DE2311486C3

DE2311486C3 - Vorrichtung zum Prüfen von Drosselstellen in einem Strömungskanal, insbesondere von Vergasern für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2311486C3
Application number: DE2311486A
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing.(Grad.) 3183 Fallersleben Leunig; Christian Dipl.-Ing. 6310 Gruenberg Pfeifer; Hans A. Dipl- Ing. Dr. 6300 Giessen Schultze
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1973-03-08
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DE2311486B2; FR2220785A1; US4041777A; BR7401766D0; DE2311486A1; IT1010599B; JPS5026569A; GB1456572A; FR2220785B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art. Derartige Vorrichtungen bezeichnet man auch als Fließbiinke. Wenn im Rahmen der Erfindung auch in erster Linie an die Prüfung eines Vergasers gedacht ist, läßt sich die Erfindung doch auch in anderen Fällen, beispielsweise zur Prüfung von Luftmengenmessern für eine elektronische Kraftstoffeinspritzung, einsetzen.

Betrachtet man zur Veranschaulichung des hier vorliegenden Meßproblems den bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, nämlich die Prüfung eines mit einem Einstellorgan in Gestalt einer Drosselklappe ausgerüsteten Vergasers, so erfolgt die Prüfung daraufhin, ob das Einstellorgan eine solche Stellung besitzt, daß bei einem bestimmten Druck vor dem Vergaser ein bestimmter Sollwert des Durchsatzes durch den Vergaser sichergestellt ist. Da hier mehrere voneinander abhängige Variable, nämlich Vordruck, Durchsatz und Druck hinter der Einrichtung, vorhanden sind, müssen mehrere Größen meßtechnisch erfaßt werden, was nicht nur einen erheblichen Meßaufwand, sondern auch die Gefahr von Ungenauigkeiten mit sich bringt.

Die DE-OS 19 36 321 beschreibt eine Prüfvorrichtung für Vergaser, bei der eine Einstellung der Drosselklappe des Vergasers erfolgt, bis eine vorgegebene Durchsatzmenge durch den Vergaser gemessen wird. Die Messung erfolgt durch Differenzdruckmessung an Blenden. Es ist aber sehr schwierig, diese Druckdifferenz mit hinreichender Genauigkeit zu messen, da der austrittsseitige Druck an einer Blende nur schwer erfaßbar ist Man muß hier mit experimentell zuvor ermittelten Korrekturfaktoren arbeiten, da der Ort und der Einfluß der Druckmeßsonde auf die Strömung berücksichtigt werden müssen.

Dieselben Schwierigkeiten bereitet das Verfahren und die Anordnung nach der DE-OS 21 36 425, da hier ebenfalls mit einer Differenzdruckmessung zur Erfassung des Luftdurchsatzes gearbeitet wird.

Auch das Verfahren und der Prüfstand für Vergaser nach der DE-AS 21 51 643 bedient sich einer Lufldurchsatzmeßeinrichtung, arbeitet also mit einer variablen Durchflußmenge.

Schließlich sie in diesem Zusammenhang auf die US-PS 25 97 231 hingewiesen, bei der eine Regelung auf konstanten Druck hinter einer Blende erfolgt, an der ebenfalls die Druckdifferenz zur Messung der Durchflußmenge abgegriffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei minimalen meßtechnischen Aufwand eine hohe Meßgenauigkeit bei den Priifvorgängen sicherstellt Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprijche.

Zwar ist die Verwendung kritisch durchströmter Düsen schlechthin in Vorrichtungen zum Prüfen von Vergasern aus der DE-OS If 76 06., bekannt, aber stromab der zu prüfenden Drosselstelle und zum Messen der Durchflußmenge. Dabei wird aber in nachteiliger Weise bei Vergasern nicht exakt die Luftdurchflußmenge, sondern die Gemischdurchflußmenge erfaßt. In Abweichung hiervon hat bei der Erfindung mit stromauf der zu prüfenden Drosselstelle angeordneter kritisch durchströmter Düse der Kraftstoff keinen Einfluß auf die Meßgröße, nämlich den Meßdruck.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist also darin zu sehen, daß eine vorgegebene konstante Durchflußmenge des Mediums durch den Strömungskanal während des gesamten Prüf- oder Meßvorganges gewahrt bleibt, und daß durch Messung einer Größe, nämlich des Meßdrucks vor der zu prüfenden Drosselstelle, festgestellt wird, ob dieser Istwert des Meßdrucks demjenigen Sollwert des Meßdrucks entspricht, der im Betrieb zur Erzielung des vorgegebenen Wertes der Durchflußmenge erforderlich ist.

Ganz allgemein handelt es sich bei der Erfindung also um eine Prüfvorrichtung, Das bedeutet aber keine Beschränkung auf die Gewinnung einer »Gut«- oder »SchlechtH-Aussage. Vielmehr läßt sich die Vorrichtung auch so ausbilden, daß sie bei einer ein Einstellorgan aufweisenden Drosselstelle, also beispielsweise bei einem eine Drosselklappe aufweisenden Vergaser, nach Art einer Regelung eine Einstellung des Einstellorgans bewirkt. Diesem Zweck dient die Ausbildung gemäß Anspruch 4. Wie bereits angedeutet, braucht diese

Betätigung des Einstellorgans nicht notwendigerweise von Hand zu erfolgen, sondern kann, was insbesondere für die Serienprüfung oder Serieneinstellung in der Fertigung wichtig ist, durch eine automatische Regelvorrichtung bewirkt werden.

Unter einer kritisch durchströmten Düse versteht man bekanntlich eine solche, in deren engstem Querschnitt das Medium mit Schallgeschwindigkeit strömt. Die Durchfiußmenge des Mediums durch eine derartige Düse ist eine Funktion des Druckes und der Temperatur vor der Düse sowie einer Düsenkonstanten. Demgemäß sieht die Erfindung gemäß Anspruch 2 Einrichtungen zur Konstanthaltung von Druck und Temperatur des in die kritisch durchströmte Düse einzuführenden Mediums vor.

Die Vorrichtung kann austrittsseitig gegen den normalen Atmosphärendruck arbeiten, da es sich gezeigt hat, daß die Konstanz dieses Druckes hinreicht. Häufig betreibt man derartige Vorrichtungen jedoch mit Unterdruck. Dann ist es erforderlich, gemäß Anspruch 3 Einrichtungen zur Konstanthaltung des stromab der Drosselstelle herrschenden Drucks des Mediums vorzusehen.

Wie bereits erläutert, ist eine Regelung der Temperatur stromauf der kritisch durchströmten Düse erforderlich, damit bei konstant gehaltenem Unterdruck stromab der zu prüfenden Drosselstelle die Durchflußmenge durch die Düse und der Meßdruck konstant sind. Zu diesem Zweck kann man im Strömungsweg stromauf der Düse einen temperaturgeregelten Wärmetauscher zur Einhaltung eines vorgegebenen Sollwerts der Temperatur des Mediums anordnen. Nun ist für die Genauigkeit der Einhaltung des Sollwerts der Durchflußmenge des strömenden Mediums durch die Drosselstelle, also beispielsweise einen Vergaser, aber nicht nur die Temperatur des Mediums stromauf der Düse, sondern auch an anderen Stellen der Vorrichtung von Bedeutung. Gerade die Verwendung kritisch durchströmter Düsen bringt infolge der Kompression des strömenden Mediums stromauf der Düse und der Entspannung des Mediums in und stromab der Düse die Gefahr unerwünschter Temperaturänderungen mit sich. Hinzu kommt, daß Teile der Vorrichtung in Wärmeaustausch mit auf anderer Temperatur befindlichen Gegenständen und der umgebenden Atmosphäre treten können, so daß in der Regel allein Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur des strömenden Mediums stromauf der Düse nicht ausreichen. Man wird vielmehr gemäß Anspruch 5 entsprechende Einrichtungen zumindest auch an kritischen anderen Stellen der Vorrichtung einsetzen. Diese Ausführungsform der Erfindung macht hierfür in vorteilhafter Weise von den Einrichtungen Gebrauch, die nach dem oben Gesagten zur Konstanthaltung des Drucks stromauf der kritisch durchstömten Düse vorgesehen sind.

Wie bereits diese Beschreibung der Erfindung erkennen läßt, bietet sie in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, im übrigen die Vorrichtung frei nach den Anforderungen auszulegen. Beispielsweise können explgsionsgeschützte Bauteile Verwendung finden, und man kann statt einer Kammer für eine zu prüfende Drosselstelle auch mehrere Kammern zur gleichzeitigen Untersuchung mehrerer Drosselstellen an dieselbe Düse bzw. dieselben Düsen anschließen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung is¹ in der möglichen konstruktiven Zusammenfassung der die Strömungsverhältnisse unmittelbar bestimmenden Tciie und der zur Konstanthaltung der Strömungsverhältiiisse dienenden Mittel zu sehen. Die erfindungsgemäOe Vorrichtung stellt eine schnelle Arbeitsweise auch bei Änderung der Durchflußmenge durch die Einrichtung sicher. Dies macht die Vorrichtung auch zur Serienprüfung beispielsweise von Vergasern in der Fertigung geeignet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert, von denen Fig. 1 schematisch den Aufbau einer nach der Erfindung ausgerüsteten Vergaserfließbank zeigt, während in den Schnittbildern der Fig.2 eine bevorzugte konstruktive Ausbildung für Einrichtungen zur Konstanthaltung von Temperaturen und Drücken wiedergegeben sind.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist der zu untersuchende Vergaser 1, der die als Einstellorgan dienende Drosselklappe 2 bekannter Bauart aufweist, in der Aufnahmekammer 3 untergebracht·, der über die Strömungsleitung 4 Luft zugeführt und aus der über die Strömungsleitnng 5. die mit der Vakuumpumpe 6 versehen ist und den Auslaß 7 aufweis», ^:.,uft abgesaugt wird, in Strömungsrichtung hinter dem üiiieintritt 8 und dem Filter 9 befindet sich das Regelsystem 10, das zur Einstellung des Drucks vor der kritisch durchströmten Düse 11 dient, der das individuelle Absperrventil 12

zugeordnet ist. Über die Meßleitung 13 und den Absolutdruckmesser 14 nebst Anzeige 15 wird ein Istwert-Signal für den Meßdruck vor dem Vergaser 1 gewonnen.

Das Istwert-Signal wird über die Leitung 16 dem Differenzverstärker 17 zugeführt, der ferner über die weitere Eingangsleitung 18 aus dem Sollwertgeber 19 mit einem Sollwert-Signal gespeist wird. Über die Ausgangsleitung 20 wird der Stellmotor 21 für die Drosselklappe 2 vom Differenz-Regelverstärker 17 mit die Differenz zwischen Soll- und Istwert wiedergebenden Differenzsignalen gespeist, so daß die Drosselklappe 2 in diejenige Stellung gebracht wird, in der sich der der vorliegenden Durchflußmenge zugeordnete Sollwert des Meßdrucks einstellt. Die Änderung der Einstellung der Durchflußmenge erfolgt dagegen nur durch ',Vechsel der kritisch durchströmten Düse.

Der Drosselklappen-Verstellmotor 21 kann zugleich mit einer Anzeige 22 für die Drosselklappeiwtellung gekoppelt sein.

Die Vorrichtung arbeitet, wie dargelegt, nur dann mit der erforderlichen Genauigkeit, wenn insbesondere Temperatur und Druck stromauf der Düse 11 auf vorgegebene Sollwerte geregelt werden. Entsprechende Einrichtungen zeigt F i g. 2, in der die bereits in F i g. 1 auftretenden Bezugszeichen wieder verwendet sind.

Die Aufnahmekammer besitzt vier Wände, von denen die mit 23,24 und 25 bezeichneten sichbar sind, wobei in die letztP£P,annte Wand die Zuleitung 4 einmündet und von ihr die Ableitung 5 für die strömende Luft abgeht.

Auf diese Ableitung werden die zu prüfenden Vergaser aufgesetzt.

Betrachtet man ηι·η den Bereich des Strömungsweges vor der Düse 11, se ist in ihm der Wärmetauscher 26 angeordnet, der dazu dient, die strömende Luft vor

so ihrem Eintritt in die Düse 11 auf einen vorbestimmten Temperaturwert zu bringen. Beispielsweise kann man so vorgehen, (hiß man eine Luft mit relativ niedriger Temperatur, beispielsweise 5°C, bei einer bestimmten relativen Feuchte dem Lufteintritt 8 (vgl. Fig. I) zuführt

<v"i und über den als Heizvorrichtung betriebenen Wärmetauscher 26 mit großer Wärmeaustauschfläche aufheizt. Damit ist also eine Vorbedingung für die Einstellung einer bestimmten konstanten Durchflußmenge durch

die Düse 11 geschaffen. Die andere Voraussetzung besteht in der Einhaltung eines bestimmten Sollwertes des Druckes stromauf der Düse. Dem dient in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 das Regelsystem 10, das in dem Leitungssystem 27 das hier als Klappe ausgebildete Durchflußstellglied 28 enthält. Je nach Einstellung des Durchflußstellgliedes 28 wird also ein Teil der bereits von dem geregelten Wärmetauscher 26 auf den vorbestimmten Sollwert der Temperatur gebrachten Luft durch das Leitungssystem 27 abgeleitet. Das Leitungssystem 27 weist eine erste Kammer 29 auf, die von der Düse 11 durchsetzt ist, so daß sie die Mantelfläche derselben gegen Temperaturänderiingen schützt. Diese Ringkammer 29 ist also von dem überflüssigen Teil der Luft, der aber die vorgegebene Temperatur besitzt, durchströmt. Die Luft strömt aus der Ringkammer 29 über die Leitung JO in die weitere Ringkammer 31, die den Strömungsweg im Bereich der Aufnahmekammer 3 für die zu prüfenden Vergaser gegen äußere Temperatureinflüsse schützt. Der Abfluß des das Leitungssystem 27 durchspülenden Teils der Luft ist mit 32 bezeichnet. Wie die Figur zeigt, sind die Wände 23 und 25 der Aufnahmekammer 3 zugleich Wände der Ringkammer 31, so daß ein guter Wärmeaustausch zwischen der Aufnahmekammer einerseits und der Ringkammer andererseits gewährleistet ist.

In Strömungsrichtung zwischen der Düse 11 sowie dem Ventil 33 liegt der weitere Wärmetauscher 34, der zur Einstellung und Konstanthaltung eines Sollwerts der Temperatur der strömenden Luft vor dem zu untersu-■ > chenden Vergaser dient. Ein derartiger, in der Regel von dem ersten Wärmetauscher 26 unabhängiger Wärmetauscher 34 ist deshalb erforderlich, weil infolge Kompression und Entspannung der Luft durch die Düse 11 eine Änderung der Temperatur der Luft gegegüber

in ihrer Temperatur unmittelbar vor der Düse eintreten kann.

In der Regel wird man als kritisch durchströmte Düsen Lavaldüsen mit Druckrückgewinnung durch einen nachgeschalteten Diffusor verwenden. Nimmt

π man eine Düsenkontur nach Stodola und Smith, wie sie theoretisch bei E. Schmidt thermodynamik. I960, S. 271 ff., angegeben ist, so kann man bereits bei einem Differenzdruck, der etwa V₁ des Drucks vor der Düse beträgt, Schallgeschwindigkeit in dieser erreichen. Es sei aber darauf hingewiesen, daß unter einer kritisch durchströmten Düse im Sinne der Erfindung jede Düsen- oder Blendenanordnung mit den definierten Eigenschaften zu verstehen ist.

Die Wärmetauscher können Heiz- und Kühleinrich-

:") tungen sowie Mittel zur Entfeuchtung des Mediums enthalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Prüfen von Drosselstellen in einem von einem Medium durchströmten Strömungskanal, z. B. dem Ansaugkanal von Vergasern für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der zu prüfenden Drosselstelle (1) zur Erzielung einer konstanten DurchfluBmenge im Strömungskanal eine kritisch durchströmte Düse (11) vorgesehen ist und daß der zwischen der Düse (11) und der Drosselstelle (1) im Strömungskanal herrschende Druck (Meßdruck) gemessen und mit einem Sollwert, der einer Muster-Drosselstelle zugeordnet ist, verglichen wird.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (10, 26) zur Konstanthaltung von Druck und Temperatur des in die kritisch durchströmte Düse (11) einzuführenden Mediums vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Einrichtungen (6) zur Konstanthaltung des stromab der Drosselstelle (1) herrschenden Drucks vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im Querschnitt einstellbaren Drosselstelle (1) über ein Regelgerät (17) in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen dem Istwert des Meßdrucks und einem zugeordneten S;>fiwert der Querschnitt der Drosselstelle (1) verändert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daS im Strömungsweg zwischen einem Wärmetauscher (26) stromauf J5 der Düse (11) und der Düse 11 zur Einhaltung eines vorgegebenen Sollwerts des Drucks des Mediums an der Eintrittsseite der Düse (11) ein mit einem Durchflußstellglied (28) bestücktes Leitungssystem (27) abzweigt und zumindest Teilbereiche der ·ιο Vorrichtung umschließt.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kritisch durchströmte Düse (M) eine Lavaldüse ist.

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