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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines an einer Brennkraftmaschine zumindest teilweise fertig montierten Hochdruckspeicher-Einspritzsystems.
Einspritzsysteme der genannten Art sind bereits seit längerer Zeit auch und besonders unter dem Namen Common Rail Systeme bekannt und kommen in den letzten Jahren bei Dieselmotoren in ständig steigendem Ausmass zum Einsatz. Im wesentlichen ist dabei ein von einer Hochdruckpumpe ständig auf Einspritzdruckniveau (grössenordnungsmässig 500 bis 1000 bar und darüber) gehaltener Kraftstoff-Hochdruckspeicher unmittelbar mit den einzelnen Einspritzdüsen bzw. deren Haltern an den Zylindern des Motors verbunden, wobei das eigentliche Öffnen der Düsen über eine elektronische Steuereinheit erfolgt, deren Einspritzsignal das gezielte Öffnen der jeweiligen Einspritzdüse zum richtigen Zeitpunkt und für die richtige Dauer verursacht.
Insbesonders durch die Möglichkeit der weitgehend druckunabhängigen Steuerung des eigentlichen Einspritzzeitpunktes lässt sich damit der Verbrennungsverlauf in speziell für Dieselmotoren günstiger Weise beeinflussen. Der am Ende der Einspritzung zum Schliessen der Einspritzdüse bzw. Düsennadel jeweils abgesteuerte Kraftstoff gelangt über Rückströmleitungen wieder zum Tank zurück, von wo die Kraftstoff-Hochdruckpumpe niederdruckseitig über eine Vorströmleitung mit dem zu verdichtenden Kraftstoff versorgt wird.
Beim Zusammenbau von mit derartigen Einspritzsystemen ausgerüsteten Motoren in der Serienmontage und im Reparaturfall während der Produktion bzw. in der Reparaturwerkstätte werden die einzelnen Komponenten des Einspritzsystems in teilweise vormontiertem Zustand am Motor montiert und miteinander beispielsweise durch Verschrauben verbunden. Dabei können auch bei sonst fehlerfreien Einspritzkomponenten die Montagen bzw. die Verschraubungsarbeiten fehlerhaft ausgeführt werden, wodurch Undichtheiten insbesondere an den hydraulischen Verbindungsstellen auftreten können. Es können sich dann, beim Kaltanschleppen in der Produktions- oder Reparaturendprüfung, beim
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Motorstart oder im gezündeten Betrieb, Gefahren für das Personal wie auch für den Motor, wie z. B.
Hochdruckstrahlen, Dampf- und Nebelbildung oder Kraft- stoffschlag, ergeben.
Der Kraftstoff gelangt üblicherweise über eine Vorströmleitung vom Tank in das Einspritzsystem und kann über eine Rückströmleitung (bzw. Leckölleitung) aus dem System austreten. Bei ungewollten Leckagen (Undichtheiten) kann
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tigen, wobei unerwünschte Fluidströme im Systeminneren auftreten.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis der beschriebenen Problematik aus und setzt sich zum Ziel, die angesprochenen möglichen Fehler durch eine systematische Untersuchung, die sowohl für die Serienmontage als auch für den Reparaturfall geeignet sein soll, auf einfache und ungefährliche Weise festzustellen bzw. zu lokalisieren. Insbesonders und vorzugsweise soll dieses Prüfverfahren schnell und unblutig, das heisst also nach Möglichkeit ohne zusätzlich herzustellende Öffnungen oder dergleichen am Einspritzsystem bzw. am Motor, vorgenommen werden können.
Es soll insbesonders auch sichergestellt werden, dass bei der tatsächlichen Hochdruck-Beaufschlagung des Einspritzsystems mit Kraftstoff bei entsprechenden Undichtheiten keine grossen Kraftstoffmengen in die Brennräume gelangen können, die bei einem nachfolgenden Kaltlauf zu Verpuffungen und zu unzulässigen Emissionen von Auspuffgasen an den Kaltprüfständen führen.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines an einer Brennkraftmaschine zumindest teilweise fertigmontierten Hochdruckspeicher-Einspritzsystems vorgeschlagen, wobei bei stillstehender Brennkraftmaschine und geschlossenen Einspritzdüsen der Hochdruckbereich mit Niederdruck-Prüfgas gefüllt und die zeitliche Änderung des nach Abschluss des Füllvorganges herrschenden Systemdruckes überwacht und als Mass für die
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Dichtheit des Einspritzsystems ausgewertet wird.
Das Einspritzsystem wird also im zumindest teilweise fertig montierten Zustand (es ist naturgemäss belanglos, ob beispielsweise der Antrieb der Hochdruckpumpe, der auf der Niederdruckseite liegende Kraftstofftank, oder dgl., bereits montiert oder angeschlossen ist oder nicht) Niederdruck-Prüfgas in den Hochdruck-Bereich des Einspritzsystems gefüllt, wobei sich überraschenderweise herausgestellt hat, dass dabei feststellbare Leckagen durchaus repräsentativ für die Beurteilung der Dichtheit dieses ansonsten mit flüssigem Kraftstoff unter wesentlich höheren Drücken gefüllten Bereiches sind. Grössenordnungsmässig liegt der Druck des verwendeten Prüfgases (beispielsweise einfach Druckluft) im Bereich von typischerweise weniger als 10 bar-der Kraftstoffdruck im Betrieb derartiger Einspritzsysteme im Bereich von etwa 500 bis 1500 bar oder höher.
Das im Zusammenhang mit der Prüfung abgeschlossener Drucksysteme an sich bekannte "Abdrücken" des Systems wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung also dahingehend adaptiert, dass nun nicht das aus den eingangs angesprochenen Gründen im Falle von signifikanten Undichtheiten unter Umständen sehr gefährliche Abdrücken mit Flüssigkeit unter Betriebsdruck verwendet wird, sondern dass ein auf alle Fälle ungefährliches Abdrücken mit NiederdruckPrüfgas durchgeführt wird, welches aufgrund seiner geringeren Dichte und Viskosität im Hinblick auf die Dichtheit des geschlossenen Systems gleiche oder zumindest ähnliche Relevanz der Prüfergebnisse bietet wie die HochdruckFlüssigkeit.
Anstelle einer unmittelbaren Druckbestimmung mittels eines Drucksensors oder dergleichen zur Überprüfung bzw. Überwachung der zeitlichen Druckänderung im geschlossenen System kann dabei auch eine äquivalente Überwachung des Durchflusses des zugeführten Prüfgases an geeigneter Stelle erfolgen und zur Dichtheitsbeurteilung des Systems herangezogen werden.
In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
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die Prüfgasfüllung über die Vor- und Rückströmleitungen der Hochdruckpumpe erfolgt. Diese niederdruckseitigen Anschlüsse der Hochdruckpumpe (vom Tank bzw. der Kraftstoffpumpe einerseits und zum Tank andererseits) sind normalerweise nach dem Abschluss der Montage der hochdruckseitigen Komponenten eines derartigen Einspritzsystems noch offen, sodass hier auf sehr einfache und günstige Weise eine unblutige Anschlussmöglichkeit für die Niederdruck-Gasprü- fung gegeben ist.
Bei einer durch einen signifikanten zeitlichen Druckabfall festgestellten Undichtheit des Einspritzsystems können in besonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Feststellung und Lokalisierung von Aussenleckagen Gasaustrittsdetektoren, wie insbesonders Gasschnüffler, Ultraschallsensoren oder Leckschaum, an den Aussenbereichen des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Zur Drucküberwachung selbst wird z. B. ein separat an geeigneter Stelle anzubringender Niederdruck-Sensor verwendet werden - falls geeignet bzw. möglich kann dieser Sensor auch beispielsweise anstelle des für den Betrieb bzw. die Steuerung derartiger Einspritzsysteme ohnedies vorgesehenen Hochdruck-Sensors montiert werdenfalls vom Messbereich her möglich könnte aber auch unmittelbar der HochdruckSensor selbst Verwendung finden.
Falls die Prüfgas-Befüllung nicht innerhalb einer bestimmten Zeit zum Erreichen des Prüfdrucks im System führt liegt ein grösseres Leck vor, womit die Prüfung abgebrochen werden kann. Ansonsten wird nach Erreichen des Prüfdrucks die eigentliche Prüfgas-Befüllung des Hochdrucksystems beendet.
Der sich dann im Hochdruckbereich einstellende Standdruck, bzw. seine zeitliche Veränderung, ist ein Mass der Dichtheit des Systems. Verändert sich dieser Standdruck nicht oder über die Zeit nur in einem zulässigen Ausmass, so ist mit einer weitgehenden Dichtheit des Systems zu rechnen. Feststellbar ist dies wie bereits angeführt aber auch über eine Überwachung des Durchflusses des zugeführten Prüfgases mittels eines Durchflussmessers oder dergleichen.
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Verändert sich der Prüfgas-Druck im Hochdruckbereich zeitlich merkbar, so liegen Undichtheiten vor, die das Prüfgas entweder an den aussenliegenden Dichtstellen an die Oberfläche oder über Leckagen beispielsweise am Düsenhalter oder in der Düse in den Brennraum gelangen lassen. Das System ist dann nicht in Ordnung und der geprüfte Motor kann nach teilweiser Lokalisierung der Fehler beispielsweise in eine Reparaturstation parallel zum Montageband retour gehen.
Aussenleckagen können dabei mittels der angesprochenen Methoden gefunden und lokalisiert werden, wobei Gasschnüffler üblicherweise spezielle Prüfgase erfordern. Über Ultraschallsensoren kann das pfeifende Austrittsgeräusch an Undichtheiten festgestellt und teilweise auch relativ genau lokalisiert werden. Abgesehen von den beschriebenen Möglichkeiten sind aber auch weitere bekannte Leckage-Prüfmethoden verwendbar.
Bei einer durch einen signifikanten zeitlichen Druckabfall festgestellten Undichtheit des Einspritzsystems kann zusätzlich (oder alternativ) zur beschriebenen Prüfung auf Aussenleckagen, zur Feststellung bzw. Lokalisierung von Innenleckagen (beispielsweise Undichtheit einer Einspritzdüse zum Brennraum hin) das Einspritzsystem aufeinanderfolgend bzw. auch unterschiedlich kombiniert an verschiedenen Anschlussstellen mit Niederdruck-Prüfgas beaufschlagt werden, wobei die jeweiligen zeitlichen Systemdruckänderungen bzw. Prüfgas-Durchflüsse überwacht werden. Es können also im beschriebenen Fall der Zuführung von Niederdruck-Prüfgas beispielsweise an den Vor- und Rückströmleitungen der Hochdruckpumpe diese wechselweise alleine mit Prüfgas beaufschlagt werden, wobei zum Beispiel der jeweils andere Anschluss offengelassen oder aber auch mit einem Abschluss versehen wird.
Soferne vorhanden bzw. geeignet können aber auch andere Zugangsstellen des Systems für eine derartige selektive Beaufschlagung mit Prüfgas verwendet werden. Aus den sich dabei oder nachfolgend einstellenden zeitlichen Druckverläufen, oder natürlich auch sonstigen Leckanzeichen, kann dann selektiv Leckort bzw. -art
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zumindest eingegrenzt werden.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei mittels der Niederdruck-Gasprüfung festgestellter relativer Dichtheit des Einspritzsystems eine anschliessende Flüssigkeits-Hochdruckprüfung vorgenommen wird, wozu bei stillstehender Brennkraftmaschine und geschlossenen Einspritzdüsen das Einspritzsystem mit Hochdruck-Prüfflüssig- keit abgedrückt und der zeitliche Verlauf des Systemdruckes überwacht und als Mass für die Hochdruck-Dichtheit ausgewertet wird. Eine derartige Hochdruckprüfung mit Drücken beispielsweise bis zum vollen Betriebsdruck ist in vielen Fällen deshalb sehr vorteilhaft, da sich bestimmte Leitungsverbindungen erst bei den höchsten Betriebsdrücken hinsichtlich ihrer Dichtqualität sicher und zweifelsfrei beurteilen lassen.
Zufolge der vorangehend bestandenen Niederdruck-Gasprüfung kann in dieser zweiten Prüfphase nun bereits mit hoher Sicherheit ein grösseres und damit in verschiedener Hinsicht unter Umständen gefährliches grösseres Leck ausgeschlossen werden.
Es besteht dabei die Möglichkeit, unmittelbar in den Hochdruckbereich des Einspritzsystems, bevorzugt natürlich unblutig an vorhandenen geeigneten Anschlüssen oder dergleichen, extern komprimierte Prüfflüssigkeit einzubringen und dann den sich einstellenden Druck zu überwachen, bzw. Leckagen zu orten.
Bevorzugt wird allerdings wiederum über die Vor- und Rückströmleitungen der Kraftstoff-Hochdruckpumpe zumindest weitgehend drucklos Prüfflüssigkeit, im einfachsten Falle Dieselkraftstoff, zugeführt und der Hochdruckbereich gefüllt. Auf sehr einfache Weise kann dann mit einem geeigneten separaten Antrieb bei stehendem Motor die Hochdruckpumpe eine Zeit lang angetrieben werden, sodass im Hochdruckbereich der gewünschte Prüfdruck (vorzugsweise der Betriebsdruck im Vollast-Zustand) erreicht wird. Der üblicherweise vorhandene Systemdruckregler muss dabei unter Umständen entsprechend angesteuert werden, um den erforderlichen Druckaufbau zu gewährleisten.
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Falls der Prüfdruck nicht während einer festgelegten höchstzulässigen Dauer erreicht wird gilt wiederum, dass die Prüfung vorweg abgebrochen werden kann, da ein grösserer Systemdefekt vorliegt. Falls der Prüfdruck wie vorgesehen erreicht wird, kann die Dichtheit des Systems mit dem vorhandenen Systemdrucksensor und/oder einem speziellen zusätzlichen Sensor überwacht, hinsichtlich des zeitlichen Verlaufes überprüft und bewertet werden. Zur Auswertung können entsprechende elektronische Geräte bzw. Recheneinheiten oder dergleichen herangezogen werden, die nach geeigneten Auswerteprogrammen Überprüfungen durchführen und beispielsweise direkt entsprechende GutSchlechtaussagen liefern.
Zur Feststellung und Lokalisierung von Aussenleckagen können wiederum Flüssigkeitsaustrittsdetektoren an den Aussenbereichen des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Derartige Aussenleckagen können mit visuellen und optischen Methoden, vorteilhafterweise etwa auch unter Zuhilfenahme von Fluoreszenzmethoden (UV-Lampen) gefunden und lokalisiert werden. Auch die Anwendung moderner signa 1- und bildverarbe i tender Prüfmethoden, die eine weitestgehende Automatisierung des Prüfvorganges ermöglichen, kann in diesem Zusammenhang erfolgen.
Abgesehen von dem oben bereits angesprochenen und naheliegenden Einsatz von Dieselkraftstoff selbst als Prüfflüssigkeit kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Prüfflüssigkeit auch eine nicht oder schwer entflamm- bare andere Flüssigkeit, wie beispielsweise eine Motor-Kühlflüssigkeit, verwendet werden. Die Auswahl kann beispielsweise von der Statistik der auftretenden Mängel bestimmt werden-z. B. kann sich bei häufigen festgestellten Düsenmängeln, die nur bei Hochdruckprüfungen gefunden werden, anstelle von Dieselkraftstoff (der bei den beschriebenen Mängeln in grösseren Mengen in die Brennräume gelangen könnte und dort die beschriebenen Nachteile verursacht bzw. hinterlässt) der Einsatz einer wie beschrieben nicht oder schwer brennbaren Flüssigkeit als vorteilhaft erweisen.
Bevorzugt können
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Prüfflüssigkeiten verwendet werden, die insbesonders mit Dieselkraftstoff mischbar, korrosionshemmend und mittels Fluoreszenz leicht detektierbar sind bzw. Stoffeigenschaften (z. B. Viskosität) ähnlich wie Dieselkraftstoff aufweisen und keine nennenswerte Umweltbelastung darstellen. Als besondere Testflüssigkeit kommt beispielsweise Motor-Kühlflüssigkeit mit den üblichen Additiven (die z. B. in vorteilhafter Weise UV-fluoreszierend sind) in Frage.
Nach Abschluss der entsprechenden Überprüfungen und Beurteilungen der Dichtheit des Hochdruck-Einspritzsystems wird der geprüfte Motor entweder zur Reparatur oder, im Falle eines positiven Prüfungsergebnisses, zu einer Abschlussprüfung weitergeleitet und-im Reparaturfall in der Werkstätte-z. B. wieder in das zugehörige Fahrzeug eingebaut oder dort fertig montiert und betriebsbereit gemacht.
Insbesonders im Zusammenhang mit der Niederdruck-Gasprüfung hat sich herausgestellt, dass von vorherigen Funktionsprüfungen bzw. vom Zusammenbau der Düsen selbst in ihrem Inneren noch vorhandene Flüssigkeitsreste (Öl, Kraftstoff, Korrosionsschutzmittel und dergleichen) für die signifikante Beurteilung der Gasdruck-Prüfungsergebnisse unter Umständen störend sind.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass die Einspritzdüsen bzw.-halter vor der Niederdruck-Gasprüfung durch Aussaugung und/oder Ausblasung von derartigen Flüssigkeitsresten befreit werden.
Im Zusammenhang mit einer derartigen Vor-Behandlung ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, gemäss welcher die Dichtheit der Einspritzdüsen im geschlossenen Zustand vor dem Einbau separat durch Druckgasbeaufschlagung und Überprüfung von Druckabfall bzw. Durchflussmenge überprüft wird. Damit kann eine der möglichen und unter Umständen im zusammengebauten Zustand des Systems relativ schwer beurteilbaren Undichtheiten des Hochdrucksystems von vornherein geprüft bzw. ausgeschlossen werden.
Die Niederdruckprüfung mit Gas erlaubt eine zuverlässige Prüfung von
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auch kleinsten Undichtheiten im Bereich der Düsen, vor allem dann, wenn die Düsenhalter und die Düsen frei von Öl oder Kraftstoff sind. Daher ist voreilhafterweise z. B. eine diesbezügliche Prüfstation vorzusehen, die eine Steigerung von Genauigkeit und Aussagekraft des Niederdruck-Prüfungsverfahrens ermöglicht.
In dieser Prüfstation kann beispielsweise eine Vorrichtung vorgesehen sein, in der der Düsenhalter mit der Düse nach oben gerichtet montiert wird. An der unten befindlichen Hochdruckanschlussstelle wird zur Absaugung abwechselnd die Anschlussstelle mit Vakuum und Frischluft beaufschlagt. Hierbei wird die Restflüssigkeit so weit entfernt, dass bei den Niederdruckprüfungen unter Umständen zuverlässigere Angaben gemacht werden können. Oder es wird beispielsweise der Düsenhalter mit der Düsenspitze nach unten montiert und an der Düse mit einem Prüfgas bzw. Pressluft beaufschlagt. Ist die Düse undicht, strömt das Prüfgas durch Düse und Düsenhalter und ist mit einem kleinen Mengenmesser am Hochdruckanschluss des Düsenhalters messbar. Eine so gefunden undichte Düse kann sofort einer Reparaturstation zugeführt werden. Diese beiden Prüfungen können z.
B. auch kombiniert sein.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand des beigeschlossenen Schemabildes näher erläutert, welches ein Hochdruckspeicher-Einspritzsystem mit seinen wichtigsten Komponenten darstellt.
Das dargestelle Hochdruckspeicher-Einspritzsystem (Common Rail Injection System) besteht im wesentlichen aus einem Hochdruckspeicher 1, den an den Zylinderköpfen der nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine angebauten bzw. eingesetzten Einspritzdüsen samt-haltern 2, der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 3 und der Einspritz-Steuereinheit 4. Die Hochdruckpumpe 3 ist niederdruckseitig über eine Vorströmleitung 5, eine Pumpe 6 und ein Filter 7 mit dem Tank 8, und über eine Rückströmleitung 9 ebenfalls mit dem Tank 8 in Verbindung. Hochdruckseitig ist die Hochdruckpumpe 3 über eine Druckleitung 10 mit dem Hochdruckspeicher 1 verbunden, welcher einzelne Druckleitungen 11
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zu den Einspritzdüsen 2 aufweist.
Die Einspritzdüsen 2 ihrerseits sind zur Rückführung des abgesteuerten Kraftstoffes über eine Rückleitung 12 ebenfalls mit dem Tank 8 bzw. der Rückströmleitung 9 in Verbindung.
Am Hochdruckspeicher 1 ist ein Systemdrucksensor 13 vorgesehen und über eine Signalleitung 14 mit der Steuereinheit 4 verbunden. Die Steuereinheit 4 ihrerseits ist über Steuerleitungen 15,16 einerseits mit den Düsenhaltern 2 und andererseits mit der Hochdruckpumpe 3 verbunden. Weitere Anschlussmöglichkeiten der Steuereinheit 4 über Leitungen 17, beispielsweise für weitere Sensoren, die Gaspedalstellung und dergleichen, sind nur angedeutet.
Im Betrieb der Anordnung wird der über die Vorströmleitung 5 vom Tank 8 zugeführte Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe 3 in der Druckleitung 10, dem Hochdruckspeicher 1 und den einzelnen Druckleitungen 11 bis zur Einspritzdüse 2 auf Betriebsdruck (typischerweise 1000 bar und mehr) gehalten, wobei der bei ständig laufender Hochdruckpumpe 3 überschüssig geförderte bzw. komprimierte Kraftstoff über die Rückströmleitung 9 unter Umgebungsdruck zum Tank 8 rückgeführt wird. Über den Systemdrucksensor 13 kann der tatsächliche Betriebsdruck überwacht und mittels der Steuereinheit 4 über die Steuerleitung 16 auch durch Erhöhung von Pumpendruck bzw. Förderleistung der Hochdruckpumpe 3 erforderlichenfalls den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepasst werden.
Zur Dichtheitsprüfung des dargestellten Einspritzsystems wird der Hochdruckspeicher 1 bei stillstehender Brennkraftmaschine und geschlossenen Einspritzdüsen 2 (über die Steuereinheit 4 sichergestellt) mit NiederdruckPrüfgas gefüllt, welches vorzugsweise-wie mit den Pfeilen 18 angedeutet- über die Vor- und Rückströmleitungen 5,9 der Hochdruckpumpe 3 bzw. die entsprechenden Anschlüsse zugeführt wird. Nach Beendigung des Füllvorganges schliessen die entsprechenden Rückschlagventile (hier nicht dargestellt) an den Anschlüssen der Vor-und Rückströmleitungen 5, 9 in der Hochdruckpumpe 3.
Über einen hier beispielsweise am Anschluss der Vorströmleitung 5 angebrachten
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Sensor 19 und/oder einen am Hochdruckspeicher 1 angeordneten Sensor 25, die über eine Leitung 20 bzw. 27 mit einer Auswerteeinheit 21 in Verbindung stehen, wird die zeitliche Änderung des nach Abschluss des Füllvorganges herrschenden Systemdruckes überwacht und als Mass für die Dichtheit des Einspritzsystems ausgewertet. Diese Sensoren können als Drucksensor oderzumindest im Falle des Sensors 19 - auch als Durchflusssensor ausgebildet sein.
Ein entsprechender Drucksensor könnte auch anstelle des Systemdrucksensors 13 am Hochdruckspeicher 1 angeordnet sein. Auch könnte bei sonstiger Eignung der Systemdrucksensor 13 selbst für eine Druckprüfung verwendet werden. Die in diesen Fällen erforderliche Verbindung zur Auswerteeinheit 21 ist hier strichliert dargestellt und mit 22 bezeichnet. Zusätzlich ist noch auf die Verbindungsleitung 23 zwischen Auswerteeinheit 21 und Steuereinheit 4 zu verweisen, über welche wie beschrieben beispielsweise sichergestellt werden kann, dass während der Druckprüfung die Einspritzdüsen 2 geschlossen gehalten werden.
Wenn - wie eingangs beschrieben - bei der Niederdruck-Gasprüfung ein signifikanter zeitlicher Druckabfall festgestellt wird und eine Aussenprüfung keine Aussenleckagen zeigt, kann beispielsweise wiederum über die Vor- und Rückströmleitungen 5,9 nun abwechselnd oder hintereinander NiederdruckPrüfgas zugeführt werden, wobei der jeweils andere Anschluss entweder einfach offen oder aber mit einem entsprechenden Verschluss abgedichtet ist. Auch könnten unter Umständen weitere am System vorhandene Öffnungen, wie beispielsweise in der Rückleitung 12 von den Einspritzdüsen bzw. Haltern 2 angedeutet durch den Pfeil 181, für eine Beaufschlagung des Systems von verschiedenen Füllstellen her ausgenutzt werden. Aus den damit unterschiedlichen Strömungswegen für das Prüfgas ergeben sich unter Umständen sehr genaue Möglichkeiten zur Lokalisierung etwaiger Innenleckagen.
Soferne bei der beschriebenen Niederdruck-Gasprüfung keine wesentlichen
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Undichtheiten festgestellt werden, kann das Hochdruck-System einer anschliessenden Flüssigkeits-Hochdruckprüfung unterzogen werden, wozu bei wiederum stillstehender Brennkraftmaschine und beispielsweise wiederum über die Vor- und Rücksträm1eitungen 5,9 der Hochdruckpumpe 3 eine Prüfflüssigkeit zur Füllung des Einspritzsystems zugeführt wird. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann dann über einen beispielsweise am Wellenstumpf 24, auf dem üblicherweise eine Riemenscheibe zum Antrieb beispielsweise von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine her sitzt, angreifenden separaten Antrieb solange angetrieben werden, bis der Prüfdruck im System erreicht wird.
Nach Abschalten des separaten Antriebes der Hochdruckpumpe 3 wird wiederum auf ähnliche Weise wie zur Niederdruck-Gasprüfung beschrieben der zeitliche Verlauf des Systemdruckes überwacht und als Mass für die Hochdruck-Dichtheit ausgewertet. Für diesen Fall kann der Systemdrucksensor 13 bzw. deren Messsignal in der Auswerteeinheit 21 ausgewertet werden. Es ist aber natürlich entweder zusätzlich oder alternativ auch ein weiterer Drucksensor, wie etwa der Drucksensor 25 am Hochdruckspeicher 1, der über die Leitung 27 mit der Auswerteeinheit 21 verbunden ist, verwendbar.
Alternativ könnte das Abdrücken mit Hochdruck-Prüfflüssigkeit auch unabhängig von der Hochdruckpumpe 3 durchgeführt werden. Dazu kann beispielsweise am Anschluss für den oben erwähnten Drucksensor 25 extern komprimierte Prüfflüssigkeit, angedeutet durch den Pfeil 26, zugeführt werden.
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The invention relates to a method for leak testing of a high-pressure accumulator injection system that is at least partially fully assembled on an internal combustion engine.
Injection systems of the type mentioned have also been known for a long time, particularly under the name of common rail systems, and have been used in diesel engines in ever increasing numbers in recent years. Essentially, a high-pressure fuel reservoir, which is constantly kept at an injection pressure level (in the order of 500 to 1000 bar and above) by a high-pressure pump, is directly connected to the individual injection nozzles or their holders on the cylinders of the engine, the actual opening of the nozzles via an electronic control unit takes place, the injection signal causes the targeted opening of the respective injector at the right time and for the right duration.
In particular, through the possibility of largely pressure-independent control of the actual injection timing, the course of the combustion can be influenced in a way that is particularly favorable for diesel engines. The fuel which is in each case deactivated at the end of the injection to close the injection nozzle or nozzle needle is returned to the tank via return flow lines, from where the fuel high-pressure pump is supplied with the fuel to be compressed via a pre-flow line on the low pressure side.
When assembling engines equipped with such injection systems in series assembly and in the event of a repair during production or in the repair workshop, the individual components of the injection system are mounted on the engine in a partially preassembled state and connected to one another, for example by screwing. In this case, even with otherwise faultless injection components, the assemblies or the screwing work can be carried out incorrectly, as a result of which leaks can occur in particular at the hydraulic connection points. It can then, when cold towing in the production or repair final inspection, at
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Engine start or in ignited operation, dangers for the personnel as well as for the engine, such as. B.
High-pressure jets, steam and mist formation or fuel strikes result.
The fuel usually enters the injection system from the tank via a pre-flow line and can exit the system via a return flow line (or leak oil line). Unintentional leaks (leaks) can
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term, undesirable fluid flows occur inside the system.
The present invention is based on the knowledge of the described problem and aims to determine or localize the possible errors referred to in a simple and harmless manner by means of a systematic examination, which should be suitable both for series assembly and for repairs . In particular and preferably, this test method should be able to be carried out quickly and bloodlessly, that is, if possible without additional openings or the like to be produced on the injection system or on the engine.
In particular, it should also be ensured that, when the injection system is actually pressurized with fuel and there are corresponding leaks, large quantities of fuel cannot get into the combustion chambers, which would result in deflagrations and inadmissible emissions of exhaust gases on the cold test benches during a subsequent cold run.
To achieve the stated object, a method for leak testing of a high-pressure accumulator injection system which is at least partially fully assembled on an internal combustion engine is proposed, the high-pressure region being filled with low-pressure test gas when the internal combustion engine is at a standstill and closed injection nozzles, and the change over time in the system pressure prevailing after the filling process is monitored and monitored as Measure for the
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Tightness of the injection system is evaluated.
The injection system is therefore in the at least partially fully assembled state (it is of course irrelevant whether, for example, the drive of the high-pressure pump, the fuel tank on the low-pressure side, or the like, has already been installed or connected) or low-pressure test gas in the high-pressure area of the injection system, whereby it has surprisingly been found that ascertainable leaks are quite representative for the assessment of the tightness of this area, which is otherwise filled with liquid fuel at substantially higher pressures. The pressure of the test gas used (for example simply compressed air) is typically in the range of typically less than 10 bar - the fuel pressure in the operation of such injection systems is in the range of approximately 500 to 1500 bar or higher.
The "impression" of the system, which is known per se in connection with the testing of completed pressure systems, is therefore adapted for the purposes of the present invention in such a way that it is not the impression, which may have been very dangerous in the case of significant leaks, that liquid under pressure can be used under operating pressure is used, but that in any case safe testing with low pressure test gas is carried out, which due to its lower density and viscosity with regard to the tightness of the closed system offers the same or at least similar relevance of the test results as the high pressure liquid.
Instead of a direct pressure determination by means of a pressure sensor or the like for checking or monitoring the pressure change over time in the closed system, an equivalent monitoring of the flow of the supplied test gas can also be carried out at a suitable point and used for the tightness assessment of the system.
In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that
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the test gas is filled via the pre-flow and return flow lines of the high-pressure pump. These low-pressure connections of the high-pressure pump (from the tank or the fuel pump on the one hand and to the tank on the other hand) are normally still open after the assembly of the high-pressure components of such an injection system has been completed, so that a bloodless connection option for the low-pressure gas test is available here in a very simple and inexpensive manner - is given.
In the event of a leakage in the injection system that is determined by a significant drop in pressure over time, in a particularly preferred further embodiment of the invention, gas leakage detectors, such as gas sniffers, ultrasonic sensors or leakage foam, can be used on the outer areas of the injection system or the internal combustion engine to detect and locate external leaks. For pressure monitoring itself, for. For example, a low-pressure sensor to be attached separately at a suitable point can be used - if suitable or possible, this sensor can also be installed, for example, instead of the high-pressure sensor which is provided for the operation or control of such injection systems anyway, but could also be possible directly from the measuring range the high pressure sensor can be used.
If the test gas filling does not result in the system reaching the test pressure within a certain time, there is a major leak, which can be used to stop the test. Otherwise, the actual test gas filling of the high-pressure system is ended after the test pressure is reached.
The stand pressure which then arises in the high pressure range, or its change over time, is a measure of the tightness of the system. If this stand pressure does not change or only changes to an admissible extent over time, the system can be expected to be largely watertight. As already stated, this can also be determined by monitoring the flow of the supplied test gas by means of a flow meter or the like.
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If there is a noticeable change in the test gas pressure in the high pressure area, there are leaks that allow the test gas to reach the surface either at the sealing points on the outside or via leaks, for example on the nozzle holder or in the nozzle, into the combustion chamber. The system is then not in order and the tested engine can return to a repair station parallel to the assembly line after the faults have been partially localized.
External leaks can be found and localized using the methods mentioned, whereby gas sniffers usually require special test gases. Ultrasound sensors can detect the whistling leak at leaks and, in some cases, locate them relatively accurately. Apart from the options described, other known leakage test methods can also be used.
In the event of a leakage in the injection system that is determined by a significant drop in pressure over time, the injection system can additionally (or alternatively) to the described test for external leaks, to determine or localize internal leaks (for example, leakage of an injection nozzle toward the combustion chamber), the injection system in succession or in different combinations at different connection points be subjected to low pressure test gas, the respective temporal system pressure changes or test gas flows being monitored. In the described case of the supply of low-pressure test gas, for example, test gas can alternately be applied to the supply and return flow lines of the high-pressure pump, with the other connection being left open or with a closure, for example.
If available or suitable, other access points of the system can also be used for such a selective application of test gas. The location or type of leak can then be selected selectively from the temporal pressure curves which occur in the course of this or subsequently, or of course also other signs of leakage
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at least be narrowed down.
According to a particularly preferred embodiment of the invention, when the relative tightness of the injection system is determined by means of the low-pressure gas test, a subsequent liquid high-pressure test is carried out, for which purpose the injection system is squeezed with high-pressure test liquid when the internal combustion engine is at a standstill and closed injection nozzles, and the time course of the system pressure is monitored and evaluated as a measure of the high pressure tightness. Such a high-pressure test with pressures up to full operating pressure, for example, is very advantageous in many cases because certain pipe connections can only be reliably and reliably assessed with regard to their sealing quality at the highest operating pressures.
As a result of the previously passed low-pressure gas test, in this second test phase it is now possible, with a high degree of certainty, to rule out a larger, and therefore potentially dangerous, larger leak in various respects.
There is the possibility of introducing externally compressed test liquid directly into the high-pressure area of the injection system, preferably, of course, bloodlessly at suitable connections or the like, and then monitoring the pressure that is established, or locating leakages.
Preferably, however, test liquid, in the simplest case diesel fuel, is supplied via the flow and return flow lines of the high-pressure fuel pump, at least largely without pressure, and the high-pressure area is filled. In a very simple way, the high-pressure pump can then be driven for a while with a suitable separate drive when the engine is stopped, so that the desired test pressure (preferably the operating pressure in the full-load state) is achieved in the high-pressure range. The usually existing system pressure regulator may have to be controlled accordingly in order to ensure the required pressure build-up.
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If the test pressure is not reached during a specified maximum permissible period, the test can be stopped in advance because there is a major system defect. If the test pressure is reached as intended, the tightness of the system can be monitored with the existing system pressure sensor and / or a special additional sensor, checked with regard to the time course and evaluated. Corresponding electronic devices or arithmetic units or the like can be used for the evaluation, which carry out checks according to suitable evaluation programs and, for example, directly provide corresponding good / bad statements.
Liquid leakage detectors can in turn be used on the outer areas of the injection system or the internal combustion engine to determine and localize external leaks. Such external leaks can be found and localized using visual and optical methods, advantageously also with the aid of fluorescence methods (UV lamps). The use of modern signa 1 and image processing test methods that enable the test process to be largely automated can also be used in this context.
In addition to the obvious use of diesel fuel itself as the test liquid, which has already been mentioned above, in a further embodiment of the invention a non-flammable or flame-retardant liquid, such as an engine coolant, can also be used as the test liquid. The selection can be determined, for example, by the statistics of the defects that occur — e.g. For example, in the case of frequent nozzle defects that can only be found in high-pressure tests, instead of diesel fuel (which could get into the combustion chambers in larger quantities with the described defects and cause or leave the described disadvantages there), the use of one as described does not occur or difficult to combustible liquid.
Can prefer
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Test fluids are used that are particularly miscible with diesel fuel, corrosion-inhibiting and easily detectable by means of fluorescence, or that have material properties (e.g. viscosity) similar to diesel fuel and do not represent any significant environmental pollution. For example, engine coolant with the usual additives (which are, for example, advantageously UV-fluorescent) can be considered as a special test fluid.
After completing the relevant checks and assessments of the tightness of the high-pressure injection system, the tested engine is either forwarded for repair or, in the case of a positive test result, to a final test and - in the event of a repair in the workshop - e.g. B. reinstalled in the associated vehicle or assembled there and made ready for use.
In particular in connection with the low-pressure gas test, it has been found that from previous functional tests or from the assembly of the nozzles even liquid residues (oil, fuel, anticorrosive agents and the like) that are still present inside may interfere with the significant assessment of the gas pressure test results .
According to an advantageous embodiment of the invention, it is therefore provided that the injection nozzles or holders are freed of such liquid residues by suction and / or blow-out before the low-pressure gas test.
In connection with such a pretreatment, a further embodiment of the invention is advantageous, according to which the tightness of the injection nozzles in the closed state is checked separately prior to installation by applying pressurized gas and checking the pressure drop or flow rate. This means that one of the possible leaks in the high-pressure system, which may be relatively difficult to assess when the system is assembled, can be checked or excluded from the outset.
The low pressure test with gas allows a reliable test of
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even the smallest leaks in the area of the nozzles, especially when the nozzle holder and the nozzles are free of oil or fuel. Therefore, z. B. to provide a related test station that enables an increase in accuracy and meaningfulness of the low pressure test method.
In this test station, for example, a device can be provided in which the nozzle holder is mounted with the nozzle pointing upwards. At the high-pressure connection point located below, the connection point is alternately supplied with vacuum and fresh air for extraction. The residual liquid is removed so far that under certain circumstances more reliable information can be given during the low pressure tests. Or, for example, the nozzle holder is mounted with the nozzle tip facing downwards and a test gas or compressed air is applied to the nozzle. If the nozzle is leaking, the test gas flows through the nozzle and nozzle holder and can be measured with a small flow meter at the high pressure connection of the nozzle holder. A leak that is found in this way can immediately be sent to a repair station. These two tests can e.g.
B. can also be combined.
The invention is explained in more detail below with the aid of the attached schematic diagram, which represents a high-pressure accumulator injection system with its most important components.
The illustrated high-pressure accumulator injection system (Common Rail Injection System) essentially consists of a high-pressure accumulator 1, the injection nozzles and holders 2 attached to the cylinder heads of the internal combustion engine (not shown), the high-pressure fuel pump 3 and the injection control unit 4. The high-pressure pump 3 is connected to the tank 8 via a pre-flow line 5, a pump 6 and a filter 7 and also via a return flow line 9 to the tank 8. On the high pressure side, the high pressure pump 3 is connected via a pressure line 10 to the high pressure accumulator 1, which has individual pressure lines 11
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to the injection nozzles 2.
The injection nozzles 2, in turn, are also connected to the tank 8 or the return flow line 9 via a return line 12 for returning the fuel that has been discharged.
A system pressure sensor 13 is provided on the high-pressure accumulator 1 and is connected to the control unit 4 via a signal line 14. The control unit 4 is in turn connected via control lines 15, 16 on the one hand to the nozzle holders 2 and on the other hand to the high pressure pump 3. Further connection options of the control unit 4 via lines 17, for example for further sensors, the accelerator pedal position and the like, are only indicated.
During operation of the arrangement, the fuel supplied via the pre-flow line 5 from the tank 8 is kept at operating pressure (typically 1000 bar and more) by means of the high-pressure pump 3 in the pressure line 10, the high-pressure accumulator 1 and the individual pressure lines 11 up to the injection nozzle 2, the pressure at constantly running high pressure pump 3 excess or compressed fuel is returned to the tank 8 via the return line 9 under ambient pressure. The actual operating pressure can be monitored via the system pressure sensor 13 and, if necessary, adapted to the operating conditions of the internal combustion engine by means of the control unit 4 via the control line 16 by increasing the pump pressure or delivery capacity of the high-pressure pump 3.
To test the tightness of the injection system shown, the high-pressure accumulator 1 is filled with low-pressure test gas when the internal combustion engine is at a standstill and the injection nozzles 2 are closed (ensured by the control unit 4), which preferably - as indicated by the arrows 18 - via the flow and return flow lines 5, 9 of the high-pressure pump 3 and the corresponding connections are fed. After the filling process has ended, the corresponding check valves (not shown here) close at the connections of the forward and return flow lines 5, 9 in the high-pressure pump 3.
Via one attached here, for example, to the connection of the pre-flow line 5
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Sensor 19 and / or a sensor 25 arranged on the high-pressure accumulator 1, which are connected to an evaluation unit 21 via a line 20 or 27, the change over time of the system pressure prevailing after the filling process is monitored and evaluated as a measure of the tightness of the injection system . These sensors can be designed as a pressure sensor or, at least in the case of the sensor 19, also as a flow sensor.
A corresponding pressure sensor could also be arranged on the high-pressure accumulator 1 instead of the system pressure sensor 13. The system pressure sensor 13 itself could also be used for a pressure test if it is otherwise suitable. The connection to the evaluation unit 21 required in these cases is shown here in broken lines and designated by 22. In addition, reference should also be made to the connecting line 23 between the evaluation unit 21 and the control unit 4, via which, as described, it can be ensured, for example, that the injection nozzles 2 are kept closed during the pressure test.
If - as described at the beginning - a significant drop in pressure over time is found in the low-pressure gas test and an external test shows no external leaks, low-pressure test gas can now be supplied alternately or in succession via the forward and return flow lines 5,9, the other connection either is simply open or sealed with an appropriate closure. Under certain circumstances, further openings present in the system, such as indicated in the return line 12 by the injection nozzles or holders 2 by the arrow 181, could be used for loading the system from different filling points. The different flow paths for the test gas may result in very precise options for locating any internal leaks.
Unless essential in the low pressure gas test described
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If leaks are found, the high-pressure system can be subjected to a subsequent high-pressure liquid test, for which purpose a test liquid for filling the injection system is fed to the high-pressure pump 3 when the internal combustion engine is again at a standstill and, for example, again via the forward and back-flow lines 5, 9. The high-pressure fuel pump can then be driven via a separate drive, which engages, for example, on the stub shaft 24, on which a pulley for driving, for example, from the camshaft of the internal combustion engine is usually seated, until the test pressure in the system is reached.
After the separate drive of the high-pressure pump 3 has been switched off, the course of the system pressure over time is monitored in a manner similar to that described for the low-pressure gas test and evaluated as a measure of the high-pressure tightness. In this case, the system pressure sensor 13 or its measurement signal can be evaluated in the evaluation unit 21. However, it is of course also possible either additionally or alternatively to use a further pressure sensor, such as the pressure sensor 25 on the high-pressure accumulator 1, which is connected to the evaluation unit 21 via the line 27.
Alternatively, the pressure testing with high-pressure test liquid could also be carried out independently of the high-pressure pump 3. For this purpose, for example, externally compressed test liquid, indicated by the arrow 26, can be supplied to the connection for the pressure sensor 25 mentioned above.