DE3240622A1

DE3240622A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen einer durch eine brennstoff-einspritzvorrichtung eingespritzte einspritzmenge

Info

Publication number: DE3240622A1
Application number: DE19823240622
Authority: DE
Inventors: Shinzo Aichi Ito
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1982-11-03
Publication date: 1983-05-11
Anticipated expiration: 2002-11-04
Also published as: DE3240622C3; DE3240622C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer durch eine Brennstoff-Eínspritzvorrichtung eingespritzten Einspritz- 2 menge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer durch eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzten Einspritzmenge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Messen einer durch eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzten Einspritzmenge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Es ist bekannt, Brennstoff, welcher unter einen für das Einspritzen genügend hohen Druck gesetzt ist, der Brennstoff-Einspritzvorrichtung zuzuleiten, um die Einspritzmenge einer elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzvorrichtung bzw. einer elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzdüse zu messen. Eine vorgegebene Anzahl, beispielsweise 1000, Einspritz-Steuerimpulse werden an die Einspritzvorrichtung angelegt und Brennstoff, welcher durch die Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzt wird, wird in einem Meßzylinder gesammelt. Die auf diese Weise gesammelte Brennstoffmenge wird visuell oder mit einem Maßstab ge- messen. Die durchschnittlich pro Einspritzung eingespritzte Menge beispielsweise wird aus der Menge des gesammelten und gemessenen Betrages eingespritzten Brennstoffes berechnet.
Die pro Einspritzung eingespritzte Menge bei einer derartigen Brennstoff-Einspritzvorrichtung ist jedoch sehr klein, beispielsweise o;ool bis 0,1 cm3 bzw. etwa 0,7 bis 70 mg. Ferner ist die Einspritzdauer kurz, unter normalen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine 10 bis 100 msec lang. Aus diesem Grund ist es nahezu unmöglich die pro Einspritzung eingespritzte Brennstoffmenge einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung in Anbetracht der Antwortzeit (mehr als 1 Sekunde) und der Auflösung (10 mg) zu messen.
Der Maßstab bzw. die Skala für das Messen des gesammelten Brennstoffes unterliegt den Auswirkungen von Vibration und Luftströmung am Ort des Einbaus und weist auch bei 1000 Einspritzungen eine geringe Meßgenauigkeit auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit welchem mit hoher Genauigkeit eine kleine Durchflußmenge einer Flüssigkeit,wie beispielsweise der Strom von Brennstoff für eine Brennkraftmaschine, welcher von einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzt wird, gemessen werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zu schaffen, mit welcher mit hoher Präzision eine kleine Brennstoffmenge gemessen werden kann, die pro Einspritzung einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorríchtung zu schaffen, mit welcher ein Flüssigkeitsstrom aus einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung dauernd wirksam gemessen werden kann.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß ein in einer Gasdruckkammer eingestellter Gasdruck über einen Verdrängungskörper auf eine Meßkammer wirkt, welche mit zu messendem flüssigem Brennstoff gefüllt ist, und daß der Gasdruck ferner über den Verdrängungskörper auf eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung wirkt, die in Verbindung mit der Meßkammer steht. Eine Volumenabnahme der in der Meßkammer befindlichen Flüssigkeit infolge der Einspritzung der Flüssigkeit durch die Brennstoff-Einspritzvorrichtung wird aus der Verdrängung bzw. Lageveränderung des Verdrängungskörpers erkannt. Dementsprechend wird durch Verminderung der Schwankung des Brennstoff-Druckes, welcher auf die Brennstoff-Einspritzvorrichtung wirkt, sowie dadurch, daß der Verdrängungskörper der Einspritzung der Brennstoff-Einspritzvorrichtung folgt, eine Hochgeschwindigkeitsmessung des eingespritzten Brennstoffbetrages pro lGinheitsoperation und somit eine Hochgcschwindigkeitsmessung der Durchflußmenge des eingespitzten Brennstoffes erleichtert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten mehrerer Ausführungsforen der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer Einspritz-Durchflußmenge einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung; Fig. 2 eine Ansicht des Aufbaus der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung im einzelnen; Fig. 3 ein Blockdiagramm, welches eine in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungseinheit für arithmetische Berechnungen in detaillierterer Form zeigt; Fig. 4A bis 4F Zeitdiagramme für die Erläuterung des Meßvorganges der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung; Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Verdrängungskörpers für das Messen der Einspritzgeschwindigkeit einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung; Fig. 6A bis 6D Zeitdiagramme zur Erläuterung der Dauermessung der Einspritzgeschwindigkeit mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung; Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Fig. 8A bis 8E Zeitdiagramme zur Erläuterung der Betriebsart der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Meßanordnung für das Messen der Einspritzmenge einer elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzvorrichtung schematisch dargestellt. Ein Meßabschnitt 11 weist eine Gasdruckkammer 111, einen Verdrängungskörper 112 und eine Meßkammer 113 auf. Die Gasdruckkammer 111 und die Meßkammer 113 sind voneinander durch den Verdrängungskörper 112 getrennt. Gas aus einer Gas-Druckbeaufschlagungsvorrichtung, welche unter einen vorgegebenen Druck gebracht ist, wird zu der Gasdruckkammer 111 geleitet, um die Gasdruckkammer 111 auf den gleichen Druck zu bringen.
Brennstoff aus einer Brennstoff-Versorgungseinrichtung 14 wird zu der Meßkammer 113 über ein Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 geleitet. Die Meßkammer 113 wird durch den Verdrängungskörper 112 bestimmt, der entspre- end der Brennstoffmenge, welche zu der Meßkammer 113 geleitet wird, d. h., mit der Volumenänderung der Meßkammer 113,verschoben bzw. translatorisch bewegt wird. Die Bewegung des Verdrängungskörpers 112 wird durch ein Bewegungs-Erfassungselement oder einen Bewegungssensor 15 erfaßt. Ein Lageveränderungssignal, das den Betrag der Lageveränderung des Verdrängungskörpers 112 darstellt,und das von dem Verdrängungssensor 15 erzeugt wird, wird an eine Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen angelegt, um die Volumenänderung der Meßkammer 113 entsprechend dem Betrag der Verschiebung des Verdrängungskörpers 112 zu berechnen.
Eine elektromagnetische Brennstoff-Einspritzvorrichtung oder elektromagnetische Brennstoff-Einspritzdüse 17 ist auf der Meßkammer 113 befestigt. Wenn eine Anweisung zur Brennstoffeinspritzung von einem beispielsweise auch als Regel-Kreis ausgebildeten Steuerschaltkreis 18 angelegt wird, wird Brennstoff aus der Meßkammer 113 durch die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 eingespritzt.
Ensprechend der Anweisung bzw. dem Steuersignal zur Einspritzung von Brennstoff an die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 legt der Steuerschaltkreis 18 eine Betätigungsanweisung an die Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen an, um den Betrag der Verschiebung des Verdrängungskörpers 112 entsprechend einer Einspritzung zu erfassen. Die Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen berechnet dann die Volumenänderung der Meßkammer 113, d.h., die Brennstoff-Einspritzmenge aus der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17. Nachdem eine vorgegebene Anzahl von Einspritzungen gezählt sind, steuert die Steuereinheit 18 das Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13, um den Brennstoff in der Meßkammer 113 derart wieder aufzufüllen, daß das Volumen der Meßkammer 113 in zufriedenstellender Weise auf die Messung ansprechen kann. Die Steuerung des Wiederauffüllens von Brennstoff der Meßkammer 113 kann alternativ so durchgeführt werden1 daß mit dem Steuerschaltkreis 18 erfaßt wird, ob das Volumen der Meßkammer 113 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses des Verdrängungskörpers 112 unter einen vorgegebenen Wert gefallen ist, und daß ein Öfinungssignal an das Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 angelegt wird.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 weist die Gas-Druckbeaufschlagungsvorrichtung 12 einen Sticl6sto£Egas-Behälter oder eine Stickstoffgasflasche 121, eine Druckmindervorrichtung 122 für eine Druckabsenkung des von der Stickstoffgasflasche 121 zugeführten Gases und einen Druckregler 123 auf, mit welchem der Ausgangs-Gasdruck auf einem konstanten Wert gehalten wird. Das Stickstoffgas aus dem Druckes regler 123 wird zu der Gasdruckkammer 111 des Meßabschnittes durch eine Rohrleitung 20 geleitet.
Der Meßabschnitt 11 weist an einem unteren Bereich die Meßkammer 113 und ferner einen Brennstoffbehälter 115 auf, der einen Zylinder 114 aufweist, welcher vertikal oberhalb der Meßkammer 113 in dem Brennstoffbehälter 115 angeordnet ist. Der Zylinder 114 steht mit der Meßkammer 113 derart in Verbindung, daß er einen Teil derselben bildete Der Verdrängungskörper 112, der beispielsweise als Kolben ausgebildet ist, ist in den Zylinder 114 eingeführt. Der Bewegungs- bzw. Verdrängungskörper 112 ist zwischen einem oberen und einem unteren Anschlag 116 und 117, welche in einem oberen bzw. einem unteren Bereich des Zylinders 114 ausgebildet sind, hin- und herbeweglich. Die vertikale Position des Verdrängungskörpers 112 wird durch das Volumen des Brennstoffes 21 in der Meßkammer 113 festgelegt.
Die abgedichtete Gasdruckkammer 111 ist entsprechend der oberen Ausnehmung des Zylinders 114 des Brennstofibehälters 115 ausgebildet. Die Rohrleitung 20 steht mit der Gasdruckkammer 111 in Verbindung.
Der Bewegungssensor 15 ist an der oberen Oberfläche des Brennstoffbehälters 115 mittels eines Stützpfostens 151 in der Gasdruckkammer 111 befestigt. Der Bewegungssensor 15 weist einen beweglichen, schwerkraftbedingt anliegenden Kontaktkörper bzw. Anlagekörper 152 (free-dropping contact member) auf, der an der oberen Oberfläche des Verdrängungskörpers 112 anliegt. Somit wird der Anlagekörper 152 bei vertikaler Bewegung des Verdrängungskörpers 112 bewegt und der Betrag der Verschiebung des Anlagekörpers 152 wird durch den Bewegungssensor 15 erfaßt, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches den Betrag darstellt. Beispielsweise erzeugt der Bewegungssensor 15 Impulse mit einer Phasendifferenz von 900 entsprechend der Bewegung des Kontaktkörpers 152 nach oben und nach unten und entsprechend dem Betrag der Bewegung. Insbesondere wird ansprechend auf eine Bewegung um 0,1 jim des Anlagekörpers 152 ein Impuls erzeugt. Dieser Impuls ist als Aufwärts-Impuls oder als Abwärts-Impuls mit einer Phasendifferenz von 900 entsprechend der Aufwärts- bzw.
Abwärts-Bewegung des Anlagekörpers 152 ausgebildet. Der Aufwärts-Impuls oder der Abwärts-Impuls als ein Bewegungssignal wird durch einen Verstärker 22 verstärkt, geformt und an die Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen angelegt.
Der Aufbau des Bewegungssensors 15 ist nicht auf die oben beschriebene Ausbildung beschränkt, und verschiedene andere, an sich bekannte Ausbildungen können verwendet werden. Beispielsweise kann ein Ultraschall-Meßgeber oder ein Laser-Meßgeber für das Erfassen des Betrages der Verschiebung des Verdrängungskörpers 112 direkt ohne Anlagekörper verwendet werden. Anstelle dessen kann der Betrag der Verschiebung des Anlagekörpers 152 durch einen Differenzier-Umsetzer, einen Wirbelstrom-Bewegungssensor oder dergleichen erfaßt werden.
Die Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen empfängt einen Aufwärts-Impuls oder einen Abwärts-Impuls von dem Bewegungssensor 15 als ein Bewegungssignal, wie auch Zeitsteuersignale, die den Zeitpunkt des Startes und des Endes der Messung darstellen, aus dem Steuerschaltkreis 18. Entsprechend diesen Zeitsteuersignalen berechnet die Ausführungseinheit 16 eine Volumenänderung der Meßkammer 113, die dem erfaßten Betrag der Verschiebung des Anlagekörpers 152 entspricht. Die ermittelte Änderung wird digital durch eine Anzeigevorrichtung 23 angezeigt. Der Steuerschaltkreis 18 weist einen Brennstoffversorgungs-Steuerschalter 181 und einen Steuerschalter 182 für den Start der Messung auf. Bei Niederdrücken des Brennstoffversorgungs-Steuerschalters 181 durch eine Bedienperson legt der Steuerschaltkreis 18 ein Öffnungssignal an das Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 an Das Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 steht mit der Brennstoffversorgungseinrichtung 14 in Verbindung, die aus einem Brennstoff-Vorratsbehälter 141, einer Förderpumpe 142 und einem Druckregler 143 besteht. Wenn das Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 geöffnet wird, wird Brennstoff unter Druck zu der Meßkammer 113 geleitet. Die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 ist an der Meßkammer 113 befestigt, und Brennstoff wird zu der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 unter dem Druck der Gasdruckkammer 111 geleitet. Die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 wird durch ein Steuer signal aus dem Steuerschaltkreis 118 geöffnet, um zu der Meßkammer 113 geleiteten Brennstoff einzuspritzen.
Ein Luftauslaß-Absperrorgan 118 für das Ablassen von Luft aus der Meßkammer 113 nach außen ist in dem Zylinder 114, welcher den Verdrängungskörper 112 aufnimmt, angeordnet.
An dem oberen Totpunkt, an welchem der Verdrängungskörper 112 an dem oberen Anschlag 116 anliegt, steht das Luftauslaß-Absperrorgan 118 mit der Meßkammer 113 in Verbindung.
Ein Brennstoffablaß-Absperrorgan 119 für das Ablassen von Brennstoff, welcher durch den Verdrängungskörper 112 ausgelaufen ist, ist an der Gadruckkammer 111 angebracht.
In Fig. 3 ist der Grundaufbau der Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen bzw. Funktionen dargestellt.
Die Ausführungseinheit 16 weist eine Zählvorrichtung 160 auf, die die Aufwärts-Impulse oder die Abwärts-Impulse zählt, deren Anzahl den Betrag der Bewegung des Verdrängungskörpers 112 entspricht, welcher durch den Bewegungssensor 15 erfaßt wird. Die Zähldaten der Zählvorrichtung 160 werden durch eine Anzeigevorrichtung 161 angezeigt und auch zu einem ersten Speicher 162 geleitet. Die Speicherdaten 1'von+1 in dem ersten Speicher 162 werden zu einem zweiten Speicher 163 geleitet, und werden ferner zu einem Arithmetikfunktions-Schaltkreis 164 zusammen mit Speicherdaten "Vn" des zweiten Speichers 163 geleitet.
Die Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen weist ferner einen Operations-Steuerschaltkreis 165 auf, der eine Operationsanweisung von dem Steuerschaltkreis 18 empfängt. Der Operations-Steuerschaltkreis 165 legt Operationsanweisungen an den Arithmetikfunktions-Schaltkreis 164, Abspeicheranweisungen an den ersten und den zweiten Speicher 162 und 163 und eine Löschanweisung an die Zählvorrichtung 160. Der Operations-Steuerschaltkreis bzw. Funktionsablauf-Steuerschaltrkeis 165 empfängt numerische Daten N von einem Zahleneinstell-Schaltkreis 166, wobei N eine Zahl aus dem Bereich von 1 bis 9999 ist.
Operations- bzw. Arbeitsdaten qn aus dem Arithmetikfunktions-Schaltkreis 164 werden an einen Addierer/Speicher 167 angelegt, der eine Anweisung bzw. ein Signal von dem Operations-Steuerschaltkreis 165 empfängt. Summendaten "qn" aus dem Addier/Speicher 167 werden an einen Mittelwert-Berechnungsschaltkreis 168 zusammen mit den numerischen Daten aus dem Zahleneinstell-Schaltkreis 166 angelegt. Der Mittelwert-Berechnungsschaltkreis 168 berechnet den Mittelwert des Betrages von Brennstoff pro Einspritzung und der ermittelte Mittelwert "qn/N" wird durch die Anzeigevorrichtung 23 angezeigt.
In einer Durchflußmengen-Meßvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau werden die Funktionsabläufe für die Vorbereitung der Messung zunächst durchgeführt. Während dieser Vorbereitungen ist die Brennstoff-Einspritzvor- richtung 17 auf einem Befestigungsloch befestigt, welches mit der Meßkammer 113 in Verbindung steht; daraufhin wird der Brennstoffversorgungs-Steuerschalter 181 betätigt.
Dann wird ein Brennstoffversorgungs-Steuersignal zu dem Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 von dem Steuerschaltkreis 18 geleitet, um Brennstoff in die Meßkammer 113 unter einem Druck einzugeben, der durch den Druckregler 143 vorgegeben ist. Die Meßkammer 113 wird somit mit Brennstoff gefüllt, und der Verdrängungskorper 112 wird nach oben bewegt, bis er an den oberen Anschlag 116 anstößt Wenn das Luftauslaß-Absperrorgan 118 zu diesem Zeitpunkt geöffnet ist, wird Luft, die sich in der Meßkammer 113 befindet, abgelassen. Dieses Luftablassen kann weggelassen werden, wenn kein Gas in der Meßkammer 113 vorliegt. Das Volumen des Gases in der Meßkammer 113 kann durch den Betrag der Abwärtsbewegung des Verdrängungslcörpers 112 beim Schließen des Luft-Ablaßventiles 118 und des Brennstoffversorgungs-Absperrorganes 13 erfaßt werden. Die Elastizität der Luft ist erheblich größer als die der Flüssigkeit.
Daher kann die Volumenabnahme der Meßkammer 113 (welche durch das Luftvolumen bestimmt ist) infolge des Druckes P in der Gasdruckkammer 111 nach dem Schließen des Luft ablaß-Absperrorganes 118 und des Brennstoffversorgungs-Absperrorganes 13 durch den Betrag der Abwärtsbewegung des Verdrängungsköpers 112 erfaßt werden.
Nachdem die Luft in der Meßkammer 113 abgelassen ist, wird das Luftablaß-Absperrorgan 118 geschlossen, und die Meßkammer 113 ist mit Brennstoff versorgt. Der Brennstoffversorgungs-Steuerschalter 181 wird freigegeben, und das Brennstoffversorgungs-Absperrorgan 13 wird geschlossen.
Die Vorderflanke des Brennstofiversorgungs-Steuersignales aus dem Steuerschaltkreis 18 wird durch den Operations-Steuerschaltkreis 165 der Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen erfaßt, und die Zählvorrichtung 160 wird gelöscht. Zugleich wird Stickstoffgas aus der Stickstoffgasflasche 121 durch die Druckmindervorrichtung 122 auf einen spezifischen Druck druckentlastet, welcher durch den Druckregler 123 vorgegeben ist. Das Stickstoffgas, dessen Druck eingestellt ist, wird dann zu der Gasdruckkammer 111 geleitet, um das Innere der Gasdruckkammer 111 unter einen vorgegebenen Druck zu setzen.
Wenn der Steuerschalter 182 für den Start der Messung nach diesen Vorbereitungen betätigt wird, wird ein Treibersignal mit einer Pulsbreite Tw und einer Periode Tt, wie es in Fig. 4A dargestellt ist, und ein Zeitsteuersignal für die Steuerung der Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen, wie es in Fig. 4B dargestellt ist, erzeugt.
Das Steuersignal wird zu der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 geleitet, um sie zu öffnen. Dann wird der Brennstoff in der Meßkammer 113 auf den in der Gasdruckkammer 111 vorliegenden Druck über den Verdrängungskörper 112 eingestellt, und dadurch Brennstoff aus der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 eingespritzt.
Unter der Voraussetzung, daß der Verdrängungskörper 112 mit einer hinreichend geringen Geschwindigkeit im Vergleich mit der Druckfortpflanzungsgeschwindigkeit des Gases bewegt wird, ergibt sich die Variation bzw. Änderung £p in dem Druck P, welcher auf den Verdrängungskörper 112 wirkt, in folgender Weise: = = (PO - P)/PO = (A-x)/(VO + Adx) wobei bedeutet Po: Anfangsdruck in der Gasdruckkammer 111, VO: Anfangsvolumen der Gasdruckkammer 111, dx: Verschiebung des Verdrängungskörpers 112, A: Querschnittsfläche des Verdrängungskörpers 112, und P: Druck in der Gasdruckkammer 111 nach der Bewegung des Verdrängungskörpers 112.
Aus obiger Gleichung kann, wenn das Volumen Vo der Gasdruckkammer 111 hinreichend groß im Vergleich mit dem verdrängten Volumen (A bx) des Verdrängungskörpers 112 gemacht wird, die Änderung des Druckes vernachlässigt werden, und es kann angenommen werden, daß ein konstanter Druck auf den Verdrängungskörper 112 wirkt.
Die oben beschriebene Vorrichtung wurde einem Test auf ihr Betriebsverhalten mit den folgenden Bedingungen unterzogen. Die Querschnittsfläche des Verdrängungskörpers war 2 cm2; das Gewicht des Verdrängungskörpers war 16 g; das Volumen des Verdrängungskörpers war 4 cm3; das Gleitspiel des Verdrängungskörpers war 10 pm; das Volumen der Gasdruckkammer war 10£; der Druck in der Gasdruckkammer war 3 kg/cm2; die Auflagelast eines linearen Meßstabes (Bewegungssensor) betrug 20 g; die Pulsbreite Tw betrug 2,5 msec, die Periode Tt betrug 20 msec; die Einspritzrate betrug etwa 5 mml/Impuls; der Brennstoff war ein trockenes Lösungsmittel. Der Druckabfall in der Meßkammer 113 während der Einspritzdauer (der Zeit offen) der Brennstoff-Einspritzvorrichtung war geringer als 0,4 % des Anfangsdruckes.
Der Brennstoff-Leckverlust an dem Verdrängungskörper 112 während der einspritzfreien Zeit kann aus der Abwärtsgeschwindigkeit des Verdrängungskörpers 112 berechnet werden. Da der Verdrängungskörper 112 dem Gasdruck unterworfen ist, ist die Größe der Abwärtsgeschwindigkeit des Verdrängungskörpers 112 unabhängig von dem Betrag des Druckes P und abhängig von dem Gewicht des Verdrängungskörpers 112, der Auflagelast durch den Bewegungssensor 15, das Gleitspiel, die Querschnittsfläche des Verdrängungskörpers, die Viskosität und das spezifische Gewicht des Brennstoffes usw. Daher kann das Betriebsverhalten der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 in zufriedenstellender Weise unter konstantem Vbrlagedruck ermittelt werden.
In Übereinstimmung mit der Einspritzmenge der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 wird der Verdrängungskörper 112 unter Steuerung bewegt, und der Anlagekörper 152 des Bewegungssensors 15 wird mit einer Freifall-Geschwindigkeit, dem Verdrängungskörper 112 folgend, bewegt.
Der Bewegungssensor 15 erzeugt Bewegungsimpulse, die der Bewegung des Anlagekörpers 152 entsprechen. Der Verstärker 22 erzeugt Bewegungsimpulse mit einer Pulsbreite von beispielsweise 2,5 msec für eine Bewegung von 0,1 pm. In diesem Falle werden Aufwärts- oder Abwärtsimpulse entsprechend der Bewegungsrichtung des Anlagekörpers erzeugt.
Diese Aufwärts- oder Abwärtsimpulse werden durch die Zählvorrichtung 160 der Ausführungseinheit 16 für arithmetische Berechnungen aufwärts oder abwärts gezählt.
Die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 wird - detaillierter gesehen - durch das Steuersignal, wie es in Fig. 4A dargestellt ist, gesteuert. Nach einer gewissen Zeitverzögerung wird die Einspritzung gesteuert, wie es in Fig.
4C dargestellt ist, um den Verdrängungskörper 112 zu bewegen, wie es durch die durchgezogene Linie in Fig. 4D angedeutet ist. Dann folgt der Anlagekörper des Bewegungsfühlers 15 der Bewegung des Verdrängungskörpers 112, wie es durch die gestrichtelte Linie in Fig. 4D dargestellt ist. In Übereinstiiiunung mit der Bewegungsrichtung des Anlagekörpers werden die Aufwärts-Impulse oder Abwärts-Impulse, wie sie in den Fig. 4E und 4F dargestellt sind, erzeugt.
Wie schon beschrieben, zählt die Zählvorrichtung 160, ansprechend auf Aufwärts-Impulse aufwärts, und abwärts, entsprechend auf Abwärts-Impulse, um Zähldaten zu erzeugen, die der Bewegung des Kontaktkörpers des Bewegungssensors 15 entsprechen. Die Zähldaten werden durch die Anzeigevorrichtung 161 angezeigt. Ansprechend auf die Hinterflanke des Zeitsteuersignales aus dem Steuerschaltkreis 18, wie es in Fig. 4B dargestellt ist, erzeugt der Operations-Steuerschaltkreis 165 einen Speicherimpuls, um die Zähldaten der Zählvorrichtung 160 in dem ersten Speicher 162 abzuspeichern, und um die unmittelbar vorhergehenden Zähldaten, die in dem ersten Speicher 162 abgespeichert sind, zu dem zweiten Speicher 163 zu übertragenO Somit speichert der erste Speicher 162 die Speicherdaten 1'V n+1 entsprechend der Verschiebung "nl" der aktuellen Einspritzung, und der zweite Speicher 1e3 die Speicherdaten "Vn" entsprechend der Verschiebung "Xn" der unmittelbar vorhergehenden Einspritzung ab. Der Arithmetikfunktions-Schaltkreis 164 berechnet: qn = A(Vn+1 - Vn) wobei bedeutet A: Querschnittsfläche des Verdrängungskörpers 112 und qn: Arbeitsdaten, die das Volumen des Brennstoffes darstellen, der pro Einspritzung der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 eingespritzt werden Ein Meßzyklus für den Betrag des Brennstoffes, der pro Einspritzung der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 ein gespritzt wird, wird auf diese Weise durchgeführt Die Messungen werden laufend wiederholt, und die Arbeitsdaten qn aus dem Arithmetikfunktions-Schaltkreis 164 werden in dem Addierer/Speicher 167 für die Anzahl von Malen entsprechend den numerischen Daten N akkumuliert, welche durch den Zahleneinstell-Schaltkreis 166 eingestellt sind Die Summendaten "#qn" aus dem Addierer/Speicher 167 werden durch N mittels des Mittelwert-Berechnungsschaltkreises 168 dividiert, um den Mittelbetrag des bei N Einspritzungen eingespritzten Brennstoffes zu berehnen Der so ermittelte Mittelwert wird durch die Anzeigevorrichtung 23 angezeigt. Wenn die Messungen für N Einspritzungen abgeschlossen sind, wird ein Messungs-Endesignal durch den Operations-Steuerschaltkreis 165 erzeugt Der Steuerschaltkreis 18 bricht die Erzeugung von Steuersignalen bzw. Antriebssignalen und Zeitsteuersignalen ab und schließt so den Meßvorgang ab.
Wenn der Verdrängungskörper 112 den unteren Anschlag 117 erreicht, wird der Brennstoffversorgungs-Steuerschalter 181 betätigt, um Brennstoff zu der Meßkammer 113 zu leiten und so die Messung erneut zu starten.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche des Verdrängungskörpers 112 2cm>, und die Auflösung des Bewegungssensors 15 beträgt 0,1 µm. Daher ergibt sich die Meßauflösung der Einspritzrate win folgt: 2 x 102 x 0,1 x 10 3 mm3 = 0,02 mm' = 2 x lo 5 cm3 Das dieser Menge entsprechende Gewicht kann wie folgt berechnet werden: 0,7 g/cm3 x 2 x 10 5 cm3 = 14 µg, wenn das spezifische Gewicht des Brennstoffes etwa 0,7 g/cm3 ist. Diese Auflösung stellt eine etwa 80-fache Verbesserung gegenüber den 1 mg bei bekannten Meßvorrichtungen dar.
Wenn ein Laser in dem Bewegungssensor 15 verwendet wird, um eine Auflösung von 0,01 µm zu erreichen, wird eine Gesamtauflösung von 1,4 µg erreicht, was bislang mit bekannten Meßvorrichtungen unerreichbar war.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann, da eine lineare Skala für den Bewegungssensor 15 verwendet wird, eine Auflagebelastung auf den Verdrängungskörper 112 wirken; andernfalls kann der Auflagekörper der Bewegung des Verdrängungskörpers 112 nicht folgen, die die Geschwindigkeit des freien Falles übersteigt. Wenn jedoch der Anlagekörper 152 weggelassen wird, und ein berührungsfreies Bewegungs-Erfassungselement, wie beispielsweise ein Laser- oder Spaltensensor (gap sensor) verwendet wird, kann die Bewegung des Verdrängungskörpers 112 unabhängig von der Geschwindigkeit des Verdrängungskörpers 112 und ohne eine Last auszuüben erfaßt werden. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Bewegungssensor 15 ein inkrementierender bzw. relativer Sensor Wenn jedoch ein Absolutbewegungs-Sensor verwendet wird, kann die Zählvorrichtung 160 der Ausführungseinheit 16 für arithmetische Funktionen weggelassen werden. Ferner wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Brennstoffmenge während der Zeit eingespritzt, in welcher ein Pulsl der eine bestimmte Pulsbreite aufweist, anliegt. Wenn jedoch die Impulsbreite des Steuersignales erhöht wird, und die Brennstoffmenge, die während einer Zeitdauer eingespritzt wird, die geringer als die Pulsbreite ist, berechnet wird, kann die Brennstoff-Einspritzgeschwindigkeit pro Zeiteinheit der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 gemessen werden In dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Betrag von Brennstoff, der während der Einspritzung eingespritzt wird, erfaßt. Wenn jedoch die Bewegung des Verdrängungskörpers nach dem Schließen der Brennstoff-Einspritzdüse 17 erfaßt wird, kann ein Leckbetrag von Brennstoff, der nach Schließen der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 auftritt, gemessen werden. Wenn das Verhältnis von Gewicht zu Volumen des Verdrängungskörpers 112 gleich dem spezifischen Gewicht des Brennstoffs gemacht wird, wird die Belastung, die durch den Verdrängungskörper ausgeübt wird, infolge des Auftriebs zu Null, womit das Lecken von Brennstoff verhindert wird und die Antwortzeit des Verdrängungskörpers 11-2 verbessert wird. Der Verdrängungskörper 112 ist in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Kolben. Es kann auch ein Balg 112A verwendet werden, wie in Fig. 5 dargestellt ist, um die Gasdruckkammer 111 und die Meßkammer 113 vollständig voneinander zu trennen. Da in diesem Zustand kein Lecken auftritt, kann die Stickstoffgasflasche 121 weggelassen werden, wenn ein Gas unter einem spezifischen Druck ein für allemal in der Gasdruckkammer 111 als gleichbleibende Druckgasquelle eingescblossen ist.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Gasquelle mit konstantem Druck durch Reduzierung des Druckes des Stickstoffgases aus einer Stickstoffgasflasche auf einen Wert erhalten, der durch den Druckregler 123 eingestellt ist. Die Druckquelle kann jedoch auch dadurch erhalten werden, daß Umgebungsluft durch eine Pumpe komprimiert wird.
Die Kraftstoffversorgung und Messung werden in getrennten Schritten in der oben beschriebenen Ausführungsform durchgeführt. Jedoch kann ein Kraftstoffversorgungs-Steuersignal, wie es in Fig. 6C dargestellt ist, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt Td nach dem Antriebs- bzw. Steuersignal erzeugt werden, welches in Fig. 6A dargestellt ist.
Die Frzeugung des Brennstoffversorgungs-Steuersignales wird unterbrochen, wenn der Verdrängungskörper 112 eine bestimmte Position Xa erreicht. Wenn die Impulsbreite Tw' des Brennstoffversorgungs-Steuersignales kleiner als die AUS-Zeitdauer (Tt - Tw) des Steuersignales ist, kann der Brennstoffbetrag, der durch die -Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 eingespritzt ist, für eine beliebige Anzahl von Einspritzungen aus der Differenz zwischen der Bewegung X XnO des Verdrängungskörpers 112 unmittelbar vor der Erzeugung des Steuersignales und der Bewegung Xnl unmittelbar vor der Erzeugung des Brennstoffversorgungs-Steuersignales gemessen werden, wie es in Fig. 6D dargestellt ist. Um die Impulsbreite Tw' zu vermindern, wird der Druck in der Brennstoff-Versorgungseinrichtung 14 so eingestellt, daß er ausreichend viel größer als der interne Druck in der Meßkammer 113 ist, oder der Durchmesser des Absperrorganes des Brennstoffversorgungs-Absperrorganes 13 wird erhöht. In Fig. 6B ist das Zeitsteuersignal dargestellt.
In der oben angegebenen Beschreibung wird ein.Steuersignal an die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 angelegt, um Brennstoff einzuspritzen, und eine eingespritze Brennstoffmenge wird gemessen. Jedoch kann alternativ ein Aufbau, wie@er in Fig. 7 dargestellt ist, verwendet werden, wenn ein fortwährendes, bzw. dauerndes Steuersignal an die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 angelegt wird, um fortwährend Brennstoff zu leiten, und eine Durchflußgeschwindigkeit wird in diesem Zustand gemessen.
In der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung weist der Meßabschnitt mindestens zwei Meßabschnitte 51a und 51b auf. Jeder dieser Meßabschnitte 51a und 51b weist eine Gasdruckkammer 111, eine Verdrängungskörper 112 und eine Meßkammer 11@ auf, wie sie anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind. Ein Schalt-Absperrorgan 52 wird geschaltet, um die Meßkammer mit einer der Meßbereiche 51a und 51b mit der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 in Verbindung zu bringen, In der Zeitperiode T1 läßt das Schalt-Absperrorgan 52 den Meßabschnitt 51a iait der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 in Verbindung stehen, UM Druck auf die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 mittels des Merßabschnittes 51 auszuüben, und um den Brennstoffbetrag zu messen, der durch die Brennstoff-Einspri tzvorrichtung 17 eingespritzt wird. Zur gleichen Zeit wird ein Brennstoffversorgungs-Steuersignal an den Meßabschnitt 51b angelegt, um die Versorgng mit Brennstoff durchzuführen. In der Zeitperiode T2 läßt das Schall-Absperrorgan 52 den Meßabschnitt 51b mit der Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 in Verbindung treten, um die Brennstoffmenge zu messen, die durch die Brennstoff-Einspritzvorrichtunq 17 eingespritzt wird. Zur gleichen Zeit wird ein Brennstoffversorgungs-Steuersignal an einen Meßabschnitt 51a angelegt, um die Brennstoffversorgung sicherzustellen und um die Messung einer Durchflußmenge von Brennstoff zu erlauben, die kontinuierlich durch die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 17 eingespritzt wird.
In Fig. 8A ist ei Schalt signal des Schalt-Absperrorganes 52 der in Fi9. 7 dargestellten Vorrichtung dargestellt, und in Fig. 8B und 8C sind Zustände des Verdrängungskörpers in den Meßabschnitten 51a und 51b dargestellt. In den Fig. 8D und BE sind Brennstoffversorgungs-Steuersignale dargestellt, die an die Rrennstoffversorgungs-Absperrorgane 13a bzw. 13b für das Versorgen mit Brennstoff aus der Brennstoff-Versorgungseinrichtung 14 zu den Meßabschnitten 51a und 51b angelegt werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche I.j Verfahren zum Messen einer durch eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzten Einspritzmenge, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Füllen einer Meßkammer, die teilweise durch einen Verdrängungskörper bestimmt bzw. festgelegt ist, auf welchen Gas mit einem vorgegebenen Druck wirkt, mit Brennstoff; Ansteuerung der Brennstoff-Einspritzvorrichtung, welche mit der Meßkammer in Verbindung steht, um den in der Meßkammer befindlichen Brennstoff einzuspritzen; und Messen eines Betrags der Bewegung des Verdrängungskörpers, der der Einspritzgeschwindigkeit entspricht, während die Brennstoff-Einspritzvorrichtung angesteuert wird, wobei dadurch die Berechnung der Einspritzgeschwindigkeit ermöglicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebener Druck des auf den Verdrängungskörper wirkenden Gases durch Verminderung eines Druckes eines Hochdruckgases aus einer Gasflasche und durch Anpassung eines verminderten Druckes an den vorgegebenen Druck eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Einspritzvorrichtung für das Einspritzen des Brennstoffes durch einen Steuer impuls mit einer vorgegebenen Pulsbreite gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Anzahl von Steuerimpulsen nacheinander erzeugt wird, und daß die Brennstoff-Einspritzvorrichtung entsprechend der vorgegebenen Anzahl von Steuer impulsen gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpuls ein Signal mit einer hinreichend langen Dauer ist, um kontinuierlichen Fluß des Brennstoffes aus der Brennstoff-Einspritzvorrichtung zu erlauben.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Füllschrittes wiederholt durch die Unterscheidung einer Brennstoffmenge von dem Betrag der Verschiebung des Verdrängungskörpers durchgeführt wird.
7. Vorrichtung zum Messen einer durch eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung eingespritzten Einspritzmenge, gekennzeichnet durch eine Meßkammer (113), die mit der Brennstoff-Einspritzvorrichtung (L7) in Verbindung steht und mit Brennstoff (21) gefüllt ist, durch einen Verdrängungskörper (112), der die Meßkammer von der Gasdruckkammer trennt, die auf einen vorgegebenen Druck gesetzt ist, durch einen Meßabschnitt (11) mit einem Bewegungssensor (15) für das Erfassen eines Betrages einer Bewegung des Verdrängungskörpers (112), wobei der Bewegungssensor (15) auf dem Verdrängungskörper (112) gelagert ist, und durch einen Steuerschaltkreis (18) für das Messen des Betrags der Bewegung des Verdrängungskörpers (112), aus einem Erfassungssignal aus dem Bewegungssensor (15).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Meßabschnitten (51ap sieb), die die Gasdruckkammer (111), die Meßkammer (113), den Verdrängungskörper (112) und den Bewegungssensor (15) aufweisen, zueinander parallel entsprechend der Brennstoff-Einspritzvorrichtung (14) angeordnet ist, und daß die Mehrzahl von Meßabschnitten (51a, 51b) mit der Brennstoff-Einspritzvorrichtung über ein Schalt-Absperrorgan (52) in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrängungskörper (112) einen Kolben aufweist, der in einem Zylinder (114) der Meßkammer (113) eingeführt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (112) einen Balg (112A) aufweist, der zum Teil den Zylinder (114) der Meßkammer (113) bestimmt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß Gas mit einem konstanten Druck an die Gasdruckkammer (111) von einer Druckquelle angelegt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle einen Hochdruck-Gasbehälter, eine Druckmindervorrichtung (122) für die Reduzierung-eines hohen Gasdruckes aus dem Gasbehälter und einen Druckregler (123) für die Einstellung eines konstanten Druckes des Gases mit vermindertem Druck aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle eine Kompressionsvorrichtung aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck-Gasbehälter mit Stickstoffgas gefüllt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltkreis (18) ein Antriebs- bzw. Steuersignal für das Betätigen der Brennstoff-Einspritzvorrichtung (17) erzeugt und den Betrag der translatorischen Bewegung des Erfassungssensors (15) erfaßt, um die Berechnung der Einspritzgeschwindigkeit zu steuern.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Steuerschaltkreis (18) erzeugte Steuersignal eine vorgegebene Anzahl von Impulsen aufweist, die nacheinander erzeugt werden, und daß der Steuerschaltkreis (18) den Betrag der Verschiebung des Bewegungssensors (15) in Einheiten einer vorgegebenen Anzahl von Steuerimpulsen erfaßt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Steuerschaltkreis (18) erzeugte Steuersignal ein Signal einer Dauer aufweist, mit welcher Brennstoff aus der Brennstoff-Einspritzvorrichtung (17) kontinuierlich einspritzbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungssensor (15) eine Vorrichtung für das Erfassen einer Hin- und Herbewegung des Verdrängungskörpers (112) und eine Vorrichtung aufweist, mit welcher ein Betrag der Hin- und Herbe- wegung der Erfassungsvorrichtung in einen Aufwärts-Impuls und einen Abwärts-Impuls entsprechend einer Richtung der Hin- und Herbewegung umwandelbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung einen gewichtsbelasteten Anlagekörper (152) aufweist, der in Anlage mit einer oberen Oberfläche des Verdrängungskörpers (112) ist, welcher bewegt wird.