DE3916419C2 - Elektromagnetisch gesteuerte Meßvorrichtung zur volumetrischen Messung von Einspritzmengen einer Dieseleinspritzpumpe - Google Patents
Elektromagnetisch gesteuerte Meßvorrichtung zur volumetrischen Messung von Einspritzmengen einer DieseleinspritzpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch gesteuerte Meß
vorrichtung zur volumetrischen Messung von Einspritzmengen ei
ner Dieseleinspritzpumpe, nach den im Oberbegriff des Patent
anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Aus der DE 31 39 831 C2 ist eine derartige Meßvorrichtung be
kannt, bei der in einem Aufnahmekörper eine der Anzahl der
Pumpenelemente entsprechende Anzahl von Einspritzdüsen unter
gebracht sind, die nacheinander Kraftstoff in die Meßkammer
spritzen, wobei gleichzeitig der Meßkolben entgegen dem Stick
stoffdruck in der Gasdruckkammer stufenweise ausweicht. Die
Meßkammer wird erst zu einem Zeitpunkt geleert, wenn alle Ein
spritzdüsen Kraftstoff abgespritzt haben.
Bei dieser für Nutzkraftfahrzeuge verwendeten Ausführung sind
bei jeder Ausweichbewegung des Meßkolbens relativ
große Massen zu bewegen, da der Meßkolben durchmessermäßig groß
sein muß, um viele Lastspiele aufnehmen zu können.
Dies ist notwendig, da der Meßkolben nicht nach jeder Ein
spritzung, sondern erst nach ca. 100 Lastspielen zurückgeführt
wird. Da in der Meßkammer beim Zurückführen des Meßkolbens in
die Ausgangslage keine definierten Druckverhältnisse herrschen
und ferner der Meßkolben zur Vermeidung des Gasübertritts in
die Meßkammer einen Dichtring erforderlich macht, der jedoch zu
hoher Reibung und folgedessen zu einem schlechten Ansprechver
halten führt, ergeben sich unvermeidbare Meßungenauigkeiten.
Die Reibung erhöht sich noch durch die weitere Abdichtung an
der Kolbenstange, die bei der Unterbringung des Meßaufnehmers
bzw. Weggebers außerhalb der Gasdruckkammer erforderlich ist.
Aus der US-PS 4 391 133 ist eine elektromagnetisch gesteuerte
Meßvorrichtung bekannt, bei der zur Erhaltung einer definierten
Ausgangsstellung des Meßkolbens vor der Einspritzung ein zu
sätzliches Vorspannsystem (Druckkolben 405 in Fig. 6 oder Hy
drauliksystem nach Fig. 2) zum Einsatz kommt. Bei dieser Aus
führung muß das Totvolumen nach jeder Einspritzung aufgepumpt
und die Federkraft überwunden werden, um eine definierte Aus
gangsstellung des Meßkolbens für die nachfolgend zu messende
Einspritzung zu erhalten. Meßungenauigkeiten durch die Feder
anordnung infolge der über den Hub auftretenden unterschied
lichen Kräfte und damit des unterschiedlichen Gegendruckes sind
nicht zu vermeiden. Außerdem kann Leckkraftstoff von der Meß
kammer in den Federraum übertreten. Somit fehlt Kraftstoff an
der gemessenen Menge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung
mit hoher Meßgenauigkeit zu schaffen, mit der auch die bei
Personenkraftwagen vorkommenden kleinen Einspritzmengen sowie
deren Verläufe und ferner Piloteinspritzungen und auch dyna
mische Vorgänge exakt gemessen werden können.
Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patentan
spruchs 1 angegebenen Merkmale.
Mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung können Einzelein
spritzmengen und Drehzahl einer Einspritzanlage gemessen und
darüber hinaus zeitliche Einspritzverläufe
dargestellt sowie Pumpenbetriebspunkte mit Nachspritzen erkannt
und registriert werden. Die Entladung der Meßkammer erfolgt
nach jeder Einspritzung durch Bestromung des Entladeventils und
hat gegenüber der Ausführung mit aufeinanderfolgenden Einzel
einspritzungen ohne zwischenzeitliche Entladung den Vorteil,
daß weniger Schwingungen im System auftreten und sich somit
hohe Meßgenauigkeiten ergeben können. Zudem ergibt sich die
Meßgenauigkeit der Meßvorrichtung mit gesteuerter Entladung
auch dadurch, daß seitherige systematische Fehler durch Über
entladung der Meßkammer eliminiert werden konnten.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß bei jeder Ausweich
bewegung nur relativ geringe Massen bewegt werden müssen, daß
Dichtringe am Meßkolben entfallen können, da zwischen dem ein
gestellten Gegenstand in der Gasdruckkammer und dem Meßkammer
druck keine Druckdifferenz mehr vorhanden ist, und daß Meßkol
ben mit größerem Spiel eingesetzt werden können.
Außerdem ergeben sich Vorteile durch die Thermostatisierung des
induktiven Weggebers mittels Kühlräumen durch Erfassen der
Flüssigkeitstemperatur in der Meßkammer zwecks Normierung des
Meßvolumens auf eine bestimmte Bezugstemperatur (Anspruch 2)
durch die besondere Betätigung der Ventilnadel des Entladeven
tils und dem daraus resultierenden einwandfreien Zentriersitz
(Ansprüche 3, 4) und durch die Anordnung des
Spaltfilters (Anspruch 5), der Störungen am Entladeventil durch
Verunreinigungen verhindert, zugleich aber auch eine Drossel
wirkung zwecks besserer Einregelung der Schwebehöhe des Meß
kolbens ermöglicht.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung
veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Meßvorrichtung im Schnitt,
Fig. 2 das Mengenmeßsignal in einem Einspritz
mengen/Grad Nockenwellen-Diagramm.
Eine mit gesteuerter Entladung vorgesehene elektromagnetisch
betätigbare Meßvorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer
Einspritzdüse 2, einem induktiven Weggeber 3 und einem elek
tromagnetisch gesteuerten Entladeventil 4.
Der Weggeber 3 setzt sich aus einem Differentialspulenpaar 5
und einem darin axial verschiebbaren ferromagnetischen Kern 6
zusammen, welcher Teil einer mit einem Meßkolben 7 verbundenen
Hubstange 8 ist. Hubstange 8 und Meßkolben 7 sind durch einen
schlecht wärmeleitenden Verbindungsteil zur Minimierung elek
trischer Fehler thermisch entkoppelt.
Der im Meßzylinder 9 dichtringfrei geführte Meßkolben 7 trennt
eine obenliegende Gasdruckkammer 10 von einer
untenliegenden Meßkammer 11. Die Meßkammer 11 ist durch den
gasdruckbelasteten Meßkolben 7, durch das elektromagnetisch
gesteuerte Entladeventil 4 und durch die Einspritzdüse 2 abge
schlossen.
Das Entladeventil 4 setzt sich im einzelnen aus einer Magnet
spule 12, einer schwenkbar gelagerten Ankerplatte 13, einer in
der Ankerplatte 13 zentral geführten Druckscheibe 14 und einer
an dieser anliegenden und für die Entladung der Meßkammer 11
vorgesehenen Ventilnadel 15 zusammen. Die Ventilnadel 15 sperrt
eine Ablaufleitung 16 im Entladeventil 4, die über eine Bohrung
17 im Meßkörper 18 mit einem Ringzwischenraum 19 zwischen Meß
kolben 7 und Meßzylinder 9 verbunden ist. Stromauf der Ventil
nadel 15 ist ein Spaltfilter 20 eingesetzt, der grobe Verun
reinigungen im Kraftstoff auffängt, die die Funktionstüchtig
keit des Entladeventils 4 beeinträchtigen können.
Die schwenkbar ausgeführte Ankerplatte 13 ist in einem in
Schwenkrichtung verlaufenden Lagerstift 21 gelagert und durch
eine gegenüberliegende Feder 22 belastet, derart, daß sie bei
stromloser Magnetspule 12 einer die Ventilnadel 15 auf ihren
Nadelsitz 23 drückenden Ventilnadelfeder (nicht dargestellt)
entgegenwirkt. Bei erregter Magnetspule 12 ergibt sich die dar
gestellte Lage, nämlich die angezogene Ankerplatte 13 gegen die
Feder 22 sowie die Ventilnadel 15 in Öffnungsstellung.
In dem Meßkörper 18 ist ein Thermoelement 24 für die Erfassung
der Kraftstofftemperatur in der Meßkammer 11 radial einge
schraubt, das bei Abweichungen einer bestimmten Bezugstempera
tur Korrekturen bei der Meßdurchführung vornimmt.
Oberhalb des Meßkörpers 18 befindet sich ein Gehäuseteil 25 für
die Aufnahme des induktiven Weggebers 3, das mit den Weggeber 3
umgebenden Kühlräumen 26 versehen ist. Durch die Thermo
statisierung des Weggebers 3 ist eine weitere Minimierung der
elektrischen Fehler bei der Erfassung der Ausweichbewegung des
Meßkolbens 7 erreicht.
Der Meßkolben 7 befindet sich bei geschlossenem Entladeventil 4
in einer der Ausgangs- bzw. Ruhestellung entsprechenden defi
nierten Schwebehöhe. Die mit Stickstoff gefüllte Gasdruckkammer
10 ist auf einen dem Druck in der Meßkammer 11 entsprechenden
Druck eingeregelt. Sobald die Einspritzdüse 2 Kraftstoff in die
Meßkammer 11 spritzt, weicht der Meßkolben 7 aus. Der Weg des
Meßkolbens 7 wird dabei induktiv gemessen und ist proportional
der eingespritzten Kraftstoffmenge. Nach jeder Einspritzung
erfolgt die Entladung der Meßkammer 11 durch Bestromung des
Entladeventils 4. Die zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Stel
lungen des Meßkolbens 7 sowie der durch die angezogene Anker
platte 13 angehobenen Ventilnadel 15 zeigt die Meßvorrichtung
1. Mit dem eingebauten Thermoelement 24
wird die aktuelle Kraftstofftemperatur in der Meßkammer 11 ge
messen, um das Einspritzvolumen auf eine vorgegebene Bezugs
temperatur zu normieren. Die Steuersignale für die Meßwertauf
nahme und Meßkammerentladung sind entweder zeitkonstant oder
nockenwellenkonstant.
Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, wird ausgehend von der defi
nierten Schwebehöhe des Meßkolbens z. B. nach 100° Nockenwel
lenwinkel das Öffnungssignal Vauf und bei Erreichen der vorge
gebenen Schwebehöhe das Schließsignal Vzu an das Entladeventil
4 geliefert.
Das Mengenmeßsignal ist in Abhängigkeit von Grad Nockenwelle
(°NW) und Kolbenweg bzw. Einspritzmenge aufgetragen, wobei mit
VE die Voreinspritzmenge und mit HE die Haupteinspritzmenge und
mit NE der Nachspritzer gekennzeichnet ist.
Bedingt durch die exakte phasengerechte Ausweichbewegung des
Meßkolbens kann durch Verschieben der Sample-Punkte für die
Meßwertaufnahme auch eine Teilmenge in einem bestimmten Zeit- oder
Winkelintervall ermittelt werden. In dem Diagramm sind
durchführbare Sample-Punkte a, b und c aufgetragen. Somit las
sen sich Meßwerte hinsichtlich der Vor- und Haupteinspritzmenge
sowie einer der Nachspritzung entsprechenden Menge erfassen.
Weiterhin wird ermöglicht, aufgrund des sehr guten Ansprech
verhaltens des Meßkolbens durch Differenzieren des
Kolbenweges den Einspritzverlauf während der Einspritzung zu
ermitteln. Somit können Einspritzmengen und Einspritzverläufe
mit der Meßvorrichtung gleichzeitig ermittelt werden.
Claims (5)
1. Elektromagnetisch gesteuerte Meßvorrichtung zur volumetri
schen Messung von Einspritzmengen einer Diesel-Einspritzpumpe,
die über eine Einspritzdüse in eine Meßkammer spritzt, die ei
nerseits durch ein elektromagnetisch gesteuertes Entladeventil
zur Entladung der Meßkammer und andererseits von einem gas
druckbelasteten, eine Hubstange aufweisenden und in einem Meß
zylinder anschlagfrei geführten Meßkolben abgeschlossen ist,
welcher bei jeder Einspritzung ausweicht, wobei der Weg dieser
Ausweichbewegung proportional zur eingespritzten Kraftstoff
menge ist, mit einem Weggeber, dessen durch die Ausweichbewe
gung erzeugten Signale ein Maß für die eingespritzte Kraft
stoffmenge sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der im Meßzylinder (9) geführte Meßkolben (7) die Meßkammer
(11) von einer Gasdruckkammer (10) dichtringfrei trennt, daß
der von Kühlräumen (26) umgebene Weggeber als induktiver Weg
geber (3) mit einem Differentialspulenpaar (5) und einem darin
axial verschiebbaren ferromagnetischen Kern (6) als Teil der
Hubstange (8) ausgebildet ist und daß nach jedem Einspritzvor
gang die Entladung der Meßkammer zeit- oder nockenwellen
konstant durch ein Öffnungssignal an das Entladeventil (4)
steuerbar und bei Erreichen einer definierten Schwebehöhe, die
der ursprünglichen Lage des rückgeführten Meßkolbens (7)
entspricht, von dem induktiven Weggeber (3) ein Schließsignal
an das Entladeventil (4) lieferbar ist.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß ein die Flüssigkeitstemperatur in der Meßkammer (11) er
fassendes Thermoelement (24) vorgesehen ist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektromagnetisch gesteuerte Entladeventil (4) eine
schwenkbar gelagerte Ankerplatte (13) aufweist, durch die eine
die Entladung der Meßkammer (11) bewirkende Ventilnadel (15)
betätigbar ist.
4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankerplatte (13) mit einer mittig liegenden Druck
scheibe (14) versehen ist, über die durch eine gegenüber der
Schwenklagerung auf der Ankerplatte (13) angeordnete Feder (22)
die Ventilnadel (15) auf ihren Nadelsitz (23) drückbar ist.
5. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Meßkammer (11) und Ventilnadel (15) ein Spaltfil
ter (20) angeordnet ist.
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1990
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