DE2647402A1 - Messwertwandler zur ueberwachung der brennstoffeinspritzung von motoren - Google Patents

Messwertwandler zur ueberwachung der brennstoffeinspritzung von motoren

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DE2647402A1 DE19762647402 DE2647402A DE2647402A1 DE 2647402 A1 DE2647402 A1 DE 2647402A1 DE 19762647402 DE19762647402 DE 19762647402 DE 2647402 A DE2647402 A DE 2647402A DE 2647402 A1 DE2647402 A1 DE 2647402A1
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Description

PATE NTANWALTE
MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW
München, den 20.10.1976 S/2/hs - C 3673
CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT LIMITED OTTAWA, Ontario, Canada
Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung von Motoren
Die Erfindung betrifft einen Meßwertwandler zur Überwachung einer Diesel-Brennstoffeinspritzung und insbesondere eine Vorrichtung zur Befestigung eines einen Druck messenden Meßwertwandlers bezüglich einer dickwandigen Brennstoff-Einspritzleitung, so daß mit hoher Auflösung zeitliche Druckverläufe des Brennstoffeinspritzzyklus1 gewonnen werden können.
Fehlfunktionen des Diesel-Brennstoffeinspritzsystems sind wahrscheinlich in direkter und indirekter Weise für mehr am Motor auftretende Probleme verantwortlich, als irgendein anderes einzelnes System bzw. Vorrichtung, wobei sich der Bereich dieser Probleme von einem schlechten Wirkungsgrad bis hin zu ernsthaften Beschädigungen des Motors erstreckt. Ein beträchtlicher Arbeitsaufwand wurde auf die Analyse der'bei der Dieseleinspritzung auftreten-
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den Phänomene mittels des Druckverlaufes verwendet. Dies blieb jedoch auf Leborbedingungen und transportable ■Versuchseinrichtungen beschränkt, wobei es in unerwünschter Weise erforderlich wurde, in das System einzudringen und es zu modifizieren, um eine Anpassung an Meßwertwandler zu erzielen, die einen unmittelbaren Kontakt mit der Flüssigkeit benötigen. Die Erfindung geht hinsichtlich der Diagnose, die den zeitlichen Druckverlauf der Brennstoffeinspritzung verwendet, von einem Stand der Technik aus, wie er durch die Druckschrift "Elektronische Analysevorrichtung für Dieselmotoren" von R. German u.a., SAE Nr. 690 474 vom Mai 1969 gegeben ist.
Systeme, die ein Eindringen in die Brennstoffleitung und eine direkte Berührung mit dem Brennstoff erfordern, sind aus den folgenden Gründen nachteilig:
a) Die äußerst genaue Beschaffenheit eines Diesel-Brennstoffeinspritzsystems und seine Empfindlichkeit gegenüber der Systemträgheit, dem Volumen und der Länge des Fluid-Schallpfades lassen es wenig wünschenswert erscheinen, Füh lervorrichtungen in direkter Verbindung mit dem Fluid zu verwenden.
b) Der Einbau eines guten, dynamischen Kristall-Meßwertwandlers, wie er zur Zeit im Handel erhältlich ist, ist sehr teuer, so daß es durch die Kosten unmöglich gemacht wird, solche Meßwertwandler bei einem Motor fortwährend an allen Zylindern zu verwenden.
c) Die Lebensdauer der gegenwärtigen Meßwertwandler-Typen ist unannehmbar kurz.
In der am 2. Juli 1975 eingereichten Patentanmeldung P 25 29 563.0 mit dem Titel "Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung von Motoren" (entsprechen der U.S.-PS 486 189 vom 5- Juli 1974) ist ein Meß-
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wertwandler zur Überwachung des zeitlichen Druckverlaufs bei einem Brennstoff-Einspritzsystem beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt wenigstens ein Widerstandsdehnungsmeßstreifen-Element, das fest in Längsrichtung um den Umfang eines Brennstoffleitungsrohrs befestigt ist, so daß eine Ausdehnung oder Kontraktion des Rohrs Veränderungen des Widerstandes des Widerstandselementes bewirkt, eine Kunststoffhülse, die das Widerstandselement zumindest teilweise bedeckt, ein torpedoförmiges Gehäuse, das aus massivem bzw. dauerhaftem Metall hergestellt ist, das die Röhre und das auf ihr befestigte Widerstandselement umschließt, und das mit der Röhre umfangsmäßig an äußeren Punkten, die von dem Widerstandselement entfernt liegen, fest verbunden ist, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Gehäuse und der Röhre umgrenzt, einen fest abbindenden Kleber, der den Hohlraum ausfüllt und elektrische Leitungen, die von dem Widerstandselement durch Öffnungen in dem Gehäuse nach außen führen. Es hat sich gezeigt, daß diese Vorrichtung in der Praxis einwandfrei arbeitet, wenn die Montage vorsichtig durchgeführt wird; es ist jedoch erforderlich, daß das Widerstandselement direkt und in sehr engem Kontakt auf die Brennstoffeinspritzleitung aufgeklebt bzw. aufgekittet wird, wozu eine geübte und große Geschicklichkeit aufweisende Person unmittelbar am Einbauort anwesend sein mußte. Hieraus ergeben sich gewisse Nachteile.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertwandler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Einbau auf sehr einfache Weise auch von einer ungeübten Person vorgenommen werden kann.
Dieses und andere Ziele der Erfindung werden mit Hilfe eines Meßwertwandlers erreicht, der folgende Teile umfaßt: ein faßförmiges Gehäuse aus widerstandsfähigem
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Metall, das das Brennstoff-Leitungsrohr umgibt und mit dem Rohr umfangsmäßig an äußeren Punkten fest verbunden ist und ein eingeschlossenes, ringförmiges Volumen umgrenzt, ein Druckmeßelement, das in diesem Volumen von dem Brennstoffrohr entfernt und in der Nähe der Innenwand des Gehäuses angeordnet ist, und ein festes, kalt fließendes Material, das vollständig das Volumen zwischen dem Brennstoff rohr und dem Gehäuse ausfüllt, wobei das Druckmeßelement in diesem Material eingebettet ist. Das Druckmeßelement kann entweder ein Dehnungsmeßstreifeneleme.nt mit
mit einer Stützschicht aus nachgebendem Material.z.B./einem ihm zugeordneten Gummi, oder ein einen Druck in ein elektrisches Signal umsetzender Meßwertwandler, z.B. ein piezoelektrischer Kristall sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Meßwertwandler aufgespalten, um eine einfache Montage entweder durch Kleben oder durch mechanische Klemmvorrichtungen zu ermöglichen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Mg. 1 einen Längsquerschnitt der Vorrichtung mit einem Dehnungsmeßstreifen-Element,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A aus Fig. 1,
Mg. 3 einen Längsquerschnitt der Vorrichtung mit einem piezo-elektrischen Kristall,
Mg. 4 einen Querschnitt längs der Linie A-A aus Mg. 3 und
Mg. 5 eine typische mechanische Klemmvorrichtung.
In Pig. 1 ist ein dickwandiges Rohr 10 eines Brennstoff-
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Einspritzsystems mit einem an ihm befestigten Meßwertwandler dargestellt. Letzterer besteht aus einem faßförmigen Gehäuse 11, das aus einem widerstandsfähigen Metall, vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist, das Rohr umgibt und fest und starr an dem Rohr vorzugsweise mittels eines Epoxyharz-Klebers befestigt ist, der in den zylindrischen Bereichen 11a und 11b aufgetragen ist. Dieses Befestigung sverfahren dient dazu, das Rohr in dieser Lage fest zu umklammern und unbeweglich zu halten. Das Gehäuse umgrenzt einen ziemlich großen zentralen Raum bzw. Volumen (Wanne) 12, der eine Rückwand 13 aufweist. An dieser Rückwand ist eine Stützschicht 14 aus kompressiblem Material, vorzugsweise einem Gummimaterial, befestigt, und auf dieser Stützschicht ist ein Meßwertwandler 15 befestigt, der von einem druckempfindlichen Element gebildet wird. Dies alles sind übliche Teile, die ohne weiteres im Handel verfügbar sind. Elektrische Drähte 15a und 15b treten von dem Element durch abgedichtete Öffnungen 16 im Gehäuse nach außen aus.
Das innere Volumen bzw. die Wanne 12 ist vollständig mit einem festen, kalt fließenden Material gefüllt; bei den äußerst kleinen Ausdehnungs- und Kontraktionsausschlägen, die das Brennstoffrohr zeigt, verhält sich dieses kalt fließende Material wie ein hydraulisches Fluid, obwohl es fest ist. Es hat sich gezeigt, daß Epoxyharz ein gutes Material für diesen Verwendungszweck abgibt.
-Pig. 2, ein Querschnitt längs der Linie A-A aus Mg. 1, zeigt in etwas übersteigerter Form die Befestigung der Stützschicht 14 und des Elements 15, die in Wirklichkeit viel kleiner als in der Figur wiedergegeben sind. Wird die Vorrichtung in einer gespaltenen Form hergestellt, wie es durch die Linie 18 angedeutet ist, so ergibt sie eine Vorrichtung, die vor Ort schnell und einfach mon-
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tiert werden kann. Die aufgespaltenen Hälften, die den Meßwertwandler und die Stützschicht umfassen, werden während der Montage in ihrer Wanne mit Epoxyharz gefüllt und an den Bereichen 11a und 11b mit Epoxyharz beschichtet und augenblicklich in Lage gebracht.
Dabei ist es erfindungsgemäß von Bedeutung, daß der Widerstandselement-Wandler nicht direkt an dem Rohr befestigt sondern von diesem entfernt angeordnet ist. Das kalt fließende Material (Epoxyharz) im Volumen 12 überträgt das Signal (die Ringverformungs-Ausdehnung des Brennstoffrohrs) auf das Meßwandler-Element. Das Signal wird auch vervielfacht, da eine volumetrische Verschiebung von einer Rohroberfläche erhalten bzw. bewirkt wird, die das Vierfache der Rohroberfläche beträgt, die in dem Pall (P 25 29 563.0) zur Verfügung steht, in dem der Meßwertwandler direkt an dem Rohr befestigt ist. Die Stützschicht ermöglicht eine Ausdehnung des Meßwertwandlers.
Das Ausgangssignal der Vorrichtung wird über die Leitungen einer geeigneten Ausgangsschaltung (nicht dargestellt) zugeführt, z.B. einer herkömmlichen Brücken-Meßsölialtung·.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform. Bei dieser Version ist ein piezo-elektrischer Kristall-Meßwertwandler 20 in dem inneren Volumen bzw. der Wanne befestigt und in wirksamer Weise in das dieses Volumen ausfüllende Epoxyharz eingebettet. Der Kristall-Meßwertwandler sollte so montiert sein, daß der Druck an zwei Flächen und nicht in gleicher Weise um die gesamte Vorrichtung herum angelegt wird. An den Enden des Kristalls können kleine Hohlräume freigelassen werden, so daß an diesen Stellen kein Druck ausgeübt werden kann. Leitungen (nicht dargestellt, aber gleich denen der Pig. I und 2) führen das elektrische Signal nach außen. Es hat sich ge-
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zeigt, daß drei in der dargestellten Weise angebrachte piezo-elektrische Kristalle 20a, 20b und 20c, die mit ihren Ausgängen parallel angeschlossen sind, eine bevorzugte Lösung darstellen, da hierdurch Effekte ausgelöscht werden, die auf einer Biegung des Rohrs beruhen.
Pig. 5 zeigt eine Montageart für die aufgespaltene Meßwertwandler- Vorrichtung, entweder mit dem Dehnungsmeßstreifen oder mit einem piezo-elektrischen Kristall, wobei vor Ort eine Klemmvorrichtung 21, d.h. durch die aufgespaltenen Hälften hindurchgehende Schrauben verwendet werden. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Montage und Entfernung für Anwendungs- und lestzweeke. Andere Verbindertyptn können verwendet werden. In dieser Figur sind die Meßwertwandler 20 in Vertiefungen in dem Gehäuse mit einer Stützschicht 22 aus Vinyl, Papier oder einem anderen geeigneten, nachgebenden Material montiert.
Gemäß der Erfindung umfaßt also ein Meßwertwandler zur Überwachung der Diesel-Brennstoffeinspritzung ein faßförmiges, aus widerstandsfähigem Metall,- bestehendes Gehäuse, das das Brennstoff-Leitungsrohr umfaßt, umfangsmäßig an außen liegenden Stellen an dem Rohr befestigt ist und ein umschlossenes ringförmiges Volumen umgrenzt, ein Druck-Meßelement, das in diesem Volumen entfernt von dem Brennstoffrohr und in der Nähe der inneren Wand des Gehäuses angeordnet ist, und ein festes, kalt fließendes Material, das das Volumen zwischen dem Brennstoffrohr und dem Gehäuse vollständig ausfüllt, wobei die Druck-Meßvorrichtung in diesem Material eingebettet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Meßwertwandler zur Ermöglichung einer einfachen Montage aufgespalten.
- Patentansprüche 709816/0395

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung, der an deg Brennstoffeinspritzleitungen von Motoren . befestigt wird, gekennzeichnet durch ein faßförmiges, aus widerstandsfähigem, metallischem Material bestehendes Gehäuse, das das Brennstoff-Leitungsrohr umgibt, umfangsmäßig an dem Rohr an äußeren Stellen fest bzw. starr befestigt ist und ein eingeschlossenes, ringförmiges Volumen zwischen dem Rohr und dem Gehäuse umgrenzt, durch ein Druck-Meßelement, das in dem Volumen entfernt vom Brennstoffrohr und in der Nähe der inneren Wand des Gehäuses angeordnet ist, durch ein festes, kalt fließendes Material, das das Volumen vollständig ausfüllt, und durch elektrische Leitungen, die von dem Element zu dem das Gehäuse umgebenden Raum führen.
  2. 2. Meßwertwandler für die überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das feste, kalt fließende Material Epoxyharz ist.
  3. 3. Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das den Druck messende Element ein Dehnungsmeßstreifenelement mit einer ihm zugeordneten Stützschicht aus komprimierbarem Material ist, die zwischen dem Dehnungsmeßstreifenelement und der Innenwand angeordnet ist.
  4. 4. Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das den Druck messende EIe-
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    ORIGINAL INSPECTED
    ment ein piezo-elektrischer Kristall ist.
  5. 5. Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschicht aus Gummi besteht.
  6. 6. Meßwertwandler für die Überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Druck messende Element drei piezo-elektrische Kristalle umfaßt, die in dem ringförmigen Volumen für den Meßwertwandler montiert und voneinander winkelmäßig um ungefähr 120° beabstandet sind.
  7. 7. Meßwertwandler für die Überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse die Form von aufgespaltenen Abschnitten aufweist, die um das Brennstoff rohr herum angeordnet und mit Hilfe eines starkklebenden Materials aneinander befestigt sind.
  8. 8. Meßwertwandler zur Überwachung der Brennstoffeinspritzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse die Form von aufgespaltenen Abschnitten aufweist, die um das Brenn stoff rohr herum angeordnet und aneinander mit Hilfe mechanischer Klammervorrichtungen befestigt sind.
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