbeitsstation 4-6 wird nun auf
"Abgase-" geschaltet, was zur Folge hat, daß eine Steuerung der Geschwindigkeit erfolgt, bei i\relcher die Abgase mittels des
Abgasmessers 4-8 erfaßt v/erden. Eine andere Kebhode besteht darin,
daß der Gashebel schnell nach unten gedrückt wird, und der Maximalwert der Abgase von dem entsprechenden Meßinstrument
der Verarbeitungsstation 46 abgelesen wird. Wenn ein gesondertes Meßinstrument zum Ablesen des Abgaswertes verwendet
wird, kann der Abgaswert während des erwähnten Beschleunigungstestes
abgelesen worden.
Einer der Steuerknöpfe 68 wird dann auf "Maschinengeschwindigkeit"
geschaltet. Der Gashebel wird abermals scharf nach unten gedruckt, um zu bewirken, daß die Maschine ihre ständige
Maximalgeschwindigkeit erreicht, die von einem geeigneten Meßinstrument
abgelesen wird.
Die Vorrichtung wird dann auf "Zylindergleichgewicht" geschaltet, und der Motor wird auf die Geschwindigkeit gebracht, "bei welcher
das Zylindergleichgewicht gemessen werden soll. Der Gashebel wird abermals schnell nach unten gedrückt, um eine Ablesung an
den Meßinstrumenten 4-2 für die vier Zylinder der Maschine zu
erhalten. Beide; Meßinstrumente ergeben individuelle Ablesungen
und den Durchschnitt dieser Ablesungen. Der Durchschnittswert dieser Ablesungen kann an zusätzlichen Meßinstrumenten (nicht
dargestellt) abgelesen werden, kann aber auch an den Meßinstrumenten
4-2 abgelesen werden,, indem ein entsprechender Knopf betätigt wird.
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. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ
PATENTANWÄLTE
Nun wird ein entsprechender Knopf auf "Zeitmessung" geschaltet;
ebenso v/ird ein Steuerschalter "betätigt, ΐττβΙοΙιβΓ die Geschwindigkeit
"bestimmt, bei dein die Zeitmessung erfolgt. Der Gashebel
wird nach unten gedrückt, aber langsamer als bisher* Die Zeit
kann am Meßinstrument 58 abgelesen vier den.
Die oben angegebenen Tests und die dabei erhaltenen Anzeigen
bzw. Ablesungen ermöglichen die folgende Analyse:
1. Die Anzeigen des Scheitelstromes? der von dem Starter
gezogen-wird, zeigen, ob die Korapressionsdrucke jedes
Zylinders zufriedenstellend sind und übereinstimmen.
?-w Die Anzeige für die durchschnittliche Zylinderübereinstimmung
zeigt, wenn sie verglichen wird mit vorausgegangenen Resultaten derselben Maschine, ob die Maschine
die erforderliche Leistung lieferte
3· Der Abgaswert zeigt an, ob die Maschine innerhalb eines
erwünschten Abgasbereiches ihre volle Kraft entfalten kann. : .
4. Der Wert für die Geschwindigkeit zeigt an,, ob die Maschine
in der lage ist, die gewünschte Höchstgeschwindigkeit zu erreichen. .
Wenn die Maschine die Tests 2, 3 und ^positiv durchlaufen hat,
dann gibt sie eine zufriedenstellende Leistung- ab. Erfüllt sie
jedoch nicht den einen oder anderen Test, können folgende
Fehler vorliegen: \ -
5· Wenn die Maschine einen Fehler in der Anzeige des Scheitelstromes,
der vom Starter gezogen wird, zeigt, dann dürfte
eine schlechte. Kompression vorliegen. Diese Fehlanzeige wird jedoch ebenfalls bewirkt,-wenn;der Abgaswert und die
Zylinderbalance nicht den Sollwerten entspricht.
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DIPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ
PATENTANWÄLTE
6. Wenn.die Maschine einen Fehler hinsichtlich des
"individuellen Zylinderbolance-"Tests" anzeigt, dann
dürfte die Brennstoffeinspritzung für einen Zylinder
oder mehrere nicht in Ordnung sein. Dieser ."Fehler wi^kt
sich auch beim Abgasv/ert und der durchschnittlichen
Zylinderbalance ,'»us.
7. Wenn die Maschine bezüglich der durchschnittlichen L'ylinderbalance nicht in Ordnung ist, jedoch positive
Werte hinsichtlich des Abgas wert es liefert, dann vri^d
wahrscheinlich zu wenig Brennstoff geliefert.
8. l'/enn die Maschine bezüglich des Abgaswerteo nicht in
Ordnung ist, jedoch bezüglich der durchschnittlichen Z,y linderb al an ce positive V/er te liefert, dann 'wird
wahrscheinlich, zu viel Brennstoff angeliefert.
9. Wenn die Maschine entweder zu hohe oder zu niedrige Werte hinsichtlich- der Geschwindigkeit liefert, dann
ist die Grenze für die Maximalgeschwindigkeit inkorrekt eingestellt.
10. Wenn die Maschine die diirchscbnittliche Zylinderbalance
und den"Zeittest" nicht besteht, dann ist Ή Ό Zeiteinstellung
für die Maschine inkorrekt.
natürlich können andere Tests durchgeführt werden, un andere
mögliche Fehler in der Haschine zu erfassen.
Eine typische Maschine, die etwa P-OOO Umdrehungen pro Minute bei voller Drosselung macht, kann ihre Geschwindigkeit um uiiro
früir 120 Drehungen pro Minute bei einem vollständigen Zyklus
steigern. Da die Drehmomentcherakteristiken von einer Maschine zur anderen beträchtlich schwanken, ist es erwünscht, daß die
Prüfvorrichtung mit einer Steuerung versehen ist, die es ermög licht, die Messung bei einer Geschwindigkeit durchzuführen,
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1 1 ■--·: -
bei der die Form der Drehmomentenkurve besonders geeignet ist. Die Meßinstrumente sind ferner mit einer Skalensteuerung versehen,
um die Zylinderkräfte in geeigneten Einheiten, z»;B.Prozent,
Pferdestärken oder BMEP ablesen zu können. Diese Angaben sind
auch notwendig, weil "jede Maschine eine andere -CBaralcteristil·: hat.
Perner können Selektoren"-vorgesehen sein, um die Zahl der Zylinder
in die Einrichtung einzugeben, um die Kraft, Reibung, Kompression
und Zeitmessung auszuwählen und die erhaltenen Resultate zu drucken
bzv/. zu .schreiben. Eine Rücksetzsteuerung kann zusammen mit, der
Steuerung arbeiten, welche die Kraft auswählt,- Pe-rner kann ein
An- Ausschalter vorgesehen- sein. · ■
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Maschine·eine yiertakt-Viersylindernaschine.
Es werden also zweimal bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, d.h. also jeweils nach 180 Grad, Werte abgenommen.
Diese Positionen korrespondieren mit dem Beginn und
dem linde des Expansionshubes jedes Zylinders. Die erfindungsfomftße
Haschine ist also für Analysen ideal geeignet. Werden
Kdschinen mit einer größeren Zahl von Zylindern getestet,
boninnt dor.Expansionshub eines Zylinders, bevor der,Expansionshub einen anderen Zylinders beendet ist. Die Punkte, an denen
die Augonblicksgeschwindigkeiten erfaßt werden, müssen dann so
TOwThIt-; werden, daß der größte 'l'eil der Beschleunigung aufgrund
dosrpeziollen Zylinders durch die Meßperiode überdeckt wird,
wölrrencl die l/ir.'kung d.er Beschleunigungen aufgrund des vorausro^onronon
und des folgenden Zylinders auf ein-Minimum gedruckt
wird« ' ■■--.".
.-'igur ? zeift sch-eincitisch eine Aunführungsforrn einer Arbeitsr:i;Mtiocj
1V., J)ie;;o wird im folc'finden beschrieben;
\)ac Gljf-irteJT'.i;rom wird von einem Abtaster 70 erfaßt, der die
Cp r· η nun;· for. i;sl;öllfc,: die über-einem UiderstandseZement, z.B,
(ii'if.iT 7,ule:J lurir i'ü-r den otarter-iaobor abfällt. Diese Spannung -
- 14 -
wird übe.τ· Leitungen f>6 ■ zu einem Analog-Digital-r/andler 72 geleitet.
In diesem wird die Scheitelspannung erTeßfc und in eine
digitale Form gebracht, z.B. in eine binäre. Zahl, ausgedrückt
in einer Impulsserie. Dieses Digitalsignnl wird zu einem
Speicher 80 geleitet. Die Einheit, welche die Scheitelspannung
erfaßt, v;ird auf Null durch ein Signal zurückgesetzt, das von dein Abtaster J6 abgeleitet wird, das den oberen Totpunkt erfoXt.
Auf diese Weise wird ein Signal in den Speicher gegeben, das den Scheitelstrom des Startermotors in Abhängigkeit von Jeden Zylinder
repräsentiert. ■ '■
Wie bereits erwähnt wurde, laufen Markenpatvre, die sich auf don
Schwungrad der Maschine befinden, an dem Abtaster 36, der die
obere Totpunktlage erCnBt, vorbei und erzeugen ein Paar von Impulsen
jedesmal, wenn die Maschine eine Lage -einnimr.it, bei der ein Zylinder sich in der oberen Totpunktlage befindet. Diese Impulse
v/erden über Leitungen 40 zu dem V/andler 72 geleitet, wo
die Signale zunächst von einem Former und Filter verarbeitet v/erden. Nachdem eine bestimmte Geschwindigkeit von dem Schwungrad
erreicht worden ist, steuern die ersten Impulse jedes Impulspaares einen Zähler an, der die Impulse e^ner Standardinpulsquelle
von z.B. 2 Millionen Impulsen pro Sekunde zählt. iJie zweiten Impulse jeden Impulspaares stoppen den Zähler und
die Zahl,'die dann erreicht ist (welche der Zeit av/ischen den ■
Impulsen entspricht), wird in den Speicher 80 geleitet, v/o sie zunächst gespeichert v.ird.
Der Abtaster 44, der auf Druck anspricht, erzeuge Impulse,
wenn Brennstoff in den entsprechenden Zylinder eingespritzt wird» Diese Impulse worden zu dem V/andler *??. ';oleitet, wo sie
:;ivn;iehst gefiltert und geformt werden, um unerwünschte Veränderungen
zu beseitigen. J)er obenerwähnte Zähler zählt die Zeit zwischen dom Impuls und dem Signal, welches von dem Abtascer
für die obere Totpunkt lage abgegeben wird* Dar» Zeitintervall
wird dann in den Speicher gespeist, wo es zunächst
,Zß- ■
309312/0979 BAD OBIQINÄL
PATENTANWÄLTE ^ J I C "7 O
gespeichert" v/ird. Dieser Signal dient, ferner dazu, die 7/erte
den -spezielle") Z^ lindem zuzuordnen.
"V/eitere Abtaster 76 - s.B. zur Erfassung des Abgaswertes oder
dof Unterdruckes in der Eingangsleitung - iännen an dem Fahrzeug
eingebracht sein. L?onn die liaschine eine -bestimmte Geschwindigkeit
erreicht hat, v/erden die Signale von diesen Ab-tortern,
wenn sie in Betrieb· sind, in die Einheit 72 gespeist,
v/o r:ie geformt werden und dann in eine digitale Form gebracht werden. Die Digitalsignale werden dann zu dem Speicher 80
geleitet. .
Der Speicher 80 weint einen elektrischen Kreis auf, mit dem
die erforderliche Speicherung der Signale, die von dem Wandler 72 kommen, vorgenommen werden kann. Die Signale werden von
dem Speicher 80 zu Lesevorrichtungen 64 und/oder 82 geleitet.
Der elektronische Ereis umfaßt einen Speicher, einen Zentra.1-verarbeiter
und eine arithmetische Einheit. Diese Komponenten können miteinander verdrahtet sein„ In einer anderen Ausfül·· rungsform
können diese Komponenten durch ein geeignetes Programm gGS^miwrc xtferden, das sich in dem Digitalspeicher befindet.
Es ist notwendf-g, daß der Test, der ausgeführt wird,
und die speziellen Konstanten und Parameter, die im Zusammenhang mit der zu testenden Maschine stehen, in die Einheit
eingespeist werden. Diese Einspeisung kann mittels Knöpfen,
Schaltern oder anderen elektrischen Elementen 86 erfolgen. .Auf diese V/eise können die Zahl der Zylinder, die Geschwindigkeit,
die Testnrt und der Maßstpbsfaktor berücksichtigt werden. -
Informationen dieser Art können in den Speicher auch von einer
Leseeinheit 60 eingegeben werden. Diese Leseeinheit entnimmt die Informationen Karten, die entsprechend gelocht sind.
In dem Speicher 80 werden die Signale, die von den Abtastern stimmen, entsprechend den-Instruktionen, die in der Zentral- . ·;
- 16 BADOR131MAL
einheit (ein Teil des Speichers 80) enthalten sind, verarbeitet. Die Ergebnisse der verschiedenen Operationen werden in digitaler
Form in dem Speicher 80 gespeichert, um schließlich zu gegebener Zeit an die Anzeigeeinheiten 64- und 82 weitergegeben zu werden.
Die Information kann in verschiedener .Form zur Anzeige gebrecht
v/erden. So kann beispielsweise jeder gewünschte Parameter zu einem gesonderten Anzeigeorgan geleitet werden, das den Wert
des gemessenen Parameters digital anzeigt. Die Einrichtung kann aber auch so beschaffen sein, daß jeder Parameter zu einem
Meßinstrument gelangt, welches den V/ert des Parameters zeigt. In diesem Falle muß ein Digital-Analog-Wandler vorgesehen sein.
In einer dritten Ausführungsform kann ein Meßinstrument oder
ein Digitalanzeigeorgan in Verbindung mit einem Kreis zur Auswahl eines bestimmten Parameters vorgesehen sein, so daß es
möglich ist, jeden Parameter entweder durch manuelle Auswahl oder automatische Auswahl zur Anzeige zu bringen. Schließlich
ist es auch möglich, die Parameter in einen Schreiber einzuspeisen, der die Ergebnisse, welche die Prüfvorrichtung liefert,
permanent festhält.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, die im folgenden nichtweiter
beschrieben wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerordentlich gut zum Testen von Motoren, insbesondere solchen mit Verdichtungszündung
und Ottomotoren geeignet, wenn diese sich in einem Fahrzeug befinden.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch
geeignet, stationäre Maschinen zu überprüfen. Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, Maschinenfehler
festzustellen, indem man die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Leistung erfaßt, wobei man in der
Lage ist, die Arbeit jedes einzelnen Zylinders der Maschine,
- 17 -
309812/0979
z.B. während einer Beschleunigungsperiode oder bei gleichförmiger Geschwindigkeit, zu. erfassen. ■ Die.Maschine liefert
dann eine !Funktion für jeden Zylinder oder die Maschine insgesamt.
. ·
Der dei* Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin,
daß die augenblickliche V/inkelgeschwindigkeit unter Berücksichtirung
der Formel ¥=£ bestimmt wird durch Messen der
Zeit t, welche die Kurbelwelle benötigt, um sich um einen
gewissen Winkel,. z.B. 20°, -zu drehen. Diese Augenblicksge-'
schwindigkeit der Kurbelwelle wird gemessen bei einem bestimmten Winkel, der die obere Totpunktlage jedes Zylinders ·
umfaßt. Jede Messung representiert also die V/inkel ge schwindigkeit V, die im wesentlichen durch den vorausgegangenen
Zündhub verursacht ist, und ferner die Anfangsgeschwindigkeit
U, der im wesentlichen der darauffolgende Zündhub folgt.
Die aufeinanderfolgenden Geschwindigkeiten werden quadriert und differenziert- um auf diese Weise ein Resultat zu schaffen«
das proportional zu der mittleren Beschleunigung a gemäß folgender Formel ist:
a = V2-· U2
In der Praxis ist diese Beschleunigung im wesentlichen proportional zu dem mittleren.effektiven Bremsdruck (BMEP) jedes
Zylinders, der zwischen aufeinanderfolgenden Meßpunkten gezündet
hat.
Der tatsächliche BMEP einer bestimmten Maschine kann durch Multiplizieren der Beschleunigung a mit einem Maßstabsfaktor,
der eine Maschinenkonstante ist, erhalten werden.
Um zu erreichen, daß die Messung der Zylinderkräfte verwendet
werden kann, um die Fehler eines bestimmten Zylinders zu
30981-2/0979
PATENTANWÄLTE *\ J I |? *J Q
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isolieren, ist es notwendig, die bestimmten Zylinder jeder
Maschine durch Rückwärtszahlen oder durch einen Umdrehurigstest
zu identifizieren. Das v/ird erreicht, wie oben beschrieben ist, indem man die Druckverminderung ausnutzt, die sich in dem
Brennstoffeinrspritzsystem bemerkbar macht.
Wenn die Maschine mit gleichförmiger Geschwindigkeit arbeitet
und wenn man die Zeit zwischen dem Beginn der Brennstoffeinspritzung
bei einem bestimmten Zylinder und der Zeit mißt, wenn die Messung der Anfangsgeschwindigkeit dieses Zylinders
erfolgt, so erhält man ein Resultat, v/elches in direkter Abhängigkeit zu dem Zeitwinkel dieses Zylinders steht. Der
Zeitwinkel kann infolgedessen durch Multiplizieren des Zeitintervalles bestimmt werden, das bei der Winkelgeschwindigkeit
der Maschine gemessen v/ird.
DJ: TJH
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309812/0979
Claims (1)
- DIPL..INQ. DIETER JANDER DR.-INC MANFRED BDNINOPATENTANWÄLTE " 9 9 A. ^ 7 R- 19 PatentansprücheΛ J Prüfvorrichtung für Maschinen, ge kennzeichnet durch einen Abtaster (36) neben einem drehbaren Teil (22) der Maschine, das sich mit der Kurbelwelle (18) der Maschine mit von deren Winkelgeschwindigkeit abhängiger Winkelgeschwindigkeit dreht, und durch wenigstens eine Marke (34) an dem drehbaren Teil (22), deren Lauf an dem Abtaster (36) vorbei von diesem registriert wird.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als drehbares Teil das Schwungrad (22) dient.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem drehbaren Teil (22) zwei einander zugeordnete Marken (3A-) angebracht sind, die zwei elektrische Impulse in dem Abtaster (36) erzeugen, und daß diese beiden Impulse in einem bestimmten zeitlichen Verhältnis zu dem oberen Totpunkt jedes Kolbens oder, wenn es sich um einen Gegenkolben-Motor handelt, eines Kolbens jedes Kolbenpaares stehen.4. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet , daß das drehbare Teil so viel Markenpaare (34) wie Verbrennungshübe während einer Umdrehung des drehbaren Teils (22) aufweist, daß die Marken eines Paares jeweils um den gleichen Betrag voneinander getrennt sind und daß die Markenpaare mit etwa gleichen Abständen auf dem drehbaren Teil (22) verteilt angeordnet sind.5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch g e k e η η ζ e ichnet , daß zwei Abtaster (36) um das drehbare Teil (22) herum in bestimmtem Abstand voneinander angeordnet sind.303812/0978 - 20 -DfPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQPATE NTANWALTC 7 9 A R 7 ft6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil (22) so viele Marken (34) wie Verbrennungshübe während einer Umdrehung des drehbaren Teils (22) aufweist und daß die Marken etwa den gleichen Abstand voneinander auf dem drehbaren Teil (22) haben.7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß von dem (den) Abtaster(n) (36) elektrische Impulse erzeugt werden, die über Leitungen (40) in eine Einrichtung (46) gespeist werden, die das Bremsmoment und/oder die abgebremste Leistung für jeden Kolben zur Anzeige bringen.8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf Druck ansprechender Abtaster (44) an oder in einer Brennstoff-Einspritzleitung (16), Brennstoff-Einspritzpumpe (12) oder Einspritzstelle (14) vorgesehen ist, der ein elektrisches Signal aussendet, wenn Brennstoff eingespritzt wird.9. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaster vorgesehen ist, der bei Anheben eines Ventils in einem Brennstoff-Einspritzsystem ein elektrisches Signal abgibt.10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8 oder 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (46) die Impulse der Abtaster (36 und 44) zu einer Anzeige verarbeitet, aus der sich die Zeit zwischen dem oberen Totpunkt oder einem anderen Punkt der Bewegungsbahn jedes Kolbens und dem Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung ergibt.309812/0979DIPL..INQ. DIETER JANDER DR-INO. MANFRED BONINOPATENTANWÄLTE 2 2 A 5 7 8 111. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 10, dadurch ge k e-η η zeichnet , daß mindestens ein weiterer Abtaster od.dgl. zum Erfassena) der Anlauf verhältnisse des Motors,b) der Abgase,c) des Auspuff-Gegendruckes,d) des Druckabfalls in.der Lufteinlaßleitung,e) der Temperatur der Maschine,f) der Last des Generators,g) des Abfalls der Batteriespannung und/oderh) des Kompressordrucks
vorgesehen ist. ·12. Prüfvorrichtung mit einem Abtaster zum Erfassen der Abgase nach Anspruch 11, dadurch ge k e η η ζ e ich η et , daß die Maximalwerte während der gesamten Beschleunigung oder eines Teils derselben erfaßt werden.■ ·13. Vorrichtung nach Anspruch 7 und folgende, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (46) Werte, bezogen auf das durchschnittliche Bremsmoment und/oder die abgebremste Leistung, während eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches oder eines vollständigen Arbeitszyklus während der Beschleunigung zur Anzeige bringt.14. Verfahren zur Prüfung von Motoren, dadurch, g e k e η η ζ e i c h η e t , daß -die Bewegungen sich bewegender Teile (22,16) des Motors (10) in elektrische Impulse umgeformt v/erden, die in einer Arbeitsstation (46) ausgewertet werden.14. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η ζ e i c h ti ο t , de'ß die Drehung der Kurbelwelle (18) in elektrische : r:i' πι J ί; ο uiJiß'f-; Co rmt wird.309312/0979- 22 -DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-ING-MANfRED BONINGPATENTANWÄLTE *) O / C Π Q 1- 22 -16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß die DruckSchwankungen im Brennstoffeinspritzsystem in elektrische Impulse umgeformt werden.17. Verfahren nach Anspruch 14 - 16, dadurch gekennzeichnet , daß weitere Vierte, die im Zusammenhang mit dem im Betrieb befindlichen Motor stehen, z.B. die Abgasentwicklung, der Druck im Auspuff, in elektrische Signale umgeformt werden, die in der Arbeitsstation ausgewertet werden.3098 12/0979
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