WO2002046605A1 - Verfahren, computerprogramm und vorrichtung zum messen der einspritzmenge von einspritzdüsen, insbesondere für kraftfahrzeuge - Google Patents

Verfahren, computerprogramm und vorrichtung zum messen der einspritzmenge von einspritzdüsen, insbesondere für kraftfahrzeuge Download PDF

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WO2002046605A1
WO2002046605A1 PCT/DE2001/004515 DE0104515W WO0246605A1 WO 2002046605 A1 WO2002046605 A1 WO 2002046605A1 DE 0104515 W DE0104515 W DE 0104515W WO 0246605 A1 WO0246605 A1 WO 0246605A1
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WO
WIPO (PCT)
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piston
injection
variable
measuring
measuring chamber
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/004515
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Bindel
Ralf Schulte
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/001—Measuring fuel delivery of a fuel injector

Definitions

  • the present invention initially relates to a method for measuring the injection quantity of injection nozzles, in particular for motor vehicles and in particular in production testing, in which a test fluid is injected from an injection nozzle into a measuring chamber and a movement of a piston which delimits the measuring chamber at least in regions is detected by a detection device , which delivers a corresponding measurement signal.
  • EMI injection Quantity Indicator
  • This consists of a housing in which a piston is guided.
  • the interior of the housing and the piston define a measuring chamber that is filled with a test oil.
  • This has an opening to which an injection nozzle can be attached in a pressure-tight manner. If the injection nozzle injects test oil into the measuring chamber, the test oil in the measuring chamber is displaced. As a result, the piston moves, which is detected by a displacement sensor. From the path of the piston, the volume change of the measuring chamber or the fluid held there, and thereby the injected test oil quantity can be closed.
  • an arrangement comprising a measuring plunger and an inductive displacement measuring system is used to measure the movement of the piston.
  • the displacement plunger is designed as a button or is permanently connected to the piston.
  • the measuring plunger in movement is set, and - € fetzteriumr is the motion de 's measurement plunger captured and forwarded a corresponding signal to an evaluation unit.
  • the known method or the injection quantity indicator which is operated with the method, already work with very high accuracy.
  • the requirements for such injection quantity indicators have increased in the past, since very small partial injection quantities for injections that consist of several partial injections are to be measured reliably.
  • the individual partial injections are to be measured during an overall injection consisting of several partial injections.
  • the partial injections can be very close in time.
  • the object of the present invention is therefore to develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that it enables measurement of the injection quantity of injection nozzles with high resolution, accuracy and stability.
  • This object is achieved by using the measurement signal to obtain a useful variable and a disturbance variable, the useful variable essentially being the actual one Injection corresponds.
  • This measure means that in the method according to the invention the injected volume is no longer calculated directly from the piston cross section and the piston stroke, but is determined on the basis of a mathematical approach.
  • the mathematical approach ultimately divides the injected volume into two parts: a volume that represents the injection (usable size) and a volume that is caused by disturbances and not by the injection (disturbance variable).
  • the disturbance variable is essentially based on the movement components of the piston due to the compressibility of the test fluid.
  • a fluid that has low compressibility includes, for example, oil.
  • the very low compressibility of, for example, oil plays a role in the required extremely precise resolution and accuracy of the measurement. This is taken into account in the further developed method according to the invention.
  • the 'context that the piston oscillates in the compressible oil, for example, simply by a mass-spring model are stored.
  • At least part of the disturbance variable be based essentially on the movement components of the piston due to a pressure wave present in the test fluid.
  • the sudden injection of the test fluid which takes place under very high pressure, can cause shock wave fronts to spread in the test fluid in the measuring chamber, which can also be reflected on the walls of the measuring chamber as they spread.
  • shock wave fronts bring about an abrupt change in pressure or density in the test fluid, which can lead to movement components of the piston which do not reflect the actually injected test fluid volume.
  • This physical state of affairs can also be described relatively simply by depositing a mass-spring model.
  • test fluid flows out of the measuring chamber or into the measuring chamber, which leads to a movement of the piston which is not directly related to the injected test fluid volume. This is attempted to be compensated for by the proposed development of the invention.
  • the accuracy of the determination of the disturbance variable and thus the accuracy of the measurement of the amount of the injected test fluid can be increased by detecting further parameters that are important for the disturbance variable.
  • the speed and acceleration of the piston also play a role.
  • the geometric peculiarities of the device can also be taken into account. But even without such additional state variables, the invention already achieves a considerable improvement in measurement accuracy.
  • a simple way of obtaining the useful variable that essentially corresponds to the actual injection is to determine the useful variable by subtracting the disturbance variable from an overall variable.
  • the accuracy of the method according to the invention will further increased by the fact that the separation into useful size and disturbance size is carried out by a mathematical approach, in particular a mathematical algorithm.
  • An observer method in particular a Luenberger observer method, and / or a filter method, in particular a Kalmann or a Kalmann-Bucy filter method, is particularly suitable for this.
  • the mathematical algorithm can also include a parameter estimation method.
  • the invention also relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method when it is executed on a computer. It is particularly preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
  • the invention further relates to a device for measuring the injection quantity of injection nozzles, in particular for motor vehicles and in particular in production testing, with a measuring chamber into which a test fluid can be injected from an injection nozzle, with a piston which delimits a measuring chamber at least in some areas, and with a Detection device which detects a movement of the piston and delivers a corresponding measurement signal.
  • the device comprises a processing unit in which a useful variable and a disturbing variable are obtained using the measuring signal, the useful variable again essentially corresponds to the actual injection.
  • the device is particularly preferred when the Processing unit is provided with a computer program according to one of claims 10 or 11.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned view of a region of a device for measuring the injection quantity of injection nozzles
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a method for operating the device from FIG.
  • a device for measuring the injection quantity of injection nozzles bears the reference number 10 overall. It comprises a central block 12 which is held on a machine frame in a manner not shown in the figure. A stepped bore 14 is made in the central block 12. In the upper section of the stepped bore 14, a cylindrical and closed piston 16 is inserted, which is acted upon by a spiral spring 18 upwards. The spiral spring 18 is supported on a shoulder (without reference number) of the stepped bore 14 in the central block 12 downwards.
  • An adapter part 20 is placed on the central block 12 in a pressure-tight manner.
  • a stepped bore 22 is also introduced into this, which in the assembled state shown in FIG. 1 runs coaxially to the stepped bore 14 in the central block 12.
  • An injection nozzle 24 is inserted into the stepped bore 22 from above and opposite the Stepped bore 22 sealed by seals, not shown.
  • the injection nozzle 24 is in turn connected to a high-pressure test fluid supply 26.
  • an injection damper is inserted 28th
  • the stepped bore 22 in the adapter part 20 is conical and delimits a measuring chamber 30.
  • a test fluid in the present case the properties of the test oil 32, which is as close as possible to the fuel to be injected from the injection nozzle 24.
  • the temperature of the test oil 32 in the measuring chamber 30 is detected by a temperature sensor 34.
  • further sensors are provided for determining the state of the test oil 32 in the measuring chamber 30, such as a microphone for detecting turbulent flow and / or the passage of a pressure wave, etc.
  • a plunger 36 is attached to the lower end face of the piston 16 in FIG. 1, which extends essentially coaxially to the stepped bore 14 in the central block 12 and also to the piston 16.
  • the plunger 36 carries at its end a magnet section 38 which, together with a coil 40, forms an inductive displacement sensor 42.
  • This is connected on the output side to a control and regulating device 44, which also receives signals from the temperature sensor 34.
  • the control and regulating device 44 can be programmed via an operating unit (not shown in the figure) and also controls the injection nozzle 24.
  • the control and regulating device 44 includes i.a. also a timer 46.
  • the device 10 shown in FIG. 1 for measuring the injection quantity of an injection nozzle 24 works according to a method which is used as a computer program in the control and Control device 44 is present and will now be explained with reference to FIG. 2:
  • test fluid 32 is supplied to the injection nozzle 24 via the high-pressure test fluid supply 26 and injected via the spray damper 28 into the measuring chamber 30, which is also filled with test fluid 32.
  • the spray damper 28 is intended to prevent the injection jet from directly hitting the top of the piston 16 and imposing a movement component thereon which is not caused by the change in volume of the test fluid 32 in the measuring chamber 30 due to the injection.
  • test fluid 32 into the measuring chamber 30 increases the test fluid volume in the measuring chamber 30, as a result of which the piston 16 is pressed downward against the force of the spiral spring 18 in the installation position shown in FIG. 1.
  • the plunger 36 also moves with its magnet section 38, which leads to a signal from the inductive displacement sensor 42 corresponding to the path covered by the magnet section 38.
  • This measurement signal is referred to in FIG. 2 as s (block 48).
  • the measurement signal sm is processed as follows in the method shown in FIG. 2:
  • the time t (block 52) during which the piston 16 has been moved by the distance sm is determined via the timer 46.
  • the speed ds / dt is determined from this.
  • the acceleration d 2 sm / dt 2 of the piston 16 is calculated in a block 56.
  • a viscosity v is calculated from the temperature T of the test oil 32 measured by the temperature sensor 34 in the measuring chamber 30 (block 58).
  • Geometric data of the device 10 are also provided in a memory 62, for example the cross-sectional area of the piston 16, the size of the annular gap between the piston 16 and the stepped bore 14 in the central block 12, the mass of the piston 16, the back pressure on the side of the piston 16 facing away from the measuring chamber 30, etc. (block 64).
  • disturbance variables Ve are now generated in a computing circuit 66 determined.
  • the determination of these disturbance variables can be based on simple physical models or also on complex mathematical algorithms used in control engineering, e.g. a Luenberger observer method, a Kalmann-Bucy filter method or a parameter estimation method.
  • the disturbance variable Vel takes into account, for example, the leakage of test oil 32 through the annular gap formed between the piston 16 and the stepped bore 14 in the central block 12. The extent of the leakage depends considerably on the temperature T of the test oil 32, which in turn influences the viscosity v.
  • a disturbance variable Ve2 is also calculated, which is based on the movement of the piston 16 due to a pressure wave caused by the injection. This in turn is significantly influenced by the acceleration of the piston 16 determined in block 56.
  • a disturbance variable Ve3 is determined in the computing circuit 66, which takes into account the finite compressibility of the test oil 32.
  • a measured displacement volume Vm is calculated in block 68 from the distance sm (block 48) determined by the inductive displacement sensor 42 and the cross section of the piston 16. From this and the disturbance variables Vel, Ve2, Ve3, a volume Vn is calculated in block 70, which represents a so-called useful variable, which essentially reproduces the volume that actually entered the measuring chamber 30 through the injection nozzle 24. In the present exemplary embodiment, this useful variable Vn is obtained by subtracting the disturbance variables Vel, Ve2 and Ve3 from the total volume Vm measured. The mass mi of the test oil 32 injected during the injection is finally determined in block 72 from the useful variable Vn. The method shown in FIG. 2 ends in an end block 74.
  • the above-mentioned method can significantly improve the resolution, accuracy and stability of the measurement without the need for additional hardware components.
  • By eliminating from the measured variable those disturbance variables which falsify the measured variable a value is finally obtained which can very accurately reflect the test oil quantity injected. As a result, even the smallest partial injection quantities can be detected with high precision.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen (24) insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung wird Prüffluid (32) von einer Einspritzdüse (24) in eine Messkammer (30) eingespritzt. Hierdurch wird ein Kolben (16) in Bewegung versetzt, welcher die Messkammer (30) wenigstens bereichsweise begrenzt. Die Bewegung des Kolbens (16) wird von einer Erfassungseinrichtung (42) erfasst, welche ein entsprechendes Messignal (48) liefert. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass unter Verwendung des Messignals (48) eine Nutzgrösse (Vn) und wenigstens eine Störgrösse (Ve) gewonnen wird, wobei die Nutzgrösse (Vn) wiederum im Wesentlichen der tatsächlichen Einspritzmenge (mi) entspricht.

Description

Verfahren, Computerprogramm und Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen, insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, bei dem ein Pruffluid von einer Einspritzdüse in eine Messkammer eingespritzt wird und eine Bewegung eines die Messkammer wenigstens bereichsweise begrenzenden Kolbens von einer Erfassungseinrichtung erfasst wird, welche ein entsprechendes Messsignal liefert.
Ein solches Verfahren ist vom Markt her bekannt und arbeitet unter Verwendung einer Vorrichtung, die als EMI (Einspritzmengenindikator) bezeichnet wird.
Diese besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Kolben geführt ist. Der Innenraum des Gehäuses und der Kolben begrenzen eine Messkammer, die mit einem Prüföl gefüllt ist. Diese weist eine Öffnung auf, an die eine Einspritzdüse druckdicht ansetzbar ist. Spritzt die Einspritzdüse Prüföl in die Messkammer ein, wird das in der Messkammer befindliche Prüföl verdrängt. Hierdurch bewegt sich der Kolben, was von einem Wegsensor erfasst wird. Aus dem Weg des Kolbens kann auf die Volumenänderung der Messkammer bzw. des dort gehaltenen Fluids und hierdurch auf die eingespritzte Prüfölmenge geschlossen werden.
Zur Messung der Bewegung des Kolbens wird bei dem bekannten Einspritzmengenindikator eine Anordnung aus einem Messstößel und einem induktiven Wegmesssystem verwendet. Der Wegmessstößel ist als Taster ausgeführt oder fest mit dem Kolben verbunden. Bei einer Bewegung des Kolbens wird also auch der Messstößel in Bewegung versetzt, und -€fetztendlichr wird die Bewegung de's Messstößels erfasst und ein entsprechendes Signal an eine Auswerteeinheit weitergeleitet .
Das bekannte Verfahren bzw. der Einspritzmengenindikator , welcher mit dem Verfahren betrieben wird, arbeiten bereits mit sehr hoher Genauigkeit. Allerdings sind die Anforderungen an solche Einspritzmengenindikatoren in der Vergangenheit gestiegen, da auch sehr geringe Teileinspritzmengen bei Einspritzungen, die aus mehreren Teileinspritzungen bestehen, zuverlässig gemessen werden sollen. Die einzelnen Teileinspritzungen sollen dabei während einer aus mehreren Teileinspritzungen bestehenden Gesamteinspritzung gemessen werden. Dabei können die Teileinspritzungen zeitlich sehr dicht beieinander liegen.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihm die Messung der Einspritzmenge von Einspritzdüsen mit hoher Auflösung, Genauigkeit und Stabilität möglich ist. Insbesondere sollen auch einzelne Teileinspritzmengen während einer aus mehreren Teileinspritzungen bestehenden Gesamteinspritzung gemessen werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass unter Verwendung des Messsignals eine Nutzgröße und eine Störgröße gewonnen wird, wobei die Nutzgröße im Wesentlichen der tatsächlichen Einspritzung entspricht.
Vorteile der Erfindung
Diese Maßnahme bedeutet, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das eingespritzte Volumen nicht mehr direkt aus dem Kolbenquerschnitt und dem Kolbenhub berechnet, sondern auf der Basis eines mathematischen Ansatzes ermittelt wird. Durch den mathematischen Ansä-tz wird letztlich das eingespritzte Volumen in zwei Anteile aufgetrennt: ein Volumen, welches die Einspritzung wiedergibt (Nutzgröße) und ein Volumen, das durch Störungen und nicht durch die Einspritzung bedingt ist (Störgröße) .
Auf diese Weise können aus dem Messsignal, welches wiederum aus der Bewegung des Kolbens gewonnen wird, jene Anteile "herausgefiltert" werden, die im Wesentlichen der durch das eingespritzte Volumen des Prüffluids bewirkten Bewegung des Kolbens entsprechen. A-uf diese Weise wird, ohne dass zusätzliche Teile erforderlich sind, durch ein intelligentes Verfahren die Genauigkeit der Einspritz engenmesεung erheblich verbessert. Die genauere Messung der durch die Einspritzung bedingten Volumenänderung des Prüffluids führt zu einer besseren Auflösung, einer größeren Genauigkeit und einer besseren Stabilität der Messung. Somit sind auch kleinste Teileinspritzmengen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig messbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Teil der Störgröße im Wesentlichen auf den Bewegungsanteilen des Kolbens aufgrund der Kompressibilität des Prüffluids basiert. Zwar wird für das Pruffluid möglichst ein Fluid verwendet, welches eine geringe Kompressibilität aufweist. Hierzu gehört z.B. Öl. Tatsächlich gibt es jedoch kein Fluid, welches überhaupt keine Kompressibilität aufweist. Bei der geforderten höchstgenauen Auflösung und Genauigkeit der Messung spielt jedoch bereits die sehr geringe Kompressibilität von z.B. Öl eine Rolle. Dem wird bei dem weitergebildeten erfindungsgemäßen Verfahren Rechnung getragen. Dabei kann der 'Zusammenhang, dass der Kolben auf dem kompressiblen Öl schwingt, z.B. einfach durch ein Masse-Feder-Modell hinterlegt werden.
Alternativ oder zusätzlich hierzu wird auch vorgeschlagen, dass mindestens ein Teil der Störgröße im Wesentlichen auf den Bewegungsanteilen des Kolbens aufgrund einer im Pruffluid vorhandenen Druckwelle basiert. Durch die schlagartige Einspritzung des Prüffluids, welche unter sehr hohem Druck erfolgt, kann es im Pruffluid in der Messkammer zur Ausbreitung von Stoßwellenfronten kommen, die im Verlauf ihrer Ausbreitung auch an den Wänden der Messkammer reflektiert werden können. Diese Stoßwellenfronten bringen eine schlagartige Druck- oder Dichteänderung im Pruffluid mit sich, welche zu Bewegungskomponenten des Kolbens führen kann, die nicht das tatsächlich eingespritzte Prüffluid- Volumen wiedergeben. Auch dieser physikalische Sachverhalt kann relativ einfach durch die Hinterlegung eines Masse - Feder-rModells beschrieben werden.
Ebenfalls in diese Richtung zielt jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der mindestens ein Teil der Störgröße im Wesentlichen auf den Bewegungsanteilen des Kolbens aufgrund einer Leckage durch den den Kolben umgebenden Ringspalt basiert. Damit der Kolben bei einer Einspritzung der Volumenänderung in der Messkammer möglichst unmittelbar folgen kann, muss die Reibung zwischen dem Kolben und dem ihn umgebenden Gehäuse möglichst gering gehalten werden. Dies bedeutet im Allgemeinen, dass zwischen Kolben und dem ihn umgebenden Gehäuse ein Ringspalt vorhanden ist.
Je nachdem, wie hoch der Gegendruck auf der der Messkammer gegenüberliegenden Seite des Kolbens ist, kann sich durch diesen Ringspalt hindurch ein Leckagestrom des Prüffluids ergeben. Dieser ist umso größer je größer die Differenz zwischen den Drücken auf beiden Seiten des Kolbens ist. Durch einen solchen Leckagestrom strömt jedoch Pruffluid aus der Messkammer ab bzw. in die Messkammer hinein, was zu einer Bewegung des Kolbens führt, die nicht unmittelbar mit dem eingespritzten Prüffluidmengevolumen zusammenhängt. Dies wird durch die vorgeschlagene Weiterbildung der Erfindung zu kompensieren versucht.
Es versteht sich, dass die Genauigkeit der Ermittlung der Störgröße und somit die Genauigkeit der Messung der Menge des eingespritzten Prüffluids dadurch erhöht werden kann, dass weitere für die Störgrößee wesentliche Parameter erfasst werden. Hierzu gehört z.B. die Temperatur in der Messkammer, welche Auswirkungen auf die Viskosität des Prüffluids hat. Ebenso spielen Geschwindigkeit und Beschleunigung des Kolbens eine Rolle. Auch die geometrischen Besonderheiten der Vorrichtung können Berücksichtigung finden. Aber auch ohne solche zusätzlichen Zustandsgrößen wird durch die Erfindung bereits eine erhebliche Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht.
Eine einfache Möglichkeit, die im Wesentlichen der tatsächlichen Einspritzung entsprechende Nutzgröße zu erhalten, besteht darin, die Nutzgröße dadurch zu bestimmen, dass von einer Gesamtgröße die Störgröße subtrahiert wird.
Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner dadurch erhöht, dass die Auftrennung in Nutzgröße und Störgröße durch einen mathematischen Ansatz, insbesondere einen mathematischen Algorithmus, erfolgt.
Besonders geeignet hierfür ist ein Beobachter-Verfahren, insbesondere ein Luenberger-Beobaσhterverfahren, und/oder ein Filterverfahren, insbesondere ein Kalmann- oder ein Kalmann-Bucy-Filterverfahren. Der mathematische Algorithmus kann aber auch ein Parameterschätzverfahren umfassen.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer, in welche ein Pruffluid von einer Einspritzdüse eingespritzt werden kann, mit einem Kolben, welcher wenigstens bereichsweise eine Messkammer begrenzt, und mit einer Erfassungseinrichtung, welche eine Bewegung des Kolbens erfasst und ein entsprechendes Messsignal liefert .
Um die Messgenauigkeit, die Auflösung und die Stabilität der Messung insbesondere bei der Einspritzung von sehr kleinen Teileinspritzmengen zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit umfasst, in der unter Verwendung des Messsignals eine Nutzgröße und eine Störgröße gewonnen werden, wobei die Nutzgröße wiederum im Wesentlichen der tatsächlichen Einspritzung entspricht.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung dann, wenn die Verarbeitungseinheit mit e inem Computerprogramm nach e inem der Ansprüche 10 oder 11 versehen ist .
Ze ichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine teilweise geschnittene Ansicht eines Bereichs einer Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen; und
Fig. 2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung von Fig.l
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 trägt eine Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Zentralblock 12, der auf in der Figur nicht dargestellten Art und Weise auf einem Maschinenrahmen gehalten ist. In den Zentralblock 12 ist eine Stufenbohrung 14 eingebracht . In den oberen Abschnitt der Stufenbohrung 14 ist ein zylindrischer und geschlossener Kolben 16 eingesetzt, der von einer Spiralfeder 18 nach oben beaufschlagt wird. Die Spiralfeder 18 stützt sich an einem Absatz (ohne Bezugszeichen) der Stufenbohrung 14 im Zentralblock 12 nach unten hin ab.
Auf den Zentralblock 12 ist ein Adapterteil 20 druckdicht aufgesetzt. In dieses ist ebenfalls eine Stufenbohrung 22 eingebracht, die in dem in Fig. 1 dargestellten zusammengebauten Zustand koaxial zur Stufenbohrung 14 im Zentralblock 12 verläuft. In die Stufenbohrung 22 ist von oben her eine Einspritzdüse 24 eingesetzt und gegenüber der Stufenbohrung 22 durch nicht dargestellte Dichtungen abgedichtet. Die Einspritzdüse 24 ist wiederum mit einer Hochdruck-Prüffluidversorgung 26 verbunden. In den unteren ' Bereich der Stufenbohrung 22 im Adapterteil 20 ist ein Spritzdämpfer 28 eingesetzt.
Zwischen der Oberseite des Kolbens 15 (bei der in Fig. 1 dargestellten oberen Endstellung des Kolbens 16) und dem Spritzdämpfer 28 ist die Stufenbohrung 22 im Adapterteil 20 konisch ausgebildet und begrenzt eine Messkammer 30. Diese ist mit einem Pruffluid, vorliegend einem den Eigenschaften des von der Einspritzdüse 24 einzuspritzenden Kraftstoffes möglichst nahe kommenden Prüföl 32, gefüllt. Die Temperatur des Prüföls 32 in der Messkammer 30 wird durch einen Temperaturfühler 34 erfasst. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind für die Bestimmung des Zustandes des Prüföls 32 in der Messkammer 30 noch weitere Sensoren vorgesehen, wie z.B. ein Mikrofon zur Erfassung turbulenter Strömung und/oder des Durchgangs einer Druckwelle usw..
An der in Fig. 1 unteren Stirnseite des Kolbens 16 ist ein Stößel 36 befestigt, welcher sich im Wesentlichen koaxial zur Stufenbohrung 14 im Zentralblock 12 und auch zum Kolben 16 erstreckt. Der Stößel 36 trägt an seinem Ende einen Magnetabschnitt 38, der zusammen mit einer Spule 40 einen induktiven Wegaufnehmer 42 bildet. Dieser ist ausgangsseitig- mit einem Steuer- und Regelgerät 44 verbunden, welches außerdem Signale vom Temperaturfühler 34 erhält. Das Steuer- und Regelgerät 44 ist über eine in der Figur nicht dargestellte Bedieneinheit programmierbar und steuert auch die Einspritzdüse 24 an. Das Steuer- und Regelgerät 44 umfasst u.a. auch einen Zeitgeber 46.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 zur Messung der Einspritzmenge einer Einspritzdüse 24 arbeitet nach einem Verfahren, welches als Computεrprogramm im Steuer- und Regelgerät 44 vorliegt und nun an Hand von Figur 2 erläutert wird:
Auf Veranlassung durch das Steuer- und Regelgerät 44 wird über die Hochdruck-Prüffluidversorgung 26 der Einspritzdüse 24 Pruffluid 32 zugeführt und über den Spritzdämpfer 28 in die ebenfalls mit Pruffluid 32 gefüllte Messkammer 30 eingespritzt. Durch den Spritzdämpfer 28 soll verhindert werden, dass der Einspritzstrahl direkt auf die Oberseite des Kolbens 16 trifft und diesem eine Bewegungskomponente auferlegt, welche nicht durch die Volumenänderung des Prüffluids 32 in der Messkammer 30 aufgrund der Einspritzung hervorgerufen ist.
Durch die Einspritzung von Pruffluid 32 in die Messkammer 30 erhöht sich das Prüffluidvolumen in der Messkammer 30, wodurch der Kolben 16 entgegen der Kraft der Spiralfeder 18 in der in Fig. 1 dargestellten Einbaulage nach unten gedrückt wird. Hierdurch bewegt sich auch der Stößel 36 mit seinem Magnetabschnitt 38, was zu einem dem vom Magnetabschnitt 38 zurückgelegten Weg entsprechenden Signal des induktiven Wegaufnehmers 42 führt. Dieses Messsignal wird in Fig. 2 als s bezeichnet (Block 48) . Die Verarbeitung des Messεignals sm erfolgt nach dem Start im Block 50 bei dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren folgendermaßen :
Über den Zeitgeber 46 wird die Zeit t (Block 52) bestimmt, während der die Bewegung des Kolbens 16 um die Strecke sm erfolgt ist. Im Block 54 wird hieraus die Geschwindigkeit ds /dt bestimmt. Weiterhin wird in einem Block 56 die Beschleunigung d2sm/dt2 des Kolbens 16 berechnet. Außerdem wird aus der vom Temperaturfühler 34 gemessenen Temperatur T des Prüföls 32 in der Messkammer 30 (Block 58) eine Viskosität v berechnet. In einem Speicher 62 werden ferner geometrische Daten der Vorrichtung 10 bereitgestellt, z.B. die Querschnittsfläche des Kolbens 16, die Größe des Ringspalts zwischen dem Kolben 16 und der Stufenbohrung 14 im Zentralblock 12, die Masse des Kolbens 16, der Gegendruck auf der der Messkammer 30 abgewandten Seite des Kolbens 16, usw. (Block 64) .
Aus den bereitgestellten Daten Weg (Block 48) , Geschwindigkeit (Block 54) und Beschleunigung (Block 56) des Kolbens 16, Viskosität des Prüfδls 32 (Block 60) und sonstiger vorrichtungsspezifischer Daten (Block 64) werden nun in einem Rechenkreis 66 mehrere Störgrößen Ve ermittelt. Die Ermittlung dieser Störgrößen kann dabei auf der Basis einfacher physikalischer Modelle oder auch über komplexe mathematische, in der Regelungstechnik verwendete Algorithmen, wie z.B. ein Luenberger-Beobachterverfahren, ein Kalmann-Bucy-Filterverfahren oder ein Parameterschätzverfahren erfolgen.
Die Störgröße Vel berücksichtigt z.B. die Leckage von Prüföl 32 durch den zwischen Kolben 16 und Stufenbohrung 14 im Zentralblock 12 gebildeten Ringspalt. Der Umfang der Leckage hängt dabei erheblich von der Temperatur T des Prüföls 32 ab, welche wiederum die Viskosität v beeinflusst . Im Rechenkreis 66 wird ferner auch eine Störgöße Ve2 berechnet, welche auf der Bewegung des Kolbens 16 aufgrund einer durch die Einspritzung verursachten Druckwelle basiert. Diese wird wiederum maßgeblich von der im Block 56 bestimmten Beschleunigung des Kolbens 16 beeinflusst . Ferner wird im Rechenkreis 66 noch eine Störgröße Ve3 ermittelt, welche der endlichen Kompressibilität des Prüföls 32 Rechnung trägt. Hier kann gegebenenfalls auch ein einfaches Masse-Feder-Modell zur Anwendung kommen, da das sich in der Messkammer 30 befindliche Prüfölvolumen auch als Feder und der entsprechende Kolben 16 als Masse angesehen werden können. Aus dem von dem induktiven Wegaufnehmer 42 ermittelten Weg sm (Block 48) und dem Querschnitt des Kolbens 16 wird ein Mess-Verdrängungsvolumen Vm im Block 68 berechnet. Aus diesem und den Störgrößen Vel, Ve2, Ve3 wird im Block 70 ein Volumen Vn berechnet, welches eine sogenannte Nutzgröße darstellt, die im Wesentlichen jenes Volumen wiedergibt, welches tatsächlich durch die Einspritzdüse 24 in die Messkammer 30 gelangt ist. Gewonnen wird diese Nutzgröße Vn im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass von dem gemessenen Gesamtvolumen Vm die Störgrößen Vel, Ve2 und Ve3 subtrahiert werden. Aus der Nutzgröße Vn wird schließlich im Block 72 die bei der Einspritzung eingespritzte Masse mi des Prüföls 32 bestimmt. Das in Fig. 2 dargestellte Verfahren endet in einem Endblock 74.
Durch das oben angegebene Verfahren können die Auflösung, Genauigkeit und Stabilität der Messung erheblich verbessert werden, ohne dass zusätzliche Hardwarekomponenten erforderlich sind. Dadurch, dass solche Störgrößen aus der Messgröße eliminiert werden, welche die Messgröße verfälschen, wird schließlich ein Wert gewonnen, der sehr exakt die eingespritzte Prüfölmenge wiedergeben kann. Hierdurch sind auch kleinste Teileinspritzmengen mit hoher Präzision erfassbar.
Eine Möglichkeit, die besagte Genauigkeit nochmals zu erhöhen, bestünde z.B. darin, in den Blöcken 54 und 56 nicht eine integrale Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Kolbens 16 zu bestimmen, sondern einen Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsverlauf während der Bewegung des Kolbens 16 zu erfassen. Die so ermittelten Störgrößen wären noch exakter, was sich direkt auch auf die Genauigkeit des Endergebnisses auswirken würde, Durch den Einsatz mathematischer Algorithmen, wie z.B. dem Luenberger-Beobachterverfahren, können darüber hinaus die Störgrößen mit großer Genauigkeit ermittelt werden, ohne dass sämtliche Zustandsvariablen gemessen werden

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen (24) insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, bei dem ein Pruffluid (32) von einer Einspritzdüse (24) in eine Messkammer (30) eingespritzt wird und eine Bewegung eines die Messkammer (30) wenigstens bereichsweise begrenzenden Kolbens (16) von einer Erfassungseinrichtung (42) erfasst wird, welche ein entsprechendes Messsignal (sm) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des Messsignals (sm) eine Nutzgröße (Vn) und wenigstens eine Störgröße (Ve) gewonnen wird, wobei die Nutzgröße (Vn) im Wesentlichen der tatsächlichen Einspritzung entspricht .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (Ve3) der Störgröße (Ve) im Wesentlichen auf den Bewegungsanteilen des Kolbens (16) aufgrund der Kompressibiltät des Prüffluids (32) basiert.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (Ve2) der Störgröße (Ve) im Wesentlichen auf den Bewegungsanteilen des Kolbens (16) aufgrund einer im Pruffluid (32) vorhandenen Druckwelle basiert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (Vel) der Störgröße (Ve) im Wesentlichen auf den Bewegungsanteilen des Kolbens (16) aufgrund einer Leckage durch den den Kolben (16) umgebenden Ringspalt basiert.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzgröße (Vn) dadurch bestimmt wird, dass von einer Gesamtgröße (Vm) die Störgröße (Ve) subtrahiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung in Nutzgröße
(Vn) und Störgröße (Ve) durch einen mathematischen Algorithmus (66) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mathematische Algorithmus ein Beobachter- Verfahren, insbesondere ein Luenberger-Beobachterverfahren, umfasst .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mathematische Algorithmus ein Filterverfahren, insbesondere ein Kalmann- oder ein Kalmann-Bucy-Filterverf hren umfasst .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mathematische Algorithmus ein Parameterschätzverfahren umfasst .
10. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
11. Computerprogramm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
12. Vorrichtung zum Messen der Einspritzmenge von Einspritzdüsen (24) insbesondere für Kraftfahrzeuge und insbesondere in der Fertigungsprüfung, mit einer Messkammer (30) , in welche ein Pruffluid (32) von einer Einspritzdüse (24) eingespritzt werden kann, mit einem Kolben (16) , welcher wenigstens bereichsweise eine Messkammer (30) begrenzt, mit einer Erfassungseinrichtung (42), welche eine Bewegung des Kolbens (16) erfasst und ein entsprechendes Messsignal (sm) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine- Verarbeitungseinheit (44) umfasst, in der unter Verwendung des Messsignals (sm) eine Nutzgröße (Vn) und mindestens eine Störgröße (Ve) gewonnen wird, wobei die Nutzgröße (Vn) im Wesentlichen der tatsächlichen Einspritzung entspricht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (44) mit einem Computerprogramm nach einem der Ansprüche 10 oder 11 versehen ist.l.
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