-
Verfahren zum Messen oder Kontrollieren der phasenmäßig
-
richtigen Einstellung von periodischen Einspritzvorgängen (Zusatz
zu Patent , Patentanmeldung P 25 37 219.4) Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Messen oder Kontrollieren der phasenmäßig richtigen Einstellung von periodischen
Einspritzvorgängen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 insbesondere nach Patent
. ... ... (P 25 37 219.4).
-
Die verschärften Abgasbestimmungen machen es erforderlich, die für
die Verbrennung relevanten Einflußgrößen möglichst genau und zuverlässig zu messen.
Bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen wird die Verbrennung durch das Einspritzen
des Kraftstoffes in die hochverdichtete Verbrennungsluft eingeleitet. Eine sehr
wichtige Größe des Verbrennungsablaufes ist also der Zeitpunkt der Einspritzung.
-
Im llauptpatent war eine Meßmethode angegeben worden, die es erlaubt,
ohne das Einspritzsystem zu öffnen die phasenmäßig richtige Lage des Einspritzendes
sehr genau durch schallakustische Erfassung des Schließens des Einspritzventiles
zu
ermitteln. Das markante zeitlich eng begrenzte Schließgeräusch erlaubt eine wesentliche
Steigerung der Meßgenauigkeit; und zwar ist die ne0geiiauigkeit größer als die Herstellgenauigkeit
der beteiligten und für die Einspritzzeitpunkte relevanten Bauteile.
-
Die der vorliegenden Zusatzerfindung zugrunde liegende Aufgabe ist,
anzugeben, wie trotz nicht vernachlässigbarer und unvermeidbarer Bauteil toleranzen
die Einspritzvorgänge an mehrzylindrigen Einheiten optimal eingestellt werden können
bzw. eine optimale Einstellung kontrolliert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
-
Es hat sich bei den Messungen nach dem Hauptpatent, die beispielsweise
an dem ersten Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine durchgeführt wurden
und nach welcher Messung die Einspritzeinstellung vorgenommen wurde, gezeigt, daß
Kontrollmessungen an den anderen Zylindern derselben Brennkraftmaschine erhebliche
Abweichungen vom Sollwert zeigten. Diese Abweichungen sind auf Fertigungstoleranzen
der Stößelnocken auf der Pumpenantriebswelle zurückzuführen. Diese Nocken weisen
Teilungsfehler auf, die einen Streubereich von etwa i eineinhalb Grad um die Sollage
herum haben. Dank der Erfassung der Einspritzvorgänge sämtlicher Zylinder einer
Verbrennungskraftmaschine oder doch wenigstens eines größeren Teils und der Einstellung
der Einspritzvorgänge nach einem daraus gemittelten Mittelwert kann sichergestellt
werden, daß
die Abweichung der Einspritzvorgänge von ihrer Sollage
weniger beträgt als die Toleranzbreite der Fertigungstoleranzen.
-
Die orfindungsgemEße Messung kann nicht nur am fertigmontierten Motor,
sondern isoliert auch an der Einspritzpumpe alleine vorgenoen werden. Bei der isoliert
auf die Einspritzpumpe angewandten Messung können zunächst ein al solche Einspritzpumpen
erkannt werden, bei denen eine festgelegte Toleranzbreite der Teilungsabstände der
Nocken Ub-rschritten worden ist. Aber auch bei Einspritzpumpen, bei denen die ermittelten
Zeitabstände der einzelnen Einspritzvorgänge in zulässiger Weise von den Sollzeitpunkten
abweichen, ist eine isolierte Messung an allen angeschlossenen Einspritzventilen
sinnvoll; es ließe sich nämlich nach einer solchen Messung einem bestimmten, beispielsweise
de. ersten Einspritzventil ein Vinkelwert zuordnen, um den der gemittelte Wert der
Einspritzvorgängo der verschiedenen Zylinder gegenüber dem Zeitpunkt des einen ausgewählten
Einspritzventiles voreilt bzw nacheilt. In eingebautem Zustand der Einspritzpumpe
am Motor kann dann unter Verwendung die see einen toleranzbedingten Korrekturwertes
die Justage des Einspritzzeitpunktes am Motor anhand des betreffenden einzigen Einspritzventiles
vorgenom1en werden. Messungen lediglich an einem einzigen Ventil sind vor allen
Dingen bei späteren Vartungseinstellungen in den Kundendienstwerkstätten einfacher
und schneller vorzunehmen als Messungen an den Einspritzventilen sämtlicher Zylinder
Bei der Serienendmontage von Dieselmotoren ist u. U. die Messung an allen Einspritzventilen
in eingebaute. Zustand des Einspritzsystems günstiger.
-
Die Messungen können auf unterschiedliche Art und Weise vorgenommen
werden. Die in den Unteransprüchen angegebenen verschiedenen Meßverfahren unterscheiden
sich im wesentlichen durch die Vorgabe der Vergleichssollmarke, an dem die Einspritzvorgänge
sich orientieren.
-
Wenn das erfindungsgemäße Meßverfahren - und zwar gemäß Hauptpatent
oder gemäß der vorliegenden Zusatzerfindung -am selben Motor nacheinander bei zwei
verschiedenen möglichst weit auseinander liegenden Betriebsdrehzahlen, z. B.
-
bei Leerlauf und bei Höchstdrehzahl, durchgeführt wird, lassen sich
gewisse Rückschlüsse auf die Funktionssicherheit des drehzahlabhängig arbeitenden
Spritzverstellers der Einspritzpumpe machen.
-
Die Erfindung ist anhand verschiedener in den Zeichnungen veranschaulichter
Ausführungsbeispiele nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild
eines Ausführungsbeispieles der Meßapparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und zwar mit hilfe von sogenannten OT-Gebern an der Schwungscheibe des
Motors, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen
Verfahrens, und zwar angewandt auf ein vom Motor isoliertes Einspritzsystem bestehend
aus Einspritzpumpe und mehreren Einspritzventilen,
Fig. 3 ein Zeitdiagramm
einer Vierzylindermaschine über etwa vier Arbeitstakte hinweg u n d Fig. 4 und 5
zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele für den Rechteckimpuls einer monostabilen
Kippstufe.
-
Dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 liegt ein vierzylindriger Dieselmotor
1 mit Einspritzpumpe 2, Einspritzventilen 3, Schwungrad 4, Kurbelwelle 5 und Hubkolben
6 zugrunde. Strichliert ist ein in der oberen Totlage befindlicher Hubkolben angedeutet.
Wie bei viersyllndrigen Reihenmotoren üblich ist die erste und die letzte Kröpfung
der Kurbelwelle näch oben gerichtet und die beiden dazwischenliegenden Kröpfungen
sind um 180 Grad dagegen versetzt. An den zugehörigen Einspritzventilen ist mittels
je einer Klemmzange 7 ein Körperschallaufnehmer akustisch leitend angeklemmt.
-
In dem blockweise angedeuteten elektronischen Meßaufbau ist für die
Weiterverarbeitung des Körperschalisignales zunächst ein sogenannter Ladungsverstärker
9, ein Tiefpaßfilter lo, ein Anpassungsverstärker 11 und eine monostabile Kippstufe
12 vorgesehen. Deren Ausgang ist auf eine noch zu erörternde Auswerteeinheit 13
geschaltet. *) In dem Ladungsverstärker wird die bei Schalleinwirkung eintretende
Ladungsänderung des aktiven Teiles in den Körperschallaufnehmer - z. B. ein Quarzkristall
- verstärkt und in eine entsprechend große Spannungsänderung umgewandelt.
-
*) Über einen von der Auswerteeinheit gesteuerten Auawahlschalter
9a wird jeweils ein Körperschallaufnehmer entsprechend der Zündfolge auf den Ladungsverstärker
geschaltet.
-
Aus diesem Signal werden die tieffrequenten Hintergrundgeräusche mit
dem Tiefpaßfilter herausgefiltert. Sodann wird mit dem gefilterten Signal nach einer
entsprechenden weiteren Verstärkung die Kippstufe angesteuert, die beim Einsetzen
des Körperschallsignales einen Rechtecki.puls von justierbarer Dauer erzeugt. Durch
schaltungstechnische Maßnahmen ist dafür gesorgt, daß der Anstieg des Reckteckimpulses
möglichst steil erfolgt. Das Einsetzen des Körperschallsignales ist somit umgewandelt
in die Anstiegsflanke eines Reckteckimpulses.
-
In dem Meßaufbau ist noch ein Kurzzeiterfassungsgerät vorgesehen,
welches aus einer zeitlichen Impulsfolge eine Tourenzahl ausrechnet - Drehzahlmeßgerät
14 - und ein Gerät, welches in regelmäßigen Abständen die ermittelte Tourenzahl
an die Auswerteinheit weiterleitet und den weitergeleiteten Wert konstant in die
Auswerteinheit eingibt - Drehzahlabfragung 15. Der Eingang n in die Auswerteinheit
liefert dieser das Drehzahlsignal des Motors 1, welcher sie in der oberen Zahlenreihe(n)digital
zur Anzeige bringen kann.
-
Die Auswerteinheit ist ein Kurzzeiterfassungsgerät, welches die Zeitdifferenz
zweier Impulse, die ihr auf den Eingängen I und K zugeleitet werden, erfassen kann.
Darüber hinaus kann die Einheit dieses Zeitdifferenzsignal mit dem Drehzahl signal
und einem Umrechnungsfaktor multiplizieren, was das gleiche ist wie die Division
mit der Umlaufzeit. Dadurch kann die Zeitdifferenz drehzahlunabhängig als Bogenmaß
ermittelt werden. Dieser Wert kann in den unteren Zahlenreihen für jedes Einspritzventil
3 als Winkel dL 1, α2, dU3, Jv4 digital angezeigt werden.
-
Bei dem Meßaufbau nach Fig. 1 ist an der Schwungscheibe 4 des Motors
an der den Kurbelwellenkröpfungen 8a des vordersten und des hintersten Zylinders
entsprechenden Stelle ein Meßstift 16a aus ferromagnetischem Material eingelassen.
An der Umfangsstelle der anderen Kröpfungen 8b der beiden mittleren Zylinder ist
- gegenüber Stift 16a genau um 180 Grad versetzt - ein zweiter Stift 16b angeordnet.
-
Am Flansch des Schwungradgehäuses 17 ist eine Haltekonsole 18 zur
definierten Aufnahme eines induktiven Tasters 19 vorgesehen. Und zwar ist die Konsole
an einer Umfangsstelle angeordnet, daß der Taster - bei Stellung des vordersten
Kolbens in der oberen Totlage - genau pit dem Meßstift übereinstimmt. Beim Vorbeistreichen
des Meßstiftes am Taster wird eine Spannung im Taster mit einem sinusähnlichen Verlauf
induziert. Der Nulldurchgang der wSinus"-Spannung markiert den Totpunktdurchgang
eines Kolbens (Kontrollimpuls kl ... k4). Vie bereits geschildert, wird die Zeitdifferenz
dieser beiden Impulse für jedes Einspritzventil gemeseen und - bezogen auf die jeweilige
Drehzahl - als winkelproportionale r6ße durch die Einheit 13 angezeigt.
-
Normalerweise müßten diese vier angezeigten Winkel alle gleich groß
sein, weil zunächst davon ausgegangen wird, daß die Bauteil toleranzen so gering
sind, daß sie sich in dieser Hinsicht nicht auswirken. Nachdem aber - wie festgestellt
wurde - die Bauteil toleranzen in unvermeidbarer Weise doch so groß sind, daß sie
sich winkelstreuend auswirken, sind die Anzeig-n 0t 1 bis d44 gegenüber einem Sollwert
um etwa - 1,5 Winkelgrade streuen. Beim linjustieren der winkelrichtigen Einbaulage
der Einspritzpumpe 2 am Dieselmotor, durch welche Winkellage der Einspritzzeitpunkt
vetdndert
werden kann, kann der Streubereich der angezeigten Winkelwerte in seiner Lage so
verändert werden, daß er in einer bestimmten zulässigen* vorzugsweise symmetrischen
Relativlage zu einem Sollwert der Winkelwerte liegt. In Ausgestaltung dieses Verfahrens
kann natürlich außer den vier Einzelwerten auch noch der Mittelwert der vier Winkel
errechnet und angezeigt werden und beispielsweise der diesem Mittelwert am nächsten
kommende Zylinder auf diesen Mittelwert oder auf den Sollwert eingestellt werden.
-
Anstelle mehrerer diskreter, vorzugsweise stiftförmiger Marken an
bestimmten Umfangsstellen der Antriebswelle und nur einem einzigen Taster kann auch
mit einem einzigen umlaufenden Stift und mit mehreren - beim Vierzylinder-Reihenmotor
mit zwei - gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Tastern gearbeitet werden.
Hierbei ist jeweils einer Kröpfungsrichtung der Kurbelwelle bzw. - bei isolierter
Pumpenmessung - jeweils einer Nockenrichtung der Pumpenwelle ein Taster zugeordnet.
Durch schaltungstechnische Maßnahmen ist dafür zu sorgen, daß jeweils zusammengehörige
Signale der Körperschallaufnehmer bzw. der Taster in den Auswertekanal gelangen;
z. B. werden über bestimmte Meßintervalle hinweg nacheinander reihum die Ausgänge
von Jeweils nur einem zusammengehörigen Paar - Taster und Körperschallaufnehmer
-auf den Auswertekanal geschaltet und die Meßwerte jeweils zwischengespeichert.
-
In Fig. 3 ist in der obersten Aufschrieblinie das Körperschallsignal
aufgetragen, welches von einem einzigen Einspritzventil abgenommen werden kann.
Mit il ist der Schallimpuls des Schließgeräusches der Ventilnadel des betreffenden
Einspritzventils,
an das der Körperschallaufnehmer angeklemmt ist, bezeichnet; wegen der unmittelbaren
akustischen Ankopplung ist dieses Körperschallsignal relativ stark. Die Körperschallsignale
i2 bis i4 der benachbarten Einspritzventile sind über den Zylinderkopf, also eine
längere Schallaufstrecke, angekoppelt und dementsprechend schwächer. In der zweiten
in Fig. 3 dargestellten Aufschrieblinie sind die Kontrollimpulse kl bis k4 eingezeichnet,
die von dem Taster 19 und den oT-Markierungsstiften 16a und 16b herrühren. In der
monostabilen Kippstufe 12 werden die Schallimpulse ii bis i4 in Rechteckimpulse
Ii bis 14 umgewandelt. Die Ansprechempfindlichkeit der Kippstufe kann eingestellt
werden, so daß Je nach Einstellung eingangseeitig Impulse einer bestimmten Höhe
erfaßt oder auch nicht erfaßt und dementsprechend in Rechteckimpulse umgewandelt
werden oder unberücksichtigt bleiben. Ist bei einem Motor z B die gegenseitige akustische
Ankopplung
der Einspritzventile benachbarter Zylinder ausreichend
gut und die Nachbarsignale ausreichend hoch, so kann die Ansprechempfindlichkeit
der Kippstufe auf einen Wert S1 eingestellt werden, derart, daß die Nachbarimpulse
von der Kippstufe miterfaßt werden. Dieser Fall soll in Fig. 3 veranschaulicht sein.
In einem solchen Fall kann die Messung mit nur einem einzigen Körperschallaufnehmer
durchgeführt werden; die Körperschallsignale der Nachbarzylinder werden über Festkörper-Schalleitung
zu dem Körperschallaufnehmer Ubertragen. In dem Kurzzeiterfassungsgerät werden dann
die Laufzeitunterschiede zwischen den Impulsen k und il, k2 und i2 usw. ermittelt;
bezogen auf die Umlaufzeit können sie als Vinkelwerte L 1, dtl, dd 2 usw. angezeigt
werden. Wenn die gegenseitige akustische Kopplung der Einspritzventile nicht so
günstig ist, muß an jedem Einspritzventil, welches durch die Messung erfaßt werden
soll, ein Körperschallaufnehmer mit einer Klemmzange 7 angebracht werden. Bei der
bisherigen Schilderung wurde davon ausgegangen, daß die Körperschallsignale sämtlicher
Körperschallaufnehmer gleichzeitig durch die Verstärkungs-und Auswerteschaltung
hindurchgeleitet werden können. Es kann aber auch günstiger sein, die Körperschallsignale
der verschiedenen Einspritzventile einzeln nacheinander auszuwerten. In einem solchen
Fall ist es natürlich erforderlich, die Nachbarsignale auszublenden. Dies kann zum
einen dadurch geschehen, daß die Ansprechschwelle der Kippstufe so hoch gelegt wird,
daß die schwächeren Nachbarsignale i2, i3 und i4 nicht mehr erfaßt werden (Ansprechschwelle
S2) und dementsprechend nur beim Eintreffen der stärkeren Schallimpulse i ein Rechteckimpuls
I1 erzeugt wird (Fig. 5).
-
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch die Zeitdauer des Rechteckimpulses
in Abhängigkeit von der Umlaufzeit auf einen konstant bleibenden großen Anteil der
Umlaufzeit verändert werden, so daß die Kippstufe erst nach dem letzten Nachbarimpuls
i4 wieder zur Aufnahme eines neuen Schallimpulses, der dann nur wieder der starke
Schallimpuls i sein kann, bereit ist (Fig. 4).
-
Das Anwendungsbeiopiel nach Fig. 2 zeigt eine isolierte Einspritzpumpe
32 mit Antriebswelle 35 und Stößelnocken 38a bis 38d, die die Einepritzkolben 36
bewegen. An die Einspritzpumpe sind praxisentsprechend vier Einspritzventile 33
angeschlossen, die in einen Auffangraum 30 abspritzen, von wo das gesammelte Öl
über eine Rücklaufleitung 31 in einen Olvorratebehälter 28 zurückgeleitet wird.
Die Einspritzpumpe erhält aus diesem Behälter über die Zutuhrleitung 29 Kraftstoff
zugeführt. Von einem regelbaren Antriebsmotor, der mit der Antriebswelle 35 über
eine Kupplung 27 verbunden ist, kann die Einspritzpumpe bei beliebigen Drehzahlen
angetrieben werden. Die Kupplung 27 erlaubt eine Koppelung der beiden Wellen nur
in einer einzigen Umfang lage, die sehr genau reproduziert werden kann. Die Drehstellung
der Antriebswelle kann über den inkrementalen Drehweggeber 46 angegeben werden.
Er ist am Umfang so fein unterteilt, daß er noch kleine Bruchteile eines Winkelgrades
aufzulösen gestattet. Seine Umfangslage kann über den Taster 47 beriihrungsfrei
z. B. fotoelektrisch abgetastet werden. Die Nullmarke des Drehveggebers, die eine
defini-rte Umfangslage hat und vorzugsweise oit dem Maximum einer der Stößelnocken
Ubereinstimmt, kann ebenfalls über den Taster
47 abgegriffen werden.
Die Inkrementalimpulse des Drehweggebers werden über die Leitung K in die Auswerteeinheit
43 gegeben. An die Einspritzventile 33 sind Körperschallaufnehmer mit Klemmzangen
37 angeklemmt; deren elektrische Anschlüsse sind auf einen Auswertestrang 9 bis
12 gegeben, der mit dem gemäß Fig. 1 insoweit übereinstimmt. Über den Ausgang der
Kippstufe 12 werden über die Leitung I Rechteckimpulse entsprechend dem Ende der
Einspritzvorgänge in die Auswerteeinheit 43 geleitet.
-
In der Auswerteeinheit wird außer der Drehzahl - angezeigt im Zahlenfeld
n - die Drehwinkellage eines Körperschallsignales bzw. des ihm entsprechenden Rechtecksignales
relativ zu der Impulsfolge der Drehweginkremente ermittelt und in den Zahlenfeldern
51, ß2, 133, 4 als Winkelgröße angezeigt. Durch schaltungstechnische Maßnahmen läßt
sich erreichen, daß einer der angezeigten Werte Null ist. Die vier angezeigten Vinkelwerte
müssen theoretisch Jeweils untereinander um 9o Grad differieren. Aufgrund von unvermeidlichen
Fertigungstoleranzen weisen die vier Stößelnocken jedoch Teilungsfehler in der Größenordnung
von - 1,5 Winkeigraden auf. Um ein eine. solchen Teilungsfehler entsprechendes Zeitintervall
differieren die Körperschallsignale, so daß entsprechende Abweichungen erfaßt und
angezeigt werden können. Zur Erleichterung der Ablesung kann aufgrund von geeigneten
schaltungstechnischen Maßnahmen dafür gesorgt werden, daß von dem Meßwert o 2 9°
Grad, von dem Meßwert 3 18o Grad und von de. Meßwert ß 4 270 Grad vor der Anzeige
im Zahlenfeld abgezogen wird. Bei einem solchen Vorgehen würde lediglich noch die
Abweichung vom Sollwert angezeigt
werden. Die isolierte Messung
eines aus Pumpe und Einspritzventilen bestehenden Einspritzsystems losgelbst von
einem Motor erlaubt die Erkennung toleranzüberschreitender Einheiten und gestattet
ferner, an jeder einzelnen brauchbaren Einspritzpumpe einen PumpenanschluD zu markieren,
der besonders nah am Soll liegt. Bei späteren Messungen im eingebauten Zustand braucht
dann die Justierung oder Kontrolle nur noch anhand dieses einen Einspritzventiles
vogenommen zu werden.
-
Bei serienmäßigen Überprüfungen von Einspritzpumpen kann vorgesehen
sein, daß bei toleranzüberschreitender Streuung der Umfangsteilung der Stößelnocken
ein Signal gegeben wird. Aueserdem ist es aufgrund schaltungstechnischer Maßnahmen
möglich, bei brauchbaren Einspritzpumpen denjenigen Stößelnokken, der der Sollumfangslage
am nächsten liegt, selbsttätig zu erkennen und ebenfalls meßtechnisch anzuzeigen.
Zur weiteren Vereinfachung kann an der Pumpe selber selbsttätig eine entsprechende
Markierung angebracht werden.