DE2839405A1

DE2839405A1 - Wandler zur ueberwachung dynamischer aenderungen einer kraftstoff-einspritzleitung

Info

Publication number: DE2839405A1
Application number: DE19782839405
Authority: DE
Inventors: Ronald Price
Original assignee: Goodwood Data Systems Ltd
Current assignee: Goodwood Data Systems Ltd
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-09-11
Publication date: 1979-05-17
Also published as: US4179939A; GB2007844B; CA1081501A; GB2007844A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K. Fingke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ing.H.L-iska

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Goodwood Data Systems Ltd. _MÖHLStrasse 22, rufnummer 983921/22 150 Rosamond Street

Carleton Place

Ontario

Canada

Wandler zur Überwachung dynamischer Änderungen einer Kraftstoff-Einspritzleitung

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Die Erfindung betrifft einen Wandler zur Überwachung dynamischer Änderungen des Durchmessers einer Kraftstoff-Einspritzleitung in einer Diesel-Brennkraftmaschine.

Es wurden bereits Versuche zur Diagnose der Leistung einer Diesel-Brennkraftmaschine, insbesondere der Einspritzleistung, durchgeführt, wozu Wandler verwendet wurden, die die dynamischen Veränderungen der Kraftstoff-Einspritzleitung überwachen. Die auf einem Oszilloskop oder einem anderen geeigneten Sichtgerät gewonnenen Ablesungen oder "Zeichnungen" können analysiert werden, um zu bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist. Manchmal kann dabei auch ein besonders fehlerhaft arbeitendes Einzelteil lokalisiert werden. In einem Aufsatz von S.Heggie in American Society of Mechanical Engineers, Nr. 76, DGP-3 mit dem Titel "The Use of Plastic Cold Flow in the Development of an Externally Connected Transducer for Recording Pressure-time Histories of Diesel Fuel Injection Phenomena and its Application in Fault Diagnosis" werden einige Möglichkeiten und Wandlervorrichtungen beschrieben, die gegenwärtig verfügbar sind. Eine besondere Wandlerkonstruktion zur externen Befestigung an einer Kraftstoffleitung ist durch die US-PS 3 937 087 und durch die US-PS 4027 536 bekannt.

Der durch die US-PS 3 937087 bekannte Wandler hat ein torpedoförmiges Gehäuse mit einem inneren Hohlraum. Die innerhalb des Hohlraums angeordnete Kraftstoffleitung befindet sich in Kontakt mit einem Meßelement für mechanische Spannungen, das an ihrem Umfang befestigt und wiederum mit einer Plastikhülse eingeschlossen ist. Der Hohlraum selbst ist mit Epoxyd-

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harz oder einem ähnlichen Material gefüllt, durch das hindurch elektrische Anschlußleitungen von dem Meßelement zur Außenseite des torpedoförmigen Gehäuses führen. In dem jüngeren US-Patent wird das Meßelement oder ein Druckmeßelement innerhalb des mit Epoxidharz gefüllten Hohlraums, jedoch mit Abstand zur Einspritzleitung nahe der Wand des Hohlraums über der Einspritzleitung angeordnet. In diesem Falle ist das Meßelement an einem Gummi befestigt, das wiederum an der Wand des Hohlraums montiert ist.

Bei diesen bekannten Wandlern treten gewisse Nachteile auf. Bei der Montage des zweiteiligen Wandlers an der Einspritzleitung muß wegen der Verwendung eines mit Epoxydharz gefüllten Hohlraums besondere Sorgfalt angewandt werden, um das Meßelement nicht zu beschädigen. Bei dieser Konstruktion werden vorzugsweise Dehnungsmeßstreifen verwendet, da sie gegenüber Beschädigungen oder fehlerhafterInstallation beim Zusammenbau des Wandlers unempfindlich sind, wie dies beispielsweise bei Halbleiterelementen/frer Tall ist. Die letztere Art der piezo-resistiven Elemente wird wegen ihres hohen Widerstandsänderungskoeffizienten und damit erhöhter Ausgangsleistung vorzugsweise eingesetzt. Die bekannten Wandler sind somit nicht zum Einbau durch unerfahrene Personen geeignet und können, was noch wichtiger ist, nicht einfach ausgewechselt werden, ohne daß eine Beschädigung des Meßelements zu befürchten ist, da dieses mit dem die Kraftstoffleitung umgebenden Epoxydharz fest verbunden ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und einen Wandler anzugeben, der insbesondere durch unerfahrene Personen montiert oder ausgewechselt werden

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kann, ohne daß eine Beschädigung der Meßelemente befürchtet werden muß.

Diese Aufgabe wird für einen Wandler eingangs genannter Art erfindungsgemäß gelöst durch einen länglichen, einen Teil der Einspritzleitung in einem länglichen Kanal einschließenden Wandlerkörper, der nahe seinen Enden Befestigungsmittel für die Einspritzleitung und zwischen seinen Enden in einer Ebene parallel zur Längsachse des Kanals eine dünne und ebene Querbrücke aufweist, an deren Außenfläche mindestens ein mechanische Spannungen auswertendes Element befestigt ist.

Ein Wandler nach der Erfindung kann wie die vorbekannten Wandler an der Außenseite einer Einspritzleitung befestigt werden. Da sich das Auswerteelement jedoch nicht in direktem Kontakt mit einem Epoxydharz oder einem ähnlichen Material befindet und auf einer im wesentlichen flachen Außenfläche befestigt ist, können Halbleiterelemente und andere Arten von Auswerteelementen für mechanische Spannungen wie z.B. piezoelektrische Kristalle oder bimorphe Elemente vorteilhaft verwendet werden, ohne eine Beschädigung befürchten zu müssen. Ferner kann der Wandler durch unerfahrene Personen installiert und auch ausgewechselt werden, ohne daß eine Beschädigung der empfindlichen Auswerteelemente möglich ist.

Ein Wandler nach der Erfindung hat einen länglichen Wandlerkörper, durch dessen inneren Kanal die Einspritzleitung hindurchzuführen ist. Diese wird an beiden Enden des Körpers fixiert. Die Querbrücke, die einen Teil des Wandlerkörpers bildet, ist zwischen&en Enden dieses Körpers angeordnet und liegt in einer Ebene parallel zur Längsachse des inneren Kanals. Auf der dem Kanal abgewandten Außen-

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seite der Brücke ist ein Auswerteelement angeordnet, beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen, ein piezoresistives Element oder ein piezoelektrischer Kristall oder ein bimorphes Element. Vorzugsweise ist die der Einspritzleitung zugewandte Innenseite der Brücke in einem vorbestimmten Abstand zur Einspritzleitung angeordnet, so daß die Brückenunterseite mit der Einspritzleitung über ein nicht kompressibles Klebemittel wie z.B. Epoxydharz verbunden sein kann. Falls erwünscht, können zusätzliche Spannungsmeßelemente an der Außenseite der Brücke vorgesehen sein. Sind dies Widerstandselemente, so können beispielsweise vier derartige Elemente in einer Brückenschaltung elektrisch miteinander verbunden sein. Eine Brückenschaltung ergibt das vierfache Ausgangssignal eines einzelnen Auswerteelements und ermöglicht eine automatische Temperaturkompensation, die sich als vorteilhaft gegenüber einfachen Auswerteelementen erweist, da auch die thermischen Trägheitseffekte der Einzelelemente untereinander ähnlich sind. Eine vollständige Wheatstone ·· sehe Brückenschaltung kann mit einer Seite der Wandlerbrücke verbunden sein, da gleichzeitig Zug- und Druckwirkungen auftreten. Da die Auswerteelemente auf einer Metallbrücke befestigt sind, ist die Wärmeableitung besser als bei Anordnung in einem Epoxydharz. Dadurch können höhere Speisespannungen für die Brückenschaltung bei ein und derselben zulässigen Erwärmung verwendet werden, wodurch sich wiederum höhere Ausgangssignale ergeben.

Da die Dicke der Brücke relativ gering verglichen mit dem übrigen Wandlerkörper ist (in der Größenordnung von 0,5 mm), werden mechanische Spannungsänderungen der Einspritzleitung an der Brücke besser erkennbar als in dem restlichen Teil des Wandlerkörpers. Eine Ausbiegung der Brücke kann insbesondere bei dickeren Brücken dadurch

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verbessert werden, daß die Brücke auf ihren Querseiten gegenüber dein restlichen Wandlerkörper wirksam isoliert wird. Dies kann beispielsweise durch zwei mit Abstand zueinander vorgesehene Schlitze verwirklicht werden, die die Brückenseiten begrenzen. In dieser Ausführungsform kann die Spannung oder Biegung der Brücke infolge ihrer relativ geringen Masse größer sein als bei dem restlichen Wandlerkörper, und die Schlitze verringern die Steifheit der Brücke, wodurch wiederum der auf die Einspritzleitung einwirkende Widerstand gegen dynamische Änderungen verringert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt eines Wandlers mit darin angeordneter Einspritzleitung und Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. 1.

Der Wandlerkörper 1 besteht aus zwei Teilen, einem oberen Teil 2 und einem unteren Teil 3. An jedem Ende des Wandlerkörpers 1 ist eine Bohrung 4 vorgesehen. Sie ermöglicht die Einführung von Befestigungsschrauben (nicht dargestellt), mit denen der Wandlerkörper 1 und eine Einspritzleitung 7 gegeneinander verklemmt werden können. Ein länglicher Kanal 5 im oberen Teil 2 und ein Kanal 6 im unteren Teil 3 verlaufen über die Länge des Wandlerkörpers 1 und haben (mit Ausnahme der noch zu beschreibenden Brücke) einen Querschnitt, der dem Außendurchmesser der Einspritzleitung 7 entspricht, so daß diese festgehalten wird, wenn die beiden Teile 2 und 3 miteinander verschraubt werden. Im Gegensatz zu dem dargestellten kreisrunden Querschnitt des Kanals (mit Ausnahme des Hohlraums 9 in Fig. 2) kann auch ein rechteckförmiger Querschnitt vorgesehen sein. Ferner kann der längliche Kanal,

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falls erwünscht, mit seinem Teil 5 in dem oberen Teil 2 auch tiefer ausgeführt sein, so daß die Einspritzleitung grundsätzlich auch durch eine flache Platte (nicht dargestellt) in ihrer Position gehalten werden kann.

Der obere Teil 2 des Wandlerklörpers 1 hat einen zwischen seinen Enden vorgesehenen dünnen und ebenen Brückenabschnitt 8. Dieser Brückenabschnitt 8 liegt in einer Ebene parallel zur Längsachse der Einspritzleitung 7, und seine Innenfläche hat einen bestimmten Abstand von der Außenseite der Einspritzleitung 7, so daß zwischen beiden ein Spalt 9 gebildet ist. An der Stelle des Spaltes 9 erfolgt ein positiver Kontakt zwischen der Brücke 8 und der Einspritzleitung 7 über ein praktisch nicht kompressibles Klebemittel 10, beispielsweise ein Epoxydharz, welches die Innenfläche der Brücke 8 mit der Außenfläche der Einspritzleitung 7 verbindet. An der Außenfläche oder Oberseite der Brücke 8 oberhalb ihrer Klebeverbindung mit der Einspritzleitung 7 ist ein Auswerteelement 11 für mechanische Spannungen angeordnet, welches ein Dehnungsmeßstreifen, ein piezoelektrisches Widerstandselement oder ein piezoelektrisches bimorphes Element sein kann. Nicht dargestellte elektrische Anschlußleitungen verbinden das Auswerteelement 11 durch eine Öffnung 14 des Wandlerkörpers 1 hindurch mit einer externen Auswertevorrichtung. Wird als Auswerteelement ein piezoelektrischer Kristall verwendet, dessen Ausgangssignal eine Funktion einer Druckeinwirkung ist, so kann der Kristall vorteilhaft zwischen der Außenfläche der Brücke und einer weiteren Gegen- oder Versteifungsplatte (nicht dargestellt) angeordnet sein, die auf der Oberseite des Teils 2 des Wandlerkörpers 1 angeordnet ist. Dieser Abschnitt des Teils 2 oberhalb der Brücke 8 kann gleichfalls mit einem Vergußmaterial wie beispielsweise Polyurethan, Silikonkautschuk oder halb-

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flexibles Epoxydharz ausgefüllt sein, um das Auswerteelement 11 gegen Beschädigungen zu schützen.

3ei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet -die Brücke 8 einen integralen Abschnitt des oberen Teils 2 des Wandlerkörpers 1. Die in der Brücke 8 auftretenden Spannungsänderungen können gegenüber dem restlichen Wandlerkörper durch Verwendung von Schlitzen oder Öffnungen 13 isoliert werden, die auf beiden Seiten der Brücke 8 vorgesehen sind.

Der Wandlerkörper 1 kann aus Weicheisen oder jedem anderen geeigneten Material bestehen. Die Klebeverbindung zwischen der Innenfläche der Brücke 8 und der Einspritzleitung 7 muß nur eine dünne Schicht eines Epoxydharzes 10 o.a. an der Oberfläche der Einspritzleitung 7 oder an der unteren mittleren Fläche der Brücke 8 sein, bevor der obere Teil 2 und der untere Teil 3 des Wandlerkörpers 1 miteinander verbunden werden. Überschüssiges Epoxydharz kann nach Herstellung der Klemmverbindung in einem Hohlraum 9 des Kanals 5 gesammelt werden, ohne eine schädliche Auswirkung auf die Brücke 8 zu verursachen. Um eine feste Halterung der Einspritzleitung im Wandlerkörper 1 im Bereich des Auswerteelements 11 zu gewährleisten, kann eine weitere Epoxydverklebung o.a. (nicht dargestellt) am Boden des Kanals β gegenüber der Verklebung 10 vorgesehen sein oder auch den Umfang der Einspritzleitung 7 an dieser Stelle umgeben (nicht dargestellt).

Mit Ausnahme des Hohlraums 9 befindet sich dieEinspritzleitung 7 in positiver Berührung mit den Wänden des Kanals über dessen gesamte Länge. Obwohl die Brücke 8 in Kontakt mit der Einspritzleitung 7 stehen kann, wird vorzugsweise der Hohlraum 9 vorgesehen, um unerwünschte Verlagerungen der Brücke 8 infolge von Kraftwirkungen

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(■beispielsweise bei der Montage) zu vermeiden, die nicht auf mechanische Spannungsänderungen im Durchmesser der Einspritzleitung 7 zurückzuführen sind. Wie bereits ausgeführt, können weitere Auswerteelemente (nicht dargestellt) auf der Außenfläche der Brücke 8 angeordnet sein. Da in der Brücke Spannungs- und Druckwirkungen gleichzeitig auftreten, können vorteilhaft vier Widerstandselemente vorgesehen sein, die dann in einer Wheatstone'sehen Brückenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.

Der Wandler nach der Erfindung ist relativ einfach herzustellen und hat eine stabile und einfache Konstruktion. Er kann für diagnostische Leistungsbestimmungen im Herstellerwerk oder auch in Werkstätten installiert werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

\\y Wandler zur Überwachung dynamischer Änderungen des Durchmessers einer Kraftstoff-Einspritzleitung in einer Diesel-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen länglichen, einen Teil der Einspritzleitung (7) in einem länglichen Kanal (5, 6) einschließenden Wandlerkörper (1), der nahe seinen Enden Befestigungsmittel (4) für die Einspritzleitung (7) und zwischen seinen Enden in einer Ebene parallel zur Längsachse des Kanals (5, 6) eine dünne und ebene Querbrücke (8) aufweist, an deren Außenfläche mindestens ein mechanische Spannungen auswertendes Element (11) befestigt ist,
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Brücke (8) einen vorbestimmten Abstand von der Einspritzleitung (7) hat und mit dieser über ein praktisch nicht kompressibles Klebemittel (10) verbunden ist.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (5> 6) einen rechteckförmigen oder kreisrunden Querschnitt hat.
4. Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerteelement (11) ein Dehnungsmeßstreifen, ein piezo-resistives Element oder ein piezoelektrisches bimorphes Element ist.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querseiten der Brücke (8) durch zwei in dem Wandlerkörper (1) mit Abstand zueinander vorgesehene Schlitze (13) gebildet sind.

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ORIGINAL INSPECTED
6. Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vier Dehnungsmeßstreifen an der Außenseite der Brücke (8) vorgesehen sind, die in einer Brückenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.
7. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswerteelement (11) ein piezoelektrischer Kristall ist, der zwischen der Brücke (8) und einer über ihr vorgesehenen Gegenoder Versteifungsplatte angeordnet ist.

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