WO2011113659A1 - Verfahren und vorrichtung zur bewertung eines einspritzorgans - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bewertung eines einspritzorgans Download PDF

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WO2011113659A1
WO2011113659A1 PCT/EP2011/052253 EP2011052253W WO2011113659A1 WO 2011113659 A1 WO2011113659 A1 WO 2011113659A1 EP 2011052253 W EP2011052253 W EP 2011052253W WO 2011113659 A1 WO2011113659 A1 WO 2011113659A1
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WO
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measuring chamber
pressure
injection
measuring
time
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Application number
PCT/EP2011/052253
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Loesch
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
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2011113659A1 publication Critical patent/WO2011113659A1/de

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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

  • One way to evaluate the characteristics of an injector is to measure the amount and history of a single injection event in a hydraulic test bench.
  • measuring systems are often used in which the injection of a medium causes a piston movement. The movement of the piston is measured and makes it possible to calculate the amount of injected medium.
  • Methods are also known in which the injection takes place in a closed pressure measuring chamber.
  • the pressure measuring chamber is filled with the injection medium and the injection of additional injection medium leads to an increase in pressure in the pressure measuring chamber. This pressure increase is after a corresponding signal conditioning a measure of the injected amount of the injection medium.
  • An object of the invention is to provide a simple method and apparatus for evaluating an injector with sufficient accuracy.
  • An inventive device for evaluating an injection device has a measuring chamber with a receiving device, in which the injection member is hydraulically tightly inserted, and a drain in which a diaphragm or throttle is formed.
  • a device according to the invention comprises a pressure measuring device which is suitable for measuring the pressure in the measuring chamber as a function of time.
  • An inventive method for evaluating an injection member comprises the steps of: attaching the injection member to a measuring chamber such that a fluid medium can be injected into the measuring chamber by the injection member; Connecting the injector to a supply line supplying a fluid medium to the injector; Controlling the injection member over an injection time; controlled removal of the injected medium from the measuring chamber; Measuring the pressure curve in the measuring chamber over a measuring time; Evaluate at least one region of the measured pressure profile.
  • the controlled discharge of the injected medium from the measuring chamber can be carried out, for example, by a drain having a defined cross section, in particular by a drain, in which a diaphragm or throttle is formed.
  • a device according to the invention and a method according to the invention enable a simple and cost-effective evaluation of an injection device, since a device according to the invention does not contain any moving parts, such as pistons or valves, which have to be actuated or whose movements have to be measured. Rather, only one pressure sensor is needed to measure the temporal pressure curve.
  • a device according to the invention is therefore very robust and low maintenance and has a simple, inexpensive construction. For example, the evaluation of the signals of the pressure sensor based on the so-called aperture equation and the measurement is carried out at certain load points. Temperature effects, the viscosity and the grain As a rule, the modulus of the injected medium is negligible.
  • a device according to the invention and a method according to the invention are independent of the type of injector and the pressure range in which the injection is carried out. By changing the volume of the measuring chamber and / or the diameter of the diaphragm, the device can be adapted to injection systems that operate in a wide variety of pressure and quantity ranges.
  • a relatively small volume of the measuring chamber and a correspondingly small aperture diameter can be selected in order to dissolve small injection quantities in the range of less than 10 mm 3 with sufficient accuracy.
  • a correspondingly larger chamber volume and / or a larger diaphragm diameter can be selected.
  • a plurality of mutually parallel processes may be present, or it can be provided in a flow a plurality of mutually parallel diaphragms, which, for example, by a pressure-controlled valve, pressure-dependent unlocked, whereby the total available cross-section (aperture diameter) of the sequence set optional can be.
  • a larger orifice diameter may be adjusted when the injection is performed at high pressure and / or a large volume is injected.
  • a device according to the invention comprises a pressure regulating device which is suitable for setting a desired pressure within the measuring chamber.
  • the injection and the measurement can be made in different, specifically adjustable pressure ranges.
  • the at least one orifice or throttle is designed such that the throughput through the orifice is substantially independent of the viscosity of the test medium.
  • the throughput through the diaphragm or throttle is then dependent only on the density of the test medium, the pressure difference across the diaphragm or throttle, the diameter of the diaphragm or throttle and a constant loss digit. The measurements can thus be carried out with sufficient accuracy over a wide temperature range.
  • the measuring chamber is designed so that the pressure in the measuring chamber increases with increasing injection quantity degressive.
  • a measuring chamber designed in this way is suitable for measuring small injection quantities with high accuracy without changing the measuring system, without the maximum permissible pressure in the measuring chamber being exceeded for large injection quantities and / or high injection pressure. Such a measuring system can therefore be used very flexibly over a large injection quantity and pressure range.
  • the measuring chamber is formed with at least one flexible wall.
  • a flexible wall makes it particularly easy to provide a measuring chamber with a degressive relationship between the injection quantity and the pressure in the measuring chamber.
  • a measuring chamber with such a degressive relationship can be provided in particular in that the measuring chamber is designed as a piece of hose and / or a prestressed bladder / spring accumulator is hydraulically connected to the measuring chamber.
  • the interior of the measuring chamber is designed such that pressure waves within the injection medium are extinguished or at least damped by targeted reflections on the inner surfaces of the measuring chamber.
  • a thread-like structure may be formed, which compresses internal pressure waves. half of the injection medium dampens.
  • an output pressure level p 0 is set in the measuring chamber.
  • the injection and the measurement can be made in a specifically selected pressure range.
  • the measuring time T M during which the pressure profile is measured, the time from the start of an injection process to the time at which the pressure p in the measuring chamber again the output pressure level p 0 , before the start of the injection process has prevailed in the measuring chamber has reached.
  • the evaluation of the pressure curve includes, from the pressure curve measured during the measuring time T M , to calculate the throughput through the outlet, ie through the diaphragm or throttle. Since the measuring chamber has no further outflows, the flow through the outlet is identical to the injection quantity.
  • the pressure curve is evaluated only during the injection time and calculates the time course of the flow rate. Since the measuring chamber at the end of the evaluation time is not in the same state as before the start of the injection process, the compliance of the injection medium (compression modulus) and a possibly existing elasticity of the To take into account the measuring chamber.
  • This variant of the method is therefore more complicated than the variant described above, but allows for the evaluation of additional parameters of the time course of the injection process, such as the injection rate and the course of injection.
  • the pressure profile over any period of time after the beginning of the injection process is considered and the pressure profile in this period is compared with a predetermined reference pressure profile.
  • This variant allows relative comparisons of the pressure curve and is particularly easy to perform.
  • FIG. 1 shows schematically the construction of a device according to the invention
  • FIG. 3 a shows examples of measured pressure profiles in the measuring chamber for different activations of the injection member
  • FIG. 3b shows the injection quantities calculated from the pressure curves shown in FIG. 3a as a function of time.
  • FIG. 1 shows schematically a device 2 according to the invention for evaluating an injection device 6, in particular a fuel injector, as used for example in common rail systems.
  • the device 2 according to the invention has a measuring chamber 4 with a receiving device, not shown in FIG. 1, for receiving the injection element 6 to be tested.
  • the injection member 6 is so in the receiving device used that the measuring chamber 4 is closed hydraulically tight.
  • the injection element 6 can be supplied with a medium to be injected (injection medium), eg with (diesel fuel or a test oil) via a supply line 16 connected to the injection element 6.
  • the pressure in the supply line 16 can be adjusted and can be adjusted in particular to the pressure. which prevails in the actual operation of the injection member 6 in a combustion chamber of an engine.
  • the device 2 has an evaluation and control device 20, which is connected to the injection member 6 and designed to control the injection member 6 to trigger an injection event.
  • the measuring chamber 4 has at least one outlet 18, in which a diaphragm 8 is formed. Through the outlet 18 and the aperture 8, the injection medium 4 can run in a controlled manner from the measuring chamber 2.
  • a pressure control device 12 is provided, through which the pressure in the measuring chamber 4 is adjustable to a desired pressure level.
  • the pressure control device 12 is connected to the evaluation and control device 20 and is controlled by the latter in order to set the desired pressure level in the measuring chamber 4.
  • a pressure sensor 10 is hydraulically connected to the measuring chamber 4 or arranged on or in the measuring chamber 4 in order to measure the pressure p prevailing in the measuring chamber 4. In operation, the pressure sensor 10 forwards the result of the measurement to the evaluation and control device 20 for further processing.
  • the measuring chamber 4 has a vent 14.
  • a closable vent 14 is arranged in the upper region of the measuring chamber 4.
  • the outlet 18 may be arranged out of the measuring chamber 4 in the upper region of the measuring chamber 4, so that air present in the measuring chamber 4 escapes through the outlet 18 out of the measuring chamber 4.
  • a pressure relief valve 22 is provided which is designed such that it opens at a predetermined pressure, which lies above the maximum pressure occurring in the measuring chamber 4 during normal operation, around the measuring chamber 4. the injection member 6, the diaphragm 8 and the pressure sensor 10 from damage that may be caused by excessive pressure in the measuring chamber 4 to protect.
  • an injection back pressure can be adjusted in the measuring chamber 4, as it occurs in the actual operation of the injector 6 to be tested.
  • combustion pressures of up to 250 bar are achieved. These high pressures have an influence on the injection process, in particular on the needle dynamics in the injection member 6 and the throughput. With a device 2 according to the invention, these influences can be specifically and simply reproduced and examined under controlled conditions.
  • FIG. 2 shows in a simple, schematic representation the pressure curve p (y-axis) in the measuring chamber 4 as a function of the time t (x-axis).
  • T E - 1 0
  • Injection medium that has entered the measuring chamber 4 during the injection process flows through the aperture 8 and the drain 18 from the measuring chamber 4, until the time t 2 again the output pressure level p 0 in the measuring chamber 4, which before the start of the injection process in the measuring chamber 4 has prevailed is reached.
  • the period from the triggering of the injection process t 0 to this time t 2 is the interesting for the evaluation of the pressure curve p (t) range T M.
  • FIG. 3 a shows examples of real measured pressure curves p (t) in the measuring chamber 4 for five different injection processes.
  • FIG. 3b shows the injection quantity Q determined by integration of the respective pressure profile p (t) over the time t for each of the injection events shown in FIG. 3a.
  • the injection quantity Q does not increase further but remains at a maximum value Q max (FIG. 3 b) which is characteristic of the respective injection process and represents the amount of injection medium injected during the injection process.
  • the quality of the tested injection element 6 can be evaluated.
  • the determined injection quantity Q max can be output on a display device and the comparison with a predefined setpoint value is carried out by the user.
  • a device automatically returns to the starting state during operation, so that the invention is particularly well suited for the evaluation of directly successive injection processes.
  • the course of the injection quantities and injection curves over a number of immediately consecutive injection events can be easily viewed and evaluated, without it being necessary, the device, for example, by opening pressure relief valves o. ⁇ . to bring it back to its original state.
  • the invention thus enables a simple and cost-effective measurement and evaluation of a large number of rapid successive injection events and a better evaluation of the injection device than with previously known methods and devices.
  • the invention can be used to diagnose various injection systems, eg in the service sector, especially when it comes to comparing injectors with regard to their injection quantity, as is necessary, for example, in the case of ignition jet engines, as used in cogeneration plants.
  • the invention can be used in the development of injection systems, especially in the field of pre-development, where in the project framework opportunities for the evaluation of injection elements are needed at short notice.
  • An example is the development of valves for the injection of aqueous

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Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung (2) zur Bewertung eines Einspritzorgans (6), das zum Einspritzen eines fluiden Mediums ausgebildet ist, hat eine Messkammer (4) mit einer Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Einspritzorgans (6), wenigstens einen mit einer Blende (8) versehenen Ablauf (18), der ausgebildet ist, um das fluide Medium kontrolliert aus der Messkammer (4) abzuführen, und eine Druckmessvorrichtung (10), die geeignet ist, den Druck (p(t)) in der Messkammer (4) als Funktion der Zeit zu messen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Bewertung eines Einspritzorqans Stand der Technik
Eine Möglichkeit, die Eigenschaften eines Einspritzorgans, beispielsweise eines Common-Rail-Injektors, zu bewerten, ist es, die Menge und den Verlauf eines einzelnen Einspritzvorgangs in einer hydraulischen Prüfbank zu messen. Hierzu werden häufig Messsysteme verwendet, bei denen das Einspritzen eines Mediums eine Kolbenbewegung bewirkt. Die Bewegung des Kolbens wird gemessen und ermöglicht es, die Menge des eingespritzten Mediums zu berechnen.
Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Einspritzung in eine geschlosse- ne Druckmesskammer erfolgt. Die Druckmesskammer ist mit dem Einspritzmedium gefüllt und das Einspritzen zusätzlichen Einspritzmediums führt zu einem Druckanstieg in der Druckmesskammer. Dieser Druckanstieg ist nach einer entsprechenden Signalaufbereitung ein Maß für die eingespritzte Menge des Einspritzmediums.
Beide Messprinzipien liefern Ergebnisse mit hoher Genauigkeit, aber Messgeräte, die auf diesen Prinzipien beruhen, sind aufwendig und daher für die Werkstattdiagnose wenig geeignet. Für Diagnoseanwendungen sind auch Verfahren bekannt, bei denen während des Einspritzvorgangs der Druckverlauf in der Zuleitung zum Einspritzorgan (Einspritzleitung), der ein Maß für die Charakteristik des Einspritzvorgangs darstellt, gemessen und ausgewertet wird.
Offenbarung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur Bewertung eines Einspritzorgans mit hinreichender Genauigkeit bereitzustellen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung eines Einspritzorgans hat eine Messkammer mit einer Aufnahmevorrichtung, in die das Einspritzorgan hydraulisch dicht einsetzbar ist, und einen Ablauf, in dem eine Blende oder Drossel ausgebildet ist. Zusätzlich umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Druckmessvorrichtung, die geeignet ist, den Druck in der Messkammer als Funk- tion der Zeit zu messen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bewertung eines Einspritzorgans umfasst die Schritte: Anbringen des Einspritzorgans an einer Messkammer derart, dass durch das Einspritzorgan ein fluides Medium in die Messkammer einspritzbar ist; Verbinden des Einspritzorgans mit einer Zuleitung, die dem Einspritzorgan ein fluides Medium zuführt; Ansteuern des Einspritzorgans über eine Einspritzzeit; kontrolliertes Abführen des eingespritzten Mediums aus der Messkammer; Messen des Druckverlaufs in der Messkammer über eine Messzeit; Auswerten wenigstens eines Bereichs des gemessenen Druckverlaufs.
Das kontrollierte Abführen des eingespritzten Mediums aus der Messkammer kann beispielsweise durch einen Ablauf mit einem definierten Querschnitt erfolgen, insbesondere durch einen Ablauf, in dem eine Blende oder Drossel ausgebildet ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglichen eine einfache und kostengünstige Bewertung eines Einspritzorgans, da eine erfindungsgemäße Vorrichtung keine beweglichen Teile, wie beispielsweise Kolben oder Ventile enthält, die angesteuert oder deren Bewegungen ge- messen werden müssen. Es wird vielmehr lediglich ein Drucksensor zur Messung des zeitlichen Druckverlaufs benötigt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher sehr robust und wartungsarm und hat einen einfachen, kostengünstigen Aufbau. Beispielsweise erfolgt die Auswertung der Signale des Drucksensors auf Grundlage der sogenannten Blendengleichung und die Messung wird an bestimmten Lastpunkten durchgeführt. Temperatureinflüsse, die Viskosität und das Korn- pressionsmodul des eingespritzten Mediums sind dabei in der Regel vernachlässigbar.
Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht notwendig, in den Hochdruckbereich des Einspritzsystems, d. h., in den im Betrieb unter hohem Druck stehenden Bereich, der stromaufwärts des Einspritzorgans angeordnet ist, einzugreifen. Dadurch wird das Verfahren vereinfacht und die Sicherheit erhöht. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren sind unabhängig von der Art des Einspritzorgans und des Druckbereichs, in dem die Einspritzung vorgenommen wird. Durch Änderung des Volumens der Messkammer und/oder des Durchmessers der Blende kann die Vorrichtung an Einspritzsysteme, die in den unterschiedlichsten Druck- und Mengenbereichen arbeiten, angepasst werden.
So können ein relativ kleines Volumen der Messkammer und ein entsprechend kleiner Blendendurchmesser gewählt werden, um kleine Einspritzmengen im Bereich von weniger als 10 mm3 hinreichend genau aufzulösen. Für Einspritzsyste- me vom Nutzfahrzeugen mit Einspritzmengen von bis zu 1.000 mm3 können ein entsprechend größeres Kammervolumen und/oder ein größerer Blendendurchmesser gewählt werden.
Durch die Verwendung eines hochwertigen Drucksensors und/oder eine Druck- messung vor und nach der Blende bzw. Drossel und die Auswertung der Druckdifferenz können auch kleine Einspritzmengen mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Alternativ können mehrere parallel zueinander angeordnete Abläufe vorhanden sein, oder es können in einem Ablauf mehrere parallel zueinander angeordnete Blenden vorgesehen sein, die, z.B. durch ein druckgesteuertes Ventil, druckabhängig freischaltbar sind, wodurch der insgesamt zur Verfügung stehende Querschnitt (Blendendurchmesser) des Ablaufs wahlweise eingestellt werden kann. Insbesondere kann ein größerer Blendendurchmesser eingestellt werden, wenn die Einspritzung mit hohem Druck ausgeführt wird und/oder ein großes Volumen eingespritzt wird. In einer Ausführungsform umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Druckregelvorrichtung, die geeignet ist, einen gewünschten Druck innerhalb der Messkammer einzustellen. So können die Einspritzung und die Messung in verschiedenen, gezielt einstellbaren Druckbereichen vorgenommen werden.
In einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Blende oder Drossel so ausgebildet, dass der Durchsatz durch die Blende bzw. Drossel im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Prüfmediums ist. Der Durchsatz durch die Blende bzw. Drossel ist dann nur von der Dichte des Prüfmediums, der Druckdifferenz über die Blende bzw. Drossel, dem Durchmesser der Blende bzw. Drossel sowie einer konstanten Verlustziffer abhängig. Die Messungen können so in einem weiten Temperaturbereich mit hinreichender Genauigkeit durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform ist die Messkammer so ausgebildet, dass der Druck in der Messkammer mit zunehmender Einspritzmenge degressiv ansteigt. Eine derart ausgebildete Messkammer ist geeignet, ohne eine Veränderung des Messsystems kleine Einspritzmengen mit hoher Genauigkeit zu messen, ohne dass bei großen Einspritzmengen und/oder hohem Einspritzdruck der maximal zulässige Druck in der Messkammer überschritten wird. Ein derartiges Messsys- tem ist daher sehr flexibel über einen großen Einspritzmengen- und Druckbereich einsetzbar.
In einer Ausführungsform ist die Messkammer mit wenigstens einer flexiblen Wand ausgebildet. Durch eine flexible Wand kann besonders einfach eine Mess- kammer mit einem degressiven Zusammenhang zwischen der Einspritzmenge und dem Druck in der Messkammer bereitgestellt werden.
Eine Messkammer mit einem solchen degressiven Zusammenhang kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass die Messkammer als ein Schlauch- stück ausgebildet und/oder ein vorgespannter Blasen-/Federspeicher hydraulisch mit der Messkammer verbunden wird.
In einer Ausführungsform ist der Innenraum der Messkammer derart ausgebildet, dass Druckwellen innerhalb des Einspritzmediums durch gezielte Reflexionen an den Innenflächen der Messkammer ausgelöscht oder zumindest gedämpft werden. Insbesondere kann in wenigstens einem Bereich der Innenfläche der Messkammer eine gewindeartige Struktur ausgebildet sein, welche Druckwellen inner- halb des Einspritzmediums dämpft. Durch das Dämpfen von Druckwellen im Einspritzmedium innerhalb der Messkammer wird das Auswerten des zeitlichen Druckverlaufs in der Messkammer vereinfacht und eine Beschädigung des Drucksensors durch Druckspitzen zuverlässig vermieden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, bevor das Einspritzorgan angesteuert wird, um einen Einspritzvorgang auszulösen, ein Ausgangsdruckniveau p0 in der Messkammer eingestellt. So können die Einspritzung und die Messung in einem gezielt gewählten Druckbereich vorgenommen werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Messzeit TM, während der der Druckverlauf gemessen wird, die Zeit vom Beginn eines Einspritzvorgangs bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Druck p in der Messkammer wieder das Ausgangsdruckniveau p0, das vor dem Beginn des Einspritzvorgangs in der Messkammer geherrscht hat, erreicht hat.
Das Auswerten des Druckverlaufs schließt ein, aus dem während der Messzeit TM gemessenen Druckverlauf den Durchsatz durch den Ablauf, d.h. durch die Blende bzw. Drossel, zu berechnen. Da die Messkammer keine weiteren Abflüsse aufweist, ist der Durchfluss durch den Ablauf identisch mit der Einspritzmenge.
Da am Ende der Mess- und Auswertzeit in der Messkammer der gleiche Druck p0 wie vor dem Beginn des Einspritzvorgangs herrscht, haben druckbedingte Änderungen des Volumens des Einspritzmediums und/oder der Messkammer, wie sie bspw. durch eine Elastizität der Wandung der Messkammer oder das Kompressionsmodul des Einspritzmediums verursacht werden, keinen Einfluss auf die Ermittlung der Einspritzmenge. Diese Ausführungsform des Verfahrens ist daher besonders für Messkammern geeignet, die einen degressiven Zusammenhang zwischen der Einspritzmenge und dem Druck in der Messkammer aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Druckverlauf nur während der Einspritzzeit ausgewertet und der zeitliche Verlauf des Durchsatzes berechnet. Da sich die Messkammer am Ende der Auswertzeit nicht im gleichen Zustand wie vor dem Beginn des Einspritzvorgangs befindet, ist die Nachgiebigkeit des Einspritzmediums (Kompressionsmodul) und eine ggf. vorhandene Elastizität der Messkammer zu berücksichtigen. Diese Variante des Verfahrens ist daher aufwendiger als die zuvor beschriebene Variante, ermöglicht dafür aber die Auswertung zusätzlicher Parameter des zeitlichen Verlaufs des Einspritzvorgangs, wie beispielsweise der Einspritzrate und des Einspritzverlaufs.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Druckverlauf über einen beliebigen Zeitraum nach Beginn des Einspritzvorgangs betrachtet und der Druckverlauf in diesem Zeitraum wird mit einem vorgegebenen Referenz-Druckverlauf verglichen. Diese Variante erlaubt relative Vergleiche des Druckverlaufs und ist be- sonders einfach durchzuführen.
Beispielsweise ist es für einen relativen Vergleich der Einspritzmenge ausreichend, den Druckverlauf während der Einspritzzeit zu integrieren. Um Einflüsse auf den Einspritzbeginn zu untersuchen, ist es ausreichend, den Beginn des Druckanstiegs zu betrachten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt: Figur 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 schematisch den Verlauf des Drucks in der Messkammer als
Funktion der Zeit; Figur 3a Beispiele für gemessene Druckverläufe in der Messkammer für unterschiedliche Ansteuerungen des Einspritzorgans; und
Figur 3b die aus den in der Figur 3a gezeigten Druckverläufen berechneten Einspritzmengen als Funktion der Zeit.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur Bewertung eines Einspritzorgans 6, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, wie er beispielsweise in Common-Rail-Systemen verwendet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 weist eine Messkammer 4 mit einer in der Figur 1 nicht gezeigten Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des zu prüfenden Einspritzorgans 6 auf. Das Einspritzorgan 6 ist derart in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt, dass die Messkammer 4 hydraulisch dicht abgeschlossen ist. Über eine mit dem Einspritzorgan 6 verbundene Zuleitung 16 ist das Einspritzorgan 6 mit einem einzuspritzenden Medium (Einspritzmedium), z.B. mit (Dieselkraftstoff oder einem Prüföl, versorgbar. Der Druck in der Zuleitung 16 ist ein- stellbar und kann insbesondere auf den Druck eingestellt werden, der im realen Betrieb des Einspritzorgans 6 in einem Verbrennungsraum eines Motors herrscht.
Die Vorrichtung 2 weist eine Auswert- und Steuervorrichtung 20 auf, die mit dem Einspritzorgan 6 verbunden und ausgebildet ist, um das Einspritzorgan 6 zum Auslösen eines Einspritzvorgangs anzusteuern.
Die Messkammer 4 weist wenigstens einen Ablauf 18 auf, in dem eine Blende 8 ausgebildet ist. Durch den Ablauf 18 und die Blende 8 kann das Einspritzmedium 4 kontrolliert aus der Messkammer 2 ablaufen. In dem Ablauf 18 ist stromabwärts der Blende 8, d.h. auf der von der Messkammer 4 abgewandten Seite der Blende 8, eine Druckregelvorrichtung 12 vorgesehen, durch die der Druck in der Messkammer 4 auf ein gewünschtes Druckniveau einstellbar ist. Die Druckregelvorrichtung 12 ist mit der Auswert- und Steuervorrichtung 20 verbunden und wird von dieser angesteuert, um das gewünschte Druckniveau in der Messkammer 4 einzustellen.
Ein Drucksensor 10 ist hydraulisch mit der Messkammer 4 verbunden bzw. an oder in der Messkammer 4 angeordnet, um den Druck p, der in der Messkammer 4 herrscht, zu messen. Im Betrieb leitet der Drucksensor 10 das Ergebnis der Messung zur weiteren Verarbeitung an die Auswert- und Steuervorrichtung 20 weiter.
Um Lufteinschlüsse in der Messkammer 4 effektiv entfernen zu können, weist die Messkammer 4 eine Entlüftung 14 auf. In dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine verschließbare Entlüftung 14 im oberen Bereich der Messkammer 4 angeordnet. Alternativ kann der Ablauf 18 aus der Messkammer 4 im oberen Bereich der Messkammer 4 angeordnet sein, so dass in der Messkammer 4 vorhandene Luft durch den Ablauf 18 aus der Messkammer 4 entweicht. In diesem Fall kann auf eine zusätzliche Entlüftung 14 verzichtet werden. Weiterhin ist in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Überdruckventil 22 vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es sich bei einem vorgegebenen Druck, der über dem im normalen Betrieb maximal auftretenden Druck in der Messkammer 4 liegt, öffnet, um die Messkammer 4, das Einspritzorgan 6, die Blende 8 und den Drucksensor 10 vor Beschädigungen, die durch einen zu hohen Druck in der Messkammer 4 verursacht werden können, zu schützen.
Durch gezieltes Ansteuern der Druckregelvorrichtung 12 kann in der Messkammer 4 ein Einspritzgegendruck eingestellt werden, wie er auch im realen Betrieb des zu prüfenden Einspritzorgans 6 auftritt. Beispielsweise werden in Motoren von Nutzfahrzeugen Verbrennungsdrücke von bis zu 250 bar erreicht. Diese hohen Drücke haben Einfluss auf den Einspritzvorgang, insbesondere auf die Nadeldynamik im Einspritzorgan 6 und den Durchsatz. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 können diese Einflüsse gezielt und einfach unter kontrollierten Bedingungen reproduziert und untersucht werden.
Figur 2 zeigt in einer einfachen, schematischen Darstellung den Druckverlauf p (y-Achse) in der Messkammer 4 als Funktion der Zeit t (x-Achse). Zum Zeitpunkt t0 wird durch die Auswert- und Steuervorrichtung 20 ein Einspritzvorgang ausge- löst und der Druck p in der Messkammer 4 steigt über die Einspritzzeit TE = - 10 an, da die Menge des durch das Einspritzorgan 6 in die Messkammer 4 eingespritzten Einspritzmediums größer ist, als die Menge, die im gleichen Zeitraum durch die Blende 8 und den Ablauf 18 aus der Messkammer 4 abfließt. Zum Zeitpunkt t-ι ist der Einspritzvorgang beendet. Die zusätzliche Menge des
Einspritzmediums, die während des Einspritzvorgangs in die Messkammer 4 gelangt ist, fließt durch die Blende 8 und den Ablauf 18 aus der Messkammer 4 ab, bis zum Zeitpunkt t2 wieder das Ausgangsdruckniveau p0 in der Messkammer 4, welches vor dem Beginn des Einspritzvorgangs in der Messkammer 4 geherrscht hat, erreicht ist. Der Zeitraum vom Auslösen des Einspritzvorgangs t0 bis zu diesem Zeitpunkt t2 ist der für die Auswertung des Druckverlaufs p(t) interessante Bereich TM.
Figur 3a zeigt Beispiele von real gemessenen Druckverläufen p(t) in der Mess- kammer 4 für fünf verschiedene Einspritzvorgänge. Figur 3b zeigt die durch Integration des jeweiligen Druckverlaufs p(t) über die Zeit t ermittelte Einspritzmenge Q für jeden der in Fig. 3a gezeigten Einspritzvorgänge. Nachdem der Druck p in der Messkammer 4 wieder auf den Ausgangswert p0 zurückgekehrt ist (Fig. 3a), steigt die Einspritzmenge Q nicht weiter an, sondern verbleibt auf einem Maximalwert Qmax (Fig. 3b), der charakteristisch für den jeweiligen Einspritzvorgang ist und die während des Einspritzvorgangs eingespritzte Menge des Einspritzmediums repräsentiert.
Durch Vergleich der so ermittelten Einspritzmenge Qmax mit einem vorgegebenen Sollwert, der beispielsweise in der Auswert- und Steuervorrichtung 20 gespeichert ist, kann die Qualität des geprüften Einspritzorgans 6 bewertet werden. Alternativ kann die ermittelte Einspritzmenge Qmax auf einer Anzeigevorrichtung ausgegeben werden und der Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert erfolgt durch den Benutzer.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kehrt im Betrieb selbstständig in den Aus- gangszustand zurück, so dass die Erfindung besonders gut für die Auswertung unmittelbar aufeinander folgender Einspritzvorgänge geeignet ist. So kann der Verlauf der Einspritzmengen und Einspritzverläufe über eine Anzahl unmittelbar aufeinander folgender Einspritzvorgänge einfach betrachtet und ausgewertet werden, ohne dass es erforderlich ist, die Vorrichtung beispielsweise durch das Öffnen von Druckentlastungsventilen o. Ä. wieder in den Ausgangszustand zu bringen.
Die Erfindung ermöglicht somit eine einfache und kostengünstige Messung und Auswertung einer Vielzahl schnell aufeinander folgender Einspritzvorgänge und eine bessere Bewertung des Einspritzorgans als mit bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen.
Die Erfindung kann zur Diagnose verschiedener Einspritzsysteme, z.B. im Servicebereich, eingesetzt werden, insbesondere wenn es darum geht, Injektoren be- züglich ihrer Einspritzmenge zu vergleichen, wie es beispielsweise bei Zündstrahlmotoren, wie sie in Blockheizkraftwerken eingesetzt werden, nötig ist. Ebenso kann die Erfindung bei der Entwicklung von Einspritzsystemen, vor allem im Bereich der Vorentwicklung, eingesetzt werden, wo im Projektrahmen kurzfristig Möglichkeiten zur Bewertung von Einspritzelementen benötigt werden. Ein Beispiel ist die Entwicklung von Ventilen zur Einspritzung von wässriger
Harnstofflösung. Dort können Messsysteme aus dem Bereich der„konventionellen Einspritzung" aufgrund der chemischen Eigenschaften des Dosiermediums sowie des Druckbereiches in der Regel nicht verwendet werden. Ähnliches gilt für andere Komponenten im Umfeld von Verbrennungsmotoren, Wassereinsprit- zung ins Saugrohr, Einspritzung von Kraftstoff in den Abgastrakt (HCl) usw.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (2) zur Bewertung eines Einspritzorgans (6), das zum Einspritzen eines fluiden Mediums ausgebildet ist, mit
einer Messkammer (4), die eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Einspritzorgans (6) hat;
wenigstens einem mit einer Blende oder Drossel (8) versehenen Ablauf (18), der ausgebildet ist, um das fluide Medium aus der Messkammer (4) abzuführen; und
einer Druckmessvorrichtung (10), die geeignet ist, den Druck (p) in der
Messkammer (4) als Funktion der Zeit (t) zu messen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Blende bzw. Drossel (8) derart ausgebildet ist, dass der Durchsatz durch die Blende bzw. Drossel (8) im We- sentlichen unabhängig von der Viskosität des fluiden Mediums ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messkammer (4) derart ausgebildet ist, dass der Druck in der Messkammer (4) mit zunehmendem Volumen des in die Messkammer (4) eingespritzten Mediums degressiv ansteigt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Druckregelvorrichtung (12), die geeignet ist, einen gewünschten Druck (p0) in der Messkammer (4) einzustellen.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Messkammer (4) wenigstens eine Entlüftung (14) und/oder wenigstens ein Überdruckventil (22) aufweist.
6. Verfahren zur Bewertung eines Einspritzorgans (6), das zum Einspritzen eines fluiden Mediums ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anbringen des Einspritzorgans (6) an einer Messkammer (4) derart, dass durch das Einspritzorgan (6) ein fluides Medium in die Messkammer (4) einspritzbar ist;
Verbinden des Einspritzorgans (6) mit einer Zuleitung (16), die dem Einspritzorgan (6) im Betrieb ein fluides Medium zuführt;
Ansteuern des Einspritzorgans (6) derart, dass es während einer Einspritzzeit
(TE) eine Menge des fluiden Mediums in die Messkammer (4) einspritzt;
kontrolliertes Abführen des eingespritzten Mediums aus der Messkammer (4); Messen des Druckverlaufs (p(t)) in der Messkammer (4) über eine Messzeit (TM);
Auswerten wenigstens eines Bereichs des gemessenen Druckverlaufs (p(t)).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren einschließt, vor dem Ansteuern des Einspritzorgans (6) einen Ausgangsdruck (p0) in der Messkammer (4) einzustellen und die Messzeit (TM) den Zeitraum vom Beginn des Einspritzvorgangs bis zu dem Zeitpunkt umfasst, an dem der Druck (p) in der Messkammer (4) wieder den Ausgangsdruck (p0) erreicht hat, und wobei das Auswerten des Druckverlaufs (p(t)) umfasst, aus dem Druckverlauf (p(t)) die Menge des eingespritzten Fluids zu berechnen.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druckverlauf (p(t)) über die Einspritzzeit (TE) ausgewertet und ein zeitlicher Verlauf der Menge des eingespritz- ten Fluids berechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druckverlauf p(t) über einen beliebigen Zeitbereich betrachtet und mit einem vorgegebenen Druckverlauf verglichen wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren einschließt, eine Mehrzahl aufeinander folgender Einspritzvorgänge durchzuführen und auszuwerten.
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