DE2703096A1

DE2703096A1 - Vorrichtung zum messen einer brennstoffmenge

Info

Publication number: DE2703096A1
Application number: DE19772703096
Authority: DE
Inventors: Reginald Stanley Emerson
Original assignee: Leslie Hartridge Ltd
Current assignee: Leslie Hartridge Ltd
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1977-01-24
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE2703096C2; JPS5853289B2; US4070907A; FR2339159A1; FR2339159B1; ES455291A1; JPS52129459A; IT1081909B; GB1550116A

Description

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"Vorrichtung zum Messen einer Brennstoffmenge"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen einer Brennstoffmenge, die von einer Motor-Einspritzpumpe gefördert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine exakt messende, einwandfrei funktionierende, robuste, in der Herstellung billige Vorrichtung dieser Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kammer zur Aufnahme des Brennstoffs, einem federbelasteten Kolben innerhalb der Kammer, der sich bei Einströmen von Brennstoff verschiebt, Anzeigeorgane, welche durch den Kolben beeinflußt werden und die in die Kammer eingeflossene Brennstoffmenge anzeigen, und Leitungselemente, welche den Brennstoff auf der Rückseite des Kolbens durch die Kammer leiten.

Die Durchleitung des Brennstoffes durch die Kammer dient der Erwärmung der Vorrichtung.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 diese Ausführungsform in Perspektive, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 schematisch eine zweite Ausführungsform;

Fig. U diese Ausführungsform in Perspektive, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 eine Vorderansicht der Ausführungsform der Fig. 3 und 4;

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Fig. 6 eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 5; Fig. 7 eine Draufsicht der Ausführungsform der Fig. 5 und 6;

Fig. 8 eine Ansicht von unten der Ausführungsform der Fig. 5-7;

Fig. 9 einen Vertikalschnitt durch die Ausführungsform gemäß den Fig. 5-8;

Fig.10 einen Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 7; Fig.11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 8;

Fig.12 eine Seitenansicht eines Teils der Ausführungsform der Fig. 5 - 11 in abgewandelter Form;

Fig.13 eine Ansicht ähnlich derjenigen der Fig. 8 einer weiteren Ausführungsform und

Fig.14 eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung der Fig. 13.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt eine zylindrische Kammer 10, die ein oberes geschlossenes Ende 12 und ein unteres offenes Ende 14 aufweist, durch welches eine Kolbenstange 16 ragt. Diese ist mit einem Kolben 18 verbunden, der sich in der Kammer 10 hin- und herbewegen kann. Eine Feder 20 umgibt die Stange 16 und drückt den Kolben 18 nach oben.

Das untere Ende der Stange 16 ist mit einem abragenden Arm 20 verbunden. Dieser kann durch eine konische Schraube 42 gespreizt werden. Die beiden Hälften des Armes sind mit 22a und 22b bezeichnet. Der Arm dient dazu, einen Stempel 24 eines Anzeigeinstrumentes 26 in axialer Richtung zu verschieben. Das Meßinstrument 26 besitzt eine Skala 28 und einen Zeiger 30.

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Gelangt durch eine Leitung 32 Brennstoff in das obere Ende der Kammer 10, so bewegt sich der Kolben 18 proportional zu der Menge nach unten und nimmt den Stempel 24 mit. Der Kolben 18 besitzt eine Dichtmanschette 34, die das Durchlecken von Brennstoff verhindert.

Am unteren Ende der Stange 16 oberhalb des Armes 22 befindet sich eine Brücke 36, die drehbar mittels eines Stiftes 38 an der Stange 16 angelenkt ist. Die Enden der Brücke 36 können sich gegen Anschläge 40 legen. In diesem Falle muß sich der Zeiger 30 in seiner Nullstellung befinden. Die Nullstellung kann mittels der chronischen Schraube 42 einjustiert werden.

Die Menge an Brennstoff, die in die Kammer 10 strömt, und von der Einspritzpumpe eines Motors kommt, wird mittels eines Ventils 44 gesteuert, welches von einem Solenoid 46 betätigt wird. Der Brennstoff fließt in die Leitung 47, welche mit der Einspritzpumpe verbunden ist. Er gelangt dann zunächst in einen Filter 48 und ein federgesteuertes Ventil 50, um dann schließlich zu dem erwähnten Ventil 44 zu strömen. Wird dieses von der Bedienungsperson mit Strom beaufschlagt, öffnet sich das Ventil 44 derart, daß Brennstoff, der von der Einspritzeinheit angefordert wird, in die Kammer 10 gelangen kann. Der Kolben 18 und der Stempel 24 bewegen sich nach unten und die angelieferte Menge wird von dem Meßinstrument 26 angezeigt.

Wenn das Ventil 44 geschlossen ist (vor Beginn des Tests und nach dem Ende desselben), strömt öl von dem Ventil 50 durch ein zweites federgesteuertes Ventil 54 zu einer Leitung 52. Zugleich kann am Ende eines Tests öl, welches sich in der Kammer 10 oberhalb des Kolbens 18 befindet, aus der Kammer durch Betätigung eines Solenoldventils 60 aus-

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fliessen. Dieses fließt ebenfalls in die Leitung 52, und zwar über eine Leitung 58, die mit der Leitung 32 verbunden ist. Das Öl wird aus der Kammer 10 durch den Kolben 18 herausgedrückt.

Um eine genaue Messung zu ermöglichen, muß der Brennstoff eine möglichst gleichbleibende Temperatur haben. 1° C Unterschied in der Temperatur des Brennstoffes und der Vorrichtung kann die Messung bereits nachteilig beeinflussen. Aus diesem Grunde strömt der Brennstoff, der in die Leitung 52 gelangt ist, durch die Kammer 10 unterhalb des Kolbens 18 bei reduziertem Druck, bevor er zu dem Brennstofftank (nicht dargestellt) über eine Abflußleitung 56 zurückströmt. Diese Maßnahme führt dazu, daß die Temperatur der Vorrichtung auf der Temperatur des Brennstoffs gehalten wird.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Perspektive, wobei das Meßinstrument 26 und weitere Teile weggelassen sind. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Erforderlichenfalls kann erfindungsgemäß das Gerät zwei koaxiale Federn anstelle einer einzigen Feder 20 besitzen. Eine solche Lösung hat bezüglich der Herstellung Vorteile: Wenn der Wunsch besteht, zwei verschiedene Größen des Kolbens vorzusehen und zwei Bereiche für den Brennstoffluß zu erfassen, kann der größere Kolben von zwei Federn und der kleinere Kolben von einer Feder beaufschlagt werden.

Es gibt zwei Arbeitsmethoden für die erfindungsgemässe Vorrichtung:

1. Wenn nicht gemessen wird, sind beide Ventile 44 und 60 geschlossen. Wird gemessen, wird das Ventil 44 geöffnet, so daß Brennstoff in die Kammer 10 strömen kann. Dann

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wird es wieder geschlossen, so daß der Brennstoffstrom unterbrochen ist. Außerdem wird das Ventil 60 geöffnet, so daß der Kolben 18 sich nach oben bewegen kann und der Brennstoff aus der Kammer herausfliessen kann. Dann wird das Ventil 60 geschlossen, um die Kammer erneut abzuschliessen und sie für die nächste Messung bereit zu halten.

2. Wenn keine Messung erfolgt, sind beide Ventile 44 und 60 offen. Um eine Messung vorzunehmen, wird das Ventil 60 geschlossen, um zu verhindern, daß Brennstoff aus der Kammer 10 austreten kann, so daß sie sich füllt. Um die Messung zu beenden, wird bei geschlossenem Ventil 60 das Ventil 44 geschlossen. Auf diese Weise wird die zu messende Brennstoffmenge in der Kammer 10 festgehalten und begrenzt. Um die Kammer zu entleeren, werden beide Ventile 44 und 60 wieder geöffnet und offengelassen bis zur nächsten Messung.

Eine typische Operation der Vorrichtung läuft im einzelnen folgendermassen ab:

Es sei zunächst angenommen, daß die Motor-Brennstoff-Einspritzeinheit an eine Teststation und nicht an einen Motor angeschlossen ist. Brennstoff kommt von den Einspritzorganen, strömt durch die Eingangsleitung 47 in die Vorrichtung. Jedes Einspritzorgan hat also ein gesondertes Meßgerät. Von der Leitung 47 strömt der Brennstoff durch das Filter 48 zu dem Ventil 50 und dann zu dem Ventil 54. Von dort strömt er durch die Leitung 52 in den unteren Teil der Kammer 10, um diese und den Kolben zu erwärmen. Schließlich fließt der Brennstoff zu dem Brennstofftank (nicht dargestellt) durch die Leitung 56 zurück.

Das Ventil 44 wird automatisch von einer Zähleinheit der Testmaschine (nicht dargestellt) betätigt, wenn eine Brenn-

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stoffmengenmessung erfolgt. Zu Beginn des Zählvorganges wird das Solenoid 46 mit Strom beaufschlagt und das Ventil 44 infolgedessen geöffnet. Brennstoff strömt nun mit erhöhtem Druck über die Leitung 32 in die Kammer 10. Der Kolben 18 bewegt sich nach unten. Am Ende des vorbestimmten Zählvorganges, bei dem die Zyklen der Einspritzpumpe gezählt werden, wird der Strom zum Solenoid abgeschaltet, so daß sich das Ventil 44 wieder schließt. Die Menge an Brennstoff in der Kammer 10 oberhalb des Kolbens 18 wird vom Instrument 26 angezeigt.

Nachdem man abgelesen hat und vor einer neuen Messung wird das Ventil 60 geöffnet (entweder automatisch durch die Testmaschine oder manuell), was zur Folgehat, daß der Brennstoff aus der Kammer 10 herausgedrückt wird. Er fließt durch die Leitungen 52 und 56 zurück in den Brennstoffbehälter.

Die Bewegung des Kolbens 18 und der Stange 16 nach oben bewirkt den Kontakt der Brücke 36 mit den beiden Kontakten 40. Der Zeiger 30 ist dann in seiner Nullstellung. Außerdem erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakten 40. Bis zu diesem Zeitpunkt wird die Betätigung des Ventils 44 durch den Zählmechanismus verhindert.

Die andere oben erwähnte Betriebsweise der Ventile 44 und 60 ergibt sich aus dem bereits Dargelegten.

Bei der ersten Meßmethode ist das Ventil 44 geschlossen, wenn keine Ablesung erfolgt, Der Brennstoff muß also über das Ventil 54 abfliessen, was den Druck in der Leitung 47 erhöht. Wird eine Ablesung vorgenommen, ist das Ventil 54 nicht mehr in Betrieb, und der Druck in der Leitung 47 reduziert sich infolgedessen. Das hat

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zur Folge, daß ein kleiner Brennstoff-Impuls in die Kammer 10 gelangt. Die Anzeige ist infolgedessen um einen entsprechenden festen Betrag etwas zu hoch.

Bei der zweiten Meßmethode sind beide Ventile 44 und 60 offen, wenn nicht gemessen wird, und der Brennstoff muß infolgedessen nicht durch das Ventil 54 abfliessen. Das bedeutet, daß sich die Eingangsleitung bereits auf dem reduzierten Druck befindet. Wenn aber sich das Ventil 60 schließt, muß der Brennstoff die Kraft der Feder 20 überwinden, was einen gewissen Anstieg des Druckes in der Eingangsleitung mit sich bringt. Das wiederum hat einen kleinen negativen Brennstoff-Impuls zur Folge, nämlich aufgrund der Tatsache, daß der Brennstoff nunmehr die Eingangsleitung etwas expandieren muß. Es ergibt sich ein Fehler in der Ablesung, der zu einer um einen festen Betrag reduzierten Ablesung führt; wenngleich der Fehler viel kleiner ist als der bei dem anderen Verfahren.

Beide Fehler lassen sich eliminieren, siehe die Ausführungsform gemäß den Fig. 3-14. Die in diesen Figuren dargestellte Vorrichtung hat zahlreiche Teile gemeinsam mit dem Gerät der Fig. 1 und 2. Diese sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Hauptunterschied zwischen beiden Vorrichtungen besteht darin, daß in der der Fig. 3-14 ein anderes Solenoidventil 44, nämlich ein Drei-Wege-Ventil, verwendet wird als in dem Gerät der Fig. 1 und 2. Dieses Ventil hat einen Eingang 1 und zwei Ausgänge 2 und 3, wobei stets nur ein Ausgang offen ist. Eine Feder 62 beeinflußt einen Kern 64,mit dem die beiden Ventilteller verbunden sind, derart, daß Verbindung zwischen den Öffnungen und 2 besteht. Wird das Ventil strombeaufschlagt, wird die Verbindung zwischen den Öffnungen 1 und 3 hergestellt.

Dieses Gerät arbeitet folgendennassen:

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Wenn nicht gemessen wird, ist das Solenoid des Ventils 44 nicht strombeaufschlagt. Das Ventil 60 ist geschlossen, und das Ventil 44 läßt Brennstoff durch, und zwar von der Öffnung 1 zu der Öffnung 2. Der Brennstoff fließt dann durch das Ventil 54 und den unteren Teil des Zylinders 10 zurück in den Brennstoffbehälter. Soll gemessen werden, wird das Solenoid 46 strombeaufschlagt, was dazu führt, daß der Brennstoff zur Kammer 10 fließt. Der Kolben 18 wird nach unten gedruckt. Bei Beendigung der Messung wird die Strombeaufschlagung des Solenoids 46 unterbrochen. Der in der Kammer 10 befindliche Brennstoff wird dort festgehalten. Die Kammer 10 wird dadurch entleert, daß das Ventil 60 strombeaufschlagt wird. Bevor die nächste Messung erfolgt, wird die Strombeaufschlagung des Ventils 60 unterbrochen.

Bei dieser Ausführungsform kann der Öffnungsdruck des Ventils 54 so eingestellt werden, daß der Druck,der erforderlich ist, um das Ventil 54 zu öffnen, der gleiche ist, wie der, der erforderlich ist, um den Kolben 18 gegen die Feder 20 zu verschieben. Es liegt also keine Änderung des Druckes in der Eingangsleitung zu Beginn der Messung vor„ Natürlich erhöht sich der Druck, wenn sich der Kolben 18 nach unten bewegt, weil die Feder 20 zusammengedrückt wird und die Kraft derselben sich erhöht. Dadurch erhöht sich natürlich auch der Druck in der Eingangsleitung 47. Aber dieser Fehler, der sich proportional erhöht, kann dadurch kompensiert werden, daß der Kolben einen geeigneten Durchmesser erhält, derart, daß er einen gleichen und entgegengesetzten Fehler bewirkt zu dem Fehler, der durch die Expansion der Eingangsleitung aufgrund der Druckerhöhung erfolgt. Diese Vorrichtung hat einen Gesamtfehler, der wesentlich kleiner als 0,196 für jede Ablesung ist.

Bei der Vorric-amg g&öiäß den Fig. 3 und 4 strömt der Brennstoff durch die Leitung 47 zu dem Filter 48 und dann zu dem Druckventil 50. Das Solencidventil 44 ist nicht strombeauf-

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schlagt, derart, daß der Brennstoff durch die Öffnung 1 und die Öffnung 2 strömt und von dort durch das Ventil 54,die Leitung 52, den unteren Teil des Zylinders 10 und die Leitung 56 zurück in den Tank strömt.

Wenn der Zählmechanismus das Solenoid 46 strombeaufschlagt, fließt der Brennstoff von der Öffnung 1 zur Öffnung 3 und zur Kammer 10. Er drückt den Kolben 18 nach unten. Am Ende der Zählung wird das Solenoid 46 nicht mehr strombeaufschlagt, und der Brennstoff strömt wieder zum Behälter zurück, wie weiter oben dargelegt wurde. Zur gleichen Zeit verhindert das Ventil 44 den weiteren Fluß von der Öffnung 1 zur Öffnung 3, und infolgedessen wird der abzulesende Brennstoff in der Kammer 10 oberhalb des Kolbens festgehalten. Sein Volumen wird von dem Meßinstrument 26 angezeigt. Dann wird das Solenoidventil 60 betätigt, so daß der Brennstoff abfliessen kann. Ist das Solenoidventil 60 nicht strombeaufschlagt, kann Brennstoff nicht von der Öffnung 4 zur Öffnung 5 fliessen. Er fließt jedoch von der Öffnung 4 zur Öffnung 5, wenn das Solenoidventil strombeaufschlagt ist.

Die Drucke in beiden Ausführungsformen ändern sich nicht bei Änderung der Brennstoff-Einspritzvorrichtungen, die getestet werden. Die Drucke sollten so klein wie möglich sein, um Dichtprobleme nicht zu groß werden zu lassen. Andererseits sollte der Druck mit dem Druck in der Eingangsleitung nicht mehr als unbedingt notwendig übereinstimmen. Das Ventil 50 hat die Aufgabe, einen genügend hohen Eingangsdruck zu schaffen (ca. 100 p.s.i.). Der Grund dafür besteht darin, daß ein Freiwerden ungelöster Luft verhindert werden soll, was geschehen könnte wegen des extrem hohen Druckes (ca. 15000 p.s.i.) des Brennstoffes, wenn er von der Brennstoff-Einspritzdüse kommt.

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Die Führungsorgane für die Kolbenstange 16 sind von besonderer Bedeutlang. Fig. 9 zeigt diese Führungsorgane, zu denen zwei PTFE-O-Ringe 66 und 68 gehören, welche von einer Feder 70 beaufschlagt werden. Jeder Ring liegt einer konkaven konischen Fläche 72,74 an, so daß die innere Fläche der Ringe gegen die Kolbenstange 16 gedrückt wird. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß PTFE (welches benutzt wird, weil es einen sehr kleinen Reibungskoeffizienten besitzt) auf die Temperatur derart anspricht, daß der Ausdehungskoeffizient schnell ansteigt. Die O-Ringe 66 und 68 dehnen sich also bei Temperaturerhöhung aus, so daß sich die Reibung zwischen ihnen und der Kolbenstange 16 nicht vergrößert.

Unter bestimmten Umständen kann es vorteilhaft sein, einen übertrager anstelle des Stempels 24 vorzusehen. Eine entsprechende Konstruktion zeigt die Fig. 12, siehe den Übertrager 76.

Wie bereits erwähnt, können zwei Kolben vorgesehen sein, um zwei verschiedene Bereiche des Brennstofflußes zu erfassen. So kann der eine Kolben eine solche Größe haben, daß man Mengen bis 25 cc erfasen kann. Der größere Kolben kann dann bis 50 cc Brennstoffmenge erfassen. Abgesehen von den unterschiedlichen Kolben und den beiden unterschiedlichen Federn anstelle einer Feder 20 ist die 50 cc Version auch etwas anders bezüglich der Befestigungs- und Verbindungsorgane ausgebildet, siehe die Fig. 13 und 14.

Es gibt einen kleinen Konstruktionsunterschied zwischen dem Instrument gemäß den Fig. 3 und 4 und der Ausführungsform der Fig. 5 - 14: Die Leitung 78, die vom Ventil 60 ausgeht, steht bei der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 mit der Leitung 52 in Verbindung, so daß der Brennstoff aus der Öffnung 5 des Ventils 60 in die Kammer 10 unter

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Claims

DlPL-INQ. DIETERJANDER DR.-INQ. MANFRED BÜNINQ PATENTANWÄLTE ZuttoHadrMs· reply to: KOLBERGER STRASSE 21 KURFORSTENDAMM 66 MÜNCHEN 80 (BOGENHAUSEN) , 1 BERLIN IS Telefon: 089/98 27 04 < ,, T.l.f on : 0 3 0 / 8 8 3 5 0 7 1 / 7 2 Telegramme : Consideration Berlin 227/15.933 DE 24. Januar 1977 Patentanmeldung der Firma Leslie Hartridge Limited Tingewick Road Buckingham, Bucks. England Patentansprüche :

1.) Vorrichtung zum Messen einer Brennstoffmenge, die von einer Motor-Einspritzpumpe gefördert v/ird, gekennzeichnet durch eine Kammer (10) zur Aufnahme des Brennstoffs, einem federbelasteten Kolben (18) innerhalb der Kammer (10), der sich bei Einströmen von Brennstoff verschiebt, Anzeigeorgane (26), welche durch den Kolben (18) beeinflußt werden und die in die Kammer (10) eingeflossene Brennstoff-Menge anzeigen, und Leitungselemente (44,52,54), welche den Brennstoff auf der Rückseite des Kolbens (18) durch die Kammer (10) leiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (16) von zwei 0-Ringen (66,68) geführt wird, die von einer Feder (70) gegen eine konische Fläche (72,74) gedrückt werden derart, daß die innere Fläche der Ringe gegen die Kolbenstange (16) gedrückt wird.

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ORIGINAL INSPECTfiO

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich in dem Leitungskreis der Leitungselemente (44,52,54) zwei Solenoid-Ventile (44,60) befinden, von denen eines (44) den Fluß in die Kammer (10) und das andere (60) den Fluß aus dieser steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich in dem Leitungskreis der Leitungselemente (44,52,54) ein Ventil (60) und ein Drei-Wege-Ventil (44) befinden, von denen das letztere den Fluß in die Kammer (10) auf beiden Seiten des Kolbens (18) und das andere (60) den Fluß aus dieser steuert.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eingangsleitung (47) ein federbelastetes Ventil (50) vorgesehen ist, das einen hohen, die Gasentwicklung verhindernden Druck erzeugt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweites federbelastetes Ventil (54) in dem Kreislauf (44,52,54) vorgesehen ist, über das der Brennstoff in die Kammer (10) auf der Rückseite des Kolbens (18) strömt.

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