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Einrichtung zur Messung des Verbrauches an flüssigen Betriebsstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Verbrauches an flüssigen
Betriebsstoffen, insbesondere des Kraftstoffverbrauches einer Brennkraftmaschine,
mit einem den Betriebsstoff enthaltenden Meßgefäß an dem einen und zwei Gegengewichten
sowie elektrischen Kontakten zur Steuerung von Anzeige-und/oder Meßgeräten am anderen
Arm eines Waagebalkens, wobei das eine der zu messenden Betriebsstoffmenge entsprechende
Gegengewicht vom Waagebalken abhängbar und an einem feststehenden Widerlager absetzbar
ausgebildet ist und mit einem der Steuerkontakte des Waagebalkens einen Steuerschalter
bildet. Einrichtungen dieser Art eignen sich außer zur Bestimmung des spezifischen
Kraftstoffverbrauches von Brennkraftmaschinen z.B0 auch für die Messung des Brennstoffrerbrauches
von Olbrennern, zur Bestimmung der Förderleistung von Pumpen, insbesondere von Einspritzpumpen
für Brennkraftmaschinen, u. dgl. Zwecke.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist ein in das Meßgefäß
einmündendes, freischwebend aufgehängtes Rohr vorgesehen, welches unter Zwischenschaltung
eines Magnetventiles einerseits Aber eine Verbindungsleitung mit dem Verbraucher,
z. B. einer Brennkraftmaschine, und anderseits über eine Speiseleitung unter
Zwischenschaltung
eines weiteren Magnetventiles mit dem Betriebsstoffbehälter verbindbar ist. Zur
Steuerung des Zu- und Abflusses des Betriebsstoffes zum bzw. vom Meßgefäß sind die
beiden Magnetventile von Relais gesteuert, die von den Steuerkontakten des Waagebalkens
betätigt werden. Es ist ein Nachteil dieser bekannten Einrichtung, daß der Verbraucher
im Normalbetrieb, somit also auch unmittelbar vor der Umschaltung auf Meßbetrieb,
einen höheren Kraftstoffvordruck als während der Messung erhält, da das Niveau des
Betriebstoffbehälters, aus dem der Verbraucher im Normalbetrieb gespeist wird, auf
jeden Fall höher als das Niveau im Meßgefäß liegen muß, um seine Wiederauffüllung
nach dem Meßvorgang zu ermöglichen0 Darüberhinaus sind Magnetventile verhältnismäßig
teuer, so daß sich, insbesondere bei Anordnungen, welche mit Kraftstoffrückführung
arbeiten und bei denen vier Magnetventile benötigt werden, relativ hohe Anlagekosten
ergeben.
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Die Verwendung mehrerer Magnetventile führt auch zu einer gewissen
Meßunsicherheit, die darin begründet ist, daß Magnetventile an sich zur Undichtheit
neigen. Die ständige Wartung und Kontrolle mehrerer Magnetventile ist aber mühevoll
und zeitraubend.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile
und Mängel der bekannten Einrichtung. Durch die Erfindung sollen weiters alle vermeidbaren
Störeinflüsse auf das Meßergebnis ausgeschaltet werden. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die gesamte Betriebsstoffzufuhr zum Verbraucher über das Meßgefäß
erfolgt, indem die Zuleitung zum Verbraucher aus dem Meßgefäß herausgeführt ist
und eine Vorrichtung zum Wiederauffüllen des Meßgefäßes über eine zweite, in das
Meßgefäß mündende Leitung vorgesehen ist, die mittels zweier mit Festkontakten Steuerschalter
bildender Steuerkontakte des Waagebalkens in den dem Ende bzw. Beginn des Meßvorganges
entsprechenden Lagen des Waagebalkens ein- bzw. abschaltbar ist. Diese Ausbildung
schafft vollkommen gleichartige Voraussetzungen für sämtliche Betriebsarten der
Einrichtung, da der Verbraucher ständig aus dem MeßgefäB versorgt wird. Der Uebergang
von einer au9 die andere Betriebsart der Einrichtung, z.B. vom Normalbetrieb auf
den Meßbetrieb bei einer Brennkraftmaschine, erfolgt daher ohne Jede Änderung des
Betriebszustandes
der Brennkraftmaschine. Durch den Umschaltvorgang bedingte Leistungsschwankungen
der Brennkraftmaschine, die eine Verfälschung des Meßergebnisses zur Folge hätten,
sind daher bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgeschlossen. Gegenüber der bekannten,
mit mehreren Magnetventilen ausgestatteten Einrichtung ergibt sich noch der weitere
Vorteil eines vereinfachten Aufbaues der Einrichtung und somit auch einer höheren
Betriebssicherheit0 Als günstig erweist sich auch die kontinuierliche Entnahme des
Betriebsstoffes aus dem Meßgefäß unter Vermeidung einer Bewegungsumkehr der Flüssigkeit
im Entnahmerohr, da hierdurch die von den Strömungsimpulsen verursachten Schwingungen
des Waagebalkens weitgehend vermieden werden. Dies wirkt sich in einer präziseren
Kontaktgabe und somit auch in einer weiteren Steigerung der Meßgenauigkeit der Vorrichtung
aus.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Einrichtung nach der Erfindung
besteht die Vorrichtung zum Wiederauffüllen des MeBgefäßes aus einer elektrisch
betriebenen, vorzugsweise nicht selbstsaugenden Pumpe, die den Betriebsstoff aus
einem tieferliegenden Zwischenbehälter in das Meßgefäß fördert. Man erreicht dadurch
eine völlige Freizügigkeit für den Aufstellungsort der Waage, da dieser vom Niveau
im Betriebsstoff-Hauptbehälter vollkommen unabhängig ist. Außerdem sorgt die Pumpe
für eine schnelle Wiederauffüllung des entleerten Meßgefäßes, so daß die Meßbereitschaft
der Einrichtung rasch wiederhergestellt wird. Dies erweist sich insbesondere bei
fortlaufenden Verbrauchsmessungen als vorteilhaft, weil dadurch längere Pausen zwischen
den aufeinanderfolgenden Meßvorgängen vermieden werden können. Die Verwendung einer
nicht selbstansaugenden Pumpe ist deshalb empfehlenswert, da bei dieser der in der
Speiseleitung zum Xeßgefäß beim Abschalten der Pumpe noch vorhandene Betriebsstoff
abgesaugt wird, so daß es zu keinem Nachtropfen in das Meßgefäß kommt.
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Bei Verwendung einer Pumpe zum Wiederauffüllen des MeEgefäßes erweist
es sich gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag als besonders vorteilhaft, den
Plüssigkeitsspiegel im Zwischenbebälter, z. B. mittels eines Schwimmerventiles,
auf konstantem Niveau zu halten. Hiebei bleibt die Förderhöhe der aus dem Zwischenbehälter
gespeisten Pumpe und damit ihre spezifische
Förderleistung dauernd
konstant.
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Erfindungsgemäß ist weitere eine vereinfachte Ausführung der Einrichtung
möglich, bei der die Vorrichtung zum Widerauffüllen des Meßgefäßes aus einer von
einem Magnetventil gesteuerten Speiseleitung besteht, die den Betriebsstoff aus
einem höher gelegenen Behälter in das Meßgefäß fördert. Diese Ausführung zeichnet
sich durch einen sehr geringen baulichen Aufwand aus, wobei durch die Anordnung
nur eines einzigen Magnetventiles zuverlässige Meßergebnisse erhalten werden. Auch
die vereinfachte Ausführung kann ebenso wie die erstgenannte, pumpengespeiste Ausführung
in drei verschiedenen Betriebsarten,zw. im Normalbetrieb, Meßbetrieb und repetierenden
Meßbetrieb betrieben werden.
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Schließlich kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in das Meßgefäß
eine Leitung für vom Verbraucher rückfließenden Betriebsstoff, z.B. bei Einspritzmotoren
das Lecköl, münden. Es kann daher darauf verzichtet werden, diese auf Undichtheiten
und andere schwer erfaßbare Einflüsse zurückzuführenden Betriebsstoffverluste des
Verbrauchers, wie bisher üblich, durch getrennte empirische Ermittlung zu berücksichtigen,
da ihr Einfluß auf das Meßergebnis durch ihre Rückführung in das Meßgefäß zur Gänze
beseitigt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Hierin zeigen Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform und Fig. 2 eine vereinfachte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Darstellung.
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Die Einrichtung weist einen auf einem feststehenden Schneidenlager
2 gelagerten Waagebalken 1 auf. Am Ende des einen Armes 3 des geerdeten Waagebalkens
1 ist mittels einer Schneide ein Meßgefäß 5 aufgehängt, in dem sich der Betriebsstoff
6 für den an die Einrichtung angeschlossenen, nicht dargestellten Verbraucher befindet.
Der andere Arm 4 des Waagebalkens 1 trägt gleichfalls mittels Schneiden aufgehängte
Gegengewichte 7 und 8, wobei das Gegengewicht 7 zum Ausgleich des Gewichtes des
Meßgefäßee 5 dient und das Gegengewicht 8 dem Gewicht der zu messenden Betriebsstoffmenge
entspricht. Das Gegengewicht 8 ist vom Waagebalken 1 abhängbar ausgebildet, wie
in der Zeichnung vereinfacht durch eine horizontale Auflagefläche unter dem Gegengewicht
8 angedeutet.
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Am Ende des Armes 4 des Waagebalkens 1 sind zwei Steuerkontakte angeordnet,
von denen der eine mit der Schneide des Gegengewichtes 8 einen Schalter 9 und der
andere mit einem Festkontakt einen Schalter 11 bildet. Der Arm 4 betätigt über einen
Zwischenhebel noch einen weiteren Schalter 12. Die Anordnung der Schalter ist so
getroffen, daß beim Abwärtsgang des Armes 4 des Waagebalkens 1 nacheinander die
Schalter 12 und 11 öffnen und nach Anschlagen des Gegengewichtes 8 an seinem feststehenden
Widerlager auch der Schalter 9 öffnet, In der untersten Endlage setzt der Arm 4
des Waagebalkens 1 an einem feststehenden Anschlag 10 auf.
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Für den Anschluß des Schalters 9 ist eine flexible Anschlußleitung
13 vorgesehen.
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In das Meßgefäß 5 ragen von oben her eine zum Verbraucher, z¢B. einer
Brennkraftmaschine, führende Kraftstoffleitung 14, allenfalls eine durch eine strichpunktierte
Linie angedeutete, vom Verbraucher kommende Rückführleitung 15, z. B. eine Leckölleitung,
sowie eine Speiseleitung 16 zum Auffüllen des Meßgefäßes 5.
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Die Kraftstofförderung durch die Speiseleitung 16 erfolgt mittels
einer von einem Elektromotor 18 betriebenen Pumpe 17, die in einen gegenüber dem
Meßgefäß 5 tiefer liegenden Zwischenbehälter 19 eingesetzt ist. Für den vorgesehenen
Zweck empfiehlt sich die Verwendung einer nicht selbstansaugenden Pumpe 17. Der
Flüssigkeitsspiegel im Zwischenbehälter 19 wird von einem Schwimmer 20, welcher
den Kraftstoffzufluß über eine vom Hauptbehälter kommende Speiseleitung 22 mittels
eines Schwimmerventiles 21 regelt, auf konstantem Niveau gehalten.
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Die Schalter 9, 11 und 12 sind über Steuerleitungen 23, 24 und 25
mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung verbunden, die im wesentlichen von
drei bistabilen Schaltstufen 26, 27 und 28 gebildet ist. Die Steuerleitungen 23
bis 25 liegen über Je einen Widerstand an der Speisespannung UB.
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Die Steuerleitung 23 verbindet den Schalter 9 über die flexible Leitung
13 sowohl mit dem linken Eingang i2.der bistabilen Schaltatufe 26 als auch mit dem
linken Eingang Al' der zweiten bistabilen Stufe 27. Die vom Festkontakt des Schalters
11 ausgehende Steuerleitung 24 ist zum linken Eingang Al" der dritten bistabilen
Schaltstufe 28 geführt. Die vom Steuerschalter 12
ausgehende Steuerleitung
25 führt über eine Umkehrstufe 29 einerseits zum rechten Eingang A3" der dritten
bistabilen Schaltstufe 28 und anderseits über einen Repetierschalter 31 zum rechten
Eingang A4' der zweiten bistabilen Schaltstufe 27.
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Eine weitere, über einen Widerstand an der Speisespannung UB liegende
Steuerleitung, in die eine Starttaste 30 eingeschaltet ist, führt einerseits zum
linken Eingang Al der ersten bistabilen Schaltstufe 26 und anderseits zum rechten
Eingang A3' der zweiten bistabilen Schaltstufe 27. Der rechte Eingang A3 der ersten
bistabilen Schaltstufe 26 ist an den rechten Ausgang 42 der bistabilen Schaltstufe
28 angeschlossen.
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Die bistabilen Schaltstufen 26 bis 28 steuern ein Gatter 32 an, welches
mit dem rechten Ausgang Q2 der ersten dem rechten Ausgang Q2' der zeiten und dem
linken Ausgang Q1" der dritten bistabilen Schaltstufe verbunden ist. An den linken
Ausgang Q1 der ersten bistabilen Schaltstufe 26 ist eine Schaltstufe 34 angeschlossen,
von der eine Anschlußleitung 35 zum Motor 18 der Pumpe 17 führt.
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PEr die erfindungagemäße Steuereinrichtung sind drei Betriebsarten,
und zwar Normalbetrieb, Meßbetrieb und repetierender Meßbetrieb vorgesehen. Die
Betriebsstoffzufuhr zum Verbraucher erfolgt in allen Betriebsphasen aus dem Meßgefäß
5.
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Im Normalbetrieb erfolgt lediglich eine Uberwachung des Flüssigkeitsstandes
im Meßgefäß 5, wobei der Behälterinhalt in wechselnder Aufeinanderfolge zwischen
den Endzuständen "leer" und"voll"schwankt. Im einzelnen ergeben sich folgende Schalt-Vorgänge:
Sobald der Flüssigkeitsspiegel im Meßgefäß 5 zufolge der Kraftstoffentnahme durch
den Verbraucher bis auf das dem Endzustand leer" zugeordnete Niveau gesunken ist,
hebt der abwärtsgehende Arm 4 unter der Wirkung des Gegengewichtes 7 von der Schneide
des Gegengewichtes 8 ab, wobei der Schalter 9 öffnet.
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Über die Steuerleitung 23 gelangt ein Steuerimpuls sowobl an den Eingang
A2 der bistabilen Schaltstufo 26 als auch an den Eingang Al' der sweiten bistabilen
Schaltatufe 27. Dieser Bteuerimpulu bringt die beiden bistabilen Schaltgtufen 26
und 27 in die linke Kipplage. Dadurch wird über den Ausgang Q1 die Schaltetufe 34
angesteuert
und über die Anschlußleitung 35 der Motor 18 der Pumpe 17 eingeschaltet, die das
Meßgefäß 5 über die Speiseleitung 16 wieder auffüllt.
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Sobald der Fldssigkeitaspiegel im Meßgefäß 5 bis auf das dem Endzustand
voll" entsprechende Niveau gestiegen ist, kehrt der Waagebalken 1 in seine Ausgangalage
zurück und schließt dabei zuerst den Schalter 11, was ohne Wirkung bleibt, und schließlich
den Schalter 12. Der vom Schalter 12 ausgehende Steuerimpuls gelangt über die Steuerleitung
25 und die Umkehrstufe 29 zum rechten Eingang 113" der bistabilen Schaltstufe 28
und bringt diese in die rechte Lage. Die Stufe 28 steuert nun ihrerseits über ihren
Ausgang Q2tt den rechten Eingang A3 der ersten bistabilen Stufe 26 an, die dadurch
in die rechte Lage gekippt wird, so daß die nachfolgende Schaltstufe 34 den Motor
18 der Pumpe 17 wieder ausschaltet. Diese Schaltvorgänge wiederholen sich ständig,
wobei jedoch im Normalbetrieb der Einrichtung an den dem Gatter 32 nachgeschalteten,
nicht dargestellten Zähler kein auslösender Torimpuls 33 gelangen kann, da sich
die bistabile Schaltstufe 27 in der linken Kipplage befindet und das Gatter 32 somit
dauernd gesperrt ist.
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Die zweite Betriebsart der Einrichtung (Meßbetrieb) wird durch Betätigung
der Starttaste 30 eingeschaltet. Hiebei gelangt ein Steuerimpuls sowohl an den linken
Eingang A1 der bistabilen Schaltstufe 26 als auch an den rechten Eingang A3' der
bistabilen Stufe 27. Damit wird, unabhängig davon, in welchem Betriebszustand sich
die Waage gerade befindet, über die Schaltstufe 34 die Pumpe 17 in Betrieb gesetzt
und-das Meßgefäß 5 aufgefüllt. Sobald das Vorlaufniveau im Meßgefäß 5 erreicht ist
und die Schalter 11 und 12 schließen, bringt der vom Schalter 12 ausgehende Steuerimpuls
- in gleicher Weise wie beim Normalbeizieb - die dritte bistabile Stufe 28 in die
rechte Kipplage, die ihrerseits auch die erste bistabile Kippstufe 26 in die rechte
Lage bringt, wodurch die Pumpe 17 abgestellt wird. In dieser Phase befinden sich
also alle drei Schaltstufen 26 bis 28 in der rechten Kipplage.
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Öffnet nun nach dem Absaugen der Vorlaufmenge der Schalter 11,so
gelangt
über die Steuerleitung 24 ein Steuerimpuls an den rechten Eingang Aln der bistabilen
Stufe 28 und bringt diese in die linke Schaltlage0 Somit gelangt über das nunmehr
geöffnete Gatter 32 ein Torimpuls 33 an den Zähler, Ist die gesamte Meßmenge verbraucht,
so öffnet der Schalter 9, wodurch einerseits über die bistabile Schaltstufe 26 die
Pumpe 17 wieder in Xätigkeit gesetzt wird und anderseits über die bistabile Schaltstufe
27 und das Gatter 32 der Torimpuls 33 verschwindet. Der weitere Betrieb der Steuereinrichtung
läuft nun wie im Normalbetrieb ab, ohne daß ein Torimpuls 33 abgegeben wird, da
die Schaltstufe 27 solange in der linken Lage verharrt, bis durch neuerliche Betätigung
der Starttaste 30 ein weiterer Meßvorgang eingeleitet wird.
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Die dritte Betriebsart der Steuerungseinrichtung gestattet eine selbsttätige
ständige Wiederholung des Meßvorganges (repetierender Meßbetrieb). Bei dieser Betriebsart
bleibt der Repetierschalter 31 dauernd geschlossen. Damit wird selbsttätig bei Schließen
des Schalters 12 zugleich mit der bistabilen Schaltstufe 28 auch die bistabile Schaltstufe
27 in die rechte Kipplage gebracht, eo daß bei jedem Entleerungsvorgang ein Torimpuls
33 vom Gatter 32 durchgelassen und damit am Zählgerät eine Messung eingeleitet wird.
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Die vereinfachte Ausführungsform der Einrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet
sich von der Ausführung der Fig. 1 lediglich hinsichtlich der zum Wiederauffüllen
des Meßgetäßes 5 verwendeten Elemente. Anstelle der von einem Elektromotor 18 betriebenen
Kraftstoffpumpe 17 tritt hier ein Magnetventil 17', welches den Kraftstoffzulauf
zum Meßgefäß 5 von einem höher gelegenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Behälter
über eine Speiseleitung 16' steuert, Das Magnetventil 17' ist, analog dem Anschluß
des Pumpenmotors 18, über eine Leitung 35' an die Schaltstufe 34 der elektronischen
Steuerungseinrichtung angeschlossen. Die Betriebsweise dieser vereinfachten Ausführung
ist prinzipiell die gleiche wie beim ersteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.