-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Prüfen der
Dichtheit der Komponenten eines Kraftstoff-Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und
9.
-
Die
Dichtheit der Komponenten von Kraftstoff-Einspritzsystemen in Brennkraftmaschinen
ist ein sowohl für
die störungsfreie
Funktion als auch für den
sicheren Betrieb von Kraftfahrzeugen eine wesentliche Forderung.
Die genannten Komponenten sind insbesondere aufgrund der in den
aktuell in Serie eingesetzten Motoren herrschenden hohen Kraftstoff-Einspritzdrücken extremen
Belastungen ausgesetzt. Dies führt
zu erhöhten
Anforderungen an die Dichtheit des Kraftstoff-Einspritzsystems,
da Leckagen und in deren Folge austretender Kraftstoff zum Einen
den störungsfreien
Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigen und zum Anderen ein
erhebliches Sicherheitsrisiko wegen der damit verbundenen hohen
Brandgefahr darstellen.
-
Aus
der
WO 2006/037684
A1 ist ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Einspritzventils
in einer Brennkraftmaschine bekannt, in der das Einspritzventil
so angeordnet ist, dass dessen Einspritzöffnungen in ein Messvolumen
einmünden,
wobei das Messvolumen vollständig
mit einer Prüfflüssigkeit
gefüllt
ist. Weiterhin ist in der
DE
100 12 834 A1 ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
beschrieben, bei dem eine Kapsel vorgesehen ist, mit der das Kraftstoffeinspritzsystem,
Kraftstoffzulauf, Kraftstoffablauf und Kraftstoffdruckregler umschlossen
sind. Darüber
hinaus ist aus der
DE 197
50 298 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckeinspritzsystem
bekannt, bei der alle druckführenden
Komponenten, wie Speicher, Einspritzleitungen und Einspritzdüsen unter
einer Ventilhaube angeordnet sind.
-
Eine
Möglichkeit,
das Austreten von Kraftstoff aus den genannten Leckagen zu unterbinden bzw.
zu detektieren ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 45 389 A1 vorgestellt.
In der genannten Schrift wird die angesprochene Problematik dadurch
gelöst,
dass das Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine doppelwandig ausgeführt wird, d.
h. dass die eigentliche Hochdruckleitung von einer Leckageleitung
umgeben ist und dass mittels eines Testgases sowie einzelner Sonden
im Bereich zwischen Hochdruckleitung und Leckageleitung festgestellt
wird, ob aus der Hochdruckleitung Testgas austritt. Nach der Lehre
der genannten Schrift ist die Leckageleitung ständig, also auch während des üblichen
Betriebs der Brennkraftmaschine als Teil des Einspritzsystems eingebaut.
Dies führt
zu einem erhöhten
konstruktiven Aufwand bei der Konzeption der Brennkraftmaschine;
darüber
hinaus enthält
die
DE 102 45 389
A1 keinen Hinweis darauf, wie die Dichtheit der Anordnung
als Ganzes – also
sowohl der Hochdruckleitung als auch der Leckageleitung – geprüft werden
kann. Für
den sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine ist jedoch die Dichtheit
der gesamten Anordnung von entscheidender Bedeutung; auch aus der
Leckageleitung austretender Kraftstoff kann sich an heißen Bauteilen
des Motors entzünden und
zu einem Fahrzeugbrand führen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zu schaffen, welches bzw. welche eine Prüfung der
Dichtheit der Komponenten eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
auf einfache und sichere Weise gewährleistet.
-
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen sowie durch die Vorrichtung mit den in Patentanspruch
9 angegebenen Merkmalen gelöst;
die Unteransprüche
beziehen sich auf vorteilhafte Varianten und Weiterbildungen der
Erfindung.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeigt die Merkmale, dass um die zu prüfenden Komponenten ein Prüfvolumen
geschaffen wird und die zu prüfenden
Komponenten anschließend
mit einem druckbeaufschlagten Prüfmedium
gefüllt
werden. Nachfolgend wird das Austreten des Prüfmediums in das Prüfvolumen
detektiert und nach erfolgter Prüfung werden
die zu prüfenden
Komponenten aus dem Prüfvolumen
entfernt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich damit besonders für
den Einsatz im Rahmen der Endkontrolle des Einspritzsystems bei
der Montage der Brennkraftmaschine im Werk; es ist jedoch auch der
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
im Rahmen der üblichen
Service-/Kundendienstmaßnahmen
am Fahrzeug denkbar.
-
Das
Verfahren gestattet es dabei insbesondere, Komponenten wie beispielsweise
das Hochdruckrail, die Kraftstoff-Einzelleitungen sowie die Verschraubungen
der Kraftstoff-Einzelleitungen
an den Injektoren oder auch die Qualität der Lötstellen der Kraftstoff-Einzelleitungen an
dem Hochdruckrail bzw. die Dichtheit der Hochdruckpumpe oder der
Verschraubung eines Drucksensors am Hochdruckrail zu überprüfen. Ein
Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass es durch das erfindungsgemäße Verfahren
möglich
wird, Kraftstoff-Einspritzsysteme in nahezu beliebiger Konfiguration
auf Dichtheit zur prüfen;
insbesondere lässt
sich auch die Dichtheit der eingangs genannten Leckageleitungen,
die ja, wie bereits ausgeführt,
ebenfalls für
den sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine von entscheidender Bedeutung
ist, auf einfache Weise überprüfen.
-
Als
Prüfmedium
kann dabei in vorteilhafter Weise Formiergas verwendet werden; das Formiergas
setzt sich dabei zu 95% aus Stickstoff und zu 5% aus Wasserstoff
zusammen. Es ist auch die Verwendung anderer Gase ähnlicher
Molekülgröße denkbar. Insbesondere
ist es vorteilhaft, nicht brennbare Gase wie beispielsweise Helium
als Prüfmedium
zu verwenden. Die genannten Eigenschaften der verwendeten Prüfmedien
gestatten es dabei, eine realistische Dichtheitsprüfung auch
bei Prüfdrücken, die wesentlich
unter den üblichen
Betriebsdrücken
der zu prüfenden
Einspritzsysteme liegen, durchzuführen. Üblicherweise treten im Betrieb
der genannten Einspritzsysteme Spitzendrücke von ca. 120 bar auf, für eine Dichtheitsprüfung mit
den genannten Prüfmedien
sind jedoch Drücke
von ca. 10 bar ausreichend. Durch diese Maßnahme wird insbesondere gewährleistet,
dass die zu prüfenden
Komponenten über
eine Hochdruckpumpe des Einspritzsystems mit dem Prüfdruck beaufschlagt
werden können;
bei der Verwendung höherer
Prüfdrücke bestünde die
Gefahr einer Schädigung
der Hochdruckpumpe, die typischerweise lediglich für statische
Drücke
im Bereich von ca. 10 bar ausgelegt ist.
-
Zur
Lokalisierung möglicher
Leckstellen ist es vorteilhaft, für einzelne Komponenten oder
auch für
Gruppen von Komponenten des Einspritzsystems separate Prüfvolumina
zu bilden. So kann beispielsweise für jede Kraftstoff-Einzelleitung
sowie für
die zugehörige
Verschraubung mit dem Injektor jeweils ein einzelnes Prüfvolumen
geschaffen werden.
-
Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass durch die Zuordnung einzelner Prüfvolumina
zu bestimmten Komponenten des Kraftstoff-Einspritzsystems die Möglichkeit
geschaffen wird, den Ort eines Lecks besser einzugrenzen; beispielsweise
kann für
jedes der separaten Prüfvolumina
ein eigener Sensor vorgesehen werden, der das Auftreten von Prüfmedium im
betreffenden Prüfvolumen
detektiert und über
eine Anzeigevorrichtung mittels eines optischen oder akustischen
Signals das Auftreten von Prüfmedium in
dem entsprechenden Prüfvolumen
signalisiert. Dabei müssen
die genannten Prüfvolumina
nicht vollständig
dicht gegeneinander abgeschlossen sein, es genügt, wenn die Diffusion des
Prüfmediums
von einem Prüfvolumen
zum anderen so weit unterbunden wird, dass das Prüfmedium
zuerst in dem Prüfvolumen
detektiert wird, in dem sich die Leckstelle befindet. Im Extremfall
kann auch auf die Ausbildung separater Prüfvolumina verzichtet werden,
in diesem Fall würde
es genügen,
die Sensoren in der Nähe
der zu prüfenden
einzelnen Komponenten anzuordnen. Unter der Annahme geringer Strömung bzw.
Diffusion in dem so entstandenen einheitlichen Prüfvolumen
kann mit ausreichender Sicherheit davon ausgegangen werden, dass
durch den einer auftretenden Leckstelle am nächsten gelegenen Sensor das Austreten
von Prüfmedium
an dieser als erstes detektiert und nachfolgend angezeigt wird.
-
Als
Testvorrichtung zur Anwendung des beschriebenen Verfahrens im Bereich
des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine während der Endmontage der Brennkraftmaschine
lässt sich
eine Abdeckhaube in vorteilhafter Weise verwenden. Dabei ist die dem
Zylinderkopf abgewandte Seite der Abdeckhaube im wesentlichen abgeschlossen
und die dem Zylinderkopf zugewandte Seite der Abdeckhaube ist in der
Weise ausgebildet, dass sich in aufgesetztem Zustand der Abdeckhaube
auf dem Zylinderkopf mindestens ein Prüfvolumen bildet, das mindestens
eine der zu prüfenden
Komponenten enthält.
Eine derartige Abdeckhaube kann beispielsweise aus Aluminium gefräst oder
als Kunststoffteil in einem Tiefzieh- oder Spritzgießverfahren
hergestellt werden und für
eine Vielzahl von Motoren verwendet werden, so dass sich der gesamte
Konstruktionsaufwand zur Prüfung der
Dichtheit der Komponenten des Einspritzsystems wesentlich reduzieren
lässt.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen
exemplarisch näher
erläutert.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
skizzenhafte Darstellung der auf dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
angeordneten Abdeckhaube und
-
2 eine
Variante der erfindungsgemäßen Abdeckhaube,
wobei aus der Abdeckhaube einzelne Prüfvolumina ausgeformt sind.
-
1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Abdeckhaube 1 in
eingebautem Zustand auf einem nicht dargestellten Zylinderkopf einer
Brennkraftmaschine, bspw. eines V8-Motors. Die Abdeckhaube 1 ist
dabei mittels der Befestigungsschrauben 2 temporär auf dem
Zylinderkopf befestigt, wodurch sich im Bereich zwischen Zylinderkopf
und Abdeckhaube das Prüfvolumen 11 ergibt.
Als Komponenten des Einspritzsystems sind in 1 die Hochdruckpumpe 3 mit
dem Niederdruckanschluss 4 sowie der mit dem Hockdruckrail 6 verbundene
Hochdruckanschluss 5 dargestellt. Als weitere Komponenten
des Kraftstoff-Einspritzsystems sind die Einzelleitungen 7 sowie
die mit diesen verbundenen Injektoren 8 unter der halbtransparent
gezeichneten Abdeckhaube 1 dargestellt. Dabei sind die
Einzelleitungen 7 mit den Injektoren 8 über die
Kugel-/Kegelverbindungen 9 verschraubt. Die Komponenten
Einzelleitungen 7, Injektoren 8 sowie Kugel-/Kegelverbindungen 9 sind
in 1 lediglich im vorderen Teil der 1,
also für eine
der beiden Zylinderbänke
des V8-Motors, dargestellt; selbstverständlich ist das Einspritzsystem
im hinteren Teil von 1 entsprechend ausgeführt.
-
Bei
der Prüfung
der Dichtheit der Komponenten des Einspritzsystems im Rahmen der
Montage eines Motors werden diese über den Niederdruckanschluss 4 der
Hochdruckpumpe 3 und nachfolgend über den Hochdruckanschluss 5 mit
dem Prüfmedium,
wie beispielsweise Wasserstoff, unter einem Druck von ca. 10 bar
beaufschlagt. Das Prüfmedium strömt dabei
durch die Hochdruckpumpe 3 und den Hochdruckanschluss 5 über das
Hochdruckrail 6 durch die Einzelleitungen 7 und
durch die Kugel-/Kegelverbindungen 9 in die Injektoren 8.
Im Falle von Leckstellen im Prüfvolumen
zwischen der Abdeckhaube 1 und dem nicht dargestellten
Zylinderkopf kann in das Prüfvolumen
eintretendes Prüfmedium an
den Entnahmestellen 10 mittels eines entsprechenden – nicht
dargestellten – Sensors
detektiert werden. Da im in 1 dargestellten
Beispiel jeder Zylinderbank der Brennkraftmaschine eine Entnahmestelle 10 zugeordnet
ist, kann mit der in 1 dargestellten Anordnung zumindest
die von einer Leckstelle betroffene Zylinderbank lokalisiert werden.
Dabei können
nicht dargestellte Sensoren mit den Entnahmestellen 10 entweder
fest verbunden sein oder es kann auch ein beweglicher Sensor bedarfsweise nacheinander
in die entsprechende Entnahmestelle 10 eingeführt werden.
Nach durchgeführter
Prüfung werden
die Befestigungsschrauben 2 gelöst, die Abdeckhaube 1 wird
von dem Zylinderkopf entfernt und die Endmontage des Fahrzeugmotors
kann fortgesetzt werden.
-
2 zeigt
eine Variante der erfindungsgemäßen Abdeckhaube,
die sich von der in 1 dargestellten Abdeckhaube
dadurch unterscheidet, dass für
einzelne Komponenten des Einspritzsystems separate Prüfvolumina 11a bis 11h vorgesehen
sind. Jedes der Prüfvolumina 11a bis 11h ist
einer (in 2 nicht dargestellten) Einzelleitung
sowie einem (ebenfalls in 2 nicht
dargestellten) Injektor zugeordnet. Dabei besitzt jedes Prüfvolumen 11a bis 11h jeweils
eine Entnahmestelle 10a bis 10h, in der beispielsweise
ein chemi scher Sensor (nicht dargestellt) angeordnet werden kann.
Ferner wird auch der Hochdruckanschluss von der Hochdruckpumpe zum Hochdruckrail
auf Dichtheit überprüft. Die
Prüfung
erfolgt dabei für
den pumpenseitigen Anschluss im Prüfvolumen 12 an der
Entnahmestelle 13 sowie für den railseitigen Anschluss
im Prüfvolumen 14 an
der Entnahmestelle 15. Die Durchbohrungen 17 und 18 dienen
dazu, die Abdeckhaube während
der Prüfung mit
dem Zylinderkopf zu verschrauben.
-
Die
in 2 gezeigte Variante hat den besonderen Vorteil,
dass die zu prüfenden
Prüfvolumina 11a–h, 12 und 14 eindeutig
zu prüfenden
Komponenten zuordenbar sind sowie dass die Prüfvolumina 11a–h, 12 und 14 klein
sind. Dies hat zur Folge, dass austretendes Prüfmedium durch die nicht dargestellten
Sensoren an den Entnahmestellen 10a–h, 13 und 15 schnell
detektiert werden kann, da die Konzentration des Prüfmediums
in dem jeweiligen Prüfvolumen 11a–h, 12 und 14 schnell
ansteigt. Eine Prüfung
kann damit innerhalb von ca. 2 min für sämtliche zu prüfenden Komponenten
erfolgen. Auf diese Weise wird eine schnelle, einfache kostengünstige und
zuverlässige
Detektierung von Leckstellen von Komponenten eines Einspritzsystems
bei maximaler Arbeitssicherheit während der Montage des Motors
möglich.