Vorrichtung und Verfahren zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils (1) mit einer Aufnahme (10) zum Aufnehmen und Halten des zu justierenden Einspritzventiles (1), einem Stellelement (4) zum Verstellen einer Einstellmechanik des Einspritzventils zum Justieren des Durchflusses, einem Fluidreservoir für ein Testfluid, einer Pumpe (8) zum Erzeugen eines Drucks des Testfluids in dem Fluidreservoir, und einer Messeinrichtung (11) zum Ermitteln des Drucks in dem Fluidreservoir. Es ist ein mit dem Stellelement (4) gekoppelter Ausgleichskolben (5) vorgesehen, durch welchen eine durch eine Bewegung des Stellelements (4) verursachte Änderung des Volumens des Fluidreservoirs kompensierbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

[0002] Die Vorrichtung umfasst eine Aufnahme zum Aufnehmen und Halten des zu justierenden Einspritzventils, eine Stelleinrichtung zum Verstellen einer Einstellmechanik des Einspritzventils zum Justieren des Durchflusses, ein Fluidreservoir für ein Testfluid, eine Pumpe zum Erzeugen oder Ändern eines Drucks des Testfluids in dem Fluidreservoir und eine Messeinrichtung zum Ermitteln des Drucks in dem Fluidreservoir.

[0003] Verfahrensmäßig wird zum Justieren des Durchflusses des Einspritzventils das zu justierende Einspritzventil an einer Aufnahme befestigt, mittels einer Pumpe ein Testfluid in einem Fluidreservoir unter Druck gesetzt, eine definierte Anzahl von Einspritzvorgängen ausgeführt, eine Druckänderung in dem Fluidreservoir bestimmt und zum Ermitteln des Durchflusses des Einspritzventils in eine Volumenänderung umgerechnet und mittels einer Stelleinrichtung eine Einstellmechanik des Einspritzventils zum Justieren des Durchflusses des Einspritzventils verstellt.

[0004] Einspritzventile sind für moderne Verbrennungsmotoren von großer Bedeutung. Nur durch eine präzise Dosierung des Kraftstoffs in dem Zylinder sind die Einhaltung der Abgasvorschriften und ein optimaler Kraftstoffverbrauch erreichbar. Die Toleranz der Einspritzmengencharakteristik q = f (ti/tp) ist dabei von primärer Bedeutung. Hierbei bezeichnet q die Einspritzmenge und f(ti/tp) eine Funktion f in Abhängigkeit der Einspritzdauer ti und der Periodendauer tp.

[0005] Aufgrund der zunehmenden Verschärfung der Abgasgesetze werden die Anforderungen an die Einspritzmengencharakteristik der Einspritzventile immer höher, und es wird nach neuen, innovativen Verfahren gesucht, die es erlauben, die Qualität der Einstellung zu erhöhen, um den Einsatzbereich der Injektoren über die bisherigen Bereiche hinaus zu erweitern. Insbesondere die Nutzung des sogenannten ballistischen Betriebsbereiches, in dem mittels sehr kurzer Ansteuersignale besonders kleine Einspritzmengen erzeugt werden können, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Um diesen Betriebsbereich nutzen zu können, ist es erforderlich, die Einspritzventile im untersten Bereich der Mengencharakteristik einzustellen. Hierfür ist es notwendig, besonders kleine Einspritzmengen messen zu können, die mit der bisher üblichen Durchflussmesstechnik nicht oder nur verbunden mit langen Messzeiten oder mit sehr aufwändigen und teuren Einspritzmengenmessgeräten gemessen werden können.

[0006] Die Einspritzmengencharakteristik eines Einspritzventils, insbesondere eines Benzineinspritzventils, kann mittels eines Federsystems im Ventil eingestellt werden. Dieser Einstellvorgang ist bei der Produktion von Einspritzventilen ein entscheidender Herstellungsprozess und engen Toleranzen unterworfen.

[0007] Eine Einstellvorrichtung verfügt üblicherweise über einen hydraulischen Messkreis mit Vorratstank, Vorförderpumpe, Vordruckregelung, Filtration, Hochdruckpumpe, Druckregler, Drucksensor und Durchflusssensor sowie über einen Kontaktierkopf, über den das Einspritzventil mit einem Testfluid versorgt wird. Mittels einer im Kontaktierkopf integrierten Verstellmechanik ist es möglich, das Federsystem im Einspritzsystem auf eine gewünschte Solldurchflussmenge abzugleichen.

[0008] Bei einer Abweichung zwischen Soll- und Istdurchfluss wird für das Federsystem ein Korrekturwert berechnet, auf dessen Basis das Federsystem des Einspritzventils mittels der Verstellmechanik eingestellt beziehungsweise justiert wird. Dieser Vorgang wird in der Regel solange wiederholt, bis sich der gewünschte Solldurchfluss einstellt, wobei in der Regel mehrere Iterationen durchgeführt werden, bis der Solldurchfluss innerhalb der erforderlichen Toleranzen erreicht werden kann.

[0009] Insbesondere bei der Messung von sehr kleinen Durchflussmengen stellt das durch den Einstellstift während der Verstellung verdrängte Volumen eine erhebliche Störgröße dar, welche die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt und zusätzliche Wartezeiten bei der Einstellung erfordert.

[0010] Eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Einstellung und Überprüfung des Durchflusses bei Ventilen ist in der DE 44 33 543 C1 beschrieben. Hierbei wird das Ventil in einer Messvorrichtung angeordnet und mit einem Fluid bei vordefiniertem Volumenstrom beaufschlagt. Der sich einstellende Druck des Fluides in der Messvorrichtung wird ermittelt. Eine Einstelleinrichtung am Ventil wird entsprechend dem ermittelten Druckwert solange verstellt, bis der Ist-Druck einem Soll-Druck entspricht.

[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Justieren des Durchflusses eines Einspritzventils anzugeben, welche eine besonders präzise und schnelle Justierung ermöglichen.

[0012] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0013] Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß einen Ausgleichskörper, mit welchem das Volumen des Fluidreservoirs änderbar ist. Der Ausgleichskörper ist mit der Stelleinrichtung so gekoppelt, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung, durch welche eine Volumenänderung des Fluidreservoirs hervorgerufen wird, der Ausgleichskörper so bewegbar ist, dass die Volumenänderung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird.

[0014] Bei dem Verfahren zum Justieren des Durchflusses des Einspritzventils ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Ausgleichskörper mit der Stelleinrichtung so gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung, durch welche eine Volumenänderung des Fluidreservoirs erzeugt wird, der Ausgleichskörper so bewegt wird, dass die Volumenänderung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird.

[0015] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein Einspritzventil schnell, präzise und auf sehr geringe Durchflüsse einzustellen.

[0016] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Bewegung des in dem Fluidreservoir angeordneten Stellelements eine - wenn auch geringfügige - Änderung des Volumens des Fluidreservoirs bewirkt. Hierdurch ändert sich der Druck in dem Fluidreservoir, das auch als hydraulischer Messkreis bezeichnet werden kann,. Da üblicherweise mehrere Verstellungen der Stelleinrichtung benötigt werden, um das Einspritzventil innerhalb der vorgegebenen Toleranzen auf eine Solldurchflussmenge einzustellen, musste bisher der Druck in dem Fluidreservoir nach jeder Verstellung der Stelleinrichtung erneut ermittelt oder eine entsprechende Ungenauigkeit in Kauf genommen werden.

[0017] Ein Grundgedanke der Erfindung kann somit darin gesehen werden, die durch die Verstellung der Stelleinrichtung verursachte Volumenänderung des Fluidreservoirs, insbesondere zeitgleich, durch eine gleichgroße Volumenänderung an anderer Stelle auszugleichen. Hierzu ist erfindungsgemäß ein mit der Stelleinrichtung gekoppelter Ausgleichskörper vorgesehen, durch dessen Bewegung sich entsprechend der Bewegung der Stelleinrichtung eine entgegengesetzte Volumenänderung erzeugen lässt.

[0018] Nach einer Verstellung der Stelleinrichtung bleibt somit das Volumen im Fluidreservoir konstant, so dass unmittelbar im Anschluss eine erneute Testeinspritzung erfolgen kann. Der Justiervorgang kann hierdurch deutlich beschleunigt werden.

[0019] Als Testfluid kann ein beliebiges Fluid, insbesondere eine beliebige Flüssigkeit verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Flüssigkeit eingesetzt, die in Parametern wie Dichte, Viskosität und/oder Kompressibilität mit dem im Betrieb des Einspritzventils verwendeten Fluid zumindest weitgehend übereinstimmt. Insbesondere kann das gleiche Fluid genutzt werden, beispielsweise ein Kraftstoff wie Benzin oder Diesel.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgleichskolben mit der Stelleinrichtung mechanisch verbunden. Die mechanische Verbindung gewährleistet eine zuverlässige Verstellung des Ausgleichskolbens entsprechend der Bewegung dem Stellelement. Eine mechanische Kopplung ist zudem robust und zuverlässig.

[0021] Durch die Kopplung wird bewirkt, dass bei jeder Bewegung der Stelleinrichtung eine Bewegung des Ausgleichskörpers erfolgt. Unter der Kopplung können insbesondere alle Wirkverbindungen aufgefasst werden, bei denen eine Komponente der Stelleinrichtung, mit welcher der Einstellstift bewegt wird, auch eine Bewegung des Ausgleichskörpers bewirkt. Diese Komponente kann beispielsweise ein Hubkörper oder ein Antrieb sein, der mechanisch sowohl mit dem Einstellstift als auch mit dem Ausgleichskörper verbunden oder gekoppelt ist. Es kann sich bei der Komponente aber auch um eine elektronische Steuereinheit handeln, welche sowohl einen Antrieb des Einstellstifts als auch einen Antrieb des Ausgleichskörpers ansteuert.

[0022] Daher unterscheidet sich die Kopplung der Erfindung von herkömmlichen Verstellverfahren. Bei diesen wird die Volumenänderung, die aus der Bewegung des Einstellstifts resultiert, gemessen, beispielsweise durch eine Druckänderung. Darauf wird eine ausgleichende Bewegung durchgeführt, etwa eine Volumenreduzierung durch eine Kolbenpumpe.

[0023] Die Stelleinrichtung kann auch als Stellelement bezeichnet werden. Sie kann grundsätzlich beliebig ausgeführt sein, solange sie zumindest eine bewegliche Komponente aufweist, mit welcher die Einstellmechanik eines Einspritzventils verstellt werden kann. Hierzu kann sie einen Einstellstift umfassen. Dieser ist vorzugsweise zum Durchleiten des Testfluids hohl.

[0024] Der Ausgleichskörper kann grundsätzlich eine beliebige Form haben und an beliebigem Ort positioniert sein, solange er an das Fluidreservoir angrenzt oder teilweise in dieses hineinragt. Vorzugsweise umfasst der Ausgleichskörper einen bewegbaren Ausgleichskolben. Dieser wird gekoppelt zu dem Einstellstift bewegt.

[0025] Damit eine Volumenänderung durch den Einstellstift und eine Volumenänderung durch den Ausgleichskörper möglichst genau übereinstimmen, kann der Ausgleichskolben so an die Stelleinrichtung gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung des Einstellstifts der Ausgleichskolben um eine gleiche Strecke bewegt wird.

[0026] Dies ist besonders bevorzugt, wenn eine Querschnittsfläche des Ausgleichskolbens und eine Querschnittsfläche des Einstellstifts gleich groß sind.

[0027] Um die Folgen von Bewegungsungenauigkeiten gering zu halten, kann auch vorgesehen sein, dass die Kopplung derart ist, dass der Ausgleichskolben um eine größere Strecke bewegt wird als der Einstellstift. Hierbei ist eine Querschnittsfläche des Ausgleichskolbens geringer ist die des Einstellstifts. Solange die Abmessungen des Ausgleichskolbens präzise hergestellt werden können, wird in dieser Weise eine gute Kompensation auch bei Bewegungsungenauigkeiten des Ausgleichskolbens erreicht.

[0028] Grundsätzlich kann der Ausgleichskörper auch als Teil der Stelleinrichtung ausgeführt sein, das heißt mechanisch mit dieser verbunden sein oder einstückig mit einer Komponente der Stelleinrichtung gebildet sein.

[0029] Der Ausgleichskörper kann auch identisch zum Einstellstift geformt sein. Insbesondere kann ein Fluidvolumen um den Einstellkörper gleich geformt sein wie ein Fluidvolumen um den Einstellstift zum Einspritzventil, mit dem Unterschied, dass über den Ausgleichskörper kein Testfluid abgespritzt werden kann. In diesem Fall wird der Ausgleichskörper entgegengesetzt zum Einstellstift bewegt. Wegen den übereinstimmenden Abmessungen wird hier eine Volumenänderung besonders zuverlässig kompensiert.

[0030] Prinzipiell kann der Ausgleichskörper auch durch die Pumpe verwirklicht werden. In diesem Fall wird die Kopplung über eine elektronische Steuereinheit verwirklicht, welche die Pumpe zusätzlich dann angesteuert, wenn das Stellelement die Einstellmechanik des Einspritzventils verstellt. Dabei wird die Pumpe gerade so angesteuert, dass sie das Fluidreservoir um ein Volumen ändert, das zu der Volumenänderung durch die Stelleinrichtung betragsgleich ist, aber ein entgegengesetztes Vorzeichen hat.

[0031] Es ist auch möglich, dass der Ausgleichskörper und der Einstellstift durch einen gemeinsamen Körper gebildet sind. In diesem Fall führt bei einer Bewegung des Einstellstifts jedenfalls ein Abschnitt des Einstellstifts zu einer Volumenvergrößerung des Fluidreservoirs, während ein anderer Abschnitt des Einstellstifts zu einer Volumenverringerung führt.

[0032] Eine verhältnismäßig einfache Herstellung wird ermöglicht, wenn der Ausgleichskörper innerhalb eines Ausgleichsraums des Fluidreservoirs bewegbar ist, wobei der Ausgleichsraum über ein Leitungsrohr mit übrigen Abschnitten des Fluidreservoirs verbunden ist. Insbesondere kann das Leitungsrohr den Ausgleichskörper fluidmäßig mit der Pumpe und/oder mit dem inneren Hohlraum des Einstellstifts.

[0033] Vorzugsweise ist der Ausgleichskörper so mit der Stelleinrichtung gekoppelt, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung der Ausgleichskörper gleichzeitig bewegt wird. Insbesondere bei einer Kopplung über eine elektronische Steuereinheit kann die Bewegung des Ausgleichskörpers aber auch vor oder nach der Bewegung der Stelleinrichtung erfolgen.

[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stellelement eingerichtet, auf eine Federeinrichtung im Einspritzventil zum Ändern des Durchflusses des Einspritzventils einzuwirken. Durch die Federeinrichtung lässt sich das Einspritzventil auf eine gewünschte Solldurchflussmenge abgleichen.

[0035] Vorzugsweise ist das Stellelement mittels eines Spindeltriebs antreibbar. Dieser kann wiederum durch einen Motor, insbesondere einen Schritt- oder Servomotor angetrieben werden. Ein Spindeltrieb ermöglicht eine besonders präzise Verstellung des Stellelements in kleinen Schritten.

[0036] Die Kompensierung der Volumenänderung durch den Ausgleichskolben lässt sich auf vorteilhafte Weise dadurch realisieren, dass eine Stirnfläche des Ausgleichskolbens mit dem Fluidreservoir in Verbindung steht und dass die Stirnfläche des Ausgleichskolbens gleich dimensioniert ist wie eine Stirnfläche des Stellelements. Auf diese Weise führt eine axiale Verstellung von Stellelement und Ausgleichskolben um den gleichen Betrag zu einem exakten Ausgleich der Volumenänderung.

[0037] Zur Volumenkompensation können Ausgleichskolben und Stellelement derart gekoppelt sein, dass eine Bewegung des Stellelements eine gleichgerichtete oder entgegengesetzte Bewegung des Ausgleichskolbens bewirkt.

[0038] Vorzugsweise ist eine Recheneinheit zum Berechnen des Durchflusses des Einspritzventils basierend auf einer ermittelten Druckänderung vorgesehen. Hierzu wird der Druck in dem Fluidreservoir vor und nach einem Ab- oder Einspritzvorgang ermittelt. Aufgrund der gemessenen Druckänderung lässt sich die Änderung der Menge des Testfluids in dem Fluidreservoir und somit die ab- beziehungsweise eingespritzte Menge berechnen.

[0039] Zur Justierung des Durchflusses des Einspritzventils werden vorzugsweise vor dem eigentlichen Einstellvorgang Kalibrierungsmessungen durchgeführt, in welchen das Speicherverhalten des hydraulischen Kreises beziehungsweise Fluidreservoirs bestimmt wird. Hierbei wird das Fluidreservoir unter Druck gesetzt. Der Druckanstieg wird als Funktion der Volumenveränderung bis zu einem gewünschten Maximaldruck von einer Messeinrichtung aufgenommen und abgespeichert. Des Weiteren wird der Druckabfallverlauf aufgezeichnet. Basierend auf den Messungen können Kennlinien ermittelt werden, welche eine Relation zwischen Volumen und Druck bei ansteigendem und bei fallendem Druck angeben.

[0040] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen weiter beschreiben, welche in den beiliegenden Figuren dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2

einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1;

[0041] Gleiche oder gleich wirkende Komponenten sind in beiden Figuren in der Regel mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

[0042] Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils 1.

[0043] Das Einspritzventil 1 wird in einer Aufnahme 10 der Vorrichtung 100 gehalten, welche an einem Einstellkopf 3 der Vorrichtung 100 gebildet ist.

[0044] Mit dem Einspritzventil 1 sollen besonders kleine Einspritzmengen erzeugt werden können. Um dies zu ermöglichen, ist die Einspritzmengencharakteristik des Einspritzventils 1 mittels einer Federeinrichtung 19 im Einspritzventil 1 einstellbar. Dieser Einstellvorgang erfolgt vor dem regulären Betrieb des Einspritzventils 1 mit der Vorrichtung 100.

[0045] Diese weist zunächst als wesentliche Komponente ein Stellelement 4 mit einem Einstellstift 41 auf. Durch Bewegen des Einstellstifts 41 kann eine Einstellmechanik 30 des Einspritzventils 1 verstellt werden, womit der Durchfluss durch das Einspritzventil 1 geändert wird.

[0046] Der Durchfluss durch das Einspritzventil 1 wird als Durchflussmenge pro Einspritzvorgang bestimmt. Zur Ermittlung dieser Durchflussmenge wird mit der Vorrichtung 100 ein Testfluid durch das Einspritzventil 1 gepumpt.

[0047] Hierzu umfasst die Vorrichtung 100 ein Fluidreservoir 15, mit welchem ein Testfluid zu der Einspritzdüse 1 geleitet werden kann. Als Fluidreservoir 15 kann der gesamte Bereich verstanden werden, der fluidmäßig mit einem Einlass des Einspritzventils 1 verbunden ist, insbesondere ohne Leitungsunterbrechungen oder -absperrungen.

[0048] Mit dem Fluidreservoir 15 ist eine Pumpe 8 verbunden, um einen Druck im Fluidreservoir 15 zu erzeugen und so das Testfluid durch die Einspritzdüse 1 zu fördern. Die Pumpe 8 ist vorzugsweise eine Hochdruckpumpe 8, insbesondere eine leckagefrei arbeitende Kolbenpumpe. Diese umfasst ein Verdrängungsorgan, welches mit einem Spindeltrieb verstellbar ist. Dieser kann wiederum mit einem Schrittmotor oder Servomotor angetrieben werden. Dadurch kann die Pumpe 8 einen hydraulischen Volumenstrom erzeugen. Da die Geschwindigkeit des Motors über einen weiten Bereich verstellbar ist, kann vorteilhafterweise der durch die Pumpe bereitgestellte Volumenstrom ebenfalls über einen großen Bereich verstellt werden. Wird der Endhub der Pumpe erreicht, muss diese neu mit Testfluid befüllt werden. Die Pumpe 8 kann auch als Dosierpumpe verwendet werden, um ein bestimmtes Volumen nachzufördern.

[0049] Um das Testfluid in das Fluidreservoir 15 und die damit verbundene Pumpe 8 einzuleiten, ist ein Einlassventil 6 vorhanden. Während mit der Vorrichtung 100 der Durchfluss durch das Einspritzventil 1 gemessen und eingestellt wird, bleibt das Einlassventil 6 abgesperrt. Allein zum Nachfüllen von Testfluid zwischen Messvorgängen der Vorrichtung 100 wird das Einlassventil 6 geöffnet. Daher kann das Einlassventil 6 als eine Begrenzung des Fluidreservoirs 15 angesehen werden.

[0050] Die Durchflussmenge von Testfluid durch das Einspritzventil 1 wird über den Druck im Fluidreservoir 15 berechnet. Diese Berechnung und der eigentliche Messbetrieb werden im Späteren näher beschrieben. Zur Messung des Drucks im Fluidreservoir 15 ist eine Messeinrichtung 11, das heißt ein Drucksensor 11, vorhanden. Dieser kann an einer beliebigen Stelle des Fluidreservoirs 15 angeordnet sein, das heißt er ist fluidmäßig und ununterbrochen mit dem Rest des Fluidreservoirs 15 verbunden. Im dargestellten Beispiel ist der Drucksensor 11 an einer Leitung angeordnet, mit welcher Testfluid von der Vorrichtung 100 weggeleitet werden kann. Diese Leitung und damit das Fluidreservoir 15 werden durch ein Spülventil 16 begrenzt, welches im Messbetrieb der Vorrichtung 100 geschlossen ist.

[0051] Um aus dem gemessenen Druck auf die Durchflussmenge durch das Einspritzventil 1 zu schließen, spielt das Volumen des Fluidreservoirs 15 eine wichtige Rolle. Bei herkömmlichen Vorrichtungen 100 ist dieses Volumen während des Einstellvorgangs aber nicht konstant. So führt eine Bewegung des Einstellstifts 41 zu einer Veränderung des Volumens des Fluidreservoirs 15. Diese Volumenänderung wird herkömmlicherweise berechnet oder geschätzt und für die Berechnung der Durchflussmenge verwendet. Hiermit sind Ungenauigkeiten verbunden, welche bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 reduziert oder umgangen werden. Zudem wird eine Zeitersparnis erzielt, wie im Späteren näher dargelegt wird.

[0052] So führt ein Bewegen des Einstellstifts 41 für sich betrachtet zwar auch bei der Erfindung zu einer Volumenänderung des Fluidreservoirs 15. Erfindungsgemäß wird diese Volumenänderung aber durch Bewegen eines Ausgleichskörpers 5 ausgeglichen. Der Ausgleichskörper 5 ist mit einem Bereich des Fluidreservoirs 15 verbunden und kann dessen Volumen verändern.

[0053] Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der Ausgleichskörper 5 einen Ausgleichskolben 55, der in einem Zylinder 56 bewegbar ist. Dadurch wird die Größe des Innenraums des Zylinders 56 verändert. Dieser Innenraum ist Bestandteil des Fluidreservoirs 15 und daher mit der Einlassöffnung des Einspritzventils 1 fluidmäßig verbunden. Der Zylinder 56 kann einen Einlass 51 und einen Auslass 52 an seinem Innenraum aufweisen. Dabei ist der Innenraum so geformt, dass der Einlass 51 und Auslass 52 unabhängig von der Stellung des Ausgleichskolbens 55 über den Innenraum miteinander verbunden sind.

[0054] Es kann vorgesehen sein, dass über das Fluidreservoir 15 die Pumpe 8 mit dem Einlass 51 fluidmäßig verbunden ist und der Auslass 52 mit einem Einstellkopf 3 der Vorrichtung 100 fluidmäßig verbunden ist, wobei von dem Einstellkopf 3 das Testfluid in das Einspritzventil 1 einleitbar ist.

[0055] Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Fluidreservoir 15 nicht über den Auslass 52, sondern über den Einlass 51 mit dem Einstellkopf 3 fluidmäßig verbunden ist. In diesem Fall stellt der Innenraum des Zylinders 56 ein Endvolumen oder eine Sackgasse dar, deren Volumen einstellbar ist.

[0056] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung liegt darin, dass der Ausgleichskörper 5, im dargestellten Beispiel der Ausgleichskolben 55, durch eine Bewegung des Stellelements 4 verschoben wird. Hierfür ist der Ausgleichskolben 55 über ein Koppelelement 60 an einen Hubkörper 42 des Stellelements 4 gekoppelt. Durch eine Bewegung des Hubkörpers 42 ist zum einen der Einstellstift 41 verschiebbar. Zum anderen ist damit das Koppelelement 60 und somit der Ausgleichskolben 55 bewegbar. Die Kopplung zwischen dem Koppelelement und dem Hubkörper 42 kann prinzipiell beliebig ausgeführt sein. Für eine besonders robuste Ausführung kann die Kopplung mechanisch erfolgen. Alternativ ist auch eine magnetische Kopplung möglich. Dadurch kann das Koppelelement 60 leichter vom Hubkörper 42 gelöst werden, womit bei Bedarf ein Komponentenaustausch erleichtert wird.

[0057] Prinzipiell kann der Ausgleichskörper 5 beliebig geformt sein, solange über die Kopplung zu dem Stellelement 4 mit ihm eine Bewegung ausgeführt wird, durch die eine Volumenänderung des Fluidreservoirs 15 gerade gleich groß aber entgegengesetzt zu einer Volumenänderung des Fluidreservoirs 15 durch eine Bewegung des Einstellstifts 41 ist. Diese Bedingung wird bei der dargestellten Ausführungsform besonders einfach und zuverlässig erfüllt. Dazu erfolgt eine 1:1-Übertragung von dem Hubkörper 42 zu dem Ausgleichskolben 55. Das heißt, bei einer Bewegung des Einstellstifts 41 wird der Ausgleichskolben 55 um eine gleich große Strecke bewegt. Zudem sind die Querschnittsabmessungen des Ausgleichskolbens 55 und des Einstellstifts 41 gleich. Dadurch sind auch die Volumenänderungen betragsgleich, die durch das Bewegen des Einstellstifts 41 und des Ausgleichskolbens 55 erzeugt werden.

[0058] Die Querschnittsabmessungen des Hohlraums des Zylinders 56 können größer sein als die Außenabmessungen des Ausgleichkolbens 55. Dadurch ist die Mantelfläche des Ausgleichskolbens 55 von Testfluid umgeben, womit Reibungsverluste durch Bewegen des Ausgleichskolbens 55 verringert sind.

[0059] Eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 70 versehenen Bereichs ist in Fig. 2 gezeigt. Erkennbar ist insbesondere der Einstellstift 41, der die Einstellmechanik 30 des Einspritzventils 1 kontaktiert und diese verstellen kann. Zudem ist der Einstellstift 41 hohl ausgeführt, so dass Testfluid durch diesen hindurch in das Einspritzventil 1 eingeleitet werden kann.

[0060] Im Folgenden wird der Betrieb der Vorrichtung 100 beschrieben. Im Betrieb wird eine Durchflussmenge von Testfluid durch das Einspritzventil 1 bestimmt. Dieser Ist-Wert wird mit einem Soll-Wert verglichen. Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs wird über den Einstellstift 41 die Einstellmechanik 30 des Einspritzventils 1 verstellt. Damit wird die Durchflussmenge durch das Einspritzventil 1 von einem Einspritzvorgang verändert. Sodann wird erneut ein Ist-Wert der Durchflussmenge ermittelt und mit dem Soll-Wert verglichen. Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis die Abweichung vom Ist-Wert zum Soll-Wert unterhalb einer vorgegebenen Toleranzschwelle liegt. Die in diesem Verfahren durchgeführten Schritte werden im Folgenden detaillierter beschrieben.

[0061] Mit der Vorrichtung 100 wird der Druck oder eine Druckänderung im Fluidreservoir 15 erfasst. Daraus soll auf eine Volumenänderung von Testfluid im Fluidreservoir 15 geschlossen werden. Aus dieser Volumenänderung kann auf das Volumen von Testfluid geschlossen werden, welches über den Messzeitraum durch das Einspritzventil 1 geleitet wurde.

[0062] Daher muss der Zusammenhang zwischen einer Druckänderung und der zugehörigen Volumenänderung bekannt sein. Dies wird durch die Kennlinie der Kreiskompressibilität Kc = dV/dP beschrieben. Dabei bezeichnen dV und dP eine infinitesimale Volumenänderung und eine infinitesimale Druckänderung. Diese Kennlinie muss für die Vorrichtung 100 vor dem eigentlichen Messbetrieb ermittelt werden. Dazu wird zunächst die Hochdruckpumpe 8 vollständig mit Testfluid über das Einlassventil 6 befüllt. Sodann werden das Einlassventil 6 und die Spülventile 9 und 16 geschlossen. Dadurch kann das Testfluid nicht aus dem Fluidreservoir 15 abfließen. Nun wird die Pumpe 8, insbesondere mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit, betrieben, womit das Volumen des Fluidreservoirs 15 verringert wird. Gleichzeitig steigt der Druck des Testfluids im Fluidreservoir 15. Über den Drucksensor 11 wird der Druckanstieg als Funktion der Volumenänderung bis zu einem gewünschten Maximaldruck aufgezeichnet.

[0063] Hierauf wird die Vorschubrichtung der Pumpe 8 umgeschaltet, womit das Volumen des Fluidreservoirs 15 vergrößert und der Druck im Fluidreservoir 15 verringert wird. Währenddessen wird mit dem Drucksensor 11 der Druckabfallverlauf aufgezeichnet.

[0064] Aus dem ansteigenden Graph der Kennlinie kann ermittelt werden, welche Volumenänderung des Fluidreservoirs 15 erforderlich ist, um einen gewünschten Druck im Fluidreservoir 15 einzustellen. Analog kann aus dem absteigenden Graph der Kennlinie die Volumenänderung des Fluidreservoirs 15 ermittelt werden, welche für einen gewünschten Druckabfall einzustellen ist.

[0065] Vor dem Mess- und Einstellbetrieb der Vorrichtung 100 werden erneut das Fluidreservoir 15 und damit auch die Hochdruckpumpe 8 mit Testfluid befüllt. Zudem wird das Einspritzventil 1 mit einer Niederdruckversorgung gespült, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.

[0066] Das Einlass- und die Spülventile 6, 9, 16 sowie das Einspritzventil 1 werden geschlossen. Die Hochdruckpumpe 8 wird solange angesteuert, bis sie einen gewünschten Druck im Fluidreservoir 15 erzeugt hat. Darauf wird das Einspritzventil 1 angesteuert, um für vorbestimmte Periodendauern Testfluid abzuspritzen. Für eine Erhöhung der Messgenauigkeit können mehrere Einspritzvorgänge mit dem Einspritzventil 1 durchgeführt werden. Daraufhin wird der Druckabfall im Fluidreservoir 15 mit dem Drucksensor 11 ermittelt.

[0067] Mithilfe der vorab ermittelten Kennlinie kann das abgeflossene Volumen Q an Testfluid mittels der Formel Q = Kc*ΔP ermittelt werden. Alternativ kann das Volumen Q auch als Integral der Druckänderung dP über Kc berechnet werden.

[0068] Das in dieser Weise ermittelte Volumen kann auf ein korrigiertes Volumen umgerechnet werden, welches dem Volumen entspricht, das durch die Einspritzdüse 1 abgespritzt worden wäre, wenn der Druck konstant auf dem zuvor eingestellten Druck geblieben wäre. Um die Einspritzmenge einer einzelnen Einspritzung zu erhalten, kann das korrigierte Volumen durch die Anzahl der Einspritzungen während des beschriebenen Messvorgangs geteilt werden. Somit wird ein Ist-Wert der Einspritzmenge berechnet. Dieser wird mit einem Soll-Wert der Einspritzmenge verglichen. Abhängig vom Vergleich wird ein Verstellweg für die Einstellmechanik 30 berechnet. Dieser Verstellweg wird mithilfe des Einstellstifts 41 eingestellt.

[0069] Zwar führt die Bewegung des Einstellstifts 41 zu einer Volumenänderung des Fluidreservoirs 15. Vorteilhafterweise wird diese Volumenänderung aber gerade durch eine gekoppelte Bewegung des Ausgleichskörpers 5 ausgeglichen. Dadurch muss vorteilhafterweise keine hierauf zurückgehende Volumenänderung berücksichtigt werden, womit eine verbesserte Messgenauigkeit erreicht werden kann. Außerdem kann die gesamte für den Einstellvorgang erforderliche Zeit reduziert werden.

[0070] Nach einer Einstellungsänderung über den Einstellstift 41 und vor einem nächsten Messdurchgang der Vorrichtung 1 wird mithilfe der Pumpe 8 das Volumen des Fluidreservoirs 15 verringert. Dadurch wird erneut der gewünschte Druck im Fluidreservoir 15 eingestellt. Die hierfür erforderliche Volumenverringerung wird aus dem vorab ermittelten ansteigenden Graph der Kennlinie berechnet.

[0071] Der beschriebene Ablauf des Messens und Einstellens wird solange wiederholt, bis der gemessene Ist-Wert der Einspritzmenge innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um den Soll-Wert liegt.

[0072] Die Pumpe 8 ist vorzugsweise so dimensioniert, dass sie eine Volumenänderung des Fluidreservoirs 15 erzeugen kann, welche für die Anzahl aufeinanderfolgender Einspritzvorgänge des Einspritzventils 1 ausreicht, welche zwischen zwei Einstellvorgängen mit dem Einstellstift 41 durchgeführt werden.

[0073] Durch die gekoppelte Bewegung des Ausgleichskörpers 5 werden Volumen- und Druckänderungen im Fluidreservoir 15 verringert. Dadurch kann die Zeit verringert werden, die zum Einstellen des gewünschten Drucks mit der Pumpe nach einem Einstellvorgang des Einstellstifts 41 benötigt wird. Somit kann eine Vorrichtung 100 innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine größere Anzahl an Einspritzventilen 1 einstellen. Vorteilhafterweise kann daher eine Gesamtzahl an Vorrichtungen 1 verringert werden, womit eine Kostenersparnis erzielt wird.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils (1) mit

- einer Aufnahme (10) zum Aufnehmen und Halten des zu justierenden Einspritzventils (1),

- einer Stelleinrichtung (4) zum Verstellen einer Einstellmechanik (30) des Einspritzventils (1) zum Justieren des Durchflusses,

- einem Fluidreservoir (15) für ein Testfluid,

- einer Pumpe (8) zum Erzeugen eines Drucks des Testfluids in dem Fluidreservoir (15), und

- einer Messeinrichtung (11) zum Ermitteln des Drucks in dem Fluidreservoir (15),

dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ausgleichskörper (5) vorgesehen ist, mit welchem das Volumen des Fluidreservoirs (15) änderbar ist,
dass der Ausgleichskörper (5) mit der Stelleinrichtung (4) so gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung (4), durch welche eine Volumenänderung des Fluidreservoirs (15) hervorgerufen wird, der Ausgleichskörper (5) so bewegbar ist, dass die Volumenänderung zumindest teilweise kompensiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) mechanisch an die Stelleinrichtung (4) gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) einen bewegbaren Ausgleichskolben (55) umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (4) einen Einstellstift (41) aufweist, der zum Verstellen der Einstellmechanik bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskolben (55) so an die Stelleinrichtung (4) gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung des Einstellstifts (41) der Ausgleichskolben (55) um eine gleiche Strecke bewegt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Querschnittsfläche des Ausgleichskolbens (55) und eine Querschnittsfläche des Einstellstifts (41) gleich groß sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest eine Stirnfläche des Ausgleichskörpers (5) mit dem Fluidreservoir (15) in Verbindung steht und

- dass die Stirnfläche des Ausgleichskörpers (5) gleich dimensioniert ist wie eine Stirnfläche desjenigen Abschnitts der Stelleinrichtung (4), welcher mit dem Fluidreservoir (15) in Verbindung steht und zum Verstellen der Einstellmechanik (30) bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) innerhalb eines Ausgleichsraums des Fluidreservoirs (15) bewegbar ist, wobei der Ausgleichsraum über ein Leitungsrohr mit übrigen Abschnitten des Fluidreservoirs (15) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) und der Einstellstift (41) durch einen gemeinsamen Körper gebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) so mit der Stelleinrichtung (4) gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung (4) der Ausgleichskörper (5) gleichzeitig bewegt wird.

11. Verfahren zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils (1), insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei welchem

- das zu justierende Einspritzventil (1) an einer Aufnahme (10) befestigt wird,

- mittels einer Pumpe (8) ein Testfluid in einem Fluidreservoir (15) unter Druck gesetzt wird,

- eine vorgegebene Anzahl von Einspritzvorgängen ausgeführt wird,

- eine Druckänderung in dem Fluidreservoir (15) bestimmt und zum Ermitteln des Durchflusses des Einspritzventils (1) in eine Volumenänderung umgerechnet wird und

- mittels einer Stelleinrichtung (4) eine Einstellmechanik (30) des Einspritzventils (1) zum Justieren des Durchflusses des Einspritzventils (1) verstellt wird,

dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ausgleichskörper (5) mit der Stelleinrichtung (4) so gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung (4), durch welche eine Volumenänderung des Fluidreservoirs (15) erzeugt wird, der Ausgleichskörper (5) so bewegt wird, dass die Volumenänderung zumindest teilweise kompensiert wird.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.

1. Vorrichtung zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils (1) mit

- einer Aufnahme (10) zum Aufnehmen und Halten des zu justierenden Einspritzventils (1),

- einer Stelleinrichtung (4) zum Verstellen einer Einstellmechanik (30) des Einspritzventils (1) zum Justieren des Durchflusses,

- einem Fluidreservoir (15) für ein Testfluid,

- einer Pumpe (8) zum Erzeugen eines Drucks des Testfluids in dem Fluidreservoir (15), und

- einer Messeinrichtung (11) zum Ermitteln des Drucks in dem Fluidreservoir (15),

dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ausgleichskörper (5) vorgesehen ist, mit welchem das Volumen des Fluidreservoirs (15) änderbar ist,
dass der Ausgleichskörper (5) mit der Stelleinrichtung (4) so gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung (4), durch welche eine Volumenänderung des Fluidreservoirs (15) hervorgerufen wird, der Ausgleichskörper (5) so bewegbar ist, dass die Volumenänderung zumindest teilweise kompensiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) mechanisch an die Stelleinrichtung (4) gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) einen bewegbaren Ausgleichskolben (55) umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung (4) einen Einstellstift (41) aufweist, der zum Verstellen der Einstellmechanik bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskolben (55) so an die Stelleinrichtung (4) gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung des Einstellstifts (41) der Ausgleichskolben (55) um eine gleiche Strecke bewegt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Querschnittsfläche des Ausgleichskolbens (55) und eine Querschnittsfläche des Einstellstifts (41) gleich groß sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest eine Stirnfläche des Ausgleichskörpers (5) mit dem Fluidreservoir (15) in Verbindung steht und

- dass die Stirnfläche des Ausgleichskörpers (5) gleich dimensioniert ist wie eine Stirnfläche desjenigen Abschnitts der Stelleinrichtung (4), welcher mit dem Fluidreservoir (15) in Verbindung steht und zum Verstellen der Einstellmechanik (30) bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) innerhalb eines Ausgleichsraums des Fluidreservoirs (15) bewegbar ist, wobei der Ausgleichsraum über ein Leitungsrohr mit übrigen Abschnitten des Fluidreservoirs (15) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) und der Einstellstift (41) durch einen gemeinsamen Körper gebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgleichskörper (5) so mit der Stelleinrichtung (4) gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung (4) der Ausgleichskörper (5) gleichzeitig bewegt wird.

11. Verfahren zum Justieren eines Durchflusses eines Einspritzventils (1) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei welchem

- das zu justierende Einspritzventil (1) an einer Aufnahme (10) befestigt wird,

- mittels einer Pumpe (8) ein Testfluid in einem Fluidreservoir (15) unter Druck gesetzt wird,

- eine vorgegebene Anzahl von Einspritzvorgängen ausgeführt wird,

- eine Druckänderung in dem Fluidreservoir (15) bestimmt und zum Ermitteln des Durchflusses des Einspritzventils (1) in eine Volumenänderung umgerechnet wird und

- mittels einer Stelleinrichtung (4) eine Einstellmechanik (30) des Einspritzventils (1) zum Justieren des Durchflusses des Einspritzventils (1) verstellt wird,

dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ausgleichskörper (5) mit der Stelleinrichtung (4) so gekoppelt ist, dass bei einer Bewegung der Stelleinrichtung (4), durch welche eine Volumenänderung des Fluidreservoirs (15) erzeugt wird, der Ausgleichskörper (5) so bewegt wird, dass die Volumenänderung zumindest teilweise kompensiert wird.

Zeichnung