DE3916419C2 - Elektromagnetisch gesteuerte Meßvorrichtung zur volumetrischen Messung von Einspritzmengen einer Dieseleinspritzpumpe - Google Patents

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.

Wirkungsweise

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 V_auf und bei Erreichen der vorge­ gebenen Schwebehöhe das Schließsignal V_zu an das Entladeventil 4 geliefert.

Das Mengenmeßsignal ist in Abhängigkeit von Grad Nockenwelle (°NW) und Kolbenweg bzw. Einspritzmenge aufgetragen, wobei mit V_E die Voreinspritzmenge und mit H_E die Haupteinspritzmenge und mit N_E 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.