DE102015201817A1

DE102015201817A1 - Mass flow CNG valve

Info

Publication number: DE102015201817A1
Application number: DE102015201817.2A
Authority: DE
Inventors: David van Bebber; Christian von Grabe; Olivier Reinertz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: DE102015201817B4

Abstract

Es wird eine Messkammer zum Messen von Parametern eines von einem Gas durchströmbaren Ventils bereitgestellt, wobei die Messkammer die Erfassung von Druckänderungen, Temperaturänderungen und von Bewegungen des Ventils bei der Einspritzung ermöglicht, und wobei eine im Innenraum der Messkammer angeordnete Dämpfungshülse Drucksignale dämpft. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Messen von Parametern eines von einem Gas durchströmbaren Ventils bereitgestellt.A measuring chamber is provided for measuring parameters of a gas-permeable valve, wherein the measuring chamber enables the detection of pressure changes, temperature changes and movements of the valve during injection, and wherein a damping sleeve arranged in the interior of the measuring chamber attenuates pressure signals. A method is further provided for measuring parameters of a gas-permeable valve.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Durchströmungseigenschaften eines von einem Gas durchströmbaren Ventils, und ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for measuring flow properties of a gas-permeable valve, and a corresponding method.

Gas-durchströmbare Ventile finden in vielen technischen Vorrichtungen Verwendung, z. B. bei mit Erdgas betriebenen Motoren. In der Entwicklung von Erdgasmotoren, auch CNG-Motoren genannt (Englisch compressed natural gas, CNG), spielt eine Optimierung des Brennverfahrens mittels numerischer Strömungsmechanik (Englisch computational fluid dynamics, CFD) eine große Rolle. Als Eingangsinformation für die Berechnung mittels CFD ist eine genaue Kenntnis der Einspritzrate notwendig. Neben der Menge des eingespritzten Gases ist auch der zeitliche Verlauf des Einspritzvorgangs von Interesse, da diese Information eine genaue Beurteilung eines Ventils ermöglicht. Neben der Simulation können entsprechende Größen auch für die Bewertung unterschiedlicher Einspritzventile oder für die Überprüfung bereits genutzter Ventile von Interesse sein. Es existieren mehrere Messverfahren zur Bestimmung der Einspritzrate für flüssige Medien. So kann z. B. eine Veränderung eines Kolbenhubs durch verdrängtes Volumen gemessen und daraus auf den Volumenstrom geschlossen werden. Weitere Verfahren ermitteln die Einspritzrate mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit ( DE 10 2005 056 153 , DE 10 2008 040 628 ). Eine andere Möglichkeit basiert auf einer geschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Kammer, in die die Flüssigkeit eingespritzt wird. Dabei wird der Druck in der Kammer gemessen und zur Bestimmung der Einspritzrate verwendet ( WO02/070996 ). Der Einsatz dieser Verfahren ist aufgrund der auftretenden Druckschwankungen problematisch, da Druckschwingungen in den Messsystemen auftreten und das Messsignal verfälschen. Weiterhin ist nicht immer eine kontinuierliche Messung mehrerer Einspritzungen möglich. Gas-permeable valves are used in many technical devices, eg. B. in natural gas-powered engines. In the development of natural gas engines, also called CNG engines (English compressed natural gas, CNG), an optimization of the combustion process by means of computational fluid dynamics (English computational fluid dynamics, CFD) plays a major role. As input information for the calculation by means of CFD an exact knowledge of the injection rate is necessary. In addition to the amount of injected gas and the timing of the injection process of interest, since this information allows accurate assessment of a valve. In addition to the simulation, corresponding quantities may also be of interest for the evaluation of different injection valves or for the checking of already used valves. There are several measuring methods for determining the injection rate for liquid media. So z. B. measured a change in a piston stroke by displaced volume and closed it on the flow. Further methods determine the injection rate with the aid of the speed of sound ( DE 10 2005 056 153 . DE 10 2008 040 628 ). Another possibility is based on a closed, liquid-filled chamber into which the liquid is injected. The pressure in the chamber is measured and used to determine the injection rate ( WO02 / 070996 ). The use of these methods is problematic because of the pressure fluctuations that occur, since pressure oscillations occur in the measuring systems and distort the measuring signal. Furthermore, a continuous measurement of multiple injections is not always possible.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der Einspritzungen von gasförmigen Medien vermessen werden können. Es besteht weiterhin die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen. It is therefore the object to provide a device with which injections of gaseous media can be measured. There remains the task of providing a corresponding method.

Die erste Aufgabe wird durch eine Messkammer mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst, die zweite durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12. Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus dem Nebenanspruch, den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.The first object is achieved by a measuring chamber with the features of claim 1, the second by a method having the features of claim 12. Further embodiments and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the independent claim, the subclaims, the figures and the embodiments.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Messkammer zum Messen von Parametern eines von einem Gas durchströmbaren Ventils mit einem Innenraum, welcher vorteilhafter Weise zylindrisch ausgebildet ist, mit einer Aufnahmeeinrichtung für das Ventil, einer Haltereinrichtung für das Ventil, mindestens einer Bohrung zur Aufnahme eines Drucksensors, mindestens einer Bohrung zur Aufnahme eines Temperatursensors, und mindestens einer Dämpfungshülse, die im Innenraum der Messkammer angeordnet ist und die den Innenraum der Messkammer in radialer Richtung in einen inneren und einen äußeren Bereich teilt.A first aspect of the invention relates to a measuring chamber for measuring parameters of a gas-permeable valve with an interior, which is advantageously cylindrical, with a receiving device for the valve, a holding device for the valve, at least one bore for receiving a pressure sensor, at least one bore for receiving a temperature sensor, and at least one damping sleeve, which is arranged in the interior of the measuring chamber and divides the interior of the measuring chamber in the radial direction in an inner and an outer region.

Die Begriffe „von einem Gas durchströmbaren Ventils“ und „Gas-durchströmbares Ventil“ betreffen die gleiche Einrichtung, deren Parameter in dieser Erfindung gemessen werden, und werden synonym verwendet. Wird in dieser Beschreibung und den Ansprüchen nur das Wort „Ventil“ statt einer spezifischen Bezeichnung verwendet, ist damit ebenfalls ein Gas-durchströmbares Ventil gemeint.The terms "gas-permeable valve" and "gas-permeable valve" refer to the same device whose parameters are measured in this invention and are used synonymously. If in this description and the claims only the word "valve" is used instead of a specific name, this also means a gas-permeable valve.

In der erfindungsgemäßen Messkammer ist damit ein abgeschlossener Raum gebildet, in den Gas eingespritzt werden kann. Die Einspritzung soll dabei in den inneren Bereich erfolgen, der durch die Dämpfungshülse gebildet wird. Die Dämpfungshülse weist vorteilhafterweise eine Wandung mit lochartigen Durchbrechungen auf, durch die der innere Bereich und der äußere Bereich des Innenraums miteinander verbunden sind. Die Dämpfungshülse ist dabei vorgesehen, nach einer Einspritzung Druckschwingungen zum äußeren durch die Dämpfungshülse gebildeten Bereich hin zu reduzieren und damit einen dem gemittelten Kammerdruck äquivalenten Druck im äußeren Bereich zu ermöglichen, um genauere Messergebnisse zu erhalten. Weither werden die Messungen störende Verwirbelungen des Gases im Innenraum der Messkammer durch die Dämpfungshülse abgeschwächt oder ganz vermieden. Das Gas-durchströmbare Ventil ist beispielsweise eine Einspritzeinrichtung, und bevorzugt ein Ventil zum Einbringen bzw. Einspritzen von Erdgas in den Brennraum von Verbrennungskraftmaschinen.In the measuring chamber according to the invention thus a closed space is formed, can be injected into the gas. The injection should take place in the inner region, which is formed by the damping sleeve. The damping sleeve advantageously has a wall with hole-like openings through which the inner region and the outer region of the inner space are connected to one another. The damping sleeve is provided to reduce after an injection pressure oscillations to the outer formed by the damping sleeve area and thus to allow the average chamber pressure equivalent pressure in the outer region to obtain more accurate measurement results. Furthermore, the measurements disturbing turbulence of the gas in the interior of the measuring chamber are attenuated or completely avoided by the damping sleeve. The gas-permeable valve is, for example, an injection device, and preferably a valve for introducing or injecting natural gas into the combustion chamber of internal combustion engines.

Vorzugsweise ist in der Messkammer zusätzlich ein Zugang für ein Wegmesssystem vorhanden. Die Messkammer erlaubt damit vorteilhaft neben Druck- und Temperaturmessungen das Erfassen der Bewegungen des Ventils, besonders der Höhe des Ventilhubs und der Dauer der damit verbundenen Bewegung, bei der Einspritzung. Auf dieser Basis lässt sich vorteilhaft neben der Menge des eingebrachten Gases auch der zeitliche Verlauf der Einspritzung verfolgen und damit die Einspritzrate in Korrelation mit dem Ventilhub ermitteln.Preferably, an access for a displacement measuring system is additionally present in the measuring chamber. The measuring chamber thus advantageously allows, in addition to pressure and temperature measurements, the detection of the movements of the valve, in particular the height of the valve lift and the duration of the associated movement, during the injection. On this basis, in addition to the amount of gas introduced, it is also advantageously possible to follow the chronological course of the injection and thus determine the injection rate in correlation with the valve lift.

Vorteilhafterweise ist in der Messkammer zusätzlich eine Bohrung für ein Pneumatikventil vorhanden. Über das darin anzuordnende Pneumatikventil kann die Messkammer zwischen oder während der einzelnen Einspritzvorgänge entlüftet werden. Dadurch werden kontinuierliche Messungen über mehrere Einspritzvorgänge ermöglicht.Advantageously, a bore for a pneumatic valve is additionally present in the measuring chamber. By means of the pneumatic valve to be arranged in it, the measuring chamber can be vented between or during the individual injection processes. This allows continuous measurements over multiple injections.

Vorzugsweise besteht die Dämpfungshülse aus einer eine Anzahl von lochartigen Durchbrechungen aufweisenden Schicht. Die lochartige Durchbrechungen bewirken eine fluide Verbindung zwischen dem durch die Hülse gebildeten inneren und äußeren Bereich des Innenraums der Messkammer.Preferably, the damping sleeve consists of a number of hole-like openings having layer. The hole-like openings cause a fluid connection between the inner and outer regions of the interior of the measuring chamber formed by the sleeve.

Weiterhin ist es möglich, dass mindestens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisende Dämpfungshülsen im Innenraum der Messkammer angeordnet sind. Vorzugsweise sind in diesem Fall die Dämpfungshülsen zentrisch zueinander angeordnet.Furthermore, it is possible that at least two different diameter damping sleeves are arranged in the interior of the measuring chamber. Preferably, in this case, the damping sleeves are arranged centrally to each other.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Messen von Durchströmungsparametern eines von einem Gas durchströmbaren Ventils, umfassend eine Messkammer mit mindestens einer Dämpfungshülse, einen Drucksensor, einen Temperatursensor, ein Pneumatikventil und ein Wegmesssystem. Die Messkammer weist die oben für die Messkammer aufgezählten Merkmale auf. A second aspect of the invention relates to a system for measuring flow parameters of a gas-permeable valve, comprising a measuring chamber with at least one damping sleeve, a pressure sensor, a temperature sensor, a pneumatic valve and a displacement measuring system. The measuring chamber has the features listed above for the measuring chamber.

Das Pneumatikventil dient wie oben erwähnt zur Entlüftung der Messkammer zwischen einzelnen Einspritzvorgängen. Bevorzugt ist das Pneumatikventil mit einer verstellbaren Drossel verbunden, mit der der abgeführte Volumenstrom variiert werden kann. Vorzugsweise ist das Pneumatikventil weiterhin mit einem Durchflusssensor verbunden, über den der abgeführte Massenstrom erfasst und zur kontinuierlichen Kalibrierung der Messkammer herangezogen werden kann.As mentioned above, the pneumatic valve serves to vent the measuring chamber between individual injection processes. Preferably, the pneumatic valve is connected to an adjustable throttle, with which the discharged volume flow can be varied. Preferably, the pneumatic valve is further connected to a flow sensor, via which the discharged mass flow can be detected and used for continuous calibration of the measuring chamber.

Die Messkammer erlaubt die Verwendung nichtberührender und berührender Wegmesssysteme. Vorzugsweise ist das Wegmesssystem ein nichtberührendes Messsystem, und dabei bevorzugt ein optisches Messsystem, beispielsweise ein Laservibrometer. Das Wegmesssystem erlaubt vorteilhaft das Erfassen der Bewegung des Gas-durchströmbaren Ventils, d. h. im Wesentlichen den Ventilhub. Diese Erfassung ist vorteilhaft, da bei konventionellen Messverfahren prinzipbedingt keine Störkörper in den Strömungskanal eingebracht werden dürfen, an denen Reflexionen auftreten könnten. Bei der Verwendung eines optischen Messsystems ist in der Messkammer vorzugsweise an der Stirnseite der Messkammer, gegenüber der Aufnahmeeinrichtung für das Gas-durchströmbare Ventil ein transparenter Körper im Innenraum der Messkammer angeordnet. Der transparente Körper kann bis kurz vor das Gas-durchströmbare Ventil in die Messkammer eingebracht werden. Vorteilhaft wird dadurch ein nicht durch Gasströmungen gestörter optischer Zugang bis zum Gas-durchströmbaren Ventil ermöglicht. Alternativ kann ein Wegmesssystem im Boden des Innenraums der Messkammer angeordnet sein.The measuring chamber allows the use of non-contacting and touching position measuring systems. Preferably, the displacement measuring system is a non-contacting measuring system, and preferably an optical measuring system, for example a laser vibrometer. The displacement measuring system advantageously allows the detection of the movement of the gas-permeable valve, d. H. essentially the valve lift. This detection is advantageous since, in principle, no interfering bodies may be introduced into the flow channel in conventional measuring methods at which reflections could occur. When using an optical measuring system, a transparent body is arranged in the interior of the measuring chamber in the measuring chamber, preferably on the front side of the measuring chamber, opposite the receiving device for the gas-throughflowable valve. The transparent body can be introduced into the measuring chamber until just before the gas-permeable valve. Advantageously, this allows a non-disrupted by gas flow optical access to the gas-permeable valve. Alternatively, a displacement measuring system may be arranged in the bottom of the interior of the measuring chamber.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Parametern eines von einem Gas durchströmbaren Ventils, umfassend die Schritte

– Bereitstellen einer Messkammer mit einer den Innenraum der Messkammer in radialer Richtung in einen inneren und einen äußeren Bereich teilenden Dämpfungshülse,
– Anordnen eines von einem Gas durchströmbaren Ventils, eines Drucksensors, eines Temperatursensors und eines Pneumatikventils in bzw. an der Messkammer,
– Füllen der Messkammer mit einem Füllgas,
– Einspritzen eines Messgases durch das von einem Gas durchströmbaren Ventils in den inneren Bereich der Messkammer,
– Messen von Druck- und Temperaturänderungen im äußeren Bereich der Messkammer,
– Berechnen der eingespritzten Gasmenge aus den ermittelten Druck- und Temperaturänderungen.

A third aspect of the invention relates to a method of measuring parameters of a gas-permeable valve comprising the steps

Providing a measuring chamber with a damping sleeve which divides the interior of the measuring chamber in the radial direction into an inner and an outer region,
Arranging a gas-permeable valve, a pressure sensor, a temperature sensor and a pneumatic valve in or on the measuring chamber,
Filling the measuring chamber with a filling gas,
Injecting a measuring gas through the gas-permeable valve into the inner region of the measuring chamber,
Measuring of pressure and temperature changes in the outer area of the measuring chamber,
- Calculating the injected gas quantity from the determined pressure and temperature changes.

Das Volumen des Innenraums der Messkammer bleibt relativ konstant. Dadurch wird bei einer Einspritzung von Messgas in den Innenraum der Druck im Innenraum erhöht. Aus der durch die Drucksensoren erfassten Änderung des Drucks kann mit Hilfe der Zustandsgleichung für ideale oder reale Gase die der eingespritzten Gasmenge entsprechende Volumenänderung berechnet werden. Die Erfassung der Temperaturänderung bei einer Einspritzung durch die Temperatursensoren fließt in die Zustandsgleichung des Gases ein, wodurch sich die Genauigkeit der Bestimmung des eingespritzten Volumens erhöht. The volume of the interior of the measuring chamber remains relatively constant. As a result, the pressure in the interior is increased when injection of measuring gas into the interior. From the change in pressure detected by the pressure sensors, the volume change corresponding to the injected gas quantity can be calculated with the aid of the equation of state for ideal or real gases. The detection of the temperature change in an injection by the temperature sensors flows into the equation of state of the gas, which increases the accuracy of the determination of the injected volume.

Neben der direkten Messung der Temperatur ist ebenfalls die Bestimmung der Temperatur mittels der thermodynamischen Zustandsgleichungen unter Berücksichtigung der gemessenen Druckerhöhung möglich. In addition to the direct measurement of the temperature, it is also possible to determine the temperature by means of the thermodynamic equations of state taking into account the measured pressure increase.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Füllgas und als Messgas vorzugsweise das gleiche Gas verwendet. Mit anderen Worten wird die Kammer mit demselben Gas gefüllt, dass zum Einspritzen verwendet wird.In the method according to the invention, preferably the same gas is used as filling gas and as measuring gas. In other words, the chamber is filled with the same gas that is used for injection.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise zusätzlich die Bewegung des Gas-durchströmbaren Ventils gemessen. Dies kann durch ein zusätzliches Wegmesssystem geschehen, das in der Messkammer angeordnet wird. Bevorzugt wird dabei zum Messen der Bewegung ein optisches Wegmesssystem verwendet.In the method according to the invention, the movement of the gas-permeable valve is preferably additionally measured. This can be done by an additional displacement measuring system, which is arranged in the measuring chamber. Preferably, an optical displacement measuring system is used for measuring the movement.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn zwischen einzelnen Einspritzvorgängen ein Massenstrom aus der Messkammer über das Pneumatikventil abgeführt wird. Vorteilhafterweise wird dabei der abgeführte Massenstrom über ein mit dem Pneumatikventil verbundenen Durchflusssensor erfasst. Furthermore, it is preferable if a mass flow is discharged from the measuring chamber via the pneumatic valve between individual injection processes. Advantageously, the discharged mass flow is detected via a flow sensor connected to the pneumatic valve.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:

1 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messkammer. 1 a lateral cross-sectional view of an embodiment of the measuring chamber according to the invention.

2 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. 2 a side cross-sectional view of an embodiment of the system according to the invention.

3 die Messkammer gemäß 1 in seitlicher Perspektive. 3 the measuring chamber according to 1 in lateral perspective.

4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.

Die in der Darstellung von 1 gezeigte Messkammer 1 zum Messen von Parametern eines von einem Gas durchströmbaren Ventils weist einen zylindrisch ausgebildeten Innenraum 2 auf. Der Innenraum 2 ist räumlich mit einer Aufnahmeeinrichtung für ein Gas-durchströmbares Ventil 3 verbunden. Das Gas-durchströmbare Ventil (nicht gezeigt) ist dabei bevorzugt eine Einspritzeinrichtung, und besonders bevorzugt ein CNG-Ventil zum Einbringen von verdichtetem Erdgas in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Weiterhin ist an der Messkammer eine Haltereinrichtung für das Gas-durchströmbare Ventil 4 angeordnet, die zum Arretieren des Gas-durchströmbaren Ventils während eines Messvorgangs dient. Eine Bohrung 5 dient zur Aufnahme eines Drucksensors, der zum Messen von durch eine Einspritzung ausgelösten Druckschwankungen ausgebildet ist. Eine Bohrung 6 dient zur Aufnahme eines Temperatursensors, der Temperaturänderungen im Zuge einer Einspritzung erfasst und misst. Ein wesentlicher Bestandteil der Messkammer 1 ist eine Dämpfungshülse 7, die innerhalb der Messkammer 1 angeordnet ist und die den Innenraum der Messkammer 2 in radialer Richtung in einen inneren und einen äußeren Bereich teilt. Der Innenraum 2 ist vorzugsweise in der Form eines geraden Kreiszylinders gestaltet; er kann aber auch eine andere zweckmäßige Form aufweisen. Die Messkammer 1 weist weiterhin einen Zugang für ein Wegmesssystem 8 auf, der z.B. ebenfalls eine Bohrung sein kann. Weiterhin weist die Messkammer 1 eine Bohrung für den Anschluss eines Pneumatikventils 9 auf (gezeigt in 2). The in the representation of 1 shown measuring chamber 1 for measuring parameters of a gas-permeable valve has a cylindrically shaped interior 2 on. The interior 2 is spatially with a receiving device for a gas-flow valve 3 connected. The gas-throughflowable valve (not shown) is preferably an injection device, and particularly preferably a CNG valve for introducing compressed natural gas into the combustion chamber of an internal combustion engine. Furthermore, a holding device for the gas-permeable valve is at the measuring chamber 4 arranged, which serves for locking the gas-permeable valve during a measuring operation. A hole 5 serves to receive a pressure sensor which is designed to measure induced by an injection pressure fluctuations. A hole 6 serves to accommodate a temperature sensor that detects and measures temperature changes during an injection. An essential part of the measuring chamber 1 is a damping sleeve 7 that are inside the measuring chamber 1 is arranged and the the interior of the measuring chamber 2 in the radial direction into an inner and an outer area divides. The interior 2 is preferably designed in the shape of a right circular cylinder; but it can also have another expedient form. The measuring chamber 1 also has access for a path measuring system 8th on, for example, can also be a hole. Furthermore, the measuring chamber 1 a bore for the connection of a pneumatic valve 9 on (shown in 2 ).

Ein Gesamteindruck der Messkammer 1 ergibt sich aus der perspektivischen Darstellung von 3. Die Dimensionen der Messkammer bestimmen sich nach ihrer Stabilität; sie muss z. B. ein Ventil und diverse Messeinrichtungen wie Druckmesser und Temperaturmesser aufnehmen können und dabei stabil bleiben. Die Messkammer ist praktischerweise aus einem oder mehreren Metallen bzw. einer Metalllegierung gefertigt, kann aber auch aus einem anderen Material bestehen, das die Anforderungen der Stabilität erfüllt.An overall impression of the measuring chamber 1 follows from the perspective view of 3 , The dimensions of the measuring chamber are determined by their stability; she has to B. can accommodate a valve and various measuring devices such as pressure gauge and temperature gauge and remain stable. The measuring chamber is conveniently made of one or more metals or a metal alloy, but can also be made of another material that meets the requirements of stability.

Die Wandung der Dämpfungshülse 7 weist mehrere lochartige Durchbrechungen 10 auf, die z. B. durch Bohrungen gebildet werden. Durch diese Löcher 10 sind der innere Bereich und der äußere Bereich des Innenraums 2 miteinander verbunden, d. h. es kann ein Gas oder auch eine Flüssigkeit von einem Bereich in den anderen strömen. Die Wandung der Dämpfungshülse kann bevorzugt aus einer, aber auch aus mehreren Schichten bestehen. Wie in 2 dargestellt, kann in der Messkammer 1 eine zweite, optionale, Dämpfungshülse 28 angeordnet sein, die einen zur ersten Dämpfungshülse 7 unterschiedlichen Durchmesser hat und zu dieser zentrisch angeordnet ist. Die Messkammer 1 kann auch noch weitere Dämpfungshülsen aufweisen. Ist mehr als eine Dämpfungshülse vorhanden, kann der oder die Zwischenräume zwischen den Dämpfungshülsen optional mit einem zusätzlich dämpfenden Material 29 ausgefüllt sein. The wall of the damping sleeve 7 has several hole-like openings 10 on, the z. B. are formed by drilling. Through these holes 10 are the inner area and the outer area of the interior 2 connected to each other, ie it can flow a gas or a liquid from one area to the other. The wall of the damping sleeve may preferably consist of one, but also of several layers. As in 2 shown in the measuring chamber 1 a second, optional, damping sleeve 28 be arranged, the one to the first damping sleeve 7 has different diameter and is arranged centrically to this. The measuring chamber 1 may also have further damping sleeves. If more than one damping sleeve is present, the space or spaces between the damping sleeves can optionally be supplemented with an additional damping material 29 filled out.

Zusammen mit dem Gas-durchströmbaren Ventil und den Messeinrichtungen bildet die Messkammer 1 entsprechend der Darstellung von 2 ein System 20. Das System 20 besteht aus der Messkammer 1, einem Druckmesser (nicht gezeigt), einen Temperaturmesser (nicht gezeigt), und einem optischen Wegmesssystem 21 für die Messung des Ventilhubs, oder mit anderen Worten der Bewegung des Ventiltellers. Das optische Wegmesssystem 21 ist ein Laservibrometer 21. Ein Zugang für das Laservibrometer 21 ist gegenüber dem Ventil vorgesehen. Dabei führt der Strahlengang 22 vom Laservibrometer 21 durch den optischen Durchgang 23 bis zum Ventilteller des Ventils (nicht gezeigt), das in Aufnahmeeinrichtung 3 angeordnet ist. Über den Zugang 8 kann für einen nicht durch Gasströmungen gestörten optischen Durchgang 23 bis zum Ventil ein transparenter Körper bis kurz vor das Ventil in den Innenraum der Messkammer 2 eingebracht werden. Alternativ können über den Zugang 8 auch andere Messsysteme, u.a. auch berührende, zur Messung der Ventilbewegung in die Messkammer 1 eingebracht werden. Together with the gas-permeable valve and the measuring devices forms the measuring chamber 1 according to the representation of 2 a system 20 , The system 20 consists of the measuring chamber 1 , a pressure gauge (not shown), a temperature gauge (not shown), and an optical path measuring system 21 for measuring the valve lift, or in other words the movement of the valve disk. The optical displacement measuring system 21 is a laser vibrometer 21 , An access for the laser vibrometer 21 is provided opposite the valve. In this case, the beam path leads 22 from the laser vibrometer 21 through the optical passage 23 to the valve head of the valve (not shown), which is in receiving device 3 is arranged. About the access 8th can for a non-gas flow disturbed optical passage 23 up to the valve a transparent body until just before the valve in the interior of the measuring chamber 2 be introduced. Alternatively, via the access 8th Also other measuring systems, including touching, for measuring the valve movement in the measuring chamber 1 be introduced.

An der Bohrung 9 ist in der Darstellung von 2 ein Pneumatikventil 24 angeschlossen. Über das Pneumatikventil 24 kann die Messkammer 1 zwischen den einzelnen Einspritzvorgängen entlüftet werden. Dadurch werden kontinuierliche Messungen über mehrere Einspritzvorgänge ermöglicht. Zur Variation des abgeführten Massenstroms an Gas ist eine verstellbare Drossel 26 angeordnet. Der abgeführte Massenstrom kann mit konventionellen Durchflusssensoren 27 erfasst werden und zur kontinuierlichen Kalibrierung der Messkammer 1 herangezogen werden. Um den Gradienten des Massenstroms über den Durchflusssensor 27 zu reduzieren, ist ein Ausgleichsvolumen 25 hinter dem Pneumatikventil 24 angeordnet.At the hole 9 is in the representation of 2 a pneumatic valve 24 connected. Via the pneumatic valve 24 can the measuring chamber 1 be vented between the individual injections. This allows continuous measurements over multiple injections. To vary the discharged mass flow of gas is an adjustable throttle 26 arranged. The discharged mass flow can with conventional Flow Sensors 27 and for continuous calibration of the measuring chamber 1 be used. To the gradient of mass flow through the flow sensor 27 to reduce is a compensation volume 25 behind the pneumatic valve 24 arranged.

Für das Erfassen von Parametern eines Gas-durchströmbaren Ventils wird in einer Ausführungsform gemäß der Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in 4 in einem ersten Schritt S1 eine Messkammer 1 mit einer den Innenraum der Messkammer 1 in radialer Richtung in einen inneren und einen äußeren Bereich teilenden Dämpfungshülse bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 werden ein von einem Gas durchströmbares Ventil, ein Drucksensor, ein Temperatursensor und ein Pneumatikventil 24 in der Messkammer 1 angeordnet. In Schritt S3 wird die Messkammer mit einem Füllgas gefüllt. Dabei ist das Füllgas bevorzugt das gleiche Gas wie das zum Einspritzen verwendete. In Schritt S4 wird ein Messgas durch das von einem Gas durchströmbaren Ventil in den durch die Dämpfungshülse 7 gebildeten inneren Bereich der Messkammer 1 eingespritzt. Da die Messkammer 1 geschlossen ist, verändert sich nicht das Volumen des Innenraums der Messkammer 2, sondern der Druck des Gases im Innenraum 2, indem er erhöht wird. Durch die Dämpfungshülse 7 werden Druckspitzen im Innenraum 2 gedämpft, sodass sich im durch die Dämpfungshülse 7 gebildeten äußeren Bereich ein Druck einstellt, der dem mittleren Kammerdruck entspricht, und durch den ebenfalls im äußeren Bereich angeordneten Drucksensoren erfasst werden kann. Die Temperatur in Innenraum 2 erhöht sich zum einen durch Umwandlung der kinetischen Energie des eingespritzten Gases in Wärme und zum anderen durch eine Temperaturerhöhung im Innenraum 2 auf Grund der Druckerhöhung. In Schritt S5 wird die Druckänderung im äußeren Bereich der Messkammer bei konstantem Volumen des Innenraums 2 erfasst. Aufgrund der kurzen Einspritzdauer kann die Temperaturänderung während des Einspritzvorgangs nur schwerlich gemessen werden. Daher wird vorteilhafter Weise die Temperaturänderung während des Einspritzvorganges über die Polytropenbeziehung aus dem gemessenen Drucksignal modelliert und mit der gemessenen Temperatur vor und nach dem Einspritzvorgang abgeglichen. Der Polytropenexponent n wird aus der kontinuierlich durchgeführten Massenstrommessung sowie der Temperaturmessung ermittelt. In Schritt S6 wird aus dem gemessenen Druckverlauf und dem modellierten oder gemessenen Temperaturverlauf anhand der Beschreibungsgleichungen für ein ideales oder reales Gas die in der Kammer befindliche Gasmasse zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Einspritzung bestimmt. Die zeitliche Änderung der in der Messkammer eingeschlossenen Gasmasse erlaubt die Bestimmung des Massenstroms und damit der Einspritzrate.For the detection of parameters of a gas-permeable valve in an embodiment according to the illustration of the method according to the invention in 4 in a first step S1 a measuring chamber 1 with a the interior of the measuring chamber 1 provided in the radial direction in an inner and an outer region dividing damping sleeve. In a second step S2, a gas-permeable valve, a pressure sensor, a temperature sensor and a pneumatic valve 24 in the measuring chamber 1 arranged. In step S3, the measuring chamber is filled with a filling gas. In this case, the filling gas is preferably the same gas as that used for injection. In step S4, a measuring gas is passed through the gas-permeable valve in the through the damping sleeve 7 formed inner region of the measuring chamber 1 injected. Because the measuring chamber 1 is closed, does not change the volume of the interior of the measuring chamber 2 but the pressure of the gas in the interior 2 by being raised. Through the damping sleeve 7 will pressure peaks in the interior 2 damped, so that in through the damping sleeve 7 formed outer region sets a pressure corresponding to the mean chamber pressure, and can be detected by the also arranged in the outer region pressure sensors. The temperature in interior 2 increases on the one hand by converting the kinetic energy of the injected gas into heat and on the other hand by an increase in temperature in the interior 2 due to the pressure increase. In step S5, the pressure change in the outer area of the measuring chamber becomes constant volume of the inner space 2 detected. Due to the short injection duration, the temperature change during the injection process is difficult to measure. Therefore, the temperature change during the injection process over the polytropic relationship is advantageously modeled from the measured pressure signal and compared with the measured temperature before and after the injection process. The polytropic exponent n is determined from the continuous mass flow measurement and the temperature measurement. In step S6, the gas mass in the chamber is determined from the measured pressure profile and the modeled or measured temperature profile using the description equations for an ideal or real gas at any time during the injection. The temporal change of the gas mass enclosed in the measuring chamber allows the determination of the mass flow and thus of the injection rate.

Wird während einer Messung oder Einspritzung Gas zum Beispiel über Anschluss 9 aus der Messkammer entnommen, so muss und kann dieses bei der Massenstromberechnung berücksichtigt werden.Is used during a measurement or injection gas, for example via port 9 taken from the measuring chamber, this must and can be taken into account in the mass flow calculation.

Mit einem Laservibrometer 21 als Wegmesssystem wird der Ventilhub gemessen. Neben diesem nichtberührenden, optischen Wegmesssystem sind auch andere, auch berührende, Wegmesssysteme zur Messung des Ventilhubs verwendbar, die z. B. im Boden der Messkammer angeordnet werden. Das Laservibrometer 21 erzeugt einen Laserstrahl 22, der durch den optischen Durchgang 23 gegenüber dem Ventil in die Messkammer 2 geführt wird und den Ventilteller des Ventils erreicht. Aus der Höhe des Ventilhubs und der Dauer der damit verbundenen Bewegung bei der Einspritzung wird neben der Menge und des Verlaufs des eingebrachten Gases auch ein zusätzlicher zeitlicher Verlauf des Ventilhubs erfasst, welcher eine Vergleichsgröße zur Einspritzrate darstellt. Durch Abführung eines Massenstroms aus dem Innenraum der Messkammer 2 über das Pneumatikventil 24 sind kontinuierliche Messungen über mehrere Einspritzvorgänge möglich.With a laser vibrometer 21 The valve lift is measured as a displacement measuring system. In addition to this non-contacting, optical displacement measuring system, other, also touching, Wegmesssysteme for measuring the valve lift can be used, the z. B. in the bottom of the measuring chamber can be arranged. The laser vibrometer 21 generates a laser beam 22 passing through the optical passage 23 opposite the valve into the measuring chamber 2 is guided and reaches the valve plate of the valve. From the height of the valve lift and the duration of the associated movement during the injection, in addition to the amount and the course of the introduced gas, an additional time profile of the valve lift is detected, which represents a comparison variable to the injection rate. By discharging a mass flow from the interior of the measuring chamber 2 via the pneumatic valve 24 Continuous measurements over several injections are possible.

Für einen Fachmann naheliegende Abwandlungen und Änderungen der Erfindung fallen unter den Schutzumfang der Patentansprüche.Variations and changes of the invention which are obvious to a person skilled in the art fall within the scope of the patent claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messkammer measuring chamber
2 2: Innenraum der Messkammer Interior of the measuring chamber
3 3: Aufnahmeeinrichtung für ein Gas-durchströmbares Ventil Receiving device for a gas-permeable valve
4 4: Haltereinrichtung für ein Gas-durchströmbares Ventil Holding device for a gas-permeable valve
5 5: Bohrung für einen Drucksensor Bore for a pressure sensor
6 6: Bohrung für einen Temperatursensor Bore for a temperature sensor
7 7: Dämpfungshülse damping sleeve
8 8th: möglicher Zugang für Wegmesssystem possible access for distance measuring system
9 9: Anschluss für ein Pneumatikventil Connection for a pneumatic valve
10 10: lochartige Durchbrechungen hole-like openings
20 20: System system
21 21: Laservibrometer Laservibrometer
22 22: Laserstrahlengang laser beam path
23 23: optischer Durchgang optical passage
24 24: Pneumatikventil pneumatic valve
25 25: Ausgleichsvolumen compensating volume
26 26: verstellbare Drossel adjustable throttle
27 27: Durchflusssensor Flow Sensor
28 28: optionale Dämpfungshülse optional damping sleeve
29 29: optionales Dämpfungsmaterial optional damping material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005056153 [0002]
DE 102008040628 [0002]
WO 02/070996 [0002]

Claims

Measuring chamber ( 1 ) for measuring parameters of a gas-permeable valve with an interior space ( 2 ), with a receiving device for the valve ( 3 ), a holding device for the valve ( 4 ), at least one bore for receiving a pressure sensor ( 5 ), at least one bore for receiving a temperature sensor ( 6 ), and at least one damping sleeve ( 7 ), which in the interior of the measuring chamber ( 2 ) is arranged and the the interior of the measuring chamber ( 2 ) divides in a radial direction into an inner and an outer region.

Measuring chamber ( 1 ) according to claim 1, wherein additionally an access for a displacement measuring system ( 8th ) is available.

Measuring chamber ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein in addition a bore for the connection of a pneumatic valve ( 9 ) is available.

Measuring chamber ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the damping sleeve ( 7 ) from a number of hole-like openings ( 7 ) layer.

Measuring chamber ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which at least two different diameter damping sleeves ( 7 . 28 ) in the interior of the measuring chamber ( 2 ) are arranged.

Measuring chamber ( 1 ) according to claim 5, wherein the damping sleeves ( 7 . 28 ) are arranged centrically to each other.

System ( 20 ) for measuring flow parameters of a gas-permeable valve comprising a measuring chamber ( 1 ) with at least one damping sleeve ( 7 ), a pressure sensor, a temperature sensor, a pneumatic valve ( 24 ) and a position measuring system ( 21 ).

System ( 20 ) according to claim 7, wherein the pneumatic valve ( 24 ) with an adjustable throttle ( 26 ) connected is.

System ( 20 ) according to claim 7 or 8, wherein the pneumatic valve ( 24 ) with a flow sensor ( 27 ) connected is.

System ( 20 ) according to one of the preceding claims, in which the displacement measuring system ( 21 ) is an optical measuring system.

System ( 20 ) according to claim 10, wherein in the measuring chamber ( 1 ) relative to the receiving device for the gas-permeable valve ( 3 ) a transparent body in the interior of the measuring chamber ( 2 ) is arranged.

Method for measuring parameters of a gas-permeable valve, comprising the steps: Providing a measuring chamber with a damping sleeve which divides the interior of the measuring chamber in the radial direction into an inner and an outer region, Arranging a gas-permeable valve, at least one pressure sensor, at least one temperature sensor and a pneumatic valve in the measuring chamber, Filling the measuring chamber with a filling gas, Injecting a measuring gas through the valve through which a gas can flow into the inner region of the measuring chamber, Measuring of pressure and temperature changes in the outer area of the measuring chamber, - Calculating the injected gas quantity from the determined pressure and temperature changes.

A method according to claim 12, wherein the same gas is used as the filling gas and as the measuring gas.

The method of claim 12 or 13, wherein additionally the movement of the gas-permeable valve is measured.

The method of claim 14, wherein an optical system is used to measure the motion.

Method according to one of claims 12-14, wherein between or during individual injection processes, a mass flow is discharged from the measuring chamber via the pneumatic valve.

The method of claim 15, wherein the discharged mass flow is detected by a connected to the pneumatic valve flow sensor.