DE3916418A1 - Vorrichtung zur ermittlung des zeitlichen verlaufes der aus einer kraftstoffeinspritzduese einer luftverdichtenden einspritzbrennkraftmaschine austretenden kraftstoffmenge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­ mittlung des zeitlichen Verlaufes der aus einer Kraftstoff­ einspritzdüse einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraft­ maschine austretenden Kraftstoffmenge gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei einer derartigen aus der "Motortechnische Zeitschrift, MTZ 25/7 (1964), Seite 268-282" bereits bekannten Vor­ richtung ist vorgesehen, den Druck im Meßrohr über ein erstes Drosselventil einzustellen. Um die nach erfolgter Einspritzung an dem Drosselventil (Querschnittsverringe­ rung) reflektierten Druckwellen, welche das Meßergebnis verfälschen würden, bis zum Beginn der nächsten Einsprit­ zung zu dämpfen, ist in dem Meßrohr, noch vor dem Dros­ selventil zur Druckeinstellung, ein weiteres Drosselventil vorgesehen, in welchem die reflektierte Druckwelle beim Hin- und Herlaufen infolge einer verstärkten Wandreibung in diesem Bereich zusätzlich gedämpft wird. Diese Meßvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß für jeden Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine eine separate und auf­ wendige Abstimmung der beiden Drosselventile aufeinander erforderlich ist, will man den störenden Einfluß von re­ flektierten Druckwellen auf das Meßergebnis verhindern.

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

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

Dadurch, daß im Übergang in das Dämpfungsrohrbündel keine Querschnittsverengung gegeben ist, kommt es an dieser Stelle zu keiner Reflexion der durch den Einspritzvorgang ausgelösten Druckwelle. Am Meßrohrende dagegen, tritt an dem Druckregler noch eine Druckwellenreflexion auf. Diese nun hin- und herlaufende Druckwelle erfährt jedoch beim Passieren des aus vielen Einzelrohren geringen Quer­ schnittes bestehenden Rohrbündels eine sehr starke Dämp­ fung und zwar deshalb weil infolge einer vergrößerten Oberfläche in diesem Bereich eine erhöhte Wandreibung ge­ geben ist. Da die Druckwelle vor Erreichen des querschnitt­ verschließenden bzw. des querschnittverengenden Druckreg­ lers bereits das Rohrbündel passiert hat, kommt es am Rohrende ohnehin nur noch zu einer Reflexion einer schon gedämpften Druckwelle. Durch den stromab des Rohrbündels angeordneten Druckregler ist gewährleistet, daß in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine der vorgegebene Stand­ druck im Meßrohr nicht überschritten werden kann. Bevor es nach einem Einspritzvorgang zu einem Druckanstieg über den vorgegebenen Standdruck hinaus kommt, fließt eine ent­ sprechend geringe Menge von der Meßrohrflüssigkeit am Druckregler ab. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit gewährleistet, daß der Meßrohrinhalt bis zum Beginn der folgenden Einspritzung vollkommen zur Ruhe gekommen ist, egal in welchem Betriebspunkt (Last und Drehzahl) der Einspritzverlauf ermittelt wird. Eine aufwendige Abstim­ mung bzw. Justierung der Druckeinstelleinrichtung und der Einrichtung zur Dämpfung reflektierter bzw. durch die Meß­ rohrflüssigkeit laufender Druckwellen auf den jeweiligen Betriebspunkt ist damit nicht mehr erforderlich.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist ein einfach auf­ gebauter Druckregler aufgezeigt.

Da der Zusammenhang zwischen der Einspritzrate und dem Druckverlauf unter anderem abhängig ist von der Dichte des Meßrohrinhaltes und von der Schallgeschwindigkeit in dem Meßrohrinhalt, und diese beiden Größen wiederum temperatur­ abhängig sind, kann mit einer Ausgestaltung nach Anspruch 5 eine zusätzliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erreicht werden. Ferner verhindert die Konstanthaltung der Meßrohrtemperatur zusätzliche Reflexionen aus dem Meßrohr aufgrund gegebener Temperaturschichtungen (Dichteunter­ schiede).

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

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

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

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

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

Erfolgt nun eine Einspritzung über die Einspritzdüse 1, so entsteht eine Druckwelle, welche durch die Meßrohrflüs­ sigkeit hindurchläuft. Der zeitliche Verlauf dieser Druck­ welle ist dem zeitlichen Verlauf der Kraftstoffeinspritz­ menge direkt proportional. Da diese Druckwelle nun eine entsprechende zeitliche Rohrdehnung verursacht, entspricht das über die Dehnmeßstreifen 11 und die Meßwertleitung 12 an die Steuereinheit 13 übergebene Signal genau dem zeit­ lichen Verlauf der Kraftstoffeinspritzmenge. Dieser Verlauf wird nach entsprechender Auswertung in der elektronischen Steuereinheit 13 (Berücksichtigung der Proportionalitäts­ konstanten) über eine geeignete Ausgabeeinheit, z.B. ein Oszilloskop 19 ausgegeben. Dabei stellt die Fläche unter­ halb der Kurve 20 die gesamte Einspritzmenge eines Ein­ spritzvorganges dar.

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

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

Die Kammer 9 des Druckreglers 5 muß nicht unbedingt an eine steuerbare Druckquelle angeschlossen sein, sie kann auch hermetisch abgeschlossen sein. Der Standdruck im Meß­ rohr kann damit jedoch nur auf einen bestimmten Wert ein­ geregelt werden.

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

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

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufes der aus einer Kraftstoffeinspritzdüse einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine austretenden Kraftstoffmenge mit einem an die Einspritzdüse angeschlossenen, flüssig­ keitsbefüllten Meßrohr, in dessen Verlauf eine Einrichtung zur Einstellung eines vorgegebenen Druckes in dem Meßrohres und eine Einrichtung zur Dämpfung von durch die Flüssigkeit laufenden Druckwellen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Dämpfung der Druckwellen ein aus mehreren Dämpfungsrohren (3) geringen Querschnittes be­ stehendes Rohrbündel (4) ist, wobei die Summe der Ein­ zelquerschnitte der Dämpfungsrohre (3) wenigstens nahezu gleich dem Querschnitt des Meßrohres (2) ist und daß die Druckeinstelleinrichtung ein hinter dem Rohrbündel (4) vorgesehener Druckregler (5) ist.

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

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

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

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Konstanthaltung der Temperatur des Meßrohres (2) und des Rohrbündels (4) vorgesehen ist.

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