DE10031205B4

DE10031205B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Führung einer Düsennadel

Info

Publication number: DE10031205B4
Application number: DE2000131205
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Fath; Peter Hubl; Joachim Vendulet
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: DE10031205A1

Abstract

Verfahren zum Überprüfen der Führung einer Düsennadel in einem Düsenkörper,
wobei die Düsennadel in den Düsenkörper eingeschoben ist und mit einem Führungsabschnitt in einer Führungsbohrung des Düsenkörpers geführt ist,
wobei zwischen der Führungsbohrung und dem Führungsabschnitt ein Dichtspalt ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass Gas mit einem vorgegebenen Druck durch den Dichtspalt (23) gedrückt wird und
dass der Volumenstrom des Gases gemessen wird, der durch den Dichtspalt (23) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Moderne Diesel-Einspritzsysteme weisen Einspritzventile auf, die einen Einspritzdruck von bis zu 2000 bar verwenden. Bei diesen hohen Einspritzdrücken ist eine exakte Fertigung von Dichtspalten, die an das Drucksystem angrenzen, erforderlich, um die auftretende Leckage von Kraftstoff auf einen niedrigen Wert zu halten. Aufgrund des hohen Kraftstoffdruckes wird über Dichtspalte eine relativ große Kraftstoffmenge abgegeben.
Die Vermessung eines Dichtspaltes, der beispielsweise zwischen einer Düsennadel und einem Düsenkörper ausgebildet ist, wird im allgemeinen für eine Qualitätsüberprüfung bei jedem Einspritzventil durchgeführt.
Aus der DE 31 28 072 A1 ist ein Prüfstand zum prüfen von Einspritzdüsen bekannt. Für die Dichtheitsprüfung an der Düsenhalterkombination und zur Prüfung des Nadelspiels wird bei dieser Vorrichtung die Düsenhalterkombination unter Druck gesetzt und zu verschiedenen Zeitpunkten wird der Druck gemessen. Als Maß zur Beurteilung der Dichtheit und des Nadelspiels dient der ermittelte Druckabfall. Bei dem Medium, mit dem die Düsenhalterkombination unter Druck gesetzt wird, handelt es sich um Prüföl.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfach handzuhabendes und kostengünstiges Verfahren und eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Überprüfen der Führung einer Düsennadel bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. In vorteilhafter Weise wird die Führung der Düsennadel über eine Leckagemessung bestimmt. Dabei wird eine Gasquelle an den Dichtspalt angeschlossen und das durch den Dichtspalt entweichende Volumen des Gases gemessen. Auf diese Weise wird eine genaue und zuverlässige Vermessung der Führung der Düsennadel ermöglicht. Vorzugsweise wird als Gas Stickstoff verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird aus dem gemessenen Volumen ein Wert für den Führungsspalt bei einem bekannten Wert für die Führungslänge oder ein Wert für die Führungslänge bei einem bekannten Wert für den Führungsspalt berechnet.
Präzise Messergebnisse werden bei einer Temperatur von ungefähr 20°C und bei einem Druck von ungefähr 20 bar erhalten.
Eine weitere Präzisierung der Aussage über die Qualität der Führung der Düsennadel wird dadurch erreicht, dass die Führung der Düsennadel in verschiedenen Winkelpositionen der Düsennadel überprüft wird. Die verschiedenen Werte für das gemessene Volumen und/oder die Werte für das entsprechende Führungsspiel werden vorzugsweise in einen gemittelten Wert für das gemessene Volumen bzw. das Führungsspiel umgerechnet, so dass eine genauere Aussage über die Qualität der Führung erhalten wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Messaufbau in schematischer Darstellung und 2 einen Messaufbau mit einer Querschnittsdarstellung des Düsenkörpers und der Einspritznadel und eine Auswerteschaltung.
1 zeigt eine Halterung 1, in der ein Düsenkörper 2 eingespannt ist. Der Düsenkörper 2 wird von einer Halteplatte 3 gegen die Halterung 1 gedrückt. Die Halterung 1 weist eine Aufnahmebohrung 6 auf, in die der Düsenkörper 2 eingelegt ist. Der Düsenkörper 2 weist im oberen Bereich einen Aufnahmekörper 7 mit einer Aufnahmeöffnung 8 auf, in die eine Düsennadel 29 eingelegt ist. Der Aufnahmekörper 7 geht über eine Stufe 9 in eine Düsenspitze 10 über, die einen kleineren Durchmesser als der Aufnahmekörper 7 aufweist. Der Düsenkörper 2 liegt mit der Stufe 9 auf einem Dichtring 4 auf, der auf einem ringförmigen Absatz 5 der Halterung 1 aufliegt.
Die Halteplatte 3 weist einen Zulaufkanal 11 auf, der über ein regelbares Ventil 12 mit einer Gasquelle 13 verbunden ist. Weiterhin ist ein Ablaufkanal 14 in der Halteplatte 3 vorgesehen, der über eine Leitung 15 mit einem Messgerät 16 verbunden ist. Das Messgerät 16 ist vorzugsweise ein Differenzdruckmessgerät, mit dem der Differenzdruck zwischen der Leitung 15 und dem Umgebungsdruck gemessen wird. In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist das Messgerät 16 als Durchflussmessgerät ausgebildet, mit dem das Volumen des Gases gemessen wird, das über den Ablaufkanal 14 und die Leitung 15 fließt.
Als Gasquelle 13 wird vorzugsweise Luft oder Stickstoffgas unter einem vorgegebenen Druck verwendet. Der Druck liegt im Bereich zwischen 3 und 30 bar, vorzugsweise im Bereich von 20 bar.
Das Ventil 12 steht über eine Steuerleitung 30 mit einer Steuereinheit 19 in Verbindung, die über eine Messleitung 17 an das Messgerät 16 angeschlossen ist. Die Steuereinheit 19 steht über eine Datenleitung 18 mit einem Speicher 20 in Verbindung. Zudem ist die Steuereinheit 19 an eine Anzeige 34 in Form eines Displays angeschlossen.
Die Düsennadel 29 weist einen Führungsabschnitt 21 auf, der in einer Führungsbohrung 22 des Düsenkörpers über einen Dichtspalt 23 geführt ist. Die Führungsbohrung 22 geht in einen Druckraum 27 über, der sich bis in die Düsenspitze 10 des Düsenkörpers 2 erstreckt. In der Düsenspitze 10 ist ein Einspritzloch 25 vorgesehen, das eine Verbindung zwischen dem Druckraum 27 und der Umgebung der Düsenspitze 10 darstellt.
Die Düsennadel 29 weist eine Nadelspitze 24 auf, die ausgehend vom Führungsabschnitt 21 sich in Richtung auf das Einspritzloch 25 erstreckt. Der Nadelspitze 24 ist ein Dichtsitz 26 zugeordnet, der an der Innenwand der Düsenspitze 10 in Fließrichtung des Kraftstoffs gesehen oberhalb des Einspritzloches 25 ausgebildet ist. Liegt die Nadelspitze 24 auf dem Dichtsitz 26 auf, so ist das Einspritzloch 25 vom Druckraum 27 getrennt.
Die Halteplatte 3 weist einen Druckstift 31 auf, der mittig über einer Endfläche 32 des Führungsabschnittes 21 angeordnet ist und auf der Endfläche 32 in der Weise aufliegt, dass die Nadelspitze 24 auf den Dichtsitz 26 gedrückt ist und der Druckraum 27 von dem Einspritzloch 25 getrennt ist.
Die Halteplatte 3 weist eine Ablaufkammer 33 auf, die über der Endfläche 32 angeordnet ist und mit dem Dichtspalt 23 in Verbindung steht. Die Ablaufkammer 33 ist an den Ablaufkanal 14 angeschlossen.
2 beschreibt ein Verfahren zum Überprüfen des Dichtspaltes 23 der Anordnung der 1. Bei Programmpunkt 10 steuert die Steuereinheit 19 das Ventil 12 auf, so dass Gas mit einem vorgegebenen Druck von der Gasquelle 13 in den Druckraum 27 eingespeist wird. Der Druckraum 27 ist nach unten durch die Nadelspitze 24 und den Dichtsitz 26 gegenüber dem Einspritzloch 25 abgedichtet. Jedoch steht der Druckraum 27 mit dem Dichtspalt 23 in Verbindung, so dass Gas über den Dichtspalt 23 in die Ablaufkammer 33 und zum Messgerät 16 abfließen kann. Das Messgerät 16 misst bei Programmpunkt 20 das Volumen des Gases, das über den Dichtspalt 23 abfließt und gibt den Wert an die Steuereinheit 19 weiter. Die Steuereinheit 19 vergleicht bei Programmpunkt 30 das gemessene Volumen mit einem vorgegebenen Wert und gibt vorzugsweise bei Programmpunkt 40 ein Ausgabesignal über die Anzeige 34 ab, wenn das Volumen über den vorgegebenen Vergleichswert liegt. Damit wird der Dichtspalt 23 als zu groß bewertet und der Düsenkör per mit Düsennadel aussortiert. In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet das Steuergerät 19 bei Programmpunkt 40 die Breite oder die Länge des Dichtspaltes nach folgender Formel:
wobei mit V . das Gasvolumen in m³/s, mit w eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit in m/s, mit A eine Strömungsquerschnittsfläche in m², die den Querschnitt des Dichtspaltes 23 darstellt, mit Δp den Druckunterschied zwischen dem Druckraum und dem Umgebungsdruck in Pa, mit s ein halbes Führungsspiel in Metern, mit d den Durchmesser des Führungsabschnittes 21 in Metern, mit l die Führungslänge in Metern, in der der Führungsabschnitt 21 von der Führungsbohrung 22 geführt ist, und mit T die Temperatur in Celsius des Gases in Celsius und mit η die dynamische Viskosität in kg/ms des Gases bezeichnet ist. Der Volumenstrom V ., die Druckdifferenz Δp werden gemessen und der Durchmesser d, die Führungslänge l, die dynamische Viskosität η, die Temperatur T, sind bekannt, so dass die Breite des Dichtspaltes 23 (2 × s) berechnet werden kann.
Vorzugsweise speichert die Steuereinheit 19 die Werte für den Volumenstrom und/oder die Werte für die Breite oder Länge des Dichtspaltes des Speichers 20 ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei Messungen des Volumenstromes durchgeführt, wobei die Düsennadel 29 bei den zwei Messungen eine unterschiedliche Winkelposition im Düsenkörper 2 einnimmt, so dass Abweichungen der Geometrien in Bezug auf eine ideale Zylinderform des Führungsabschnittes 21 erfasst werden. Die Steuereinheit berechnet aus den zwei Volumenströmen einen gemittelten Volumenstrom und daraus vorzugsweise eine gemittelte Breite des Dichtspaltes 23. Auf diese Weise wird eine präzise Vermessung des Dichtspaltes ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Berechnung der Breite des Dichtspaltes die Temperaturabhängigkeit der dynamischen Viskosität η berücksichtigt, wobei im Speicher 20 die Kennlinie der dynamischen Viskosität η in Abhängigkeit von der Temperatur T abgelegt ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird für eine Bewertung der Güte des Dichtspaltes 23 die errechnete Breite (2 × s) des Dichtspaltes 23 mit einem vorgegebenen Vergleichswert verglichen und die Führung der Düsennadel wird als schlecht erkannt, wenn die errechnete Breite des Dichtspaltes über dem Vergleichswert liegt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Gasquelle 13 an den Ablaufkanal 14 der Halteplatte 3 und das Messgerät 16 an den Zulauf 11 angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform wird das Gas von oben im Bereich der Endfläche 32 in den Dichtspalt 23 gedrückt. Das über den Dichtspalt 23 in den Druckraum 27 fließende Gas wird über den Zulaufkanal 11 zum Messgerät 16 geführt und das Volumen gemessen. Die Erfindung ist somit nicht auf eine bestimmte Richtung beschränkt, in der das Gas durch den Dichtspalt 23 gedrückt wird.
Vorzugsweise wird als Gas Stickstoff oder Druckluft verwendet. Bei der Verwendung von Druckluft ist darauf zu achten, dass die Druckluft gefiltert und staubfrei ist, so dass der Dichtspalt nicht verschmutzt wird. Üblicherweise liegt die Breite des Dichtspaltes im Bereich von 0,5μ bis 5μm. Diese Größenordnung erfordert eine höchste Reinheit des verwendeten Gases.

Claims

Verfahren zum Überprüfen der Führung einer Düsennadel in einem Düsenkörper, wobei die Düsennadel in den Düsenkörper eingeschoben ist und mit einem Führungsabschnitt in einer Führungsbohrung des Düsenkörpers geführt ist, wobei zwischen der Führungsbohrung und dem Führungsabschnitt ein Dichtspalt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Gas mit einem vorgegebenen Druck durch den Dichtspalt (23) gedrückt wird und dass der Volumenstrom des Gases gemessen wird, der durch den Dichtspalt (23) strömt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff oder Luft verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Volumenstrom eine Breite des Dichtspaltes (23) oder eine Führungslänge berechnet wird, mit der der Führungsabschnitt (21) in der Führungsbohrung (22) geführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Volumenstrom des Gases eine Aussage über die Qualität der Führung der Düsennadel (29) getroffen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas eine Temperatur von ungefähr 10° bis 30°, vorzugsweise 20°C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas einen Druck im Bereich von 3 bar bis 30 bar, vorzugsweise im Bereich von 20 bar aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (29) um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird, dass anschließend der Volumenstrom des Gases gemessen wird, der über den Dichtspalt (23) entweicht und dass mindestens die gemessenen Volumenströme zweier Winkelstellungen der Düsennadel (29) gemittelt werden und als gemittelter Volumenstrom bewertet werden.
Vorrichtung zum Überprüfen der Führung einer Düsennadel (29) in einer Führungsbohrung (22) eines Düsenkörpers (2), wobei die Düsennadel (29) einen Führungsabschnitt (21) aufweist, der in die Führungsbohrung (22) des Düsenkörpers (2) eingeschoben ist, wobei zwischen der Führungsbohrung (22) und dem Führungsabschnitt (21) ein Dichtspalt (23) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Dichtspaltes (23) eine Gasquelle (13) angeschlossen ist, dass an dem anderen Ende des Dichtspaltes (23) ein Messgerät (16) angeschlossen ist, dass das Messgerät (16) das Volumen des Gases misst, das über den Dichtspalt (23) fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (19) vorgesehen ist, die mit dem Messgerät (16) verbunden ist, dass die Steuereinheit (19) aus dem gemessenen Volumenstrom und der Führungslänge, mit der die Düsennadel (29) in der Führungsbohrung (22) geführt ist, eine Breite für den Dichtspalt (23) berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (19) vorgesehen ist, die mit dem Messgerät (16) verbunden ist, dass die Steuereinheit (19) aus dem gemessenen Volumenstrom und einem bekannten Wert für die Breite des Dichtspaltes eine Führungslänge berechnet, mit der die Düsennadel in der Führungsbohrung geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Berechnungen die Temperatur und/oder der Druck des Gases berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasquelle eine Stickstoff- oder Luftquelle vorgesehen ist.