DE3916419C2 - Electromagnetically controlled measuring device for volumetric measurement of injection quantities of a diesel injection pump - Google Patents
Electromagnetically controlled measuring device for volumetric measurement of injection quantities of a diesel injection pumpInfo
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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.The invention relates to an electromagnetically controlled measuring device for volumetric measurement of injection quantities ei ner diesel injection pump, according to the preamble of the patent claims 1 specified characteristics.
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.From DE 31 39 831 C2 such a measuring device is be knows, in which in a receiving body one of the number of Pump elements corresponding number of injectors below are brought, the fuel in succession into the measuring chamber inject, at the same time the volumetric flask against the stick fabric pressure gradually evades in the gas pressure chamber. The Measuring chamber is only emptied at a time when all on have sprayed fuel.
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.In this version used for commercial vehicles with each evasive movement of the volumetric flask relative move large masses because the volumetric flask is large in diameter must be in order to be able to accommodate many load cycles.
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.This is necessary because the volumetric flask does not come on every time injection, but only returned after approx. 100 load cycles becomes. Since in the measuring chamber when returning the volumetric flask in the starting position there are no defined pressure conditions and also the volumetric flask to avoid gas transfer in the measuring chamber requires a sealing ring, but it does high friction and consequently a poor response hold leads, there are inevitable measurement inaccuracies. The friction increases due to the further sealing the piston rod used to accommodate the sensor or displacement sensor outside the gas pressure chamber is required.
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.From US-PS 4,391,133 an electromagnetically controlled measuring device is known, in which an additional preloading system (pressure piston 405 in FIG. 6 or hydraulic system according to FIG. 2) is used to maintain a defined initial position of the measuring piston before the injection. In this embodiment, the dead volume has to be pumped up after each injection and the spring force has to be overcome in order to obtain a defined starting position of the volumetric piston for the injection to be subsequently measured. Measurement inaccuracies due to the spring arrangement due to the different forces occurring over the stroke and thus the different back pressure cannot be avoided. In addition, leak fuel can pass from the measuring chamber into the spring chamber. Fuel is therefore lacking in the measured quantity.
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. The invention has for its object a measuring device to create with high measuring accuracy, with which also at Passenger cars occurring small injection quantities as well their courses and further pilot injections and also dyna mixing processes can be measured exactly.
Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmale.To solve the problem serve the in the characterizing part of the patent pronounced 1 specified characteristics.
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.Individuals can be used with the measuring device according to the invention injection quantities and speed of an injection system measured and in addition, temporal injection profiles shown and pump operating points with post injection recognized and be registered. The measuring chamber is discharged after each injection by energizing the discharge valve and compared to the execution with consecutive single injections without intermediate discharge the advantage that less vibrations occur in the system and thus can result in high measuring accuracies. In addition, there is the Measuring accuracy of the measuring device with controlled discharge also due to the fact that systematic errors have since been caused by over discharge of the measuring chamber could be eliminated.
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.Further advantages result from the fact that with each alternative only relatively small masses have to be moved that Sealing rings on the volumetric flask can be omitted, since between the one placed object in the gas pressure chamber and the measuring chamber pressure is no longer a pressure difference, and that measuring col ben can be used with a larger game.
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.In addition, there are advantages from the thermostatization of the inductive displacement sensor by means of cold rooms by detecting the Liquid temperature in the measuring chamber for the purpose of normalizing the Measuring volume to a certain reference temperature (claim 2) due to the special actuation of the unloading valve needle tils and the resulting perfect centering seat (Claims 3, 4) and by the arrangement of the Gap filter (claim 5), the malfunction of the discharge valve Contamination prevented, but also a choke effect for better regulation of the levitation height of the measurement allows piston.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:The object of the invention is based on one in the drawing illustrated embodiment described in more detail. It demonstrate:
Fig. 1 eine Meßvorrichtung im Schnitt, Fig. 1 shows a measuring device in cross-section,
Fig. 2 das Mengenmeßsignal in einem Einspritz mengen/Grad Nockenwellen-Diagramm. Fig. 2, the quantity measurement signal in an injection quantity / degree camshaft diagram.
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.A provided with controlled discharge electromagnetically actuated measuring device 1 consists essentially of an injection nozzle 2 , an inductive displacement sensor 3 and an electromagnetically controlled discharge valve 4th
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.The displacement sensor 3 is composed of a pair of differential coils 5 and a ferromagnetic core 6 which is axially displaceable therein and which is part of a lifting rod 8 connected to a measuring piston 7 . Lift rod 8 and volumetric piston 7 are thermally decoupled by a poorly heat-conducting connecting part to minimize electrical errors.
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.The measuring piston 7 , which is guided in the measuring cylinder 9 without a sealing ring, separates an overhead gas pressure chamber 10 from an underlying measuring chamber 11 . The measuring chamber 11 is closed by the gas pressure-loaded measuring piston 7 , by the electromagnetically controlled discharge valve 4 and by the injection nozzle 2 .
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.The unloading valve 4 is composed in particular of a magnetic coil 12 , a pivotably mounted armature plate 13 , a pressure plate 14 centrally guided in the armature plate 13 and a valve needle 15 which bears against it and is provided for the discharge of the measuring chamber 11 . The valve needle 15 blocks a drain line 16 in the unloading valve 4 , which is connected via a bore 17 in the measuring body 18 with an annular space 19 between the measuring piston 7 and measuring cylinder 9 . Upstream of the valve needle 15 , a gap filter 20 is used, the coarse Verun catches in the fuel, which can affect the functionality of the unloading valve 4 .
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. The pivotable anchor plate 13 is mounted in a pivot pin 21 and is loaded by an opposite spring 22 such that it counteracts a valve needle spring (not shown) which presses the valve needle 15 on its needle seat 23 when the solenoid 12 is de-energized. When the solenoid 12 is energized, the position shown arises, namely the tightened armature plate 13 against the spring 22 and the valve needle 15 in the open position.
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.In the measuring body 18 , a thermocouple 24 for the detection of the fuel temperature in the measuring chamber 11 is screwed in radially, which makes corrections when carrying out the measurement in the event of deviations from a specific reference temperature.
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.Above the measuring body 18 there is a housing part 25 for receiving the inductive displacement sensor 3 , which is provided with cooling chambers 26 surrounding the displacement sensor 3 . The thermal statization of the displacement sensor 3 further minimizes the electrical errors in the detection of the evasive movement of the measuring piston 7 .
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.The volumetric flask 7 is in a closed discharge valve 4 in a position corresponding to the initial or rest position, and is defined as the floating height. The gas pressure chamber 10 filled with nitrogen is regulated to a pressure corresponding to the pressure in the measuring chamber 11 . As soon as the injector 2 injects fuel into the measuring chamber 11 , the measuring piston 7 dodges. The path of the measuring piston 7 is measured inductively and is proportional to the amount of fuel injected. After each injection, the measuring chamber 11 is discharged by energizing the discharge valve 4 . The present at present Stel lungs of the measuring piston 7 and the plate 13 raised by the tightened anchor valve needle 15 shows the measuring device. 1 With the built-in thermocouple 24 , the current fuel temperature in the measuring chamber 11 is measured to normalize the injection volume to a predetermined reference temperature. The control signals for the measured value acquisition and measurement chamber discharge are either constant in time or constant in the camshaft.
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.As can be seen from Fig. 2, starting from the defi ned suspension height of the volumetric flask z. B. after 100 ° Nockenwel lenwinkel the opening signal V and provided to the closing signal V to the unloader valve 4 upon reaching the pre-given flying height.
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.The quantity measurement signal is plotted as a function of the degree of the camshaft (° NW) and the piston travel or injection quantity, with V E denoting the pre-injection quantity and H E the main injection quantity and N E the post-injection.
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.Due to the exact evasive movement of the Volumetric flask can be moved by moving the sample points for the Measured value recording also a subset in a certain time or Angular interval can be determined. Are in the diagram feasible sample points a, b and c plotted. So read measured values with regard to the pre-injection and main injection quantity as well as a quantity corresponding to the post-injection.
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.It is also possible due to the very good response behavior of the volumetric flask by differentiating the Piston path to the course of the injection during the injection determine. Injection quantities and injection curves can thus be made can be determined simultaneously with the measuring device.
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