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Vorrichtung zur Messung des Eraftstoffver-
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brauches von Flüssigkeitskraftmaschinen D; Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zur Messung des K:ttstoffverbrauches von Flüssigkeitskraftmaschinen
mit betriebsbedingt wechselnder Leistungsabgabe, insbesondere des Treibstoffverbrauches
von Kraftfahrzeugmotoren.
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Bei einem bekannten Gerät dieser Art erfolgt die Kraftstoffmessung
mit Hilfe eines Zweikammermengenmeßgerätes, in dessen durch eine Membran getrennte
Kammern der durchfließende Kraftstoff abwechselnd mittels Magnetventilen geleitet
wird, wobei die von dem Eraftstoff bewegte Membran jeweils nach Füllung der Kammer
einerseits die Magnetventile und andererseits ein Zählwerk schaltet.
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Bei einem anderen bekannten Gerät erfolgt die Kraftstoffmessung
mit
Hilfe eines magnetventilgesteuerten Meßrohres mit Ausgleichsbehälter gleichen Volumens,
wobei der absinkende Flüssigkeitsspiegel mit Hilfe eines reflektierenden Lichtstrahles
abgetastet und die erforderlichen Schaltvorgänge photoelektrisch ausgelöst werden.
Aufgrund der gleichzeitig erfolgenden Zeitmessung kann dann der auf die Zeiteinheit
oder - bei Einhaltung ansonsten konstanter Testbedingungen - der auf die Leistung
bezogene Eraftstoffverbrauch ermittelt werden.
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Die bekannten Geräte dieser Art besitzen einige, ihre Anwendung wesentlich
beeinträchtigende Nachteile. So liegt etwa die kleinste, Meßwerte einer ausreichenden
Genauigkeit ergebende Mindestdurchsatzmenge bei 10 cm3, wodurch sich die Verbrauchsmessung
bei kleinsten Durchsatzmengen von unter 0,1 l/h auf eine unerwünscht lange Meßzeit
von bis zu mehrere Minuten erstreckt. Ein weiterer Nachteil besteht auch darin,
daß die bekannten Meßgeräte die Verbrauchsmessung von Einspritzanlagen mit zwei
verschiedenen Systemdrücken nicht zulassen, bei denen sich der Rücklauf vor dem
Meßgerät nicht kurzschließen läßt. Ein weiterer Nachteil liegt insbesondere bei
den mit Meßrohr arbeitenden Geräten in ihrer Baugröße sowie der Messung durch Abtastung
eines freien Flüssigkeitsspiegels, die den Einsatz lediglich als Prüfstandmeßgerät
zulassen und einen fahrzeugfesten Einbau zur Verwendung als Armaturenbrettanzeigegerät
ausschließen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Eraftstoffverbrauchmeßgerätes,
das
bereits bei kleinsten Durchsatzmengen in kurzer Zeit genaue Meßergebnisse liefert,
einen Einbau in Fahrzeugen mit Armaturenbrettanzeige und die Messung des Verbrauchs
sowohl von Vergaser- als auch von Einspritzmotoren zuläßt.
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Das erfindungsgemäße Gerät wird gebildet von je einer Meßstrecke für
den Kraftstoffrücklauf und/oder Kraftstoffvorlauf aus a) einem in einer kreisförmigen
Kammer frei drehbar gelagert ten Zahnrad, b) tangential in die kreisförmige Kammer
mündenden Bohrungen als Zu- und Abflußleitungen für den Betriebsstoff, c) je einem
Lichtleitelement in den die Kammer begrenzenden Wänden in der Zone des Zahnkranzes,
d) einem Infrarotsender und einem Infrarotempfänger außerhalb der Kammer auf gleicher
optischer Achse mit den Lichtleitelementen, einem an den bzw. die Infrarotempfanger
angeschlossenen, im wesentlichen von einem Impulswandler bzw.einer Vergleichsschaltung
gebildeten Meßwerk.
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Durch die Erfindung ist erstmals ein nicht intermitierend auf der
Grundlage einer vorgegebenen Mindesttreibstoffmenge arbeitendes Durchflußmeßgerät
geschaffen, das bereits bei unter 10 cm3 liegenden Verbrauchsmengen exakte Meßwerte
abgibt und daher bei weit unter einer Minute liegenden Testzeiten exakte. Testergebnisse
erbringt. Infolge der Ausbildung als Durchlaufmeßgerät mit Rücklaufvergleichsmessung
ist trotz Auslegung auf hohe Vorlaufmengen die Messung kleinster Verbrauchsmengen
von 10 ml/h und darunter möglich, ebenso unter entsprechender Verringerung der gemessenen
Rücklaufmenge die Messung großer Verbrauchsmengen.
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Das Gerät arbeitet mit großer Meßgenauigkeit. Das Auftreten von Meßfehlern
etwa durch eine Ansprechschwelle ist infolge der auch bei kleinsten Verbrauchsmengen
erhöhten Durchlaufmengen an beiden Meßstrecken vermieden.
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Die Geräte sind äußerlich klein und eignen sich daher für einen fahrzeugfesten
Einbau und Anschluß einer Armaturenbrettanzeige. Die Verwendung eines Infrarotsenders
zur Erzeugung des Meßstrahles gewahrleistet eine einwandfreie Messung auch bei gefärbten
Kraftstof-½n.
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DH .ät erlaubt in gleicher Weise die Messung des reibstoffverbrauchs
sowohl von Vergasermotoren als auch von Einspritzmotoren.
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Es : -:rf hierzu lediglich der Anordnung eines Sperrventils zwischen.dem
motorseitigen Ausschlußstutzen der Vorlaufsmeßstrecke und Herstellung einer unmittelbaren
Verbindung vom Rückflußanschluß der Einspritzpumpe zur Rücklaufmeßstrecke, wodurch
ein einfaches Umstellen des Meßgerätes von Vergasermotorenmessung auf
Einspritzmotorenmessung
durch wechselweises Schließen bzw. Offnen der beiden Verbindungen möglich ist.
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Zur Vermeidung von Meßfehlern durch im Treibstoff mitgeführte Luftblasen
ist vorteilhaft dem pumpenseitigen Anschluß der Vorlaufmeßstrecke eine mit einem
vom Flüssigkeitsstand beispielsweise mittels Widerstands- oder Kapazitätsänderung
angesteuerten Magnetventil versehene Entgasungskammer vorgeschaltet. Hierbei ist
die Entgasungskammer bei Einspritzmotormeßgeräten oder kombinierten Meßgeräten vorteilhaft
mit einem zusätzlichen membranbetätigten Ventil versehen, das druckseitig mit dem
motorseitigen Anschluß der Rücklaufmeßstrecke und dessen Entlastungsraum mit dem
tankseitigen Anschluß der Rücklaufmeßstrecke verbunden sind.
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Auf diese Weise wird eine Fixierung der Zulaufübers chußmenge zur
Einspritzpumpe auf einen am Membranventil einstellbaren Maximal--«eT-' ermöglicht
in der Weise, daß sich bei tiberschreiten der gewünschten UberschuBmenge das Membranventil
öffnet und damit die die slawimalwert überschreitende überschußmenge an Kraftstoff
aus der Fr.:-nsungskammer unter Umgehung der Meßstrecken zum Tank bzw.
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zur Bes nleitung rückfließt.
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Das Meßwerk kann im einfachsten Fall aus einem einfachen Impulswandler
~>stehen, an den unmittelbar ein anzeigender Impulszähler angeschlossen ist.
Vorteilhaft ist jedoch als Impulswandler ein monostabiler Kippgenerator vorgesehen,
der eingangsseitig über einen pnp-Transistor in Emitterschaltung mit dem Infrarotempfänger
sowie über einen npn-Transistor in Kollektorschaltung und einen Vorwiderstand mit
dem Infrarotsender verbunden ist. Es wird hierdurch eine
Mitkopplung
zwischen Infrarotsender und Infrarot empfänger erreicht, die einen vom Lichteinfall
auf den Infrarotempfänger abhängigen Stromfluß zum Infrarotsender und damit eine
größere Steilheit der Anstiegs- bzw. Abfallsflanken der vom iInfrarotempfänger abgegebenen,
als Eingangs impulse für den monostabilen Eippgenerator dienenden Impulse bewirkt.
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Dem Impulswandler ist zweckmäßig weiterhin eine im wesentlichen aus
einem Stellwiderstand bestehende Abgleichschaltung zur Impulsbreiten-Einstellung
aufgeschaltet, mit der die bei der Herstellung unvermeidbaren Fertigungstoleranzen
der Meßräder ausgeglichen und damit die Notwendigkeit der Einzeleichung der Anzeigegeräte
auf den jeweils zugehörigen Meßwertgeber vermieden ist. Bei Ausführung des Gerätes
nur mit einer Meßstrecke, beispielsweise al. Bordgerät mit Armaturenbrettanzeige
für Kraftfahrzeuge mit r=^ .sermotor erfolgt Anschluß des Anzeigegerätes unmittelbar
an den Ausgang des monostabilen Kippgenerators.
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Be Ausbildung des Gerätes als Vergleichsmeßgerät, d. h. mit getre..nten
Meßstrecken für Kraftstoffvorlauf und Kraftstoffrücklauf sind ful den Rücklauf eine
entsprechende Impulsbreitensteuerung vorgesehen und die Impulswandler ausgangsseitig
über je eine der Erziel11 konstanter Impulsamplituden dienenden Transistorstufe,
je eine der Impulsintegration dienenden Kondensatorstufe sowie je einen als Impedanzwandler
dienenden Verstärker mit einem Differenzglied verbunden. Das Differenzglied liefert
die Meßspannung für das Anzeigegerät. In eine der beiden Transistorstufen kann
zum
Zwecke des Nullabgleiches ein Stellwiderstand eingeschaltet und dem Differenzglied
zum Zwecke der Maximalwerteinstellung der Ausgangsmeßspannung ebenfalls ein Stellwiderstand
nachgeschaltet sein.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Es zeigen Fig. 1 eine Sicht vorn oben auf ein kombiniertes Meßgerät
zur Messung des Kraftstoffverbrauchs von wahlweise Vergasermotoren oder Einspritzmotoren
Fig. 2 einen Schnitt nach A-A durch Fig. 1 Fig. 3 einen Schnitt nach B-B durch Fig.
1 Fig. 4 das Schaltbild eines der Meßwert auswertung dienenden Meßwerkes In der
Zeichnung sind mit 1, la der pumpenseitige Vorlaufanschluß mit 2 zur motorseitige
Vorlaufanschluß, mit 3 der motorseitige Rücklaufanschluß und mit 4 der tankseitige
Rücklaufanschluß eines kombinierten Meßgerätes zur wahlweisen Messung des Treibstoffverbrauchs
von Vergasermotoren und Einspritzmotoren bezeichnet. Das Meßgerät besteht im übrigen
aus j einer Durchlaufmeßstrecke für den Treibstoffvor- und Treibstoffrücklauf, die
gebildet sind aus - siehe auch die Figuren 2 und 3 - je einem in einer kreisförmigen
Kammer 5, 5a frei drehend gelagerten Zahnrad 6, 6a, tangential in die kreisförmigen
Kammern 6, 6a mündenden Bohrungen 7, 7a
und 8, 8a als Zu- und Abflußleitungen
für den Kraftstoff zu bzw.
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aus den Kammern, je einem Linsenelement 9, 10 und 9a, 10a in den die
Kammern begrenzenden Wänden in den Zahnkranzzonen der Zahnräder 6, 6a, je einer
Infrarotdiode 11, 11a und je einer Fotodiode 12, 12a, die auf einer gemeinsamen
optischen Achse mit den Linsenelementen 9, 10 bzw. 9a, 10a liegen. Die Zahnradachsen
sind mit 13 bzw. 13a bezeichnet. Die motorseitigen Anschlüsse der beiden Meßstrecken
sind mittels der Querbohrung 14 flüssigkeitsleitend miteinander verbunden. Zwischen
Tank, Kraftstoffpumpe und den beiden Meßstrecken wird somit ein Flüssigkeitsumlauf
mit zwischen den Meßstrecken liegender Abzweigleitung zum Verbraucher gebildet.
In der Querbohrung 14 einerseits sowie in dem motorseitigen, dem Anschluß an den
Rücklauf einer Einspritzpumpe dienenden Anschlußstutzen 3 andererseits sind je ein
Sperrventil 15 bzw. 16 vorgesehen. Es ist weiterhin der Vorlaufmeßstrecke eine mit
einem durch Widcstand 17 gesteuerten Magnetventil 18 versehene Entgasungskammer
19 vorgeschaltet. Die Entgasungskammer 19 ist mit einem von eimer Membran 20 (Fig.
1) betätigten Ventil 21 versehen, dessen Entlastungskammer 22 über eine Bohrung
23 mit dem tankseitigen Anschluß der Rücklaufmeßstreeke und dessen Druckkammer 24
über eine Bohrung 25 mit dem motorseitigen Anschlußstutzen 3 der Rücklaufmeßstrecke
verbunden ist.
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Das in der Zeichnung dargestellte Meßgerät arbeitet wie folgt: Zur
Messung des Kraftstoffverbrauchs von Vergasermotoren sind das Ventil 15 geöffnet
und der Stutzen 3 mittels des Ventils 16
oder in anderer Weise
geschlossen. Der Stutzen 1a ist mit dem Ausgang der Benzinpumpe, der Stutzen 2 mit
dem Vergaser und der Stutzen 4 mit der Ansaugleitung der Benzinpumpe verbunden.
Der über den Stutzen 1a zufließende Kraftstoff entgast im Raum 19, wobei sich das
ausscheidende Gas - siehe Fig. 2 - im Dom des Raumes 19 sammelt und über das Ventil
18 entweicht. Die Öffnung des Magnetventils 18 erfolgt auf Steuerung durch den Widerstand
17, der bei Absinken des Flüssigkeitsniveausim Entgasungsraum 19 unter das Niveau
des Widerstandes 17 aufgrund der hierdurch bewirkten Widerstandsänderung den Schaltbefehl
erteilt. Der aus dem Entgasungsraum 19 über den Vorlaufstutzen 1 sowie die Tangentialbohrung
7 in die Kammer 5 strömende sowie über die Bohrung 8 abströmende Kraftstoff setzt
das Zahnrad 6 mit einer der Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit
in Drehung, wobei mit jedem Durchlauf eines Zahnes des Zahnrades durch die optische
Achse eine Unterbrechung des Infrarotstrahles eintritt, die am Fototransistor die
Abgabe eines Impulses auslöst. Die Zahl der vom Fototransistor abgegebenen Impulse
steht damit in direkter Proportionalität zu der die Meßstrecke durchströmenden Flüssigkeitsmenge.
Durch einfache Impulsintegrierung kann somit die durchströmende Flüssigkeitsmenge
festgestellt und auf jede geeignete BezugsgrnRe (Zeit, Fahrstrecke) relativiert
werden. Ein in dieser Weise ansgebildetes Gerät genügt bereits den an die Meßgenauigkeit
eines Bordmeßgerätes gestellten Anforderungen.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten als Vergleichsmeßgerät für
getrennte Vorlauf- und Rücklaufmessung dienenden Gerät, fließt die um die Verbrauchsmenge
reduzierte (Abfluß über Anschluß 2) Flüssigkeit über die Rücklaufmeßstrecke 5a-12a
in den Tank zurück. Die Rücklaufmeßstrecke 5a bis 12a arbeitet in der gleichen Weise
wie die Vorlaufmeßstrecke, so daß aus der Differenz der gewonnenen Meßwerte der
über den Stutzen 2 zum Vergaser abgeströmte Flüssigkeitsteil ermittelt werden kann.
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Entsprechend erfolgt die Messung des Kraftstoffverbrauchs von Einspritzmotoren,
wobei lediglich durch Schließen des Ventils 15 und öffnen des Ventils 16 unter Anschluß
des Stutzens 3 an den Rücklauf von dem Einspritzaggregat der Flüssigkeitsumlauf
nicht direkt über die Querverbindung 14 sondern über. das - nicht dargestellte -
Einspritzaggregat zur Rücklaufmeßstrecke und weiter zum Tank geführt wird. Hierbei
wird mit Hilfe der Membransteuerung die der fSberschußmenge entsprechende Rücklaufmenge
auf einen beliebigen Maximalwert von beispielsweise 35 Liter pro Stunde eingeregels.
Zu diesem Zweck wird der sich im Rücklauf vor der als Drossel wirkenden Meßstrecke
aufbauende Druck über die Verbindungsleitung 25 (Fig. 1 und 3) in die Druckkammer
24 des Membranventils weitergeleitet, der bei Uberschreiten der am Membranventil
21 voreingestellten Schließkraft von beispielsweise 0,1 atü das Ventil 21 und damit
den Entgasungsraum 19 über den Entlastungsraum 22 und die Bohrung 23 gegen den Rücklauf
öffnet. Hierdurch fließt Kraftstoff unter entsprechender Verminderung der Vorlauf-und
damit auch Rücklaufmenge unmittelbar zum Tank ab, bis infolge
des
dementsprechend in der Rücklaufleitung eintretenden Druckabbaus und Entlastung der
Druckkammer 24 das Ventil 21 schließt.
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In Fig. 4 sind die Infrarotdiode (D1) und der Fototransistor (T1)
der Vorlaufmeßstrecke mit den selben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Der
Fototransistor 12 ist über den Transistor U3 in Emitterschaltung mit einem monostabilen
Kippgenerator V1 verbunden bei Mitkopplung des in Kollektorschaltung im Stromkreis
der Infrarotdiode liegenden Transistors T2 mit Vorwiderstand R2. Durch die Mitkopplung
der Transistoren T2 und T wird eine dem Lichteinfall 3 auf den Fototransistor T1
proportionale Veränderung des Stromflusses durch die Infrarotdiode und damit eine
Veränderung der Anstiegs- bzw. Abfallflanken der von dem Fototransistor abgegebenen,
mehr sinusförmigen Impulse erreicht. Die noch in etwa Wellenform aufweisenden Impulse
werden in dem monostabilen Kippgenerator V1 in Rechteckimpulse umgeformt, wobei
mittels des dem Kippgenerator aufgeschalteten Stellwiderstandes R3 eine Abgleichung
der Impulsbitte 7.um Zwecke des Ausgleichs der bei der Fertigung unvermeidbarren
nrohzahltoleranzen der Meßräder möglich ist.
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Eine aloge - in der Zeichnung im einzelnen nicht dargestellte -durch
die Angabe "Teil B" gekennzeichnete Schaltung ist für die Rücklallfmoßstrecke vorgesehen
mit dem einzigen Unterschied, daß für Teil B ein Toleranzabgleich entbehrlich ist,
da die Abstimmung lediglich im Verhältnis zwischen den Meßrädern der Vorlaufmeßstrecke
und
der Rücklaufmeßstrecke erfolgt.
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Die von dem monostabilen Kippgenerator V1 der beiden Meßstrecken
abgeSebenen zeitkonstanten Rechteckimpulse werden jede für sich über je einen der
Erzielung einer Impulshöhenkonstanz dienenden Transistor T5 bzw. T6 in je einer
Kondensatorschaltung R6, R7, C2 bzw. R8, Rg, C3 integriert, die über je einen als
Impedanzwandler wirkenden Verstärker V3 bzw. V4 mit einem Vergleichsglied V5 verbunden
sind. Das Vergleichsglied V5 liefert eine der Differenz der Kondensatorspannungen
proportionale Ausgangs spannung als Meßspannung für ein Anzeigegerät, das ein Analoganzeigegerät
26 od ein Digitalanzeigegerät 27 sein kann.
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Der in den Integrationskreis T5, C3, R9, V3 eingeschaltete Stellwiderstand
R5 dient dem Nullabgleich für die gesamte Stufe, während mit Hilfe des Stellwiderstandes
R10 in der Ausgangsleitung eine auf dap angeschlossene Meßgerät abgestimmte Maximalwerteinstellung
und damit eine einfache Geräteeichung möglich ist.
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Die in der Zeichnung als Teile A, B und C zusammengefaßten Schaltungsteile
sind einzeln prüfbare Baugruppen, die jeweils mit einer eigenen Spannungsstabilisierung
V2 bzw. V6 versehen sind. Bei Verwendung bzw. Ausbildung des Meßgerätes als Durchflußmeßgerät
für größere Durchflußmengen genügt der Anschluß der Baugruppe Teilt, an deren Ausgang
A der Anschluß eines Impulszählwerkes mit Digitalanzeige zur einfachen Mengenablesung
genügt, jedoch auch eine Integrationsschaltung zur Erzielung einer für Analoganzeige
geeigneten Meßspannung vorgesehen sein kann.