DE2647470A1

DE2647470A1 - Druckfuehlervorrichtung

Info

Publication number: DE2647470A1
Application number: DE19762647470
Authority: DE
Inventors: Michael Frame Fullarto Beatson; Terence Michael Nunn
Original assignee: BRYERLARCH Ltd
Current assignee: BRYERLARCH Ltd
Priority date: 1973-12-06
Filing date: 1976-10-21
Publication date: 1978-04-27
Also published as: GB1506701A; US4146875A

Description

Druckfühl ervorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf Druckfühlervorrichtungen, insbesondere, aber nicht ausschließlich für die Untersuchung des Leistungsverhaltens von Brennkraftmaschinen. Die Erfindung bezieht sich dabei auch auf eine Motorprüfvorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist eine Druckfühlervorrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen Ring , der eine Druckleitung oder einen Druckbehälter umschließt bzw. zu umschließen vermag, durch Mittel zur körperlichen Verbindung des Rings mit der Leitung bzw. dem Behälter an Abstand voneinander besitzenden Stellen und zur tbertragung der Ausdehn- und Zusammenziehbewegungen der Druckleitung bzw. des Druckbehälters aufgrund einer änderung des darin herrschenden Drucks auf den Ring, wobei die von den Verbindungsmitteln übertragene Bewegung einen Abschnitt des Rings zwischen nebeneinander befindlichen, Abstand voneinander besitzenden Stellen sich nach Art eines Biegeträgers elastisch durchbiegen oder auslenken läßt, und durch einen am Biegeteil des Rings montierten elektrischen Wandler + zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der Druck änderung.
Der Wandler ist dabei vorzugsweise ein piezoelektrischer Kristall.
Vorzugsweise umfaßt der Ring mindestens zwei einander gegenüberliegende, symmetrische Abschnitte, die sich elastisch nach Art eines Biegeträgers durchzubiegen vermögen, wobei an jedem dieser Biegeabschnitte einander ähnliche Wandler montiert sind. Die Wandler können zur Verstärkung der Signale und zur Unterdrückung des größten Teils des Rauschens elektrisch miteinander kombiniert bzw. gekoppelt sein.
Bei einem erfindungsgemäßen jruckfühler zur Verwendung bei einer Druckleitung weist die Montage- oder Anbaueinrichtung vorteilhaft Gewindeelemente auf, die symmetrisch zum Ring angeordnet und in ihn eingeschraubt sind, so daß sie an gegenüberliegenden Seiten der Druckleitung anliegen.
Die Erfindung sieht außerdem die Schaffung einer Vorrichtung der oben umrissenen Art in Kombination mit einem Druckbehälter vor, der eine symmetrisch auf einem Durchmesser des Rings angeordnete ruckmittelkammer bildet, wobei Behälter, Ring und Verbindungsmittel materialeinheitlich ausgebildet sind und letzteres sich im wesentlichen diametral erstreckt.
Für die Untersuchung des Leistungsverhaltens von Brennkraftmaschinen sieht die Erfindung eine Kombination aus den beiden vorstehend erwähnten Vorrichtungen võh,xvon denen die erste zur Messllng des Kraftstoffleitungsdrucks und die zweite zur Messung des Zylinderdrucks dient. Diese Vorrichtung weist weiterhin eine Anzeigeeinrichtung sowie Signalverarbeitungseinrichtungen auf, welche von der ersten und der zweiten Vorrichtung Signale zur Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung zwecks Anzeige des Kraftstoffleistungsdrucks und des Zylinderdrucks sowie von Zeitmarkierungen abnimmt, welche die Kurbelwellen- oder Kolbenstellung der Brennkraftmaschine darstellen.
ìTachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Stirnseitenansicht einer.Vorrichtung zur Messung des Drucks in einer Kraftstoffleitung, wobei die Vorrichtung an einer Rohrüberwurfmutter montiert ist, Figur 2 und 3 Seitenansichten der Vorrichtung gemäß Figur 1, jeweils unter einem rechten Winkel zueinander gesehen, Figur 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht zur Darstellung eines in die Vorrichtung eingebauten Wandlers, Figur 5A und 5B Seitenansichten einer Zylinderdruckfühlervorrichtung, jeweils unter einem rechten Winkel zueinander gesehen, Figur 6 eine Aufsicht auf die Unterseite der Vorrichtung gemäß Figur 5A und 5B, Figur 7 und 8 Schnitte längs der Linien A-A bzw. B-B in Figur 5A bzw. 53 und Figur 9 und 10 Schaltbilder einer Vorrichtung zur Leistungsprüfung bei Brennkraftmaschinen, welche sowohl die Vorrichtung gemäß Figur 1 bis 4 als auch die Vorrichtung gemäß Figur 5A bis 8 enthält.
Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Eraftstoffleitung-Druckfühler weist einen Ring 1 auf, der aus zwei Hälften 2, 3 besteht, die auf einer Durchmesserebene 4 zusammengesetzt und mit Hilfe von Schrauben 5 miteinander verbunden sind. In den Figuren 1 bis 4 ist der Ring 1 an einer Rohr-Uberwurfmutter P einer Kraftstoffleitung angebracht darstellt. Dabei sind vier Schraubenpaare 6,6; 7,7; 8,8; 9,9 in den Ring eingeschraubt und gegen die Flachseiten der ffberwurfmutter festgezogen. Die Mittellinien der Schrauben 6; 7 an der einen Seite und der Schrauben 8, 9 an der anderen Seite bilden dabei Winkel von 600, die durch die Ebene 4 halbiert werden.
In jeder Hälfte des Rings 1 sind einander identische Wandler 10 in symmetrischer Anordnung montiert. Jeder Wandler 10 besteht aus einem piezoelektrischen Keramik-Kristallelement in Borm einer Scheibe, die an der flachen Sohle einer (Blind-) Bohrung 11 in der betreffenden Ringhälfte angeklebt ist, wobei diese Bohrungen auf einer senkrecht zur Ebene 4 stehenden Achse miteinander fluchten. In jede Bohrung ist jeweils ein Anschluß 12 eingeschraubt, der mit einer vom betreffenden Kristallelement abgehenden Zuleitung 13 verbunden ist.
Ersichtlicherweise sind die beiden Ringhälften 2, 3 somit um die Ebene 4 herum spiegelsymmetrisch ausgebildet und außerdem um die senkrecht zur Ebene 4 verlaufende Durch messerebene herum symmetrisch angeordnet.
Wenn sich die Druckleitung-Uberwurfmutter P unter den Druckänderungen ausdehnt und zusammenzieht, biegen sich die beiden Ringhälften 2, 3 symmetrisch nach Art von Biegeträgern bzw.
-balken durch, und diese Bewegung wird durch die Wandler 10 abgegriffen, die daraufhin entsprechende elektrische Signale abgeben. Die Wandler sind so geschaltet, daß sich unerwünschte (Stör-)Eomponenten der Signale gegenseitig aufheben und sich die druckabhängigen Komponenten gegenseitig verstärken. Die druckabhängigen Signale können auf einem Oszillographen dargestellt und gewünschtenfalls photographisch aufgezeichnet werden. Die hierfür vorgesehene Vorrichtung wird nachstehend noch naher erläutert werden. Ersichtlicherweise liefern die Kraftstoffdruckänderungen eine wertvolle Anzeige für die Funktion der von dieser Leitung gespeisten Einspritzanlage sowie, in Verbindung mit einer Kurbelwellenwinkelinformation, für die Zeitsteuerung der Kraftstoff einspritzung.
Die Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 4 kann jedoch auch für höhere Drücke bei Leitungen verschiedener Art benutzt werden.
Dabei kann die Anordnung der Schrauben 6 - 9 an die jeweilige Außenform, an welcher die Vorrichtung verspannt werden soll, angepaßt werden.
Die piezoelektrischen Elemente können auch durch (mechanische) Impedanz-Spannungsmesser ersetzt werden.
Die Figuren 5A bis 8 zeigen eine Vorrichtung zur Messung des in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine herrschenden Drucks.
Die Vorrichtung gemäß den Figuren 5A bis 8 weist einen allgemein mit 100 bezeichneten, zylindrischen Block auf, der mit einer am oberen Ende geschlossenen und eine Druckkammer 102 bildenden Axialbohrung versehen ist. Ein in eine Gegenbohrung 104 eingeschraubtes, dickwandiges Rohr 103 stellt eine Verbindung zwischen der Druckkammer 102 und einem Maschinenzylinder her. Der Block 100 ist mit symmetrisch angeordneten Durchgängen 105 versehen, die in Aufsicht im wesentlichen Kreissegmentform besitzen. Aufgrund dieser Durchgänge 105 kann der Block 100 als eine die Druckkammer bildendes zentrales Element bzw. einen Druckbehälter 106, einen koaxial dazu angeordneten Ring 107 sowie das zentrale Element mit dem Ring verbindende Elemente 108, die jeweils auf einem Ogrchmesser D ausgerichtet sind, aufweisend angesehen werden. Der in der Druckkammer 102 herrschende Druck bewirkt eine Ausdehnung des zentralen Elements 106, und diese Ausdehnung wird auf den Ring 107 übertragen, so daß eine Durchbiegung oder Auslenkung seiner beiden Abschnitte 109, die um den Durchmesser D herum symmetrisch angeordnet sind, hervorgerufen wird.
In jedem Ringabschnitt 109 ist jeweils ein elektrischer Wandler 111 in Form eines scheibenartigen piezoelektrischen Kristallelements an der flachen Sohle einer Bohrung 112 angeklebt, wobei die Bohrung 112 einander entsprechen und auf einem senkrecht zum Durchmesser D liegenden Durchmesser angeordnet sind. Gemäß Figur 5A, 5B und 6 ist jeder Wandler 111 mit einem (in Figur 8 nicht gezeigten) Anschluß 113 verbunden.
Wenn sich das zentrale Element 106 unter den Druckschwankungen in der Druckkammer 102 ausdehnt und zusammenzieht, biegen sich die beiden Abschnitte 109 des Rings 107 symmetrisch nach Art von Biegeträgern oder -balken durch, und diese Bewegung wird durch die Wandler 111 abgegriffen, die draufhin entsprechende elektrische Signale liefern. Die Wandler sind hierbei so geschaltet, daß unerwünschte Signalkomponenten unterdrückt werden und sich die druckabhängigen Signalkomponenten gegenseitig verstärken. Die druckabhängigen Signale können auf einem Oszillographen dargestellt und gewünschtenfalls aufgezeichnet werden. Eine entsprechende Vorrichtung für diesen Zweck wird später noch näher erläutert werden.
Im oberen Ende des Blocks 100 ist eine Vertiefung bzw. Ausnehmung 115 ausgebildet, wobei oberes und unteres Ende des Blocks durch Platten 116, 117 abgedeckt sind. Bei 118 ist ein Lufteinlaß vorgesehen, über den nahe der Bodenplatte 117 ühlluft in den einen Segmentdurchgang 105 eintreten kann.
Die Kühlluft streicht dabei durch diesen Durchgang aufwärts, durch die Ausnehmung hindurch und im anderen durch gang abwärts, um an Luftaustrittsöffnungen 119 auszutreten.
Trotz der in der Druckkammer 102 herrschenden hohen Temperaturen können somit die Ringabschnitte 109 auf einer ausreichend niedrigen rl'emperatur gehalten werden, um eine Beschädigung der Wandler zu vermeiden. Die Vorrichtung kann mit einem sehr kleinen Anschlußvolumen mit einem Maschinenzylinder verbunden werden, so daß der in der Druckkammer herrschende Druck dem Druck im Zylinder genau nachfolgt.
Die Vorrichtung kann auch für die Messung hoher und schwankender Drücke von anderen Druckquellen als Brennkraftmaschinenzylindern eingesetzt werden.
Der eben beschriebene Zylinderdruckfühler läßt sich vorteilhaft mit der Vorrichtung zur Messung des Kraftstoffdrucks gemäß den Figuren 1 bis 4 in einer Maschinen-Leistungsprüfvorrichtung gemäß den Figuren 9 und 10 kombinieren.
Die Untersuchungs- bzw. Prüfschaltung ist dabei in Figur 9 schematisch und in Figur 10 im einzelnen dargestellt. Die Hochimpedanzeingänge von den Kristallen. des Eraftstoffdruckfühlers und des Zylinderdruckfühlers sind bei 251a, 251b bzw. 252a, 252b dargestellt. Gemäß Figur 9 liegt jedes Eingangspaar an einem Differentialverstärker 253 bzw. 254, in welchem die um 1800 phasenverschobenen Störsignale unterdrückt und die vom Kraftstoff- oder Zylinderdruck herrührenden Impulse verstärkt werden. Gemäß Figur 10 wird jedes Eingangssignal einem Verstärker 1.C.1. eingegeben, der eine monolithische, integrierte Feldeffekttransistor-Eingangsschaltung (FE1-IC) sein kann. Die Komponenten C1, R1, 1 schützen dabei den Verstärker 1.C.1. während des Einstöpselns vor einer etwaigen Hochspannung, die sich im betreffenden Wandler aufgebaut haben kann.
Am Ausgang des Zylinderdruck-Differentialverstärkers 254 wird das Signal aufgeteilt. Der eine Signalpfad (über Elemente C8 und R16 gemäß Figur 10) speist einen Summierverstärker 255, welcher den oberen Kanal 256 eines Doppelkanal-Xathodenstrahloszillographen ansteuert. Ein anderer Pfad vom Verstärker 254 (über Element R8 in Figur 10) gibt Signale an einen Pegeldetektor 257.
Der Pegeldetektor 257 liefert über einen Pufferverstärker 1C4 gemäß Figur 10 ein Analogsignal für einen Drehzahlmesser, für den ein Anschluß bei 258 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 254 wird zudem über einen Transistorschalter Ti (Figur 10) einer Zeit- oder Gaktgeberschaltung 259 aufgeschaltet, die gemäß Figur 10 einen Unijunction-Transistor (UJU) T2 und eine Vierschicht-Triode T3 aufweist.
Ein taktgesteuerter Impuls wird über das Element UR7 zum Zylinderdruck-Summierverstärker 255 geliefert und als Markierimpuls für den oberen Totpunkt benutzt.
Das Ausgangssignal des Kraftstoffdruck-Differentialverstärkers 253 wird über Elemente C20 und R34 (Figur 10( unmittelbar zu einem Kraftstoff-Summierverstärker 260 geleitet. Diesem Summierverstärker werden außerdem zeit- oder taktgesteuerte Markierimpulse von einer Schaltung 259 eingespeist, damit Photographien der Meßkurven angefertigt werden können. Zur besseren Genauigkeit stehen zwei zeit-oder taktgesteuerte Narkierimpulse zur Verfügung, die durch den Unijunction-Transistor 24 erzeugt und durch die Elemente T5 und T6 (Figur 10) geformt werden, Damit keine Verwechslung der jeweils benutzten Markierimpulse entstehen kann, sind die für Hochdrehzahlbetrieb vorgesehenen Markierimpulse invertiert. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 260 wird dann zum zweiten oder unteren Kanal 261 des Doppelkanal-Oszillographen geführt.
Ersichtlicherweise ist Figur 10 der besseren tbersichtlichkeit halber in drei Teile 10a, 10b, 10c unterteilt, die in dem über Figur 10 befindlichen Schema zusammenfügbar sind.

Claims

;Pat ent ansrüch e 1. sruckfühlervorrichtung, gekennzeichnet durch einen £dng (1), der eine Jruckleitung oder einen Druckbehälter umschließt bzw. zu unschlieften vermag, durch Mittel zur körperlichen Verbindung des Rings mit der Leistung bzw. dem Behälter an Abstand voreinander besitzenden Stellen und zur tbertragung der Ausdehn- und Zussmmenziehbewegungen der Druckleitung bzw. des Druckbehälters aufgrund einer Änderung des darin herrschenden drucks auf den Ring, wobei die von den Verbindungsmitteln übertragene Bewegung einen Abschnitt des Rings zwischen nebeneinander befindlichen, Abstand voneinander besitzenden Stellen sich nach Art eines Biegeträgers elastisch durchbiegen oder auslenken läßt, und durch einen am Biegeteil des Rings montierten elektrischen wandler (10) zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von der xruckänderung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenilzeichnet, daß der oder jeder Wandler (10) ein piezoelektrischer Kristall ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mindestens zwei einander gegenüberliegende, symmetrische Abschnitte (2, 3) aufweist, die nach Art eines Biegeträgers durchbiegbar sind, und daß einander ähnliche Wandler symmetrisch an å Jedem Biegeabschnitt angebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 zur Verwendung bei einer jruckleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel Gewindeelemente sind, die symmetrisch zum Ring angeordnet und in diesen eingeschraubt sind und an gegenüberliegende Seiten der Druckleitung angreifen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeelemente paarweise radial in Abständen von 600 an jeder Seite des Rings angeordnet sind und gegenüberliegende Sechseckflächen einer Rohrverbindung kontraktieren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring diametrisch symmetrisch do den Gewindeelementen derartig geteilt isti daß Jede Ringhälfte einen Biegeabschnitt aufweist.
7, Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 in Kombination mit einem Druckbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter eine symmetrisch auf einem Durchmesser des Rings liegende ruckfluidumkammer bildet, wobei Druckbehälter, Ring und Verbindungsmittel materialeinheitlich ausgebildet sind und sich letztere im wesentlichen diametral erstrecken.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Ring kreissegmentförmige Räume mit Anschlüssen für ein Kühlmedium vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch $ oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring zylindrisch ist und daß die Druckkammer koaxial zum Ring angeordnet und mit Endanschlüssen versehen ist.
10. Untersuchungs- bzlt. Prütverrichtung für Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Kessung des Kraftstoffleitungsdrucks nach Anspruch 1bis 6, eine zweite -Vorrlchtung; zur Messung des Zylinderdrucks noch Anspruch 1 bis 3 und 7 bis 9, und durch eine Signalverarbeitwngsvorrichtung zur Abnahme von Signalen von den beiden ersten Vorrichtungen zur Ansteuerung einer Anzeigeeinrichtung zwecks Anzeige des Xraftstoffleitungsdrucks, des Zylinderdrucks urd von Zeitmarken, welche die Kurbelwellen- oder die Solbenstellung der Brennkraftmaschine angeben.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein durch die Signale von der zweiten Vorrichtung angesteuertes Meßgerät zur Anzeige der Maschinendrehzahl.