DE3835515A1 - Vorrichtung zur ermittlung des einspritzbeginns zumindest einer kraftstoff-einspritzduese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Primär ist dabei an den Einsatzfall im Rahmen einer Diesel-Brennkraftmaschine gedacht, jedoch läßt sich die Erfindung prinzipiell auch bei Otto-Maschinen einsetzen.

Die Ausnutzung des im Leckraum (bei Dieselmaschinen: im Leckölraum) durch die Bewegung der Düsennadel hervorgerufenen Druckimpulses zur Ermittlung des Einspritzbeginnns der Düse (wie sie aus der DE-OS 24 01 535, F02M 65/00, und einem Aufsatz in MTZ 37 (1976), Seiten 393 bis 396, beispielsweise bekannt ist) hat den Vorteil, daß die Vorrichtung in einem Bereich des Kraftstoffsystems der Brennkraftmaschine angeordnet ist, in dem ein gegenüber dem Druck in den Einspritzleitungen relativ niedriger Druck herrscht. Ausge­ führte, nach diesem Prinzip arbeitende Vorrichtungen sind Werkstatt­ oder Kundendienstgeräte, die lediglich eine Prüfung einzelner Düsen nach Eingriff in das Kraftstoffsystem der Brennkraftmaschine unter Verwendung einer Spülflüssigkeit zulassen.

Die Genauigkeit der Messung wird wesentlich bestimmt durch die Laufzeit des Druckimpulses, also letztlich einer Wellenfront, vom Leckraum zum Ort des Sensors. Damit diese Laufzeit als Konstante bei der Auswertung der Messung berücksichtigt werden kann, muß dafür gesorgt werden, daß die Wellenlaufzeit beeinflussende Faktoren des Kraftstoffs zumindest in diesem Leitungsbereich konstant sind. Dies setzt eine gründliche Spülung dieses Leitungsbereichs, d.h. einschließlich des Leckölraums, voraus, damit Gas- und Dampfblasen mit Sicherheit entfernt werden. Gegebenenfalls muß auch eine Korrek­ tur entsprechend der jeweiligen Kraftstofftemperatur erfolgen.

Bedarf an einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art besteht aber nicht nur im Rahmen eines derartigen Kundendienstgeräts, sondern auch in der Produktion beispielsweise zur Justierung und letztlich auch im Betrieb der Brennkraftmaschine, also beispielsweise während des Fahrbetriebs eines mit dieser ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, um eine Meßgröße für eine elektronische Kennfeldsteuerung der Einspritzanlage zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die zumindest weitgehend in die Brennkraftmaschine selbst integriert ist, so daß also auch beim Werkstattaufenthalt der Brennkraftmaschine praktisch keine zusätzlichen Montagevorgänge erforderlich sind, und die mit einfachen Mitteln eine Spülung der Strömungswege zum Zwecke der Erzielung einer konstanten Laufzeit der erfaßten Druck­ impulse gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß zum Spülen der die Laufzeit der Druckimpulse bestimmenden Strömungswege die ohnehin vorhandene Rückströmung von der Kraftstoffpumpe zum Tank ausgenutzt wird.

Die Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung, die es gestatten, mittels eines einzigen Sensors den Einspritzbeginn in allen oder mehreren Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine zu erfassen.

In diesem Zusammenhang sei eingefügt, daß zur Identifizierung der Einspritzdüsen, auf die die einzelnen erfaßten Druckimpulse zurückgehen, eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen sein kann, die Impulse beispielsweise von magnetischen Unsymmetrien an der Schwungscheibe und der Nockenwelle der Brennkraftmaschine erhält und unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehzahl gleichsam den einzelnen Einspritzdüsen zugeordnete Zeit- oder Winkelfenster bildet, so daß in diese Fenster fallende Druckimpulse bzw. Signale des Sensors den einzelnen Einspritzdüsen zugeordnet werden können. Im einzelnen können hier Anordnungen und Schaltungen Einsatz finden, wie sie beispielsweise aus der EP 01 53 142, F02M 65/00, oder aber beispielsweise zur Zylinderidentifizierung bei Brennkraftmaschi­ nen bekannt sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung für den Fall des Einsatzes bei Dieselmaschinen anhand der Zeichnung erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Reihenschaltung der Leckölräume bei einer mit vier Einspritz­ düsen ausgerüsteten Dieselmaschine,

Fig. 2 eine entsprechende Anordnung, in der die Leckölräume und Leckölleitungen parallel im Strömungswege des von der Pumpe rückgeführten Dieselöls liegen,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen im Rahmen der Anordnung nach Fig. 2 einsetzbaren Drucksensor und

die Fig. 4 u. 5 im Längsschnitt bzw. in Draufsicht eine andere Ausführungsform für einen bei Parallelschaltung der Leckölräume und Leckölleitungen einsetzbaren Drucksensor.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so wird der Kraftstoffpumpe 1 über die Förderleitung 2 aus dem Kraft­ stoffbehälter 3 des mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahr­ zeugs Kraftstoff, hier Dieselöl, zugeführt, den die Pumpe mit einem vorgegebenen Druck über nicht dargestellte Einlaßleitungen, die individuell Ausgangsstutzen 4, 5, 6 und 7 mit Einlaßstutzen 8, 9, 10 und 11 der Einspritzdüsen 12, 13, 14 und 15 verbinden, diesen zugeführt. Die Einspritzdüsen 12 bis 15 haben einen an sich bekannten Aufbau; in diesem Zusammenhang kann auf die eingangs genannnte DE-OS 24 01 535 verwiesen werden. In diesem Zusammenhang von Inter­ esse ist das Vorhandensein eines Leckölraums in jeder Einspritzdüse, dessen Volumen beim Abheben der Ventilnadel von ihrem Ventilsitz, also bei Beginn des jeweiligen Einspritzvorgangs, schlagartig verringert wird, so daß in der Leckölleitung 16, 17, 18 bzw. 19 der jeweiligen Einspritzdüse ein Druckimpuls durch aus dem jeweiligen Leckölraum verdrängtes Dieselöl auftritt. Dieser Druckimpuls wird als Maß für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns bei dem erfindungsge­ mäßen angewendeten Verfahren ausgenutzt.

Betrachtet man zunächst weiter den Aufbau der Vorrichtung nach Fig. 1, so erkennt man, daß alle Leckölräume und alle Leckölleitun­ gen 16 bis 19 eine Reihenschaltung bilden, die über den Luft­ und Gasblasenabscheider 20 an die Rücklaufleitung 21 der Pumpe 1 angeschlossen ist. Der Blasenabscheider 20, der einen bekannten Aufbau besitzen mag, ist über die Leitung 22 mit dem Kraftstoffbehäl­ ter 3 verbunden.

Ebenfalls in Reihe mit der eben beschriebenen Reihenschaltung liegt der Drucksensor 23, in den das Druckhalteventil 24 integriert ist (wenn man es nicht bei 29 anordnet), das im wesentlichen aus einem Rückschlagventil mit der Ventilkugel 25, der ihr zugeordneten Schließfeder 26 und dem Ventilsitz 27 für die Kugel 25 besteht. Dieses Druckhalteventil sorgt also für ein erhöhtes Druckniveau im Bereich des Sensors 23, das Voraussetzung für eine genaue Messung ist.

Der Drucksensor 23 kann im übrigen einen bereits aus dem genannten Stand der Technik bekannten Aufbau besitzen. Beispielsweise kann er eine Membran oder eine anders ausgeführte nachgiebige Wand enthalten, die sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Lecköldruck und damit auch bei den mehrfach beschriebenen Druckimpulsen mit einem von ihr getragenen ferromagnetischen Teil einer Magnetspule mehr oder weniger nähert, so daß eine dieser zugeordnete Spule an ihren Ausgangsklemmen eine den Druckimpuls wiedergebende Impuls­ spannung abgibt.

Die in der beschriebenen Reihenschaltung letzte Leckölleitung 19 mündet in Strömungsrichtung hinter dem Sensor 23 in die vom Blasen­ abscheider 20 ausgehende Rückleitung 22 und damit letztlich ebenfalls in den Kraftstoffbehälter 3 ein. Bei 28 erkennt man ebenfalls ein Druckhalte- oder Rückschlagventil, das zur Einstellung einer Druckbalance im System dient.

Infolge der Tatsache, daß alle Leckölräume und alle Leckölleitun­ gen 16 bis 19 durch die von der Pumpe 1 geförderte, die Rücklauflei­ tung 21 durchsetzende überschüssige Kraftstoffmenge bzw. einen wesentlichen Anteil derselben durchströmt werden, ist durch Einstel­ lung definierter Verhältnisse in dem in der "Meßstrecke" befindlichen Dieselöl dafür gesorgt, daß mit konstanten Impulslaufzeiten zwischen den Leckräumen der einzelnen Einspritzdüsen 12 bis 15 einerseits und dem Ort des Sensors 23 andererseits gerechnet werden kann. Derartige konstante Laufzeitwerte können bekanntlich leicht zur Erzeugung von Korrekturwerten für die durch das Auftreten von Spannungsimpulsen am Ausgang des Sensors 23 wiedergegebenen Zeit­ oder Kurbelwinkelwerte ausgenutzt werden. Gegebenenfalls kann auch die jeweilige Temperatur des Dieselöls in diesem Leitungs­ bereich durch Temperaturmessung zur Erzeugung eines Korrekturwerts herangezogen werden. Dies läßt sich besonders leicht dann bewerk­ stelligen, wenn das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerü­ stete Kraftfahrzeug ohnehin Speicher und Rechner zur optimalen Einstellung von Motorbetriebswerten, wie dem Einspritzzeitpunkt, enthält.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß man durch geeignete Wahl der Steifigkeit der verschiedenen Leitungen dafür sorgen wird, daß durch die Druckimpulse oder durch äußere Einflüsse keine zusätzlichen elektrischen Impulse im Sensor 23 erzeugt werden, die zu Fehldeutun­ gen Anlaß geben können.

Die anhand Fig. 1 beschriebene Vorrichtung arbeitet also so, daß durch den Ventilnadelhub in jeder beliebigen der Einspritzdüsen 12 bis 15 erzeugte Druckimpulse im Lecköl durch die mehrfach be­ schriebene Reihenschaltung zum Sensor 23 gelangen und dort in elektrische Impulse umgesetzt werden, deren Zeitpunkt bzw. Kurbel­ winkelwert unter Berücksichtigung der beschriebenen Laufzeiteffekte ein exaktes Maß für den Zeitpunkt des Einspritzbeginns der jeweiligen Einspritzdüse ist.

Auch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind vier Einspritz­ düsen 30 bis 33 vorgesehen, deren Einlaßstutzen 34 bis 37 in an sich bekannter und daher nicht nochmals zu beschreibender Weise mit der mit Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 38 belieferten Pumpe 39 in Verbindung stehen. Auch hier weist die Pumpe eine Rücklaufleitung 40 auf, in deren Zuge der Blasenabscheider 41 mit seiner zum Kraftstoffbehälter 38 führenden Leitung 42 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Leckölräume der Einspritzdüsen 30 bis 33 sowie die Leckölleitungen 43 bis 46 der Düsen nicht in ihrer Gesamtheit in Reihe, sondern bezüglich der Kraftstoffeinspeisung durch die Rücklaufleitung 40 parallel geschaltet. Hier erfolgt also eine Aufteilung der rücklaufenden Kraftstoffmenge auf in diesem Ausführungsbeispiel vier Teilmengen, wobei durch die den Düsen 30 bis 33 vorgeschalteten Kalibrierbohrun­ gen 47 bis 50 dafür gesorgt wird, daß diese Teilmengen bzw. Teil­ ströme zumindest annähernd gleich groß sind. Auch hier ist also eine Durchströmung der Leckölräume und Leckölleitungen mit Kraftstoff unter Ausnutzung der von der Pumpe 39 geförderten Rückölmenge sichergestellt.

Die Leckölleitungen 43 bis 46 führen zu dem gemeinsamen Drucksen­ sor 51, der vom Prinzip her einen bekannten Aufbau besitzen kann; zwei Ausführungsbeispiele für einen derartigen Sensor, der also Eingänge für mehr als eine Leckölleitung besitzt, werden noch anhand der Fig. 3, 4 und 5 erläutert.

Die Kalibrierbohrungen 47 bis 50 dienen auch zur Unterbindung von unerwünschten Druckreflexionen, die zu einer Störung des Meßer­ gebnisses führen können.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind zwei als Rückschlagventile aufgebaute Druckhalteventile 52 und 53 vorgesehen.

Die Parallelschaltung gemäß Fig. 2 bietet den Vorteil, daß man durch eine einfache Maßnahme, nämlich Einhaltung gleicher Längen für die verschiedenen Leckölleitungen 43 bis 46, gleiche Laufzeiten für alle Druckimpulse sicherstellen kann.

Es ist aber auch möglich, beispielsweise durch Ausnutzung der Leitungsstrecke l die Laufzeiteigenschaften, also letztlich die Schallgeschwindigkeit, des jeweils vorliegenden Kraftstoffs zu bestimmen und entsprechende Korrekturwerte zu bilden. Dazu wird vom Ort des Sensors 51 ein Impuls auf die Leitung 54 gegeben, der am Ort des Druckhalteventils 52 reflektiert wird; aus seiner Laufzeit kann bei vorgegebener Länge l die jeweilige Schallgeschwin­ digkeit ermittelt bzw. ein Korrekturwert für die Messung gewonnen werden.

Wie bereits bemerkt kann für die erfindungsgemäße Vorrichtung in Parallelschaltung, wie sie beispielsweise anhand Fig. 2 erläutert wurde, ein Sensor entsprechend dem Längsschnitt der Fig. 3 Einsatz finden. Das Gehäuse 60 des Sensors weist eine der Anzahl der Ein­ spritzdüsen entsprechende Anzahl von Eingangsstutzen auf, von denen in der Figur nur die beiden mit 61 und 62 bezeichneten erkenn­ bar sind. Sie stoßen radial auf einen Druckübertrager, der in diesem Ausführungsbeispiel gebildet ist durch das flexible Schlauch­ stück 63. Dieses übernimmt für jeden dieser Stutzen gleichzeitig die Funktion eines Rückschlagventils: In Richtung der Leckölströmung ist der Schlauch nachgiebig und hebt ab vom Gehäuse, während er sich beim Eintreffen eines Druckimpulses aus einem der Stutzen dichtend gegen die Mündungsöffnungen der anderen Stutzen legt.

In seinem Innern erzeugt dieser Druckübertrager beim Eintreffen von Druckimpulsen von irgendeiner der Einspritzdüsen also ebenfalls einen Druckimpuls, der in Fig. 3 in Richtung nach oben auf die nachgiebige Wand 64 gelangt; diese Wand trägt ein ferromagnetisches Bauteil bzw. einen ferromagnetischen Belag, der in dem induktiven Meßgeber 65 mit Permanentmagnet 66 und Spule 67 die magnetischen Verhältnisse kurzfristig so ändert, daß in der Spule 67 ein Span­ nungsimpuls induziert wird, der über Ausgangsleitungen 68 einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird.

Im übrigen setzen sich die durch die Anschlüsse 61 und 62 sowie weitere Anschlüsse gebildeten Kanäle in Fig. 3 in Richtung nach unten über das Druckhalteventil 69 mit Ventilkugel 70, Ventilsitz 71 und Schließfeder 72 zum Stutzen 73 fort, der mit dem in Fig. 2 mit 38 bezeichneten Kraftstofftank verbunden ist.

Während in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ein hohlzylindrischer Druckübertrager 63 Einsatz findet, löst die Sensorkonstruktion nach den Fig. 4 und 5 die Aufgabe der Zusammenfassung der von den verschiedenen Leckölleitungen gelieferten Druckimpulse an einer Stelle dadurch, daß diese Leckölleitungen, von denen in Fig. 4 nur die beiden mit 80 und 81 bezeichneten erkennbar sind, im wesentlichen parallel zueinander verlaufend stirnseitig auf die Membran 82 auftreffen. Wie aus Fig. 5 unmittelbar folgt, sind die vier Leckölleitungen 80, 81, 83 und 84 rotationssymmetrisch angeordnet; in der Mitte dieser Anordnung befindet sich der Auslaß­ kanal 85, der mit der in Fig. 2 mit 54 bezeichneten Leitung zum Kraftstoffbehälter 38 verbunden ist.

Die Membran 82 trägt die ferromagnetische Auflage 86, die bereits einen Bestandteil des elektromagnetischen Meßwerks 87 bildet. Dieses enthält wiederum einen ringförmigen Permanentmagneten 88 und eine Spule 89, in der bei Änderungen des Abstandes zwischen der Auflage 86 einerseits und der Spule 89 andererseits Spannungsim­ pulse induziert werden, die mittels der Ausgangsleitungen 90 einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden.

Die Meßwerke 65 (Fig. 3) und 87 (Fig. 4) sind sehr ähnlich Mikrofonen aufgebaut. Während in Fig. 3 das dort mit 69 bezeichnete Druckhalte­ ventil durch besondere Bauteile gebildet ist, übernimmt in der Ausführungsform nach Fig. 4 die Membran 82 zugleich die Funktion eines Druckhalteventils.

Verständlicherweise könnte auch in den Sensorbeispielen nach den Fig. 3, 4 und 5 das eigentliche Meßwerk nach einem anderen Prinzip arbeiten, beispielsweise kapazitiv oder resistiv.

Mit der Erfindung ist also eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geschaffen, die mit einfachen Mitteln in die zugeordnete Brennkraftmaschine integrierbar ist, so daß sie je nach Bedarfsfall Kontrollzwecken in Produktion und Wartung oder aber während des Betriebs der Brennkraftmaschine der Steuerung bzw. Regelung derselben dienen kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Einspritzbeginns zumindest einer Einspritzdüse einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffein­ spritzung, insbesondere einer Dieselmaschine, mit zumindest einem im Zuge der Leckströmung der Düse angeordneten Sensor zur Erfassung der in dieser Strömung bei Einspritzbeginn auftre­ tenden Druckänderung, wobei die Düse von einer Kraftstoffpumpe gespeist ist, die eine Rücklaufleitung zu einem Kraftstoffbehäl­ ter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauflei­ tung (21) derart mit der Düse (12, 13, 14, 15) verbunden ist, daß zumindest ein Teil der die Rücklaufleitung (21) durchsetzen­ den Rückströmung auch einen Leckraum in der Düse (12, 13, 14, 15) durchsetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen Rücklaufleitung (21) und Düse (12, 13, 14, 15) ein Blasenabscheider (20) eingeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckräume zumindest mehrerer Düsen (12, 13, 14, 15) der Brennkraftmaschine über ihre Leckleitungen (16, 17, 18, 19) in Reihe geschaltet sind, wobei die Leckleitung (19) der in Strö­ mungsrichtung letzten Düse (15) in den Kraftstoffbehälter (3) führt und der Leckraum der in Strömungsrichtung ersten Düse (12) mit der Rücklaufleitung (21) der Kraftstoffpumpe (1) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckräume zumindest mehrerer Düsen (30, 31, 32, 33) der Brennkraftmaschine nebst ihren Leckleitungen (43, 44, 45, 46) parallel an die Rücklaufleitung (40) der Kraftstoffpumpe (39) angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den zumindest mehreren Düsen (12, 13, 14, 15) ein gemeinsamer, im Zuge der Reihenschaltung angeordneter Sensor (23) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den zumindest mehreren Düsen (30, 31, 32, 33) ein gemeinsamer Sensor (51) zugeordnet ist, der von den Leckleitungen (43, 44, 45, 46) dieser Düsen (30, 31, 32, 33) gespeist ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckleitungen (43, 44, 45, 46) zumindest annähernd gleich lang sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Leckräumen kalibrierte Strömungsquerschnitte (47, 48, 49, 50) zur Erzielung gleicher Teilrückströmungen durch die einzelnen Leckräume vorgeschaltet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter dem gemeinsamen Sensor (5) ein Druckhalteventil (52) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch in einer Verbindungsleitung (42) zwischen einem der Kraftstoffpumpe (39) nachgeschalteten Blasenabschei­ der (41) und dem Kraftstoffbehälter (3) ein Druckhalteventil (53) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 oder nach Anspruch 6 und Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor radial auf einen Druckübertrager nach Art eines elastischen Schlauchs (63) führende individuelle Anschlüsse (61, 62) für die Leckleitungen aufweist, dessen Innenraum mit einer elektri­ schen Druckmeßeinrichtung (65) in Verbindung steht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 oder nach Anspruch 6 und Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor im wesentlichen parallel auf eine nachgiebige Wand (80) führende individuelle Anschlüsse (80, 81, 83, 84) für die Leckleitungen aufweist und die Wand (80) mit einer ihre Bewegungen erfassenden elektrischen Meßeinrichtung (87) in Verbindung steht.