DE10104798A1 - Messvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids und/oder eines Einspritzmengenverlaufs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids und/oder eines Einspritzmengenverlaufs mit einem Messkopf, der eine volumenveränderliche Messkammer, eine Eintrittsöffnung auf einen Eintritt des Fluids in die Messkammer und eine Ausgangsöffnung für einen Austritt des Fluids aus der Messkammer aufweist, und mit einer Messeinrichtung zum Messen einer Volumenänderung der Messkammer als Maß für die Einspritzmenge bzw. den Einspritzmengenverlauf. Die Messvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf mit der Messkammer dem Ventil vorgeschaltet ist und dass der Messkopf zum Beschicken des Ventils mit dem Fluid ausgebildet ist. DOLLAR A In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids und/oder eines Einspritzmengenverlaufs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Ver­ fahren zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids und/oder eines Einspritzmengen­ verlaufs.

Einspritzmengenmessgeräte sind, insbesondere in der Kraft­ fahrzeugtechnik, seit längerem bekannt und spielen bei der Entwicklung und Prüfung von Einspritzventilen eine wichtige Rolle. Die messtechnische Erfassung einer Einspritzmenge und insbesondere eines Einspritzmengenverlaufs während einer einzigen oder mehreren aufeinanderfolgenden Einspritzungen ist für die Untersuchung und Optimierung von Brennverläufen in Verbrennungskraftmaschinen von großer Bedeutung.

Bekannt ist eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids und/oder eines Einspritzmengenverlaufes mit einem Messkopf, der eine volumenveränderliche Messkammer, eine Eintritts­ öffnung für einen Eintritt des Fluids in die Messkammer und eine Ausgangsöffnung für einen Austritt des Fluids aus der Messkammer aufweist, und mit einer Messeinrichtung zum Be­ stimmen einer Volumenänderung der Messkammer als Maß für die Einspritzmenge bzw. den Einspritzmengenverlauf.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids und/oder eines Einspritzmengenverlaufs bekannt, wobei ein Ventil auf einer Zulauf seite mit dem Fluid beaufschlagt wird, das Ven­ til für einen definierten Zeitraum offen gestellt wird, eine Einspritzmenge des Fluids durch das offene Ventil hin­ durchtritt und die Einspritzmenge eine Volumenänderung einer veränderlichen Messkammer eines Messkopfes bewirkt und wobei die Volumenänderung der Messkammer mit einer Messeinrichtung als ein Maß für die Einspritzmenge des Fluids bestimmt wird.

Diese Messgeräte sind vorwiegend für Untersuchungen an Dieseleinspritzventilen konzipiert und werden auslaufsei­ tig am Ventil angeordnet, um den vom Ventil austretenden Kraftstoff in einer Messkammer zu sammeln.

Hierbei ist in der Messkammer ein schwimmender passiver Kolben geführt, der durch den zufließenden Kraftstoff verschoben wird. Die Verschiebung wird durch einen Weg­ sensor aufgezeichnet und ermöglicht somit die Messung der zugeflossenen Menge. Um eine einwandfreie Funktion zu ge­ währleisten und um Fehlmessungen zu vermeiden, muss die Messkammer vollständig mit dem Kraftstoff gefüllt sein. Weiterhin wird zur Vermeidung eines Überschwingens die Rückseite des Kolbens mit einem für jeden Anwendungsfall einzujustierenden Überdruck beaufschlagt. Hierzu wird üb­ licherweise ein Gas verwendet. Wenn der Kolben das Mess­ kammerende erreicht hat, die Messkammer also vollständig mit Fluid gefüllt ist, muss die Messkammer durch ein Ab­ lassventil geleert werden.

Im Unterschied zur realen Betriebssituation im Verbren­ nungsmotor, wo das Fluid in eine mit Gasdruck gefüllte Kam­ mer eingespritzt wird, erfolgt bei den bekannten Messvor­ richtungen eine Abspritzung in eine flüssigkeitsgefüllte und mit Druck beaufschlagte Messkammer. Es kommt somit bei dem bekannten Verfahren zu Rückwirkungen der Messvorrich­ tung auf das Abspritzverhalten des zu untersuchenden Ven­ tils. Die hieraus resultierenden Unterschiede gegenüber der realen Betriebssituation können für ein Dieseleinspritzven­ til mit einem Einspritzdruck zwischen 300 bis über 2000 bar tolerierbar sein. Wünschenswert ist für den Entwickler je­ doch immer eine möglichst exakte Nachbildung der Situation am Verbrennungsmotor. Dies ist insbesondere bei strahlge­ führten Benzinhochdruckeinspritzventilen der Fall, deren rotierender Strahlkegel beim Eintauchen in eine Flüssig­ keitskammer vollständig zerstört würde und bei welchen durch den Gegendruck in der Messkammer erhebliche Rückwir­ kungen auf die Abspritzmengen verursacht werden.

Aber auch bei Dieseleinspritzventilen der neuesten Gene­ ration mit mehreren Einspritzungen während eines einzigen Verbrennungsvorgangs stoßen die bekannten Systeme an Gren­ zen, da die passive zu bewegende Masse des Kolbens einen nicht zu vernachlässigenden Fehlerfaktor darstellt. Die Masse des Kolbens muss gegen den auf seiner Rückseite herrschenden Gegendruck zu Beginn des Einspritzvorganges beschleunigt und wieder abgebremst werden. Die dabei auf­ tretenden Beschleunigungen können bis etwa dem tausendfa­ chen der Erdbeschleunigung entsprechen, wodurch selbst für geringe Kolbenmassen bereits äußerst große Kräfte zur Be­ schleunigung oder Bremsung benötigt werden. Diese Kräfte können nur durch den Differenzdruck zwischen Messkammer und der gasbefüllten Dämpferkammer erzeugt werden. Eine Erhöhung des Differenzdrucks kann aber nur durch einen weiteren Druckanstieg in der Messkammer zu Beginn der Beschleuni­ gungsphase, d. h. nach Öffnen des Einspritzventils, sowie durch ein eventuelles Überschwingen des Kolbens zu Beginn der Bremsphase, d. h. bei Schließbeginn des Einspritzven­ tils, erzeugt werden. Beide Effekte beeinflussen jedoch das Abspritzverhalten des zu untersuchenden Ventils und führen somit zu einer unerwünschten Verfälschung der gemessenen Einspritzmenge und/oder des gemessenen Einspritzmengenver­ laufs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mit welchen eine von einem Ventil abgegebene Einspritzmenge eines Fluids und/oder ein Einspritzmengenverlauf äußerst präzise bestimmt werden kann. Die Messvorrichtung und das Verfahren sollen weiterhin möglichst wenig systematische Fehlerquel­ ledn aufweisen und die Untersuchung von Ventilen in einer einer realen Betriebssituation möglichst nahekommenden Messsituation ermöglichen.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Messvorrich­ tung nach Patentanspruch 1 und verfahrensmäßig durch das Verfahren nach Patentanspruch 22 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Messvorrichtung und vor­ teilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Un­ teransprüchen beansprucht.

Eine Messvorrichtung der oben angegebenen Art ist erfin­ dungsgemäß dadurch weitergebildet, dass der Messkopf mit der Messkammer dem Ventil vorgeschaltet ist und dass der Messkopf zum Beschicken des Ventils mit dem Fluid ausgebil­ det ist.

Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass zur Bestimmung einer von einem Ventil abgegebenen Ein­ spritzmenge eines Fluids eine volumenveränderliche Messkam­ mer nicht ablaufseitig sondern vielmehr zulaufseitig an dem zu untersuchenden Ventil angeordnet wird.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass eine Rückwirkung einer mit einem Gegendruck beauf­ schlagten Messkammer auf das Abspritzverhalten des zu un­ tersuchenden Ventils praktisch ausgeschlossen und somit ei­ ne wesentliche systematische Fehlerquelle ausgeschaltet ist. Auf diese Weise können Ventile, insbesondere auch strahlgeführte Benzinhochdruckeinspritzventile mit ro­ tierendem Strahlkegel in einer realen Betriebssituation untersucht werden und eine Einspritzmenge und/oder ein Ein­ spritzmengenverlauf kann äußerst genau bestimmt werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Messkammer in einem Gehäuse als zylindrische Bohrung ausgebildet, in welcher ein erstes Ende eines Kolbens beweglich geführt ist. Die volumetrische Messung, d. h. die Bestimmung einer Volumenänderung der Messkammer kann dadurch auf eine Messung der Kolbenbewegung zurückgeführt werden.

Zweckmäßig ist daher, dass die Messeinrichtung als Wegauf­ nahmeeinrichtung für den Kolben ausgebildet ist, wobei aus der Wegaufnahmeeinrichtung insbesondere ein elektrisches Wegsignal auslesbar ist. Eine differenzielle Einspritzmen­ ge dQ eines Fluids ergibt sich dann als Produkt einer Quer­ schnittsfläche des A des Kolbens und einer differenziellen Wegänderung dS. Eine gesamte während eines Zyklus von dem zu untersuchenden Ventil abgegebene Einspritzmenge des Fluids kann durch Integration von dQ gewonnen werden. Einen Einspritzmengenverlauf erhält man durch Bestimmung der Kol­ bengeschwindigkeit ds/dt.

Ein Kolbenverschub und damit eine Volumenänderung der Mess­ kammer lässt sich besonders genau bestimmen, wenn die Wegaufnahmeeinrichtung als Triangulationslasern oder LVDT- Sensor ausgebildet ist.

Zur möglichst realistischen Nachbildung der Situation am Verbrennungsmotor ist es weiterhin bevorzugt, dass ein zweites Ende des Kolbens mit einer Druckeinrichtung ver­ bunden ist, durch welche ein in der Messkammer befindli­ ches Fluid über den Kolben mit einem definierten Druck be­ aufschlagbar ist. Die Druckeinrichtung kann einen Druck­ übersetzer aufweisen. Dies kann grundsätzlich eine Doppel­ kolben-Zylindereinheit sein.

In einer konstruktiv einfachen Realisierung kann die Druck­ einrichtung dabei als Membran- oder Faltenbalg ausgebildet sein, welcher mit einem Druckmedium füllbar ist, wobei eine erste Stirnseite des Membran- oder Faltenbalgs an einem fest montierten Sockel fixiert ist und wobei sich eine wei­ tere Stirnseite im Wirkeingriff mit dem zweiten Ende des Kolbens befindet.

Die Wegaufnahmeeinrichtung kann dabei innerhalb des Mem­ bran- oder Faltenbalgs angeordnet sein, wodurch sich ein kompakter und wenig fehleranfälliger Aufbau ergibt.

Besonders bevorzugt ist weiterhin eine Ausgestaltung der Messvorrichtung, bei welcher eine Querschnittsfläche des Membran- oder Faltenbalgs um ein Vielfaches größer als eine Querschnittsfläche des ersten Endes des Kolbens ausgebil­ det ist und bei welcher auf diese Weise eine Drucküber­ setzung im Verhältnis der Querschnittsfläche des Membran- oder Faltenbalgs zur Querschnittsfläche des ersten Endes des Kolbens erzeugbar ist. Durch diese Druckübersetzung können in dem dem zu untersuchenden Ventil vorgeschalte­ ten Messkopf Drücke bis zu einigen 100 bar mit geringem konstruktiven Aufwand bereitgestellt werden.

Der Innendruck des Balgs wirkt somit über den Kolben auf die Flüssigkeitssäule in der Messkammer, die das zu unter­ suchende Einspritzventil versorgt.

Da der zulaufseitige Druck des Fluids eine wesentliche ein­ zustellende Größe darstellt, ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, dass eine mit der Messkammer leitend verbundene Druckmonitoröffnung für den Anschluss eines ersten Druck­ messgerätes zur Bestimmung eines Drucks in der Messkammer vorgesehen ist.

Um definierte Messbedingungen zu erhalten, kann es erwünscht sein, die Messkammer zwischen verschiedenen Mes­ sungen mit Fluid zu spülen. Hierzu kann eine mit der Mess­ kammer leitend verbundene Spülöffnung zum Spülen der Mess­ kammer vorgesehen sein. Durch kontinuierliches Spülen der Messkammer im Leerlauf kann zum einen eine gute Entlüftung und zum anderen eine gute Temperierung, d. h. eine gute ther­ mische Stabilität erzielt werden.

Zur Bereitstellung eines Fluids kann eine Druckerzeugungs­ einrichtung vorgesehen sein, welche gemeinsam mit dem Mess­ kopf auf einer Zulaufseite des Ventils angeordnet ist. Die Druckerzeugungseinrichtung kann dabei konstruktiv einfach ausgelegt sein, da ein definierter Druck des Fluids in der Messkammer bereits durch den oben beschriebenen Membran- oder Faltenbalg als Druckeinrichtung bereitgestellt werden kann.

Zur Nachbildung von realen Gegebenheiten in einem Verbren­ nungsmotor kann außerdem vorgesehen sein, dass eine Ablauf­ seite des Ventils in eine Austrittskammer mündet, welche definiert mit Über- oder Unterdruck beaufschlagbar ist. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vor­ richtungen und Verfahren gelangt also das Fluid nach Durch­ tritt durch das Ventil in eine Austrittskammer in welcher die Gegebenheiten einer realen Betriebssituation nachge­ bildet sind.

Zur Einstellung eines definierten Drucks in der Austritts­ kammer kann eine weitere Druckerzeugungseinrichtung vorge­ sehen sein. Hierbei kann es sich um einfache Druckdösen ab­ er auch um einfache Vakuumpumpen, wie etwa Drehschieberpum­ pen, handeln.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Auf­ nahme der Ablaufseite des Ventils ein Ventilsockel vorgese­ hen, an welchem die Austrittskammer angeordnet ist. Dieser Aufbau bildet die Basis für eine weitere Ausgestaltung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein Be­ schleunigungssensor mit dem Ventilsockel in Wirkverbindung steht, wobei aus dem Beschleunigungssensor insbesondere ein elektrisches Beschleunigungssignal auslesbar ist. Da beim Öffnen und Schließen eines zu untersuchenden Ventils immer Massen bewegt, d. h. beschleunigt werden müssen, stellt die von dem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigung ei­ nen sehr empfindlichen Parameter für den Stellzustand des Ventils dar.

Es kann für den Ventilsockel und/oder für den Messkopf außerdem eine Hubeinrichtung vorgesehen sein. Ein zu untersuchendes Ventil kann dann präzise in den Messkopf und/oder den Ventilsockel eingesetzt werden.

Zur Automatisierung des Messprozesses ist bevorzugt eine Ansteuereinrichtung zum elektrischen Ansteuern des Ventils vorgesehen, wobei ein Stellzustand des Ventils insbesonde­ re durch ein elektrisches Ventilsignal abfragbar ist.

In dieser Hinsicht ist es weiterhin zweckmäßig, wenn zum Verschließen von Eingangsöffnung und/oder Spülöffnung ein Eingangsventil und/oder ein Spülventil vorhanden ist, wobei insbesondere elektrisch steuerbare und/oder abfragbare Ven­ tile vorgesehen sein können. Beispielsweise können hierfür elektropneumatische oder elektrohydraulische Ventile ein­ gesetzt werden.

Zur raschen Wiederbefüllung der Messkammer mit einem Fluid kann das Eingangsventil dabei als schnellschaltendes Hoch­ druckventil ausgebildet sein.

Um eine möglichst breite Informationsgrundlage über eine Einspritzmenge und/oder einen Einspritzmengenverlauf zu gewinnen, können an verschiedenen Stellen Druckmessgeräte eingesetzt werden.

Zum einen kann ein erstes Druckmessgerät, aus welchem ins­ besondere ein erstes elektrisches Drucksignal auslesbar ist, zur Bestimmung eines Drucks in der Messkammer an dem Messkopf angeschlossen sei.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann ein zweites Druck­ messgerät, aus welchem insbesondere ein zweites elektri­ sches Drucksignal auslesbar ist, zur Bestimmung eines Drucks des Druckmediums in dem Membran- oder Faltenbald vorgesehen sein.

Schließlich kann es zur Verifizierung der in der Austritts­ kammer vorliegenden Bedingungen zweckmäßig sein, dass ein drittes Druckmessgerät, aus welchem insbesondere ein drit­ tes elektrisches Drucksignal auslesbar ist, zur Bestimmung eines Drucks in der Austrittskammer vorgesehen ist.

Zur effektiven Durchführung der Messungen und für eine ef­ fektive nachfolgende Aufbereitung der gewonnenen Daten ist vorzugsweise eine Rechnereinrichtung zum Regeln von Messparametern und/oder zur Datenaufnahme und/oder -verar­ beitung vorgesehen ist.

Das Verfahren der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass das Fluid zunächst über eine in den Messkopf vorgesehene Eingangsöffnung in die Messkam­ mer geleitet wird, dass das Fluid aus der Messkammer des Messkopfes in das Ventil eingeleitet wird und dass dabei die Volumenänderung der Messkammer bewirkt wird, so dass die Bestimmung der Einspritzmenge des Fluids bzw. des Ein­ spritzmengenverlaufs auf einer Zulaufseite des Ventils er­ folgt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens wird zur Bestimmung des Einspritzmengenverlaufs des Fluids die Volumenänderung der Messkammer mit hoher Abtastrate be­ stimmt.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vor­ richtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung erläutert.

In dieser Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Mess­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine wesentliche Komponente der in der Fig. 1 dargestellten Messvorrichtung 10 zur Bestimmung einer von einem Ventil 12 abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids 14 und/oder eines Einspritzmengenverlaufs ist ein Messkopf 16, mit einem Gehäuse 17 und einer darin als zentrale zylindrische Boh­ rung ausgebildeten Messkammer 18.

In der Messkammer 18 ist ein erstes Ende 32 eines Kolbens 30 beweglich gelagert. Über ein Dichtelement 33 ist der Kol­ ben 30 nach außen geführt. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, den Kolben 30 in der Bohrung dichtend zu führen. Das Dichtelement 33 könnte dann entfallen.

Zum Eintritt des Fluids 14 in die Messkammer 18 ist eine Eingangsöffnung 20 vorgesehen, die ebenfalls als zylindri­ sche Bohrung ausgebildet ist. Eine Versorgungspumpe als Druckerzeugungseinrichtung 13 zur Bereitstellung eines Fluids 14 ist gemeinsam mit dem Messkopf 16 auf einer Zu­ laufseite 26 des Ventils 12 angeordnet und mit der Ein­ gangsöffnung 20 über eine Zulaufleitung 78 leitend verbun­ den. Die Zulaufleitung 78 ist über ein pneumatisches oder hydraulisches Eingangsventil 80 verschließbar.

Der Messkopf 16 ist weiterhin mit einer Ausgangsöffnung 22 für einen Austritt des Fluids aus der Messkammer 18 verse­ hen, wobei an der Ausgangsöffnung 22 eine Ventilaufnahme 24 vorgesehen ist, welche speziell zur Verbindung mit der Zu­ laufseite 26 des Ventils 12 ausgebildet ist.

Schließlich ist an einer der Eingangsöffnung 20 gegenüber­ liegenden Seite des Messkopfs 16 eine wiederum als zylin­ drische Bohrung ausgeführte Spülöffnung 23 vorgesehen, die ebenfalls mit der Messkammer 18 in Verbindung steht. Ange­ schlossen an die Spülöffnung 23 ist eine Spülleitung 79, welche durch ein pneumatisches oder hydraulisches Spülven­ til 82 absperrbar ist.

Zur Überwachung eines Drucks in der Messkammer 18 ist außerdem in dem Messkopf 16 eine Druckmonitoröffnung 36 ausgebildet, an welcher ein erstes Druckmessgerät 38 ange­ ordnet ist. Dieses erste Druckmessgerät 38 zeichnet die während der Messungen auftretenden dynamischen Druckschwan­ kungen auf und liefert ein erstes Drucksignal 62, welches nach Verstärkung und A/D-Wandlung einer Rechnereinrichtung 100 zur Überwachung und Verarbeitung zugeführt wird.

Das zweite Ende 34 des Kolbens 30 befindet sich im kraft­ schlüssigen Eingriff mit einem Faltenbalg als Druckeinrich­ tung 44. Eine erste Stirnseite 48 des Faltenbalgs 44 ist an einem fest montierten Sockel 52 fixiert. Das zweite Ende 34 des Kolbens 30 liegt auf einer zweiten Stirnseite 50 des Faltenbalgs 44 an, so dass über ein in dem Faltenbalg 44 befindliches Druckmedium 46 eine definierte Kraft auf den Kolben eingestellt werden kann.

Zur Erzeugung eines definierten Drucks des Druckmediums 46 innerhalb des Faltenbalgs 44 steht eine dritte Druckerzeu­ gungseinrichtung 86 zur Verfügung, wobei der tatsächlich vorliegende Druck mit Hilfe eines zweiten Druckmessgeräts 40 überwacht werden kann. Ein von dem zweiten Druckmess­ gerät 40 geliefertes zweites Drucksignal 64 wird ebenfalls der Rechnereinrichtung 100 zur Protokollierung und Weiter­ verarbeitung zugeführt.

Zum Schutz vor Beschädigungen ist der empfindliche Falten­ balg 44 in einem weiteren Gehäuse 21 angeordnet.

Der Druck des Druckmediums 46 innerhalb des Faltenbalgs 44 wird durch das Verhältnis von einer effektiven Quer­ schnittsfläche des Faltenbalgs 44 zu einer effektiven Quer­ schnittsfläche des Kolbens 30 verstärkt, so dass der Druck des Fluids 14 innerhalb der Messkammer 18 um ein Vielfaches höher als der Druck des Druckmediums 46 innerhalb des Fal­ tenbalgs 44 sein kann.

Durch den Faltenbalg 44 wird somit ein Druck auf die in der Messkammer 18 stehende Kraftstoffsäule ausgeübt, der annä­ hernd proportional einerseits zum Druck des Druckmediums 46 im Faltenbald und andererseits proportional zum Verhältnis von effektiver Balgfläche zu effektiver Kolbenfläche ist. Durch die Regelung des Halgdruckes über das Druckmessgerät 40 kann somit der zur Messung gewünschte Druck des Fluids 14, insbesondere ein gewünschter Kraftstoffdruck in der Messkammer 18 erzeugt werden.

Als zentrale Messkomponente ist innerhalb des Faltenbalgs 44 ein hochdynamischer Wegsensor als Messeinrichtung 19 vorgesehen, mit welchem Verschübe des Zylinders 30 und da­ mit Volumenänderungen der Messkammer 18 mit hoher Genauig­ keit bestimmt werden können. Der Wegsensor 19, bei dem es sich beispielsweise um einen Triangulationslaser oder einen LVDT-Sensor handeln kann, liefert dabei ein elektrisches Wegsignal 60, welches zur Protokollierung und weiteren Aus­ wertung wiederum der Rechnereinrichtung 100 zugeführt wird.

In der in Fig. 1 gezeigten Situation ist ein zu untersu­ chendes Ventil 12 mit seiner Zulaufseite 26 in die Venti­ laufnahme 24 des Messkopfs 16 eingeführt, wobei die Mess­ kammer 18 vertikal über dem Einspritzventil angeordnet ist. Eine horizontale oder schräge Anordnung ist prinzipiell auch möglich.

Mit einer Ablaufseite 27 ist das Ventil 12 in einem Ventil­ sockel 55 aufgenommen, wobei die Ablaufseite 57 des Ventils 12 in eine Austrittskammer 54 mündet, welche definiert über eine weitere Druckerzeugungseinrichtung 56 mit einem Über- oder Unterdruck beaufschlagt werden kann. Die Austrittskam­ mer 54 ist dabei an einer dem Ventil 12 gegenüberliegenden Seite 57 des Ventilsockels 55 angeordnet. In der Austritts­ kammer 54 kann sich beispielsweise ein Austrittskegel 84 eines strahlgeführten Henzinhochdruckeinspritzventils in einer den realen Bedingungen sehr nahe kommenden Situation ausbilden. Eventuell in der Austrittskammer 54 befindlicher Kraftstoff kann über eine nicht dargestellte Ablaufbohrung am boden der Austrittskammer 54 entweichen.

Zur Verbreiterung der Informationsgrundlage für die Messung ist in dem Ventilsockel 55 ein Beschleunigungssensor 58 an­ gebracht, an welchen die beim Einspritzventil 12 auftreten­ den Stöße beim Öffnen und Schließen als Körperschall wei­ tergeleitet werden. Der Beschleunigungssensor 58 liefert ein elektrisches Beschleunigungssignal 68 welches nach ei­ ner A/D-Wandlung ebenfalls der Rechnereinrichtung 100 zur Protokollierung und Weiterverarbeitung zugeführt wird.

Von der Rechnereinrichtung 100, die auch als Prüfstands­ rechner bezeichnet wird, wird über eine Ansteuereinrichtung 51 ein Ansteuersignal 70 für das Ventil 12 ausgegeben und über eine geeignet Endstufe 71 verstärkt. Die Endstufe 71 weist einen Strommonitorausgang auf, dessen Stromsignal 72 der Rechnereinrichtung 100 als weitere Information über Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventils 12 zugeführt wird.

An der Austrittskammer 54 ist ein drittes Druckmessgerät 42 vorgesehen, mit welchem ein Druck innerhalb der Austritts­ kammer 54 überwacht und eine Druckregelung durchgeführt werden kann. Ein drittes Drucksignal 66 wird dabei ausgele­ sen und der Rechnereinrichtung 100 zur Protokollierung und weiteren Verarbeitung zugeführt.

Im Folgenden wird der Betrieb der Messvorrichtung bei einem konkreten Messvorgang beschrieben.

Zunächst wird der Messkopf 16 mit der Ventilaufnahme 24 auf das zu untersuchende Ventil 12 abgesenkt oder das Ventil 12 in die Ventilaufnahme 24 eingeführt. Anschließend wird mit Hilfe einer Hubeinrichtung 85 der Ventilsockel 55 angehoben und die Ablaufseite 27 des Ventils 12 in diesen eingeführt und abgedichtet. Die Ablaufseite 27 des Ventils 12, die au­ ch als Kraftstoffaustrittsöffnung bezeichnet werden kann, mündet dann in eine Austrittskammer 54, in welcher mit Hilfe der Druckerzeugungseinrichtung 56 ein definierter Über- oder Unterdruck eingestellt und mit dem Druckmess­ gerät 42 überwacht wird.

Die Messkammer 18 innerhalb des Messkopfes 16 wird nun mit Hilfe der Druckerzeugungseinrichtung 13 mit einem Fluid 14, beispielsweise mit einem Kraftstoffgemisch, beaufschlagt und der Faltenbalg 44 wird mit einem Druckmedium 46 unter Druck gesetzt, so dass sich innerhalb der Messkammer 18 ein definierter Druck des Fluids 14 ausbildet. Dieser Druck kann mit dem Druckmessgerät 38 mitgeschrieben werden. Das Ventil 12 befindet sich noch im geschlossenen Zustand.

Die Rechnereinrichtung 100 liefert sodann über die Ansteu­ ereinrichtung 51 ein Ansteuersignal 70 an das Ventil 12, welches daraufhin seinen Stellzustand ändert und sich öff­ net. Die im Ventil 12 auftretenden Stöße beim Öffnen und Schließen werden über den Ventilsockel 55 auf den Beschleu­ nigungssensor 58 übertragen und das aus dem Beschleuni­ gungssensor 58 ausgelesene Beschleunigungssignal 68 wird der Rechnereinrichtung 100 zugeführt. Nach Offenstellung tritt das Fluid 14 durch das Ventil 12 hindurch und auf der Ablaufseite 27 in Form eines typischen Austrittskegels 84 in die Austrittskammer 54 ein.

Mit dem Durchtritt des Fluids 14 durch das Ventil 12 ver­ ringert sich die Flüssigkeitssäule in der Messkammer 18 und der Faltenbalg 44 dehnt sich, so dass der Kolben 30 aktiv nachgeführt wird.

Der Faltenbalg 44 verhält sich somit wie eine gespannte Fe­ der und das Volumen der Messkammer 18 ändert sich entspre­ chend der aus dem Ventil 12 ausgetretenen Fluidmenge. Die Wegänderung des beweglichen Kolbens 30 wird dabei von dem oben beschriebenen hochdynamischen Wegsensor 19 als Mess­ einrichtung während des Einspritzvorgangs kontinuierlich mit hoher Abtastrate, aufgezeichnet. Aus der gewonnenen Weginformation kann durch Multiplikation mit der effektiven Querschnittsfläche des Zylinders 30 zum einen die gesamte während eines Öffnungszyklus abgegebene Fluidmenge sowie zum anderen auch ein Einspritzmengenverlauf bestimmt werden.

Am Ende einer Messung, die aus mehreren, aufeinanderfolgen­ den gleichen oder unterschiedlichen Einspritzungen bestehen kann, wird der Druck im Balg 44 reduziert. Die Messkammer 18 wird über das Eingangsventil 80, das auch als Füllventil bezeichnet werden kann, erneut mit Kraftstoff gefüllt, wo­ bei der Bald 44 wieder komprimiert wird. Das System ist be­ reit für eine neue Messung, nachdem das Füllventil 80 wie­ der geschlossen ist. Die Messkammer 18 kann im Leerlauf gespült werden, wodurch auch ein Betrieb mit temperierten Kraftstoffen (heiss oder kalt) ermöglicht wird.

Ebenfalls denkbar ist eine dynamische Wiederbefüllung des Messkreises durch ein schnellschaltendes Hochdruckventil, welche in der Off-Phase des Einspritzventillastzykluses stattfinden kann.

Der Prüfstandsrechner 100 ist verantwortlich für die Einre­ gelung des Prüfdruckes des Fluids 14 in der Messkammer 18 und generiert das Ansteuersignal 70 für das Einspritzventil 12. Weiterhin zeichnet der Prüfstandsrechner 100 während eines Einspritzvorgangs zeitgleich sämtliche oder einen Teil der folgenden Signale mit einer entsprechend schnellen Analogeingangskarte auf:

• - Stromsignal 72 des Ansteuersignales 70
• - Drucksignal 62 im Messkopf 16,
• - Beschleunigungssignale 68
• - Wegsignal 60 entsprechend einer Hubänderung des Balges.

Zur Synchronisation mit dem elektrischen oder mechanischen Start des Einspritzvorganges kann entweder das Ansteuersi­ gnal 70, das Stromsignal 72 des Ansteuersignals 70, das Be­ schleunigungssignal 68 und/oder das Drucksignal 62 des im Messkopf 16 befindlichen Drucksensors 38 verwendet werden.

Über den Prüfstandsrechner 100 können verschiedene Auswer­ tungsmöglichkeiten realisiert werden, die von der Auswer­ tung einer einzelnen Einspritzung mit konstanter Einspritz­ zeit und Periodendauer, oder über die eine beliebige Anzahl von Wiederholungen dieses Vorganges und deren statistischer Betrachtung reicht.

Schließlich errechnet der Prüfstandsrechner 100 Einspritz­ menge und Einspritzmengenverlauf und stellt diese als Gra­ fik dar.

Claims (31)

1. Messvorrichtung zur Bestimmung einer von einem Ventil (12) abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids (14) und/oder eines Einspritzmengenverlaufs mit
einem Messkopf (16), der eine volumenveränderliche Messkammer (18), eine Eintrittsöffnung (20) für einen Eintritt des Fluids (14) in die Messkammer (18) und
eine Ausgangsöffnung (22) für einen Austritt des Fluids (14) aus der Messkammer (18) aufweist, und mit
einer Messeinrichtung (19) zum Messen einer Volumen­ änderung der Messkammer (18) als Maß für die Ein­ spritzmenge bzw. den Einspritzmengenverlauf,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkopf (16) mit der Messkammer (18) dem Ventil (12) vorgeschaltet ist und
dass der Messkopf (16) zum Beschicken des Ventils (12) mit dem Fluid (14) ausgebildet ist.

2. Messvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (18) in einem Gehäuse (17) als zy­ lindrische Bohrung ausgebildet ist, in welcher ein er­ stes Ende (32) eines Kolbens (30) beweglich geführt ist.

3. Messvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ende (34) des Kolbens (30) mit einer Druckeinrichtung (44) verbunden ist, durch welche ein in der Messkammer (18) befindliches Fluid (14) über den Kolben (30) mit einem definierten Druck beauf­ schlagbar ist.

4. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (19) als Wegaufnahmeeinrich­ tung für den Kolben (30) ausgebildet ist, wobei aus der Wegaufnahmeeinrichtung insbesondere ein elektri­ sches Wegsignal (60) auslesbar ist.

5. Messvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegaufnahmeeinrichtung als Triangulationsla­ ser oder LVDT-Sensor ausgebildet ist.

6. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (44) als Membran- oder Fal­ tenbalg ausgebildet ist, welcher mit einem Druckmedium (46) füllbar ist, wobei eine erste Stirnseite (48) des Membran- oder Faltenbalgs an einem fest montierten Sockel (52) fixiert ist und wobei sich eine zweite Stirnseite (50) im Wirkeingriff mit dem zweiten Ende (34) des Kolbens (30) befindet.

7. Messvorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegaufnahmeeinrichtung innerhalb des Membran- oder Faltenbalgs angeordnet ist.

8. Messvorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Membran- oder Falten­ balgs um ein Vielfaches größer als eine Querschnitts­ fläche des ersten Endes (32) des Kolbens (30) ausge­ bildet ist und das auf diese Weise eine Drucküberset­ zung im Verhältnis der Querschnittsfläche des Membran- oder Faltenbalgs zur Querschnittsfläche des ersten En­ des (32) des Kolbens (30) erzeugbar ist.

9. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Messkammer (18) leitend verbundene Druckmonitoröffnung (36) für den Anschluss eines er­ sten Druckmessgeräts (38) zur Bestimmung eines Drucks in der Messkammer (18) vorgesehen ist.

10. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Messkammer (18) leitend verbundene Spülöffnung (23) zum Spülen der Messkammer (18) vorge­ sehen ist.

11. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablaufseite (27) des Ventils (12) in eine Austrittskammer (54) mündet, welche definiert mit Über- oder Unterdruck beaufschlagbar ist.

12. Messvorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines definierten Drucks in der Austrittskammer (54) eine weitere Druckerzeugungsein­ richtung (56) vorgesehen ist.

13. Messvorrichtung nach Patentanspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Ablaufseite (27) des Ventils (12) ein Ventilsockel (55) vorgesehen ist, an welchem die Austrittskammer (54) angeordnet ist.

14. Messvorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beschleunigungssensor (58) mit dem Ventilsockel (55) in Wirkverbindung steht, wobei aus dem Beschleunigungssensor (58) insbesondere ein elek­ trisches Beschleunigungssignal (68) auslesbar ist.

15. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuereinrichtung (59) zum elektrischen Ansteuern des Ventils (12) vorgesehen ist, wobei ein Stellzustand des Ventils (12) insbesondere durch ein elektrisches Ventilsignal (72) abfragbar ist.

16. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschließen von Eingangsöffnung (20) und/ oder Spülöffnung (23) ein Eingangsventil (80) und/oder ein Spülventil (82) vorhanden ist, wobei insbesondere elektrisch steuerbare und/oder abfragbare Ventile vor­ gesehen sind.

11. Messvorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsventil (80) als schnellschaltendes Hochdruckventil ausgebildet ist.

18. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Druckmessgerät (38), aus welchem ins­ besondere ein erstes elektrisches Drucksignal (62) auslesbar ist, zur Bestimmung eines Drucks in der Messkammer (18) an dem Messkopf (16) angeschlossen ist.

19. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Druckmessgerät (40), aus welchem ins­ besondere ein zweites elektrisches Drucksignal (64) auslesbar ist, zur Bestimmung eines Drucks des Druck­ mediums (46) in dem Falten- oder Membranbalg vorgese­ hen ist.

20. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Druckmessgerät (42), aus welchem ins­ besondere ein drittes elektrisches Drucksignal (66) auslesbar ist, zur Bestimmung eines Drucks in der Aus­ trittskammer (54) vorgesehen ist.

21. Messvorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnereinrichtung (100) zum Regeln von Messparametern und/oder zur Datenaufnahme und/oder -verarbeitung vorgesehen ist.

22. Verfahren zur Bestimmung einer von einem Ventil (12) abgegebenen Einspritzmenge eines Fluids (14) und/oder eines Einspritzmengenverlaufs, wobei
ein Ventil (20) auf einer Zulaufseite (26) mit dem Fluid (14) beaufschlagt wird,
das Ventil (12) für einen definierten Zeitraum offen gestellt wird,
eine Einspritzmenge des Fluids (14) durch das offene Ventil (12) hindurchtritt,
die Einspritzmenge eine Volumenänderung einer verän­ derlichen Messkammer (18) eines Messkopfes (16) be­ wirkt und
die Volumenänderung der Messkammer (18) mit einer Messeinrichtung als ein Maß für die Einspritzmenge des Fluids (14) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fluid (14) zunächst über eine in dem Mess­ kopf (16) vorgesehene Eingangsöffnung (20) in die die Messkammer (18) geleitet wird,
dass das Fluid (14) aus der Messkammer (18) des Messkopfes (16) in das Ventil (12) eingeleitet wird und
dass dabei die Volumenänderung der Messkammer (18) bewirkt wird, so dass die Bestimmung der Einspritz­ menge des Fluids (14) auf einer Zulaufseite (26) des Ventils (12) erfolgt.

23. Verfahren nach Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenänderung der Messkammer als Bewegung eines mit einem ersten Ende (32) in der Messkammer (18) geführten Kolbens (30) erfolgt.

24. Verfahren nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (30) an einem außerhalb der Messkammer (18) liegenden zweiten Ende (34) durch eine Druckein­ richtung (44) mit einem definierten Druck beaufschlagt wird.

25. Verfahren nach Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckeinrichtung (44) ein mit einem Druckme­ dium (46) gefüllter Membran- oder Faltenbalg verwendet wird.

26. Verfahren nach einem der Patentansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtung (19) eine Wegaufnahmeeinrich­ tung, insbesondere ein Triangulationslaser oder LVDT- Sensor, für den Kolben (30) verwendet wird.

27. Verfahren nach einem der Patentansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass über den Membran- oder Faltenbalg und den Kolben (30) eine Druckübersetzung von einem Druck im Inneren des Membran- oder Faltenbalgs zu einem Druck im Inne­ ren der Messkammer (18) durchgeführt wird.

28. Verfahren nach einem der Patentansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (14) nach Durchtritt durch das Ventil (12) in eine Austrittskammer (54) gelangt, welche, insbesondere zur Nachbildung von realen Gegebenheiten in einem Motor, mit einem definierten Luft- oder Gas­ druck beaufschlagt wird.

29. Verfahren nach einem der Patentansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (18) zwischen verschiedenen Mes­ sungen mit Fluid (14) gespült wird.

30. Verfahren nach einem der Patentansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (18) zwischen verschiedenen Mes­ sungen durch ein in einer Zulaufleitung angeordnetes schnellschaltendes Hochdruckventil wieder mit Fluid (14) gefüllt wird.

31. Verfahren nach einem der Patentansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Einspritzmengenverlaufs des Fluids (14) die Volumenänderung der Messkammer (18) mit hoher Abtastrate bestimmt wird.