EP1352175A2 - Vorrichtung und verfahren zum messen der einspritzmenge von einspritzsystem, insbesondere für brennkraftmaschinen von kraftfahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum messen der einspritzmenge von einspritzsystem, insbesondere für brennkraftmaschinen von kraftfahrzeugen

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Publication number
EP1352175A2
EP1352175A2 EP01990325A EP01990325A EP1352175A2 EP 1352175 A2 EP1352175 A2 EP 1352175A2 EP 01990325 A EP01990325 A EP 01990325A EP 01990325 A EP01990325 A EP 01990325A EP 1352175 A2 EP1352175 A2 EP 1352175A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
measuring
injection
measuring chamber
detection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01990325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Unger
Wolfram Von Huelsen
Hermann Bolle
Ralf Bindel
Ralf Haas
Dirk Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1352175A2 publication Critical patent/EP1352175A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/001—Measuring fuel delivery of a fuel injector

Definitions

  • the present invention relates first of all to a device for measuring the injection quantity of injection systems, in particular for internal combustion engines of motor vehicles and in particular in production testing, with a measuring chamber, a connecting device, by means of which at least one injection system can be connected to the measuring chamber in a pressure-tight manner, with a piston which at least the measuring chamber is delimited in some areas and with a detection device that detects movement of the piston.
  • an EMI injection quantity indicator
  • This consists of a housing in which a piston is guided.
  • the interior of the housing and the piston define a measuring chamber.
  • This has an opening to which an injection system, for example an injector with an injection nozzle, can be attached in a pressure-tight manner. If the injection system injects fuel into the measuring chamber, a fluid in the measuring chamber is displaced. As a result, the piston moves, which is detected by a displacement sensor. Out of the way of the piston can change the volume of the measuring chamber or of the fluid held there, and thereby the amount of fuel injected.
  • the known injection quantity indicator measures with an arrangement of a measuring plunger and an inductive displacement measuring system.
  • the measuring plunger is designed as a probe or is permanently connected to the piston.
  • the measuring plunger is also set in motion, and ultimately the movement of the measuring plunger is detected and a corresponding signal is forwarded to an evaluation unit.
  • the known injection quantity indicator already works with very high accuracy.
  • the unit consisting of the volumetric flask and the plunger has a certain weight, which in turn leads to a certain inertia of this unit.
  • test fluid is injected into the measuring chamber by the injection system, it may therefore be the case that the piston and the measuring plunger attached to it perform a movement which does not exactly reflect the increase in volume of the measuring fluid within the measuring chamber.
  • inaccuracies can therefore occur in the volumetric measurement of injection quantities.
  • the present invention therefore has the task of a
  • This object is achieved in that the detection device works without contact.
  • This measure ensures that when the test fluid is injected into the measuring chamber, essentially only the mass of the piston has to be set in motion, but no measuring plunger or probe has to be moved. In this way, the total mass of the unit to be set in motion during an injection is reduced.
  • the piston can thus react much more spontaneously to a change in volume of the test fluid in the measuring chamber, so the piston stroke can follow the injection volume very directly and without superimposed vibrations.
  • Piston vibrations are lower and decay faster with a given damping of the piston.
  • the load on the piston due to inertial forces is reduced, since no or no significant additional mass adheres to the piston. Deformations of the piston, which can also lead to a measurement error, are thus reduced.
  • the detection device has no parts connected to the piston. In this case, the mass to be set in motion during an injection is minimal, so that the desired effects are again maximum.
  • the detection device work capacitively. This is a particularly simple and precise, non-contact measuring system.
  • the piston or part of the piston forms an electrode of a capacitor.
  • the detection device works inductively and in particular comprises an eddy current sensor.
  • An eddy current sensor generally comprises a semi-open ferrite core on which a magnetic winding is arranged. If an alternating magnetic field is connected to the winding, its field lines emerge from the level of the eddy current sensor, pass through the piston and return to the ferrite core. The alternating magnetic field creates eddy currents in the electrically conductive piston.
  • the detection device can also operate according to the laser triangulation method.
  • the beam from a laser light source is shaped by optics into a narrow beam cone, which at one of the
  • Point of the piston facing the laser light source small, visible point of light. This measurement spot is imaged by the imaging optics on a position-sensitive detector. If the distance between the piston and the laser light source changes, the impact point of the imaging beam on the shifts
  • the distance between the piston and the laser light source or the detector can now be calculated back from the image location.
  • an exposure control must be carried out.
  • a laser interferometer is also suitable for non-contact distance measurement.
  • the device comprises a detection device, which in turn has a laser Doppler vibrometer.
  • a detection device which in turn has a laser Doppler vibrometer.
  • the light from a laser light source is divided into a measuring beam and a reference beam.
  • the measuring beam is aimed at the piston.
  • Part of the backscattered light is directed via optics so that the measuring beam and reference beam overlap.
  • This overlap creates an intensity modulation, the frequency of which is proportional to the speed of movement of the piston.
  • an acousto-optic modulator for example a so-called Bragg cell, can be used. From the speed and a starting position, the distance that the piston has traveled can be calculated.
  • the present invention also relates to a method for measuring the injection quantity of injection systems, in particular for motor vehicles and in particular in production testing, in which a test fluid is injected from an injection system into a measuring chamber and in which the movement caused by the injection leads through a wall of the measuring chamber preloaded piston is detected.
  • the movement of the piston be recorded without contact.
  • This contactless detection of the piston movement can be carried out using any of the methods described above.
  • Figure 1 shows a section through a first
  • Embodiment of a device for measuring the injection quantity of injection systems Embodiment of a device for measuring the injection quantity of injection systems.
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1 through a second
  • Embodiment of a device for measuring the injection quantity of injection systems Embodiment of a device for measuring the injection quantity of injection systems.
  • Figure 1 carries a device for measuring the
  • Total injection quantity from injection systems Reference numeral 10. It comprises a centrally arranged body 12, which is held on a sleeve 14. This in turn stands on a base plate 16. The device 10 is fixed on the base plate 16.
  • a substantially central stepped bore 18 is made in the central body 12.
  • a cylindrical insert 20 is inserted, which is supported by a collar 22 on the top of the central body 12.
  • a head 24 is placed on the insert 20 in a pressure-tight manner, into which a stepped bore 26 is likewise made, which in the assembled state shown in FIG. 1 runs coaxially to the stepped bore 18.
  • An adapter 28 is inserted into the stepped bore 26 from above and is sealed off from the stepped bore 26 by O-rings 30.
  • An injection system in the present case an injector 32, with its injection nozzle 33 is inserted into the adapter 28.
  • the injector 32 is in turn connected to a high pressure test fluid supply (not shown).
  • a high pressure test fluid supply not shown.
  • a spray damper 34 is used.
  • the temperature in the lower region of the stepped bore 26 is recorded by a temperature sensor 36.
  • a bore 38 which, in the installation position shown in FIG. 1, extends coaxially to the stepped bore 18 or to the stepped bore 26.
  • a piston 40 is slidably guided in the bore 38. The piston 40 is pressed upwards by a helical spring 42, which is supported on a sensor receptacle 44.
  • Measuring chamber 45 is delimited by the top of piston 40, the lower threadless area of spray damper 34 and the lower area of stepped bore 26.
  • the piston 40 is designed as a closed hollow body.
  • Step bore 46 is present, which is also coaxial to the other step bores 18, 26 and 38 in the installation position shown in Figure 1.
  • a receptacle 48 for a helical spring 54 is screwed onto the underside of the sensor receptacle 44. This receptacle 48 engages with a shoulder 50 in the lower region of the stepped bore 46 and also has a central stepped bore 52 itself.
  • the coil spring 54 is supported on a shoulder of the
  • the sensor holder 56 is overall tubular and an eddy current sensor 58 is screwed into its upper region so that its upper end is a short distance below the lower end of the piston 40 lies.
  • a connection cable 60 of the eddy current sensor 58 is guided through the tubular sensor holder 56 and the receptacle 48 for the coil spring 54 to the outside and to one in the
  • an electromagnetically actuated drain valve 62 is also mounted to the left of the head 24, through which the test fluid can be discharged from the measuring chamber 45.
  • a constant pressure valve 64 is mounted, which ensures an emptying rate of the measuring chamber 45 that is almost independent of the gas pressure below the piston 40 even when the gas pressures below the piston 40 are very different when the electromagnetically actuated emptying valve 62 is open.
  • a further function of the constant pressure valve 64 is to apply the pressure in a groove (without reference number) radially around the piston in the insert 20 slightly lower pressure than to regulate in the measuring chamber 45. Due to the defined low pressure difference between the measuring chamber 45 and the groove, gap leaks between the piston 40 and the insert 20 are almost constant and, moreover, are kept very small. The size of this almost constant small leakage is recorded by software in the evaluation device. Furthermore, the "gas consumption" of the device 10 is reduced by the constant pressure valve 64 when the device 10 is operated with a higher gas pressure under the piston 40 than the ambient air pressure.
  • the device 10 shown in FIG. 1 for measuring the injection quantity of an injection system 32 operates as follows:
  • Test fluid (not shown) is supplied to the injection system 32 and its injection nozzle 33 via the high-pressure test fluid supply and is injected via the spray damper 34 into the measuring chamber 45, which is also filled with test fluid.
  • the spray damper 34 prevents the injection jets from hitting the top of the piston 40 directly. A direct impact of the injection jets on the piston 40 could cause it to vibrate, which does not correspond to the actual course of the injection.
  • the injection of test fluid into the measuring chamber 45 increases the test fluid volume in the measuring chamber 45. The additional volume entering the measuring chamber 45 accelerates the piston 40 downward against the force of the coil spring 42 and the gas pressure below the piston 40. This changes the Distance between the underside of the piston 40 and the eddy current sensor 58.
  • the Eddy current sensor 58 and the underside of the piston 40 will detected by the eddy current sensor 58 in the following manner:
  • the eddy current sensor 58 includes, among other things, a winding (not shown). An alternating magnetic field is applied to the winding. The field lines of this alternating magnetic field penetrate into the lower one
  • Boundary wall or the bottom of the closed piston 40 The magnetic alternating field generates 40 eddy currents in this bottom of the piston.
  • the parts to be moved during an injection can thus be kept as small as possible with regard to their mass. Movement of additional components of the detection device is not necessary. Because of this small moving mass, the piston 40 can be injected from the injection nozzle 33 Essentially follow test fluid volume immediately. This means that even the smallest injection quantities as well as immediately following partial injections can be measured with high accuracy within an overall injection. In addition, the vibrations occurring in the piston 40 are lower and also decay more quickly.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a device 10 for measuring the injection quantity of injection systems.
  • Components of this type which are functionally equivalent to parts which have already been described and illustrated in connection with FIG. 1 have the same reference symbols in FIG. 2 and are not explained again in detail. For the sake of simplicity, only a few differences between the device 10 shown in FIG. 2 and the device 10 shown in FIG. 1 are discussed in more detail:
  • the piston 40 in FIG. 2 is not closed, but is open on its underside.
  • a central tube 66 is introduced into this opening, coaxially to the piston 40 and to the stepped bore 18.
  • the central tube 66 extends vertically downward from the lower edge region of the piston 40 to approximately the level of the intermediate piece 44.
  • a reference tube 68 is provided, the longitudinal axis of which runs parallel to the longitudinal axis of the central tube 66.
  • the reference tube 68 also extends from the intermediate piece 44 to the lower edge of a cavity 70 which is provided in the central body 12 and is delimited at the top by a cylinder part 71 which is inserted into the stepped bore 18 in the central body 12.
  • Under the intermediate piece 44 is a glass sheet (without reference numerals), which one annular holder 48 is held. This glass pane makes it possible to set a different pressure in the cavity 70 than in the environment.
  • the base plate 16 has a central opening 72 and a holder 74 designed as a web is screwed onto the top of the base plate 16.
  • the ends of two fiber optic light guides 76 and 78 are in turn held by this holder 74.
  • the ends of the light guides 76 and 78 are aligned such that one end is coaxial with the central tube 66 and the other end is coaxial with the reference tube 68.
  • the other ends of the two light guides 76 and 78 which are not visible in FIG. 2, are connected to a laser light source and the further sensors and evaluation electronics of a laser Doppler vibrometer via various optical components.
  • the laser beam transmitted by the light guide 78 and exiting at its end runs coaxially to the central tube 66 and strikes the underside of the upper boundary wall of the piston 40.
  • the corresponding laser beam, which emerges at the end of the light guide 76, is coaxial to the reference tube 68 and radiates against it Underside of cylinder part 71.
  • the measuring beam reflected by piston 40 and the reference beam reflected by cylinder part 71 are superimposed in the optical device.
  • an intensity modulation occurs, the frequency of which is proportional to the speed of movement of the measurement object.
  • an acousto-optical modulator a so-called Bragg cell, is used. From the speed of the piston 40, the path covered by the piston 40 during an injection through the injection nozzle 33 can be determined, from which in turn the "
  • the measuring accuracy of a laser Doppler vibrometer is very high, so that even the smallest injection quantities can be reliably detected.
  • the mass that is to be moved during an injection is very small since the piston 40 is open on the one hand and on the other hand the contactless measuring device does not require any additional parts on the piston 40. It goes without saying that a single-point Doppler laser vibrometer could also be used.
  • the piston forms an electrode of a capacitor.
  • the change in capacity which occurs when the piston 40 moves, could be used to infer the distance covered by the piston 40 and from this again also to the injected amount of fluid.
  • the detection device with a laser triangulation device.
  • a laser interferometer can also be used.

Landscapes

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Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsysteme (32) insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und insbesondere in der Fertigungsprüfung umfasst eine Messkammer (45). Ferner ist eine Verbindungseinrichtung (28) vorgesehen, durch die mindestens ein Einspritzsystem (32) mit der Messkammer (45) druckdicht verbindbar ist. Ein Kolben (40) ist durch eine Wand der Messkammer (45) hindurchgeführt. Ausserdem ist eine Erfassungseinrichtung (58) vorgesehen, mit der eine Bewegung des Kolbens (40) erfasst werden kann. Um die Messgenauigkeit der Vorrichtung (10) zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Erfassungseinrichtung (58) berührungslos arbeitet.

Description

Vorrichtung und Nerfahren zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer, einer Verbindungseinrichtung, durch die mindestens ein Einspritzsystem mit der Messkammer druckdicht verbindbar ist, mit einem Kolben, der mindestens bereichsweise die Messkammer begrenzt und mit einer Erfassungseinrichtung, die eine Bewegung des Kolbens erfasst.
Eine solche Vorrichtung ist vom Markt her bekannt und wird als EMI (Einspritzmengenindikator) bezeichnet. Dieser besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Kolben geführt ist. Der Innenraum des Gehäuses und der Kolben begrenzen eine Messkammer. Diese weist eine Öffnung auf, an die ein Einspritzsystem, beispielsweise ein Injektor mit einer Einspritzdüse, druckdicht ansetzbar ist. Spritzt das Einspritzsystem Kraftstoff in die Messkammer ein, wird ein in der Messkammer befindliches Fluid verdrängt. Hierdurch bewegt sich der Kolben, was von einem Wegsensor erfasst wird. Aus dem Weg des Kolbens kann auf die Volumenänderung der Messkammer bzw. des dort gehaltenen Fluids und hierdurch auf die eingespritzte Kraftstoffmenge geschlossen werden.
Zur Messung der Bewegung des Kolbens wird bei dem bekannten Einspritzmengenindikator mit einer Anordnung aus einem Messstößel und einem induktiven Wegmesssystem gemessen . Der Messstößel ist als Taster ausgeführt oder fest mit dem Kolben verbunden. Bei einer Bewegung des Kolbens wird also auch der Messstößel in Bewegung versetzt, und letztlich wird die Bewegung des Messstößels erfasst und ein entsprechendes Signal an eine Auswerteeinheit weitergeleitet .
Der bekannte Einspritzmengenindikator arbeitet bereits mit sehr hoher Genauigkeit. Die aus dem Messkolben und dem Messstößel bestehende Einheit weist jedoch ein gewisses Gewicht auf, welches wiederum zu einer gewissen Massenträgheit dieser Einheit führt. Bei einer Einspritzung von Prüffluid in die Messkammer durch das Einspritzsystem kann es daher sein, dass der Kolben und der an diesem befestigte Messstößel eine Bewegung ausführen, welche nicht exakt die Volumenvergrößerung des Messfluids innerhalb der Messkammer wiedergibt. Insbesondere bei sehr kleinen Einspritzmengen oder bei Einspritzungen, welche aus mehreren, dicht hintereinander folgenden Teileinspritzungen bestehen, kann es daher zu Ungenauigkeiten bei der volumetrischen Messung von Einspritzmengen kommen.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihr eine Messung der Einspritzmenge von Einspritzsystemen mit hoher Auflösung, Genauigkeit und Stabilität möglich ist. Insbesondere sollen auch einzelne Teileinspritzmengen während einer aus mehreren
Teileinspritzungen bestehenden Gesamteinspritzung gemessen werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Erfassungseinrichtung berührungslos arbeitet .
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei einer Einspritzung von Prüffluid in die Messkammer im Wesentlichen nur die Masse des Kolbens in Bewegung versetzt werden muss, jedoch kein Messstößel oder Messtaster mitzubewegen ist. Auf diese Weise wird also die Gesamtmasse der bei einer Einspritzung in Bewegung zu versetzenden Einheit reduziert. Der Kolben kann damit sehr viel spontaner auf eine Volumenänderung des Prüffluids in der Messkammer reagieren, der Kolbenhub kann also sehr direkt und ohne überlagerte Schwingungen dem Einspritzvolumen folgen.
Dadurch, dass die Bewegung des Kolbens nicht durch eine zusätzliche schwingende Masse eines Wegmesssystems beeinflusst wird, werden auch die auftretenden
Kolbenschwingungen geringer und klingen bei gegebener Dämpfung des Kolbens schneller ab. Darüber hinaus reduziert sich auch die Belastung des Kolbens aufgrund von Trägheitskräften, da am Kolben keine bzw. keine wesentliche zusätzliche Masse anhaftet. Verformungen des Kolbens, die ebenfalls zu einem Messfehler führen können, reduzieren sich somit.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Optimal ist es, wenn die Erfassungseinrichtung keine mit dem Kolben verbundenen Teile aufweist. In diesem Fall ist die Masse, die bei einer Einspritzung in Bewegung zu versetzen ist, minimal, so dass die gewünschten Effekte wiederum maximal sind. Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Erfassungseinrichtung kapazitiv arbeitet. Hierbei handelt es sich um ein besonders einfaches und präzises, berührungsloses Messsystem. In Weiterbildung dieses kapazitiven Messsystems wird auch vorgeschlagen, dass der Kolben oder ein Teil des Kolbens eine Elektrode eines Kondensators bildet.
Bei einer anderen Weiterbildung arbeitet die Erfassungseinrichtung induktiv und umfasst insbesondere einen Wirbelstromsensor. Ein Wirbelstromsensor umfasst im Allgemeinen einen halboffenen Ferritkern, auf dem eine Magnetwicklung angeordnet ist . Wird an die Wicklung ein magnetisches Wechselfeld angeschlossen, treten dessen Feldlinien aus der Ebene des Wirbelstromsensors aus, gehen durch den Kolben hindurch und kehren wiederum zum Ferritkern zurück. Dabei erzeugt das magnetische Wechselfeld im elektrisch leitfähigen Kolben Wirbelströme.
Diese Wirbelströme im Kolben nehmen in der Regel mit geringerem Abstand zwischen Wirbelstromsensor und Kolben zu. Auf der Eingangsseite der Sensorspule kann diese Änderung der Wirbelströme über die Änderung der komplexen Eingangsimpedanz messtechnisch ausgewertet werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes relativ hoch ist, da hierdurch im Kolben relativ hohe Wirbelströme erzeugt werden und außerdem die Eindringtiefe des magnetischen Wechselfeldes in dem Kolben relativ klein ist, wodurch wiederum die Messgenauigkeit erhöht wird.
Weiterhin kann die Erfassungseinrichtung auch nach dem Laser-Triangulationsverfahren arbeiten. Bei diesem wird der Strahl einer Laserlichtquelle von einer Optik zu einem schmalen Strahlkegel geformt, der an einer der
Laserlichtquelle zugewandten Stelle des Kolbens einen kleinen, sichtbaren Lichtpunkt erzeugt. Dieser Messfleck wird von der Abbildungsoptik auf einen positionsempfindlichen Detektor abgebildet. Ändert sich der Abstand des Kolbens von der Laserlichtquelle, verschiebt sich der Auftreffort des Abbildungsstrahls auf dem
Detektor. Aus dem Bildort kann nun auf den Abstand des Kolbens von der Laserlichtquelle bzw. von dem Detektor zurückgerechnet werden. Um zu verhindern, dass unterschiedliche Reflektionseigenschaften an verschiedenen Orten des Kolbens das Messergebnis verfälschen, muss eine Belichtungsregelung durchgeführt werden.
Auch ein Laser- Interferometer eignet sich für die berührungslose Wegmessung.
Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung umfasst, welche wiederum ein Laser-Doppler-Vibrometer aufweist. Dieses arbeitet nach dem Prinzip der sog. "Dopplerfrequenzverschiebung" . Dabei wird das Licht einer Laserlichtquelle in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl geteilt. Der Messstrahl wird auf den Kolben gerichtet. Ein Teil des rückgestreuten Lichts wird über eine Optik so gelenkt, dass sich Messstrahl und Referenzstrahl überlagern. Bei dieser Überlagerung entsteht eine Intensitätsmodulation, deren Frequenz proportional der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens ist . Um die Richtung der Bewegung des Kolbens zu erkennen, kann ein akustooptischer Modulator, beispielsweise eine sog. Braggzelle, verwendet werden. Aus der Geschwindigkeit und einer Ausgangsposition kann wiederum der Weg rückgerechnet werden, den der Kolben zurückgelegt hat.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es durchaus möglich ist, mehrere Erfassungseinrichtungen, welche nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, an ein und demselben Kolben einzusetzen. Hierdurch ist es nicht nur möglich, die Funktionsfähigkeit der einzelnen Erfassungseinrichtungen zu überprüfen, sondern es kann auch ein Fehlerabgleich der einzelnen Erfassungseinrichtungen durchgeführt werden, welcher zu einer erheblichen Erhöhung der Messgenauigkeit führt .
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, bei dem ein Prüffluid von einem Einspritzsystem in eine Messkammer eingespritzt wird und bei dem die durch die Einspritzung bewirkte Bewegung eines durch eine Wand der Messkammer hindurchgeführten vorgespannten Kolbens erfasst wird.
Um die Messgenauigkeit der Einspritzmenge zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Bewegung des Kolbens berührungslos erfasst wird. Diese berührungslose Erfassung der Kolbenbewegung kann dabei nach jedem der oben beschriebenen Verfahren erfolgen.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen; und
Figur 2 eine Ansicht ähnlich Figur 1 durch ein zweites
Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen.
In Figur 1 trägt eine Vorrichtung zum Messen der
Einspritzmenge von Einspritzsystemen insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen zentral angeordneten Körper 12, der auf einer Hülse 14 gehalten ist. Diese steht wiederum auf einer Grundplatte 16. Die Fixierung der Vorrichtung 10 erfolgt an der Grundplatte 16.
In den zentralen Körper 12 ist eine im Wesentlichen zentrische Stufenbohrung 18 eingebracht. In deren obersten Abschnitt ist ein zylindrischer Einsatz 20 eingesetzt, der sich mit einem Kragen 22 an der Oberseite des zentralen Körpers 12 abstützt. Auf den Einsatz 20 ist ein Kopf 24 druckdicht aufgesetzt, in den ebenfalls eine Stufenbohrung 26 eingebracht ist, die in dem in Figur 1 dargestellten zusammengebauten Zustand koaxial zur Stufenbohrung 18 verläuft. In die Stufenbohrung 26 ist von oben her ein Adapter 28 eingesetzt und gegenüber der Stufenbohrung 26 durch O-Ringe 30 abgedichtet. In den Adapter 28 wird ein Einspritzsystem, vorliegend ein Injektor 32, mit seiner Einspritzdüse 33 eingesetzt. Der Injektor 32 ist wiederum mit einer Hochdruck-Prüffluidversorgung (nicht dargestellt) verbunden. In den unteren Bereich der Stufenbohrung 26 im
Kopf 24 ist ein Spritzdämpfer 34 eingesetzt. Die Temperatur im unteren Bereich der Stufenbohrung 26 wird durch einen Temperaturfühler 36 erfasst.
Im Einsatz 20 ist ebenfalls eine Bohrung 38 vorhanden, die in der in Figur 1 dargestellten Einbaulage koaxial zur Stufenbohrung 18 bzw. zur Stufenbohrung 26 verläuft. In der Bohrung 38 ist ein Kolben 40 gleitend geführt. Der Kolben 40 wird von einer Schraubenfeder 42 nach oben gedrückt, die sich an einer Messgeberaufnahme 44 abstützt. Eine
Messkammer 45 wird durch die Oberseite des Kolbens 40, den unteren gewindelosen Bereich des Spritzdämpfers 34 und den unteren Bereich der Stufenbohrung 26 begrenzt. Der Kolben 40 ist als geschlossener Hohlkörper ausgeführt.
In der Messgeberauf ahme 44 ist ebenfalls eine Stufenbohrung 46 vorhanden, die in der in Figur 1 dargestellten Einbaulage ebenfalls koaxial zu den anderen Stufenbohrungen 18, 26 und 38 ist. An die Unterseite der Messgeberaufnahme 44 ist eine Aufnahme 48 für eine Schraubenfeder 54 angeschraubt. Diese Aufnahme 48 greift mit einem Ansatz 50 in den unteren Bereich der Stufenbohrung 46 ein und besitzt selbst ebenfalls eine zentrische Stufenbohrung 52.
Die Schraubenfeder 54 stützt sich an einem Absatz der
Stufenbohrung 52 ab. Sie drückt eine Sensorhalterung 56 nach oben gegen einen radial nach innen weisenden Kragen der Messgeberaufnahme 44. Die Sensorhalterung 56 ist insgesamt rohrförmig und in ihren oberen Bereich ist ein Wirbelstromsensor 58 so eingeschraubt, dass sein oberes Ende in geringem Abstand unterhalb des unteren Endes des Kolbens 40 liegt. Ein Anschlusskabel 60 des Wirbelstromsensors 58 ist durch die rohrförmige Sensorhalterung 56 und die Aufnahme 48 für die Schraubenfeder 54 nach außen geführt und an eine in der
Figur nicht dargestellte Auswerteeinrichtung angeschlossen.
In der Figur ist links von dem Kopf 24 noch ein elektromagnetisch betätigbares Entleerungsventil 62 montiert, durch welches das Prüffluid aus der Messkammer 45 abgeführt werden kann. Außerdem ist links vom zentralen Körper 12 ein Gleichdruckventil 64 montiert, welches auch bei sehr unterschiedlichen Gasdrücken unterhalb des Kolbens 40 für eine nahezu vom Gasdruck unterhalb des Kolbens 40 unabhängige Entleerungsrate der Messkammer 45 sorgt, wenn das elektromagnetisch betätigbare Enteleerungsventil 62 geöffnet ist.
Eine weitere Funktion des Gleichdruckventils 64 besteht darin, den Druck in einer radial um den Kolben umlaufenden Nut (ohne Bezugszeichen) im Einsatz 20 auf einen geringfügig niedrigeren Druck als in der Messkammer 45 einzuregeln. Durch die definierte geringe Druckdifferenz zwischen der Messkammer 45 und der Nut werden Spaltleckagen zwischen dem Kolben 40 und dem Einsatz 20 nahezu konstant und darüber hinaus sehr klein gehalten. Die Größe dieser nahezu konstanten kleinen Leckage wird softwaremässig in der Auswerteeinrichtung erfasst . Des Weiteren wird durch das Gleichdruckventil 64 der "Gasverbrauch" der Vorrichtung 10 reduziert, wenn die Vorrichtung 10 mit einem höheren Gasdruck unter dem Kolben 40 als dem Umgebungsluftdruck betrieben wird.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 10 zur Messung der Einspritzmenge eines Einspritzsystems 32 arbeitet folgendermaßen:
Über die Hochdruck-Prüffluidversorgung wird dem Einspritzsystem 32 und seiner Einspritzdüse 33 Prüffluid (nicht dargestellt) zugeführt und über den Spritzdämpfer 34 in die ebenfalls mit Prüffluid gefüllte Messkammer 45 eingespritzt. Durch den Spritzdämpfer 34 wird verhindert, dass die Einspritzstrahlen direkt auf die Oberseite des Kolbens 40 treffen. Ein direktes Auftreffen der Einspritzstrahlen auf den Kolben 40 könnte diesen in Schwingungen versetzen, welche nicht dem tatsächlichen Verlauf der Einspritzung entsprechen. Durch die Einspritzung von Prüffluid in die Messkammer 45 erhöht sich das Prüffluidvolumen in der Messkammer 45. Das zusätzlich in die Messkammer 45 gelangende Volumen beschleunigt den Kolben 40 nach unten gegen die Kraft der Schraubenfeder 42 und den Gasdruck unterhalb des Kolbens 40. Hierdurch verändert sich der Abstand zwischen der Unterseite des Kolbens 40 und dem Wirbelstromsensor 58.
Diese Veränderung des Abstandes zwischen dem
Wirbelstromsensor 58 und der Unterseite des Kolbens 40 wird vom Wirbelstromsensor 58 auf folgende Art und Weise erfasst: Der Wirbelstromsensor 58 umfasst unter anderem eine nicht dargestellte Wicklung. An die Wicklung ist ein magnetisches Wechselfeld angelegt. Die Feldlinien dieses magnetischen Wechselfelds dringen in die untere
Begrenzungswand bzw. den Boden des geschlossenen Kolbens 40 ein. Durch das magnetische Wechselfeld werden in diesem Boden des Kolbens 40 Wirbelströme erzeugt.
Diese Wirbelströme im Boden des Kolbens 40 nehmen mit geringerem Abstand zwischen dem Wirbelstromsensor 58 und dem Boden des Kolbens 40 zu. Auf der Eingangsseite der Wicklung des Wirbelstromsensors 58 haben diese Änderungen der Wirbelströme Änderungen der komplexen Eingangsimpedanz zur Folge. Diese Änderungen werden in der Auswerteeinheit messtechnisch ausgewertet und hieraus eine Strecke bestimmt, über die sich der Kolbenboden und damit auch der Kolben 40 bewegt hat.
Um eine möglichst geringe Eindringtiefe des magnetischen Wechselfeldes in den Boden des Kolbens 40 realisieren zu können, was wiederum den Bau eines Kolbens 40 mit geringer Wandstärke und somit geringer Masse erlaubt, ist es vorteilhaft, einerseits ein Wechselfeld mit hoher Frequenz zu verwenden und andererseits ein Material für den Kolben bzw. den Kolbenboden zu verwenden, welches eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Gleichzeitig sollte das Material selbst natürlich möglichst leicht sein. Dies ist z.B. bei Aluminium der Fall.
Bei der Vorrichtung 10 können somit die bei einer Einspritzung zu bewegenden Teile im Hinblick auf ihre Masse möglichst klein gehalten werden. Eine Bewegung zusätzlicher Komponenten der Erfassungseinrichtung ist nicht erforderlich. Aufgrund dieser geringen bewegten Masse kann der Kolben 40 dem von der Einspritzdüse 33 eingespritzten Prüffluidvolumen im Wesentlichen unmittelbar folgen. Somit sind auch kleinste Einspritzmengen sowie unmittelbar aufeinander folgende Teileinspritzungen innerhalb einer Gesamteinspritzung mit hoher Genauigkeit messbar. Darüber hinaus sind die auftretenden Schwingungen des Kolbens 40 geringer und klingen auch schneller ab.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Messung der Einspritzmenge von Einspritzsystemen dargestellt. Solche Komponenten, welche funktionsäquivalent sind zu Teilen, die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben und dargestellt worden sind, tragen in Figur 2 die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert . Der Einfachheit halber wird nur auf einige Unterschiede der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung 10 zu der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung 10 ausführlicher eingegangen:
Zunächst ist festzuhalten, dass der Kolben 40 in Figur 2 nicht geschlossen ist, sondern auf seiner Unterseite offen ist. In diese Öffnung ist, koaxial zum Kolben 40 und zur Stufenbohrung 18, ein Zentralrohr 66 eingeführt. Das Zentralrohr 66 erstreckt sich vom unteren Randbereich des Kolbens 40 senkrecht nach unten bis etwa auf Höhe des Zwischenstücks 44.
Neben dem Zentralrohr 66, also außerhalb der Mittelachse der Stufenbohrungen 18, 26 und 46, ist ein Referenzrohr 68 vorgesehen, dessen Längsachse parallel zur Längsachse des Zentralrohrs 66 verläuft. Das Referenzrohr 68 erstreckt sich ebenfalls vom Zwischenstück 44 bis zum unteren Rand eines Hohlraums 70, der im zentralen Körper 12 vorgesehen ist und nach oben hin durch ein Zylinderteil 71 begrenzt wird, welches in die Stufenbohrung 18 im zentralen Körper 12 eingesetzt ist. Unter dem Zwischenstück 44 befindet sich eine Glasscheibe (ohne Bezugszeichen) , welche von einem ringförmigen Halter 48 gehalten wird. Diese Glasscheibe ermöglicht es, im Hohlraum 70 einen anderen Druck als in der Umgebung einzustellen.
Die Grundplatte 16 hat bei der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung 10 eine mittige Öffnung 72 und auf die Oberseite der Grundplatte 16 ist ein als Steg ausgeführter Halter 74 aufgeschraubt. Von diesem Halter 74 werden wiederum die Enden zweier faseroptischer Lichtleiter 76 und 78 gehalten. Die Enden der Lichtleiter 76 und 78 sind dabei so ausgerichtet, dass das eine Ende koaxial zum Zentralrohr 66 und das andere Ende koaxial zum Referenzrohr 68 ist. Die in Figur 2 nicht sichtbaren anderen Enden der beiden Lichtleiter 76 und 78 sind über verschiedene optische Bauelemente mit einer Laserlichtquelle sowie der weiteren Sensorik und Auswertelektronik eines Laser-Doppler- Vibrometers verbunden.
Dabei verläuft der vom Lichtleiter 78 übertragene und an seinem Ende austretende Laserstrahl koaxial zum Zentralrohr 66 und trifft auf die Unterseite der oberen Begrenzungswand des Kolbens 40. Der entsprechende Laserstrahl, welcher am Ende des Lichtleiters 76 austritt, ist koaxial zum Referenzrohr 68 und strahlt gegen die Unterseite des Zylinderteils 71. Der vom Kolben 40 reflektierte Messstrahl und der vom Zylinderteil 71 reflektierte Referenzstrahl werden in der optischen Einrichtung überlagert.
Bei dieser Überlagerung entsteht eine Intensitätsmodulation, deren Frequenz proportional zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Messobjekts ist. Um die Bewegungsrichtung erkennen zu können, wird ein akustooptischer Modulator, eine sog. Braggzelle verwendet. Aus der Geschwindigkeit des Kolbens 40 kann der vom Kolben 40 bei einer Einspritzung durch die Einspritzdüse 33 zurückgelegte Weg bestimmt werden, aus dem wiederum die «
- 13 - Menge an eingespritztem Prüföl ermittelt werden kann.
Die Messgenauigkeit eines Laser-Doppler-Vibrometers ist sehr hoch, so dass auch kleinste Einspritzmengen sicher erfasst werden können. Dabei ist die Masse, die bei einer Einspritzung zu bewegen ist, sehr klein, da der Kolben 40 zum einen offen ist und zum anderen die berührungslose Messeinrichtung keine zusätzlichen Teile am Kolben 40 erfordert. Es versteht sich dabei, dass auch ein Einpunkt- Doppler-Laser-Vibrometer verwendet werden könnte.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Kolben eine Elektrode eines Kondensators . In diesem Fall könnte aus der Kapazitätsänderung, welche bei einer Bewegung des Kolbens 40 eintritt, auf die vom Kolben 40 zurückgelegte Wegstrecke und hieraus ebenfalls wieder auf die eingespritzte Fluidmenge geschlossen werden. Auch eine Ausbildung der Erfassungseinrichtung mit einem Laser- Triangulationsgerät ist möglich. Ebenso ist ein Laser- Interferometer einsetzbar.
Es sei an dieser Stelle ebenfalls ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch eine Vorrichtung vorstellbar ist, bei der mehrere, unterschiedliche berührungslose Erfassungseinrichtungen an demselben Kolben eingesetzt werden. Hierdurch ist es möglich, die Funktion der Vorrichtung zu überwachen. Darüber hinaus können die unterschiedlichen Erfassungseinrichtungen sich gegenseitig kalibrieren und systemspezifische Fehlergrößen ausgefiltert werden.. Hierdurch ist nochmals eine erhebliche Verbesserung der Messgenauigkeit möglich.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Messen der Einspritzmenge von
Einspritzsystemen (32) insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer (45) , einer Verbindungseinrichtung (28) , durch die mindestens ein Einspritzsystem (32) mit der Messkammer (45) druckdicht verbindbar ist, mit einem Kolben (40), der mindestens bereichsweise die Messkammer (45) begrenzt, und mit einer Erfassungseinrichtung (58) , die eine Bewegung des Kolbens (40) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (58) berührungslos arbeitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (58) keine mit dem Kolben (40) verbundenen Teile aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung kapazitiv arbeite .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben oder ein Teil des Kolbens eine Elektrode eines Kondensators bildet .
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung induktiv arbeitet und insbesondere einen Wirbelstromsensor (58) umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung nach dem Laser-Triangulationsverfahren arbeitet.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung ein Laser-Interferometer umfasst.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung ein
Laser-Doppler-Vibrometer umfasst .
9. Verfahren zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzsystemen (32) insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, bei dem ein
Prüffluid von einem Einspritzsystem (32) in eine Messkammer (45) eingespritzt wird und die durch die Einspritzung bewirkte Bewegung eines durch eine Wand der Messkammer (45) hindurchgeführten Kolbens (40) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Kolbens (40) berührungslos erfasst wird.
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