DE3119944C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Volumina eines Fluids, die bei Drehung eines teils eines Aggregates von einer Einspritzanlage abgegeben werden, bei dem ein in einem Zylinder bewegbarer Kolben mit diesem eine einzige Meßkammer bildet, durch Steuerorgane das Fluid in die Meßkammer oder aus dieser heraus geleitet wird, durch einen Impulsgeber Impulse in Abhängigkeit von der Drehung des Teils abgegeben werden, durch eine Einheit, welcher die Impulse zugeleitet werden, die Steuerorgane gesteuert werden und durch Meß- und Anzeigeorgane die Verschiebung des Kolbens erfaßt und zur Anzeige gebracht wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 40 70 907) wird das gemessene Fluidvolumen auf den Beginn des Einströmens des Fluids in die Meßkammer bezogen. Ebenso ist das Meßvolumen durch das Ende des Einströmens des Fluids in die Meßkammer bestimmt. Das hat zur Folge, daß die Anlaufverhältnisse und die Auslaufverhältnisse der Vorrichtung sich auswirken und zu Meßfehlern führen können. Man muß nämlich berücksichtigen, daß das Ventil eine gewisse Zeit zum Öffnen benötigt, daß der Öffnungsvorgang gewissen Verzögerungen unterworfen sein kann und daß der Gesamtsystem, bestehend aus der Vorrichtung und der Einspritzanlage, eine gewisse, wenn auch geringfügige Eigenelastizität bzw. Dehnfähigkeit besitzt. All das hat zur Folge, daß unmittelbar nach Beginn des Öffnens des Ventils noch nicht exakt das von der Einspritzanlage abgegebene Fluidvolumen erfaßt wird. Entsprechend liegen die Verhältnisse am Ende der Messung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren derart durchzuführen, daß Meßfehler, die auf die Anlauf- bzw. Auslaufverhältnisse zurückzuführen sind, vermieden werden.

Dieses Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ab Beginn der Messung, bei der sich der Kolben in seinem Totpunkt bei minimalen Meßkammervolumen befindet und bei der Fluid in die Meßkammer (32) zu strömen beginnt, eine erste Impulsfolge verstreicht, bis die Vorrichtung den Anlaufzustand verlassen hat, daß in diesem Moment eine erste Kolbenstellung registriert wird, daß dann eine zweite Impulsfolge verstreicht, an deren Ende eine zweite Kolbenstellung registriert wird, daß dann eine dritte Impulsfolge verstreicht, an deren Ende die Leerung der Meßkammer (32) bewirkt wird, und daß aus der ersten und zweiten Kolbenstellung der gesuchte Wert gebildet wird. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß nur während einer gleichförmigen Bewegung des Kolbens gemessen wird, so daß die Verhältnisse während des Anlaufs bzw. Auslaufs nicht in die Messung eingehen und infolgedessen auf diese Verhältnisse zurückgehende Fehler vermieden werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 1a in Perspektive einen Drehzähler,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Mengenmesser gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Schaltkreises für einen Mengenmesser gemäß den Fig. 1 und 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Einspritzblock 10 ist Teil eines Brennstoff-Einspritzsystems mit acht Leitungen. Er besitzt acht Eingänge 12, die mit Leitungen 14 verbunden sind. Diese führen zu acht Ventilen 16 eines Volumenmeßgerätes. Die Ventile 16 sind solenoidbetätigt, federbeaufschlagt, haben drei Mündungen und zwei Wege. Jedes Ventil 16 kann die Flüssigkeit zu einer Rückleitung 18 leiten, durch die die Flüssigkeit zu einem Reservoir zurückströmt. Ferner kann das Ventil die Flüssigkeit zu einer Eingangsleitung 20 leiten, die sie weiter zu einer Meßeinheit 22 des Volumenmeßgerätes leitet. Die Ventile 16 sind federbeaufschlagt derart, daß sie normalerweise die Eingangsleitungen 12 mit der Rückleitung 18 verbinden. Während des Betriebes verbinden die Ventile 16 teilweise die Eingangsleitungen 12 mit der Eingangsleitung 20.

Die Eingangsleitung 20 ist über eine Leitung 23 mit der Meßeinheit 22 verbunden. In dieser liegt ein Gegenstrom- Wärmeaustauscher 24, der die Flüssigkeit temperiert, und ein Filter 26. Der Austauscher 24 besteht aus einem Kupferrohr, das sich innerhalb einer Nylonröhre koaxial erstreckt, wobei diese Doppelleitung schraubenförmig gewickelt ist. Die zu messende Flüssigkeit fließt durch das Kupferrohr. Die Leitung 23 führt zu einem ersten Ventil 28, das federbeaufschlagt ist. Von diesem Ventil führt eine Leitung zu einem Eingang eines Ventils 30, welches Solenoid-betätigt wird und zwei Mündungen besitzt. Die Eingangsleitung dieses Ventils 30 ist ferner mit einer oberen Kammer 32 eines Zylinderblockes 34 verbunden. Eine Leitung 36 verbindet den Ausgang des Ventils 30 mit einer unteren Kammer 38 des Zylinderblockes 34. Die untere Kammer 38 ist ferner mit einer Rückleitung 40 verbunden, durch die die Flüssigkeit zu dem Reservoir zurückströmt. In dieser Leitung liegt ein zweites federbelastetes Kugelventil 42.

Ein Hohlkolben 44, der auf seiner Unterseite offen ist, kann sich in vertikaler Richtung innerhalb des Blockes 34 hin- und herbewegen. Er ist auf seiner Unterseite mit einer Stange 46 verbunden, die in einer Bohrung 48 auf der Unterseite des Zylinderblockes 34 läuft und von dieser geführt wird. Eine schraubenförmige Druckfeder 52 erstreckt sich in den Kolben 44 hinein und drückt gegen die Stirnwand des Kolbens 44. Diese Feder sitzt im übrigen in der unteren Kammer 38. Der Kolben wird also durch diese Feder nach oben gedrückt. Ein geschichteter Dichtungsring 54 befindet sich zwischen dem oberen und unteren Teil des Zylinderblocks 34 und preßt sich gegen den Kolben 44. Er dichtet die Kammern 32 und 38 gegeneinander ab.

Die Bewegung des Kolbens 44 wird durch einen kapazitiven Weggeber 55 aufgenommen. Dieser wandelt die Stellung des Kolbens in ein elektrisches Signal um. Der Weggeber besitzt eine Stange 56, die axial gleitbar in einem Hauptkörper 57 des Weggebers gelagert ist. Die Stange wird nach außen gedrückt von einer schraubenförmigen Kompressionsfeder 58, so daß sie die Tendenz hat, aus dem Hauptkörper 57 herauszuragen. Das freie Ende 59 der Stange 56 wird gegen einen Hebel 60 gedrückt, und zwar durch die Feder, die auf die Stange 56 wirkt. Der Hebel 60 ist am unteren Ende der Kolbenstange 46 befestigt. Auf diese Weise kann die Stellung des Kolbens 44 auf die Stellung der Stange 56 übertragen werden, die ihrerseits einen Kapazitätswert in dem Weggeber festlegt. Dieser Wert ist bestimmt durch den Grad der Überlegungen zwischen der Stange 56 und der nicht dargestellten Metallröhre innerhalb des Weggebers 55. Eine dielektrische Hülse (nicht dargestellt) erstreckt sich zwischen der metallischen Hülse und der Stange 56. Die variable Kapazität und eine nicht dargestellt Referenzkapazität innerhalb des Hauptkörpers 57 sind innerhalb eines Kreises miteinander verbunden, der ein Gleichstromsignal über drei Leitungen 61 abgibt, die mit dem Weggeber 55 verbunden sind. Die Leitungen 61 sind mit einem Signalanpasser verbunden. Dieser gibt ein kontinuierliches Gleichstromsignal ab, das proportional zu der Verrückung der Stange 56 ist.

Es ist ein dielektrischer Steuerkreis vorgesehen, der die Signale, welche von dem Weggeber und einem Mikroschalter 63, der bei Rückkehr des Kolbens arbeitet, kommen, verarbeitet. Dieser Kreis steuert das Ventil 30. Schließlich gelangen auch Signale in diesen Kreis, die von einer Nabe kommen. Letztere ist mit einer Welle verbunden, die eine Brennstoff-Einspritzpumpe (nicht dargestellt) antreibt, die ihrerseits die Injektoren beaufschlagt. Die Nabe ist verbunden mit einem Abstandsstück 64 (s. Fig. 1a). Das Abstandsstück 64 trägt außen eine Hülse 65. Ein Fühlglied 66 und ein Stahlstück 67 in der Hülse 65 sind so angeordnet, daß das Fühlglied 66 einen Impuls zwischen zwei aufeiananderfolgenden Einspritzungen abgibt.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Eines der solenoidbetätigten Ventile 16 wird mit Strom beaufschlagt, so daß die eingespritzte Flüssigkeit von der Leitung, die mit dem Ventil verbunden ist, zu der Meßeinheit über die Leitungen 23 und damit über den Wärmeaustauscher 24 und den Filter 26 strömt. Das Ventil soll das einzige sein, welches strombeaufschlagt ist, und zwar im Zuge einer Reihenbetätigung, bei der die verschiedenen Leitungen nacheinander ausgewählt werden. Ebenso könnte das Ventil aber auch zusammen mit allen anderen Ventilen strombeaufschlagt werden, und zwar im Zusammenhang mit einer Volloperation, bei der die Summe aller acht Leitungen gemessen wird.

Die eingespritzte Flüssigkeit, die den Block 10 verläßt, gelangt zunächst zu dem Wärmeaustauscher 24, wo die Flüssigkeit auf etwa 40°C gehalten wird. Das Kühlmittel für den Austauscher 24 ist Testöl aus dem Testbrennstoffsystem (nicht dargestellt). Dieses Kühlmittel ist temperaturgesteuert und hat eine Temperatur von 40 ± 2°C. Die Flüssigkeit die den Kühler 24 verläßt, gelangt dann zu dem Filter 26 und weiter zum ersten druckbeaufschlagten Ventil 28. Dieses erzeugt einen gewissen Druck und bringt Gase, welche durch die Injektion freigeworden sind, wieder in Lösung.

Wird das Ventil 30 strombeaufschlagt, öffnet es sich, so daß die eingespritzte Flüssigkeit, die sich in der Leitung 23 befindet, in die Leitung 36 geleitet wird und damit in die untere Kammer 38, so daß sie die Einheit 22 erwärmt. Dann strömt die Flüssigkeit über das zweite druckbeaufschlagte Ventil 42 und die Rückleitung 40 zurück in das Reservoir. Bei Beginn des Meßzyklus ist das Solenoid des Ventils 30 nicht strombeaufschlagt. Das hat zur Folge, daß das Ventil 30 geschlossen ist. Die eingespritzte Flüssigkeit muß in die obere Kammer 32 des Zylinderblockes 34 strömen. Infolgedessen wird der Kolben 44 nach unten gedrückt gegen die Wirkung der Feder 52. Das Ausgangssignal des Weggebers 55 verändert sich in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 44. Der Steuerkreis zählt Impulse, die von dem Fühlglied 66 kommen, um auf diese Weise eine Zählung von zehn Wellendrehungen und damit zehn Injektionen zu erhalten. Beim zehnten Impuls wird eine Messung mittels des Weggebers 55 vorgenommen. Diese Messung erfolgt zwischen zwei Injektionen. Die Flüssigkeit hat bereits begonnen, in die Kammer 32 zu fließen, so daß die Messung bei fliegendem Start beginnt. Der Kreis setzt die Zählung der Impulse fort, bis eine vorher festgelegte Zahl von Wellenumdrehungen bis zur ersten Messung stattgefunden hat. Eine zweite Weggeber-Messung wird dann vorgenommen, und zwar in dem Augenblick, in dem die vorher festgelegte Zahl an Drehungen vollendet ist. Diese Messung erfolgt zwischen Injektionen, aber bevor das Ventil 30 energiebeaufschlagt ist, so daß die Messung bei fliegendem Ende beendet ist. Nach der zweiten Messung wird das Solenoid 30 energiebeaufschlagt, was zur Folge hat, daß der Kolben 44 in seine Ausgangsposition unter der Wirkung der Feder 52 zurückkehrt. Die Flüssigkeit in der oberen Kammer 32 kann in die Leitung 36 unter der Wirkung der Feder 52 strömen. Die Flüssigkeit strömt über die untere Kammer 38 zurück in das Reservoir. Der Kolben 44 kehrt also in seine Ausgangsposition zurück und schaltet dann den Mikroschalter 63, was einen weiteren Meßzyklus einleitet.

Die erste Weggeber-Messung wird von der zweiten abgezogen, was einen Wert für die Kolbenverschiebung in Abhängigkeit von der vorher bestimmten Zahl der Injektorwellendrehungen ergibt. Dieser Wert wird in entsprechenden Einheiten auf einer Anzeigefläche angezeigt.

Weil die Weggeber-Messungen vorgenommen werden, nachdem das Solenoid stromlos gemacht worden ist, so daß die eingespritzte Flüssigkeit bereits begonnen hat, den Kolben 44 nach unten zu drücken, um auf diese Weise eine Messung mit fliegendem Start und fliegendem Ende zu erhalten, werden Randerscheinungen eliminiert. Auf diese Weise wird eine außerordentlich genaue Messung des Flüssigkeitsstromes und/oder eine Reduzierung der Zahl der Injektionseinspritzungen, die zum Erhalt einer genauen Messung erforderlich ist, erzielt.

Fig. 2 zeigt eine genaue Konstruktion der Meßeinheit 22 der Fig. 1. Der Zylinderblock 34 besitzt einen oberen und einen unteren Teil 100 und 102 und ferner einen Halter 104. Verschiedene Bohrungen laufen durch diese Teile, um die verschiedenen Komponenten der Meßeinheit miteinander zu verbinden. Das solenoid- betätigte Ventil 30 sitzt auf der Oberseite des oberen Teils 100. Es hat eine Solenoid-Windung (nicht dargestellt) mit Anschlüssen. Es besitzt ferner eine Grundplatte 114, an der ein Flansch 116 mit Innengewinde angeformt ist. In diesem Flansch 116 ist ein Gehäuse 118 mit Außengewinde eingeschraubt. Ein Ventilkörper 120 sitzt gleitend in dem Gehäuse 118. Der Ventilkörper 120 hat eine Unterseite, die mit einem zylindrischen Sitz 122 zusammenwirkt, der sich auf der Grundplatte 114 befindet. Der Ventilkörper wird durch eine Feder 123 nach unten gedrückt. Der Sitz 122 ist das eine Ende einer ersten Bohrung 124 in der Basisplatte 114. Letztere weist eine zweite Bohrung 126 auf. Beide Bohrungen münden in einer Ausnehmung 128, die sich zwischen dem Gehäuse 118 und der Grundplatte 114 befindet. Die Bohrung 124 ist normalerweise durch den Ventilkörper 120 geschlossen. Wenn das Solenoid (in Fig. 2 nicht dargestellt) energiebeaufschlagt wird, hebt sich der Ventilkörper 120 gegen die Wirkung der Feder 123 an. Die untere Fläche des Ventilkörpers 120 gibt den Sitz 122 frei, so daß die Bohrungen 124 und 126 über die Ausnehmung 128 miteinander in Verbindung stehen. Das Ventil 30 sitzt auf dem Block 34 derart, daß die Bohrungen 124 und 126 der Basisplatte 114 mit entsprechenden Bohrungen 130 und 132 im oberen Teil 100 des Ventilblockes 34 ausgerichtet sind. O-Ringe 134 dichten die Verbindungen zwischen den Bohrungen ab.

Wenn das Ventil 30 energiebeaufschlagt ist, wird der Ventilkörper 120 angehoben derart, daß das Ventil sich öffnet und Flüssigkeit, welche in die obere Kammer 32 durch eine Eingangsleitung (nicht dargestellt) durch den Block 100 einströmt, über die Bohrungen 130, 124, 126 und 132 ausströmt. Die Eingangsbohrung erstreckt sich von dem Druckventil 28 (in Fig. 2 nicht dargestellt), welches Flüssigkeit von einer Eingangsleitung (nicht dargestellt) in dem Halter 104 erhält. Das Druckventil ist so konstruiert, daß es einen Hinterdruck von 100 psi erfordert, um geöffnet zu werden.

Die Flüssigkeit, welche die obere Kammer 32 durch die Bohrungen 130, 124, 126 und 132 verläßt, strömt durch die Leitung 36 in die untere Kammer 38. Die Flüssigkeit verläßt diese über eine Ausgangsleitung (nicht dargestellt) und strömt über das justierbare Druckventil 42 (in Fig. 2 nicht dargestellt) und dann zu einem nicht dargestellten Ausgang in dem Halter 104. Dieser Ausgang ist mit der Rückleitung 40 (s. Fig. 1) verbunden.

Der Steuer- und Anzeigekreis des Flußmeters ist in Fig. 3 dargestellt. Der Weggeber 55 ist mit einem Verstärker 202 verbunden, der ein analoges Ausgangssignal produziert, dessen Amplitude die Kolbenstellung veranschaulicht. Das Signal, das von dem Verstärker 202 kommt, wird einem Analog-Digital-Konverter 204 angeboten.

Wenn ein Signal von dem Mikroschalter 63 erzeugt wird (dies geschieht dann, wenn der Kolben in seine Nullstellung gelangt), wird das Zylindersolenoidventil 30 betätigt, und zwar durch eine Logikschaltung 205, so daß Flüssigkeit in die obere Kammer 32 (s. Fig. 1) geleitet wird. Zur selben Zeit wird ein Zähler 206 betätigt, welcher eine vorher bestimmte Zahl von Signalen zählt, die von dem Fühlglied 66 kommen. Am Ende dieses Zählvorganges wird der Analog-Digital-Wandler 204 durch die Logik 205 und den Zähler 206 geschaltet, derart, daß dieser acht Messungen innerhalb einer Zeit von ungefähr 1 Millisekunde vornimmt. Die Messung wird also bei fliegendem Start begonnen. Diese acht Messungen werden elektronische gemittelt, und der Wert wird gezählt in einem Auf-Ab-Substraktionszähler 208. Die Zählung läuft nach unten gemäß einem Steuersignal der Logik 205.

Am Ende der Zählung wird ein Zähler 210 angesteuert, der eine vorbestimmte Zahl von Signalen, die vom dem Fühlglied 66 kommen, zählt. Am Ende dieser Zählung wird abermals der Analog-Digital- Wandler 204 geschaltet, derart, daß acht Ablesungen vorgenommen werden, welche elektronisch gemittelt werden. Die Messung wird somit mit fliegendem Ende beendet. Dieses Mal wird der resultierende Wert in dem Zähler 208 nach oben gezählt. Das Ergebnis aus der Abwärts- und Aufwärtszählung stellt die Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert dar. Dieses Ergebnis repräsentiert die Kolbenverrückung für die Zahl der Injektionen, die durch die Hauptzählung bestimmt ist.

Am Ende der Hauptzählung erfolgt eine weitere kleine Zählung der Signale des Fühlgliedes 66, wobei am Ende derselben der Wert in dem Zähler 208 zu der Anzeigefläche 90 übertragen wird und das Ventil 30 verändert wird, so daß der Brennstoff die obere Kammer des Zylinderblockes umläuft, derart, daß dieser sich unter der Wirkung der Feder 52 entleert. Wenn der Kolben 44 seine Nullstellung erreicht hat, wird der Mikroschalter 63 betätigt und der Zyklus wiederholt sich.

Die Werte des Analog-Digital-Konverters 204 werden zu dem Zähler 208 übertragen, wobei außerdem intern erzeugte Uhrimpulse übertragen werden. Das Verhältnis der Uhrimpulse zu der Zahl, die in dem Analog-Digital-Konverter 208 gespeichert ist, ist variabel. Auf diese Weise kann man das Maßstabverhältnis einstellen.

Die Einrichtung weist schließlich noch einen Hauptschalter 212 auf.

Claims (1)

1. Verfahren zur Messung von Volumina eines Fluids, die bei Drehung eines teils eines Aggregates von einer Einspritzanlage abgegebenn werden, bei dem ein in einem Zylinder bewegbarer Kolben mit diesem eine einzige Meßkammer bildet, durch Steuerorgane das Fluid in die Meßkammer oder aus dieser heraus geleitet wird, durch einen Impulsgeber Impulse in Abhängigkeit von der Drehung des Teils abgegeben werden, durch eine Einheit, welcher die Impulse zugeleitet werden, die Steuerorgane gesteuert werden und durch Meß- und Anzeigeorgane die Verschiebung des Kolbens erfaßt und zur Anzeige gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ab Beginn der Messung, bei der sich der Kolben in seinem Totpunkt bei minimalem Meßkammervolumen befindet und bei der das Fluid in die Meßkammer (32) zu strömen beginnt, eine erste Impulsfolge verstreicht, bis die Vorrichtung den Anlaufzustand verlassen hat, daß in diesem Moment eine erste Kolbenstellung registriert wird, daß dann eine zweite Impulsfolge verstreicht, an deren Ende eine zweite Kolbenstellung registriert wird, daß dann eine dritte Impulsfolge verstreicht, an deren Ende die Leerung der Meßkammer (32) bewirkt wird, und daß aus der ersten und zweiten Kolbenstellung der gesuchte Wert gebildet wird.