DE10027181A1 - Verfahren zur Bestimmung des Ventilsitzdurchmessers eines Einspritzventils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ventilsitzdurchmessers d¶s¶ eines Einspritzventils 1, das eine Ventilnadel 3 von unbekannter Druckstufe und bekanntem Durchmesser der Ventilnadelführung 4 aufweist. DOLLAR A Die Nachteile einer mechanischen oder optischen Vermessung von Ventilnadel 3 und Ventilkörper 2 werden dadurch vermieden, dass nach Belasten der Ventilnadel 3 mit einer definierten Schließkraft F¶L¶ ein auf die Fläche der Druckstufe bzw. eine Druckschulter 8 wirkender, eine Öffnungskraft F¶Öl¶ erzeugender Prüföldruck pÖl gemessen und der Ventilsitzdurchmesser d¶s¶ mit diesem Messwert unter Berücksichtigung der Gleichheit von Schließ- und Öffnungskraft F¶L¶, F¶Öl¶ berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ven­ tilsitzdurchmessers eines Einspritzventils, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Ventilsitzdurchmesser bestimmt zusammen mit dem Durchmes­ ser der Ventilnadelführung die Druckstufe einer Ventilnadel. Die Druckstufe legt das Verhältnis von Öffnungs- und Schließ­ druck eines Einspritzventils fest.

Es gibt verschiedene Gründe, den Ventilsitzdurchmesser zu messen. Einer ist seine verschleißbedingte Änderung oder fer­ tigungsbedingte Fehler desselben. Weitere Gründe sind Unter­ suchungen von Fremderzeugnissen und eigenen Neuentwicklungen.

Bisher erfolgt die Sitzvermessung mechanisch mittels Mikrome­ terschraube oder optisch durch ein Messmikroskop. Beide Me­ thoden sind umständlich zu handhaben und setzen Fachkenntnis­ se für eine genaue Messung voraus. Für bestimmte Einsatzfäl­ le, z. B. zur Entdeckung von Fertigungsfehlern, sind sie nur beschränkt einsatzfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an­ zugeben, wodurch eine genaue und einfach zu handhabende Be­ stimmung des Ventilsitzdurchmessers eines Einspritzventils gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Im Gegensatz zur ge­ trennten Vermessung des Ventilsitzdurchmessers am Ventilkör­ per und an der Ventilnadel bei der mechanischen oder opti­ schen Vermessung, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Einspritzventil im einbaufertigen Zustand und als Ganzes vermessen. Dadurch werden alle den Öffnungsdruck beeinflus­ senden Abmessungen und Geometrien des Ventilkörpers und der Ventilnadel berücksichtigt, die bei einer Einzelvermessung der Bauteile nicht erfasst - und bewertbar sind. Das Ergebnis ist ein "hydraulischer Ventilsitzdurchmesser", der unter Ver­ wendung des gemessenen Öffnungsdrucks und der Gleichsetzung von Schließ- und Öffnungskraft berechnet wird. Beispielsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch elastische und plastische Verformungen der Bauteile erfasst, so dass ei­ ne genaue Vermessung möglich ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass die Schließkraft über den Gasdruck eines Pneumatikzylin­ ders und die Öffnungskraft über den Prüföldruck stufenlos einstellbar sind. Auf diese Weise kann der Ventilsitzdurch­ messer bei unterschiedlicher Schließkraft bestimmt und da­ durch kontrolliert werden.

Eine Schwierigkeit bei der hydraulischen Bestimmung des Ven­ tilsitzdurchmessers besteht darin, dass mit Anheben der Ven­ tilnadel durch den Öffnungsdruck derselbe auch unter die Ven­ tilnadelspitze gelangt und dadurch die Öffnungskraft erhöht. Es ist deshalb von Vorteil, dass der Öffnungsdruck beim Be­ ginn des Abspritzens gemessen wird. Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Druck unter der Ventilnadelspitze noch nicht aufge­ baut.

Eine alternative Methode zur Messung des Öffnungsdrucks be­ steht darin, dass ein Nadelhub-abhängiger Sensor bei begin­ nendem Abheben der Ventilnadel ein Signal zur automatischen Messung des Gas- und Prüföldrucks auslöst. Damit wird eine Druckölbeaufschlagung der Ventilnadelspitze während der Druckmessung sicher vermieden. Als Nadelhub-abhängige Senso­ ren kommen beispielsweise induktive, piezoelektrische oder lasergesteuerte Weggeber und Mikroschalter in Betracht, die z. B. eine fotografische Fixierung der Messwerte auslösen. Da­ mit ist eine genaue, schnelle und einfach zu handhabende Mes­ sung gewährleistet.

Eine wichtige Voraussetzung für eine genaue Bestimmung des Ventilsitzdurchmessers besteht darin, dass der Gasdruck und der Prüföldruck mit Präzisionsdrucksensoren und das abge­ spritzte Drucköl mit einem Durchflussmessgerät gemessen wer­ den.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dar­ gestellt ist. Die einzige Figur zeigt ein Einspritzventil mit der erfindungsgemäßen Messanordnung.

Das Einspritzventil 1 weist einen Ventilkörper 2 auf, in dem eine Ventilnadel 3 mit einer Ventilnadelführung 4 geführt ist. Die Ventilnadel 3 sitzt in dem Ventilkörper 2 auf einem Ventilsitz 5 und dichtet nach außen führende Düsenbohrungen 6 ab, durch die der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.

Im Ventilkörper 2 befindet sich eine Kraftstoffzuleitung 7, die zu der im Anschluss an die Ventilnadelführung 4 angeord­ neten Druckschulter 8 der Ventilnadel 3 führt. Der Kraftstoff gelangt dann weiter entlang der Ventilnadel 3 zum Ventilsitz 5.

Die Größe der Druckschulter 8 wird durch den Durchmesser der Ventilnadelführung 4 und den Durchmesser des Ventilsitzes 5 bestimmt. Der auf die Druckschulter 8 wirkende Kraftstoff- bzw. Prüföldruck p_Öl bewirkt das Öffnen des Einspritzventils 1. Die Druckangriffsfläche, an der der Prüföldruck p_Öl an­ greift, kann in Form einer Druckschulter 8 oder in Form von mehreren Druckflächen an der Ventilnadel 3 ausgebildet sein Der Ventilsitz 5 kann sich durch Verschleiß im Laufe der Zeit ändern. Damit ändert sich auch der Öffnungsdruck des Ein­ spritzventils. Da dieser ein wichtiger Parameter der Kraft­ stoffeinspritzung ist, besteht allein aus diesem Grunde ein Interesse, den Durchmesser d_S des Ventilsitzes 5 zu bestim­ men.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Ventilsitz­ durchmessers d_S funktioniert folgendermaßen:
Die Ventilnadel 3 wird mit einer definierten Schließkraft F_L belastet. Diese wird durch einen Pneumatikzylinder 9 mit ei­ nem Kolben 10 aufgebracht, auf dessen bekannter Kolbenfläche A_L ein gemessener Gasdruck p_L eines Druckgases (in der Regel Druckluft) ruht. Der Gasdruck p_L ist stufenlos einstellbar.

Dann wird die Druckschulter 8 über die Kraftstoffzuleitung 7 mit Prüföl von dem ebenfalls stufenlos regelbaren Prüföldruck p_Öl beaufschlagt. Dadurch wird eine der Schließkraft F_L entge­ gengerichtete Öffnungskraft F_Öl aufgebaut, die zum Öffnen des Einspritzventils 1 führt und die beim Öffnen gleich der Schließkraft F_L ist. Aus dem Kräftegleichgewicht F_L = F_Öl kann der Sitzdurchmesser d_S berechnet werden.

Mit dem gemessenen Gasdruck p_L und der bekannten Kolbenfläche A_L ergibt sich eine Schließkraft F_L = A_L.p_L. Aus dem gemes­ senen Prüföldruck p_Öl, der beim Öffnen des Einspritzventils 1 gleich dem Öffnungsdruck ist und der Fläche A_Öl der Druck­ schulter 8 ergibt sich die Öffnungskraft F_Öl = A_Öl.p_Öl. Die Fläche A_Öl der Druckschulter 8 ergibt sich aus dem Durchmes­ ser d_F der Ventilnadelführung 4 und dem Durchmesser d_S des Ventilsitzes 5.

Obige Werte in die Gleichung F_L = F_Öl eingesetzt, ergeben:

Dann gilt

Mit den bekannten Größen d_F und A_L und den gemessenen Größen p_L und p_Öl kann der Durchmesser d_S des Ventilsitzes 5 berech­ net werden.

Die Messung des Gasdrucks p_L ist problemlos, da es sich um einen stationären Wert handelt. Demgegenüber ist der Öff­ nungsdruck p_Öl ein extrem instationärer Wert, der nur im Mo­ ment des Hubbeginns der Ventilnadel 3 auftritt und dann ge­ messen werden muss. Sobald sich der Nadelhub vergrößert und Prüföl unter dem Ventilsitz und die gesamte Spitze der Ven­ tilnadel 3 gelangt, ist das Kräftegleichgewicht zwischen Schließkraft F_S und Öffnungskraft F_Öl gestört, bzw. der für das Kräftegleichgewicht erforderliche Prüföldruck p_Öl liegt deutlich unter dem Öffnungsdruck. Vorzugsweise wird über ei­ nen Speicher ausreichend Prüföl bereitgehalten, so dass die Ventilnadel 3 vollständig öffnet und ein Vibrieren der Ven­ tilnadel 3 auf dem Ventilsitz 5 vermieden wird.

Um die geforderte zeitgerechte Messung des Öffnungsdrucks Pol zu erreichen, ist der Einspritzdüse 3 ein Durchflussmessgerät 11 nachgeschaltet, das die ersten abgespritzten Prüföltropfen registriert und dadurch zur Ablesung des Gas- und Prüföl­ drucks p_L, p_Öl auffordert. Die Drücke p_L und p_Öl werden mit Präzisionsdrucksensoren zeitlich hoch aufgelöst gemessen. Für eine präzise Vermessung wird die Messung für das gleiche Ein­ spritzventil mit verschiedenen Gasdrücken wiederholt und aus den Messergebnissen ein gemittelter Ventilsitzdurchmesser be­ rechnet.

Als alternative Messmethode ist ein Nadelhub-abhängiger Sen­ sor vorgesehen, der bei Beginn des Abhebens der Ventilnadel 3 ein Signal zur automatischen Messung des Gas- und Prüföl­ drucks p_L, p_Öl auslöst. Auf diese Weise werden mögliche Bedie­ nungsfehler der manuellen Methode ausgeschaltet und reprodu­ zierbare Messergebnisse sichergestellt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Bestimmung des Ventilsitzdurchmessers (d_S) eines Einspritzventils (1), das eine Ventilnadel (3) mit einer Druckfläche (8) und mit einer Ventilnadelführung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass nach Belasten der Ventilnadel (3) mit einer definierten Schließkraft (F_L) ein auf die Druckfläche (8) wirkender, eine Öff­ nungskraft (F_Öl) erzeugender Prüföldruck (p_Öl) gemessen und der Ventilsitzdurchmesser (d_S) mit diesem Messwert unter Berücksichtigung der Gleichheit von Schließ- und Öffnungskraft (F_L, F_Öl) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft in Form eines Druckmittels auf die Kol­ benfläche der Ventilnadel (3) aufgebracht wird, wobei die Kolbenfläche in der Ventilnadelführung (4) geführt ist, und dass aus dem Druck des Druckmittels und der Kolbenfläche die Schließkraft berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Schließkraft (F_L) über den Gasdruck (p_L) eines Pneumatikzylinders (9) erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsdruck (p_Öl) beim Beginn des Abspritzens des Einspritzventils (1) gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nadelhub-abhängiger Sensor (12) bei beginnendem Ab­ heben der Ventilnadel (3) ein Signal zur automatischen Messung des Gas- und Prüföldrucks (p_G, p_Öl) auslöst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Gasdruck (p_L) und der Prüföldruck (p_Öl) mit Präzisionsdrucksensoren gemessen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das abgespritzte Prüföl mit einem Durchflussmessgerät (11) gemessen wird, und der Prüföl­ druck als Öffnungsdruck erfasst wird, wenn Prüföl abge­ spritzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Öffnungskraft (F_Öl) über den Prüföldruck (p_Öl) stufenlos einstellbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mehrere Messdurchgänge mit unter­ schiedlicher Schließkraft durchgeführt werden, dass aus den Ventilsitzdurchmessern der Messdurchgänge ein gemit­ telter Ventilsitzdurchmesser berechnet wird.