-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur sofortigen Analyse der Einspritzmenge pro Einspritzvorgang für ein Einspritzsystem,
das bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird. Die betroffenen
Einspritzsysteme sind sowohl diejenigen, die bei Fahrzeugen mit
einem Dieselmotor, mit einem Benzinmotor, mit einem mit Erdgas betriebenen
Motor anzutreffen sind, als auch jene bei einem beliebigen anderen
Motorentyp.
-
Die
Einspritzsysteme haben typischerweise eine oder mehrere Einspritzpumpen,
die die Aufgabe haben, Treibstoff unter Druck zu setzen, der gegenwärtig von
100 bis 2500 bar reichen kann, sowie einen oder mehrere unter Druck
stehende Treibstofftanks, eine oder sogar mehrere Einspritzvorrichtungen
pro Zylinder des zu versorgenden Motors und ein Steuersystem, das
immer öfter
elektronisch betrieben wird und die Aufgabe hat, die Massen oder
die Volumina des eingespritzten Treibstoffs je nach den in der Umgebung
des Motors vorliegenden Bedingungen, nach den Charakteristiken des
Treibstoffs und den Erfordernissen des Motorverhaltens zu steuern.
-
Die
aktuelle Entwicklung der Einspritzsysteme tendiert dazu, den Druck
des Treibstoffs und die Genauigkeit der Steuerung der eingespritzten
Mengen zu erhöhen.
Man versucht, jeden Parameter zu optimieren, der eine Verbesserung
der Leistung des Motors und eine Verringerung der Betriebsfolgen
für die
Umwelt, insbesondere in Form von Schadstoffgasen und Lärm, ermöglicht.
-
Es
sind Messvorrichtungen entwickelt worden, die es den Konstrukteuren
von Einspritzsystemen und Verbrennungsmotoren ermöglichen,
während
der Fabrikation und bei der Montage für den endgültigen Einsatz die Einspritzvorrichtungen
einzustellen sowie die Regelungseinstellungen und die Überprüfungen der
Konformität
genau vorzunehmen.
-
Die
bekannten Messvorrichtungen werden in Verbindung mit einem spezifischen
Prüfgerät eingesetzt,
das im wesentlichen dazu dient, die Rotation einer Einspritzpum pe
und die Befestigung der verschiedenen Teile des zu testenden Einspritzsystems zu
gewährleisten.
Diese Vorrichtungen sind nicht einsatzfähig im Normalbetrieb eines
Verbrennungsmotors mit Einspritzung. Bei der Durchführung der
Messungen wird oft eine Flüssigkeit
verwendet, die sich von dem Treibstoff unterscheidet, für dessen
Einspritzung das Einspritzsystem konzipiert ist. Diese Flüssigkeit
wird so gewählt,
dass sie hydraulische Eigenschaften aufweist, die denjenigen des
Treibstoffs nahe kommen, aber mit einem höheren Zündpunkt, um die Brand- und
Explosionsrisiken zu minimieren. Demnach wird der Ausdruck Treibstoff
im Folgenden auch benutzt, um die Flüssigkeit zu bezeichnen, die zur
Durchführung
von Messungen des Durchflusses verwendet wird.
-
Das
Messgerät
umfasst sowohl eine mechanische als auch eine elektronische Sektion.
Die mechanische Sektion umfasst eine Befestigungsvorrichtung, die
eine oder mehrere Einspritzvorrichtungen, eine Messzelle pro Einspritzvorrichtung
für die
Erstellung eines elektrischen Abbildes der eingespritzten Flüssigkeitsmenge
sowie eine Vorrichtung zum Ablassen der Flüssigkeit umfasst.
-
Die
elektronische Sektion hat im allgemeinen die Form eines Schranks,
der mit verschiedenen Interface-Elementen zum Operator, wie etwa
einem Bildschirm und einer Tastatur ausgestattet ist, sowie andere
außenliegende
Verarbeitungssysteme umfasst. Der elektronische Teil verarbeitet
ein elektrisches Signal, das von der mechanischen Sektion geliefert
wird, kontrolliert und steuert verschiedene organisatorische Elemente,
die am Messvorgang mitwirken.
-
Die
für die
Herstellung dieser Messgeräte verwendete
Grundtechnik beruht auf dem Messen der Verschiebung eines Kolbens,
der in einem Mantel gleitet, wobei das Ganze ein verformbares Messvolumen
abgrenzt, in das der eingespritzte Treibstoff geleitet wird. Jede
in dieses Volumen hinzugefügte Treibstoffmenge
verursacht eine Verschiebung des Kolbens, die leicht durch die Verwendung
einer der zahlreichen Arten von Messfühlern, die für diesen Zweck
zur Verfügung
stehen, in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Es handelt
sich um ein Volumenmaß.
Die Umwandlung in ein Massenmaß erfolgt
durch Berechnung, für
die der Wert der Treibstoffdichte benutzt wird. Um eine genaue Berechnung
zu gewährleisten,
wird die Temperatur des Treibstoffs in dem Messvolumen gemessen.
-
Andere
Verfahren werden verwendet, um Informationen zeitlicher Art zu erhalten,
wenn man sich auf eine Zeitskala bezieht, oder winkelbezogen, wenn
man sich auf eine mit der Rotation der Motorachse verbundene Skala
bezieht. Zwei Methoden werden bevorzugt verwendet. Sie beruhen auf
einer Messung der unmittelbaren Druckänderung und werden in Messgeräten mit
geometrischer Struktur eingesetzt, die sich von denjenigen unterscheiden,
die einen Kolben verwenden. Das sogenannte „Bosch"-Verfahren
verwendet ein langes aufgerolltes Rohr, und das „Zuech"-Verfahren verwendet ein Volumen von
einigen Hundert mm3. Mit diesen Verfahren
kann man feststellen, in welchem Moment genau Treibstoff eingespritzt
wird, aber sie bringen nur ungenaue Informationen bezüglich der
Menge des Durchflusses von Treibstoff. Diese Verfahren ermöglichen
demnach keine genaue Feststellung der eingespritzten Treibstoffmenge.
-
Die
deutsche Patentanmeldung
DE 4
130 394 beschreibt eine Messvorrichtung für eine Treibstoffmenge,
die von einer bei einem Verbrennungsmotor eingesetzten Einspritzvorrichtung
injiziert wird, welche eine erste Kammer zum Messen des Drucks und
der Einspritztemperatur, eine zweite Kammer zum Messen des Volumens
des eingespritzten Treibstoffs sowie ein gesteuertes Schnell-Magnetventil verwendet,
um die erste Kammer nach einer Injektion teilweise zu entleeren,
bis der Druck wiederhergestellt ist, der vor der Injektion darin
herrschte.
-
Mit
dieser Vorrichtung kann gleichzeitig die genaue Menge des eingespritzten
Treibstoffs und der Durchfluss der Flüssigkeit in Abhängigkeit
von der Zeit festgestellt werden, vorausgesetzt, dass in der ersten
Messkammer nach der Entleerung ein End-Druck erreicht wird, der genau gleich
dem nominalen Anfangs-Druck ist, was schwierig ist, jedenfalls bei
dem gewünschten
Grad der Genauigkeit. Die Vorrichtung liefert also ungenaue Messergebnisse, wenn
die Entleerung der ersten Kammer mangelhaft durchgeführt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diesen Nachteil zu vermeiden,
indem sie eine Messvorrichtung liefert, die genau ist und fähig ist,
relativ große
Variationen dieses Parameters zu berücksichtigen.
-
Zu
diesem Zweck ist die von ihr vorgeschlagene Vorrichtung eine Vorrichtung
zum Messen einer Treibstoffmenge, die von einer bei einem Verbrennungsmotor
verwendeten Einspritzvorrichtung eingespritzt wird, umfassend:
- – eine
erste Messkammer, in die der Treibstoff eingespritzt wird, einen
Druck-Messfühler und
einen Temperatur-Messfühler,
die den Druck beziehungsweise die Temperatur messen, die in der ersten
Messkammer herrschen,
- – nach
der ersten Messkammer eine zweite Messkammer, die mit der ersten
Messkammer über eine
Entleerungsleitung verbunden ist und deren Volumen infolge der Bewegung
eines Kolbens variabel ist, und dessen Bewegung mit Hilfe eines Bewegungs-Messfühlers gemessen
wird,
- – eine
elektronische Sektion, die das System steuert und die von den Messfühlern empfangenen
Informationen analysiert,
- – ein
Schnell-Magnetventil, das von einem Teil der elektronischen Sektion
gesteuert wird, und eine Überlaufvorrichtung,
die zwischen den zwei Messkammern angeordnet sind, um die erste Messkammer
nach einer Injektion teilweise zu entleeren, bis sich in der ersten
Messkammer im wesentlichen der Druck wieder eingestellt hat, der vor
dieser Injektion in ihr herrschte, und bei der die elektronische
Sektion eine Kompensationsvorrichtung besitzt, die es ermöglicht,
einen möglichen
Druckunterschied in der ersten Messkammer nach zwei aufeinanderfolgenden
Entleerungen zu berücksichtigen.
-
Die
Idee der Erfindung besteht also darin, die elektronische Sektion
mit einer elektronischen Vorrichtung zum wechselseitigen Ausgleich
der Messwerte auszustatten, einem Ausgleich, der dank der simultanen
Verarbeitung der in jeder Kammer für jede einzelne Einspritzung
erhaltenen Messwerte möglich ist.
Die Kompensationsvorrichtung ermöglicht
es, einen möglichen
Fehler bei der Entleerungsphase der ersten Messkammer zu berücksichtigen
und auch dann genaue Messergebnisse zu liefern, wenn der End-Druck
in der ersten Kammer nach der Entleerung nicht genau gleich dem
nominalen Anfangsdruck vor der Einspritzung ist.
-
Das
Funktionieren dieser Messvorrichtung läuft beispielsweise so ab, wie
es in dem nachfolgenden Absatz beschrieben wird.
-
Wenn
die Vorrichtung bereit ist, eine Messung durchzuführen, das
heißt,
wenn die Flüssigkeit sich
in der ersten und in der zwei Messkammer befindet und ein vorher
bestimmter Soll-Druck in der ersten Messkammer hergestellt ist,
wird eine Einspritzung durchgeführt.
Diese bewirkt eine Druckerhöhung
in der ersten Messkammer, die mit der Menge der eingespritzten Flüssigkeit,
den Eigenschaften der Flüssigkeit,
den Bedingungen der Umgebung, insbesondere der Temperatur, mit dem
Anfangsdruck sowie mit dem Volumen der Kammer verbunden ist. Ist die
Einspritzung beendet, wird die eingespritzte Flüssigkeit in die zweite Messkammer
entleert. Der Druck in der ersten Messkammer wird so auf seinen
Anfangswert zurückgeführt und
diese erste Kammer ist bereit, eine zweite Einspritzung aufzunehmen.
Die in der zweiten Messkammer ankommende Flüssigkeit erhöht das Volumen
dieser Kammer, indem sie den Kolben wegdrückt. Diese Verschiebung wird
gemessen und ein Teil der elektronischen Sektion berechnet das genaue
Volumen der Flüssigkeit
aufgrund des bekannten Durchmessers des Kolbens. Aufgrund dieses
Messwertes kann die elektronische Sektion jederzeit sehr genau die
Messungen kalibrieren, die von der ersten Messkammer durchgeführt werden.
-
Die
erste Messkammer kann also genau die „Form" der Einspritzung liefern, während die
zweite die Menge des eingespritzten Treibstoffs messen kann. Die
von der elektronischen Sektion durchgeführte Verarbeitung ermöglicht es,
die Fehler jeder Messung durch die Qualität der anderen auszugleichen.
Die mechanische Bauweise der Vorrichtung ist robuster als jene der
Vorrichtungen nach dem derzeitigen Stand der Technik. Es ist vor
allem nicht notwendig, eine Vorrichtung für den Druckausgleich in der
zweiten Messkammer zu verwenden. Der Gegendruck wird direkt vom
Einspritzdruck in der ersten Zelle geliefert, indem man auf ihre
Entleerung einwirkt. Der Kolben kann also einfach durch eine Feder zurückgezogen
werden. Da die mechanischen Spannungen in der zweiten Messkammer
deutlich geringer sind als in einer Kammer gleichen Typs nach dem Stand
der Technik, ist diese Kammer viel haltbarer und verschleißt weit
weniger schnell.
-
Um
eine Entleerung der zweiten Messkammer nach jeder Kolbenbewegung
durchführen
zu können
und damit die Messungen im wesentlichen immer von der gleichen Anfangsposition
des Kolbens aus durchführen
zu können,
ist vorteilhafterweise ein Magnetventil zur Schnellentleerung zur
zweiten Messkammer hin vorgesehen, sowie eine Überlaufvorrichtung, die die
Aufgabe hat, den Druck in der zweiten Messkammer auf einem Sollwert
zu halten.
-
Wie
bereits vorstehend erwähnt,
kann der Kolben nach der zweiten Messkammer hin vorgespannt sein,
zum Beispiel durch eine Feder.
-
Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel verschiebt
sich der Kolben in einem Zylinder mit glatter Wand und hat eine
ringförmige
Vertiefung, die zur Wand des Zylinders hin offen ist. Diese Vertiefung kann
eventuell austretendes Gas oder Flüssigkeit auffangen, wodurch
vermieden wird, dass dieser Verlust durch Auslaufen die Messung
stören
kann. Sie ermöglicht
es auch, den Kolben leichter zu machen. Außerdem kann dadurch die Oberfläche des
Kolbens, die geschliffen und eingepasst werden muss, beschränkt werden.
Schließlich
erhöht
sie die Beweglichkeit des Kolbens, was dazu führt, dass dieser ungehinderter
im Zylinder gleitet.
-
Der
verwendete Bewegungs-Messfühler
des Kolbens ist beispielsweise ein induktiver Messfühler, aber
auch jeder andere Messfühler-Typ
kann hier verwendet werden. Man kann zum Beispiel auch einen optischen
Messfühler
des Interferenz-Typs verwenden. Ein solcher Messfühler ist
genauer, linear und erhöht
die Masse des Kolbens nicht um eine bewegliche Masse. Allerdings
ist sein Preis höher
und seine Handhabung schwieriger.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann vorteilhafterweise ein Kühlsystem
umfassen, um die Einspritzvorrichtung, die erste Messkammer, den Kolben
und den Bewegungs-Messfühler des
Kolbens zu kühlen.
Folglich wird die Temperatur in der Messvorrichtung auf gleiche
Werte gebracht und ihre Variationen sind begrenzt, wodurch die Genauigkeit
der durchgeführten
Messungen verbessert werden kann. Es ist übrigens vorteilhaft, im Kühlsystem
die gleiche Flüssigkeit
zu verwenden wie für
die Einspritzungen.
-
Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Messen der Charakteristiken
einer Treibstoffeinspritzung, die von einer Einspritzvorrichtung des
Typs ausgeführt
wird, der eine erste Kammer zum Messen des Einspritz-Drucks und
der Einspritz-Temperatur
sowie eine zweite Kammer mit variablem Volumen zum Messen des Vo lumens
des eingespritzten Treibstoffs einsetzt, und welches bei jedem Einspritzvorgang
darin besteht
- – den Druck und die Temperatur
in der ersten Kammer vor der Einspritzung zu messen,
- – mittels
der Einspritzvorrichtung Treibstoff in die erste Kammer einzuspritzen,
- – während der
Einspritzung, zumindest regelmäßig, den
Druck und die Temperatur in der ersten Kammer zu messen,
- – am
Ende der Einspritzung einen Teil des in der ersten Kammer enthaltenen
Treibstoffs in die zweite Kammer zu entleeren, bis in der ersten Kammer
im wesentlichen der gleiche Druck wie vor der Einspritzung wiederhergestellt
ist,
- – das
Volumen des entleerten Treibstoffs zu messen und hieraus das Volumen
der Einspritzung abzuleiten,
- – den
in der zweiten Kammer enthaltenen Treibstoff zu entleeren,
ein
Verfahren, bei dem eine Kompensation vorgenommen wird, die es ermöglicht,
einen eventuellen Druckunterschied in der ersten Messkammer nach zwei
aufeinanderfolgenden Entleerungen zu berücksichtigen.
-
Bei
einer Möglichkeit
besteht das Messverfahren auch darin, die Messwerte jeder Einspritzung aufgrund
der vorher gespeicherten Kalibrierungsdaten zu korrigieren.
-
Das
Messverfahren kann auch darin bestehen, bei der Entleerung der zweiten
Kammer diese Entleerung solange durchzuführen, bis dort ein Soll-Druckwert
erreicht ist.
-
Jedenfalls
wird die Erfindung gut verstanden werden mit Hilfe der folgenden
Beschreibung mit Bezug auf die eine hier beigefügte Zeichnung, die beispielhaft
aber nicht erschöpfend
ein Ausführungsbeispiel
einer Messvorrichtung und eines Messverfahrens gemäß der Erfindung
zeigt.
-
Die
eine Figur zeigt in sehr schematischer Form den mechanischen Teil
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Messen der Treibstoffmenge, die von einer Einspritzvorrichtung
eingespritzt wird.
-
Diese
Figur zeigt eine Einspritzvorrichtung 2, die auf einer
Halterung 4 für
die Einspritzvorrichtung montiert ist. Diese Einspritzvorrichtung 2 trägt eine Einspritzdüse 6,
die sich in einer ersten Messkammer 8 befindet. Diese Messkammer
ist eine Kammer mit konstantem Volumen. Sie ist mit einer Flüssigkeit
gefüllt,
die hydraulische Eigenschaften besitzt, die denjenigen eines Treibstoff ähnlich sind,
deren Zündpunkt
aber bei einer weit höheren
Temperatur liegt als beim Treibstoff, um die Brand- und Explosions-Risiken
zu minimieren. Diese Flüssigkeit
ist auch die Flüssigkeit,
die in der Einspritzvorrichtung 2 verwendet wird. Ein Behälter 10 für diese
Flüssigkeit
ist in der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung vorgesehen.
-
Die
erste Messkammer 8 hat mehrere Einlässe und mehrere Auslässe. Ganz
zu Anfang hat sie einen Einlass 12 zum Füllen, einen
Auslass 14 zum Ablassen, einen Auslass 16 zur
Schnellentleerung und einen Auslass 18 zu einer zweiten
Messkammer 20 hin.
-
Um
die erste Messkammer 8 zu füllen, wird mittels einer Pumpe 22,
die von einem Motor 24 angetrieben wird, Flüssigkeit
in den Behälter 10 gepumpt.
Ein Magnetventil 26 für
die Schnellfüllung
ist zwischen der Pumpe 22 und dem Einlass 12 zum
Befüllen
eingebaut, um die Befüllung
der ersten Messkammer 8 zu steuern. Ein Magnetventil 28 ist
ebenfalls im Bereich des Auslasses 14 zum Ablassen vorgesehen.
Für die
Entleerung der Kammer 8 ist ein Magnetventil 30 zur
Schnellentleerung vorgesehen. Hier kann man bemerken, dass der Auslass 16 zur Schnellentleerung
vorteilhafterweise an einem niedrigen Punkt der ersten Messkammer 8 angeordnet wird,
während
der Auslass 14 zum Ablassen an einem oberen Punkt dieser
Kammer 8 angeordnet wird.
-
Zwischen
der ersten Messkammer 8 und der zweiten Messkammer 20 sind
ein Magnetventil 32 zur Entleerung und eine regulierbare
Druck-Überlaufvorrichtung 34 angeordnet.
-
Die
zweite Messkammer 20 hat ein variables Volumen. Sie befindet
sich in einem Zylinder 36, in dem sich ein Kolben 38 bewegt.
Dieser Kolben 38 hat einen Boden 40 und eine Schürze 42.
Der Boden 40 ist gewölbt
und bildet eine Wand, die die Messkammer 20 abschließt. Um den
Kolben 38 im Gleichgewicht zu halten, presst eine Feder 44 gegen
den Boden 40, und zwar auf der der Messkammer 20 gegenüberliegen den
Seite. Man kann ebensogut einen Kolben mit gewölbtem Boden, konvex oder konkav,
wie auch einen Kolben mit ebenem Boden haben.
-
Die
Verschiebung des Messkolbens 38 wird durch einen Bewegungs-Messfühler 46 registriert, der
zusammen mit einer Kontaktspitze 48 mit der Fläche des
Bodens 40 verbunden ist, die der Messkammer 20 gegenüberliegt.
Dieser Bewegungs-Messfühler 46 ist
zum Beispiel eine induktiver Messfühler.
-
Die
zweite Messkammer 20 hat ebenfalls einen Entleerungs-Kanal 50,
dessen Öffnen
und Schließen
durch ein Magnetventil 52 zur Entleerung gesteuert werden,
das mit einer Überlaufvorrichtung 54 verbunden
ist. Die entleerte Flüssigkeit
läuft in
den Behälter 10 zurück. Die
Wand des Zylinders 36, an der entlang sich der Kolben 38 bewegt,
ist eine glatte Wand. Dieser Zylinder kann verkleidet sein oder nicht.
Die Schürze 42 zeigt
auf ihrer Außenseite
eine ringförmige
Vertiefung 56. Diese Vertiefung liegt etwa auf der halben
Höhe des
Kolbens 38 und ist bezogen auf dessen Höhe zentriert. Auf diese Weise
erhält man
zwei ringförmige
Führungsflächen 58.
-
Diese
oben beschriebene mechanische Vorrichtung ist mit einer elektronischen
Vorrichtung, hier nicht gezeigt, verbunden, die Informationen von
den zwei Temperatur-Messfühlern 60 aufnimmt,
wobei jede Kammer mit einem schnell ansprechenden Temperatur-Messfühler 60 ausgestattet
ist, sowie von einem Druck-Messfühler 62,
der sich im Bereich der ersten Messkammer 8 befindet.
-
Ein
Kühlsystem
ist ebenfalls in der Messvorrichtung vorgesehen. Die Flüssigkeit
für die
Kühlung ist
die gleiche wie diejenige, die bei der Einspritzvorrichtung 2 verwendet
wird. Im Anschluss an die Pumpe 22 befindet sich ein Wärmetauscher 64.
Ein und derselbe Behälter 10 enthält also
die eingespritzte Flüssigkeit
und die Kühlflüssigkeit.
Diese Kühlflüssigkeit
wird im Bereich der Halterung 4 der Einspritzvorrichtung
eingeleitet, anschließend
um die erste Messkammer 8 herumgeleitet, und zwar im Bereich des
Bewegungs-Messfühlers 46 und
im Bereich des Kolbens 38. Eine ringförmige Kammer 66 umgibt
den Bewegungs-Messfühler 46 und
hat einen Kanal für die
Versorgung mit Kühlflüssigkeit
und einen Kanal für
den Rücklauf
dieser Flüssigkeit
zum Behälter 10. Eine
Vertiefung 68 ist in der Halterung 4 der Einspritzvorrichtung
vorgesehen, damit die Kühlflüssigkeit
um diese herum zirkulieren kann. Diese Vertiefung 68 wird
durch eine Leitung mit Kühlflüssigkeit
versorgt, und nachdem die Kühlflüssigkeit
die Vertiefung 68 verlassen hat, läuft sie in eine ringförmige Kammer 70,
die sich um die erste Messkammer 8 herum befindet, bevor
sie in den Behälter 10 zurückläuft.
-
Die
ringförmige
Vertiefung 56 des Kolbens 38 wird ebenfalls mit
Kühlflüssigkeit
versorgt. Zu diesem Zweck ist ein Zuleitungskanal im Zylinder 36 vorgesehen.
Ein weiterer Kanal ist ebenfalls vorgesehen für den Rücklauf der Kühlflüssigkeit
zum Behälter 10. Dieser
Rücklaufkanal
ist vorteilhafterweise höhenversetzt
zum Zuleitungskanal und befindet sich bevorzugt oberhalb dieses
letzteren, und zwar diametral diesem gegenüberliegend.
-
Das
Funktionieren dieser Messvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
-
Die
erste Messkammer wird zuerst mit Flüssigkeit gefüllt, die
in den Behälter 10 mittels
der Pumpe 22 gepumpt wird, wobei das Magnetventil geöffnet wird.
Sobald die Kammer gefüllt
ist, wird sie mit Hilfe des Magnetventils 28 entlüftet, um
sicherzustellen, dass sich keine Luftblase oder andere Gasblase mehr
darin befindet. Um die zweite Messkammer zu füllen, kann man während dieses
Füllvorgangs
das Magnetventil 32 nach der zweiten Messkammer 20 hin öffnen.
-
Um
die zweite Messkammer 20 unter Druck zu setzen, spritzt
man durch die Einspritzvorrichtung 2 Flüssigkeit in die erste Messkammer 8 ein,
bis ein Druck oberhalb des Druck-Sollwerts erreicht ist. Mittels
des Entleerungs-Magnetventils 32 und der Überlaufvorrichtung 34 wird
der Druck in der ersten Messkammer auf den Sollwert zurückgeführt. Dann
kann die eigentliche Messung beginnen. Die Einspritzvorrichtung 2 führt dann
eine Einspritzung von Flüssigkeit
in die erste Messkammer aus. Mit Hilfe der Messfühler, insbesondere des Druck-Messfühlers 62 kann man
demnach die Durchflusskurve der eingespritzten Flüssigkeit
in Abhängigkeit
von der Zeit bestimmen. Diese Einspritzung bewirkt eine Erhöhung des Drucks
in der ersten Messkammer. Wenn der Druck in dieser Kammer nicht
mehr steigt, wird daraus geschlossen, dass der Einspritzvorgang
beendet ist. Dann öffnet
sich das Magnetventil 32 und bleibt geöffnet, bis der Druck in der
ersten Messkammer wieder im wesentlichen den anfänglichen Druck-Sollwert erreicht.
Die Überlaufvorrichtung 34 ermöglicht es, diesen Druck-Sollwert
in der ersten Messkammer 8 aufrecht zu erhalten. Die Flüssigkeit;
die aus der ersten Messkammer 8 austritt, wird in die zweite
Messkammer 20 geleitet. Das Volumen dieser zweiten Messkammer 20 steigt
infolgedessen, was eine Verschiebung des Kolbens 38 bewirkt,
und da durch den Temperatur-Messfühler 60 die Temperatur
der in der Kammer 20 befindlichen Flüssigkeit bekannt ist, ist es
möglich,
die Menge der Flüssigkeit
zu bestimmen, die in diese zweite Messkammer eingeleitet wurde.
-
Alle
erhaltenen Daten werden dann in eine elektronische Verarbeitungseinheit
geschickt. Hauptdaten sind der Anfangsdruck in der ersten Messkammer,
der Enddruck in dieser Kammer und die Druckdifferenz während des
Einspritzvorgangs sowie die Verschiebung des Kolbens 38.
Mit Hilfe eines Verarbeitungsverfahrens, genannt „gekreuzte
Matrizen", erhält man dann
die Messergebnisse. Diese Ergebnisse werden schon vor der zweiten
Einspritzung erhalten. Tatsächlich
wird während
des ersten Einspritzvorgangs die Flüssigkeit in die erste Messkammer
eingespritzt. Danach wird die Flüssigkeit
zur zweiten Messkammer 20 geleitet. Dann kann eine zweite
Einspritzung in die erste Messkammer 8 erfolgen. Die Ergebnisse
liegen vor, sobald die Überleitung
von der ersten Messkammer 8 zur zweiten Messkammer 20 beendet
ist, das heißt,
genau vor der zweiten Einspritzung.
-
Die
zweite Messkammer wird mittels des Magnetventils 52 entleert.
Dank der zweiten Überlaufvorrichtung 54 kann
ein zweiter Druck-Sollwert in der zweiten Messkammer aufrechterhalten
werden.
-
In
der ersten Kammer 8 ist die Relation zwischen der Druckerhöhung und
dem eingespritzten Volumen nicht linear. Sie hängt vor allem von den Eigenschaften
der Flüssigkeit,
von der Temperatur und vom Druck ab. Dieser Druck ändert sich
während
des Einspritzvorgangs und dieses Phänomen wird für die Messung
genutzt. Die Kalibrierung wird durchgeführt, indem kleine, aber nicht
zu kleine Volumina eingespritzt werden, um eine bestimmte Messgenauigkeit zu
bewahren; zum Beispiel 10 mm3 für eine Messwertskala
von 200 mm3. Man führt mehrere Einspritzungen
nacheinander aus, wobei die Einspritzung mit unterschiedlichen Drücken begonnen
wird, die so gewählt
sind, dass der ganze Bereich der während des Normalbetriebs auftretenden
Druckwerte abgedeckt ist. Jede Einspritzung wird von der zweiten Kammer 20 genau
gemessen. Eine Reihe von Zuordnungspunkten zwischen einem Anfangsdruck
in der Kammer, einer kleinen Druckänderung aufgrund der Einspritzung
und dem eingespritzten Volumen wird erhalten, und zwar bei der Nominaltemperatur
der Messungen mit der realen Versuchsflüssigkeit in ihrem aktuellen
Zustand. Die Rechnereinheit speichert periodisch eine Wertetabelle,
die die Linearisierung und die Korrektur der späteren Messwerte in Echtzeit ermöglicht.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass keinerlei äußere Vorrichtung
benötigt
wird. Der Aufbau verschiedener Anfangsdruckwerte wird einfach so
durchgeführt,
dass einige Einspritzungen ohne Öffnen
des Magnetventils für
die Überleitung
in die zweite Kammer kumuliert werden, was bewirkt, das der Druck
in der ersten Kammer 8 bis nahe an jeden gewünschten
Wert progressiv erhöht
wird, um eine Linearisierungskurve zu speichern. Dieser Kalibrierungsvorgang
wird hier beispielhaft beschrieben, und andere Verfahren sind hier
denkbar.
-
Mit
dieser Messvorrichtung kann die Menge der von der Einspritzvorrichtung
eingespritzten Flüssigkeit
genau bestimmt werden und sie liefert ebenfalls genau die Durchflusskurve
in Abhängigkeit
von der Zeit.
-
Eine
elektronische Kompensationsvorrichtung ist vorgesehen, um einen
möglichen
Fehler bei der Phase der Entleerung der ersten Messkammer 8 zu
berücksichtigen
und genaue Messergebnisse zu liefern, selbst wenn der Enddruck in
dieser Kammer nach der Entleerung nicht genau dem nominalen Anfangsdruck
entspricht. Das System ist fähig,
relativ große
Variationen dieses Parameters zu berücksichtigen. Diese Kompensationsfunktion
ist wichtig, denn unter anderen Faktoren sind die Reaktionszeiten
auf das Schließen
und das Öffnen
des Magnetventils nicht absolut stabil und nicht vorhersehbar, auch wenn
ihr Mittelwert durch das System bei der Steuerungssequenz dieses
Magnetventils berücksichtigt wurde.
-
Die
Verschiebung des Kolbens, die von dem Bewegungs-Messfühler 46,
beispielsweise einem induktiven Messfühler, gemessen wurde, ermöglicht die
Berechnung des eingespritzten Volumens, da der genaue Durchmesser
des Kolbens bekannt ist. Aufgrund dieser Messung kann die elektronische
Sektion in jedem Augenblick sehr genau die Messungen kalibrieren,
die von der ersten Kammer durchgeführt werden. Die im Kolben ausgeführte Vertiefung 56 bringt
mehrere Vorteile. Vor allem können
in ihr eventuell austretende Gase oder austretende Flüssigkeit aufgefangen
werden, wodurch vermieden wird, dass diese die Messung stören können. Sie
ermöglicht
es auch, den Kolben leichter zu machen und folglich die unerwünschten
Wirkungen aufgrund seiner mechanischen Trägheit einzuschränken. Sie
erlaubt schließlich
die Reduzierung der Oberfläche
des Kolbens, die perfekt geschliffen und mit der Innenfläche des
Zylinders eingepasst sein muss, wodurch diese Führungsfläche auf zwei Ringe auf der
Außenseite
des Kolbens begrenzt wird. Der Kolben zeigt vor allem im Bereich
seiner Schürze
eine Flexibilität,
die höher
ist als diejenige der Kolben, die in den Vorrichtungen nach dem
früheren
Stand der Technik eingesetzt werden, und zwar dank der Verdünnung der
Schürze.
Alles das wird erreicht, ohne dass die Herstellung des Kolbens schwieriger
wird, und wobei es außerdem möglich wird,
die mechanischen Spannungen zu reduzieren, die das Gleiten des Kolbens 38 im
Zylinder 36 behindern.
-
Aufgrund
der Konzeption dieses Systems ist es unnötig, einen Gegendruck auf den
Messkolben mittels unter Druck stehendem Stickstoff vorzusehen. So
vermeidet man jedes Risiko eines Austritts dieses Gases. Außerdem erfolgt
die Messung des Volumens und der Masse des eingespritzten Treibstoffs im
Bereich der Einspritzvorrichtung 2 bei gleichbleibender
Temperatur. Das verleiht der durchgeführten Messung Zuverlässigkeit
und Genauigkeit.
-
Die
von der elektronischen Sektion durchgeführte Verarbeitung vereinigt
die im Bereich der zwei Messkammern erhaltenen Informationen und
ermöglicht
es, die Fehler der jeweils einen durch die Qualität der anderen
auszugleichen. Die an den Operator oder an die zugeschalteten äußeren Datenverarbeitungssysteme
gelieferten Ergebnisse sind von der elektronischen Sektion vollständig vorverarbeitet
und integrieren alle Kompensationen.
-
Die
mechanische Bauweise dieser Messvorrichtung ist weit robuster als
bei den Systemen des früheren
Standes der Technik. Insbesondere ist nicht mehr notwendig, in der
ersten Messkammer die Vorrichtung zum Druckausgleich einzusetzen.
Dieser Gegendruck wird direkt vom Druck der Einspritzung in diese
Kammer geliefert, indem auf ihre Entleerung eingewirkt wird. Die
zweite Messkammer mit dem Kolben muss nicht mehr besonders „schnell" sein, weil sie durch
das Entleerungs-Magnetventil der ersten Messkammer gefüllt wird,
deren Funktionieren gesteuert wird. Es ist nicht mehr erforderlich,
mit einem Gegendruck zu arbeiten, und eine einfache Feder ist folglich
ausreichend, um die Rückholung
des Kolbens zu gewährleisten.
Da der Kolben mit geringeren Druckspannungen arbeitet, werden die
mechanischen Spannungen zwischen dem Kolben und seinem Mantel begrenzt,
und der Verschleiß wird sehr
deutlich reduziert.
-
Es
ist selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt ist,
das oben beispielhaft, aber nicht erschöpfend beschrieben wurde; sie
umfasst im Gegenteil alle Varianten im Rahmen der nachstehenden
Ansprüche.