DE3916418C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­ mittlung des zeitlichen Verlaufes der aus einer Kraft­ stoffeinspritzdüse einer luftverdichtenden Einspritz­ brennkraftmaschine austretenden Kraftstoffmenge gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei einer derartigen aus der "Motortechnische Zeitschrift, MTZ 25/7 (1964), Seite 268-282" bereits bekannten Vor­ richtung ist vorgesehen, den Druck im Meßrohr über ein Druckbegrenzungsventil einzustellen. Um die nach erfolgter Einspritzung an diesem Druckbegrenzungsventil reflek­ tierten Druckwellen, welche das Meßergebnis verfälschen würden, bis zum Beginn der nächsten Einspritzung zu dämp­ fen, ist in dem Meßrohr, noch vor dem Druckbegrenzungs­ ventil, eine verstellbare Drosselstelle vorgesehen, an welcher die reflektierten Druckwellen beim Hin- und Herlaufen infolge einer verstärkten Wandreibung in diesem Bereich zusätzlich gedämpft werden. Diese Meßvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß für jeden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine besondere Einstellung der Dros­ selstelle erforderlich ist, will man den störenden Einfluß von reflektierten Druckwellen auf das Meßergebnis verhin­ dern.

Die JP-A 62-2 61 017 zeigt eine Vorrichtung zur Messung des Stromes eines eine Leitung durchströmenden Fluides. In dieser Leitung sind einzelne Drosselstellen vorgesehen, mit Hilfe derer auftretende Druckpulsationen gedämpft werden sollen. Da die Drosselstellen eine Querschnitts­ verringerung darstellen, kommt es jedoch auch hier zu Re­ flexionen von Druckwellen an der jeweiligen Drosselstelle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrie­ benen Art zu schaffen, mit welcher eine einfache und störungsfreie Ermittlung des zeitlichen Verlaufes der Kraftstoffeinspritzmenge in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Dadurch, daß im Übergang in das Dämpfungsrohrbündel keine Querschnittsverengung gegeben ist, kommt es an dieser Stelle zu keiner Reflexion der durch den Einspritzvorgang ausgelösten Druckwelle. Am Meßrohrende dagegen, tritt an der Druckbegrenzungseinrichtung noch eine Druckwellenre­ flexion auf. Diese nun hin- und herlaufende Druckwelle erfährt jedoch beim Passieren des aus vielen Einzelrohren geringen Querschnittes bestehenden Rohrbündels eine sehr starke Dämpfung und zwar deshalb weil infolge einer ver­ größerten Oberfläche in diesem Bereich eine erhöhte Wand­ reibung gegeben ist. Da die Druckwelle vor Erreichen der querschnittverschließenden bzw. der querschnittverengenden Druckbegrenzungseinrichtung bereits das Rohrbündel pas­ siert hat, kommt es am Rohrende ohnehin nur noch zu einer Reflexion einer schon gedämpften Druckwelle. Durch die stromab des Rohrbündels angeordnete Druckbegrenzungsein­ richtung ist gewährleistet, daß in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine der vorgegebene Standdruck im Meßrohr nicht überschritten werden kann. Bevor es nach einem Ein­ spritzvorgang zu einem Druckanstieg über den vorgegebenen Standdruck hinaus kommt, fließt eine entsprechend geringe Menge von der Meßrohrflüssigkeit an der Druckbegrenzungs­ einrichtung ab.

Da der Zusammenhang zwischen der Einspritzrate und dem Druckverlauf unter anderem abhängig ist von der Dichte des Meßrohrinhaltes und von der Schallgeschwindigkeit in dem Meßrohrinhalt, und diese beiden Größen wiederum temperaturabhängig sind, wird mit der Konstanthaltung der Meßrohr- und der Rohrbündeltemperatur eine zusätzliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erreicht. Ferner werden durch diese Maßnahme zusätzliche Reflexionen aus dem Meß­ rohr aufgrund gegebener Temperaturschichtungen (Dichteun­ terschiede) verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit gewähr­ leistet, daß der Meßrohrinhalt bis zum Beginn der folgenden Einspritzung vollkommen zur Ruhe gekommen ist, egal in welchem Betriebspunkt (Last und Drehzahl) der Einspritzverlauf ermittelt wird. Eine aufwendige Abstim­ mung bzw. Justierung der Druckeinstelleinrichtung und der Einrichtung zur Dämpfung reflektierter bzw. durch die Meßrohrflüssigkeit laufender Druckwellen auf den jewei­ ligen Betriebspunkt ist damit nicht mehr erforderlich.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist eine einfach aufgebaute Druckbegrenzungseinrichtung aufgezeigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Prinzipskizze dar­ gestellt.

Es zeigt 1 eine Kraftstoffeinspritzdüse einer Diesel­ brennkraftmaschine, über welche der Kraftstoff ausgehend von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruck­ einspritzpumpe in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird. Zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Kraftstoffeinspritzmenge einzelner Einspritzungen ist die Einspritzdüse 1 aus dem Zylinderkopf der Brennkraft­ maschine herausgenommen und an ein Meßrohr 2 angeschlos­ sen, welches mit Dieselkraftstoff gefüllt ist. In dem Verlauf dieses Meßrohres 2 ist ein aus 11 Dämpfungsrohren 3 bestehendes Rohrbündel 4 angeordnet. Der Innendurchmesser eines jeden Dämpfungsrohres beträgt 1,5 mm. Dabei ist der Querschnitt des Meßrohres 2 gleich der Summe der Querschnitte der einzelnen Dämpfungsrohre 3. Hinter dem Rohrbündel 4 ist das Meßrohr 2 an ein als Mem­ branventil ausgebildetes Druckbegrenzungsventil 5 ange­ schlossen. Das Membranventil 5 besteht aus einem Gehäuse 6, welches zwei durch eine Membran 7 voneinander getrennte Kammern 8 und 9 begrenzt. Die erste Kammer 8 ist mit dem Meßrohr 2 verbunden. Ferner ist von dieser ersten Kammer 8 eine Ablaufleitung 10 abgezweigt, deren Querschnitt durch die Membran 7 derart steuerbar ist, daß dann, wenn der Druck in der ersten Kammer 8 größer ist als in der zweiten Kammer 9, die Ablaufleitung 10 geöffnet ist und in dem Fall, daß der Druck in der zweiten Kammer 9 größer ist als der in der ersten Kammer 8 die Ablaufleitung 10 durch die Membran 7 verschlossen bleibt. Die zweite Kammer 9 ist dabei an eine frei einstellbare, in der Zeichnung jedoch nicht sichtbare Gasdruckquelle angeschlossen. Über das Druckbegrenzungsventil 5 läßt sich damit jeder beliebige Standdruck im Meßrohr 2 einstellen.

Im Bereich des Anschlusses an die Kraftstoffeinspritzdüse 1 sind auf der Außenwand des Meßrohres 2 über dessen Um­ fang verteilt mehrere in geeigneter Weise zueinander ge­ schaltete Dehnmeßstreifen 11 befestigt, über welche die durch eine vorbeilaufende Druckwelle verursachte Meßrohr­ dehnung nach einem Einspritzvorgang, bzw. ein dieser Größe entsprechendes elektrisches Signal erfaßt wird. Dieses Signal wird über die Meßwertleitung 12 einer elektro­ nischen Steuer- bzw. Auswerteeinheit 13 zugeführt.

Das gesamte Meßrohr 2 einschließlich dem Dämpfungsrohr­ bündel 4 ist zur Erhöhung der Meßgenauigkeit in ein in der Zeichnung der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestelltes Flüssigkeitsbad eingesetzt, dessen Temperatur konstant gehalten wird.

Erfolgt nun eine Einspritzung über die Einspritzdüse 1, so entsteht eine Druckwelle, welche durch die Meßrohrflüs­ sigkeit hindurchläuft. Der zeitliche Verlauf dieser Druckwelle ist dem zeitlichen Verlauf der Kraftstoffein­ spritzmenge direkt proportional. Da diese Druckwelle nun eine entsprechende zeitliche Rohrdehnung verursacht, ent­ spricht das über die Dehnmeßstreifen 11 und die Meßwert­ leitung 12 an die Steuereinheit 13 übergebene Signal genau dem zeitlichen Verlauf der Kraftstoffeinspritzmenge. Die­ ser Verlauf wird nach entsprechender Auswertung in der elektronischen Steuereinheit 13 (Berücksichtigung der Proportionalitätskonstanten) über eine geeignete Ausgabe­ einheit, z. B. ein Oszilloskop 19 ausgegeben. Dabei stellt die Fläche unterhalb der Kurve 20 die gesamte Einspritz­ menge eines Einspritzvorganges dar.

Intern in der elektronischen Steuereinheit 13 wird der Einspritzverlauf aufintegriert und kann als Gesamt- oder Teileinspritzmenge angezeigt werden. Zusätzlich werden Spritzmengenschwankungen von Spiel zu Spiel angezeigt. Ferner gibt die elektronische Steuereinheit 13 eine winkelkonstante Ablenkungsspannung aus, mit der eine Betrachtung eines Winkelintervalles unabhängig von der Drehzahl am Oszilloskop möglich ist.

Die Druckwelle wandert weiter durch die Meßrohrflüssigkeit hindurch und gelangt schließlich an das erfindungsgemäße Dämpfungsrohrbündel 4. Da beim Übergang in das Rohrbündel 4 keine Querschnittsverringerung gegeben ist (Querschnitt des Meßrohres 2 = Summe der Einzelquerschnitte der Dämp­ fungsrohre 3), kommt es auch zu keiner Reflexion der Druckwelle an dieser Stelle. Die relativ große Oberfläche in dem Rohrbündel 4 verursacht jedoch eine verstärkte Reibung, so daß die Druckwelle schon beim ersten Durchlauf durch das Rohrbündel 4 stark gedämpft wird. Die nun aus dem Rohrbündel 4 austretende, bereits gedämpfte Druckwelle wird nun an dem Druckbegrenzungsventil 5 reflektiert. Sollte der Druck im Meßrohr 2 durch die Druckwelle kurz­ fristig über den vorgegebenen Wert steigen, so hebt die Membran 7 von der Ablaufleitung 10 ab und es fließt so­ lange Flüssigkeit ab, bis die Ablaufleitung 10 durch die Membran 7 wieder verschlossen wird, also bis der Druck im Meßrohr 2 bzw. in der Kammer 8 wieder knapp unterhalb des in der Kammer 9 herrschenden Druckes liegt. Die vom Druckbegrenzungsventil 5 reflektierte Druckwelle wandert nun wieder durch das Rohrbündel 4 und erfährt dabei eine erneute Dämpfung. Die Druckwelle wird schließlich an der Einspritzdüse 1 wieder reflektiert und läuft erneut auf das Rohrbündel 4 zu. Infolge der verstärkten Reibung in dem Rohrbündel 4 ist auch die letzte Restwelligkeit im Leitungssystem schon nach kurzer Zeit gedämpft, so daß auf jeden Fall gewährleistet ist, daß der Meßrohrinhalt bis zum Beginn der folgenden Einspritzung vollkommen zur Ruhe gekommen ist. Eine Verfälschung des Meßergebnisses infolge einer etwaigen Überlagerung der eigentlichen Druckwelle durch eine im Leitungssystem noch vorhandenen Restwellig­ keit vorangegangener Einspritzungen ist damit ausge­ schlossen. Dies gilt sowohl für kurz aufeinander folgende Einspritzungen, wie dies bei hohen Brennkraftmaschinendrehzahlen der Fall ist als auch für große Einspritzmengen, wie dies bei hoher Brennkraftma­ schinenlast der Fall ist.

Die Kammer 9 des Druckbegrenzungsventils 5 muß nicht un­ bedingt an eine steuerbare Druckquelle angeschlossen sein, sie kann auch hermetisch abgeschlossen sein. Der Stand­ druck im Meßrohr kann damit jedoch nur auf einen be­ stimmten Wert eingestellt werden.

Anstelle mittels Dehnmeßstreifen kann der Druckverlauf im Meßrohr auch mit Hilfe eines Piezo-Druckgebers ermittelt werden, welcher über eine Meßbohrung mit der Meßrohrflüs­ sigkeit in Verbindung steht.

Zur Reduzierung der Baulänge ist es zweckmäßig, das aus Meßrohr und Rohrbündel bestehende Leitungssystem als Rohrspirale mit mehreren Rohrwindungen auszuführen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufes der aus einer Kraftstoffeinspritzdüse einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine austretenden Kraftstoffmenge mit einem an die Einspritzdüse angeschlossenen, flüssigkeitsbefüllten Meßrohr, in dessen Verlauf eine Einrichtung zur Begrenzung des Druckes in dem Meßrohr an einem vorgegebenen Wert und davor eine Einrichtung zur Dämpfung von durch die Flüssigkeit laufenden Druckwellen vorgesehen ist und mit einer Einrichtung zur Messung des zeitlichen Druckverlaufes und der Meßrohrflüssigkeit dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Dämpfung der Druckwellen ein aus mehreren Dämpfungsrohren (3) geringen Querschnittes bestehendes Rohrbündel (4) ist, wobei die Summe der Einzelquerschnitte der Dämpfungsrohre (3) wenigstens nahezu gleich dem Querschnitt des Meßrohres (2) ist und daß eine Einrichtung zur Konstanthaltung der Temperatur des Meßrohres (2) und des Rohrbündels (4) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungseinrichtung (5) ein gasdruck-beaufschlagtes Mem­ branventil ist, welches oberhalb eines vorgegebenen Stand­ druckes im Meßrohr (2) geöffnet, ansonsten geschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranventil (5) zwei durch eine Membran (7) ge­ trennte Kammern (8 und 9) aufweist, von denen die erste Kammer (8) mit dem Meßrohr (2) und mit einer Ablaufleitung (10) verbunden ist, wobei der Querschnitt der Ablauflei­ tung (10) über die Membran (7) steuerbar ist und daß die zweite Kammer (9) mit einem dem vorgegebenen Standdruck entsprechenden Druck beaufschlagt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (9) an eine steuerbare Druckquelle angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsrohrbündel (4) aus 11 Einzelrohren (3) mit einem Innendurchmesser von jeweils 1,5 mm besteht.